Un Esecuzione meccanismo innovativo Wheel-based per migliorare le prestazioni Rat Formazione
Summary
Questo studio presenta un sistema di mobilità degli animali innovativo a base di ruota in esecuzione di quantificare un attività di esercitazione efficace nei ratti. Un banco di prova topo-friendly è costruito, utilizzando una curva di accelerazione adattativo predefinita, e una forte correlazione tra il tasso effettivo esercizio e il volume dell'infarto suggerisce il potenziale del protocollo per gli esperimenti di prevenzione ictus.
Abstract
Questo studio presenta un sistema di mobilità animale, dotato di una ruota di posizionamento esecuzione (PRW), come un modo per quantificare l'efficacia di un'attività esercizio per ridurre la gravità degli effetti della corsa in ratti. Questo sistema fornisce più efficace l'esercizio fisico degli animali rispetto ai sistemi disponibili in commercio, come tapis roulant e ruote da corsa motorizzate (MRW). Contrariamente ad un MRW che può raggiungere solo velocità inferiori a 20 m / min, i ratti sono autorizzati a funzionare ad una velocità stabile di 30 m / min su un più ampio e gomma funzionamento ad alta densità di traccia supportato da un largo 15 cm ruota acrilico un diametro di 55 cm in questo lavoro. Utilizzando una curva di accelerazione adattativo predefinita, il sistema non solo riduce l'errore dell'operatore pure treni i ratti per eseguire costantemente fino a raggiungere un'intensità specificato. Come un modo per valutare l'efficacia di esercizio, la posizione in tempo reale di un ratto viene rilevato da quattro coppie di sensori ad infrarossi distribuiti sulla ruota portante. una volta che uncurva di accelerazione adattativo viene iniziata utilizzando un microcontrollore, i dati ottenuti dai sensori infrarossi vengono automaticamente registrati e analizzati in un computer. A scopo di confronto, a 3 settimana di formazione è condotta su ratti utilizzando un tapis roulant, un MRW e PRW. Dopo chirurgicamente inducendo occlusione dell'arteria cerebrale media (MCAO), sono state condotte punteggi modificati neurologici di gravità (mNSS) e un test di piano inclinato per valutare i danni neurologici per i topi. PRW è sperimentalmente convalidato come il più efficace tra tali sistemi di mobilità animale. Inoltre, una misura dell'efficacia esercizio, sulla base di un'analisi posizione ratto, ha dimostrato che vi è una forte correlazione negativa tra l'esercizio effettivo e il volume dell'infarto, e può essere impiegato per quantificare una formazione di ratto in qualsiasi tipo di esperimenti riduzione dei danni cerebrali.
Introduction
Strokes esistono continuamente come un onere finanziario per i paesi a livello globale, lasciando innumerevoli pazienti disabili fisici e psichici 1, 2. Ci sono prove cliniche che suggeriscono che l'esercizio fisico regolare può migliorare la rigenerazione dei nervi e rafforzare le connessioni neurali 3, 4, ed è anche dimostrato che l'esercizio fisico può ridurre il rischio di subire ictus ischemico 5. Sia con un tapis roulant o una ruota in esecuzione come un sistema di formazione esercizio, roditori, come i ratti, servire come proxy per gli esseri umani per testare l'efficacia di esercizi in una vasta maggioranza di esperimenti clinici 6 – 8. Un sistema di formazione comporta normalmente la formazione di un ratto per un certo periodo di tempo, durante il quale un topo funziona a una certa velocità. Pertanto, l'intensità di allenamento è generalmente calcolato in base alla velocità di esercizio e la durata 6 – 8. Lo stesso approccio viene applicatostimare la quantità di esercizio necessaria per la protezione neurofisiologico. Tuttavia, gli esercizi sperimentali si trovano a volte ad essere inefficaci, come ad esempio quando un ratto inciampa, cade, o afferra i binari, una volta che sono in grado di raggiungere con il funzionamento di velocità della ruota 9 – 11. Inutile dire che, episodi di esercizio inefficace riducono in modo significativo il beneficio esercizio. Anche se non vi è alcun metodo universalmente accettato attualmente di quantificare gli esercizi efficaci per ridurre i danni al cervello, il livello di esercizi efficaci si trova ancora come una valutazione oggettiva per i ricercatori clinici per illustrare i benefici di esercizio nella disciplina della neurofisiologia.
Ci sono una serie di limitazioni sui sistemi di mobilità degli animali disponibili in commercio utilizzati nei danni cerebrali esperimenti di riduzione di oggi 12. In un caso tapis roulant, i ratti sono costretti a correre per mezzo di scosse elettriche, inducendo tremenda psicologicolo stress sugli animali e quindi l'interferenza nel test neurofisiologico risultati finali 8, 13, 14. ruote in corso possono essere classificati in due tipi, vale a dire volontari e forzati. Ruote da corsa volontari consentono di eseguire ratti naturalmente, la creazione di eccessiva variabilità dovuta delle differenze di caratteristiche e abilità fisiche 15 dei ratti, mentre le ruote in esecuzione motorizzate (MRW) impiegano un motore a girare la ruota, costringendo i ratti per l'esecuzione. Nonostante anche essere una forma di addestramento forzato, MRW impone meno stress psicologico sui ratti di tapis roulant 13, 16, 17. Tuttavia, esperimenti usando MRW hanno riferito che i ratti a volte interrompono l'esercizio afferrando le rotaie sulla carreggiata e si rifiuta di funzionare a velocità superiori a 20 m / min 9. Questi esempi mostrano che i sistemi di mobilità degli animali attualmente disponibili hanno uno svantaggio intrinseco che inibisce efficace esercizio. Percorsi di formazione ratto oggettive, lo sviluppo di un sistema di formazione altamente efficace, ma con bassa interferenza è quindi visto come un problema urgente per gli esperimenti di esercizio neurofisiologici.
Questo studio presenta un sistema ruota in esecuzione altamente efficace per esperimenti sulla riduzione della gravità degli effetti della corsa 11. Oltre ad un ridotto numero di fattori di interferenza durante un processo di formazione, il sistema rileva la posizione di marcia di un ratto utilizzando sensori a infrarossi incorporati nella ruota, ottenendo così una stima più affidabile dell'attività esercizio effettivo. Lo stress psicologico imposto dal tapis roulant tradizionali e le frequenti interruzioni di esercizio in MRW sia inclinare l'oggettività delle stime di esercizio risultanti. Un sistema di ruota posizionatrice esecuzione (PRW) presentata in questo studio si sviluppa in un tentativo di minimizzare le interferenze indesiderate, fornendo un modello di formazione affidabile per quantificare exe efficacercise.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo descrive un sistema ruota in esecuzione altamente efficace per ridurre la gravità degli effetti della corsa in animali. Come testbed rat-friendly, tale piattaforma è stata progettata e in modo tale che una velocità funzionamento stabile può essere mantenuta da ratti durante un processo in esecuzione mediante una curva di accelerazione adattativo predeterminato. Nei sistemi di formazione tipici, le velocità di formazione preimpostate e le durate sono impostati manualmente. Una volta che un esercizi…
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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