Un modèle de roue de roulement simple et peu coûteux pour l’entraînement progressif en résistance chez la souris

Summary

Cette procédure décrit un modèle d’entraînement de résistance de roue à charge progressive traduisible chez la souris. Le principal avantage de ce modèle d’entraînement en résistance est qu’il est entièrement volontaire, réduisant ainsi le stress pour les animaux et le fardeau du chercheur.

Abstract

Les modèles d’exercices basés sur la résistance des rongeurs précédemment développés, y compris l’ablation synergique, la stimulation électrique, l’escalade d’échelles lestées et, plus récemment, la traction de traîneau lesté, sont très efficaces pour fournir un stimulus hypertrophique pour induire des adaptations musculaires squelettiques. Bien que ces modèles se soient révélés inestimables pour la recherche sur les muscles squelettiques, ils sont soit invasifs, soit involontaires et nécessitent beaucoup de main-d’œuvre. Heureusement, de nombreuses souches de rongeurs courent volontairement de longues distances lorsqu’on leur donne accès à une roue de course. Les modèles de course à roues chargées (LWR) chez les rongeurs sont capables d’induire des adaptations couramment observées avec l’entraînement en résistance chez l’homme, telles que l’augmentation de la masse musculaire et l’hypertrophie des fibres, ainsi que la stimulation de la synthèse des protéines musculaires. Cependant, l’ajout d’une charge modérée sur les roues ne dissuade pas les souris de courir sur de grandes distances, ce qui reflète davantage un modèle d’entraînement d’endurance / résistance, ou les souris cessent presque entièrement de courir en raison de la méthode d’application de la charge. Par conséquent, un nouveau modèle de roue à charge élevée (HLWR) a été développé pour les souris où la résistance externe est appliquée et progressivement augmentée, permettant aux souris de continuer à courir avec des charges beaucoup plus élevées que celles utilisées auparavant. Les résultats préliminaires de ce nouveau modèle HLWR suggèrent qu’il fournit un stimulus suffisant pour induire des adaptations hypertrophiques au cours du protocole d’entraînement de 9 semaines. Ici, les procédures spécifiques pour exécuter ce modèle d’entraînement progressif simple mais peu coûteux basé sur la résistance chez la souris sont décrites.

Introduction

La masse musculaire squelettique représente environ 40% de la masse corporelle chez les humains adultes; Ainsi, le maintien de la masse musculaire squelettique tout au long de la vie est essentiel. La masse musculaire squelettique joue un rôle essentiel dans le métabolisme énergétique, le maintien de la température corporelle centrale et l’homéostasie du glucose¹. Le maintien du muscle squelettique est un équilibre entre la synthèse des protéines et la dégradation des protéines, mais de nombreuses lacunes existent encore dans la compréhension des mécanismes moléculaires complexes qui conduisent ces processus. Pour étudier les mécanismes moléculaires qui régulent le maintien et la croissance de la masse musculaire, les modèles de recherche de sujets humains utilisent souvent des interventions basées sur l’exercice de résistance, car les stimuli mécaniques jouent un rôle essentiel dans la régulation de la masse musculaire squelettique. Bien que la recherche sur des sujets humains ait été couronnée de succès, le temps nécessaire pour présenter des adaptations et des préoccupations éthiques concernant les procédures invasives (c.-à-d. les biopsies musculaires) limite la quantité de données qui peuvent être obtenues. Alors que les adaptations à l’exercice de résistance sont assez omniprésentes chez les espèces de mammifères, les modèles animaux offrent l’avantage de pouvoir contrôler avec précision le régime alimentaire et le régime d’exercice tout en permettant la collecte de tissus entiers dans tout le corps, tels que le cerveau, le foie, le cœur et les muscles squelettiques.

