Summary

المطحنة التعب الاختبار: مقايسة بسيطة، عالية الإنتاجية من التعب مثل سلوك للماوس

Published: May 31, 2016
doi:

Summary

Fatigue is a common, undertreated and frequently poorly-understood symptom in many diseases and disorders. New preclinical assays of fatigue may help to improve current understanding and future treatment of fatigue. To that end, the current protocol provides a novel means of measuring fatigue-like behavior in the mouse.

Abstract

التعب هو عرض من أعراض بارزة في العديد من الأمراض والاضطرابات، ويقلل من نوعية الحياة لكثير من الناس. عدم وجود المرضية وفشل التدخلات الحالية لعلاج كاف التعب في جميع المرضى واضحا يترك الحاجة إلى خيارات علاجية جديدة. على الرغم من الحاجة العلاجية وأهمية البحوث قبل السريرية في المساعدة في تحديد العلاج الرواية واعدة، تتوفر عدة فحوصات ما قبل السريرية من التعب. وعلاوة على ذلك، وفحص ما قبل السريرية الأكثر شيوعا التي تستخدم لتقييم مثل التعب السلوك، عجلة الطوعي التوالي، ليست مناسبة للاستخدام مع بعض سلالات من الفئران، قد لا تكون حساسة للأدوية التي تقلل من التعب، ولديه سرعة منخفضة نسبيا. يصف البروتوكول الحالي رواية، فحص ما قبل السريرية غير الطوعي للسلوك مثل التعب، واختبار التعب حلقة مفرغة، ويقدم دليلا على فعاليته في الكشف عن سلوك مثل التعب في الفئران التي عولجت بعقار العلاج الكيميائي المعروف أن يسبب التعب في البشر والتعب السلوك تشبه في أنيماليرة سورية. قد يكون هذا الاختبار بديلا مفيدا للعجلة دوارة، وسلوك مثل التعب والتدخلات المحتملة يمكن تقييم في عدد أكبر من الفئران على مدى زمني أقصر، مما يسمح اكتشاف أسرع من خيارات علاجية جديدة.

Introduction

التعب يؤثر على مجموعة واسعة من الناس، يمكن أن تقلل بشكل ملحوظ نوعية الحياة، وكثيرا ما لديه المرضية غير واضح أو غير معروف. المرتبطة بالسرطان التعب (CRF)، على سبيل المثال، هو من ذوي الخبرة من قبل غالبية مرضى السرطان يخضعون للعلاج، ويمكن أن تستمر لفترة طويلة بعد أن تم الانتهاء من علاج السرطان وفي غياب السرطان كشفها 1. وعلاوة على ذلك، التعب هو أيضا من أعراض بارزة في العديد من الأمراض والاضطرابات الأخرى، بما في ذلك متلازمة التعب المزمن، والاكتئاب، ومرض السكري، وفيبروميالغيا. لحسن الحظ، هناك تدخلات غير الدوائية التي هي قادرة على مساعدة بعض الناس الذين يعانون من التعب (على سبيل المثال، يمكن أن تقلل من ممارسة CRF لبعض مرضى سرطان الثدي 2،3)، ولكن العديد من الأفراد لا تزال تفتقر إلى العلاج الفعال. وعلاوة على ذلك، لم يتم العثور على العلاجات الدوائية الحالية لCRF أن يكون على نطاق واسع، على كل حال، فعال 4-7.

