Att ta sig till överensstämmelse i tvångs Övning i Gnagare: En kritisk standard för att bedöma Övning Impact i åldersrelaterade sjukdomar och sjukdomar

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

Det är en stor ökning av medvetenheten om de positiva effekterna av träning på att förbättra flera sjukdomstillstånd med neurobiologisk grund; dessa inkluderar förbättrad kognitiv funktion och fysisk prestation. Som ett resultat, det finns en ökning av antalet djurstudier som använder motion. Det hävdas att ett egenvärde av påtvingad övning är att utredaren har kontroll över de faktorer som kan påverka effekten av motion på beteende utfall, särskilt utöva frekvens, varaktighet och intensitet av träningsprogram. Dock kan efterlevnaden i tvångs motion regimer vara ett problem, särskilt om potentiella blandar ihop för att anställa mul-chock ska kunna undvikas. Det är också viktigt att beakta att eftersom de flesta kognitiva och rörelseapparaten nedsättningar strejk i åldern individen, bestämma effekter av träning på dessa försämringar bör överväga att använda åldern gnagare med en högsta möjliga nivå av efterlevnad för att säkerställa minimalt behov av provning subjects. Här kommer de relevanta åtgärder och överväganden som är nödvändiga för att uppnå nästan 100% överensstämmelse med löpband övning i en åldrig gnagarmodell att presenteras och diskuteras. Trots de speciella träningsprogram vara anställd av prövaren, bör våra protokoll vara till nytta för utredare som är särskilt intresserade av de potentiella effekterna av påtvingad motion på åldersrelaterade funktionshinder, bland annat åldersrelaterade parkinsonism och Parkinsons sjukdom.

Introduction

Noninvasiv livsstils strategier som antingen kan förhindra eller mildra nedskrivningar på kognition och förflyttning, både ofta förknippas med åldrande, vinner dragkraft som livskraftiga metoder för att upprätthålla hälsa och välbefinnande ^1,2. Till exempel, måttlig till rigorös träning varje vecka och konsekvent sätt i medelålders män kan avsevärt öka rörelseapparaten kapacitet jämfört med motsvarande sätt-åldern kamrater med stigande ålder ^3. Dessutom tyder allt fler bevis på att dessa livsstilsstrategier, såsom motion, kan minska eller till och med vända nedskrivningar i samband med neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons sjukdom (PD) ^4.

Arbetet med att förstå de molekylära mekanismerna för åldersrelaterade nedskrivningar har också riktats mot att identifiera hur icke-invasiva strategier, som motion, bakåt eller försvaga de mekanismer som bidrar till sådana försämringar. Löpband motion är en sådan strattegi alltmer används i modeller för PD ^5-7 och kognitiv nedsättning ^1, där mekanismerna bakom förbättringar i rörelseapparaten eller kognitiv funktion fortfarande bestäms. Det är emellertid viktigt att påpeka att åldrande är den neurobiologiska bakgrund av PD. Således, för eventuell översättning av varje övning fördel i en djurmodell som förverkligas i människans villkor måste ta hänsyn till den neurobiologiska bakgrunden av åldrandet. Exempelvis skulle kompensationsmekanismer som avvärja rörelsenedsättning under PD progression försämras av processen för åldrande ^8. Därför är det förståeligt att motion paradigm måste utvecklas som inte bara beakta effekterna av åldrandet i antingen närvaro eller frånvaro av sjukdomspatologi, men som också kan ske under i åldern gnagare.

Därför med tanke på åldrande på neurobiologiska bakgrunden, val av råttstammenbör tänk beaktas av prövaren. Flera stammar råtta är tillgängliga för åldrande studier, särskilt Fischer 344 och Brown-Norge / Fischer 344 F ₁ (BNF) hybrid. Den vanligen använda Sprague Dawley råtta (en utavlade stam) är också mottaglig för sådan användning, eftersom det är vanligt i neurodegenerativa sjukdomsmodeller, till exempel 6-hydroxidopamin PD-modellen. Vårt laboratorium använder både Sprague Dawley och BNF stammarna i åldrande och neurodegenerativa sjukdomar arbete. I denna rapport kommer vi att presentera resultaten belyser våra övningsprotokoll med båda stammarna. För de utredare strikt fokus på åldersrelaterade studier, erbjuder BNF stammen några viktiga fördelar. Det första är det jämförelsevis mindre sårbar för åldersrelaterade sjukdomar (t.ex. tumörer) och har exceptionell livslängd (typiska livslängden överstiger 30 månader) jämfört med andra stammar. De har också mindre variabilitet i en mängd olika fysiologiska och beteenderesultat ^_9, end är också lämpliga att utreda metoder att ingripa med åldrandet. Vidare experiment som tvångs motion kräver betydande hantering av utredaren, och den milda disposition av BNF-stammen är fördelaktig. Åldersrelaterade förändringar i striatum och mitthjärnan innehåll dopamin vävnad, samt rörelseaktivitet förändringar är liknande i BNF råttor och primater ^10-11. Vårt laboratorium har även stor erfarenhet av att karakterisera och manipulera striatum och mitthjärnan dopaminsignaler samt rörelseaktivitet i BNF stammen ^12-16. Därför, på grund av risken för andra neurobiologiskt baserade sjukdomar ökar med åldrandet, bör djurmodeller av neurodegenerativa sjukdomar överväga användningen av gnagare stammar med en omfattande historia av användning i åldrandestudier.

Vår protokoll häri också tar upp några kritiska frågor som utredaren ska överväga i tolkningen av deras resultat obtained från en övning protokoll. Den gnagare löpband apparaten (vars användning vi kommer att belysa i denna rapport), vanligtvis utrustad med elchocks spolar på baksidan av varje körfält på löpband som kan stängas av. Men när dessa elektriska stötar spolar är aktiverade, är en liten fotchock levereras till ämnet som det kommer i kontakt med spolarna. Denna strategi är ofta i träningsstudier för att underlätta efterlevnaden löpband motion. Detta är en kritisk punkt för övervägande, särskilt för de utredare som arbetar med beteendestudier som påverkas av dopamin- eller noradrenalin-signalering. Elektrisk fotchock är en fysiologisk stressfaktor, och dess inverkan på både signalsubstanssystem är väl dokumenterat, med ökad aktivering av tyrosin hydroxylas ^17-18. Därmed ökade biosyntesen av antingen signalsubstans kan förbrylla tolkningen av varje övning effekt, vilket utredaren ansvarig för tolkning om någonobserverade beteendeförändring efter träning är strikt beror på övning regim eller fotchock stress. Viktigt är det föreslagna tvångs träningsprogram inte anställa användning av fotchock när som helst i löpbandet acklimatisering eller utöva utbildningsperioder.

Framgångsrika motion regimer kräver också maximal efterlevnad att utöva från försökspersoner. Anställning av fotchock för att uppnå överensstämmelse kan påverka bedömning av experimentella resultat när den beroende åtgärden är relaterad till neurotransmittor signalerar att påverkas av fotchock (som tidigare diskuterats). Således är utmaningen att få gnagare, särskilt åldern gnagare, att följa ett träningsprogram. Ett önskvärt mål för varje övning regim är att uppnå nästan 100% överensstämmelse, eftersom detta kommer att minska antalet djur som krävs för att slutföra träningsprogram. Specifikt till maximal efterlevnad utöva och tolkning av träningsprogram utfall kan be erhållits i vårt träningsprogram som ett resultat av flera för-motion förfaranden inklusive, 1) en omvänd ljus-mörker cykel som gör att djuren att utöva under sin aktiva (wake) cykel, 2) säkerställer rörelseapparaten prestanda baslinjer är lika före segregering av kontroll och motionsgrupper, samt 3) att införa försökspersonerna till en acklimatiseringsperiod som gradvis introducerar dem till kraven i träningsprogram. Här, till ovannämnda experimentella överväganden och åtgärder som krävs för att uppnå nästan 100% överensstämmelse löpband övning i en gammal gnagare (> 18 månader) kommer att utvärderas och presenteras. Slutligen kan miljön i samband med motion vara stressigt, och som sådan, förvirrar nuvarande möjligheter att bestämma fysiologiska effekter specifika att utöva. Vår protokollet kontrollerar även att exponering för potentiella stressframkallande miljö löpbandet genom att inkludera nonexercise grupp i varje aspekt av acklimatisering fasen (inklusive modest löpband kör) och placera dem på den stationära löpbandet under löpband träning. Således är syftet med detta protokoll för att beskriva de åtgärder som krävs för att fastställa den fysiologiska effekten av motion.

Protocol

Alla följande förfaranden genomförs enligt Institutional Animal Care och användning kommittén vid LSU Health Sciences Center-Shreveport och följa National Institute of Health riktlinjer. 1. Pre-motion procedurer Anmärkning: En tidslinje över alla relevanta förfaranden i detta tvångs motion regim är schematiskt i Figur 1. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/file…

Representative Results

Ett diagram över tidslinjen för händelser i alla tre faser av tvångs träningsprogram visas i figur 1. Förutom att vända den ljus-mörkercykel, daglig hantering före någon experimentell testning, och etapp 1 av acklimatisering utbildning, där försökspersoner sitta på den stationära löpband för 5-10 min / dag i 3 dagar i följd, har genomförts för att öka efterlevnaden till tvångs träningsprogram. Dessa förfaranden lades till protokollet för att minimera stress i samband med nya mil…

Discussion

Det finns tecken som tyder på att livsstilsstrategier, såsom motion, kan minska risken för kroniska åldersrelaterade sjukdomar och deras kardinalsymtom, inklusive de av de neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers sjukdom och PD ^20. Fördelen med forcerad träning på ett löpband, i motsats till frivillig träning på ett löphjul, är att utredaren kan bestämma frekvensen, hastigheten och / eller intensiteten i övningen, och varaktigheten av träningspasset. Således särskilda post-motion effekter, …

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