Вправа під час розвантаження задніх кінцівок захищає від погіршення мікроархітектури трабекулярної кістки у молодих щурів, що ростуть

Анотація

Тривимірну трабекулярну архітектуру стегна досліджували у підвішених на хвості молодих вирощуючих щурів, а також вивчали наслідки вправ під час стрибків у період підвішування хвоста. Вісім тижнів самців щурів Wistar (n = 24) були випадковим чином розподілені до трьох груп, що відповідали вазі тіла: підвішена хвостова група (SUS, n = 8); сидяча контрольна група (CON, n = 8) та щури, прогрунтовані вправою стрибка протягом періоду підвішування хвоста (JUM, n = 8). Протокол вправи на стрибки складався з 30 стрибків на день, п’ять днів на тиждень із висотою стрибка 40 см. Після 3 тижнів вправ на стрибки вимірювали мінеральну щільність кісткової тканини (МЩКТ) всієї правої стегнової кістки за допомогою подвійної енергетичної рентгенівської абсорбціометрії. Тривимірну архітектуру трабекулярної кістки при дистальному метафізі стегнової кістки оцінювали за допомогою мікрокомп’ютерної томографії (мікро-КТ). Підвіска хвоста спричинила зниження МЩКТ стегнової кістки (-5%, с

Вступ

Доведено, що тривалий вплив мікрогравітаційного середовища згубно впливає на кісткову систему людини. Дані радянських/російських космічних кораблів "Мір" та Міжнародної космічної станції вказують на те, що мінеральна щільність кісткової тканини (aBMD) втрачалася із середньомісячною нормою 1,06% у хребті та 1,0 - 1,6% у стегні (LeBlanc et al. 2000). Інші дослідження показали подібний шкідливий вплив на кістки під час тривалого постільного режиму (Armbrecht et al. 2011) та після пошкодження спинного мозку (Modlesky et al. 2004).

Загальний консенсус серед фізіологів фізичних вправ полягав у тому, що фізичні вправи необхідні як протидія для підтримання здоров'я кісток у екіпажів під час і після космічних польотів, а також у пацієнтів із невживаним остеопорозом (Rittweger et al. 2005; Shackelford et al. 2004). На додаток до фізичних вправ, різні інші методи, такі як електростимуляція, навантажувальні костюми, фармакологічна терапія та штучна гравітація, вважають, що полегшують негативний вплив мікрогравітації на кісткову систему (Rubin et al. 2002). Аеробні вправи використовувались як стратегія протидії екіпажам у космічних польотах ще з часів Skylab. Однак цей контрзахід мало що зробив для запобігання втраті кісткової маси, пов'язаної з космічним польотом (LeBlanc et al. 2000). Здається, стрибкові вправи сприяють формуванню кісток, що перевершує аеробні вправи, такі як біг як у людей, так і у тварин (Judex та Zernicke 2000; Umemura et al. 1997). Добре встановлено, що пікові навантаження та швидкість навантаження є більш важливими факторами, ніж кількість повторень при підтримці мінеральної щільності кісток (Rubin and Lanyon 1985). Отже, стрибкові вправи можуть забезпечити більший захист від втрати кісткової маси, ніж аеробні вправи.

Методи

Догляд за тваринами

Підвіска хвоста

Протокол вправ

Деталі протоколу вправ зі стрибками вже були описані раніше (Ju et al. 2012; Ju et al. 2008). Щурів у групах вправ для стрибків окремо клали на дно спеціального дерев'яного ящика, оточеного дошками, після зняття з апарату підвісу хвоста. Спочатку щурів змушували за допомогою електричного стимулу стрибати і хапатися за верхню частину дошки передніми кінцівками і підніматися по дошці. Потім щура повернули на підлогу клітини, щоб повторити процедуру. Коли щури звикли до вправи на стрибки, електричний стимул застосовувався через кілька днів вправ. Програма вправ на стрибки складалася з 30 стрибків на день, п’ять днів на тиждень протягом трьох тижнів. Початкова висота коробки становила 15 см, і її поступово збільшували до 40 см протягом першого тижня. Протокол тридцяти стрибків вимагав приблизно однієї хвилини для завершення. Кожна сесія вправ на стрибки виконувалась у темний період, в один і той же час кожного дня. Щурів у групі SUS виводили із стану підвіски хвоста (на одну хвилину), поки щури групи JUM виконували вправи. Щоб уникнути тривалого гравітаційного середовища, щурів групи JUM та SUS негайно повертали у стан підвіски хвоста в кінці сеансу вправ стрибка.

Вимірювання мінеральної щільності кісток (МПК)

МЩКТ стегнової кістки вимірювали за допомогою рентгенівської абсорбціометрії з подвійною енергією, використовуючи пристрій QDR-2000 (Hologic, Waltham, MA, USA) в режимі сканування дрібних тварин з надвисокою роздільною здатністю, починаючи з дистального кінця стегнової кістки, як повідомлялося раніше (Joo та ін., 2003). Коротко кажучи, прилад був встановлений в режим надвисокої роздільної здатності з міжрядковим інтервалом 0,254 мм, точковою роздільною здатністю 0,127 мм та діаметром коліматора 0,9 мм. Вирізані стегнові кістки поміщали в лежаче положення на столі і сканували, занурюючи в сольовий розчин.

Мікро-КТ сканування

Обсяги, що цікавлять стегнову кістку (сагітальний відділ дистального метафізу стегнової кістки).