Kom til Compliance i Tvungen Øvelse i Gnavere: En kritisk Standard til Evaluer Motion Impact i aldrende lidelser og Sygdom

Summary

Exercise may alleviate behavioral impairments associated with neurodegenerative diseases. Studies of the mechanisms underlying exercise-mediated effects have increased in disease models, but the neurobiological background accompanying these diseases, specifically aging, is likely not considered. Here, we illustrate measures to increase the likelihood of a successful exercise paradigm in aged rats.

Abstract

Der er en stor stigning i bevidstheden om den positive virkning af motion på at forbedre en række sygdomstilstande med neurobiologiske grundlag; disse omfatter forbedring af den kognitive funktion og fysiske præstationer. Som et resultat, er der en stigning i antallet af dyreforsøg beskæftiger motion. Det hævdes, at en iboende værdi af tvungen øvelse er, at undersøgeren har kontrol over de faktorer, der kan påvirke effekten af ​​motion på adfærdsmæssige resultater, navnlig motion hyppighed, varighed og intensitet øvelse regime. Overholdelse i tvungne motion regimer, kan dog være et problem, især hvis potentielle forvirrer ved at ansætte mund-chok skal undgås. Det er også vigtigt at overveje, at da de fleste kognitive og bevægeapparatet svækkelser strejke i alderen individ, bestemme virkningen af ​​motion på disse forringelser bør overveje at bruge alderen gnavere med en højest mulige grad af overholdelse for at sikre minimalt behov for test subjects. Her vil de relevante trin og overvejelser, der er nødvendige for at opnå næsten 100% overholdelse af løbebånd i en gammel gnavermodel blive præsenteret og diskuteret. Uanset de særlige øvelse regime er ansat af investigator, bør vores protokol kan anvendes af efterforskere, der er særligt interesseret i de potentielle konsekvenser af tvungen motion på aldersrelaterede funktionsnedsættelser, herunder aldersrelaterede parkinsonisme og Parkinsons sygdom.

Introduction

Noninvasive livsstil strategier, der kan enten forebygge eller mindske nedskrivninger til kognition og bevægelse, både ofte forbundet med aldring, vinder trækkraft som levedygtige praksis for at bevare sundhed og velvære ^1,2. For eksempel kan moderat til streng motion en gang om ugen og konsekvent grundlag i midaldrende mænd øge bevægeapparatet kapaciteter i forhold til tilsvarende-alderen jævnaldrende med alderen ^3. Desuden stigende tegn på, at disse livsstil strategier, såsom motion, kan mindske eller endog vende svækkelser forbundet med neurodegenerative sygdomme såsom Parkinsons sygdom (PD) ^4.

Bestræbelser på at forstå de molekylære mekanismer i aldersrelaterede nedskrivninger er også blevet rettet mod at identificere, hvordan invasive strategier, ligesom motion, omvendt eller svække de mekanismer, der bidrager til sådanne nedskrivninger. Løbebånd øvelse er en sådan strattegi i stigende grad anvendes i modeller af PD ^5-7 og kognitiv svækkelse ^1, hvor mekanismerne bag forbedringer i bevægeapparatet eller kognitiv funktion stadig bestemmes. Det er dog vigtigt at påpege, at aldring er den neurobiologiske baggrund af PD. Således for enhver potentiel oversættelse af enhver øvelse fordel i en dyremodel, der skal realiseres i den menneskelige tilstand, skal den tage hensyn til den neurobiologiske baggrund af befolkningens aldring. For eksempel kunne kompenserende mekanismer, der afværge locomotor nedskrivninger under PD progression anfægtes af ældningsprocessen ^8. Således er det indlysende, at motion paradigmer skal udvikles, at ikke kun overveje konsekvenserne af aldringen i enten nærvær eller fravær af sygdom patologi, men som også kunne iværksættes og vedligeholdes i alderen gnavere.

Derfor, i betragtning af befolkningens aldring på den neurobiologiske baggrund, udvælgelse af rottestammenbør omtanke af investigator. Flere rottestammer er tilgængelige for aldring undersøgelser, især Fischer 344 og Brown-Norge / Fischer 344 F ₁ (BNF) hybrid. Den almindeligt anvendte Sprague Dawley-rotter (en udavlet stamme) er også modtagelig for en sådan anvendelse, som det er almindeligt anvendt i neurodegenerative sygdomstilstande modeller, såsom 6-hydroxydopamin PD model. Vores laboratorieformål både Sprague Dawley og BNF stammer i ældning og neurodegenerative sygdomme arbejde. I denne rapport vil vi præsentere resultater fremhæver øvelsesguider protokoller ved hjælp af begge stammer. For de efterforskere strengt fokus på aldersrelaterede undersøgelser af BNF-stammen tilbyder nogle vigtige fordele. For det første er forholdsvis mindre sårbar over for aldersrelaterede sygdomme (såsom tumorer) og har enestående lang levetid (typisk levetid på over 30 måneder) i forhold til andre stammer. De har også mindre variation i en række fysiologiske og adfærdsmæssige resultater ^_9, end er også egnede til at undersøge tilgange, som er indtrådt med processen med aldring. Desuden eksperimenter såsom tvungen øvelse kræver betydelig håndtering af investigator, og den blide disposition af BNF stammen er fordelagtig. Aldersrelaterede forandringer i striatale og midthjernen indhold dopamin væv, samt bevægelsesaktiviteten ændringer er ens i BNF rotter og primater ^10-11. Vores laboratorium har også stor erfaring med at karakterisere og manipulere striatale og midthjernen dopamin signalering samt motorisk aktivitet i BNF stammen ^12-16. Derfor fordi risikoen for andre neurobiologically baserede sygdomme stiger med aldring bør dyremodeller for neurodegenerativ sygdom overveje brugen af ​​gnaverrace med en omfattende track record for brug i aldring studier.

