Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu protokol, fareler için statik eğitim ekipmanı yapmak için basit bir yöntem sağlar. Cihaz, geleneksel egzersizin tip 2 diyabet (T2DM) üzerindeki müdahale etkisini doğrulamak için farelerin uzuvlarının kas izometrik kasılmasını korur ve T2DM'nin klinik tedavisi için yeni egzersiz tedavisi sağlar.
Tip 2 diabetes mellitus (T2DM) tedavisi, hasta sağlığının iyileştirilmesinde büyük bir zorluktur. Egzersiz, T2DM için ana müdahalelerden biridir. Statik kuvvet antrenmanı, Çin'deki geleneksel sporların temel biçimlerinden biridir. Araştırmalar, statik kuvvet antrenmanının T2DM müdahalesi için etkili bir klinik yöntem olduğunu göstermektedir, ancak farelerde statik antrenman için uygun deneysel bir cihaz yoktur. Klinik araştırmadan temel araştırmaya geçmenin zorluklarından biri de uygun deney cihazları tasarlamaktır. T2DM'de statik eğitim müdahalesinin mekanizmasını daha fazla incelemek için, bu yazıda fareler için statik bir eğitim cihazı yapmak için basit bir yöntem tanıtılmaktadır. Bu cihaz, basit kullanım, ucuz malzeme ve yüksek fizibilite avantajlarına sahiptir. Bu protokol kapsamında yürütülen önceki çalışmalar, statik eğitimin T2DM farelerinde kan şekeri seviyelerini etkili bir şekilde azaltabileceğini ve iskelet kası hücrelerinin mitokondriyal fonksiyonunu iyileştirebileceğini göstermiştir. Bu cihazın tanıtılmasının amacı, T2DM müdahalesinde geleneksel egzersiz mekanizması üzerine araştırmaları teşvik etmek ve egzersizin kantitatif müdahalesi için bir temel oluşturmaktır.
Tip 2 diabetes mellitus (T2DM), küresel sağlık için önemli bir tehdit olan insülin direnci ve β hücre disfonksiyonu ile karakterize kronik bir hastalıktır1. Egzersiz, tip 2 diyabetin yönetiminde çok önemli bir müdahaledir. Çok sayıda çalışma, Tai Chi ve Ba Duan Jin gibi geleneksel Çin egzersiz yöntemlerinin, T2DM 2,3,4,5'li bireyler için kan şekeri düzeylerini ve yaşam kalitesini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Bu hareketleri gerçekleştirmek için, eğitmen bir süre sabit bir vücut ve eklem pozisyonunu korumalıdır. Statik pozisyon, genellikle statik kuvvet6 olarak adlandırılan statik kas kasılmaları gerçekleştirilerek sürdürülür.
Bununla birlikte, T2DM'de statik kuvvet antrenmanı müdahalesinin mekanizması açıklığa kavuşturulmamıştır. Bu soruyu cevaplamak için hayvan deneyleri şarttır. İzometrik egzersizler sırasında kaslar aktive edilir, sabit bir uzunluk korunur ve güvenli bir şekilde maksimum gerginlik elde edilir7. Statik kuvvet antrenmanı ile yapılan deneylerde, test hayvanının izometrik kas kasılmaları gerçekleştirmesi ve bu kas kasılması durumunu sürdürmesi gerekir. Fareler, sıçanlar ve diğer laboratuvar hayvanları üzerinde statik kuvvet eğitiminin nasıl uygulanacağı araştırmalarda büyük bir sorun haline geldi. İlk olarak, hayvanlar komutlara uymak ve kaslarını gerektiği gibi kasmak için mücadele ederler. İkincisi, hayvanın direnç altında sabit bir pozisyonda kalması zordur ve izometrik kas kasılmasının amacına ulaşılamaz. Hayvanların gerektiği gibi eğitilmesine izin verirken, stres ve kaygıyı azaltmak, ağrıyı en aza indirmek ve genel koşulları iyileştirmek gibi hayvan refahı ile ilgili endişeleri ele almak önemlidir. Bu protokol, sıçanlar 8,9 için statik bir eğitim modeli ile ilgilidir ve burada farelerin statik eğitimi için basit bir cihaz tanıtıyoruz. Farelerin arka bacakları kaldırıldığında, karın kasları doğrultma refleksi nedeniyle kasılır, ön ayaklar öndeki çapraz çubuğu kavrar ve ardından ön ve arka uzuvlar yerçekimine karşı kasılır. Fareler kısa çubuğu kavradıktan sonra hareket edemezler, bu da kaslarının izometrik kasılma durumunda olmasına neden olur.
