Komme til Compliance i Tvunget Øvelse i Gnagere: A Critical Standard å evaluere Øvelse Impact i aldring-relaterte lidelser og sykdom

Summary

Exercise may alleviate behavioral impairments associated with neurodegenerative diseases. Studies of the mechanisms underlying exercise-mediated effects have increased in disease models, but the neurobiological background accompanying these diseases, specifically aging, is likely not considered. Here, we illustrate measures to increase the likelihood of a successful exercise paradigm in aged rats.

Abstract

Det er en stor økning i bevisstheten om den positive virkningen av trening på å forbedre flere sykdomstilstander med nevrobiologisk grunnlag; disse omfatter bedre kognitiv funksjon og fysisk ytelse. Som et resultat, er det en økning i antall dyrestudier under anvendelse av øvelsen. Det argumenteres for at en egenverdi tvunget øvelsen er at etterforskeren har kontroll over de faktorene som kan påvirke effekten av trening på atferds utfall, særlig utøve frekvens, varighet og intensitet av øvelsen regime. Imidlertid kan etterlevelse i tvungen trening regimer være et problem, spesielt hvis potensielle confounds ansette fot-sjokk skal unngås. Det er også viktig å tenke at siden de fleste kognitive og bevegelseshemming streik i alderen individ, bestemme effekten av trening på disse nedskrivninger bør vurdere å bruke alderen gnagere med et høyest mulig nivå av etterlevelse for å sikre minimalt behov for test subjects. Her vil de aktuelle trinnene og hensyn som er nødvendige for å oppnå nesten 100% samsvar med tredemølle trening i en alderen gnager modell bli presentert og diskutert. Uten hensyn til de spesielle øvelsen regime blir ansatt av utprøver, bør vår protokoll være til nytte for etterforskere som er spesielt interessert i den potensielle virkningen av tvungen trening på aldring-relaterte nedskrivninger, inkludert aldring-relaterte parkinsonisme og Parkinsons sykdom.

Introduction

Invasiv livsstil strategier som kan enten forebygge eller redusere svekkelser til kognisjon og bevegelse, både ofte forbundet med aldring, er å få trekkraft som levedyktig praksis for å opprettholde helse og velvære ^1,2. For eksempel kan moderat til kraftig trening på en ukentlig og konsistent basis i middelaldrende menn i betydelig grad øke bevegelsesmuligheter i forhold til tilsvarende-alderen jevnaldrende med stigende alder ^tre. Videre antyder økende bevis for at disse livsstils strategier, for eksempel trening, kan redusere eller til og med reversere hemming assosiert med nevrodegenerative sykdommer slik som Parkinsons sykdom (PD) ^4.

Innsats for å forstå de molekylære mekanismene for aldring-relaterte nedskrivninger har også vært rettet mot å identifisere hvordan invasiv strategier, som mosjon, reversere eller dempe de mekanismer som bidrar til slike svekkelser. Tredemølle trening er en slik stratgien i økende grad i modeller av PD ^5-7 og kognitiv svekkelse ^1, hvor mekanismene bak forbedringer i muskel eller kognitiv funksjon fortsatt blir bestemt. Det er imidlertid viktig å påpeke at aldring er den nevrobiologiske bakgrunn av PD. Derfor, for en eventuell oversettelse av et treningsprogram nytte i en dyremodell for å bli realisert i den menneskelige tilstand den må ta hensyn til nevrobiologisk bakgrunn av aldring. For eksempel kan kompenserende mekanismer som avverge muskelfunksjon under PD progresjon bli svekket av prosessen med aldring ^åtte. Dermed står det til grunn at trening paradigmer må utvikles som ikke bare vurdere virkningen av aldring i enten nærvær eller fravær av sykdom patologi, men som også kunne iverksettes og vedlikeholdes i alderen gnagere.

Derfor, i betraktning av aldring på nevrobiologisk bakgrunn, valg av rotte belastningbør komme vurderes av utprøver. Flere rottestammer er tilgjengelig for aldring studier, spesielt Fischer 344 og Brown-Norge / Fischer 344 F ₁ (BNF) hybrid. Den vanlig brukte Sprague Dawley rotter (en outbred stamme) også er mottagelig for en slik anvendelse, da det er vanlig brukt i neurodegenerative sykdomsmodeller, slik som 6-hydroxydopamine PD-modell. Vårt laboratorium benytter både Sprague Dawley og BNF stammer i aldring og nevrodegenerativ sykdom arbeid. I denne rapporten vil vi presentere resultatene fremhever våre treningsprotokoller med begge stammer. For de etterforskere strengt fokus på aldersrelaterte studier, tilbyr BNF belastningen noen viktige fordeler. For det første er det relativt mindre sårbare for aldring-relaterte lidelser (for eksempel svulster) og har eksepsjonell lang levetid (typisk levetid over 30 måneder) i forhold til andre stammer. De har også mindre variabilitet i en rekke fysiologiske og adferdsmessige resultater ^_9, end er også egnet til å undersøke tilnærminger som griper inn med prosessen med aldring. Videre eksperimenter som tvang trening kreve betydelig håndtering av utprøver, og den milde vesen av BNF belastningen er en fordel. Aldring-relaterte endringer i striatal og midthjernen dopamin vev innhold, samt bevegelsesaktiviteten endringer er like i BNF rotter og primater ^10-11. Vårt laboratorium har også lang erfaring med å karakterisere og manipulere striatal og midthjernen dopamin signalering samt bevegelsesaktiviteten i BNF belastning ^12-16. Derfor, på grunn av risikoen for andre neurobiologically-baserte sykdommer øker med aldring, bør dyremodeller av nevrodegenerativ sykdom vurdere bruken av gnager-stammer med et omfattende resultater for bruk i studier aldring.