على الرغم من الحاجة العلاجية وعدم وجود دروز خيارات العلاج، فحوصات ما قبل السريرية من التعب للمساعدة في اكتشاف وتطوير تفتقر إلى علاجات جديدة التعب، وخاصة في النماذج الحيوانية. واحدة من فحوصات ما قبل السريرية الوحيدة من التعب للدراسات القوارض هو عجلة الطوعية النشاط تشغيل (VWRA) 15/09، الذي يتم إعطاء الفئران أو غيرها من القوارض حرية الوصول إلى عجلة دوارة ويتم تسجيل النشاط تشغيل حياتهم اليومية. في العديد من الدراسات، VWRA هو المقياس الوحيد للسلوك مثل التعب، مع سلوك مثل التعب محددة (في أي VWRA أو البروتوكول الحالي)، وانخفاض في النشاط البدني قياس في المجموعة التجريبية. على الرغم من أن VWRA يمكن توفير قدر الطولي مفيد من التعب مثل سلوك، بل هو فحص منخفضة الإنتاجية نسبيا، تشغيل اختلافا كبيرا بين السلالات الفطرية الماوس 16، ويتطلب المواضيع التي سيتم إيواء بشكل فردي، والتي قد تسبب تغيرات في أداء السلوك واختبار 17-19. فحوصات أخرى، مثل رصد السلوكي المنزل القفص والتحليل، يمكن أن توفر أيضا جمع البيانات المستمر وبعض النظم قد تسمح للمواد الدراسية ليكون مقرها في أزواج 20. هذه المقايسات لها فائدة، ولكنها قد تكون أقل حساسية وسيلة للكشف عن سلوك مثل التعب، ومثل عجلة دوارة، هي أيضا منخفضة الإنتاجية.

وعلى النقيض من VWRA، اختبارات الماوس حلقة مفرغة لا تعتمد على النشاط التطوعي ويمكن أن تكتمل في فترة زمنية قصيرة، والسماح لأعلى إنتاجية. بالمقارنة مع VWRA، هذه الاختبارات تستخدم المحفزات الخارجية. على وجه التحديد، وعادة ما يكون هناك شبكة معدنية المكهربة تقع على الجزء الخلفي من حزام متحرك لتقديم الفئران مع صدمة كهربائية يجب أن تتوقف عن تشغيل. وبالإضافة إلى هذه الشبكة الصدمة، قد يكون الدافع الفئران لتشغيل على جهاز المشي عبر عدة طرق أخرى، بما في ذلك والحث، بدس، أو لمسها مع اليد، وفرشاة، أو أداة أخرى وتوجيه نفث قصيرة من الهواء عليهم. بدلا من التعب، وغالبا ما تستخدم اختبارات الماوس حلقة مفرغة لقياس الهوائية و / أو anaerobic القدرة على ممارسة الرياضة 21-25. الفئران هي الدوافع لتشغيل حتى أنهم غير قادرين أو غير راغبين في متابعة تشغيل على جهاز المشي وسيلة للهروب مزيد من الصدمات الكهربائية. ثم ينتهي الاختبار عندما يلتقي الفئران معيار الإرهاق. في هذه البروتوكولات، لضمان أن الفئران تصل إلى استنفاد فيزيولوجي صحيح، وغالبا ما يتم تعريف معيار لاستنفاد كما أن أمضى خمس ثوان متواصلة وضع على رأس الشبكة صدمة وعدم متابعة تشغيل في مواجهة المثيرات مكره المتكررة. وبالتالي، قد يكون حجب سلوك مثل التعب في الاختبارات حلقة مفرغة نموذجية نظرا لطبيعة مكره قوية من الدافع الخارجي ومعيارا لإنهاء الاختبار. ومن المثير للاهتمام، وعلى النقيض من دراسات أخرى عديدة باستخدام المطاحن القوارض، يصف نشر مؤخرا نسخة أخرى من اختبار حلقة مفرغة والتعب، والتي كانت تستخدم كجزء من دراسة آثار التوتر الاجتماعي في الفئران (26). على الرغم من أن الطريقة المستخدمة من قبل هذه المجموعة تختلف بشكل ملحوظ عن مكعببروتوكول rrent (أي أنهم يعملون حلقة مفرغة-حارة واحدة والمطلوب 10 ثانية من الصدمة الكهربائية كمعيار لإنهاء الاختبار)، دراستهم تسلط الضوء على فائدة ومصلحة في تطوير سريع، اختبار التعب بسيط باستخدام مطحنة الماوس.

