Um modelo de roda de corrida simples e barato para treinamento de resistência progressiva em camundongos

Summary

Este procedimento descreve um modelo de treinamento de resistência de roda de corrida carregado progressivo traduzível em camundongos. A principal vantagem desse modelo de treinamento resistido é que ele é totalmente voluntário, reduzindo assim o estresse para os animais e a carga sobre o pesquisador.

Abstract

Modelos de exercícios baseados em resistência a roedores desenvolvidos anteriormente, incluindo ablação sinérgica, estimulação elétrica, escalada de escada ponderada e, mais recentemente, tração de trenó pesado, são altamente eficazes em fornecer um estímulo hipertrófico para induzir adaptações musculares esqueléticas. Embora esses modelos tenham se mostrado inestimáveis para a pesquisa do músculo esquelético, eles são invasivos ou involuntários e trabalhosos. Felizmente, muitas cepas de roedores correm voluntariamente longas distâncias quando têm acesso a uma roda de corrida. Modelos de corrida de roda carregada (LWR) em roedores são capazes de induzir adaptações comumente observadas com o treinamento resistido em humanos, como aumento da massa muscular e hipertrofia de fibras, bem como estimulação da síntese de proteínas musculares. No entanto, a adição de carga moderada nas rodas não impede que os ratos corram grandes distâncias, o que é mais reflexivo de um modelo de treinamento de resistência / resistência, ou os ratos interrompem a corrida quase inteiramente devido ao método de aplicação de carga. Portanto, um novo modelo de corrida de roda de alta carga (HLWR) foi desenvolvido para camundongos onde a resistência externa é aplicada e progressivamente aumentada, permitindo que os ratos continuem correndo com cargas muito mais altas do que as utilizadas anteriormente. Os resultados preliminares deste novo modelo de HLWR sugerem que ele fornece estímulo suficiente para induzir adaptações hipertróficas ao longo do protocolo de treinamento de 9 semanas. Aqui, os procedimentos específicos para executar este modelo de treinamento físico baseado em resistência progressiva simples, mas barato, em camundongos são descritos.

Introduction

A massa muscular esquelética compreende aproximadamente 40% da massa corporal em humanos adultos; assim, manter a massa muscular esquelética ao longo da vida é fundamental. A massa muscular esquelética desempenha um papel integral no metabolismo energético, na manutenção da temperatura corporal central e na homeostase da glicose¹. A manutenção do músculo esquelético é um equilíbrio entre a síntese de proteínas e a degradação de proteínas, mas ainda existem muitas lacunas na compreensão dos intrincados mecanismos moleculares que impulsionam esses processos. Para estudar os mecanismos moleculares que regulam a manutenção e o crescimento da massa muscular, os modelos de pesquisa de seres humanos geralmente empregam intervenções baseadas em exercícios resistidos, uma vez que os estímulos mecânicos desempenham um papel integral na regulação da massa muscular esquelética. Embora a pesquisa em seres humanos tenha sido bem-sucedida, o tempo necessário para exibir adaptações e preocupações éticas em relação a procedimentos invasivos (ou seja, biópsias musculares) limita a quantidade de dados que podem ser obtidos. Embora as adaptações ao exercício de resistência sejam bastante onipresentes em todas as espécies de mamíferos, os modelos animais fornecem o benefício de poder controlar com precisão a dieta e o regime de exercícios, além de permitir a coleta de tecidos inteiros em todo o corpo, como cérebro, fígado, coração e músculo esquelético.

Muitos modelos de treinamento resistido foram desenvolvidos para uso em roedores: ablação sinérgica², estimulação elétrica^3,4, escalada de escada ponderada^5, trenó pesado puxando⁶ e agachamento com tela⁷. É evidente que todos esses modelos, se feitos corretamente, podem ser modelos eficazes para induzir adaptações musculares esqueléticas, como a hipertrofia. No entanto, as desvantagens desses modelos são que eles são principalmente involuntários, não fazem parte do comportamento normal dos roedores, intensivos em tempo / trabalho e invasivos.

Felizmente, muitas cepas de ratos e camundongos correm voluntariamente longas distâncias quando têm acesso a uma roda de corrida. Além disso, os modelos de exercício de roda de corrida livre (RCF) não dependem de condicionamento extensivo, reforço positivo/negativo ou anestesia para forçar o movimento ou a atividade muscular ^8,9. A atividade de corrida depende muito da tensão do rato, sexo, idade e uma base individual. Lightfoot et al. compararam a atividade de corrida de 15 diferentes linhagens de camundongos e descobriram que a distância diária de corrida varia de 2,93 km a 7,93 km, com camundongos C57BL / 6 correndo mais longe, independentemente do sexo¹⁰. A RCF é comumente aceita como um excelente modelo para induzir adaptações de resistência nos músculos esqueléticos e cardíacos 11,12,13,14,15,16; no entanto, a utilização de corrida de rodas em modelos de treinamento de resistência é menos comumente investigada.

