Een innovatieve Running-Wheel gebaseerde Mechanisme voor Verbeterde Rat Training Prestaties

Summary

Deze studie geeft een innovatief loopwiel-gebaseerde mobiliteit van dieren systeem om een ​​daadwerkelijke uitoefening activiteit te kwantificeren bij ratten. Een rat-vriendelijke testbed is gebouwd, met behulp van een vooraf gedefinieerde adaptieve versnelling curve, en een hoge correlatie tussen de daadwerkelijke uitoefening snelheid en het infarct volume geeft aan dat het protocol voor een beroerte te voorkomen experimenten.

Abstract

Deze studie geeft een mobiliteit voor dieren, voorzien van een positioneringsinrichting loopwiel (PRW), als een manier om de effectiviteit van een bewegingsactiviteit kwantificeerbaar verminderen van de ernst van de effecten van beroerte bij ratten. Dit systeem zorgt voor efficiënter dier de training dan commercieel beschikbare systemen, zoals loopbanden en gemotoriseerde loopwielen (MRWs). In tegenstelling tot een MRW dat alleen snelheden onder kan bereiken 20 m / min, worden de ratten toegestaan ​​om te draaien met een stabiele snelheid van 30 m / min op een ruimer en high-density rubber atletiekbaan ondersteund door een 15 cm breed acryl wiel met een diameter van 55 cm in dit werk. Met behulp van een vooraf gedefinieerde adaptieve versnelling curve, het systeem niet alleen vermindert de exploitant fout, maar traint ook de ratten aanhoudend loopt tot een bepaalde intensiteit bereikt wordt. Als manier om de effectiviteit te evalueren oefening, is real-time positie van een rat gedetecteerd door vier paar infraroodsensoren ingezet op het loopwiel. Zodra eenadaptieve versnellingscurve maakt gebruikt microcontroller, verkregen door de infraroodsensoren worden automatisch geregistreerd en geanalyseerd in een computer. Ter vergelijking, is 3 weken training uitgevoerd op ratten met behulp van een loopband, een MRW en een PRW. Na operatief induceren middelste cerebrale slagader occlusie (MCAo), werden gewijzigd neurologische ernst scores (mNSS) en een hellend vlak-test uitgevoerd om de neurologische schade te beoordelen aan de ratten. PRW is experimenteel bevestigd als de meest effectieve onder deze mobiliteit dierlijke systemen. Voorts is een oefening effectiviteit meten via rat positie analyse toonde aan dat er een hoge negatieve correlatie tussen de uitoefening en infarctvolume en kan worden gebruikt om een ​​rat training in elk type hersenletsel vermindering experimenten kwantificeren.

Introduction

Strokes bestaan ​​continu als een financiële last aan landen wereldwijd, waardoor talloze patiënten lichamelijk en geestelijk gehandicapte ^{1, 2.} Er klinische aanwijzingen dat regelmatige lichaamsbeweging zenuwregeneratie kunnen verbeteren en versterken neurale verbindingen ^{3, 4,} en is ook aangetoond dat actie kan het risico op het lijden ischemische beroerte ⁵ verlagen. Met ofwel een loopband of een loopwiel als een oefening training systeem, knaagdieren, zoals ratten, dienen als een proxy voor de mens voor het testen van de effectiviteit van de oefeningen in een overgrote meerderheid van de klinische experimenten ^6-8. Een training systeem regel het trainen van een rat gedurende een bepaalde periode, gedurende welke een rat draait met een bepaalde snelheid. Daarom wordt de trainingsintensiteit algemeen berekend aan de uitoefening snelheid en duur ^6-8. Dezelfde aanpak wordt toegepast opeen schatting van de hoeveelheid lichaamsbeweging die nodig is voor neurofysiologische bescherming. Echter, de experimentele oefeningen soms gevonden effectief te zijn, zoals wanneer een rat struikelt, valt, of grijpt de rails als ze niet in staat om bij te praten met het loopwiel snelheid ⁹ zijn ^{– 11.} Uiteraard gevallen van ineffectieve oefening aanzienlijke vermindering van de oefening voordeel. Ook al is er geen een algemeen aanvaarde benadering van dit moment om de effectieve oefeningen voor het verminderen van schade aan de hersenen te kwantificeren, het niveau van de effectieve oefeningen staat nog steeds als een objectieve beoordeling voor klinische onderzoekers om de voordelen van de oefening te illustreren in de discipline van de neurofysiologie.

Er bestaan ​​een aantal beperkingen op de handel verkrijgbare dierlijke mobiliteitsystemen proefnemingen gebruikte ¹² huidige hersenletsel verminderen. In een loopband geval worden ratten gedwongen te lopen door middel van elektrische schokken induceren enorme psychologischebelasting van de dieren en daardoor storingen in de laatste neurofysiologische testresultaten ^{8, 13, 14.} Loopwielen kunnen worden onderverdeeld in twee soorten, namelijk vrijwillige en gedwongen. Vrijwillige loopwielen laten ratten natuurlijke werking, een extreme variabiliteit wegens de verschillen in fysieke eigenschappen en capaciteiten ¹⁵ van de ratten, terwijl gemotoriseerde loopwielen (MRWs) een motor gebruiken om het wiel te draaien, waardoor ratten werking. Hoewel ook een vorm van gedwongen training, MRWs legt minder psychologische stress op ratten dan loopbanden ^{13, 16, 17.} Echter, experimenten met MRWs hebben gemeld dat ratten soms de oefening onderbreken door grijpen de rails op het wielspoor en het weigeren om te draaien met een snelheid van meer dan 20 m / min ^9. Deze voorbeelden tonen dat de mobiliteit dieren beschikbare systemen een inherente nadeel dat effectief uitoefenen remt. Voorobjectieve rat opleidingsdoeleinden, is de ontwikkeling van een zeer effectieve training systeem, maar met een lage interferentie dan ook gezien als een urgente kwestie voor neurofysiologische oefening experimenten.

Deze studie geeft een zeer effectieve loopwiel voor experimenten op het verminderen van de ernst van de effecten van de lijn ^11. Naast een gereduceerd aantal storingsfactoren tijdens een trainingsproces Dit systeem detecteert de rijstand van een rat via infrarood sensoren in het wiel, waardoor een meer betrouwbare schatting van uitoefening activiteit bereiken. De psychologische stress opgelegd door de traditionele loopbanden en de veelvuldige onderbrekingen oefening in MRWs zowel skew de objectiviteit van de resulterende oefening schattingen. Een positionering loopwiel (PRW) systeem in dit onderzoek is ontwikkeld in een poging om de storingen te minimaliseren terwijl een betrouwbare trainingsmodel voor het kwantificeren doeltreffende exercise.

Protocol

Ethiek Verklaring: De experimentele procedures werden goedgekeurd door het dier ethische commissie van de Southern Taiwan University of Science and Technology Laboratory Animal Center, National Science Council, Republic of China (Tainan, Taiwan). 1. De bouw van het loopwiel Structure OPMERKING: Alle acryl moeten transparant zijn. Was de gedemonteerde wiel met water, vervolgens met alcohol om de rubberen band en acryl platen na elk gebruik schoon te vegen. </…

Representative Results

Deze sectie is gewijd aan vergelijkingen gemaakt 1 week na de operatie, op de mNSS scores, helling vliegtuig testresultaten en herseninfarct volumes over vijf groepen. Figuur 4A en 4B de gemiddelde mNSS scores en het gemiddelde van de helling vliegtuig testresultaten presenteren, respectievelijk. De PRW groep verschijnt als de beste in termen van mNSS verbetering. De significante verschillen tussen PRW en MRW en tussen de loopband en PRW duidelijk sugger…

Discussion

Dit protocol beschrijft een zeer effectieve loopwiel voor het verminderen van de ernst van de effecten van de slag bij dieren. Als rat ingestelde testbed, wordt dit platform ook ontworpen zodanig dat een stabiele rijsnelheid door ratten gedurende een lopend proces kan worden gehouden door middel van een vooraf bepaalde adaptieve versnellingscurve. In typische training systemen worden vooraf ingestelde training snelheden en duur handmatig in te stellen. Zodra een oefening begint, wordt een vooraf ingestelde snelheid zeer…

Materials

Brushless DC motor	Oriental Motor	BLEM512-GFS
Motor driver	Oriental Motor	BLED12A
Motor reducer	Oriental Motor	GFS5G20
Speedometer	Oriental Motor	OPX-2A
Treadmill	Columbus Instruments	Exer-6M
Infrared transmitter	Seeed Studio	TSAL6200
Infrared Receiver	Seeed Studio	TSOP382
Microcontroller	Silicon Labs	C8051F330
CCD camera	Canon Inc.	EOS 450D
Image processing software	Adobe Systems Incorporated	ADOBE Photoshop CS5 12.0
Image analysis	Media Cybernetics	Pro Plus 4.50.29
Sodium pentobarbital	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	SIGMA P-3761
Ketamine	Pfizer (Kent, UK)	1867-66-9
Atropine	Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan)	A03BA01
Xylazine	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	SIGMA X1126
Buprenorphine	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	B9275
Anesthesia	Sigma Chemical