De nombreux modèles d’entraînement en résistance ont été développés pour être utilisés chez les rongeurs : ablation synergique², stimulation électrique^3,4, escalade d’échelle^{lestée 5,} traîneau lesté^{tirant 6} et squat en toile⁷. Il est évident que tous ces modèles, s’ils sont effectués correctement, peuvent être des modèles efficaces pour induire des adaptations des muscles squelettiques, telles que l’hypertrophie. Cependant, les inconvénients de ces modèles sont qu’ils sont pour la plupart involontaires, ne font pas partie du comportement normal des rongeurs, exigent beaucoup de temps et de main-d’œuvre et sont invasifs.

Heureusement, de nombreuses souches de souris et de rats courent volontairement de longues distances lorsqu’elles ont accès à une roue de course. De plus, les modèles d’exercices à roue libre (FWR) ne reposent pas sur un conditionnement intensif, un renforcement positif / négatif ou une anesthésie pour forcer le mouvement ou l’activité musculaire ^8,9. L’activité de course dépend grandement de la souche de la souris, du sexe, de l’âge et d’une base individuelle. Lightfoot et al. ont comparé l’activité de course de 15 souches de souris différentes et ont constaté que la distance de course quotidienne varie de 2,93 km à 7,93 km, les souris C57BL / 6 courant le plus loin, quel que soit leur sexe¹⁰. Le FWR est communément accepté comme un excellent modèle pour induire des adaptations d’endurance dans les muscles squelettiques et cardiaques 11,12,13,14,15,16; Cependant, l’utilisation de la course sur roues dans les modèles d’entraînement en résistance est moins couramment étudiée.

Comme on pourrait s’en douter, l’effet hypertrophique de la course des roues pourrait être augmenté en ajoutant une résistance à la roue de roulement, appelée course de roue chargée (LWR), nécessitant ainsi plus d’efforts pour courir sur la roue afin d’imiter plus étroitement l’entraînement de résistance. En utilisant diverses méthodes d’application de la charge, des études antérieures ont démontré que le modèle LWR utilisant des rats et des souris affichait régulièrement des augmentations de la masse musculaire des membres de 5% à 30% en 6-8 semaines 17,18,19,20,21. De plus, D’hulst et al. ont démontré qu’un seul épisode de LWR entraînait une augmentation de 50% plus importante de l’activation de la voie de signalisation de la synthèse des protéines par rapport au FWR²². La résistance des roues a été le plus souvent appliquée par une méthode de friction à charge constante, dans laquelle un frein magnétique ou un boulon de tension est utilisé pour appliquer la résistance des roues 12,19,23,24. Une mise en garde de la méthode à charge constante basée sur le frottement est que lorsque la résistance modérée à élevée est appliquée, l’animal ne peut pas surmonter la résistance élevée pour initier le mouvement de la roue, cessant ainsi l’entraînement. Plus important encore, bon nombre des systèmes de cages et de roues utilisés pour les modèles de roues de roulement de rongeurs sont assez coûteux et nécessitent un équipement spécialisé.

Récemment, Dungan et al. ont développé un modèle PoWeR (Progressive Weighted-Wheel-running), qui applique une charge à la roue de manière asymétrique via des masses externes collées à un seul côté de la roue. On pense que la charge de roue déséquilibrée et la résistance variable du modèle PoWeR encouragent la poursuite de l’activité de course et favorisent des rafales plus courtes de roue chargée chez la souris, imitant plus fidèlement les ensembles et les répétitions effectués avec l’entraînement en résistance¹⁷. Malgré une distance moyenne de course de 10 à 12 km par jour, le modèle PoWeR a entraîné une augmentation de 16 % et 17 % de la masse humide du muscle plantaire et de la section transversale des fibres (CSA), respectivement. Malgré de nombreux avantages pratiques, le modèle PoWeR de LWR présente certaines limites. Comme l’ont reconnu les auteurs, le modèle PoWeR est un stimulus « hybride » à volume élevé qui reflète un modèle mixte d’exercices d’endurance et de résistance (c.-à-d. un entraînement simultané chez les humains), par opposition à un modèle plus strictement basé sur l’exercice de résistance, introduisant potentiellement un effet d’interférence et contribuant à l’hypertrophie moins prononcée ou aux différents mécanismes par lesquels l’hypertrophie est induite²⁵ . Il est impératif de s’assurer qu’un phénomène d’entraînement simultané ne se produit pas dans ce qui est censé être un modèle d’entraînement d’exercices de résistance. Par conséquent, le modèle PoWeR a été modifié pour développer un modèle LWR qui utilise des charges plus élevées que celles utilisées précédemment pour ressembler davantage à un modèle d’entraînement en résistance. Ici, des détails sont fournis pour un modèle LWR d’entraînement en résistance progressive simple et peu coûteux de 9 semaines chez des souris C57BL / 6.

