Chegar ao Compliance em exercício forçado em roedores: uma norma crítica para avaliar o impacto no exercício decorrentes do envelhecimento Distúrbios e Doenças

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

Há um grande aumento da conscientização sobre o impacto positivo do exercício na melhoria de vários estados de doença com base neurobiológica; estes incluem melhorar a função cognitiva e desempenho físico. Como resultado, há um aumento no número de estudos animais empregando exercício. Argumenta-se que um valor intrínseco do exercício forçado é que o investigador tem controle sobre os fatores que podem influenciar o impacto do exercício sobre os resultados comportamentais, nomeadamente exercer frequência, duração e intensidade do exercício regime. No entanto, o cumprimento em regimes de exercício forçado pode ser um problema, especialmente se potenciais fatores de confusão da contratação de pé-choque devem ser evitados. Também é importante considerar que, uma vez que a maioria das deficiências cognitivas e locomotoras greve no indivíduo idoso, determinar o impacto do exercício sobre essas dificuldades devem considerar o uso de roedores idade com um nível mais alto possível de conformidade para garantir a mínima necessidade de teste de subjects. Aqui, as medidas pertinentes e as considerações necessárias para atingir quase 100% de adesão à esteira de exercícios em um modelo de roedor idade serão apresentados e discutidos. Não obstante o regime especial de exercícios sendo empregadas pelo investigador, o nosso protocolo deve ser de utilidade para os investigadores que estão particularmente interessados ​​no impacto potencial de exercício forçado sobre as deficiências relacionadas com o envelhecimento, incluindo a relacionada com o envelhecimento Parkinsonismo e doença de Parkinson.

Introduction

Estratégias de estilo de vida não-invasivos que podem prevenir ou mitigar prejuízos à cognição e locomoção, tanto frequentemente associada ao envelhecimento, estão ganhando força como práticas viáveis ​​para a manutenção da saúde e bem-estar ^1,2. Por exemplo, moderada a exercícios rigorosos em uma base semanal e consistente em homens de meia-idade pode aumentar significativamente a capacidade de locomoção em comparação com seus pares mesma faixa etária com o avançar da idade ^3. Além disso, cada vez mais evidências sugerem que estas estratégias de estilo de vida, tais como exercício, pode atenuar ou mesmo as perdas associadas com as doenças neurodegenerativas, tais como a doença de Parkinson (DP) ⁴ inverter.

Os esforços para entender os mecanismos moleculares de deficiências relacionadas com o envelhecimento também foram direcionados para a identificação de como as estratégias não-invasivos, como o exercício, reverter ou atenuar os mecanismos que contribuem para tais deficiências. Ergométrico é um tal stratgia a ser cada vez mais empregues em modelos de DP ^{de 5-7} e comprometimento cognitivo ^1, em que os mecanismos subjacentes a melhorias na função cognitiva locomotora ou ainda estão a ser determinados. No entanto, é importante ressaltar que o envelhecimento é o fundo neurobiológico do PD. Assim, para qualquer tradução potencial de qualquer benefício do exercício em um modelo animal a ser realizado na condição humana, é necessário levar em consideração o fundo neurobiológico do envelhecimento. Por exemplo, os mecanismos compensatórios que protelar deficiência locomotora durante a progressão da PD poderia ser prejudicada pelo processo de envelhecimento ^8. Assim, é lógico que os paradigmas do exercício deve ser desenvolvido que não só considerar o impacto do envelhecimento seja na presença ou ausência de patologia da doença, mas que também pode ser iniciado e mantido em roedores idosos.

Portanto, tendo em conta o envelhecimento no fundo neurobiológico, a seleção da cepa de ratodevem ser cuidadosamente consideradas pelo investigador. Várias linhagens de ratos estão disponíveis para estudos de envelhecimento, nomeadamente a Fischer 344 ea F ₁ (BNF) híbrido Brown-Norway / Fischer 344. O rato Sprague Dawley utilizada (uma estirpe outbred) também é favorável para a sua utilização, como é vulgarmente utilizado em modelos de doenças neurodegenerativas, tais como o modelo de DP 6-hidroxidopamina. Nosso laboratório utiliza cepas tanto o Sprague Dawley ea BNF no envelhecimento e trabalho doença neurodegenerativa. Neste relatório, vamos apresentar os resultados, destacando os nossos protocolos de exercícios com as duas linhagens. Para os investigadores rigorosamente com foco em estudos relacionados com a idade, a tensão BNF oferece algumas vantagens importantes. Em primeiro lugar, é relativamente menos vulnerável a perturbações relacionadas com o envelhecimento (como tumores) e tem longevidade excepcional (vida típica superior a 30 meses) em comparação com outras linhagens. Eles também têm menor variabilidade de uma variedade de resultados fisiológicos e _{comportamentais,} uma ⁹d são também adequados para investigar abordagens que interferem com o processo de envelhecimento. Além disso, experiências como o exercício forçado exigem manipulação considerável pelo investigador, eo suave disposição da estirpe BNF é vantajoso. Relacionadas com o envelhecimento alterações no conteúdo do tecido dopamina no estriado e mesencéfalo, bem como alterações na atividade locomotora são semelhantes em ratos e primatas ^10-11 BNF. Nosso laboratório também tem uma vasta experiência com a caracterização e manipulação de estriado e sinalização de dopamina do mesencéfalo, bem como a atividade locomotora na cepa BNF ^12-16. Portanto, porque o risco de outras doenças baseadas em neurobiologicamente aumenta com o envelhecimento, os modelos animais de doenças neurodegenerativas deve considerar o uso de linhagens de roedores com um extenso histórico de uso em estudos de envelhecimento.

Nosso protocolo aqui também aborda algumas questões críticas que o investigador deve ter em conta na interpretação dos seus resultados obtained a partir de um protocolo de exercício. O aparelho roedor esteira (cuja utilização vamos destacar neste relatório), normalmente é equipado com bobinas de choque elétrico na parte de trás de cada pista da esteira que pode ser desativado. No entanto, quando estas bobinas de choque elétrico são ativados, um pequeno choque nas patas é entregue ao sujeito como ele entra em contato com as bobinas. Esta estratégia é freqüentemente utilizado em estudos de exercícios para facilitar o cumprimento de esteira de exercícios. Este é um ponto crítico para a consideração, em especial para os pesquisadores envolvidos em estudos de comportamento que são influenciados pela dopamina ou norepinefrina-sinalização. Footshock elétrica é um fator de estresse fisiológico, e seu impacto sobre os sistemas neurotransmissores é bem documentado, com o aumento da ativação da tirosina hidroxilase ^17-18. Assim, o aumento da biossíntese de qualquer neurotransmissor pode confundir a interpretação de qualquer efeito do exercício, fazendo com que o investigador responsável por interpretar se qualquervariação observada no comportamento após o exercício é estritamente devido ao regime de exercício ou estresse footshock. É importante ressaltar que o regime de exercícios forçados proposta não empregar o uso de footshock em qualquer ponto na aclimatação esteira ou exercer períodos de treinamento.

Regimes de exercício bem-sucedidas também exigir o cumprimento máximo para o exercício de cobaias. O emprego de choque no pé, a fim de garantir o cumprimento poderia confundir a interpretação dos resultados experimentais quando a medida dependente está relacionada com a sinalização de neurotransmissores que é influenciada por choque nas patas (como discutido anteriormente). Assim, o desafio é fazer com que os roedores, nomeadamente roedores idade, em conformidade com um regime de exercícios. A meta desejável de qualquer regime de exercícios é atingir quase 100% de adesão, pois isso irá reduzir o número de animais necessários para completar o regime de exercícios. Especificamente, o cumprimento máximo para o exercício e interpretação de resultados de regime de exercícios pode be obtidos em nosso regime de exercícios, como resultado de vários procedimentos pré-exercício, incluindo, 1) um ciclo claro-escuro reversa, que permite animais de exercer durante o seu) ciclo vigília (ativa, 2), garantindo linhas de base de desempenho locomotor são iguais antes da segregação de grupos controle e exercício, e 3) introduzindo os assuntos de teste para um período de aclimatação que, gradualmente, apresenta-los para as exigências do regime de exercícios. Aqui, as considerações e medidas experimentais supracitados necessárias para atingir quase 100% de adesão à esteira de exercícios em um roedor idade (> 18 meses de idade) serão avaliados e apresentados. Finalmente, o ambiente associada ao exercício pode ser estressante e, como tal, apresentam potencial confunde para determinar os efeitos fisiológicos específicos para o exercício. Nosso protocolo controla também para a exposição ao ambiente de indução de stress potencial do tapete rolante, incluindo o grupo sem exercício em todos os aspectos da fase de aclimatação (incluindo modest esteira rolante) e colocando-os na esteira estacionário durante o treinamento de exercício em esteira. Assim, este protocolo tem como objetivo descrever as medidas necessárias para determinar o impacto fisiológico do exercício.

Protocol

Todos os seguintes procedimentos são realizados de acordo com o Cuidado e Uso Comissão de Animais Institucional na LSU em Ciências da Saúde Centro-Shreveport, e cumprir com o Instituto Nacional de diretrizes de saúde. 1. Procedimentos Pré-exercício Nota: Uma linha do tempo de todos os procedimentos relevantes neste exercício regime forçado é diagramado na Figura 1. <img alt…

Representative Results

Um diagrama da linha do tempo de eventos em todas as três fases do regime de exercício forçado é mostrado na Figura 1. Além inversão do ciclo claro-escuro, diariamente manuseamento antes de qualquer ensaio experimental, e uma fase de formação de aclimatação, em que sujeitos sentar na esteira estacionária por 5-10 min / dia durante 3 dias consecutivos, foram implementadas para aumentar a adesão ao regime de exercícios forçados. Estes procedimentos foram adicionados ao protocolo, a fim de mi…

Discussion

Há evidências que sugerem que as estratégias de estilo de vida, tais como o exercício, pode reduzir o risco de doenças relacionadas com a idade crônicas e seus sintomas cardinais, incluindo os das doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer e PD ^20. O benefício do exercício forçado em uma esteira, ao contrário de exercício voluntário em uma roda de corrida, é que o investigador pode determinar a frequência, a taxa e / ou intensidade do exercício, e da duração da sessão de exerc?…

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