Summary
تقدم هذه الدراسة نظام التنقل الحيوان المبتكرة القائمة على عجلات تشغيل لقياس نشاط ممارسة فعالة في الفئران. وبنيت اختبارات سهلة الفئران، وذلك باستخدام منحنى تسريع التكيف محددة سلفا، وعلاقة ارتباط قوية بين معدل ممارسة فعالة وحجم احتشاء تشير إمكانات بروتوكول للتجارب الوقاية من السكتة الدماغية.
Abstract
تقدم هذه الدراسة نظام التنقل الحيوان، ومجهزة عجلة المواقع التوالي (PRW)، باعتبارها وسيلة لقياس فعالية من ممارسة النشاط للحد من شدة آثار السكتة الدماغية لدى الفئران. ويوفر هذا النظام التمرينات الحيوان أكثر فعالية من النظم المتاحة تجاريا مثل المطاحن وعجلات تشغيل الآلية (MRWs). وعلى النقيض من مخلفات التي يمكن أن تحقق سرعات فقط أقل من 20 م / دقيقة، ويسمح الفئران لتشغيلها في سرعة ثابتة 30 م / دقيقة على مسار أكثر اتساعا والمطاط عالي الكثافة التوالي بدعم من عجلة الاكريليك 15 سم واسعة مع يبلغ قطرها 55 سم في هذا العمل. باستخدام منحنى تسريع التكيف محدد مسبقا، والنظام ليس فقط يقلل من خطأ من المشغل ولكن أيضا بتدريب الفئران لتشغيل باستمرار حتى يتم التوصل إلى كثافة محددة. باعتبارها وسيلة لتقييم فعالية العملية، تم الكشف عن موقف في الوقت الحقيقي من الفئران قبل أربعة أزواج من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء المنتشرة على عجلة دوارة. مرة واحدةيبدأ منحنى تسريع التكيف باستخدام متحكم، البيانات التي حصلت عليها أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء يتم تسجيلها تلقائيا وتحليلها في جهاز كمبيوتر. لأغراض المقارنة، وأجرى 3 التدريب الاسبوع على الفئران باستخدام حلقة مفرغة، ومخلفات وPRW. بعد حمل جراحيا انسداد الشريان الدماغي الأوسط (MCAo)، أجريت تعديل عشرات العصبية شدة (mNSS) واختبار طائرة يميل لتقييم الأضرار العصبية للفئران. التحقق من صحة PRW تجريبيا باعتبارها الأكثر فعالية بين تلك الأنظمة التنقل الحيوان. وعلاوة على ذلك، وهو مقياس فعالية ممارسة، استنادا إلى تحليل موقف الفئران، أظهرت أن هناك علاقة سلبية عالية بين الممارسة الفعلية وحجم احتشاء، ويمكن استخدامها لقياس تدريب الفئران في أي نوع من التجارب للحد من تلف في الدماغ.
Introduction
السكتات الدماغية موجودة باستمرار باعتباره عبئا ماليا على دولة حول العالم، وترك المرضى لا تعد ولا تحصى جسديا والمعاقين ذهنيا 1 و 2. وهناك أدلة سريرية تشير إلى أن ممارسة التمارين الرياضية بانتظام يمكن أن تحسن تجديد الأعصاب وتقوية الروابط العصبية 3، 4، وتبين أيضا أن التمارين الرياضية يمكن أن تقلل من خطر المعاناة السكتات الدماغية الإقفارية 5. إما حلقة مفرغة أو عجلة دوارة كنظام التمرينات والقوارض، مثل الفئران، بمثابة وكيل لالبشر لاختبار فعالية من التمارين في الغالبية العظمى من التجارب السريرية 6-8. ويشمل نظام التدريب عادة تدريب الفئران لفترة معينة من الزمن، حيث يدير الفئران في سرعة معينة. لذلك، يتم حساب كثافة التدريب بشكل عام وفقا لسرعة العملية ومدتها 6-8. يتم تطبيق نفس النهج لتقدير كمية التدريبات اللازمة لحماية العصبية. ومع ذلك، يتم العثور على تمارين تجريبية في بعض الأحيان إلى أن تكون غير فعالة، مثل عندما يتعثر الفئران، يقع، أو الاستيلاء على القضبان مرة واحدة أنهم غير قادرين على اللحاق سرعة عجلة دوارة 9-11. وغني عن القول، حوادث ممارسة فعالة تقلل إلى حد كبير فائدة ممارسة الرياضة. على الرغم من عدم وجود أي نهج المقبولة عالميا حاليا لتحديد تمارين فعالة للحد من تلف في الدماغ، ومستوى التمارين الفعالة لا يزال قائما كما إجراء تقييم موضوعي للباحثين السريري لتوضيح فوائد التمارين الرياضية في الانضباط في الفسيولوجيا العصبية.
وتوجد عدد من القيود على أنظمة التنقل الحيوانية المتاحة تجاريا المستخدمة في التجارب للحد من تلف في الدماغ اليوم 12. في حالة حلقة مفرغة، ويضطر الفئران لتشغيل عن طريق الصدمات الكهربائية، الأمر الذي أدى هائلة النفسيةالضغط على الحيوانات، وبالتالي تدخل في الاختبار النهائي العصبي النتائج 8 و 13 و 14. ويمكن تصنيف تشغيل العجلات إلى نوعين، هما الطوعية والقسرية. عجلات تشغيل الطوعية تسمح الفئران لتشغيل بشكل طبيعي، وخلق تقلب المفرط بسبب الاختلافات في الصفات والقدرات البدنية 15 الفئران، في حين بمحركات دوران العجلات (MRWs) تستخدم محرك لتحويل عجلة القيادة، مما اضطر الفئران لتشغيل. على الرغم من كونه أيضا شكل من أشكال التدريب القسري، MRWs يفرض الضغط النفسي أقل على الفئران من المطاحن 13 و 16 و 17. ومع ذلك، فقد ذكرت التجارب باستخدام MRWs أن الفئران يقطع أحيانا ممارسة الاستيلاء على القضبان على مسار عجلة ورفض لتشغيل بسرعات تزيد عن 20 م / دقيقة 9. تظهر هذه الأمثلة أن أنظمة التنقل الحيوانية المتاحة حاليا لديها عيب متأصل الذي يمنع فعالية ممارسة. إلىأغراض التدريب الفئران موضوعية، وتطوير نظام تدريب فعال للغاية ولكن مع تدخل منخفض وبالتالي أصبح ينظر إليها كقضية ملحة لإجراء التجارب العملية العصبية.
