الوصول الى التوافق في التمرين القسري في القوارض: معيار حاسم لتقييم ممارسة التأثير في الاضطرابات المتصلة بالشيخوخة والأمراض
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
هناك زيادة كبيرة في الوعي بالأثر الإيجابي لممارسة الرياضة على تحسين العديد من الحالات المرضية مع أساس العصبية. تشمل هذه تحسين الوظيفة الإدراكية والأداء الجسدي. ونتيجة لذلك، هناك زيادة في عدد من الدراسات على الحيوانات التي تستخدم ممارسة الرياضة. ويقال إن القيمة الجوهرية واحدة من ممارسة القسري هي أن المحقق لديه السيطرة على العوامل التي يمكن أن تؤثر على تأثير التمرينات الرياضية على النتائج السلوكية، لا سيما ممارسة التردد، والمدة، وشدة ممارسة نظام. ومع ذلك، والامتثال في نظم ممارسة القسري قد يكون مشكلة، خاصة إذا يفند المحتملة لتوظيف القدم صدمة هي التي ينبغي تجنبها. ومن المهم أيضا النظر إلى أنه منذ تضرب معظم إدراكيا والحركي للفرد في العمر، تحديد تأثير التمرينات الرياضية على هذه العاهات يجب النظر في استخدام القوارض سن مع أعلى مستوى ممكن من الامتثال لضمان الحد الأدنى من الحاجة إلى اختبار سوbjects. هنا، ستعرض الخطوات ذات الصلة والاعتبارات اللازمة لتحقيق الامتثال ما يقرب من 100٪ إلى المطحنة ممارسة في نموذج القوارض العمر ومناقشتها. بغض النظر عن نظام ممارسة معينة يجري استخدامها من قبل المحقق، وينبغي أن يكون لدينا بروتوكول الاستخدام للمحققين التي تهتم بشكل خاص في الأثر المحتمل لممارسة القسري على المتصلة بالشيخوخة العاهات، بما في ذلك الرعاش المتصلة بالشيخوخة ومرض باركنسون.
Introduction
استراتيجيات نمط الحياة موسع التي يمكن إما منع أو تخفيف ضعف في الإدراك والحركة وكلا غالبا ما ترتبط مع الشيخوخة، تكتسب الجر وممارسات قابلة للحياة للحفاظ على الصحة والرفاه 1،2. على سبيل المثال، معتدلة الى ممارسة صارمة على أساس أسبوعي وثابت عند الرجال في منتصف العمر يمكن أن تزيد بشكل كبير قدرات الحركي مقارنة مع أقرانهم في سن بالمثل مع تقدم العمر 3. وعلاوة على ذلك، تشير أدلة متزايدة على أن هذه الاستراتيجيات نمط الحياة، مثل ممارسة التمارين الرياضية، يمكن أن تخفف أو حتى العاهات المرتبطة بالأمراض العصبية مثل مرض باركنسون (PD) 4 عكس.
كما تم توجيه الجهود لفهم الآليات الجزيئية من العاهات المرتبطة بالشيخوخة نحو تحديد كيف استراتيجيات موسع، مثل ممارسة الرياضة، عكس أو تخفيف من الآليات التي تساهم في مثل هذه العاهات. ممارسة مفرغه هي واحدة من هذه STRATايجى يجري استخدامها بشكل متزايد في نماذج من PD 5-7 وضعف الادراك 1، حيث لا يزال يجري تحديد الآليات وراء التحسينات في الحركي أو الوظائف المعرفية. ومع ذلك، من المهم أن نشير إلى أن الشيخوخة هي الخلفية العصبية الحيوية من PD. وبالتالي، لأي الترجمة المحتملة من ممارسة أي فائدة في نموذج حيواني أن تتحقق في حالة الإنسان يجب أن تأخذ في الاعتبار الخلفية العصبية الحيوية الشيخوخة. على سبيل المثال، الآليات التعويضية التي درء ضعف الحركي خلال PD التقدم يمكن أن تنال من عملية الشيخوخة 8. وبالتالي، فإنه من المعقول أن يجب تطوير النماذج العملية التي لا ننظر فقط إلى تأثير الشيخوخة سواء في وجود أو عدم وجود علم الأمراض، ولكن هذا أيضا يمكن أن تبدأ والحفاظ عليها في القوارض المسنين.
