加齢関連疾患に運動の影響を評価するために重要な標準と疾病：げっ歯類での強制運動コンプライアンスへの行き方

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

神経生物学的基盤を持ついくつかの疾患状態の改善に対する運動のプラスの影響の意識の大幅な増加がある。これらは、認知機能と身体能力を向上させることが含まれる。その結果、運動を用いた動物試験の数が増加する。これは、強制的な運動の一つの本源的価値は、研究者は、特に頻度、期間、および運動療法の運動強度、行動アウトカムに対する運動の影響に影響を与えることができる要因を制御しているということであると主張している。しかし、強制的な運動療法におけるコンプライアンスが採用し足ショックの潜在的な交絡を回避すべきである場合は特に、問題になることがあります。それは、最も認知および歩行障害が老齢個体におけるストライキ以来、これらの障害に対する運動の影響を決定するテストのsuのための最小限の必要性を確実にするために、コンプライアンスの可能な限り高いレベルの高齢者げっ歯類の使用を検討する必要があることを考慮することも重要ですbjects。ここでは、高齢者げっ歯類モデルにおいて運動トレッドミル、ほぼ100％のコンプライアンスを達成するために必要な適切な手順および考慮事項が提示され、議論される。研究者によって採用されている特定の運動療法にもかかわらず、私たちのプロトコルは、老化関連パーキンソンおよびパーキンソン病を含む老化関連障害、上の強制運動の潜在的な影響に特に興味を持っている研究者には有用であるべきである。

Introduction

認知と歩行に障害を防止または軽減するか非侵襲的なライフスタイル戦略、しばしば加齢に伴う両方が、健康を維持し^、1,2ウェルビーイングのための実行可能なプラクティスとして勢いを増している。たとえば、中年男性で、毎週、一貫して厳しい練習に穏健派が大幅に³歳^を前進と同様に中年ピアと比較して、運動能力を向上させることができます。さらに、証拠を増加させると、そのような運動など、これらの生活習慣戦略は、軽減あるいは、パーキンソン病^（PD）4のような神経変性疾患に関連する障害を逆転させることができることを示唆している。

加齢に関連する障害の分子メカニズムを理解するための努力はまた、非侵襲的戦略は、運動のように、逆転またはそのような障害に貢献するメカニズムを減衰させる方法を識別するに向けてきた。トレッドミル運動は、そのようなストラトです歩行運動や認知機能の改善の背後にあるメカニズムはまだ決定されていることを特徴EGYはますます、PD ^5-7および認知障害¹のモデルで採用されている。しかし、高齢化がPDの神経生物学的背景があることを指摘することは重要である。このように、人間の条件で実現するための動物モデル内の任意の運動の利益の潜在翻訳のためにそれが考慮に老化の神経生物学的背景を取る必要があります。たとえば、PDの進行の間、運動障害を食い止める代償機構が老化⁸のプロセスによって損なわれる可能性があります。したがって、その運動のパラダイムは、疾患病理の存在下または非存在下のいずれかで高齢化の影響を考慮するだけでなく、高齢者、げっ歯類において開始され、維持され得ることだけでなく、開発されなければならない理にかなっている。

そのため、神経生物学的背景に高齢化を考慮して、ラット系統の選択思慮深く研究者によって検討されるべきである。いくつかのラット系統は、老化研究のために利用可能な、特にフィッシャー344とブラウンノルウェー/フィッシャー344 F _1（BNF）ハイブリッド。それは一般的にこのような6 – ヒドロキシドーパミンのPDモデルとして、神経変性疾患モデルで使用されているように一般的に使用されるのSprague Dawleyラット（非近交系株）は、そのような使用のために適している。当研究室では、加齢および神経変性疾患の研究でドーリーとBNFの両方の株を使用しています。本稿では、両株を使用して私たちの運動のプロトコルを強調した結果を紹介します。これらの研究者は、厳密に年齢に関連した研究に焦点を当てたために、BNF株は、いくつかの重要な利点を提供しています。まず、（腫瘍など）、老化関連疾患に対して比較的受けにくくし、他の株と比較して例外的な寿命を（典型的な寿命は30ヶ月を超えている）があります。彼らはまた、生理学的および行動的アウトカム^_9、各種の少ない可変性を持っているdはまた、老化のプロセスに介入アプローチを調べるのに適している。さらに、このような強制的な運動などの実験は研究者によってかなりの取り扱いを要求し、BNF株の穏やかな配置が有利である。老化関連線条体及び中脳ドーパミン組織含有量の変化だけでなく、運動活性の変化は、BNFラットおよび霊長類^10-11で類似している。私たちの研究室ではまた、線条体及び中脳ドーパミンシグナル伝達だけでなく、BNF株^12-16における運動活性を特徴付けるして操作すると豊富な経験を持っています。他neurobiologicallyベースの疾患のリスクが加齢に伴って増加するのでそのため、神経変性疾患の動物モデルは、老化研究に使用するの豊富な実績を持つ齧歯類株の使用を検討する必要があります。

