कृन्तकों के सिर पर परिभाषित त्वरण उत्पन्न करने के लिए निष्क्रिय हेड मोशन का अनुप्रयोग
Summary
वर्तमान प्रोटोकॉल एक कस्टम-डिज़ाइन किए गए ‘पैसिव हेड मोशन’ सिस्टम का वर्णन करता है, जो कृन्तकों के सिर पर यांत्रिक त्वरण को पुन: उत्पन्न करता है जो मध्यम वेग पर चलने वाले ट्रेडमिल के दौरान उत्पन्न होता है। यह शारीरिक व्यायाम के लाभकारी प्रभावों से यांत्रिक कारकों / तत्वों को विच्छेदित करने की अनुमति देता है।
Abstract
व्यायाम व्यापक रूप से विभिन्न बीमारियों और शारीरिक विकारों के लिए प्रभावी के रूप में मान्यता प्राप्त है, जिसमें मस्तिष्क की शिथिलता से संबंधित लोग भी शामिल हैं। हालांकि, व्यायाम के लाभकारी प्रभावों के पीछे आणविक तंत्र खराब समझे जाते हैं। कई शारीरिक कसरत, विशेष रूप से जो जॉगिंग और चलने जैसे एरोबिक व्यायाम के रूप में वर्गीकृत हैं, जमीन के साथ पैर के संपर्क के समय आवेगपूर्ण बल पैदा करते हैं। इसलिए, यह अनुमान लगाया गया था कि यांत्रिक प्रभाव को इस बात में फंसाया जा सकता है कि व्यायाम जीव होमियोस्टैसिस में कैसे योगदान देता है। मस्तिष्क पर इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, एक कस्टम-डिज़ाइन किया गया ‘निष्क्रिय सिर गति’ (इसके बाद पीएचएम के रूप में संदर्भित) प्रणाली विकसित की गई थी जो नियंत्रित और परिभाषित परिमाण और मोड के साथ ऊर्ध्वाधर त्वरण उत्पन्न कर सकती है और यांत्रिक उत्तेजना को पुन: उत्पन्न कर सकती है जिसे मध्यम वेगों पर ट्रेडमिल चलने के दौरान कृन्तकों के सिर पर लागू किया जा सकता है, जानवरों में व्यायाम के प्रभावों का परीक्षण करने के लिए एक विशिष्ट हस्तक्षेप। इस प्रणाली का उपयोग करके, यह प्रदर्शित किया गया था कि पीएचएम चूहों के प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स (पीएफसी) न्यूरॉन्स में सेरोटोनिन (5-हाइड्रॉक्सीट्रिप्टामाइन, जिसे बाद में 5-एचटी) रिसेप्टर उपप्रकार 2 ए (5-एचटी2 ए) सिग्नलिंग के रूप में संदर्भित किया जाता है। यह काम पीएचएम को लागू करने और कृन्तकों के सिर पर इसके परिणामी यांत्रिक त्वरण को मापने के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदान करता है।
Introduction
व्यायाम कई शारीरिक विकारों के इलाज या रोकथाम के लिए फायदेमंद है, जिसमें जीवनशैली की बीमारियां जैसे मधुमेह मेलेटस और आवश्यक उच्च रक्तचाप1 शामिल हैं। इससे संबंधित,मस्तिष्क के कार्यों पर व्यायाम के सकारात्मक प्रभावों के बारे में सबूत भी जमा किए गए हैं। हालांकि, मस्तिष्क के लिए व्यायाम के लाभों को अंतर्निहित आणविक तंत्र मुख्य रूप से अस्पष्ट रहते हैं। अधिकांश शारीरिक गतिविधियाँ और कसरत सिर पर यांत्रिक त्वरण उत्पन्न करते हैं, कम से कम कुछ हद तक। जबकि विभिन्न शारीरिक घटनाओं को यांत्रिक रूप से विनियमित किया जाता है, यांत्रिक लोडिंग का महत्व, ज्यादातर मामलों में, मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम 3,4,5 में प्रलेखित किया गया है। यद्यपि मस्तिष्क को शारीरिक गतिविधियों के दौरान यांत्रिक बलों के अधीन भी किया जाता है, विशेष रूप से तथाकथित प्रभावित करने वाले व्यायाम, शारीरिक मस्तिष्क समारोह के यांत्रिक विनियमन का शायद ही कभी अध्ययन किया गया है। क्योंकि सिर पर यांत्रिक त्वरण की पीढ़ी शारीरिक कसरत के लिए अपेक्षाकृत आम है, यह अनुमान लगाया गया है कि यांत्रिक विनियमन को मस्तिष्क कार्यों के लिए व्यायाम के लाभों में फंसाया जा सकता है।
5-एचटी2 ए रिसेप्टर सिग्नलिंग तंत्रिका तंत्र में कार्य करने वाले विभिन्न जैव रासायनिक संकेतों के बीच भावनाओं और व्यवहारों को विनियमित करने में आवश्यक है। यह कई मनोरोग रोगों 6,7,8 में शामिल है, जिस पर व्यायाम चिकित्सीय रूप से प्रभावी साबित हुआ है। 5-एचटी2 ए रिसेप्टर 5-एचटी2 रिसेप्टर का एक उपप्रकार है जो सेरोटोनिन परिवार से संबंधित है और जी-प्रोटीन-युग्मित रिसेप्टर (जीपीसीआर) परिवार का सदस्य भी है, जिसका सिग्नलिंग इसके आंतरिककरण द्वारा नियंत्रित होता है, या तो लिगैंड-निर्भर या -स्वतंत्र9। सिर हिलाना कृन्तकों का एक विशिष्ट व्यवहार है, जिसकी मात्रा (आवृत्ति) स्पष्ट रूप से उनके प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स (पीएफसी) न्यूरॉन्स10,11 में 5-एचटी2 ए रिसेप्टर सिग्नलिंग की तीव्रता का प्रतिनिधित्व करती है। प्रशासित 5-एचटी (हेड-ट्विच प्रतिक्रिया, जिसे बाद में एचटीआर के रूप में संदर्भित किया जाता है; पूरक मूवी 1 देखें) के लिए इस हॉलुसिनोजेनिक प्रतिक्रिया की सख्त विशिष्टता का लाभ उठाते हुए, मस्तिष्क के कार्यों पर व्यायाम प्रभावों में यांत्रिक प्रभावों पर ऊपर उल्लिखित परिकल्पना का परीक्षण किया गया था। इस प्रकार, हमने चूहों के एचटीआर का विश्लेषण और तुलना की, जो या तो मजबूर व्यायाम (ट्रेडमिल रनिंग) या व्यायाम-नकल यांत्रिक हस्तक्षेप (पीएचएम) के अधीन थे।