Protocol

Cette étude a été approuvée par le comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Appalachian State University (#22-05). 1. Animaux Procurez-vous des souris C57BL/6 provenant de la colonie de souris interne.REMARQUE : Des souris mâles âgées de 5 à 8 mois au début de l’étude ont été utilisées. L’activité quotidienne de course atteint des sommets et des plateaux vers l’âge de 9 à 10 semaines de26 a…

Representative Results

Dans cette étude, 24 souris C57BL/6 (6,3 ± 0,7 mois au début de cette étude) ont été assignées au hasard à l’un des trois groupes de traitement : sédentaire (SED), roulant à roues chargées (LWR; identique à PoWeR décrit par Dungan et coll.17) ou LWR élevé (HLWR), puis ont complété leur protocole respectif de 9 semaines. Après la semaine d’acclimatation (semaine 1), il n’y avait pas de différence de temps entre le groupe ou le groupe x en ce qui concerne la distance de cour…

Discussion

Les modèles d’exercices de résistance existants chez les rongeurs se sont révélés inestimables pour la recherche sur les muscles squelettiques; Cependant, bon nombre de ces modèles sont invasifs, involontaires et/ou exigent beaucoup de temps et de main-d’œuvre. LWR est un excellent modèle qui induit non seulement des adaptations musculaires similaires à celles observées dans d’autres modèles d’entraînement en résistance bien acceptés, mais fournit également un stimulus d’exercice chronique et peu…

Materials

1 g disc neodymium magnets	Applied Magnets	ND018-6	Used for all sensor magnets and 1 g increments of wheel loading
2.5 g disc neodymium magnets	Applied Magnets	ND022	Used for 2.5 g increments of wheel loading
8-32 x 1" stainless steel screws	Amazon		https://www.amazon.com/gp/product/B07939RS23/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
8-32 Wing Nuts	Amazon		https://www.amazon.com/gp/product/B07YYWW2SB/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&th=1
10 µL pipette tip box (empty)	Thermo Scientific	2140	We used empty ART Pipette tip boxes, but any similar sized boxes/trays would suffice
Extreme Liquid Glue	Loctite
Laminin primary antibody	Novus Biologicals	NB300-144AF647	primary antibody conjugated with AF657; 1:200 in PBS containing 10% normal goat serum
Lithium 3 V battery	n/a	CR2032
M10 (3/16" x 1 1/4") stainless steel fender washers	Amazon		https://www.amazon.com/gp/product/B00OHUHEU8/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&th=1
MyoVision: Automated Image Quantification Platform	Wen et al. (2017)	v1.0	https://www.uky.edu/chs/center-for-muscle-biology/myovision
Polycarbonate rodent cage (430 mm L x 290 mm W x 201 mm H), with narrow width stainless steel wired bar lid	Orchid Scientific	Polycarbonate Rat Cage Type II	https://orchidscientific.com/product/rat-cage/ – 1519974600758-c29bc1c5-6dfa
Sigma Sport 509 Bike Computer	Sigma Sport		Does not need to be this model in particular, but must have distance and time monitoring capabilities
Silent Spinner Running Wheel (mini 11.4 cm)	Kaytee	SKU# 100079369	https://www.kaytee.com/all-products/small-animal/silent-spinner-wheel