私たちのプロトコルがここにも、研究者が自分の結果の解釈には考慮しなければならないいくつかの重要な問題に対処しobtaine運動プロトコルからD。げっ歯類のトレッドミル装置は、（私たちはこのレポートでハイライト表示さ​​れますそのうち利用）、一般的に無効にすることができ、トレッドミルの各レーンの奥に電気ショックコイルが装備されています。これらの電気ショックコイルが活性化されるときにコイルに接触するようにしかし、小さなフットショックを被験体に送達される。この戦略は、多くの場合、運動トレッドミルコンプライアンスを容易にするために、運動の研究で採用されている。これは、特に、ドーパミンやノルエピネフリンシグナル伝達によって影響される行動研究関係者研究者のために、考慮すべき重要なポイントです。電気フットショックは、生理的ストレスであり、双方の神経伝達物質系への影響は、チロシンヒドロキシ^17-18の増加活性化と、十分に文書化されています。したがって、任意のかどうかを解釈するために研究者が責任を負うこと、どんな運動効果の解釈を混乱させる可能性のどちらかの神経伝達物質の生合成を増加運動後の行動の観察された変化は、厳密には運動療法やフットショックストレスによるものである。重要なことは、提案された強制的な運動療法は、トレッドミル順化や運動トレーニング期間の任意の時点でフットショックの使用を採用していない。

成功した運動療法は、試験対象から行使することが最大の準拠を必要とする。依存措置は（前述したように）フットショックの影響を受けている神経伝達物質のシグナル伝達に関連している際に、コンプライアンスを達成するために、フットショックの雇用は、実験結果の解釈を混乱させる可能性があります。このように、課題は、げっ歯類を取得することであり、特に高齢者げっ歯類で、運動療法を遵守すること。これは、運動レジメンを完了するために必要な動物の数を減少させるような任意の運動療法の望ましい目標は、ほぼ100％のコンプライアンスを達成することである。具体的には、運動と運動療法の成果の解釈に最大限のコンプライアンスがbにすることができますeは、それらの活性（ウェイク）サイクル中に行使することを、動物を可能にする1）逆明暗サイクルを含むいくつかの運動前の手続きの結果として、私たちの運動療法において得られた、2）確実に運動性能のベースラインの前の分離に等しい次第に運動療法の要件に、それらを紹介する順応期間に試験対象を導入するコントロールと運動グループ、および3）。ここでは、ほぼ100％のコンプライアンスを達成するために必要な前述の実験的検討事項とステップが老齢齧歯類において運動トレッドミル（>生後18ヶ月）を評価し、提示されます。最後に、運動に関連した環境がストレスであってもよく、そのような、現在の潜在的な運動に固有の生理学的効果を決定するために混乱させるとして。私たちのプロトコルはまた、順化段階のあらゆる面でnonexerciseグループを含めることで、トレッドミルの潜在的なストレス誘導環境への暴露のために制御します（を含むカ月DESTトレッドミルランニング）と、トレッドミル運動トレーニング中に静止トレッドミル上に配置する。したがって、このプロトコルは、単独で、運動の生理的影響を決定するために必要な措置を記述することを目指しています。

Protocol

以下の手順のすべては、LSU健康科学センター、シュリーブポートでの施設内動物管理使用委員会に合わせて実施し、健康ガイドラインの国立研究所に準拠しています。 1運動前の手順注：この強制運動療法の関連手続きのすべてのタイムラインは、 図1に図解されている。 <img alt="図1" fo:cont…

Representative Results

強制運動療法の3つの段階すべてでイベントのタイムラインの図は、いずれの実験的試験の前に取り扱い、毎日、明暗サイクルを逆転させることに加えて。 図1に示されており、被験者が座る順化訓練のステージ1されている3日間連続して5〜10分/日の静止トレッドミルで、強制的な運動療法へのコンプライアンスを高めるために実施された。これらの手順は、新規の環境に関連し?…

Discussion

アルツハイマー病およびPD ²⁰のような神経変性疾患を含めた慢性齢関連疾患およびその主症状、のリスクを低減することができる、そのような運動など生活習慣戦略を示唆する証拠がある。トレッドミル上の強制運動の利点は、実行中のホイールに自発的な運動とは対照的に、研究者は、周波数、速度、および/または運動の強度、および運動セッションの持続時間を決定することが?…

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