マウスの漸進的レジスタンストレーニングのためのシンプルで安価なランニングホイールモデル
Summary
この手順では、マウスにおける平行移動可能なプログレッシブロードランニングホイール抵抗トレーニングモデルについて説明します。このレジスタンストレーニングモデルの主な利点は、それが完全に自発的であるため、動物のストレスと研究者の負担を軽減することです。
Abstract
相乗的アブレーション、電気刺激、加重はしご登山、そして最近では加重そり引っ張りを含む、以前に開発されたげっ歯類抵抗ベースの運動モデルは、骨格筋の適応を誘発する肥大刺激を提供するのに非常に効果的です。これらのモデルは骨格筋の研究に非常に貴重であることが証明されていますが、侵襲的または不随意で労働集約的です。幸いなことに、多くのげっ歯類の系統は、ランニングホイールへのアクセスを与えられると、自発的に長距離を走ります。げっ歯類のロードホイールランニング(LWR)モデルは、筋肉量の増加や線維肥大、筋タンパク質合成の刺激など、ヒトのレジスタンストレーニングで一般的に観察される適応を誘発することができます。ただし、適度なホイール負荷を追加すると、マウスが長距離を走るのを思いとどまらせることができないか(これは、持久力/レジスタンストレーニングモデルをより反映している)、または負荷の適用方法のためにマウスがほぼ完全にランニングを中止します。そこで、外部抵抗が加わり、徐々に増加するマウス用の新しい高負荷ホイールランニングモデル(HLWR)が開発され、マウスは以前に利用されていたよりもはるかに高い負荷で走り続けることができます。この新しいHLWRモデルの予備的な結果は、9週間のトレーニングプロトコルにわたって肥大適応を誘発するのに十分な刺激を提供することを示唆しています。本明細書では、この簡便でありながら安価な漸進的抵抗ベースの運動訓練モデルをマウスで実行するための具体的な手順について説明する。
Introduction
骨格筋量は、成人の体重の約40%を占めています。したがって、生涯を通じて骨格筋量を維持することが重要です。骨格筋量は、エネルギー代謝、深部体温の維持、およびグルコース恒常性に不可欠な役割を果たします1。骨格筋の維持は、タンパク質合成とタンパク質分解のバランスですが、これらのプロセスを推進する複雑な分子メカニズムの理解にはまだ多くのギャップがあります。筋肉量の維持と成長を調節する分子メカニズムを研究するために、機械的刺激が骨格筋量の調節に不可欠な役割を果たすため、人間の被験者の研究モデルはしばしば抵抗運動ベースの介入を採用します。ヒトを対象とした研究は成功していますが、侵襲的処置(すなわち、筋生検)に関する適応と倫理的懸念を示すために必要な時間は、取得できるデータの量を制限します。レジスタンス運動への適応は哺乳類の種全体にかなり遍在していますが、動物モデルは、食事と運動レジメンを正確に制御できると同時に、脳、肝臓、心臓、骨格筋などの全身の組織を収集できるという利点があります。
げっ歯類で使用するために、多くのレジスタンストレーニングモデルが開発されています:相乗的アブレーション2、電気刺激3,4、加重はしご登り5、加重そり引っ張り6、キャンバススクワット7。これらのモデルはすべて、正しく行われれば、肥大などの骨格筋の適応を誘発するための効果的なモデルになり得ることは明らかです。ただし、これらのモデルの欠点は、ほとんどが非自発的であり、通常のげっ歯類の行動の一部ではなく、時間/労働集約的で、侵襲的であることです。
幸いなことに、多くのマウスとラットの系統は、ランニングホイールへのアクセスを与えられると、自発的に長距離を走ります。さらに、フリーランニングホイール(FWR)運動モデルは、運動や筋肉活動を強制するために、広範なコンディショニング、正/負の強化、または麻酔に依存しません8,9。ランニング活動は、マウスの系統、性別、年齢、および個人ベースに大きく依存します。Lightfootらは、15種類のマウス系統のランニング活動を比較し、毎日のランニング距離は2.93kmから7.93kmの範囲であり、C57BL/6マウスは性別に関係なく最も遠くまで走っていることを発見した10。FWRは、骨格筋および心筋の持久力適応を誘導するための優れたモデルとして一般に受け入れられています11,12,13,14,15,16;ただし、レジスタンストレーニングモデルでホイールランニングを利用することはあまり一般的ではありません。
