Un modello di ruota da corsa semplice ed economico per l'allenamento di resistenza progressivo nei topi
Summary
Questa procedura descrive un modello di allenamento di resistenza della ruota da corsa traducibile a carico progressivo nei topi. Il vantaggio principale di questo modello di allenamento di resistenza è che è interamente volontario, riducendo così lo stress per gli animali e l’onere per il ricercatore.
Abstract
I modelli di esercizi basati sulla resistenza dei roditori sviluppati in precedenza, tra cui l’ablazione sinergica, la stimolazione elettrica, l’arrampicata su scala ponderata e, più recentemente, la trazione con slitta ponderata, sono altamente efficaci nel fornire uno stimolo ipertrofico per indurre adattamenti muscolari scheletrici. Mentre questi modelli si sono dimostrati preziosi per la ricerca sui muscoli scheletrici, sono invasivi o involontari e ad alta intensità di lavoro. Fortunatamente, molti ceppi di roditori corrono volontariamente lunghe distanze quando hanno accesso a una ruota da corsa. I modelli LWR (Loaded Wheel Running) nei roditori sono in grado di indurre adattamenti comunemente osservati con l’allenamento di resistenza negli esseri umani, come l’aumento della massa muscolare e l’ipertrofia delle fibre, nonché la stimolazione della sintesi proteica muscolare. Tuttavia, l’aggiunta di un carico moderato della ruota non riesce a dissuadere i topi dal correre grandi distanze, il che riflette maggiormente un modello di allenamento di resistenza / resistenza, oppure i topi smettono di correre quasi interamente a causa del metodo di applicazione del carico. Pertanto, è stato sviluppato un nuovo modello HLWR (High-Load Wheel Running) per i topi in cui viene applicata e progressivamente aumentata la resistenza esterna, consentendo ai topi di continuare a funzionare con carichi molto più elevati rispetto a quelli utilizzati in precedenza. I risultati preliminari di questo nuovo modello HLWR suggeriscono che fornisce uno stimolo sufficiente per indurre adattamenti ipertrofici nel corso del protocollo di allenamento di 9 settimane. Qui, vengono descritte le procedure specifiche per eseguire questo semplice ma economico modello di allenamento progressivo basato sulla resistenza nei topi.
Introduction
La massa muscolare scheletrica comprende circa il 40% della massa corporea negli esseri umani adulti; Pertanto, mantenere la massa muscolare scheletrica per tutta la vita è fondamentale. La massa muscolare scheletrica svolge un ruolo fondamentale nel metabolismo energetico, nel mantenimento della temperatura corporea interna e nell’omeostasi del glucosio1. Il mantenimento del muscolo scheletrico è un equilibrio tra sintesi proteica e degradazione proteica, ma esistono ancora molte lacune nella comprensione degli intricati meccanismi molecolari che guidano questi processi. Per studiare i meccanismi molecolari che regolano il mantenimento e la crescita della massa muscolare, i modelli di ricerca dei soggetti umani impiegano spesso interventi basati su esercizi di resistenza, poiché gli stimoli meccanici svolgono un ruolo fondamentale nella regolazione della massa muscolare scheletrica. Mentre la ricerca sui soggetti umani ha avuto successo, il tempo necessario per mostrare adattamenti e preoccupazioni etiche riguardanti le procedure invasive (cioè le biopsie muscolari) limitano la quantità di dati che possono essere ottenuti. Mentre gli adattamenti all’esercizio di resistenza sono abbastanza onnipresenti tra le specie di mammiferi, i modelli animali offrono il vantaggio di essere in grado di controllare con precisione la dieta e il regime di esercizio, consentendo anche la raccolta di interi tessuti in tutto il corpo, come cervello, fegato, cuore e muscolo scheletrico.
Molti modelli di allenamento di resistenza sono stati sviluppati per l’uso nei roditori: ablazione sinergica2, stimolazione elettrica 3,4, salita ponderata 5, slitta pesata 6 e accovacciata su tela7. È evidente che tutti questi modelli, se eseguiti correttamente, possono essere modelli efficaci per indurre adattamenti muscolari scheletrici, come l’ipertrofia. Tuttavia, le cadute di questi modelli sono che sono per lo più involontari, non fanno parte del normale comportamento dei roditori, richiedono tempo / lavoro e sono invasivi.
Fortunatamente, molti ceppi di topi e ratti corrono volontariamente lunghe distanze quando hanno accesso a una ruota da corsa. Inoltre, i modelli di esercizi con ruota libera (FWR) non si basano su condizionamento esteso, rinforzo positivo / negativo o anestesia per forzare il movimento o l’attività muscolare 8,9. L’attività di corsa dipende molto dallo sforzo del topo, dal sesso, dall’età e da una base individuale. Lightfoot et al. hanno confrontato l’attività di corsa di 15 diversi ceppi di topi e hanno scoperto che la distanza di corsa giornaliera varia da 2,93 km a 7,93 km, con topi C57BL / 6 che corrono più lontano, indipendentemente dal sesso10. FWR è comunemente accettato come un modello eccellente per indurre adattamenti di resistenza nei muscoli scheletrici e cardiaci 11,12,13,14,15,16; Tuttavia, l’utilizzo della corsa a ruote nei modelli di allenamento di resistenza è meno comunemente studiato.