Vår protokollen her også løser noen kritiske spørsmål som etterforskeren må vurdere i tolkningen av deres resultater obtained fra en øvelse protokollen. Den gnager tredemølle apparat (bruk av disse vil vi fremheve i denne rapporten), er vanligvis utstyrt med elektriske støt spoler på baksiden av hvert kjørefelt på tredemølle som kan deaktiveres. Men når disse elektrisk støt spolene er aktivert, vises en liten footshock levert til faget som det kommer i kontakt med sløyfer. Denne strategien er ofte ansatt i trening studier for å lette overholdelse til tredemølle trening. Dette er et kritisk punkt for vurdering, spesielt for de etterforskere involvert i atferdsstudier som er påvirket av dopamine- eller noradrenalin-signalering. Elektrisk footshock er en fysiologisk stressor, og dens innvirkning på både nervesystemer er godt dokumentert, med økt aktivering av tyrosin hydroksylase ^17-18. Dermed økte biosyntesen av enten signalstoffet kan forvirre tolkningen av noen treningseffekt, noe som gjør etterforsker ansvarlig for å tolke om noenobserverte endring i atferd etter trening er strengt på grunn av øvelse diett eller footshock stress. Viktigere, ikke den foreslåtte tvunget øvelse diett ansette ikke bruk av footshock på noe punkt i tredemølle akklimatisering eller utøve treningsperioder.

Vellykket trening regimer krever også maksimal etterlevelse å utøve fra testpersonene. Bruken av footshock for å oppnå overensstemmelse, kan forvirre tolkning av eksperimentelle resultater når den avhengige måle er knyttet til signalerings neurotransmitter som er påvirket av footshock (som tidligere omtalt). Dermed er utfordringen å få gnagere, særlig i alderen gnagere, å overholde en øvelse diett. En ønskelig mål for enhver øvelse diett er å oppnå nesten 100% compliance, da dette vil redusere antall dyr som er nødvendige for å fullføre øvelsen regime. Nærmere bestemt til maksimal etterlevelse utøve og tolkning av øvelse diett utfall kan be oppnådd i vår øvelse diett som et resultat av flere pre-trening prosedyrer inkludert, 1) en omvendt lys-mørke-syklusen som gjør at dyrene å trene under sin aktive (våkne) syklus, 2) sikrer bevegelsesytelseslinjene er like før segregering av kontroll og treningsgrupper, og 3) å innføre testpersonene til en akklimatiseringsperiode som gradvis introduserer dem til kravene i øvelse diett. Her, til de nevnte eksperimentelle hensyn og nødvendige skritt for å oppnå nesten 100% compliance tredemølle trening i en alderen gnager (> 18 måneders alder) vil bli evaluert og presentert. Endelig kan miljøet i forbindelse med trening være stressende, og som sådan, forundrer stede potensial til å bestemme fysiologiske effekter bestemte å utøve. Vår protokoll kontrollerer også for eksponeringen av mulig stress-induserende miljø av tredemøllen ved å inkludere nonexercise gruppe i alle aspekter av akklimatisering fasen (inkludert modest tredemølle kjører) og plassere dem på den stasjonære tredemølle under tredemølle trening. Dermed har som mål denne protokollen for å beskrive nødvendige tiltak for å fastslå den fysiologiske effekten av trening alene.

Protocol

Alle de følgende prosedyrene er gjennomført i samsvar med Institutional Animal Care og bruk komité på LSU Health Sciences senter-Shreveport, og er i samsvar med National Institute of Health retningslinjer. 1. Pre-trening Prosedyrer Merk: En tidslinje over alle relevante prosedyrer i denne påtvungne øvelse diett er vist skjematisk i figur 1. <img alt="Figur 1" fo:content-width="…

Representative Results

Et diagram over tidslinjen for hendelser i alle tre faser av tvungen øvelse diett er vist i figur 1. I tillegg til å snu den lys-mørke-syklus, daglige håndtering før enhver eksperimentell testing, og trinn 1 av akklimatiseringstrening, hvor fag sitte på den stasjonære tredemølle for 5-10 min / dag i 3 påfølgende dager, ble gjennomført for å øke compliance til tvunget øvelse diett. Disse prosedyrene ble tilsatt til protokollen for å minimalisere stress forbundet med nye omgivelser, og slik…

Discussion

Det er bevis som tyder på at livsstils strategier, for eksempel mosjon, kan redusere risikoen for kroniske aldersrelaterte sykdommer og deres kardinal symptomer, inkludert de av nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers sykdom og PD ^20. Fordelen med tvungen trening på en tredemølle, i motsetning til frivillig trening på et løpehjul, er at etterforskeren kan bestemme frekvens, hastighet, og / eller intensitet på trening, og varigheten av treningsøkten. Dermed bestemte post-treningseffekter, for eksempe…

Materials

 

Table of Specific Materials/Equipment
Name of Material/Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Exer-4 Treadmill for Rats	Columbus Instruments	96157-2	Columbus has a variety of treadmills for animals with varying numbers of lanes, and other options such as metabolic measurements
Animal Activity Meter: Opto-Varimex 4-Auto Track	Columbus Instruments	0170-R4	Columbus has several options for activity chambers with varying arena sizes, beam spacing, and sensors