Method Article
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מספק שיטה פשוטה להכנת ציוד אימון סטטי לעכברים. המכשיר שומר על התכווצות איזומטרית שרירים של גפיים של עכברים כדי לאמת את השפעת ההתערבות של פעילות גופנית מסורתית על סוכרת מסוג 2 (T2DM) ומספק טיפול גופני חדש לטיפול קליני בסוכרת סוג 2.
הטיפול בסוכרת מסוג 2 (T2DM) מהווה קושי משמעותי בשיפור בריאות החולה. פעילות גופנית היא אחת ההתערבויות העיקריות עבור סוכרת סוג 2. אימוני כוח סטטיים הם אחת מצורות המפתח של הספורט המסורתי בסין. מחקרים מראים כי אימון כוח סטטי הוא שיטה קלינית יעילה להתערבות T2DM, אך אין מכשיר ניסיוני המתאים לאימון סטטי בעכברים. אחד הקשיים במעבר ממחקר קליני למחקר בסיסי הוא לתכנן מכשירים ניסיוניים מתאימים. על מנת להמשיך ולחקור את מנגנון ההתערבות באימון סטטי בסוכרת סוג 2, מוצגת במאמר זה שיטה פשוטה ליצירת מכשיר אימון סטטי לעכברים. מכשיר זה יש את היתרונות של פעולה פשוטה, חומר זול, היתכנות גבוהה. מחקרים קודמים שנערכו תחת פרוטוקול זה הראו כי אימון סטטי יכול להפחית ביעילות את רמות הגלוקוז בדם ולשפר את תפקוד המיטוכונדריה של תאי שריר השלד בעכברי סוכרת סוג 2. מטרת החדרת מכשיר זה היא לקדם מחקר על מנגנון התרגול המסורתי בהתערבות של סוכרת סוג 2 ולהניח בסיס להתערבות כמותית של פעילות גופנית.
סוכרת מסוג 2 (T2DM) היא מחלה כרונית המאופיינת בתנגודת לאינסולין ובתפקוד לקוי של תאי β המהווה איום משמעותי על הבריאות העולמית1. פעילות גופנית היא התערבות חיונית בניהול סוכרת מסוג 2. מחקרים רבים הראו כי שיטות תרגול סיניות מסורתיות, כגון טאי צ'י ובא דואן ג'ין, משפרות באופן משמעותי את רמות הגלוקוז בדם ואת איכות החיים של אנשים עם סוכרת סוג 2,3,4,5. כדי לבצע תנועות אלה, על המאמן לשמור על גוף יציב ותנוחה משותפת לתקופה מסוימת. התנוחה הסטטית נשמרת על ידי ביצוע התכווצויות שרירים סטטיות, המכונה בדרך כלל כוח סטטי6.
עם זאת, מנגנון ההתערבות באימוני כוח סטטיים בסוכרת סוג 2 לא הובהר. כדי לענות על שאלה זו, ניסויים בבעלי חיים הם חיוניים. במהלך תרגילים איזומטריים, השרירים מופעלים, לשמור על אורך קבוע, בבטחה להשיג מתח מקסימלי7. בניסויים באימוני כוח סטטיים, חיית הניסוי נדרשת לבצע התכווצויות שרירים איזומטריות ולשמור על מצב זה של כיווץ שרירים. כיצד ליישם אימוני כוח סטטיים על עכברים, חולדות וחיות מעבדה אחרות הפך לבעיה גדולה במחקר. ראשית, בעלי חיים מתקשים לציית לפקודות ומכווצים את שריריהם כנדרש. שנית, קשה לבעל החיים לשמור על עמדה יציבה תחת התנגדות, ולא ניתן להשיג את מטרת התכווצות השרירים האיזומטרית. בעת מתן אפשרות לבעלי חיים להתאמן כנדרש, חשוב לטפל בדאגות הקשורות לרווחת בעלי חיים, כגון הקלה על מתח וחרדה, מזעור כאב ושיפור התנאים הכלליים. פרוטוקול זה מתייחס למודל אימון סטטי עבור חולדות 8,9, וכאן אנו מציגים מכשיר פשוט לאימון סטטי של עכברים. כאשר רגליהם האחוריות של עכברים מורמות, שרירי הבטן שלהם מתכווצים עקב רפלקס הימין, הכפות הקדמיות אוחזות במוט הצולב, ואז הגפיים הקדמיות והאחוריות מתכווצות כנגד כוח הכבידה. העכברים אינם יכולים לזוז לאחר אחיזת המוט הקצר, וכתוצאה מכך השרירים שלהם נמצאים במצב של כיווץ איזומטרי.