Tüm hayvan deneyleri, Nanjing Çin Tıbbı Üniversitesi Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmıştır (izin no. 202209A033). SPF dereceli, 8 haftalık ve vücut ağırlığı 20 ± 4 g olan sağlıklı erkek C57BL / 6J fareler seçildi. Fareler, 20-22 ° C'lik bir sıcaklıkta 12 saatlik bir aydınlık / karanlık döngüsüne yerleştirildi ve% 45 -% 50'lik bir bağıl nem korundu. Hayvanlar serbestçe yiyip içerler.
1. T2DM'nin bir fare modelinin kurulması
2. Farelerde gruplama ve tedavi
3. Statik kuvvet antrenman cihazının imalatı
Şekil 1: Çubukları şeffaf panele monte edin ve sabitleyin. (A) 1 cm'lik çubuğu 4 cm'lik çubuğun her iki ucuna bantlayın. (B) 1 cm uzunluğundaki çubuğu ve şeffaf levhayı bağlamak için sıcakta eriyen yapıştırıcı kullanın ve boşluk uzunluğu 2 cm'dir. (C) 6 cm aralıklı iki adet 4 cm'lik çubuk. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
4. Farelerde statik kuvvet eğitimi
Şekil 2: Farede fiksasyon yöntemi. (A) Ayak bileğinin üst kısmını bir kayma düğümü ile bağlayın. (B) İpin ucu boşluktan geçirilir ve sıkıca çekilir, ardından bantla sabitlenir. (C) Farelerde statik kuvvet antrenmanı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Yukarıdaki protokolü takiben, farenin arka bacakları sabitlenir ve ön ayaklar ön çubuğu otonom olarak kavrar. Dar hareket aralığı, fareyi nispeten sabit bir konumda tutar. Farelerin kaslarının, karın ve bacak kaslarına dokunarak kasıldığı doğrulanabilir. Bu, statik kuvvet antrenmanında izometrik kas kasılması durumuna duyulan ihtiyaç ile tutarlıdır. Farelerin protokole göre eğitilmesi, eğitim sürelerinin artması ile birlikte farelerin mücadeleye olan isteklerini azaltırken eğitime adapte olmalarına yardımcı olacaktır. Kaçmak için bir mücadeleden kaçınılabilir.
T2DM farelerinde kan şekeri ve insülin seviyesi üzerindeki etkiler
Toplam 24 C57BL / 6J faresi rastgele kontrol grubuna (n = 6) ve T2DM model grubuna (n = 18) ayrıldı. T2DM fareleri daha sonra rastgele model grubuna, eğitim grubuna ve metformin grubuna ayrıldı. Kontrol grubuna herhangi bir modelleme ya da müdahale yapılmamış, model grubundaki farelere ise herhangi bir müdahale yapılmamıştır. Eğitim grubundaki farelere 3 hafta boyunca haftada 5 gün, günde bir kez 30 dakika statik kuvvet antrenmanı yapıldı. Metformin grubundaki farelere 3 hafta boyunca günde bir kez 200 mg / kg metformin verildi. 3 haftalık müdahale sonrası açlık kan şekeri (AKŞ) sonuçları Şekil 3A'da gösterilmiştir. Şekilden görülebileceği gibi, T2DM model farelerin FBG seviyeleri, kontrol farelerininkinden önemli ölçüde daha yüksekti. Statik eğitimde eğitilen fareler, model grubuna kıyasla önemli ölçüde daha düşük FBG seviyeleri gösterdi, bu da statik eğitimin T2DM farelerinde FBG'yi azaltmada etkili olduğunu düşündürdü. Model grubundaki açlık serum insülin (FINS) seviyeleri, Şekil 3B'de gösterildiği gibi kontrol grubuna göre anlamlı derecede düşüktü. Eğitim ve metformin gruplarında FINS düzeyleri model grubuna göre artmıştır. Şekil 3C'de, model grubundaki fareler, kontrol grubundakilere göre önemli ölçüde daha yüksek bir insülin direnci indeksine (HOMA-IR) sahipken, statik eğitim ve metformin gruplarının HOMA-IR'si, model grubununkinden önemli ölçüde daha düşüktü ve bu da T2DM farelerinin insülin direnci durumunu hafifletmedeki etkinliklerini gösterdi. Bu sonuçlar, bu rejim tarafından sağlanan statik kuvvet antrenmanı stratejisinin, T2DM farelerinin kan şekeri seviyesini düzenlemede metformine benzer etkilere sahip olduğunu göstermektedir.
Şekil 3: Kan şekeri ve insülin seviyeleri. (A) 3 haftalık müdahaleden sonra T2DM farelerinde açlık kan şekeri seviyelerinin karşılaştırılması. * p <0.05 vs. Kontrol grubu, # p <0.05 vs. Model grubu. (B) 3 haftalık müdahaleden sonra T2DM farelerinde açlık serum insülin seviyelerinin karşılaştırılması. * p <0.05 vs. Kontrol grubu, # p <0.05 vs. Model grubu. (C) 3 haftalık müdahaleden sonra T2DM farelerinde insülin direnci indeksinin karşılaştırılması. * p <0.05 vs. Kontrol grubu, # p <0.05 vs. Model grubu. İstatistiksel analiz için tek yönlü varyans analizi (ANOVA) yapıldı. Nicel veriler ortalama ± SEM (n=6) olarak ifade edilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
T2DM farelerinde iskelet kası üzerindeki etkiler
Farelerin gastroknemiusu, transmisyon elektron mikroskobu ile gözlendi. Kontrol fareleri ile karşılaştırıldığında, T2DM farelerinin iskelet kası miyositleri dejenere oldu, miyofibrillerin yapısı gevşekti ve sarkomer düzenlemesi düzensizdi (Şekil 4A, B). Protokolde anlatılan statik antrenman sonrası Şekil 4C'de kas yapısındaki miyojenik liflerin sıkı yapısı ve lokal kas segmentlerinin simetrik dizilişi görülmektedir. Bu, statik kuvvet antrenmanının T2DM farelerinde iskelet kası morfolojisini düzenleyebileceğini düşündürmektedir. Öte yandan, kontrol farelerinin gastroknemiusunda, mitokondri lokal olarak dağılmış, sağlam zarlar ve lokal olarak bölünmüş veya kaynaşmış mitokondri (kırmızı oklarla gösterilmiştir) idi. Benzer şekilde, statik kuvvet antrenmanından sonra farelerin iskelet kasında mitokondri sayısı normaldir; Bazıları açıkça kaynaşmış veya bölünmüştür (kırmızı ok). Farelerde T2DM modelinde, aksine, mitokondri sayısı daha azdır ve düşük aktivite vardır. ( Bkz. Şekil 4) Bu, statik kuvvet antrenmanının iskelet kası hücrelerinde mitokondriyal fonksiyonu ve aktiviteyi etkileyebileceğini düşündürmektedir.
Şekil 4: Statik eğitimin T2DM farelerinin iskelet kası üzerindeki etkisi. (A) Kontrol grubu; (B) T2DM model grubu; (C) Statik eğitim grubu. M mitokondriyi temsil eder. Beyaz ölçek çubukları 50μm'yi ve kırmızı ölçek çubukları 10μm'yi temsil eder. Alttaki resim, üstteki resmin kısmi olarak büyütülmüş halidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Statik kuvvet antrenmanı yağ birikimini azaltabilir, kilo vermeye yardımcı olabilir ve metabolizmayı artırabilir8. Ek olarak, iskelet kası hücrelerinde PGC-1α ve mitokondriyal biyogenezin ekspresyonunu arttırır, bu da tip 2 diabetes mellituslu farelerde glikoz metabolizmasının iyileşmesine ve bunun sonucunda kan şekeri seviyelerinde bir azalmaya yol açar11. Statik eğitimin T2DM üzerindeki etkisini ve mekanizmasını doğrulamak için, deney hayvanları üzerinde statik eğitim yapmak için uygun cihazların geliştirilmesi gerekmektedir.
Bu protokol, farelerde statik eğitim için bir cihaz sunar. Akrilik plakalar, çubuklar, yün iplik ve sıcak tutkal tabancaları gibi gerekli ekipmanlar kolayca temin edilebilir ve üretim yöntemi basit ve kolaydır. Bu, deneyin maliyetini etkili bir şekilde azaltabilir ve fizibilitesini ve tekrarlanabilirliğini artırabilir. Statik bir eğitim cihazı tasarlarken eğitim sırasında fareler için sabit bir pozisyonu korumak zor olabilir. Bu protokolde, farenin ayakları, yumuşak yün sıkılarak küçük çubuğun önüne sabitlenebilir. Doğrultma refleksi, farenin üst gövdesini yukarı doğru bükmesine neden olur ve böylece öndeki çubuğu ön ayaklarıyla kavramasını sağlar. Çubuk kısadır ve ön ayaklar için hareket aralığını sınırlar. İki veya üç seanslık uyarlanabilir eğitimden sonra, fareler sabit bir duruş sürdürebildiler. Ön ayakların sınırlı gücü nedeniyle, fareler sıklıkla çapraz çubuk üzerindeki tutuşlarını kaybederler. Deneycilerin, ön ayaklarıyla enine çubuğu tutmalarına ve farelerin kazara yaralanmasını önlemelerine yardımcı olmak için fareleri her zaman izlemeleri gerekir. Eğitim yoluyla, fareler, tükenmeden sonra yaklaşık 30 dakika boyunca, birkaç kez tekrarlanan, bir seferde 1-2 dakika boyunca sabit bir pozisyonu koruyabilirler. Yorgun olduklarında, fareler artık karınlarını yuvarlamadı veya ön ayaklarını kaldırmadı. Fare, ön ayaklarıyla kavramak için sopa tarafından yönlendirildiğinde, fare kavrayabilirdi, ancak üst gövdesi yukarı doğru dönemezdi. Fareleri bıraktıktan sonra düğümü mümkün olan en kısa sürede çözün, bu da ayak bileği ödemini ve aşınmasını etkili bir şekilde önleyebilir.
Ön deneyler, bir süre statik eğitimden sonra, T2DM farelerinin kan şekeri seviyesinin, model farelerin kontrol grubu ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. İskelet kası, periferik glukoz metabolizmasında kritik bir bileşendir ve kan glukozu homeostazını korumak için gereklidir12. Elektron mikroskobu analizleri, T2DM farelerinin gastroknemius hücrelerinde ciddi dejenerasyonun meydana geldiğini gösterirken, statik eğitimin kas dokusu dejenerasyonunu hafiflettiği bulundu. Bu bulgular, statik eğitimin iskelet kası fonksiyonunun düzenlenmesinde rol oynayabileceğini düşündürmektedir. Araştırmalar, iskelet kası fonksiyonunun sürdürülmesinin mitokondriyal dinamiklerden önemli ölçüde etkilendiğini göstermiştir13. Yabani fareler ve statik egzersiz fareleri ile karşılaştırıldığında, T2DM fare model grubunun gastroknemius kas hücrelerinde mitokondri sayısında belirgin bir azalma ve mitokondriyal aktivite eksikliği gözlemledik. Bu bulgular, statik eğitimin iskelet kası hücrelerinde mitokondriyal fonksiyonu artırarak iskelet kası fonksiyonunu destekleyebileceğini düşündürmektedir. Önceki deneysel sonuçlara dayanarak, statik eğitimin T2DM farelerinde kan şekeri ve insülin metabolizmasını önemli ölçüde artırabileceği belirlenebilir. Müdahale mekanizması, statik eğitim ile iskelet kası mitokondriyal fonksiyonunun düzenlenmesi ile bağlantılı olabilir.
Bu protokolün bazı sınırlamaları vardır. Başlangıçta, farelerin arka bacaklarının bir kişi tarafından ayrı ayrı bağlanmasında zorluk vardı, çünkü bir kişinin arka bacakları kavramasını ve diğerinin bağlamayı gerçekleştirmesini gerektiriyordu. Deneycinin birkaç ayarlaması ve artan becerisiyle, fareler daha uygun hale geldi. Bu, arka ayakların bağımsız olarak bağlanmasına izin verdi. Ek olarak, yumuşak yün, farelerin ayak bileklerindeki morlukları azaltabilir.
Sonuç olarak, bu protokol fareler için statik eğitim ekipmanı yapmak için basit bir yöntem sağlar. Benzer şekilde, sıçanlar için basit statik eğitim ekipmanı, tahtaların ve çubukların boyutu artırılarak yapılabilir. Cihaz, geleneksel Çin egzersizinin T2DM üzerindeki müdahale etkisini doğrulamak ve T2DM'nin klinik tedavisi için yeni bir bakış açısı sağlamak için farelerin uzuvlarının kas izometrik kasılmasını koruyabilir.
Yazarlar açıklayacak hiçbir şeyleri olmadığını beyan ederler.
Bu çalışma, Geleneksel Çin Tıbbı Ulusal Klinik Araştırma Üssü'nün (JDZX2015127, Anhui İl Çin Tıbbı Hastanesi'ne dayanan) ikinci grup özel bilimsel araştırma projeleri tarafından desteklenmiştir.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır