Eine innovative Laufrad-basierten Mechanismus für die Verbesserung der Ratte Trainingsleistung
Summary
Diese Studie stellt eine innovative Laufrades orientierte Tiermobilitätssystem eine effektive Übung Aktivität bei Ratten zu quantifizieren. Eine Ratte freundliche Testbed gebaut wird, eine vordefinierte adaptive Beschleunigungskurve und eine hohe Korrelation zwischen der tatsächlichen Ausübung Rate und der Infarktvolumen legt nahe, zur Schlaganfallprävention Experimente das Potenzial des Protokolls.
Abstract
Diese Studie stellt ein Tiermobilitätssystem, ausgestattet mit einer Positionierungs Laufrad (PRW), als eine Möglichkeit zur Verringerung der Schwere der Auswirkungen des Hubes in Ratten, die die Wirksamkeit eines Übungsaktivität zu quantifizieren. Dieses System ermöglicht eine effektivere Tier körperliches Training als im Handel erhältliche Systeme wie Laufbänder und motorisierte Laufräder (MRWs). Im Gegensatz zu einer MRW, die nur Geschwindigkeiten unter 20 erreichen können, m / min, Ratten sind zulässig bei einer stabilen Geschwindigkeit von 30 m / min auf einem geräumiger und mit hoher Dichte Gummilaufstrecke durch einen 15 cm breiten Acryl-Rad unterstützt laufen mit mit einem Durchmesser von 55 cm in dieser Arbeit. Mit Hilfe einer vordefinierten Kurve adaptive Beschleunigung, das System nicht nur reduziert den Bedienfehler, sondern bildet auch die Ratten beharrlich zu laufen, bis eine vorgegebene Intensität erreicht ist. Als eine Möglichkeit, die Übung Wirksamkeit, Echtzeit-Position einer Ratte zu bewerten ist durch vier Paare von Infrarot-Sensoren, die auf dem Laufrad eingesetzt detektiert. Sobald einadaptive Beschleunigungskurve wird unter Verwendung eines Mikrocontrollers initiiert, die von den Infrarot-Sensoren erhaltenen Daten werden in einem Computer automatisch aufgezeichnet und analysiert. Zu Vergleichszwecken wird 3 Wochen Ausbildung an Ratten durchgeführt, ein Laufband, ein MRW und PRW verwenden. Nach chirurgisch Arteria cerebri media Okklusion (MCAo), modifizierte neurologische Schwere-Scores (MNSs) und eine geneigte Ebene Test induziert wurden durchgeführt, um die neurologische Schäden an den Ratten zu bewerten. PRW wird experimentell als die wirksamste unter diesen Tiermobilitätssysteme validiert. Darüber hinaus zeigte eine Übung Wirksamkeit Maßnahme basierend auf Rattenpositionsanalyse, dass es eine hohe negative Korrelation zwischen der effektiven Bewegung ist und das Infarktvolumen und verwendet werden können, eine Ratte Ausbildung in jeder Art von Hirnschäden Reduktionsversuche zu quantifizieren.
Introduction
Strokes existieren kontinuierlich als finanzielle Belastung für Länder weltweit, unzählige Patienten physisch verlassen und geistig behinderte 1, 2. Es gibt klinische Hinweise darauf , dass regelmäßige Bewegung die Nervenregeneration zu verbessern und zu stärken neuronale Verbindungen 3, 4, und auch , dass die Übung gezeigt, um das Risiko von ischämischen Schlaganfällen leiden 5 verringern kann. Entweder mit einem Laufband oder einem Laufrad als Übung Trainingssystem, Nagetiere, wie Ratten, dienen als Proxy für den Menschen für die Prüfung der Wirksamkeit der Übungen in einer großen Mehrheit der klinischen Experimente 6 – 8. Ein Trainingssystem beinhaltet normalerweise für eine gewisse Zeit eine Ratte Ausbildung, bei der eine Ratte mit einer bestimmten Geschwindigkeit läuft. Daher wird die Trainingsintensität im Allgemeinen berechnet nach der Übung Geschwindigkeit und Dauer 6 – 8. Der gleiche Ansatz wird angewendetschätzen die Menge der Übung für die neurophysiologische Schutz erforderlich. Allerdings sind die experimentellen Übungen manchmal als unwirksam gefunden, wie wenn eine Ratte stolpert, fällt, oder greift die Schienen , wenn sie nicht in der Lage sind , mit den laufenden Raddrehzahl 9 aufholen – 11. Unnötig zu sagen, Vorfälle von ineffektiv Bewegung deutlich die Ausübung Nutzen reduzieren. Auch wenn es noch keine allgemein akzeptierte jeder Ansatz ist es, die effektive Übungen zur Verringerung der Schädigung des Gehirns, die Höhe der effektiven Übungen noch zu quantifizieren steht als objektive Beurteilung für klinische Forscher die Vorteile der Übung in der Disziplin der Neurophysiologie zu illustrieren.
Es gibt eine Reihe von Einschränkungen auf handelsüblichen Tiermobilitätssystemen in Reduzierung Hirnschäden der heutigen Experimente 12. In einem Laufband Fall werden Ratten mit Hilfe von Elektroschocks gezwungen, zu laufen, enorme psychologische InduktionBelastung für die Tiere und damit Störungen in der letzten neurophysiologischen Testergebnisse 8, 13, 14. Laufräder können in zwei Typen eingeteilt werden, nämlich freiwillig und gezwungen. Freiwillige Laufräder ermöglichen Ratten natürlich zu laufen, wegen der Unterschiede übermäßige Variabilität zu schaffen , in der Ratten physikalischen Eigenschaften und Fähigkeiten 15, während motorisierte Laufräder (MRWs) einen Motor verwenden , um das Rad zu drehen, zwingt Ratten laufen. Trotz auch eine Form der Zwangs Ausbildung zu sein, erlegt MRWs weniger psychische Belastung an Ratten als Tretmühlen 13, 16, 17. Manchmal Versuche haben jedoch mit MRWs berichtet , dass Ratten , die die Ausübung von greifen die Schienen auf der Radspur unterbrechen und sich weigern , mit Geschwindigkeiten zu laufen mehr als 20 m / min 9. Diese Beispiele zeigen, dass Tier Mobilität derzeit verfügbaren Systeme haben einen inhärenten Nachteil, dass die Ausübung wirksam hemmt. FürZiel Ratte Zweck der Ausbildung, die Entwicklung eines hochwirksamen Trainingssystem, aber mit geringer Störung wird daher als dringendes Problem für die neurophysiologische Experimente Übung angesehen.
Diese Studie stellt ein hochwirksames Laufrades System für Experimente auf die Schwere der Auswirkungen des Schlaganfalls 11 reduziert wird . Zusätzlich zu einer reduzierten Anzahl von Störgrößen während eines Trainingsprozesses, erkennt dieses System die Laufposition einer Ratte unter Verwendung von Infrarot-Sensoren in dem Rad eingebettet ist, wodurch eine zuverlässigere Abschätzung der tatsächlichen Ausübung Aktivität zu erreichen. Die psychische Belastung auferlegt durch traditionelle Tretmühlen und die häufigen Unterbrechungen Übung in MRWs Skew sowohl die Objektivität der resultierenden Übung Schätzungen. Ein Positionierungs Laufrad (PRW) System in dieser Studie präsentiert wird in einem Versuch entwickelt, die unerwünschte Interferenzen zu minimieren, während eine zuverlässige Trainingsmodell zur Quantifizierung wirksame exe Bereitstellungrcise.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt ein hochwirksames Laufrades System für die Schwere der Wirkung des Hubes bei Tieren reduziert. Als Ratte freundliche testbed wird diese Plattform auch in einer solchen Weise, dass ein stabiles Fahrgeschwindigkeit kann beibehalten werden, indem Ratten während eines laufenden Prozesses mittels einer vorbestimmten adaptive Beschleunigungskurve gestaltet. In typischen Trainingssysteme sind voreingestellte Trainingsgeschwindigkeiten und die Dauer manuell einstellen. Sobald eine Übung beginnt, w…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr. Jhi-Joung Wang, who is the Vice Superintendent of Education at Chi-Mei Medical Center, and Dr. Chih-Chan Lin from the Laboratory Animal Center, Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, 901 Zhonghua, Yongkang Dist., Tainan City 701, Taiwan, for providing the shooting venue. They would also like to thank Miss Ling-Yu Tang and Mr. Chung-Ham Wang from the Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, Tainan, Taiwan, for their valuable assistance in demonstrating the prototype system in real experiments with rats. The author gratefully acknowledges the support provided for this study by the Ministry of Science and Technology (MOST 104- 2218-E-167-001-) of Taiwan.
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 |
Referências
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