大鼠跑台训练模型方法

生物科研实验室

选择并建立合适的动物模型对于脑卒中、心血管等多种疾病和体育生物科学研究意义重大。与小鼠相比，大鼠在循环系统、神经系统、解剖结构等方面和小鼠相比与人类更接近，因此大鼠已成为心脑血管病、认知科学、运动科学等方面适宜的实验动物。大鼠的康复训练包括运动性疲劳，有氧训练力竭，高强度运动至力竭，强迫跑步训练，耐力训练，过度训练，减重步行训练等，相应的跑台训练模型主要有以下几种。运动性疲劳模型疲劳是指机体生理过程不能持续其机能在一特定水平上，或不能维持特定的运动强度。宋李亚等研究运动性疲劳大鼠抗氧化能力的变化及中药仙鹤草对氧自由基的作用，采用中等强度跑台运动建立运动性疲劳大鼠模型，检测大鼠血清乳酸（LA）、丙二醛（MDA）含量与乳酸脱氢酶（LDH）、超氧化物歧化酶（SOD）活性，而通过仙鹤草可以降低LA、MDA含量，LDH、SOD活性降低，结果表明了中药仙鹤草有一定的抗疲劳作用，其作用机制可能与其提高抗氧化能力、减少自由基代谢产物有关。通过观察动物的“表情”、“逃避”反应、跑的姿势、运动能力等指标，确认90min长时间间歇性运动可诱发动物的运动性疲劳情况。方剑乔等通过跑台建立运动学疲劳模型观察经皮穴位电刺激（TEAS）抗运动性疲劳的中枢5-羟色胺（HT）机制。运动组大鼠进行1周5级递增跑台运动：适应性训练在坡度为5°的跑台上，分别以10、15、20、24、28m／min的速度各运动10min，每日1次，共6d；第7天按训练模式运动至28ｍ／min后持续运动直至力竭。TEAS组力竭运动时间显著长于运动组；运动组血浆乳酸含量显著高于安静对照组和TEAS组；各组间海马和中脑5-ＨＴ含量比较差异不显著。结果表明，促进海马、中脑5－ＨＴ代谢速率可能是TEAS抗运动性疲劳的中枢机制之一。有氧训练力竭模型张嘉伟等利用动物跑台建立有氧运动模型，将40只大鼠随机分为对照组和有氧训练组，每组20只，训练组每天上午和下午进行2次运动训练，每次持续1h，每天总运动时间为2h，跑台速度为22m/min，运动强度为73％的氧耗（VO2）。通过控制运动的时间确保达到有氧运动所需的运动量。而在试验中为了诱发实验大鼠的运动能力的进一步下降，在所设定的运动时间中，当大鼠的运动能力明显下降时，从跑台中取出大鼠进行短暂休息，一般为5min，然后继续运动，直至不能维持原工作强度，大鼠表现为明显的力竭症状。以此可以作为跑台有氧运动力竭动物模型。高强度运动至力竭模型力竭运动模型是指给健康大鼠连续施加声、光、电、机械刺激后大鼠仍不能继续跑动，下跑台后伏地喘息的状态。李顺昌等通过观察大鼠反复力竭性跑步运动后不同时相心电图、心肌梗死面积和超微结构等指标的变化情况，进而探讨运动性心肌顿抑现象存在的可能性。而刘晓莉等对大鼠做一次性力竭的跑步训练，观察力竭运动过程中大鼠行为能力和运动能力、血液代谢产物及能量物质呈现阶段性的动态变化，通过观察在不同运动状态下的血葡萄糖（GLU）、乳酸（LD）、尿素（BU）、丙二醛（MDA）浓度和肌酸激酶（CK）、超氧化物歧化酶（SOD）活性等各指标的变化特征来说明大鼠达到运动疲劳状态的特征。为探讨不同强度的急性跑台运动对大鼠骨骼肌过氧化物酶体增生物受体γ共激活因子-1α（PGC-1α）表达，以及参与调节PGC-1α表达的信号分子骨骼肌内腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）、转录激活因子-2（ATF-2）及环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CREB）磷酸化水平的影响，选取8周龄的雄性Wistar大鼠48只进行随机分组，分别是安静对照组，低强度运动组、中等强度运动组、高强度运动组。而得到PGC-1α蛋白和PGC-1αmRNA表达均增多，且呈强度依赖性的结果。这些运动引起的PGC-1α基因和蛋白表达增加具有强度依赖性；运动后PGC-1α呈强度依赖性增加可能主要受同样具有强度依赖性的AMPK以及ATF-2调节。有研究通过建立长期高强度运动训练的大鼠模型来判断该过程中是否会产生心律不齐的机制，让雄性Wistar大鼠充满活力的在跑台上训练4、8、16周，对照组中控制大鼠久坐不动，16周内给出两组大鼠连续的超声波心电图和在体电生理的研究结果。在长期的高强度运动训练下，大鼠的心肌纤维化和心室功能均发生了改变，且心律失常的可诱导性也相对增加。
强迫跑步训练模型
有研究选择强迫跑步法建立Balb／c小鼠心气虚证模型，探讨心气虚证动物模型的建立方法。Balb／c小鼠随机分为模型组20只，药物反证组10只，正常组20只，均为雌雄各半。采用基础进食量16ｄ，采用电动跑台强迫小鼠跑步至力竭，并结合大剂量灌服心得安2.4mg／100ｇ等综合方法建立心气虚证动物模型，补心气药物反证组对所建立模型予以验证。指标观测结果同正常组小鼠进行统计学比较。模型组小鼠心脏收缩、舒张功能减退，细胞免疫功能下降，心肌存在着微小损伤，均与临床心气虚证的改变相似；药物反证组小鼠心脏收缩、舒张功能得到了一定修复。利用转棒试验来评估大鼠的平衡功能，大鼠被迫执行逐步的跑台训练，用血液乳酸浓度的连续变化对乳酸阈值的含量进行测定。用乳酸阈值的变化和转棒试验组大鼠的跑步训练速度作为判断的依据。试验中虽然神经功能缺损在大鼠手术后的第7天消失了，但是乳酸阈值的水平和转棒试验速度的表现远低于假手术组大鼠的表现。耐力训练模型使用大鼠跑台对被选择育种的大鼠耐力高低现象的研究进行评估。在连续的5ｄ内使每只大鼠每天训练到精疲力竭，跑台的角度设定在15°，初始训练速度为10m／min，在此基础上速度每2分钟增加1m／min。在连续5ｄ的试验中选择最好一天的训练总距离作为耐力性能的测量措施。最初的大鼠平均跑396m，在大鼠中选择2只表现最差、2只表现最好的雌雄大鼠进行连续3代的育种。还有研究建立强迫跑步训练模型，研究被迫在跑台上训练的大鼠对训练和外力比较敏感的一些生理系统的影响。强迫跑步运动会产生正面和负面的生理适应性。神经内分泌组织和免疫反应的改变通常与慢性应激有关。试验分为两组，训练组为强迫训练组，对照组的大鼠久坐不动，训练8周后，训练组中积极适应训练的雄性SD大鼠体重上升，肌肉柠檬酸合成酶活性增加；消极适应训练的雄性大鼠肾上腺肥大、胸腺退化、结合球蛋白的血清激素减少、抑制淋巴细胞增殖、亚硝酸盐含量升高等。强迫跑步训练产生的积极训练适应和潜在的消极训练适应与慢性应激有关。耐力训练不能显著促进糖尿病大鼠线粒体有氧呼吸能力。过度训练模型过度训练是运动负荷与机体机能不相适应，以致疲劳连续累积而引起的一系列功能紊乱或病理状态。国内外动物过度训练模型有大鼠跑步和游泳两种运动方式。杨晓红等通过该试验分析过度训练动物模型建立的各种影响因素与条件，探讨过度训练动物模型建立的理论条件和有效方法，为过度训练机制及预防的研究提供参考依据。张彩等通过动态监测运动大鼠的生化指标，同时观察其行为学改变，确立过度训练大鼠模型的建模标准，实现过度训练大鼠模型建模客观化。通过建立过度训练模型来观察Wistar大鼠的发展，增加大鼠的运动量并且以性能和生物标志的分析为观察特征。训练持续11周，前8周正常锻炼，后3周增加训练的频率，伴随着回复时间的减少，将导至过度训练和恢复之间的不平衡性。相比于普通控制组，功能过度延伸组显示出肌肉柠檬酸合成酶活性更高，血浆谷氨酰胺／谷氨酸比率更大；而非功能过度延伸组则没有以上表现，其表现出持续的白细胞增多。结果表明，非功能过度延伸组的性能下降可能与减少肌肉氧化能力有关。通过建立过度训练大鼠模型，可研究其骨量变化及机制。在为期17周的递增负荷训练过程中，运动组大鼠在第11周前体重呈缓慢增长状态并与同期对照组无差异，随后体重连续下降并有显著性差异。减重训练模型减重疗法是指在康复训练过程中，通过减重支持装置减少动物后肢的负重，并将步行三要素（负重、迈步、平衡）有机地结合起来，促进正常步态模式的建立。徐江等探讨硬膜外脊髓电刺激（ESCS）结合减重跑台训练对脊髓损伤（SCI）大鼠运动功能的影响，采用ESCS技术并结合减重步行训练（BW-ST）对不完全SCI大鼠进行治疗，发现试验大鼠运动功能均获得显著改善，BWSTT能促进SCI动物运动功能恢复，其相关机制可能是步行训练能将步行时下肢本体感觉信息传入到脊髓步行CPG神经元，使损伤部位以下未受损脊髓环路神经系统可塑性增强，从而发挥治疗作用。ESCS及减重运动训练均对不完全性脊髓损伤大鼠步行功能恢复具有促进作用，且两者联用具有协同功效，其治疗机制可能与刺激脊髓损伤下位中枢模式发生器神经元有关。有研究研制了一种多功能动物减重训练跑台，主要用于对不完全脊髓损伤大鼠进行减重跑台训练，减重支持装置用于改变动物后肢负重，康复机械手辅助动物后肢完成训练任务，记录运动轨迹用于定量评价运动功能。结果表明，该跑台既可对健康大鼠进行不同强度运动训练，又可为具有后肢运动功能障碍的不完全脊髓损伤大鼠提供减重支持，进行减重及其组合疗法的动物试验研究。