ولذلك، في النظر في الشيخوخة على خلفية العصبية الحيوية، واختيار من سلالة الفئرانوينبغي النظر بعناية من قبل المحقق. تتوفر للدراسات الشيخوخة عدة سلالات الفئران، ولا سيما فيشر 344 وبراون النرويج / فيشر 344 F 1 (BNF) هجين. ويشيع استخدامها سبراغ داولي الفئران (سلالة الأباعد) هو أيضا قابلة لمثل هذا الاستخدام، كما أنها تستخدم عادة في نماذج الأمراض العصبية، مثل نموذج PD-6 hydroxydopamine. مختبرنا يستخدم كل من سبراج داولي وBNF سلالات في الشيخوخة والعمل الأمراض العصبية التنكسية. في هذا التقرير، سنقدم نتائج تسليط الضوء على بروتوكولات ممارستنا باستخدام كل السلالات. بالنسبة لأولئك المحققين تركز بشكل صارم على الدراسات المرتبطة بالعمر، سلالة BNF يقدم بعض المزايا الهامة. أولا، فمن نسبيا أقل عرضة للاضطرابات المرتبطة بالشيخوخة مثل (الأورام) ولها طول العمر استثنائي (نموذجي عمر يتجاوز 30 شهرا) بالمقارنة مع السلالات الأخرى. لديهم أيضا أقل تقلب في مجموعة متنوعة من النتائج الفسيولوجية والسلوكية 9، ود هي أيضا مناسبة للتحقيق في النهج التي تدخل في عملية الشيخوخة. وعلاوة على ذلك، والتجارب مثل ممارسة القسري تتطلب معالجة كبيرا من قبل المحقق، والتصرف لطيف من سلالة BNF هو مفيد. المتصلة بالشيخوخة والتغييرات في محتوى الدوبامين أنسجة الجسم المخطط والدماغ المتوسط، فضلا عن النشاط الحركي تغييرات مماثلة على الفئران والقرود BNF 10-11. يحتوي مختبرنا أيضا خبرة واسعة مع توصيف والتلاعب مخططي والدماغ المتوسط مما يشير الدوبامين وكذلك النشاط الحركي في سلالة BNF 12-16. ولذلك، لأن خطر أمراض أخرى استنادا neurobiologically-يزيد مع الشيخوخة، النماذج الحيوانية للمرض الاعصاب ينبغي أن تنظر في استخدام سلالات القوارض مع سجل حافل واسعة من استخدامها في دراسات الشيخوخة.
بروتوكول لدينا هنا أيضا يتناول بعض القضايا الحرجة أن المحقق يجب أن تنظر في تفسير نتائجها obtaineد من بروتوكول ممارسة الرياضة. جهاز القوارض مفرغة (استخدام التي سوف تسلط الضوء في هذا التقرير)، وقد تم تجهيز عادة مع لفائف الصدمات الكهربائية في الجزء الخلفي من كل حارة من مطحنة التي يمكن إبطال مفعولها. ولكن عندما يتم تنشيط هذه الملفات صدمة كهربائية، يتم تسليم footshock صغير لهذا الموضوع لأنه يأتي في اتصال مع لفائف. وغالبا ما تستخدم هذه الاستراتيجية في الدراسات العملية لتسهيل الامتثال لممارسة مفرغة. هذه نقطة حاسمة للنظر فيها، خاصة بالنسبة لأولئك المحققين المعنيين بالدراسات السلوكية التي تتأثر dopamine- أو بافراز-الإشارات. footshock الكهربائي هو الإجهاد الفسيولوجي، كما تم توثيقه جيدا تأثيرها على نظامي العصبي، مع زيادة تفعيل هيدروكسيلاز التيروزين 17-18. وبالتالي، زيادة الحيوي إما من الناقل العصبي يمكن أن يتغلب على تفسير أي تأثير ممارسة الرياضة، مما يجعل المحقق مسؤولا عن تفسير ما إذا كان أيومن المقرر صارما لنظام ممارسة أو الإجهاد footshock التغير الملحوظ في السلوك بعد التمرين. الأهم من ذلك أن المقترح القسري ممارسة نظام لا توظف استخدام footshock في أي نقطة في التأقلم مفرغة أو ممارسة فترات التدريب.