Vores protokol heri også behandler nogle kritiske spørgsmål, som investigator skal overveje i fortolkningen af ​​deres resultater obtained fra en øvelse protokol. Gnaver løbebånd apparatet (brug af, som vi vil fremhæve i denne rapport), typisk udstyret med elektriske stød spoler på bagsiden af ​​hver bane af løbebånd, der kan deaktiveres. Men når disse elektrisk stød spoler aktiveres, er en lille fodchok leveret til emnet som det kommer i kontakt med spolerne. Denne strategi er ofte ansat i arbejdsundersøgelser at lette overholdelsen til løbebånd. Dette er et kritisk punkt til overvejelse, især for de efterforskere, der er involveret i adfærdsmæssige undersøgelser, der er påvirket af dopamin- eller noradrenalin-signalering. Elektrisk fodchok er en fysiologisk stressor, og dens indvirkning på begge neurotransmitter systemer veldokumenteret, med øget aktivering af tyrosinhydroxylase ^17-18. En øget biosyntese af enten neurotransmitter kunne forvirre fortolkningen af ​​enhver øvelse effekt, hvilket gør investigator ansvarlig for at fortolke, om nogenobserverede adfærdsændring efter træning er strengt på grund af den øvelse regime eller fodchok stress. Vigtigere, er den foreslåede tvungen motion regime ikke ansætte brugen af ​​fodchok på noget tidspunkt i den trædemølle akklimatisering eller træning perioder.

Vellykkede motion regimer kræver også opfyldes i videst muligt at udøve fra forsøgspersoner. Ansættelsen af ​​fodchok for at opnå overholdelse kan forvirre fortolkning af eksperimentelle resultater, når den afhængige foranstaltning er relateret til neurotransmitter signalering, som påvirkes af fodchok (som tidligere beskrevet). Således er udfordringen at få gnavere og navnlig alderen gnavere, at overholde en øvelse regime. En ønskelig mål for enhver øvelse regime er at opnå næsten 100% overensstemmelse, da dette vil reducere antallet af dyr, der er nødvendige for at fuldføre øvelse regime. Specifikt for maksimal overholdelse motion og fortolkning af motion regime udfald kan be opnået i vores øvelse regime som et resultat af flere præ-øvelse procedurer, herunder 1) et omvendt lys-mørke cyklus, der gør det muligt for dyrene at motionere i løbet af deres aktive (Wake) cyklus, 2) sikrer bevægeapparatet ydeevne basislinjer er lige før adskillelse af kontrol og motion grupper og 3) at indføre forsøgspersonerne til en akklimatiseringsperiode som gradvist introducerer dem til kravene i den øvelse regime. Her de førnævnte eksperimentelle overvejelser og nødvendige for at nå næsten 100% overensstemmelse løbebånd i en alderen gnaver (> 18 måneder) vil blive evalueret og fremlagt. Endelig kan miljøet i forbindelse med motion være stressende, og som sådan, nuværende potentiale forvirrer at bestemme fysiologiske effekter specifikke til at udøve. Vores protokol styrer også for eksponering for potentielle stress-fremkaldende miljø af løbebåndet ved at inkludere nonexercise gruppe i alle aspekter af akklimatisering fase (herunder modest løbebånd kører) og placere dem på den stationære løbebånd under løbebånd træning. Således er denne protokol har til formål at beskrive de nødvendige for at bestemme den fysiologiske virkning af motion alene foranstaltninger.

Protocol

Alle de følgende procedurer udføres i overensstemmelse med de institutionelle Animal Care og brug Udvalg på LSU Health Sciences center-Shreveport, og er i overensstemmelse med National Institute of Health retningslinjer. 1. præ-øvelse Procedurer Bemærk: En tidslinje over alle de relevante procedurer i denne tvungne motion regime er afbildet i figur 1. <img alt="Figur 1" fo:cont…

Representative Results

Et diagram af tidslinjen begivenheder i alle tre faser af den tvungne motion regime er vist i figur 1. Ud over at vende lys-mørke cyklus, daglig håndtering forud for enhver eksperimentel afprøvning, og trin 1 af akklimatisering træning, hvor emner sidde på den stationære løbebånd i 5-10 minutter / dag i 3 på hinanden følgende dage, blev gennemført for at forbedre overholdelsen af ​​den tvungne motion regime. Disse procedurer blev føjet til protokol for at minimere stress i forbindelse me…

Discussion

Der er tegn på, at livsstil strategier, såsom motion, kan reducere risikoen for kroniske aldersrelaterede sygdomme og deres kardinal symptomer, herunder af de neurodegenerative sygdomme som Alzheimers sygdom og PD ^20. Fordelen ved tvungen motion på et løbebånd, i modsætning til frivillig træning på et løbehjul, er, at investigator kan bestemme hyppigheden, satsen, og / eller intensitet af motion, og varigheden af ​​træningspasset. Således specifikke post-øvelse effekter, såsom øget lokomotor…

Materials

 

Table of Specific Materials/Equipment
Name of Material/Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Exer-4 Treadmill for Rats	Columbus Instruments	96157-2	Columbus has a variety of treadmills for animals with varying numbers of lanes, and other options such as metabolic measurements
Animal Activity Meter: Opto-Varimex 4-Auto Track	Columbus Instruments	0170-R4	Columbus has several options for activity chambers with varying arena sizes, beam spacing, and sensors