Como se poderia suspeitar, o efeito hipertrófico do funcionamento da roda pode ser aumentado pela adição de resistência à roda de corrida, denominada corrida de roda carregada (LWR), exigindo assim maiores esforços para correr na roda para imitar mais de perto o treinamento de resistência. Utilizando métodos variados de aplicação de carga, estudos prévios demonstraram que o modelo LWR utilizando ratos e camundongos rotineiramente apresentou aumentos na massa muscular dos membros de 5%-30% em questão de 6-8 semanas 17,18,19,20,21. Além disso, D’hulst et al. demonstraram que um único ataque de LWR levou a um aumento 50% maior na ativação da via de sinalização de síntese proteica em comparação com o FWR²². A resistência das rodas tem sido mais comumente aplicada por um método de carga constante baseado em atrito, pelo qual um freio magnético ou parafuso de tensão é utilizado para aplicar a resistência das rodas 12,19,23,24. Uma ressalva do método de carga constante baseado em atrito é que, quando a resistência moderada a alta é aplicada, o animal não pode superar a alta resistência para iniciar o movimento da roda, efetivamente cessando o treinamento. Mais importante ainda, muitos dos sistemas de gaiola e roda usados para modelos de rodas de corrida de roedores são bastante caros e exigem equipamentos especializados.

Recentemente, Dungan et al. desenvolveram um modelo progressivo de corrida de rodas pesadas (PoWeR), que aplica uma carga à roda assimetricamente através de massas externas aderidas a um único lado da roda. Acredita-se que a carga desequilibrada das rodas e a resistência variável do modelo PoWeR incentivem a atividade de corrida contínua e promovam rajadas mais curtas de corrida de roda carregada em camundongos, imitando mais de perto os conjuntos e repetições realizados com treinamento de resistência¹⁷. Apesar da distância média de corrida ser de 10-12 km por dia, o modelo PoWeR produziu um aumento de 16% e 17% na massa úmida do músculo plantar e na área transversal da fibra (CSA), respectivamente. Apesar de muitas vantagens práticas, o modelo PoWeR da LWR tem algumas limitações. Conforme reconhecido pelos autores, o modelo PoWeR é um estímulo “híbrido” de alto volume que reflete um modelo de resistência mista / exercício resistido (ou seja, treinamento simultâneo em humanos), em oposição a um modelo mais estritamente baseado em exercícios resistidos, potencialmente introduzindo um efeito de interferência e contribuindo para a hipertrofia menos pronunciada ou diferentes mecanismos pelos quais a hipertrofia é induzida²⁵ . Garantir que um fenômeno de treinamento simultâneo não ocorra no que se pretende ser um modelo de treinamento de exercícios de resistência é imperativo. Portanto, o modelo PoWeR foi modificado para desenvolver um modelo LWR que utiliza cargas mais altas do que as usadas anteriormente para se assemelhar mais a um modelo de treinamento de resistência. Aqui, os detalhes são fornecidos para um modelo LWR de treinamento de resistência progressiva de 9 semanas simples e barato em camundongos C57BL/6.

Protocol

Este estudo foi aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Appalachian State University (#22-05). 1. Animais Adquira camundongos C57BL/6 da colônia interna de camundongos.NOTA: Foram utilizados camundongos machos de 5 a 8 meses de idade no início do estudo. A atividade de corrida diária atinge picos e platôs em torno de 9-10 semanas de idade26. Estudos anteriores demonstraram que ratos velhos (22-24 meses) tamb…

Representative Results

Neste estudo, 24 camundongos C57BL/6 (6,3 ± 0,7 meses no início deste estudo) foram aleatoriamente designados para um dos três grupos de tratamento: sedentários (SED), corrida de roda carregada (LWR; o mesmo que PoWeR descrito por Dungan et al.17) ou LWR alto (HLWR) e, em seguida, completaram seu respectivo protocolo de 9 semanas. Após a semana de aclimatação (semana 1), não houve diferença de grupo ou grupo x tempo na distância de corrida ou no volume de treinamento (<strong class="xfig…

Discussion

Os modelos de exercícios de resistência existentes em roedores provaram ser inestimáveis para a pesquisa do músculo esquelético; no entanto, muitos desses modelos são invasivos, involuntários e/ou intensivos em tempo e trabalho. A RCL é um excelente modelo que não apenas induz adaptações musculares semelhantes às observadas em outros modelos de treinamento de exercícios resistidos bem aceitos, mas também fornece um estímulo crônico de exercício de baixo estresse para o animal com comprometimento mínimo …

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