تتطلب نظم ممارسة ناجحة أيضا الامتثال لممارسة أقصى من اختبار المواضيع. توظيف footshock من أجل تحقيق الامتثال يمكن أن تربك تفسير النتائج التجريبية عندما يرتبط هذا الاجراء يعتمد على ناقل عصبي مما يشير إلى أن يتأثر footshock (كما نوقش سابقا). وبالتالي، فإن التحدي هو الحصول على القوارض، وخاصة الذين تتراوح أعمارهم بين القوارض، للامتثال لممارسة نظام. والهدف المرغوب في أي ممارسة نظام هو تحقيق الامتثال ما يقرب من 100٪، حيث سيؤدي ذلك إلى تقليل عدد الحيوانات اللازمة لاستكمال ممارسة نظام. على وجه التحديد، والحد الأقصى الامتثال لممارسة وتفسير نتائج ممارسة نظام يمكن بالبريد التي تم الحصول عليها في منطقتنا ممارسة نظام نتيجة لعدة إجراءات ما قبل العملية بما في ذلك، 1) دورة ضوء الظلام العكسية التي تمكن الحيوانات أثناء ممارسة النشطة أعقاب) دورة (، 2) ضمان خطوط أساس الأداء الحركي متساوون قبل فصل السيطرة وممارسة الجماعات، و 3) تقديم الموضوعات اختبار لفترة التأقلم التي تعرفهم تدريجيا إلى متطلبات ممارسة نظام. هنا، فإن الاعتبارات والخطوات التجريبية المذكورة اللازمة لتحقيق الامتثال ما يقرب من 100٪ إلى المطحنة ممارسة في القوارض الذين تتراوح أعمارهم بين (> 18 شهرا من العمر) سيتم تقييمها وعرضها. أخيرا، والبيئة المرتبطة التمرينات الرياضية قد تكون مرهقة، وعلى هذا النحو، وإمكانات الحالية يفند لتحديد الآثار الفسيولوجية محددة لممارسة الرياضة. يتحكم بروتوكول لدينا أيضا من أجل التعرض للبيئة الذي يحفز التوتر المحتملة للحلقة مفرغة من قبل بما في ذلك مجموعة nonexercise في كل جانب من جوانب مرحلة التأقلم (بما في ذلك مودست مفرغة تشغيل) ووضعها على جهاز المشي الثابت خلال التمرينات مفرغة. وبالتالي، يهدف هذا البروتوكول إلى وصف التدابير اللازمة لتحديد الأثر الفسيولوجي لممارسة الرياضة وحدها.
Protocol
Representative Results
Discussion
هناك أدلة تشير إلى أن استراتيجيات نمط الحياة مثل ممارسة الرياضة، قد يقلل من خطر الإصابة بالأمراض المزمنة المرتبطة بالعمر والأعراض الأساسية، بما في ذلك تلك من الأمراض العصبية مثل مرض الزهايمر وPD 20. صالح ممارسة القسري في حلقة مفرغة، في مقابل ممارسة طوعية على عجل…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم توفير التمويل لهذا العمل في جزء من منحة بحثية تمنح لMF سلفاتوري من المعهد الوطني للشيخوخة (AG040261). فإن الكتاب أود أيضا أن نعترف الحقول فيكتوريا لمساعدتها مع التجارب السلوكية المرتبطة بعمل وقدمت ماكنزي بستان لمساعدته مع بناء مساندة للحلقة مفرغة.
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 | ||
References
- Erickson, K. I., et al. Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108 (7), 3017-3022 (2011).
- Zigmond, M. J., Cameron, J. L., Hoffer, B. J., Smeyne, R. J. Neurorestoration by physical exercise: Moving forward. Parkinsonis., and Related Dis. 18 (S1), S147-S150 (2012).
- Savela, S. L., et al. Physical activity at midlife and health-related quality of life in older men. Arch. Intern. Med. 170 (13), 1171-1172 (2010).
- Ridgel, A. L., Vitek, J. L., Alberts, J. L. Forced, not voluntary, exercise improves motor function in Parkinson’s disease patients. Neurorehabil. Neural Repair. 23 (6), 600-608 (2009).
- Demirel, H. A., Serova, L., Sabban, E. L., Broxson, C. S., Powers, S. K. Gene expression of catecholamine biosynthetic enzymes following exercise: modulation by age. 신경과학. 103 (3), 703-711 (2001).
- Petzinger, G. M., et al. Effects of treadmill exercise on dopaminergic transmission in the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned mouse model of basal ganglia injury. J. Neurosci. 27 (20), 5291-5300 (2007).
- Yoon, M. C., et al. Treadmill exercise suppresses nigrostriatal dopaminergic neuronal loss in 6-hydroxydopamine-induced Parkinson’s rats. Neurosci. Lett. 423 (1), 12-17 (2007).
- Collier, T. J., et al. Aging-related changes in the nigrostriatal dopamine system and the response to MPTP in nonhuman primates: Diminished compensatory mechanisms as a prelude to parkinsonism. Neurobiol. Dis. 26 (1), 56-65 (2007).
- Phelan, J. P., Austad, S. N. Selecting animal models of human aging: inbred strains often exhibit less biological uniformity than F1 hybrids. J. Gerontol. 49 (1), B1-B11 (1994).
- Yurek, D. M., Hipkens, S. B., Hebert, M. A., Gash, D. M., Gerhardt, G. A. Age-related decline in striatal dopamine release and motoric function in brown Norway/Fischer 344 hybrid rats. Brain Res. 791 (1-2), 246-256 (1998).
- Spangler, E. L., Waggie, K. S., Hengemihle, J., Roberts, D., Hess, B., Ingram, D. K. Behavioral assessment of aging in male Fischer 344 and brown Norway rats strains and their F1 hybrid. Neurobiol. Aging. 15 (3), 319-328 (1994).
- Salvatore, M. F., Pruett, B. S., Spann, S. L., Dempsey, C. Aging reveals a role for nigral tyrosine hydroxylase ser31 phosphorylation in locomotor activity generation. PLoS One. 4 (1), (2009).
- Pruett, B. S., Salvatore, M. F. GFR α-1 receptor expression in the aging nigrostriatal and mesoaccumbens pathways. J. Neurochem. 115 (3), 707-715 (2010).
- Salvatore, M. F., Pruett, B. S., Dempsey, C., Fields, V. Comprehensive profiling of dopamine regulation in substantia nigra and ventral tegmental area. J. Vis. Exp. (66), e4171 (2012).
- Salvatore, M. F., Pruett, B. S. Dichotomy of tyrosine hydroxylase and dopamine regulation between somatodendritic and terminal field areas of nigrostriatal and mesoaccumbens pathways. PLoS One. 7 (1), e29867 (2012).
- Pruett, B. S., Salvatore, M. F. Nigral GFR α-1 infusion in aged rats increases locomotor activity, nigral tyrosine hydroxylase, and dopamine content in synchronicity. Mol. Neurobiol. 47 (3), 988-999 (2013).
- Abercrombie, E. D., Zigmond, M. J., Bloom, ,. F. .. E., Kupfer, D. .. J. Chapter 31: Modification of central categcholaminergic systems by stress and injury: Functional significance and clinical implications. Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress. 31, 355-361 (1995).
- Ong, , et al. Neurobiological consequences of acute footshock stress; effects on tyrosine hydroxylase phosphorylation and activation in the rat brain and adrenal medulla. J. Neurochem. , (2013).
- Al-Jarrah, M., et al. Endurance exercise promotes cardiorespiratory rehabilitation without neurorestoration in the chronic mouse model of parkinsonism with severe neurodegeneration. J. Neurosci. 149 (1), 28-37 (2007).
- Dishman, R. K., et al. Neurobiology of exercise. Obesity. 14 (3), 345-356 (2006).
