Darya Tsvirkun

1 UMR CNRS 6214 - INSERM 1083, Facultatea de Medicină din Angers, Universitatea din Angers, Angers, Franța,

2 Departamentul de fiziologie umană și animală, M.V. Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova, Rusia,

Jennifer Bourreau

1 UMR CNRS 6214 - INSERM 1083, Facultatea de Medicină din Angers, Universitatea din Angers, Angers, Franța,

Aurélie Mieuset

1 UMR CNRS 6214 - INSERM 1083, Facultatea de Medicină din Angers, Universitatea din Angers, Angers, Franța,

Florian Garo

1 UMR CNRS 6214 - INSERM 1083, Facultatea de Medicină din Angers, Universitatea din Angers, Angers, Franța,

Olga Vinogradova

7 Institutul pentru Probleme Biomedice Academia Rusă de Științe SSC, Moscova, Rusia,

Irina Larina

6 Laboratorul asociat francez-rus CaDyWEC (disfuncție cardiovasculară indusă de greutate și condiții de mediu), Angers, Franța,

7 Institutul pentru Probleme Biomedice Academia Rusă de Științe SSC, Moscova, Rusia,

Nastassia Navasiolava

6 Laboratorul asociat francez-rus CaDyWEC (disfuncție cardiovasculară indusă de greutate și condiții de mediu), Angers, Franța,

7 Institutul pentru Probleme Biomedice Academia Rusă de Științe SSC, Moscova, Rusia,

Guillemette Gauquelin-Koch

3 Centre National d’Etudes Spatiales, Paris, Franța,

Claude Gharib

4 ISOSTEO-LYON (Institut Supérieur d’Ostéopathie), Limonest, Franța,

5 Facultatea de Medicină Lyon-Est, Fiziologie, Lyon, Franța,

Marc-Antoine Custaud

1 UMR CNRS 6214 - INSERM 1083, Facultatea de Medicină din Angers, Universitatea din Angers, Angers, Franța,

6 Laboratorul asociat francez-rus CaDyWEC (disfuncție cardiovasculară indusă de greutate și condiții de mediu), Angers, Franța,

8 Explorations Fonctionnelles Vasculaires, CHU d’Angers, Angers, Franța,

Conceput și proiectat experimentele: DT OV IL GGK CG MAC. Au efectuat experimentele: DT JB AM FG. Analizate datele: DT JB AM FG NN MAC. Am scris lucrarea: DT OV IL GGK CG MAC.

Abstract

Introducere

În studiile cu descărcarea membrelor posterioare, două variabile experimentale sunt deosebit de importante - descărcarea membrelor posterioare de la sine și condițiile de locuință. De regulă, toate diferențele observate între grupurile experimentale sunt atribuite înclinării cu capul în jos. Cu toate acestea, reținerea și izolarea socială sunt parametri experimentali care au propriile lor efecte relative asupra animalelor. Pentru a interpreta corect modificările cardiovasculare induse de descărcarea membrelor posterioare, este imperativă o descriere precisă a activității locomotorii și documentarea ritmului cardiac și a modificărilor tensiunii arteriale în condițiile de mediu.

Se știe că un semn al decondiționării cardiovasculare la om este intoleranța ortostatică post-zbor, care este însoțită de o reducere a capacității de efort [18] - [20] și răspunsuri exagerate ale ritmului cardiac. Aceste descoperiri au fost bine reproduse prin intermediul modelelor umane de la sol de odihnă la pat și imersiune uscată. Dacă aceste răspunsuri apar la șobolani după descărcarea membrelor posterioare este încă de stabilit. Prin urmare, am căutat să stabilim dacă este posibil să folosim exerciții fizice moderate pentru a caracteriza amploarea modificărilor cardiovasculare relative la șobolani.

În acest studiu, am evaluat activitatea locomotorie spontană (SLA), tensiunea arterială și modificările ritmului cardiac care au avut loc ca urmare a 14 zile de izolare socială, reținere și descărcarea membrelor posterioare la șobolani. Scopurile noastre specifice au fost examinarea influenței izolării sociale, a reținerii și a descărcării membrelor posterioare asupra activității locomotorii spontane, de a evalua răspunsurile tensiunii arteriale și ale ritmului cardiac ale șobolanilor conștienți, în mișcare liberă, în 14 zile de izolare socială, reținere și descărcare a membrelor posterioare. În cele din urmă, am evaluat modelul pentru studii cardiovasculare la sol ale consecințelor imponderabilității.

Materiale și metode

Declarație de etică

Toate manipulările cu animale au fost efectuate în conformitate cu liniile directoare ale Institutului Național de Sănătate al SUA și standardele Comunității Europene privind îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator (Ministère de l'Agriculture, Franța, autorizația nr. 49072). Acest protocol a fost aprobat de comitetul etic regional: Régional d’éthique pour l’experimentation animale - Pays de la Loire, protocolul nr. 2008.15.

Animale

Șobolani Wistar masculi (5-6 săptămâni) cu o greutate de 170-200 g au fost obținuți de la „Janvier”, Angers, Franța. Șobolanii au fost adăpostiți în condiții de temperatură controlată de 24 ± 2 ° C și umiditate relativă de 60%. Animalele au fost sincronizate pentru un ciclu de lumină-întuneric de 12-12 ore (lumina aprinsă la 0700 ore, lumina oprită la 1900 ore). Hrana și apa erau disponibile ad libitum.

Interventie chirurgicala

Proiectare experimentală și grupuri experimentale

După perioada de recuperare, șobolanii au rămas în cuștile de acasă alături de parteneri care nu erau operați. Cuștile au fost plasate pe receptoare și înregistrările de bază ale formei de undă a tensiunii arteriale, ECG și activitatea locomotorie spontană la șobolani conștienți au fost efectuate continuu utilizând un sistem de achiziție de date de telemetrie (Data Science International® - DSI, St Paul, MN, SUA) timp de 3 zile.

După 3 zile de înregistrări de bază, toate animalele au fost repartizate în 5 grupuri experimentale (a se vedea Figura 1):

izolației

Control (A), control izolat (B), izolat (C), atașat (D) și descărcat (E) șobolani.

Control șobolanii de grup (n = 7 - martor) au fost adăpostiți în perechi libere de mișcare în cuști de plastic standard cu așternut.

Șobolanii izolați social au cuprins două grupuri. control izolat șobolanii de grup (n = 6 - cu control izolat) au fost adăpostiți individual și li s-a permis să se miște liber în cuști de plastic standard cu așternut. izolat șobolanii de grup (n = 7 - izolați) au fost adăpostiți individual și li s-a permis să se miște liber în aceleași cuști ca șobolanii descărcați.

Descărcat șobolanii (n = 6 - Descărcați) au fost adăpostiți individual în cuști din plexiglas (30 cm × 30 cm × 45 cm, suprafață 900 cm 2) cu podele cu grătar. Aceste animale au fost atașate la dispozitive de suspendare prin hamuri de coadă, care au permis atât ridicarea membrelor posterioare la 40 ° deasupra podelei cuștii, cât și libera circulație a membrelor anterioare ale animalelor. Atașamentul a fost efectuat sub anestezie cu izofloran. Coada a fost curățată și degresată cu eter medical. Jumătate din suprafețele dorsale și ventrale ale cozii au fost acoperite de soluție de colofanie și fixate cu un plasture adeziv. Părțile laterale ale cozii au rămas neacoperite pentru termoreglare normală. Coada a fost apoi conectată la o pivotantă plasată pe partea superioară a cuștii, care a permis rotirea liberă la 360 ° de către șobolan.

Atașat șobolanii (n = 7 - atașați) au fost adăpostiți individual în aceleași cuști ca șobolanii descărcați. S-au folosit aceleași hamuri de coadă ca și pentru animalele descărcate, dar membrele lor posterioare au avut voie să aibă contact complet cu podeaua cuștii.

Șobolanii au fost cântăriți de două ori pe săptămână în perioadele de aclimatizare pentru condiții de laborator, după implantarea transmițătorului (din a treia zi după operație) și în perioada experimentală. Alimentele au fost ponderate și volumul de apă a fost, de asemenea, marcat pentru a estima consumul de alimente și apă atât în ​​perioadele de bază, cât și în perioadele experimentale.

Achiziție și analiză de date

Datele au fost achiziționate și analizate folosind Dataquest A.R.T. System (DSI, St Paul, MN, SUA). Semnalele BP și HR au fost înregistrate simultan pe opt animale în mod continuu cu o perioadă de eșantionare de 2 s. Presiunea arterială sistolică (SBP) și diastolică (DBP), ritmul cardiac și activitatea locomotorie spontană au fost apoi evaluate pe o durată medie de 30 de minute. Pentru o analiză statistică ulterioară, toate variabilele măsurate au fost din nou mediatizate timp de 12 ore și reunite pentru fiecare zi. Înregistrările de bază au fost valorile medii pentru 3 zile de înregistrări. Valorile din timpul zilei (DT) au fost obținute de la 07∶00 h la 19∶00 h (faza luminoasă), iar valorile nocturne (NT) au fost obținute de la 19∶00 h la 07∶00 h (faza întunecată).

Banda de alergare care rulează

După perioada de recuperare postchirurgicală și înainte de înregistrările inițiale, toate animalele au fost obișnuite să ruleze banda de alergat timp de 5 zile consecutive pe o bandă de alergare motorizată. Fiecare șobolan a început să meargă 8 m/min (înclinare 0 °), 5 min/zi timp de 2 zile, urmat de 2 zile la 10 m/min și, ulterior, 1 zi de 5 min alergând la 13 m/min. Toate animalele antrenate au efectuat apoi două teste ale benzii de rulare cu presiune arterială medie simultană (MAP) și monitorizare a ritmului cardiac. Prima măsurare a acestor variabile a avut loc după înregistrările inițiale (PRE) și a doua a avut loc după 14 zile din condițiile de tratament respective (POST). Fiecare dintre cele două exerciții de testare a inclus înregistrări în coliva „acasă” (Cage), 15 minute de adaptare și echilibrare pe o bandă de alergare staționară (TM 1), 5 min de rulare la 13 m/min, 0 ° înclinare (Ex) și 15 minute de recuperare post-exercițiu pe o bandă de alergare staționară (TM 2). Datele sunt prezentate ca medie peste 5 minute pe fiecare etapă.

Evaluarea datelor și analiza statistică

Toate valorile sunt prezentate ca medie ± SEM și P Tabelul 1). În timpul următoarelor 14 zile de experimentare, toate animalele s-au îngrășat, cu excepția șobolanilor descărcați. Animalele descărcate și atașate au cântărit mai puțin decât șobolanii din grupul de control până la sfârșitul perioadei de 14 zile. Consumul mediu zilnic de alimente a fost similar pe parcursul experimentului în toate grupurile (Tabelul 1).

tabelul 1

Greutate corporală (g)Delta greutății corporale (g)Consumul de alimente (mg/zi/100 g BW)
Grupuriînainte de experimentsfârșitul experimentului
Control398,9 ± 12,8445,9 ± 13,547,0 ± 6,05,2 ± 0,2
Control izolat411,8 ± 6,7460,4 ± 5,748,6 ± 3,35,4 ± 0,3
Izolat419,1 ± 11,4463,3 ± 9,944,2 ± 4,05,8 ± 0,5
Atașat383,3 ± 10,5412,4 ± 11,0 *29,1 ± 4,5 *5,4 ± 0,1
Descărcat402,7 ± 8,2398,1 ± 8,7 **−6,1 ± 5,1 ***5,2 ± 0,2

Activitatea a fost măsurată în cuști standard (BL) și timp de 14 zile (d1 - d14) pentru controlA), control izolat (B), izolat (C), atașat (D) și descărcat (E) șobolani. Datele sunt date ca medie ± SEM. * - P Figura 3 și and4. 4. În conformitate cu nivelurile bazale de activitate locomotorie, SBP, DBP și HR măsurate în cuști standard au fost mai mari noaptea pentru toate grupurile experimentale. La șobolanii martor, nu s-au observat modificări ale parametrilor cardiovasculari și nici modificări ale variațiilor circadiene în timpul experimentului de 14 zile. Izolarea socială în sine nu a condus la perturbări semnificative ale parametrilor cardiovasculari măsurați sau la modificări ale ritmicităților. Cu toate acestea, două săptămâni de izolare socială în condiții de descărcare (grup izolat) au cauzat o creștere semnificativă a SBP și DBP în timpul fazei luminoase începând cu ziua 1. Sa observat o tahicardie ușoară la câteva zile după izolare. În grupul atașat, în ciuda unei scăderi dramatice a SLA, am observat o creștere clară a SBP, HR și DT-DBP. Descărcarea membrelor posterioare a dus, de asemenea, la creșterea substanțială a SBP peste 24 de ore și la creșterea DBP la lumina zilei. Pentru DBP pe timp de noapte, a existat o tendință de creștere, dar diferențele semnificative față de nivelul bazal au fost documentate doar în zilele 2, 3 și 5. HR a crescut și în timpul zilei.

Tensiunea nocturnă (NT) și lumina zilei (DL) diastolică (stânga) și sistolică (dreapta) măsurată în cuști standard (BL) și pe parcursul a 14 zile (d1 - d14) pentru controlA), control izolat (B), izolat (C), atașat (D) și descărcat (E) șobolani. Datele sunt date ca medie ± SEM. * - P Figura 5. În toate grupurile experimentale, HR și MAP au crescut semnificativ atunci când animalele au fost plasate pe bandă de alergat și nu s-au observat diferențe de reacție între testele PRE și POST. Cinci minute de alergare au determinat o creștere suplimentară semnificativă a HR comparativ cu nivelul atins pe banda de alergare staționară în toate grupurile în timpul testului PRE. Niciuna dintre condițiile experimentale utilizate în studiu (control, izolare, control de izolare, atașament și descărcare) nu a indus modificări semnificative în acest parametru (P> 0,05).

Modificarea tensiunii arteriale și a ritmului cardiac în timpul rulării benzii de rulare

Nu am reușit să observăm tahicardie mărită în timpul efortului după două săptămâni în grupul descărcat, precum și în celelalte grupuri experimentale. Deși am folosit metode de exerciții relativ moderate, rezultatele noastre sunt de acord cu Overton și colab. [33], care a aplicat o alergare mai intensă după descărcarea membrelor posterioare. De asemenea, aceștia nu au observat modificări semnificative ale ritmului cardiac sau ale presiunii arteriale și au arătat că o creștere a ritmului cardiac în timpul exercițiului nu a fost exagerată de o poziție cu capul în jos în ziua 9. Rezultate similare au fost observate și la șobolanii înclinați și suspendați orizontal. În munca noastră, plasarea animalelor pe o bandă de alergare staționară a provocat inițial o creștere a presiunii și a ritmului cardiac. Prin urmare, facem ipoteza că componenta „emoțională” poate avea o contribuție mai importantă la răspunsul cardiovascular decât exercițiul în sine. Încorporând această constatare în rezultatul nostru pentru monitorizarea continuă a ritmului cardiac și a tensiunii arteriale în diferite condiții experimentale, presupunem că contribuțiile stresului social, a reținerii și a lipsei de greutate la modificările cardiovasculare ale modelului sunt mai esențiale decât presiunea hidrostatică moderată diferențe.

Limitări de studiu

Având în vedere că sistemul DSI oferă numai măsurători relative ale activității locomotorii, am realizat un experiment metodic suplimentar. Această măsurătoare suplimentară a avut ca scop evitarea unei erori datorită înălțării membrelor posterioare și a mișcării emițătorului departe de podeaua cuștii. Patru șobolani femele cu o greutate de 230-250 g au fost echipate chirurgical cu transmițătoare DSI, așa cum este descris în Materiale și metode ”. Șobolanii au rămas în cuști standard pe durata experimentului. După perioada de recuperare postchirurgicală, cuștile au fost așezate pe receptoare. Înregistrările continue ale SLA și puterea semnalului au fost implementate timp de 7 zile. Cuștile au fost apoi ridicate până la 19 cm peste receptoare și înregistrările au fost continuate pentru încă 7 zile. Creșterea înălțimii cuștii a dus la o scădere așteptată a puterii semnalului (28,1 ± 0,1 față de 24,5 ± 0,1 MKU), dar SLA a rămas neschimbată (lumina zilei: 1,5 ± 0,3 față de 1,2 ± 0,1 număr/min, respectiv; pe timp de noapte: 3,2 ± 0,1 vs. 3,4 ± 0,1 număr/min, respectiv). Prin urmare, măsurarea SLA utilizând sistemul de telemetrie DSI poate fi implementată în modelul nostru de descărcare a membrelor posterioare.

Concluzie

În concluzie, atât izolarea socială, cât și stresul de reținere, ca parte a condițiilor modelului de descărcare, induc inactivitate fizică persistentă. O creștere a activității motorii în a doua săptămână de descărcare a membrelor posterioare este însă o limită a modelului, deoarece inactivitatea fizică este un factor important al dezvoltării decondiționării cardiovasculare. Izolarea socială și stresul de reținere determină modificări complexe ale ritmului cardiac și ale tensiunii arteriale, care imită descărcarea. După 14 zile de descărcare a membrelor posterioare, șobolanii nu prezintă tahicardie crescută în timpul rulării benzii de alergare, care este o caracteristică cheie a decondiționării cardiovasculare la om. Modificările cardiovasculare observate în modelul de descărcare a membrelor posterioare sunt interpretate în mod obișnuit ca o consecință a deplasării fluidelor, în special pentru modificările vasculare. Trebuie să menționăm că modificarea presiunii hidrostatice în porțiunea toraco-cefalică a corpului șobolanului ca răspuns la poziția cap-jos este foarte scăzută (câțiva mmHg) și temporară. Aceste modificări ale tensiunii arteriale locale induse de descărcarea membrelor posterioare par a fi neglijabile în comparație cu modificările tensiunii arteriale sistemice, care este o variabilă importantă atunci când se analizează remodelarea vasculară ca urmare a descărcării.

Mulțumiri

Îi mulțumim lui Christopher Brooks pentru recenzia sintaxică a acestui manuscris.

Note de subsol

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.