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת נאנג'ינג לרפואה סינית (הרשאה מס' 202209A033). נבחרו עכברי C57BL/6J זכרים בריאים בדרגת SPF, גיל 8 שבועות ומשקל גוף של 20 ± 4 גרם. העכברים שוכנו במחזור אור/חושך של 12 שעות בטמפרטורה של 20-22 מעלות צלזיוס, ונשמרה לחות יחסית של 45%-50%. בעלי החיים אוכלים ושותים בחופשיות.
1. הקמת מודל עכבר של T2DM
2. הקבצה וטיפול בעכברים
3. ייצור מכשיר אימון כוח סטטי
איור 1: הרכיבו והדקו את המקלות ללוח השקוף. (A) הדביקו את המקל בקוטר 1 ס"מ לשני הקצוות של המקל בקוטר 4 ס"מ. (B) השתמשו בדבק מותך חם כדי לחבר את המקל באורך 1 ס"מ ואת הלוח השקוף, ואורך המרווח הוא 2 ס"מ. (C) שני מקלות בקוטר 4 ס"מ במרווחים של 6 ס"מ זה מזה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
4. אימוני כוח סטטיים בעכברים
איור 2: שיטת קיבוע בעכבר. (A) קשרו את החלק העליון של הקרסול עם חלק. (B) קצה החבל מועבר דרך הרווח ונמשך בחוזקה, ואז מאובטח בנייר דבק. (C) אימוני כוח סטטיים בעכברים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
בעקבות הפרוטוקול לעיל, הגפיים האחוריות של העכבר קבועות, והגפיים הקדמיות תופסות באופן אוטונומי את המוט הקדמי. טווח התנועה הצר שומר על העכבר במצב קבוע יחסית. השרירים של עכברים ניתן לאשר להתכווץ על ידי נגיעה בשרירי הבטן והרגליים שלהם. הדבר עולה בקנה אחד עם הצורך במצב של כיווץ שרירים איזומטרי באימוני כוח סטטיים. אילוף עכברים על פי הפרוטוקול, עם העלייה בזמני האימונים, יסייע לעכברים להסתגל לאילוף תוך הפחתת הרצון שלהם להיאבק. ניתן להימנע ממאבק לברוח.
השפעות על רמת הגלוקוז והאינסולין בדם בעכברי סוכרת סוג 2
24 עכברי C57BL/6J חולקו באופן אקראי לקבוצת הביקורת (n=6) ולקבוצת מודל T2DM (n=18). עכברי T2DM חולקו באופן אקראי לקבוצת המודל, קבוצת האימון וקבוצת המטפורמין. לא ניתנה מידול או התערבות לקבוצת הביקורת, ולא ניתנה התערבות לעכברים בקבוצת המודל. העכברים בקבוצת האימון קיבלו 30 דקות של אימוני כוח סטטיים פעם ביום, 5 ימים בשבוע במשך 3 שבועות. עכברים בקבוצת המטפורמין קיבלו מטפורמין 200 מ"ג/ק"ג פעם ביום במשך 3 שבועות. התוצאות של גלוקוז בדם בצום (FBG) לאחר 3 שבועות של התערבות מוצגות באיור 3A. כפי שניתן לראות באיור, רמות ה-FBG של עכברי מודל T2DM היו גבוהות משמעותית מאלה של עכברי הביקורת. עכברים שאומנו באימון סטטי הראו רמות FBG נמוכות משמעותית בהשוואה לקבוצת המודל, דבר המצביע על כך שאימון סטטי יעיל בהפחתת FBG בעכברי סוכרת סוג 2. רמות האינסולין בסרום בצום (FINS) בקבוצת המודל היו נמוכות משמעותית מאשר בקבוצת הביקורת, כפי שניתן לראות באיור 3B. בקבוצות האימון והמטפורמין, רמות ה-FINS עלו בהשוואה לקבוצת המודל. באיור 3C, לעכברים בקבוצת המודל היה מדד עמידות גבוה משמעותית לאינסולין (HOMA-IR) בהשוואה לעכברים בקבוצת הביקורת, בעוד שה-HOMA-IR בקבוצות האימון הסטטי והמטפורמין היה נמוך משמעותית מזה של קבוצת המודל, מה שמדגים את יעילותם בהקלה על מצב התנגודת לאינסולין של עכברי סוכרת סוג 2. תוצאות אלה מראות כי לאסטרטגיית אימוני הכוח הסטטיים המסופקת על ידי משטר זה יש השפעות דומות למטפורמין בוויסות רמת הגלוקוז בדם של עכברי T2DM.
איור 3: רמות סוכר ואינסולין בדם. (A) השוואה בין רמות הגלוקוז בדם בצום בעכברי סוכרת סוג 2 לאחר 3 שבועות של התערבות. * p <0.05 לעומת קבוצת ביקורת, # p <0.05 לעומת קבוצת מודלים. (B) השוואה של רמות אינסולין בסרום בצום בעכברי סוכרת סוג 2 לאחר 3 שבועות של התערבות. * p <0.05 לעומת קבוצת ביקורת, # p <0.05 לעומת קבוצת מודלים. (C) השוואה של מדד עמידות לאינסולין בעכברי סוכרת סוג 2 לאחר 3 שבועות של התערבות. * p <0.05 לעומת קבוצת ביקורת, # p <0.05 לעומת קבוצת מודלים. ניתוח חד-כיווני של שונות (ANOVA) בוצע לצורך ניתוח סטטיסטי. נתונים כמותיים מבוטאים כממוצע ± SEM (n = 6). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
השפעות על שרירי השלד בעכברי T2DM
הגסטרוקנמיוס של עכברים נצפה במיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת. בהשוואה לעכברי ביקורת, שרירי השלד של עכברי T2DM היו מנוונים, המבנה של המיופיברילים היה רופף, וסידור הסרקומרים היה לא סדיר (איור 4A, B). לאחר האימון הסטטי המתואר בפרוטוקול, איור 4C מראה את המבנה ההדוק של סיבים מיוגניים במבנה השריר ואת הסידור הסימטרי של מקטעי שריר מקומיים. זה מצביע על כך שאימוני כוח סטטיים יכולים לווסת את המורפולוגיה של שרירי השלד בעכברי T2DM. מצד שני, בגסטרוקנמיוס של עכברי ביקורת, המיטוכונדריה היו מפוזרים באופן מקומי, עם קרומים שלמים, ומיטוכונדריה מחולקת מקומית או מאוחה (מסומנת על ידי חצים אדומים). באופן דומה, בשרירי השלד של עכברים לאחר אימון כוח סטטי, מספר המיטוכונדריה תקין; חלקם כמובן מאוחים או מחולקים (חץ אדום). במודל T2DM בעכברים, לעומת זאת, מספר המיטוכונדריה קטן יותר, ויש פעילות נמוכה. (ראה איור 4) זה מצביע על כך שאימוני כוח סטטיים עשויים להשפיע על תפקוד המיטוכונדריה ועל הפעילות בתאי שרירי השלד.
איור 4: השפעת אימון סטטי על שרירי השלד של עכברי T2DM. (A) קבוצת ביקורת; (B) קבוצת דגמי T2DM; (ג) קבוצת אימון סטטית. M מייצג מיטוכונדריה. פסי קנה מידה לבן מייצגים 50μm, וסרגלי קנה מידה אדומים מייצגים 10μm. התמונה התחתונה היא הגדלה חלקית של התמונה העליונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
אימוני כוח סטטיים יכולים להפחית את הצטברות השומן, לסייע לירידה במשקל ולהגביר את חילוף החומרים8. בנוסף, הוא משפר את הביטוי של PGC-1α וביוגנזה מיטוכונדריאלית בתאי שרירי השלד, מה שמוביל לשיפור חילוף החומרים של גלוקוז בעכברים עם סוכרת מסוג 2 וכתוצאה מכך לירידה ברמות הגלוקוז בדם11. כדי לאשר את ההשפעה והמנגנון של אימון סטטי על T2DM, יש לפתח מכשירים מתאימים לביצוע אימון סטטי על חיות ניסוי.
פרוטוקול זה מציג מכשיר לאימון סטטי בעכברים. הציוד הנדרש, כגון לוחות אקריליק, מקלות, חוטי צמר ואקדחי דבק חם, זמינים, ושיטת הייצור פשוטה וקלה. זה יכול להפחית ביעילות את עלות הניסוי ולהגדיל את ההיתכנות והחזרתיות שלו. שמירה על תנוחה קבועה עבור העכברים במהלך האימון יכולה להיות מאתגרת בעת תכנון מכשיר אימון סטטי. בפרוטוקול זה, ניתן לאבטח את רגלי העכבר לקדמת המקל הקטן על ידי הידוק הצמר הרך. רפלקס הימין גורם לעכבר לכופף את פלג גופו העליון כלפי מעלה, ובכך מאפשר לו לתפוס את המוט מלפנים בכפותיו הקדמיות. המוט קצר, ומגביל את טווח התנועה של הכפות הקדמיות. לאחר שניים או שלושה אימונים של אימון הסתגלותי, העכברים הצליחו לשמור על יציבה יציבה. בשל כוחן המוגבל של הכפות הקדמיות, העכברים מאבדים לעתים קרובות את אחיזתם במוט ההצלבה. הנסיינים צריכים לעקוב אחר עכברים כל הזמן כדי לסייע להם לתפוס את המוט עם הגפיים הקדמיות שלהם ולמנוע מהעכברים פגיעה בשוגג. באמצעות אימון, העכברים יכולים לשמור על תנוחה קבועה למשך 1-2 דקות בכל פעם, חזרה על עצמה מספר פעמים, במשך כ -30 דקות לאחר התשישות. כאשר היו מותשים, העכברים כבר לא גלגלו את בטנם או הרימו את רגליהם הקדמיות. כאשר העכבר הונחה על ידי המקל לאחוז בכפותיו הקדמיות, העכבר יכול היה לתפוס, אך פלג גופו העליון לא היה מסוגל להסתובב כלפי מעלה. התירו את הקשר בהקדם האפשרי לאחר הנחת עכברים, מה שיכול למנוע ביעילות בצקת בקרסול ובלאי.