ومن المرجح أن يكون كشفها بواسطة وسائل أخرى من عجلة دوارة والتعديلات في السلوكيات الروتينية التعب. CRF يجعل المرضى يشعرون استنفدت بمقدار أقل من التعب في العضلات، على النحو الذي يحدده تحليل electromyographic، من الناس دون CRF 27. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ انخفاض الدافع في وتقاس عدة جداول قياس التعب البشري 28،29. وبالتالي، يجب فحص ما قبل السريرية مفيدا للسلوك مثل التعب يميز بين الفئران صحية وأنهكتهم على أساس تدبير آخر من القدرة الفسيولوجية ولا ينبغي أن انخفاض غامضة في الدافع. ولتحقيق هذه الغاية مع تجنب القيود المفروضة على VWRA وفحوصات أخرى، وا طريقة الحاليةق التي وضعتها تكييف اختبار الماوس حلقة مفرغة. يستخدم هذا الأسلوب شبكة صدمة مثل الدافع الخارجي الوحيد لجعل الفئران تعمل على حلقة مفرغة. الفئران تتعلم بسرعة أن الشبكة توفر حافزا مكره وسوف تتحرك بسرعة بعيدا عن ذلك عند وضعه على جهاز المشي والحفاظ على مسافة من ذلك عند تشغيل.

عندما التعب الفئران، فإنها تنفق المزيد من الوقت تدريجيا نحو الجزء الخلفي من جهاز المشي بدلا من الحفاظ على سرعة نحو الواجهة الأمامية. ولذلك، فإن معيار لاستكمال الاختبار في هذا البروتوكول تنفق خمس ثوان المستمرة في منطقة التعب المعين (أي الجزء الخلفي من حلقة مفرغة، والتي تتراوح بين ما يقرب من طول الجسم من الشبكة صدمة، وبما في ذلك، على شبكة صدمة). هذا يستفيد من طبيعة مكره من الشبكة دون الحاجة الفئران في الحصول على الكثير أو أي صدمات الفعلية بعد التدريب. من خلال السماح الفئران لإكمال الاختبار باستخدام المعيار الحالي بدلا من استنفاد (كما هو موضح أعلاه)،وهذه الطريقة توفر وسيلة لاستخدام جهاز المشي لقياس سلوك مثل التعب وليس القصوى القدرة الفسيولوجية (أو شبه القصوى). وبالتالي، يمكن لهذا الأسلوب يوفر بسيطة، وفحص عالية الإنتاجية من سلوك مثل التعب في الفئران ويمكن أن تكون إما كتدبير مستقل أو مكملة للفحوصات أخرى من السلوك مثل التعب.

Protocol

وقد وافق هذا الإجراء من قبل المعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى رعاية الحيوان واللجنة الاستخدام. 1. إعداد للسماح التعرف السريع على كل فأر قبل الاختبار، وشم ذيول جميع …

Representative Results

يسمح هذا البروتوكول سلوك مثل التعب المراد قياسها في الفئران باستخدام حلقة مفرغة. تم الحصول على البيانات الواردة في هذا القسم من خلال التدريب واختبار 3 مجموعات منفصلة من الفئران باستخدام بروتوكول الحالي (باستثناء الشكل 1A و 1C). للحث …

Discussion

يصف البروتوكول الحالي كيفية استخدام حلقة مفرغة الماوس لقياس سلوك مثل التعب. هذا الأسلوب لديه العديد من المزايا VWRA، فحص ما قبل السريرية شيوعا لسلوك مثل التعب. VWRA يتطلب أن الفئران اختيار للتفاعل مع جهاز الاختبار. ونتيجة لذلك، فإن بعض السلالات الفطرية من الفئران نادرا ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by the Intramural Research Program of the NIH, The National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK), Grant 1Z01 DK011006. We wish to thank Michele Allen for providing technical assistance, Eleni Solomos for editorial assistance, and the NIH veterinary and animal care staff for providing care for the mice used in developing this method.

Materials

Exer 3/6 Animal Treadmill Columbus Instruments 1050-RM Exer-3/6
Stopwatch Daigger EF24490M 
Wire brush Fisher Scientific 03-572-5
Compressed air Dust-Off FALDSXLPW
Absorbent pads Daigger EF2175CX 
Butcher paper Newell Paper Company 4620510
Alcohol (70%) Fisher Scientific BP82011

References

  1. Hofman, M., Ryan, J. L., Figueroa-Moseley, C. D., Jean-Pierre, P., Morrow, G. R. Cancer-related fatigue: the scale of the problem. Oncologist. 12 Suppl 1, 4-10 (2007).
  2. Schwartz, A. L. Daily fatigue patterns and effect of exercise in women with breast cancer. Cancer Pract. 8 (1), 16-24 (2000).
  3. Schwartz, A. L., Mori, M., Gao, R., Nail, L. M., King, M. E. Exercise reduces daily fatigue in women with breast cancer receiving chemotherapy. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (5), 718-723 (2001).
  4. Butler, J. M., et al. A phase III, double-blind, placebo-controlled prospective randomized clinical trial of d-threo-methylphenidate HCl in brain tumor patients receiving radiation therapy. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 69 (5), 1496-1501 (2007).
  5. Jean-Pierre, P., et al. A phase 3 randomized, placebo-controlled, double-blind, clinical trial of the effect of modafinil on cancer-related fatigue among 631 patients receiving chemotherapy: a University of Rochester Cancer Center Community Clinical Oncology Program Research base study. Cancer. 116 (14), 3513-3520 (2010).
  6. Mar Fan, H. G., et al. A randomised, placebo-controlled, double-blind trial of the effects of d-methylphenidate on fatigue and cognitive dysfunction in women undergoing adjuvant chemotherapy for breast cancer. Support. Care Cancer. 16 (6), 577-583 (2008).
  7. Moraska, A. R., et al. Phase III, randomized, double-blind, placebo-controlled study of long-acting methylphenidate for cancer-related fatigue: North Central Cancer Treatment Group NCCTG-N05C7 trial. J. Clin. Oncol. 28 (23), 3673-3679 (2010).
  8. Schwartz, A. L., Thompson, J. A., Masood, N. Interferon-induced fatigue in patients with melanoma: a pilot study of exercise and methylphenidate. Oncol. Nurs. Forum. 29 (7), E85-E90 (2002).
  9. Coletti, D., et al. Substrains of inbred mice differ in their physical activity as a behavior. Sci. World J. , 237260 (2013).
  10. Mahoney, S. E., Davis, J. M., Murphy, E. A., McClellan, J. L., Gordon, B., Pena, M. M. Effects of 5-fluorouracil chemotherapy on fatigue: role of MCP-1. Brain Behav. Immun. 27 (1), 155-161 (2013).
  11. Moriya, J., Chen, R., Yamakawa, J., Sasaki, K., Ishigaki, Y., Takahashi, T. Resveratrol improves hippocampal atrophy in chronic fatigue mice by enhancing neurogenesis and inhibiting apoptosis of granular cells. Biol. Pharm. Bull. 34 (3), 354-359 (2011).
  12. Sheng, W. S., Hu, S., Lamkin, A., Peterson, P. K., Chao, C. C. Susceptibility to immunologically mediated fatigue in C57BL/6 versus Balb/c mice. Clin. Immunol. Immunopathol. 81 (2), 161-167 (1996).
  13. Weymann, K. B., Wood, L. J., Zhu, X., Marks, D. L. A role for orexin in cytotoxic chemotherapy-induced fatigue. Brain. Behav. Immun. 37, 84-94 (2014).
