En enkel og rimelig løpehjulmodell for progressiv motstandstrening hos mus

Summary

Denne prosedyren beskriver en oversettbar progressiv lastet løpehjulmotstandstreningsmodell hos mus. Den primære fordelen med denne motstandstreningsmodellen er at den er helt frivillig, og dermed reduserer stress for dyrene og belastningen på forskeren.

Abstract

Tidligere utviklede gnagermotstandsbaserte treningsmodeller, inkludert synergistisk ablasjon, elektrisk stimulering, vektet stigeklatring, og sist, vektet sledetrekking, er svært effektive for å gi en hypertrofisk stimulus for å indusere skjelettmuskeltilpasninger. Selv om disse modellene har vist seg uvurderlige for skjelettmuskelforskning, er de enten invasive eller ufrivillige og arbeidsintensive. Heldigvis løper mange gnagerstammer frivillig lange avstander når de får tilgang til et løpehjul. Ladd hjuldrift (LWR) modeller hos gnagere er i stand til å indusere tilpasninger som ofte observeres med motstandstrening hos mennesker, for eksempel økt muskelmasse og fiberhypertrofi, samt stimulering av muskelproteinsyntese. Imidlertid klarer ikke tillegget av moderat hjulbelastning enten å avskrekke mus fra å løpe store avstander, noe som reflekterer mer en utholdenhets- / motstandstreningsmodell, eller musene slutter å løpe nesten helt på grunn av metoden for belastningsapplikasjon. Derfor er det utviklet en ny høylasthjulsmodell (HLWR) for mus der ekstern motstand påføres og økes gradvis, slik at mus kan fortsette å løpe med mye høyere belastning enn tidligere utnyttet. Foreløpige resultater fra denne nye HLWR-modellen antyder at den gir tilstrekkelig stimulans til å indusere hypertrofiske tilpasninger i løpet av 9 ukers treningsprotokoll. Her beskrives de spesifikke prosedyrene for å utføre denne enkle, men rimelige progressive motstandsbaserte treningstreningsmodellen hos mus.

Introduction

Skjelettmuskelmasse utgjør ca. 40% av kroppsmassen hos voksne mennesker; Dermed er det viktig å opprettholde skjelettmuskelmasse gjennom livet. Skjelettmuskelmasse spiller en integrert rolle i energimetabolisme, opprettholder kjernekroppstemperatur og glukosehomeostase¹. Vedlikehold av skjelettmuskulatur er en balanse mellom proteinsyntese og proteinnedbrytning, men mange hull eksisterer fortsatt i forståelsen av de intrikate molekylære mekanismene som driver disse prosessene. For å studere de molekylære mekanismene som regulerer vedlikehold og vekst av muskelmasse, bruker menneskers forskningsmodeller ofte motstandsøvelsesbaserte inngrep, siden mekaniske stimuli spiller en integrert rolle i reguleringen av skjelettmuskelmasse. Mens forskning på mennesker har vært vellykket, begrenser tiden som er nødvendig for å vise tilpasninger og etiske bekymringer angående invasive prosedyrer (dvs. muskelbiopsier) mengden data som kan oppnås. Mens tilpasningene til motstandsøvelse er ganske allestedsnærværende på tvers av pattedyrarter, gir dyremodeller fordelen av å kunne kontrollere diett- og treningsregimet nøyaktig, samtidig som det muliggjør innsamling av hele vev i hele kroppen, som hjerne, lever, hjerte og skjelettmuskulatur.

Mange motstandstreningsmodeller er utviklet for bruk hos gnagere: synergistisk ablasjon², elektrisk stimulering ^3,4, vektet stigeklatring^5, vektet sledetrekk⁶ og canvassed huk⁷. Det er tydelig at alle disse modellene, hvis de gjøres riktig, kan være effektive modeller for å indusere skjelettmuskulaturtilpasninger, for eksempel hypertrofi. Ulempene med disse modellene er imidlertid at de for det meste er ufrivillige, ikke en del av normal gnageradferd, tids- / arbeidsintensiv og invasiv.

Heldigvis løper mange muse- og rottestammer frivillig lange avstander når de får tilgang til et løpehjul. Videre er friløpshjul (FWR) treningsmodeller ikke avhengige av omfattende kondisjonering, positiv / negativ forsterkning eller anestesi for å tvinge bevegelse eller muskelaktivitet ^8,9. Løpsaktivitet avhenger i stor grad av musebelastning, kjønn, alder og individuell basis. Lightfoot og medarbeidere sammenlignet løpeaktiviteten til 15 forskjellige musestammer og fant at den daglige løpedistansen varierer fra 2,93 km til 7,93 km, med C57BL/6 mus som løper lengst, uavhengig av kjønn¹⁰. FWR er allment akseptert som en utmerket modell for å indusere utholdenhetstilpasninger i skjelett- og hjertemuskler 11,12,13,14,15,16; Imidlertid er bruk av hjulkjøring i motstandstreningsmodeller mindre ofte undersøkt.

Som man kunne mistenke, kan den hypertrofiske effekten av hjulkjøring forsterkes ved å legge til motstand mot løpehjulet, kalt lastet hjulkjøring (LWR), og dermed kreve større innsats for å løpe på hjulet for å etterligne motstandstrening nærmere. Ved hjelp av varierte metoder for belastningsapplikasjon har tidligere studier vist at LWR-modellen ved bruk av rotter og mus rutinemessig viste økninger i muskelmasse på 5% -30% i løpet av 6-8 uker 17,18,19,20,21. Videre viste D’hulst og medarbeidere at et enkelt anfall av LWR førte til en 50% større økning i aktivering av proteinsyntesens signalvei sammenlignet med FWR²². Hjulmotstand har blitt mest brukt av en friksjonsbasert, konstant lastemetode, hvor en magnetisk brems eller spenningsbolt brukes til å bruke hjulmotstand 12,19,23,24. En advarsel ved friksjonsbasert, konstant belastningsmetode er at når moderat til høy motstand påføres, kan dyret ikke overvinne den høye motstanden for å starte bevegelse av hjulet, og effektivt slutte å trene. Viktigst av alt, mange av bur- og hjulsystemene som brukes til gnagere, er ganske kostbare og krever spesialutstyr.

Nylig utviklet Dungan og medarbeidere en progressiv vektet hjulgående (PoWeR) modell, som påfører en belastning på hjulet asymmetrisk via eksterne masser festet til en enkelt side av hjulet. Den ubalanserte hjulbelastningen og den variable motstanden til PoWeR-modellen antas å oppmuntre til fortsatt løpsaktivitet og fremme kortere utbrudd av lastet hjulkjøring hos mus, nærmere etterligne settene og repetisjonene som utføres med motstandstrening¹⁷. Til tross for at den gjennomsnittlige løpeavstanden var 10-12 km per dag, ga PoWeR-modellen en økning på henholdsvis 16% og 17% i plantaris muskel våtmasse og fibertverrsnittsareal (CSA). Til tross for mange praktiske fordeler har PoWeR-modellen til LWR noen begrensninger. Som anerkjent av forfatterne, er PoWeR-modellen en “hybrid” stimulus med høyt volum som reflekterer en blandet utholdenhets- / motstandstreningsmodell (dvs. samtidig trening hos mennesker), i motsetning til en strengere motstandsøvelsesbasert modell, som potensielt introduserer en interferenseffekt og bidrar til den mindre uttalt hypertrofi eller forskjellige mekanismer som hypertrofi induseres²⁵ . Det er viktig å sikre at et samtidig treningsfenomen ikke forekommer i det som er ment å være en motstandstreningsmodell. Derfor ble PoWeR-modellen modifisert for å utvikle en LWR-modell som bruker høyere belastninger enn tidligere brukt til å ligne mer på en motstandstreningsmodell. Her er detaljer gitt for en enkel og billig 9 ukers progressiv motstandstrening LWR-modell i C57BL / 6 mus.

Protocol

Denne studien ble godkjent av Appalachian State Universitys institusjonelle dyrepleie- og brukskomité (# 22-05). 1. Dyr Anskaffe C57BL/6 mus fra den interne musekolonien.MERK: Hannmus i alderen 5-8 måneder ved starten av studien ble brukt. Daglig løpeaktivitet topper og platåer rundt 9-10 uker i alderen26 år. Tidligere studier har vist at gamle mus (22-24 måneder) også vil utføre lastet hjulkjøring27. …

Representative Results

I denne studien ble 24 C57BL/6 mus (6,3 ± 0,7 måneder ved starten av denne studien) randomisert til en av tre behandlingsgrupper: stillesittende (SED), lastet hjulkjøring (LWR; samme som PoWeR beskrevet av Dungan et al.17), eller høy LWR (HLWR), og fullførte deretter sin respektive 9 ukers protokoll. Etter akklimatiseringsuken (uke 1) var det ingen gruppe- eller gruppe x tidsforskjeller i løpeavstand eller treningsvolum (figur 5). <p class="jove_content bigl…

Discussion

Eksisterende motstandstreningsmodeller hos gnagere har vist seg uvurderlige for skjelettmuskelforskning; Imidlertid er mange av disse modellene invasive, ufrivillige og / eller tids- og arbeidskrevende. LWR er en utmerket modell som ikke bare induserer lignende muskulære tilpasninger som de som observeres i andre godt aksepterte motstandstreningstreningsmodeller, men gir også en kronisk, lavspenningstreningsstimulus for dyret med minimal tid / arbeidsforpliktelse fra forskeren. I tillegg, siden LWR-modeller krever mini…

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