تقدم هذه الدراسة نظام عجلة دوارة فعالة للغاية لإجراء التجارب على الحد من شدة آثار السكتة الدماغية 11. بالإضافة إلى عدد محدود من العوامل تدخل أثناء عملية التدريب، وهذا النظام بالكشف عن موقف ادارة فأر باستخدام أجهزة استشعار بالأشعة تحت الحمراء جزءا لا يتجزأ في عجلة القيادة، وبالتالي تحقيق تقدير أكثر موثوقية من ممارسة النشاط الفعال. الضغوط النفسية التي تفرضها المطاحن التقليدية وانقطاع ممارسة متكررة في MRWs كل من الانحراف وموضوعية تقديرات ممارسة الناتجة عن ذلك. تم تطوير عجلة المواقع التوالي (PRW) نظام المقدمة في هذه الدراسة في محاولة للحد من تدخل غير مرغوب فيه في الوقت الذي توفر نموذج التدريب موثوقة لقياس إكس فعالrcise.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
بيان الأخلاق: تمت الموافقة على الإجراءات التجريبية من قبل لجنة الأخلاق الحيوان من جامعة جنوب تايوان للعلوم والتكنولوجيا مختبر مركز الحيوان، المجلس الوطني للعلوم وجمهورية الصين (تاينان، تايوان).
1. بناء الهيكل تشغيل عجلة
ملاحظة: يجب أن تكون جميع الاكريليك الشفاف. غسل عجلة تفكيكها بالماء، ثم استخدم الكحول لمسح مسار المطاط وأوراق الأكريليك بعد كل استعمال.
- الحصول على عجلة دوارة الاكريليك أن تكون 55 سم وقطرها 15 سم في العرض.
ملاحظة: هذه العجلة أكبر من عجلة التقليدية تشغيل (قطر = 35 سم، العرض = 12 سم) (F igure 1A). - استخدام قطع، وقطع فتح ربع دائرة إلى جانب واحد من عجلة دوارة ليكون بمثابة مدخل ومخرج وكذلك بالنسبة للفئران (الشكل 1B). وضع طبقة من ارتفاع الاحتكاك المطاط المسار في الداخل من ACRعجلة ylic (الشكل 1B).
- وضع قضيب حديدي مع محامل لربط عجلة دوارة (الشكل 1B). وضع عمودين الثلاثي الاكريليك على جانبي عجلة دوارة لتكون بمثابة إطار الدعم (الشكل 1B).
- إرفاق سميكة نصف دائري، الاكريليك ورقة شفافة 1 مم إلى الجانبين الخارجية عمودين الثلاثي باستخدام مسامير. استخدام هذه الورقة لنشر أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء. تأكد من أن أوراق الأكريليك ما يقرب من 3 سم بعيدا عن كل جانب من عجلة دوارة.
2. نشر مجسات الأشعة تحت الحمراء وتحديد تمرين فعال المنطقة
ملاحظة: يجب الأخذ بعين الاعتبار حجم عجلة دوارة وطول الفئران في تصميم نظام الأشعة تحت الحمراء. فأر يتسبب فقط جهاز استشعار واحد في وقت واحد. في هذه التجربة، الفئران ما بين 20 و 23 سنتيمترا.
- حفر حفرة في أوراق الأكريليك كل (الفترة قوس = 21 سم) 45 درجة، مع المسافةبين اثنين من الثقوب كونه يعادل تقريبا طول فأر اختبار. جعل ثقوب بنفس حجم أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء (الشكل 2A).
ملاحظة: للحصول على MRWs التقليدية، حفر حفرة كل 70 درجة (الفترة قوس = 21 سم، والشكل 2B). - خلال تجربة PRW، والحفاظ على الفئران في حالة مستقرة الجري بين 0 درجة إلى 135 درجة.
ملاحظة: وهكذا تحدد هذا المجال باعتبارها منطقة الممارسة الفعلية، في حين عرض جميع الفروع الأخرى، حيث إن مناطق ممارسة فعالة. لMRWs التقليدية، وتحديد منطقة الممارسة الفعلية كما الجزء بين 0 درجة إلى 140 درجة (الشكل 2B).
3. قيادة عجلة الجري
- استخدام العاصمة فرش السيارات والمحركات سائق لدفع عجلة دوارة.
- شن 10 سم قرص قطره المطاط على المحور المركزي للمحرك (الشكل 1B).
- باستخدام إطار الحديد والينابيع لدعم المحرك، ربط القرص المطاطي منمحور المحرك المركزي إلى الجانب الخارجي للعجلة دوارة.
ملاحظة: يجب أن الينابيع التعاون مع مسامير للسماح للتعديلات ارتفاع المحرك الديناميكي ومنع القرص المطاطي من يتم قطع الاتصال إلى مسار عجلة دوارة بسبب الينابيع فضفاضة. - تشغيل المحرك لدفع 10 سم قرص قطره المطاط باستخدام متحكم، ومراقبة عجلة تدوير المقرر أن الاحتكاك بين القرص المطاطي ومدرج عجلة، وخلق منصة عجلة دوارة الآلية.
- جبل أربعة أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء بشكل متتالي بين 0 درجة إلى 135 درجة (الشكل 2A).
ملاحظة: للحصول على MRWs التقليدية، جبل أجهزة استشعار بين 0 درجة إلى 140 درجة (الشكل 2B). - ربط أربعة أزواج من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء مثبتة في كل من صفائح الاكريليك دبابيس العامة للمتحكم باستخدام الكابلات الأساسية واحدة، وبالتالي تكوين نظام تحديد المواقع عجلة دوارة.
4. بناء على التكيف Acceleratiعلى المنحنى
- قبل ثلاثة أيام من بدء التمرينات 3 أسبوع الرسمي، وتدريب الفئران عن طريق تشغيل عجلة دوارة يدويا.
ملاحظة: إن الهدف هو السماح للفئران لتصبح مألوفة مع بيئة التشغيل، وهو لاختبار ما إذا كان كل الفئران يمكن أن يدوم على التوالي في 20 م / دقيقة.- أثناء التدريب تشغيلها يدويا، وتسريع تدريجيا سرعة الجري حتى الفئران غير قادر على مواكبة. عندما يحدث هذا، وانخفاض سرعة حتى يستعيد الفئران وتيرة تشغيل ثابتة، ومن ثم زيادة تدريجية في سرعة مرة أخرى حتى يصل الفئران 20 م / دقيقة (الخطوط المتقطعة في الشكل 3). التدريب اليدوي ينطوي على سبعة فئران لبناء منحنيات التدريب.
- باستخدام المعادلة العددية لتتناسب مع البيانات المقاسة في يوم 3 من دليل الاختبار، وحساب منحنيات تسارع الأقرب إلى التدريب اليدوي (منحنى مع الدوائر، الشكل 3). معادلة تناسب 1 إلى البيانات الخام، حيث C INI = 8، C زعنفة ملاحظة: هذه المعادلة تتكيف مع حالة جسم فأر. لذلك، يرجى الرجوع إلى منحنى تحسب على أنها نموذج للتدريب على تسريع التكيف.
(1) - استخدام المعادلة 1 للأسبوع 1 التدريب الرسمي.
- لأسابيع 2 و 3 من التدريب، وضبط المعلمات من المعادلة 1، وهذا هو القول، وتغير و12-22، للسماح للسرعة لتصل الى 30 م / دقيقة.
(1) 5. السيطرة على البرنامج البرمجيات
ملاحظة: حصريا وضع مدونة لتشغيل المحرك القائم على متحكم ولنقل الإشارات من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء إلى جهاز كمبيوتر لتحليل البيانات لاحقا.
- استخدام لغة C برمجة لكتابة برنامج مراقبة البرامج التي تحتوي على برنامج رئيسي واحد واثنين من روتين المقاطعة خدمة للتوقيت فيمتحكم 18.
- تأكد من أن البرنامج الرئيسي تهيئة السجل متحكم ويبني نموذج منحنى تسريع التكيف في ذاكرة متحكم في.
- استخدام روتين المقاطعة خدمة لالموقت 0 لتفعيل منحنى تسريع التكيف وحساب مدة التدريب بالكامل.
- استخدام روتين المقاطعة الخدمة من الموقت 1 إلى استخراج البيانات إشارة من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء ونقل البيانات إلى جهاز الكمبيوتر.
- استخدام البرنامج الرئيسي لتسجيل موقف 0 س لضبط سرعة عجلة دوارة.
- مرة واحدة يتم تشغيل جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء المتلقي في 0 درجة، تفسر على أنها حالات سقوط، والتي تراكمت من قبل البرنامج الرئيسي. لحظة الأوقات قوع حوادث سقوط يضرب عتبة 10٪ من عدد المكتشفة موقف الفئران، deaccelerate على عجلة دوارة تلقائيا كإجراء وقائي لالفئران المدربة. ملاحظة: سرعة سيتم تخفيض و عجلة تشغيل حتى الفئران يمكن ان يعود الى المنطقة الآمنة (0 س إلى 135 س) والحفاظ على حالة تشغيل مستقرة لتدابير السلامة.
6. التشغيل نظام عجلة دوارة لتحديد المواقع
- بدوره على متحكم والانتظار للحصول على مشغل للضغط على زر لبدء نموذج التدريب كل أسبوع.
- اضغط على زر "ابدأ" لبدء نموذج تدريب للأسبوع 1.
ملاحظة: المحرك تتسارع تلقائيا استنادا إلى منحنى تسريع التكيف حتى يصل إلى 20 م / دقيقة، ويتوقف تلقائيا بعد 30 دقيقة. - اضغط على زر "ابدأ" لبدء نموذج تدريب للأسبوع 2.
ملاحظة: المحرك تتسارع تلقائيا استنادا إلى منحنى تسريع التكيف حتى يصل إلى 30 م / دقيقة، ويتوقف تلقائيا بعد 30 دقيقة. - اضغط على زر "ابدأ" لبدء نموذج تدريب للأسبوع 3.
ملاحظة: المحرك تلقائيا acceleraقسم التدريب والامتحانات على أساس منحنى تسريع التكيف حتى يصل إلى 30 م / دقيقة، ويتوقف تلقائيا بعد 60 دقيقة.
ملاحظة: خلال عملية التدريب برمتها، نقل البيانات إشارة وردت من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء إلى جهاز كمبيوتر لاسلكيا.
- اضغط على زر "ابدأ" لبدء نموذج تدريب للأسبوع 1.
- استخدام جهاز كمبيوتر، وتحليل بيانات الموقع للحصول على مقياس الممارسة الفعلية لعملية العملية برمتها (
). انظر المعادلة 2. 
(2)
ملاحظة: EEE، EED والعبوات الناسفة تمثل المقياس ممارسة فعالة، وفترات الفعالة وغير الفعالة وممارسة، على التوالي.
). انظر المعادلة 2. 
(2) 7. تدريب الفئران
- عشوائيا تقسيم الذكور البالغين فئران سبراغ داولي إلى خمس مجموعات (ن = 9 لكل مجموعة): في الشام، ومراقبة، مطحنة، مخلفات وPRW المجموعات.
- إجراء 3 أسابيع تدريبات لمجموعات ممارسة ثلاثة، أي آرeadmill، مخلفات وPRW مجموعات، في حين لا للخدعة ومجموعات المراقبة.
ملاحظة: 3 أسبوع التمرينات لكل مجموعة التمرين 20 م / دقيقة لمدة 30 دقيقة خلال أسبوع 1، 30 م / دقيقة لمدة 30 دقيقة خلال أسبوع 2 و 30 م / دقيقة لمدة 60 دقيقة خلال أسبوع 3.
8. الحيوانية والسكتة الدماغية نموذج
- كما جاء في ثانية. 7.1 تقسيم عشوائيا كل الذكور البالغين فئران سبراغ داولي المعنية، يتراوح وزنها بين 250-280 غرام، في 5 مجموعات.
- تزن كل الحيوانات لضمان دقة الحسابات جرعة الدواء. تخدير الفئران مع بنتوباربيتال الصوديوم (25 ملغ / كغ، البريتونى [IP]) ومزيج يحتوي على الكيتامين (4.4 ملغ / كغ، العضل [الدردشة])، الأتروبين (0.02633 مغ / كغ، [ايم]) وزيلازين (6.77 ملغ / كغ، [ايم]).
- تقييم عمق التخدير عن طريق رصد معدل التنفس (العادية 70-115 الأنفاس / دقيقة)، والإيقاع، وعمق التنفس، المخاطية لون الغشاء والفحص الدوري من ردود الفعل، وعلى سبيل المثال اصبع القدم قرصة، قرصة الذيل، جفن / رمشوجفني.
- إدراج تحقيقات درجة الحرارة في المستقيم، والحفاظ على درجة حرارة المستقيم بين 37 حتي 37،5 درجة مئوية باستخدام مصابيح التدفئة في فصل.
- حمل نقص التروية التنسيق، عابرة الأوسط الدماغي انسداد الشريان (MCAo) عن طريق إدراج خيوط في الشريان السباتي الداخلي لتسد فوهة الشريان الدماغي الأوسط عبر نهج الشريان السباتي الخارجي 19.
- تؤدي نفس إجراءات التشغيل على الحيوانات الشام التي تديرها، في حين لا إدراج خيوط في الشريان السباتي الداخلي. الحفاظ على نقص التروية الدماغية البؤري لمدة 1 ساعة، وإزالة خيوط، إغلاق شق، ثم ترك 1 سم من الخيط النايلون جاحظ، والتي يمكن سحبها للسماح ضخه.
- إدارة تحت الجلد (SC) حقن مسكن (البوبرينورفين (0.05 ملغ / كغ، الشوري))، في الحيوانات لتسكين مرتين يوميا لمدة 3 أيام.
9. تقييم الأضرار العصبية
- وحدة التقييموظائف uate العصبية والحركية، على التوالي، من قبل نتيجة شدة العصبية (mNSS) 20 واختبار طائرة يميل 21.
ملاحظة: mNSS هو مركب من المحرك (وضع العضلات، وحركة غير طبيعية)، الحواس (البصر، اللمس واستقبال الحس العميق) واختبارات المنعكس. منح نقطة واحدة لعدم أداء هذه المهمة. معدل الوظائف العصبية على مقياس من 0-18 (درجة العادية = 0؛ القصوى درجة العجز = 18). - تقييم جميع الفئران من حيث الأداء السلوكي قبل يوم ويوميا على مدى فترة زمنية من 7 أيام بعد الجراحة.
- قياس قوة قبضة أطرافه الخلفية من الفئران باستخدام تميل الطائرة.
- وضع الفئران على الجهاز تسلق يميل على أساس يومي، والتأقلم الفئران لأجهزة وظروف الاختبار قبل الاختبار 1 أسبوع.
- وضع كل فأر على الجهاز وتشجيع الفئران لتسلق منصة حتى الجزء العلوي من الجهاز خلال فترة التأقلم.
- وضع الفئران فيالجزء العلوي من الجهاز مع رئيس النزولي أثناء الاختبار. تأكد من أن محور الجسم من إقامة الفئران على طول إلى 20 × 20 سم 2 المطاط سطح مضلع على مستوى مائل تبدأ في زاوية من 25 درجة.
- زيادة زاوية حيوي باستخدام الكرة اللولبية على اتصال مع محرك السائر لتحديد زاوية القصوى التي حيوان يمكن أن يحمل إلى الطائرة. زيادة زاوية تميل الطائرة تدريجيا حتى فشل الماوس لعقد على مستوى مائل، ثم الكشف عن الانزلاق إلى أسفل الحدث. درجة الأساس تميل الطائرة هي 25 درجة في البداية.
- طرح اثنين من المراقبين (غافلا عما العلاج قد أعطيت الفئران)، لدراسة مستقلة ويسجل جميع الاختبارات السلوكية، أي متوسط الزوايا القصوى اليسارية واليمين الجانب.
- العجزي فاي م جميع الحيوانات في يوم 7 بعد MCAo. يروي قلوب الحيوانات تحت التخدير العميق (بنتوباربيتال الصوديوم 100 ملغ / كغ، والملكية الفكرية) بمحلول ملحي 22 (22).
- غمر أقسام الدماغ جديدة في 2، 3، 5-triphenyltetrazolium كلوريد (TTC) عند 37 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، ثم نقل شرائح إلى 5٪ محلول الفورمالديهايد لxation فاي في 4 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. وضع شرائح الدماغ الملون على حامل زجاجي.
- تصوير شرائح الملون عقاري مع نطاق ومعايرة باستخدام كاميرا CCD ربط جهاز كمبيوتر شخصي محملة برامج معالجة الصور. استخدام نظام تحليل الصور مؤتمتة شبه كذلك لتقدير المساحة محتشية (مم 2) من كل شريحة الدماغ الملون TTC-23.
- حساب حجم احتشاء الإجمالي لكل شريحة من الجمع من المناطق محتشية من جميع شرائح الدماغ. علامة منطقة غير ملوثين (الدماغ الدماغية) بشكل منفصل على كل جانب من شرائح سميكة 2 مم، ثم حساب حجم احتشاء والقيمة المتوسطة.
- Calcuفي وقت متأخر من حجم احتشاء تصحيح (العاجي) كما
CIV = {LT- (RT- RI)}
د (3)
ملاحظة: أين LT و RT دلالة على مناطق من نصفي الكرة اليمين واليسار في مم 2، على التوالي، RI هو المجال محتشية في مم 2، ود = 2 مم هو سمك شريحة.
د (3) Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويخصص هذا القسم لالمقارنات، أدلى 1 أسبوع بعد الجراحة، على عشرات mNSS، نتائج اختبار سطح منحدر والدماغ كميات احتشاء بين خمس مجموعات. الشكل 4A و 4B تقديم متوسط درجات mNSS ومتوسط نتائج الاختبار سطح منحدر، على التوالي. تظهر مجموعة PRW باعتبارها أفضل من حيث تحسين mNSS. الفوارق الكبيرة بين PRW ومخلفات وبين حلقة مفرغة وPRW تشير بوضوح إلى أن PRW يحمي من السكتة الدماغية أكثر فعالية من أنظمة التنقل الحيوانية الأخرى المتوافرة حاليا. يتم إجراء اختبارات الطائرة تنحدر بزوايا ميل حاد إلى حد كبير في جميع المجموعات التي تمارس التمرينات في مجموعة من السيطرة على فترة زمنية لمدة سبعة أيام بعد الجراحة، مما يدل بوضوح على فوائد التمارين الرياضية كوسيلة لتقلل من حدة آثار السكتة الدماغية. بشكل خاص، وقد تجلى زاوية الميل في المجموعة PRW باسم المسالآفات بين جميع المجموعات التي تمارس التمرينات، وهو حتى مقارنة مع أنه في مجموعة صورية، مما يدل على مستوى أعلى من التعافي من حلقة مفرغة ومخلفات. وعلاوة على ذلك، الشكل 4C يظهر أنه بعد استخراج أقسام الدماغ بعد 7 أيام من تقييم الضرر العصبي، ومجموعة PRW لا تعرض سوى حجم احتشاء أصغر بكثير من السيطرة على المجموعة ولكن أيضا أظهرت أصغر حجم احتشاء بين جميع المجموعات التي تمارس التمرينات. وبالتالي تظهر بوضوح أن الفئران المدربة باستخدام PRW عانت كمية أقل بكثير من الضرر احتشاء الدماغ من تلك التي تستخدم أنظمة التدريب المتاحة تجاريا، والتحقق من تفوق PRW فيما يتعلق بالتدريب الدماغ لحد من أضرار.
قدمت هذه الدراسة منهجا علميا لقياس النشاط ممارسة فعالة في تدريب الدماغ للحد من الضرر. خلال 3 أسابيع من التدريب، هناك قدر ممارسة فعالة 98٪ في PRW، في حين ٪ فقط 68 في مخلفات (الجدول 1). هذا الاختلاف الكبير في معدل ممارسة فعالة يدل على أن التفوق لآلية التدريب PRW. هذا الاجراء ممارسة غير فعالة، كما تم تعريفها 1 - مقياس الممارسة الفعالة والمترابطة مع mNSS درجة (الشكل 4A)، يعطي ارتباط 88٪ مع درجة mNSS (الجدول 1). وبالإضافة إلى ذلك، يوجد ارتباط و85٪ بين تدبيرا فعالا ممارسة وزاوية سطح منحدر (الجدول 1)، وارتباط 92٪ بين التدبير ممارسة فعالة وحجم احتشاء (الجدول 1). بشكل خاص، يرتبط ارتباطا وممارسة تدبير فعال يصل إلى 98٪ مع انخفاض حجم احتشاء الشديد في حالة PRW. وبالتالي أظهرت وجود ارتباط كبير بين ممارسة فعالة ومدى الضرر العصبي.
/54354/54354fig1.jpg "/>
الشكل 1: نظام PRW (A) تصميم رسم لPRW. وعجلة دوارة هو 55 سم وقطرها 15 سم في العرض. على النصف السفلي من عجلة دوارة، وقد تم حفر حفرة كل 45 درجة لأجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء الدفعة. (ب) الصورة الفعلية للPRW. يتم وضع طبقة من ارتفاع الاحتكاك المطاط المسار في داخل العجلة الاكريليك. فتحة ربع دائرة على جانب واحد من عجلة دوارة بمثابة مدخل ومخرج وكذلك للحيوانات المدربة. قضيب حديدي مع محامل يربط عجلة دوارة لأعمدة الثلاثي، ودعم عجلة دوارة. ويرد السيارات على السطح الخارجي للمسار عجلة دوارة ويرتبط إلى مسار عجلة دوارة من 10 سم القرص المطاط محمولة على محور مركزي. ومتحكم يعمل المحرك وبالتالي أوامر عجلة دوارة. وترد زوج من نصف دائري، صفائح الاكريليك شفافة لcolu الثلاثي MNS، وجزءا لا يتجزأ من أربعة أزواج من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء في أوراق الأكريليك. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: نشر أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء (A) وفقا لحجم PRW وطول الجسم من الفئران، وزوج من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء تم نشر كل 45 درجة بين 0 درجة و 135 درجة (إنتاج ما مجموعه 8 أجهزة الاستشعار). . بين 0 درجة و 135 درجة مئوية، أظهرت الفئران حالة تشغيل العادي، وبالتالي تم تعريف هذا المجال باعتبارها منطقة الممارسة الفعلية. (ب) في حالة مخلفات، وزوج من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء تم نشر كل 70 درجة بين 0 درجة إلى 140 درجة. الحصول = "_ فارغة"> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 3: بناء نموذج للتدريب على تسريع التكيف لممارسة السلس تسريع والخطوط المتقطعة تمثل المنحنيات تسارع محددة يدويا لتدريب سبعة فئران في يوم 3، ويمكن وصفها بأنها الدالة الأسية. ثم يتم إجراء غير الخطية المناسب منحنى وفقا لذلك. منحنى مع الدوائر يمثل منحنى تسريع التكيف الأولي للأسبوع 1، منحنى أسبوع 1 لفترة قصيرة. منحنى لأسابيع 2 و 3 هو نسخة معدلة من منحنى أسبوع 1 مع سرعة النهائية إلى 30 م / دقيقة (C زعنفة = 30). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الآثار البيئية-together.within الصفحات = "1"> 
الشكل 4: مقارنة في تقييم الضرر العصبي بين المجموعات خلال فترة زمنية من 7 أيام بعد الجراحة (كل مجموعة مع 9 الفئران) (A) متوسط عشرات mNSS (يعني ± SD). يوجد تفاوت كبير بين كل تمرين ومجموعات المراقبة، دليل على أن خفض فوائد ممارسة تلف في الدماغ. توفر مجموعة PRW أدنى درجة من بين المجموعات التي تمارس التمرينات، مما يدل على آلية اعصاب متفوقة على أنظمة التدريب الأخرى. (ب) متوسط زوايا اختبار هند الساق (يعني ± SD). وأظهر زاوية أشد انحدارا في PRW مما كانت عليه في المجموعة الضابطة، وهذا واضح كما هو الاشد بين جميع المجموعات التي تمارس التمرينات. وبالإضافة إلى ذلك، كان هناك فارق كبير بين PRW والجماعات صورية، indicatiنانوغرام أن PRW مجدد الفئران هند الساق قبضة الى مستوى اعلى. (ج) مقارنة في حجم احتشاء (يعني ± SD). PRW تستحوذ على حجم أصغر بكثير من السيطرة على المجموعة، وتحتل المرتبة الأدنى بين جميع المجموعات التي تمارس التمرينات والتأكد من صحتها وأثر بارز في PRW على الحد من تلف في الدماغ. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| تجمع | مقياس الممارسة الفعالة٪ (EEE) | mNSS | زاوية تميل الطائرة | حجم احتشاء |
| PRW | 98.88 ± 1.11 | 23.54 ± 3.08 | 100 | 37.6 ± 1.08 |
| مخلفات | 68.05 ± 5.39 | 70.7 ± 6.48 | 34.23 ± 4.48 | 72.76 ± 6.52 </ td> |
| مراقبة | 0 | 100 | 0 | 100 |
| معامل الارتباط (R 2) مع EEE | -0.88 | 0.85 | -0.92 |
الجدول 1: مقارنة على علاقة بين ممارسة النشاط الفعال والتلف العصبي مقارنة ممارسة النشاط الفعال بين PRW، مخلفات ومجموعات المراقبة. المجموعات PRW ومخلفات تعطي 98٪ و 68٪ متوسط مقياس الممارسة الفعلية، على التوالي، بعد تدريب 3 أسابيع، وهذا يعني أن PRW يوفر قدرا أكبر من التدريب الفعال. وتوجد علاقة بين 0.88 mNSS وقياس ممارسة غير فعالة، وجود علاقة بين 0.85 تدبيرا فعالا ممارسة وزاوية تميل الطائرة، وجود علاقة بين 0.92 مقياس ممارسة فعالة وحجم احتشاء والاحترامively. على وجه الخصوص، يرتبط معدل ممارسة فعالة تصل إلى 98٪، ويبلغ حجم احتشاء صغير للغاية في PSW. بيانات mNSS، زاوية طائرة يميل، وأحجام احتشاء هي طبيعية.
| وظيفة | PRW (هذه الدراسة) | مخلفات | جهاز المشي |
| التمرينات | اضطر (آلية أفقيا) | اضطر (آلية مركزيا) | القسري (صدمة كهربائية) |
| عدد الحيوانات تدريب في وقت واحد | وحيد | وحيد | تعدد |
| هيكل المدرج | محكم حزام مطاط | الحانات | حزام مطاطي |
| كثافة قابلة للتدريب | منخفضة، متوسطة، عالية | منخفضة، متوسطة | منخفضة، متوسطة، عالية |
| تسارع التكيفتدريب | نعم فعلا | لا | لا |
| تشغيل الكشف عن موقف | نعم فعلا | لا | لا |
| التدريب التباطؤ | نعم فعلا | لا | لا |
| تقييم ممارسة فعالة | نعم فعلا | لا | لا |
الجدول 2: مقارنة بين أنظمة التنقل الحيوان PRW يمكن استخدامها في أي مستوى من مستويات كثافة التدريب. الجمع بين عجلة مخصصة مع منحنى التدريب على التكيف، PRW بمثابة بديل متفوقة على نظيراتها. علاوة على ذلك، يعمل بالأشعة تحت الحمراء تقنية الكشف عن موقف لقياس نشاط ممارسة فعالة للحد من تلف في الدماغ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يصف هذا البروتوكول نظام فعال للغاية عجلة دوارة لتقلل من حدة آثار السكتة الدماغية لدى الحيوانات. ونتيجة لاختبارات سهلة الفئران، تم تصميم هذه المنصة وكذلك في مثل هذه الطريقة أن سرعة تشغيل مستقرة يمكن الحفاظ على الفئران طوال عملية التشغيل عن طريق منحنى تسريع التكيف محدد سلفا. في نظم التدريب نموذجية، يتم تعيين سرعات التدريب مسبقا والمدد يدويا. مرة واحدة تبدأ ممارسة، تم التوصل إلى سرعة محددة مسبقا في وقت قريب جدا. في هذا السياق، فمن المحتمل جدا أن الفئران غير قادرة على الوصول إلى سرعة أعلى، مما يجعلها تعثر وسقوط والتي تؤثر على الاستقرار من يدير وفقا لذلك. الخطوات الحاسمة هي، 1.1، 4.1 و 4.2، والتي هي الملامح الرئيسية في PRW بدلا من مخلفات. التكامل بين مسار واسع على التوالي، كما هو موضح في الخطوة. 1.1، وبناء للتدريب تسارع نموذج التكيف، المشار إليها في الخطوة. 4.1 و 4.2، وكما عرضت نسخة محسنة منمخلفات نموذجي. هذه الملامح الرئيسية تؤدي إلى وحدة تخزين احتشاء تقليل من مخلفات. تم تصميم التصميم الشامل للنظام كما عرضت اختبارات سهلة الفئران للحد من ممارسة فعالة. وبشكل أكثر تحديدا، تم نشر 4 أزواج من أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن الموقف في الوقت الحقيقي من الفئران، وتوفير مقياس لقياس نشاط ممارسة فعالة، المعرفة في الخطوة. 6.6، لإجراء مقارنات على ارتباط مع العشرات mNSS، زاوية طائرة يميل وحجم احتشاء الدماغ. هذا الإجراء يمكن أن تستخدم لتحديد أي نوع من التجارب العصبية، غير محققة بعد في منصات التدريب التقليدية. ومع ذلك، فمن المحتمل جدا أن الممارسة الفعلية لا يمكن الكشف عن فأر صغير نظرا إلى توزيع متفرق من أجهزة الاستشعار الأشعة تحت الحمراء. وعلاوة على ذلك، عائقا كبيرا بالنسبة إلى حلقة مفرغة هي أنه ليس هناك سوى الجرذان واحد يمكن تدريب في نفس الوقت على هذه المنصة. استكشاف الأخطاء وإصلاحها نظام ينطوي على قسمين. واحد هو المحاذاة استشعار دقيقة لنقل الإشارات والاستقبالويرجع ذلك إلى الاتجاهية العالية من الأشعة تحت الحمراء، في حين أن الآخر هو عجلة دوارة دوارة في الثورات محدد في الدقيقة (دورة في الدقيقة). مصدر الأشعة تحت الحمراء / كشف الزوج يحتاج الى التنسيق حتى يمكن استقبال إشارة قوية من قبل كاشف. وفيما يتعلق عجلة دوارة، يتم ارتداؤها 10 سم قرص قطره المطاط تدريجيا عند تدوير عجلة لفترة طويلة من الزمن. ولذلك، فإن الحاجة الربيع إلى أن خففت كوسيلة لتعويض قرص المطاط عدم كفاية الاحتكاك لدوران عجلة العادي. ويبين الجدول 2 مقارنة على أنظمة التنقل الحيوان اضطر المستخدمة في التجارب للحد من تلف في الدماغ.
الاختبارات تعطي نتائج أفضل بكثير من حيث درجات mNSS، زاوية الارتفاع وأحجام احتشاء في المجموعة PRW مما كانت عليه في السيطرة على المجموعة (ف <0.05). تم التحقق من صحة المجموعة PRW كما هو توفير اكبر قدر من التمرينات الفعال بين جميع المجموعات التي تمارس التمرينات. في هذه الدراسة، عندما المدربين باستخدام مخلفات التقليدي والجرذان عه كثيرا ما وجدت التمسك قضبان المدرج ورفض لتشغيلها في سرعة تتجاوز 20 م / دقيقة، اتفاقا مع قطعة من العمل قبل 9. باعتبارها وسيلة لتحسين أداء تدريب الفئران، تم إعادة تصميم المدرج المعدني كما عالية الكثافة المطاط المسار التوالي في هذا العمل. في حلقة مفرغة، تفرض الضغط النفسي حتما على الفئران يحركها صدمة الكهربائية، وهي مشكلة لم تحل في الانضباط في علم وظائف الأعضاء في الماضي. لذلك، لا بد من إيجاد وسيلة للحد من وتيرة تراجع وتخفيف الضغط النفسي المفروض على الفئران خلال التدريب. في هذه الطريقة، نتائج الاختبار يمكن أن تفسر على نحو أدق، باعتبارها وسيلة مقنعة للتدليل على فائدة ممارسة للحد من تلف في الدماغ. هذا هو الدافع الرئيسي وراء هذا العمل.
هذا العمل يوفر بنجاح مقياس كمي لممارسة النشاط الفعال يرتبط حجم احتشاء، وأكبر دليل مباشر من الضرر السكتة الدماغية. لذلك، الممارسة الفعليةفي أنواع أخرى من الاختبارات المعتمدة على الحيوانات يمكن وصفها وفقا لذلك. كما وردت في 6-8، فإن كلا من كثافة التمرين والمدة هي في التجارب العصبية المحددة من قبل المستخدم، ولكن ليس مع الأخذ بعين الاعتبار المبلغ الفعال لهذه التمرينات. التحقق من صحة ممارسة النشاط الفعال باعتبارها عاملا أساسيا لالعصبية والسكتة الدماغية، وذلك باستخدام هذا النظام التنقل سهلة الفئران والحيوانات مبتكرة.
ويعتقد أن هذا البرنامج يمكن تطبيقها على تدريب سرعة متغير والمسائل ذات الصلة في المستقبل. كما أشار في 24 و 25، وينظر تدريب سرعة متغير باعتباره التدريب أكثر فعالية في الانضباط من ممارسة علم وظائف الأعضاء. باستخدام الأشعة تحت الحمراء تقنية الكشف عن موقف كأساس والتدريب سرعة متغير يمكن أن تتم على وجه التحديد على الرياضيين لتحقيق عميق في آلية الحماية العصبية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Mayo, N. E., Wood-Dauphinee, S., Cote, R., Durcan, L., Carlton, J. Activity, participation, and quality of life 6 months poststroke. Arch Phys Med Rehabil. 83 (8), 1035-1042 (2002).
- Duncan, P. W., Goldstein, L. B., Horner, R. D., Landsman, P. B., Samsa, G. P., Matchar, D. B. Similar motor recovery of upper and lower-extremities after stroke. Stroke. 25 (6), 1181-1188 (1994).
- Raichlen, D. A., Gordon, A. D. Relationship between exercise capacity and brain size in mammals. PLoS One. 6 (6), (2011).
- Trejo, J. L., Carro, E., Torres-Aleman, I. Circulating insulin-like growth factor I mediates exercise-induced increases in the number of new neurons in the adult hippocampus. J Neurosci. 21 (5), 1628-1634 (2001).
- Zhang, F., Wu, Y., Jia, J. Exercise preconditioning and brain ischemic tolerance. Neuroscience. 177, 170-176 (2011).
- Wang, R. Y., Yang, Y. R., Yu, S. M. Protective effects of treadmill training on infarction in rats. Brain Res. 922 (1), 140-143 (2001).
- Ding, Y., et al. Exercise pre-conditioning reduces brain damage in ischemic rats that may be associated with regional angiogenesis and cellular overexpression of neurotrophin. Neuroscience. 124 (3), 583-591 (2004).
- Li, J., Luan, X. D., Clark, J. C., Rafols, J. A., Ding, Y. C. Neuroprotection against transient cerebral ischemia by exercise pre-conditioning in rats. Brain Res. 26 (4), 404-408 (2004).
- Leasure, J. L., Jones, M. Forced and voluntary exercise differentially affect brain and behavior. Neuroscience. 156 (3), 456-465 (2008).
- Chen, C. C., et al. A Forced running wheel system with a microcontroller that provides high-intensity exercise training in an animal ischemic stroke model. Braz J Med Biol Res. 47 (10), 858-868 (2014).
- Chen, C. -C., et al. Improved infrared-sensing running wheel systems with an effective exercise activity indicator. PLoS One. 10 (4), (2015).
- Fantegrossi, W. E., Xiao, W. R., Zimmerman, S. M. Novel technology for modulating locomotor activity as an operant response in the mouse: Implications for neuroscience studies involving "exercise" in rodents. J Neurosci Methods. 212 (2), 338-343 (2013).
- Hayes, K., et al. Forced, not voluntary, exercise effectively induces neuroprotection in stroke. Acta Neuropathol. 115 (3), 289-296 (2008).
- Arida, R. M., Scorza, C. A., da Silva, A. V., Scorza, F. A., Cavalheiro, E. A. Differential effects of spontaneous versus forced exercise in rats on the staining of parvalbumin-positive neurons in the hippocampal formation. Neurosci Lett. 364 (3), 135-138 (2004).
- Waters, R. P., et al. Selection for aerobic capacity affects corticosterone, monoamines and wheel-running activity. Physiol Behav. (4-5), 1044-1054 (2008).
- Ke, Z., Yip, S. P., Li, L., Zheng, X. -X., Tong, K. -Y. The effects of voluntary, involuntary, and forced exercises on brain-derived neurotrophic factor and motor function recovery: A rat brain ischemia model. PLoS One. 6 (2), (2011).
- Caton, S. J., et al. Low-carbohydrate high-fat diets in combination with daily exercise in rats: Effects on body weight regulation, body composition and exercise capacity. Physiol Behav. 106 (2), 185-192 (2012).
- C8051F330/1/2/3/4/5 datasheet. , Silicon Laboratories Inc. Available from: https://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/C8051F33x.pdf (2006).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
- Chen, J. L., et al. Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats. Stroke. 32 (4), 1005-1011 (2001).
- Chang, M. -W., Young, M. -S., Lin, M. -T. An inclined plane system with microcontroller to determine limb motor function of laboratory animals. J Neurosci Methods. 168 (1), 186-194 (2008).
- Gartshore, G., Patterson, J., Macrae, I. M. Influence of ischemia and reperfusion on the course of brain tissue swelling and blood-brain barrier permeability in a rodent model of transient focal cerebral ischemia. Exp Neurol. 147 (2), 353-360 (1997).
- Chen, F., et al. Rodent stroke induced by photochemical occlusion of proximal middle cerebral artery: Evolution monitored with MR imaging and histopathology. Eur J Radiol. 63 (1), 68-75 (2007).
- Almenning, I., Rieber-Mohn, A., Lundgren, K. M., Lovvik, T. S., Garnaes, K. K., Moholdt, T. Effects of high intensity interval training and strength training on metabolic, cardiovascular and hormonal outcomes in women with polycystic ovary syndrome: a pilot study. PLoS One. 10 (9), (2015).
- Costigan, S. A., Eather, N., Plotnikoff, R. C., Taaffe, D. R., Lubans, D. R. High-intensity interval training for improving health-related fitness in adolescents: a systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med. 49 (19), (2015).