推測できるように、ホイールランニングの肥大効果は、ロードホイールランニング(LWR)と呼ばれるランニングホイールに抵抗を追加することによって増強される可能性があるため、レジスタンストレーニングをより厳密に模倣するためにホイール上を走るためのより大きな努力が必要になります。負荷適用の様々な方法を用いて、ラットおよびマウスを利用したLWRモデルが、6〜8週間のうちに5%〜30%の四肢筋肉量の増加を日常的に示していることが実証されている17、18、19、20、21。さらに、D’hulstらは、LWRの1回の発作がFWR22と比較してタンパク質合成シグナル伝達経路の活性化の50%大きな増加をもたらすことを実証した。車輪抵抗は、摩擦ベースの定荷重法によって最も一般的に適用されており、それによって磁気ブレーキまたはテンションボルトを利用して車輪抵抗を適用する12、19、23、24。摩擦ベースの定荷重法の注意点の1つは、中程度から高い抵抗が適用されると、動物は高い抵抗を克服して車輪の動きを開始できず、効果的にトレーニングを停止することです。最も重要なことは、げっ歯類のランニングホイールモデルに使用されるケージおよびホイールシステムの多くは非常に高価であり、特殊な機器を必要とすることです。
最近、Dunganらは、ホイールの片側に付着した外部質量 を介して 非対称にホイールに荷重を加えるプログレッシブウェイトホイールランニング(PoWeR)モデルを開発しました。PoWeRモデルの不均衡なホイール負荷と可変抵抗は、継続的なランニング活動を促進し、マウスでのロードされたホイールランニングのより短いバーストを促進し、レジスタンストレーニングで実行されるセットと繰り返しをより厳密に模倣すると考えられています17。平均走行距離は1日あたり10〜12 kmであるにもかかわらず、PoWeRモデルは足底筋湿潤量と繊維断面積(CSA)がそれぞれ16%と17%増加しました。多くの実用的な利点にもかかわらず、LWRのPoWeRモデルにはいくつかの制限があります。著者らが認識しているように、PoWeRモデルは、より厳密な抵抗運動ベースのモデルとは対照的に、混合持久力/抵抗運動モデル(すなわち、ヒトでの同時トレーニング)を反映した大量の「ハイブリッド」刺激であり、干渉効果を導入し、あまり目立たない肥大または肥大が誘発されるさまざまなメカニズムに寄与する可能性があります25.レジスタンス運動トレーニングモデルとなることを意図したもので同時トレーニング現象が発生しないようにすることが不可欠です。そのため、PoWeRモデルを修正して、以前使用されていたよりも高い負荷を利用してレジスタンストレーニングモデルに似せるLWRモデルを開発しました。本明細書では、C57BL/6マウスにおける簡単で安価な9週間の進行性レジスタンストレーニングLWRモデルについて詳細を提供する。
Protocol
Representative Results
Discussion
げっ歯類の既存の抵抗運動モデルは、骨格筋の研究に非常に貴重であることが証明されています。ただし、これらのモデルの多くは、侵襲的、非自発的、および/または時間と労力がかかります。LWRは、他の広く受け入れられているレジスタンス運動トレーニングモデルで観察されたものと同様の筋肉適応を誘発するだけでなく、研究者による最小限の時間/労力のコミットメントで動物に慢?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
このプロジェクトを支援するための資金を提供してくれたアパラチア州立大学の大学院生自治会、学生研究局、および健康運動科学部に感謝します。さらに、動物研究施設の日常業務を監督してくれたモニーク・エッカードとセリン・ウィリアムズ・フレイに感謝します。
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 |
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