Come si potrebbe sospettare, l’effetto ipertrofico della corsa delle ruote potrebbe essere aumentato aggiungendo resistenza alla ruota da corsa, chiamata corsa a ruota caricata (LWR), richiedendo così maggiori sforzi per correre sulla ruota per imitare più da vicino l’allenamento di resistenza. Utilizzando vari metodi di applicazione del carico, studi precedenti hanno dimostrato che il modello LWR che utilizza ratti e topi mostrava abitualmente aumenti della massa muscolare degli arti del 5% -30% nel giro di 6-8 settimane 17,18,19,20,21. Inoltre, D’hulst et al. hanno dimostrato che un singolo attacco di LWR ha portato ad un aumento del 50% maggiore nell’attivazione della via di segnalazione della sintesi proteica rispetto a FWR22. La resistenza delle ruote è stata più comunemente applicata da un metodo di carico costante basato sull’attrito, in base al quale viene utilizzato un freno magnetico o un bullone di tensione per applicare la resistenza della ruota 12,19,23,24. Un avvertimento del metodo di carico costante basato sull’attrito è che quando viene applicata una resistenza da moderata ad alta, l’animale non può superare l’elevata resistenza per iniziare il movimento della ruota, interrompendo efficacemente l’allenamento. Ancora più importante, molti dei sistemi di gabbie e ruote utilizzati per i modelli di ruote da corsa per roditori sono piuttosto costosi e richiedono attrezzature specializzate.
Recentemente, Dungan et al. hanno sviluppato un modello progressivo di funzionamento ponderato della ruota (PoWeR), che applica un carico alla ruota in modo asimmetrico tramite masse esterne aderenti a un singolo lato della ruota. Si ritiene che il carico sbilanciato della ruota e la resistenza variabile del modello PoWeR incoraggino l’attività di corsa continua e promuovano raffiche più brevi di ruota caricata nei topi, imitando più da vicino le serie e le ripetizioni eseguite con l’allenamento di resistenza17. Nonostante la distanza media di corsa sia di 10-12 km al giorno, il modello PoWeR ha prodotto un aumento rispettivamente del 16% e del 17% della massa umida muscolare plantare e dell’area della sezione trasversale delle fibre (CSA). Nonostante molti vantaggi pratici, il modello PoWeR di LWR ha alcune limitazioni. Come riconosciuto dagli autori, il modello PoWeR è uno stimolo “ibrido” ad alto volume che riflette un modello di esercizio misto di resistenza / resistenza (cioè allenamento simultaneo negli esseri umani), al contrario di un modello più strettamente basato sull’esercizio di resistenza, introducendo potenzialmente un effetto di interferenza e contribuendo all’ipertrofia meno pronunciata o ai diversi meccanismi con cui viene indotta l’ipertrofia25 . Garantire che un fenomeno di allenamento simultaneo non si verifichi in quello che dovrebbe essere un modello di allenamento con esercizi di resistenza è imperativo. Pertanto, il modello PoWeR è stato modificato per sviluppare un modello LWR che utilizza carichi più elevati rispetto a quelli precedentemente utilizzati per assomigliare più da vicino a un modello di allenamento di resistenza. Qui, vengono forniti i dettagli per un modello LWR di allenamento progressivo di resistenza semplice ed economico di 9 settimane nei topi C57BL / 6.
Protocol
Representative Results
Discussion
I modelli di esercizi di resistenza esistenti nei roditori si sono dimostrati preziosi per la ricerca sui muscoli scheletrici; Tuttavia, molti di questi modelli sono invasivi, involontari e / o ad alta intensità di tempo e lavoro. LWR è un modello eccellente che non solo induce adattamenti muscolari simili a quelli osservati in altri modelli di allenamento di resistenza ben accettati, ma fornisce anche uno stimolo di esercizio cronico e a basso stress per l’animale con un impegno minimo di tempo / lavoro da parte del r…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo ringraziare la Graduate Student Government Association, l’Office of Student Research e il Department of Health and Exercise Science dell’Appalachian State University per aver fornito finanziamenti per sostenere questo progetto. Inoltre, vorremmo ringraziare Monique Eckerd e Therin Williams-Frey per aver supervisionato le operazioni quotidiane della struttura di ricerca sugli animali.
Materials
| 1 g disc neodymium magnets | Applied Magnets | ND018-6 | Used for all sensor magnets and 1 g increments of wheel loading |
| 2.5 g disc neodymium magnets | Applied Magnets | ND022 | Used for 2.5 g increments of wheel loading |
| 8-32 x 1" stainless steel screws | Amazon | https://www.amazon.com/gp/product/B07939RS23/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1 | |
| 8-32 Wing Nuts | Amazon | https://www.amazon.com/gp/product/B07YYWW2SB/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&th=1 | |
| 10 µL pipette tip box (empty) | Thermo Scientific | 2140 | We used empty ART Pipette tip boxes, but any similar sized boxes/trays would suffice |
| Extreme Liquid Glue | Loctite | ||
| Laminin primary antibody | Novus Biologicals | NB300-144AF647 | primary antibody conjugated with AF657; 1:200 in PBS containing 10% normal goat serum |
| Lithium 3 V battery | n/a | CR2032 | |
| M10 (3/16" x 1 1/4") stainless steel fender washers | Amazon | https://www.amazon.com/gp/product/B00OHUHEU8/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&th=1 | |
| MyoVision: Automated Image Quantification Platform | Wen et al. (2017) | v1.0 | https://www.uky.edu/chs/center-for-muscle-biology/myovision |
| Polycarbonate rodent cage (430 mm L x 290 mm W x 201 mm H), with narrow width stainless steel wired bar lid | Orchid Scientific | Polycarbonate Rat Cage Type II | https://orchidscientific.com/product/rat-cage/ – 1519974600758-c29bc1c5-6dfa |
| Sigma Sport 509 Bike Computer | Sigma Sport | Does not need to be this model in particular, but must have distance and time monitoring capabilities | |
| Silent Spinner Running Wheel (mini 11.4 cm) | Kaytee | SKU# 100079369 | https://www.kaytee.com/all-products/small-animal/silent-spinner-wheel |
Riferimenti
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