ניסויים ראשוניים מצביעים על כך שלאחר תקופה של אימון סטטי, רמת הגלוקוז בדם של עכברי סוכרת סוג 2 ירדה באופן משמעותי בהשוואה לקבוצת הביקורת של עכברי המודל. שרירי השלד הם מרכיב קריטי במטבוליזם של גלוקוז היקפי והוא חיוני לשמירה על הומאוסטזיס גלוקוזבדם 12. ניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים הצביע על כך שניוון חמור התרחש בתאי גסטרוקנמיוס של עכברי T2DM, בעוד שאימון סטטי נמצא כמפחית את ניוון רקמת השריר. ממצאים אלה מצביעים על כך שאימון סטטי עשוי להיות מעורב בוויסות תפקוד שרירי השלד. מחקרים הראו כי שמירה על תפקוד שרירי השלד מושפעת באופן משמעותי מהדינמיקה של המיטוכונדריה13. נצפתה ירידה ניכרת במספר המיטוכונדריה וחוסר פעילות מיטוכונדריאלית בתאי שריר הגסטרוקנמיוס בקבוצת מודל עכברי T2DM בהשוואה לעכברי בר ועכברי פעילות סטטית. ממצאים אלה מצביעים על כך שאימון סטטי עשוי לקדם את תפקוד שרירי השלד על ידי שיפור תפקוד המיטוכונדריה בתאי שריר השלד. בהתבסס על תוצאות הניסוי הקודם, ניתן לקבוע כי אימון סטטי יכול לשפר באופן משמעותי את רמת הגלוקוז בדם ואת חילוף החומרים של אינסולין בעכברי סוכרת סוג 2. מנגנון ההתערבות עשוי להיות קשור לוויסות תפקוד שרירי השלד במיטוכונדריה על ידי אימון סטטי.
לפרוטוקול זה יש כמה מגבלות. בתחילה, היה קושי לקשור בנפרד את הגפיים האחוריות של עכברים על ידי אדם אחד, מכיוון שנדרש מאדם אחד לאחוז ברגליו האחוריות בעוד שאחר ביצע את הקשירה. עם כמה התאמות ומיומנות מוגברת מצד הנסיין, העכברים הפכו נוחים יותר. זה איפשר קשירה עצמאית של הרגליים האחוריות. בנוסף, הצמר הרך עשוי להפחית את שטפי הדם בקרסוליים של העכברים.
לסיכום, פרוטוקול זה מספק שיטה פשוטה להכנת ציוד אימון סטטי לעכברים. באופן דומה, ציוד אילוף סטטי פשוט עבור חולדות יכול להיעשות על ידי הגדלת גודל לוחות ומקלות. המכשיר יכול לשמור על התכווצות איזומטרית שרירים של גפיים של עכברים כדי לאמת את השפעת ההתערבות של תרגיל סיני מסורתי על סוכרת סוג 2 ולספק נקודת מבט רעננה לטיפול הקליני בסוכרת סוג 2.
המחברים מצהירים שאין להם מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי האצווה השנייה של פרויקטי מחקר מדעיים מיוחדים של בסיס המחקר הקליני הלאומי לרפואה סינית מסורתית (JDZX2015127, המבוסס על בית החולים המחוזי Anhui לרפואה סינית).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acrylic boards | Transparent acrylic boards with 5mm thickness. The size should be larger than 20cm×20cm | ||
Boxes | Two boxes of the same height (15~20cm) | ||
ELISA KIT | H203-1-2 | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | |
Hot melt glue gun | Avoid touching the gun head to cause burns | ||
Knives | No special requirement | ||
Metformin tablets | 1396309 | Sigma | |
scissors | No special requirement | ||
Sticks | Several wooden sticks with a diameter of 3mm | ||
Streptozotocin | S0130 | Sigma | |
Tape | No special requirement | ||
Transmission Electron Microscope (TEM) | HT7700 | HITACHI |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved