Arrivare a Compliance in esercizio forzato nei roditori: A Standard critico per valutare impatto esercizio in Aging legati Disturbi e malattie

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

Vi è un notevole aumento nella consapevolezza dell'impatto positivo di esercizio fisico per migliorare diversi stati patologici con base neurobiologica; questi includono il miglioramento della funzione cognitiva e le prestazioni fisiche. Come risultato, vi è un aumento del numero di studi su animali occupata esercizio. Si sostiene che un valore intrinseco di esercizio fisico forzato è che il ricercatore ha il controllo dei fattori che possono influenzare l'impatto di esercizio sugli esiti comportamentali, in particolare esercitare frequenza, la durata e l'intensità del regime di esercizio. Tuttavia, rispetto a regimi di esercizio forzato può essere un problema, soprattutto se i potenziali confonde all'occupazione di piede-shock sono da evitare. E 'anche importante considerare che, poiché la maggior parte dei disturbi cognitivi e locomotori sciopero nei singoli anziani, determinando l'impatto di esercizio su questi danni dovrebbero considerare l'utilizzo di roditori età con un più alto livello possibile di conformità al fine di garantire il minimo necessario per la prova subjects. Qui, i passi pertinenti e le considerazioni necessarie per raggiungere quasi il 100% rispetto al tapis roulant esercizio di un modello di roditore età saranno presentati e discussi. Nonostante le regime di esercizio particolari di essere impiegati dallo sperimentatore, il nostro protocollo dovrebbe essere utile agli investigatori che sono particolarmente interessati al potenziale impatto di esercizio forzato legate all'invecchiamento menomazioni, tra cui l'invecchiamento legati Parkinson e il morbo di Parkinson.

Introduction

Strategie di stile di vita non invasivo che può sia prevenire o attenuare i danni di cognizione e di locomozione, sia spesso associato con l'invecchiamento, stanno guadagnando trazione come pratiche sostenibili per mantenere la salute e il benessere ^1,2. Ad esempio, da moderata a rigoroso esercizio su base settimanale e coerente in uomini di mezza età può aumentare in modo significativo le capacità locomotorie rispetto ai coetanei simile età con l'avanzare dell'età ^3. Inoltre, una crescente evidenza suggerisce che queste strategie di stile di vita, come l'esercizio fisico, possono mitigare o addirittura invertire i danni associati a malattie neurodegenerative come la malattia (PD) ⁴ di Parkinson.

Sono stati diretti anche gli sforzi per comprendere i meccanismi molecolari dei disturbi legati all'invecchiamento verso l'identificazione come le strategie non invasive, come esercizio, invertire o attenuare i meccanismi che contribuiscono a tali disturbi. Esercizio Treadmill è uno di questi strattegia sempre più utilizzato nei modelli di PD ^5-7 e deterioramento cognitivo ^1, in cui sono ancora in fase di determinati meccanismi che stanno dietro il miglioramento motorio o la funzione cognitiva. Tuttavia, è importante sottolineare che l'invecchiamento è lo sfondo neurobiologico del PD. Così, per qualsiasi traduzione potenziale di alcun beneficio esercizio in un modello animale da realizzare nella condizione umana deve prendere in considerazione lo sfondo neurobiologico di invecchiamento. Ad esempio, meccanismi di compensazione che allontanare la compromissione motoria durante la progressione del PD rischiano di essere alterati dal processo di invecchiamento ^8. Quindi, è ovvio che i paradigmi di esercizio devono essere sviluppati, che non solo prendere in considerazione l'impatto dell'invecchiamento della popolazione sia la presenza o assenza di patologia malattia, ma che potrebbe anche essere iniziato e continuato nei roditori di età.

Pertanto, in considerazione dell'invecchiamento sullo sfondo neurobiologico, la selezione del ceppo di rattodovrebbe essere pensieroso considerate dal ricercatore. Diversi ceppi di ratto sono disponibili per gli studi di invecchiamento, in particolare la Fischer 344 e il Brown-Norvegia / Fischer 344 F ₁ (BNF) ibrido. Il ratto Sprague Dawley di uso comune (un ceppo outbred) è anche suscettibile a tale uso, come è comunemente utilizzato in modelli di malattie neurodegenerative, come il modello PD-6 idrossidopamina. Il nostro laboratorio utilizza ceppi sia il Sprague Dawley e la BNF di invecchiamento e lavoro malattia neurodegenerativa. In questo rapporto, presenteremo i risultati che evidenziano i nostri protocolli di esercizio utilizzando entrambi i ceppi. Per gli inquirenti strettamente concentrandosi sugli studi legati all'età, il ceppo BNF offre alcuni importanti vantaggi. In primo luogo, è comparativamente meno vulnerabile ai disturbi legati all'invecchiamento (come i tumori) e ha una longevità eccezionale (durata tipica supera i 30 mesi), rispetto ad altri ceppi. Essi hanno anche una minore variabilità in una varietà di esiti fisiologici e comportamentali ⁹ _{e delle}d sono adatti per indagare approcci che intervengono con il processo di invecchiamento anche. Inoltre, esperimenti come l'esercizio fisico forzato richiedono una notevole maneggevolezza dallo sperimentatore, e la sua guida soavemente del ceppo BNF è vantaggioso. Invecchiamento relativi cambiamenti nel tenore di tessuto di dopamina striatale e mesencefalo, così come locomotori cambi di attività sono simili nei ratti BNF e primati ^10-11. Il nostro laboratorio ha anche una vasta esperienza con la caratterizzazione e manipolazione striatale e la segnalazione della dopamina mesencefalo così come l'attività locomotoria nel ceppo BNF ^12-16. Pertanto, perché il rischio di altre malattie a base neurobiologica aumenta con l'invecchiamento, modelli animali di malattie neurodegenerative dovrebbero prendere in considerazione l'uso di ceppi di roditori con un ampio track record di utilizzo in studi di invecchiamento.

Il nostro protocollo nel presente documento affronta anche alcune criticità che il ricercatore deve considerare nell'interpretazione dei loro risultati richiederlod da un protocollo di esercizio. L'apparato roditore tapis roulant (il cui uso si metterà in evidenza in questo rapporto), è in genere dotato di bobine di scossa elettrica sul retro di ogni corsia della pedana mobile che può essere disattivato. Tuttavia, quando queste bobine a scarica elettrica sono attivati, un piccolo footshock viene consegnato al soggetto come viene a contatto con le bobine. Questa strategia è spesso impiegato in studi di esercizio per facilitare il rispetto per tapis roulant esercizio. Questo è un punto critico per l'esame, in particolare per i ricercatori coinvolti in studi comportamentali che sono influenzati dalla dopamina o noradrenalina-segnalazione. Footshock elettrica è un fattore di stress fisiologico, e il suo impatto su entrambi i sistemi di neurotrasmettitori è ben documentato, con una maggiore attivazione della tirosina idrossilasi ^17-18. Pertanto, l'aumento della biosintesi di entrambi neurotrasmettitore potrebbe confondere l'interpretazione di qualsiasi effetto esercizio, rendendo responsabile l'investigatore per interpretare se qualsiasicambiamento osservato nel comportamento dopo l'attività fisica è strettamente dovuto al regime di esercizio o lo stress footshock. È importante sottolineare che il regime di esercizio forzato proposta non impiegare l'uso di footshock in qualsiasi punto del acclimatazione tapis roulant o esercitare periodi di formazione.

Regimi di esercizio di successo richiedono anche il massimo rispetto per esercitare da soggetti di prova. L'impiego di footshock per conseguire la conformità potrebbe confondere l'interpretazione dei risultati sperimentali quando la misura dipendente è legato al neurotrasmettitore segnalazione che è influenzato da footshock (come discusso in precedenza). Così, la sfida è di ottenere roditori, in particolare roditori invecchiati, a rispettare un regime di esercitazione. Un obiettivo auspicabile di qualsiasi regime di esercizio è quello di raggiungere quasi il 100% di conformità, in quanto questo ridurrà il numero di animali necessari per completare il regime di esercizio. In particolare, il massimo rispetto per esercitare e l'interpretazione dei risultati di esercizio fisico può be ottenuto nel nostro regime di esercizio a seguito di varie procedure di pre-esercizio, tra cui, 1) un ciclo luce-buio inversa che consente di esercitare gli animali durante la loro scia) ciclo (attiva, 2) assicurando linee di base delle prestazioni locomotorie sono uguali prima della separazione delle gruppi di controllo e di esercizio, e 3) che introducono i soggetti di prova per un periodo di acclimatazione che li introduce gradualmente i requisiti del regime di esercizio. Qui, le considerazioni sperimentali di cui sopra e le misure necessarie per raggiungere quasi il 100% rispetto al treadmill esercizio di un roditore di età (> 18 mesi di età) saranno valutati e presentati. Infine, l'ambiente associati con l'esercizio fisico può essere stressante, e come tale, attuale potenziale confonde determinare effetti fisiologici specifici di esercitare. Il nostro protocollo controlla anche per l'esposizione all'ambiente potenziale stress inducendo del tapis roulant tra cui il gruppo nonexercise in ogni aspetto della fase di acclimatazione (compresi modest tapis roulant in esecuzione) e metterli sul tapis roulant stazionaria durante l'allenamento tapis roulant. Così, questo protocollo ha lo scopo di descrivere le misure necessarie per determinare l'impatto fisiologico di esercizio da solo.

Protocol

Tutte le seguenti procedure sono condotte in conformità con la cura e l'uso degli animali Comitato Istituzionale presso LSU Health Sciences Center-Shreveport, e rispettano l'Istituto Nazionale di linee guida di salute. 1. pre-esercizio Procedure Nota: Una cronologia di tutte le procedure relative a questo regime di esercizio forzata è diagrammed in Figura 1. <img alt="Figur…

Representative Results

Un diagramma della sequenza temporale degli eventi in tutte e tre le fasi del regime di esercizio forzato è mostrato in Figura 1. Oltre a invertire il ciclo luce-buio, quotidiano manipolazione prima di ogni verifica sperimentale, e la fase 1 della formazione acclimatazione, dove siedono i soggetti sul tapis roulant fermo per 5-10 min / giorno per 3 giorni consecutivi, sono state attuate per aumentare la conformità al regime di esercizio forzato. Queste procedure sono state aggiunte al protocollo, al f…

Discussion

Ci sono prove che suggeriscono che le strategie di stile di vita, come l'esercizio fisico, può ridurre il rischio per le malattie croniche legate all'età e dei loro sintomi cardinali, compresi quelli delle malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e PD ^20. Il vantaggio di esercizio forzata su un tapis roulant, al contrario di esercizio volontario su una ruota in esecuzione, è che il ricercatore può determinare la frequenza, la frequenza e / o intensità di esercizio, e la durata della …

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