  14. Wood, L. J., Nail, L. M., Perrin, N. A., Elsea, C. R., Fischer, A., Druker, B. J. The cancer chemotherapy drug etoposide (VP-16) induces proinflammatory cytokine production and sickness behavior-like symptoms in a mouse model of cancer chemotherapy-related symptoms. Biol. Res. Nurs. 8 (2), 157-169 (2006).
  15. Zombeck, J. A., Fey, E. G., Lyng, G. D., Sonis, S. T. A clinically translatable mouse model for chemotherapy-related fatigue. Comp. Med. 63 (6), 491-497 (2013).
  16. Lightfoot, J. T., et al. Strain screen and haplotype association mapping of wheel running in inbred mouse strains. J. Appl. Physiol. 109 (3), 623-634 (2010).
  17. Bartolomucci, A., et al. Individual housing induces altered immuno-endocrine responses to psychological stress in male mice. Psychoneuroendocrinology. 28 (4), 540-558 (2003).
  18. Martin, A. L., Brown, R. E. The lonely mouse: verification of a separation-induced model of depression in female mice. Behav. Brain Res. 207 (1), 196-207 (2010).
  19. Võikar, V., Polus, A., Vasar, E., Rauvala, H. Long-term individual housing in C57BL/6J and DBA/2 mice: assessment of behavioral consequences. Genes Brain Behav. 4 (4), 240-252 (2005).
  20. Salem, G. H., et al. SCORHE: a novel and practical approach to video monitoring of laboratory mice housed in vivarium cage racks. Behav. Res. Methods. 47 (1), 235-250 (2015).
  21. Courtney, S. M., Massett, M. P. Identification of exercise capacity QTL using association mapping in inbred mice. Physiol. Genomics. 44 (19), 948-955 (2012).
  22. Jørgensen, S. B., et al. Effects of alpha-AMPK knockout on exercise-induced gene activation in mouse skeletal muscle. FASEB J. 19 (9), 1146-1148 (2005).
  23. Knab, A. M., Bowen, R. S., Moore-Harrison, T., Hamilton, A. T., Turner, M. J., Lightfoot, J. T. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. Behav. 98 (4), 433-440 (2009).
  24. Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
  25. Lightfoot, J. T., et al. Quantitative trait loci associated with maximal exercise endurance in mice. J. Appl. Physiol. 103 (1), 105-110 (2007).
  26. Azzinnari, D., et al. Mouse social stress induces increased fear conditioning, helplessness and fatigue to physical challenge together with markers of altered immune and dopamine function. Neuropharmacology. 85, 328-341 (2014).
  27. Kisiel-Sajewicz, K., et al. Myoelectrical manifestation of fatigue less prominent in patients with cancer related fatigue. PloS One. 8 (12), e83636 (2013).
  28. Smets, E. M. A., Garssen, B., Bonke, B., De Haes, J. C. J. M. The multidimensional Fatigue Inventory (MFI) psychometric qualities of an instrument to assess fatigue. J. Psychosom. Res. 39 (3), 315-325 (1995).
  29. Vercoulen, J. H. M. M., Swanink, C. M. A., Fennis, J. F. M., Galama, J. M. D., van der Meer, J. W. M., Bleijenberg, G. Dimensional assessment of chronic fatigue syndrome. J. Psychosom. Res. 38 (5), 383-392 (1994).
  30. Tsujimoto, H., et al. Tolerability of adjuvant chemotherapy with S-1 after curative resection in patients with stage II/III gastric cancer. Oncol. Lett. 4 (5), 1135-1139 (2012).

Play Video

Cite This Article
Dougherty, J. P., Springer, D. A., Gershengorn, M. C. The Treadmill Fatigue Test: A Simple, High-throughput Assay of Fatigue-like Behavior for the Mouse. J. Vis. Exp. (111), e54052, doi:10.3791/54052 (2016).

View Video