Protocol
Representative Results
Discussion
विकसित पीएचएम अनुप्रयोग प्रणाली का उपयोग करते हुए, हमने दिखाया है कि उनके पीएफसी न्यूरॉन्स में 5-एचटी सिग्नलिंग यांत्रिक रूप से विनियमित है। व्यायाम प्रभावों की जटिलता के कारण, स्वास्थ्य संवर्धन के स?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम जापानी स्वास्थ्य, श्रम और कल्याण मंत्रालय से इंट्राम्यूरल रिसर्च फंड द्वारा समर्थित था; जापान सोसाइटी फॉर द प्रमोशन ऑफ साइंस से वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए सहायता अनुदान (KAKENHI 15H01820, 15H04966, 18H04088, 20K21778, 21H04866, 21K11330, 20K19367); निजी विश्वविद्यालयों में सामरिक अनुसंधान फाउंडेशन के लिए एमईएक्सटी-समर्थित कार्यक्रम, 2015-2019 जापानी शिक्षा, संस्कृति, खेल, विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय (एस 1511017); नैटो साइंस एंड इंजीनियरिंग फाउंडेशन। इस शोध को एलायंस फॉर रीजनरेटिव रिहैबिलिटेशन रिसर्च एंड ट्रेनिंग (एआर 3 टी) से भी धन प्राप्त हुआ, जिसे यूनिस कैनेडी श्राइवर नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ चाइल्ड हेल्थ एंड ह्यूमन डेवलपमेंट (एनआईसीएचडी), नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूरोलॉजिकल डिसऑर्डर एंड स्ट्रोक (एनआईएनडीएस), और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ बायोमेडिकल इमेजिंग एंड बायोइंजीनियरिंग (एनआईबीआईबी) द्वारा पुरस्कार संख्या पी 2 सीएचडी086843 के तहत राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान द्वारा समर्थित किया गया है।
Materials
| 5-hydroxytryptophan (5-HTP) | Sigma-Aldrich | H9772 | Serotonin (5-HT) precursor |
| Brushless motor driver | Oriental motor | BMUD30-A2 | Speed changer build-in motor driver |
| C57BL/6 mice | Oriental yeast company | C57BL/6J | Mice used in this study |
| Cryostat | Leica | CM33050S | Microtome to cut frozen samples |
| DC Motor | Oriental motor | BLM230-GFV2 | Motor |
| Donkey anti-goat Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A-11057 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey anti-mouse Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A-31571 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey anti-rabbit Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey serum | Sigma-Aldrich | S30-100ML | Blocker of non-specific binding of antibodies in immunohistochemical staining |
| Fluorescence microscope | Keyence | BZ-9000 | Fluorescence microscope |
| Goat polyclonal anti-5-HT2A receptor | Santa Cruz Biotechnology | sc-15073 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| Isoflurane | Pfizer | v002139 | Inhalation anesthetic |
| KimWipe | NIPPON PAPER CRECIA | S-200 | Paper cloth for cleaning surfaces, parts, instruments in labratory |
| Liquid Blocker | Daido Sangyo | PAP-S | Marker used to make the slide surface water-repellent |
| Mouse monoclonal anti-NeuN (clone A60) | EMD Millipore (Merck) | MAB377 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| NinjaScan-Light | Switchscience | SSCI-023641 | Accelerometer to measure accelerations |
| OCT compound | Sakura Finetek | 45833 | Embedding agent for preparing frozen tissue sections |
| ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen | P36934 | Mounting medium to prevent flourscence fading |
| Rabbit polyclonal anti-c-Fos | Santa Cruz Biotechnology | sc-52 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| Slide box | AS ONE | 03-448-1 | Opaque box to store slides |
| Spike2 | Cambridge electronic design limited (CED) | N/A | Application software used to analyze acceleration |
| Sprague-Dawley rats | Japan SLC | Slc:SD | Rats used in this study |
| Treadmill machine | Muromachi | MK-680 | System used in experiments of forced running of rats and mice |
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