Denna studie presenterar en innovativ löphjul baserade djur rörlighet system för att kvantifiera en effektiv motionsaktivitet hos råttor. En råtta vänliga testbädd byggs med hjälp av en fördefinierad adaptiv accelerationskurva, och en hög korrelation mellan det faktiska utövandet hastigheten och infarktvolymen tyder protokollet potential för förebyggande av stroke experiment.
Denna studie presenteras ett djurmobilitetssystem, utrustat med en positionerings löphjul (PRW), som ett sätt att kvantifiera effekten av en övning aktivitet för att reducera svårighetsgraden av effekterna av stroke hos råttor. Detta system ger effektivare djur träning än kommersiellt tillgängliga system såsom löpband och motoriserade löphjulen (MRWs). I motsats till en MRW som bara kan uppnå hastigheter under 20 m / min, är råttor tillåts köra på en stabil hastighet av 30 m / min på en rymligare och hög densitet gummi löparbana stöds av ett 15 cm brett akryl hjul med en diameter på 55 cm i detta arbete. Med hjälp av en fördefinierad adaptiv accelerationskurva, systemet inte bara minskar operatörsfel men också tåg råttorna springa ihärdigt tills en angiven ljusstyrkan uppnås. Som ett sätt att utvärdera övningen effektivitet är realtid positionen för en råtta detekteras av fyra par infraröda sensorer utplacerade på löphjul. När enadaptiv accelerationskurva initieras med hjälp av en mikrokontroller, de data som erhållits genom de infraröda sensorerna automatiskt registreras och analyseras i en dator. För jämförelseändamål är tre veckors utbildning genomförs på råttor med användning av ett löpband, en MRW och en PRW. Efter kirurgiskt inducera mitten cerebral artärocklusion (MCAo), har ändrats neurologiska svårighetsgrad poäng (mNSS) och ett lutande plan prov utfördes för att bedöma de neurologiska skador på råttor. PRW är experimentellt validerade som den mest effektiva bland sådana djur mobilitetssystem. Dessutom en övning effektivitet åtgärd utifrån råtta ställning analys visade att det finns en hög negativ korrelation mellan det faktiska utövandet och infarktvolymen, och kan användas för att kvantifiera en råtta utbildning i alla typer av hjärnminskning skada experiment.
Strokes existerar kontinuerligt som en finansiell börda för länder globalt, vilket otaliga patienter fysiskt och psykiskt funktionshindrade en, två. Det finns kliniska bevis som tyder på att regelbunden motion kan förbättra nervregeneration och stärka neurala kopplingar 3, 4, och det är också visat att motion kan minska risken att drabbas av ischemisk stroke 5. Med antingen ett löpband eller en löphjul som en övning utbildningssystem, gnagare, såsom råttor, fungerar som en proxy för människor för att testa effektiviteten av övningar i en stor majoritet av kliniska experiment 6 – 8. Ett träningssystem innebär normalt att utbilda en råtta under en viss tidsperiod, under vilken en råtta körs med en viss hastighet. Därför är träningsintensiteten i allmänhet beräknas enligt utövandet hastighet och längd 6-8. Samma metod tillämpas påuppskatta mängden motion som krävs för neurofysiologisk skydd. Men de experimentella övningar ibland visat sig vara ineffektiva, till exempel när en råtta snubblar, faller, eller griper rälsen när de är oförmögna att komma ikapp med löphjul hastighet 9-11. Naturligtvis fall av ineffektiv träning avsevärt minska övningen nytta. Även om det inte finns någon som helst allmänt accepterad metod för närvarande att kvantifiera de effektiva övningar för att minska hjärnskador, nivån på effektiva övningar fortfarande står som en objektiv bedömning för kliniska forskare för att illustrera fördelarna med motion i ämnet neurofysiologi.
Det finns ett antal begränsningar på kommersiellt tillgängliga system för mobilitet djur som används i dagens hjärnskador minskning experiment 12. I ett löpband fall råttor tvungen att köra med hjälp av elektriska stötar, inducera enorm psykologiskstress på djuren och därmed störningar i den slutliga neurofysiologiska testresultaten 8, 13, 14. Löphjul kan kategoriseras i två typer, nämligen frivilligt och påtvingat. Frivilliga löphjulen tillåter råttor köra naturligt, skapa överdriven variabilitet på grund av skillnaderna i råttornas fysiska egenskaper och förmågor 15, medan motoriserade löphjul (MRWs) använder en motor för att vrida ratten, tvingar råttor att köra. Trots också är en form av tvångs utbildning, MRWs ställer mindre psykisk stress på råttor än löpband 13, 16, 17. Emellertid har experiment med användning MRWs rapporterade att råttor avbryter ibland övningen genom att ta tag rälsen på spårvidden och vägrar att köra vid hastigheter över 20 m / min 9. Dessa exempel visar att djur rörlighet som för närvarande finns har en inneboende nackdel som hämmar en effektiv träning. Förobjektiva råtta utbildningssyfte är att utveckla en mycket effektiv träningssystem men med låg interferens därför ses som en angelägen fråga för neurofysiologiska träningsexperiment.
Denna studie presenteras ett mycket effektivt system löphjul för experiment på att minska svårighetsgraden av effekterna av stroke 11. Förutom ett minskat antal störningsfaktorer under en träningsprocessen upptäcker detta system körläge av en råtta med hjälp av infraröda sensorer inbyggda i ratten, varigenom man uppnår en mer tillförlitlig uppskattning av effektiv motionsaktivitet. Den psykologiska stressen som infördes genom traditionella löpband och täta motion avbrott i MRWs både skeva objektivitet resulterande tränings uppskattningar. En positionerings löphjul (PRW) systemet som presenteras i denna studie har utvecklats i ett försök att minimera oönskade störningar samtidigt som en tillförlitlig utbildningsmodell för att kvantifiera effektiv exercise.
Detta protokoll beskriver ett mycket effektivt löphjul system för att minska svårighetsgraden av effekterna av stroke hos djur. Som en råtta vänlig testbädd, är denna plattform utformad samt på ett sådant sätt att en stabil löphastighet kan upprätthållas genom råttor under en pågående process med hjälp av en förutbestämd adaptiv accelerationskurva. I typiska utbildningssystemen är förinställda träningshastigheter och varaktig in manuellt. När en övning påbörjas, är ett förinställt varvtal n…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |