儀器介紹

轉(zhuǎn)棒儀本質(zhì)上是一種簡(jiǎn)單的設(shè)備，設(shè)計(jì)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)水平旋轉(zhuǎn)桿。該測(cè)試的商業(yè)化導(dǎo)致了一種更復(fù)雜的設(shè)備的逐步演變。該設(shè)備以電子方式運(yùn)行，并且可以很容易地編程，以提供更為定制的數(shù)據(jù)收集方法，甚至可以提供**、質(zhì)量可靠、符合GLP的數(shù)據(jù)記錄，以滿足**開(kāi)發(fā)中的法規(guī)遵從性。使用該設(shè)備的較新版本，旋轉(zhuǎn)桿可以在預(yù)先編程的時(shí)間段內(nèi)以任意數(shù)量的不同速度運(yùn)行，從而可以在同一試驗(yàn)中完成分步測(cè)試。同樣地，該裝置可以被編程為在不同的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)以不同的加速度加速，并且甚至可以在需要時(shí)反向運(yùn)行橫桿。因此，有許多選項(xiàng)來(lái)修改測(cè)試方案，以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)的具體要求。然而，就大多數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩裕ㄋ俸图铀侔姹颈粡V泛使用，可以認(rèn)為是廣泛的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖I(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的需求。

儀器主要包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)桿，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)桿的長(zhǎng)度和直徑取決于要測(cè)試的嚙齒動(dòng)物種類(lèi)。以小鼠為例，轉(zhuǎn)棒儀器的尺寸：旋轉(zhuǎn)桿直徑約為3 cm，商業(yè)設(shè)備中的桿通常由有機(jī)玻璃或其他硬質(zhì)塑料制成，旋轉(zhuǎn)桿表面沿縱軸形成一系列平行的水平凹槽，使小鼠能夠有效地抓住它。凹槽的深度是一個(gè)至關(guān)重要的細(xì)節(jié)，如果小鼠不能實(shí)現(xiàn)良好的抓握力，測(cè)試將會(huì)非常困難；另一方面，如果抓握力太好了，小鼠會(huì)被動(dòng)地抓住桿跟隨其旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)桿通常支撐在儀器底座上方30 ～50 cm，如果設(shè)置的高度太低，容易導(dǎo)致動(dòng)物不進(jìn)行任務(wù)，而傾向于從桿上跳下來(lái)。在儀器的底部放置一個(gè)柔軟的軟墊，給跌落下來(lái)的小鼠作為緩沖。正常情況下，這種儀器墜落并不會(huì)對(duì)動(dòng)物造成任何傷害。可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)測(cè)試容量，商業(yè)設(shè)備通常包括多個(gè)通道（一般設(shè)置6個(gè)通道），可以并行測(cè)試相應(yīng)數(shù)量的動(dòng)物。有些商業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)為每個(gè)通道可以獨(dú)立開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。通道由塑料隔板或者法蘭（圓形的部件）隔開(kāi)，法蘭的直徑為20～30 cm。通道的寬度約為6 cm，但如果未成年小鼠傾向于在桿上轉(zhuǎn)身，可能需要調(diào)整得更小。一般商業(yè)設(shè)備的轉(zhuǎn)速范圍為0-100 rpm/min（一般實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)速度范圍為4～40 rpm），精度為0.1 rpm/min。實(shí)驗(yàn)時(shí)間可分段， 每段可以設(shè)置不同的時(shí)間、速度、加速度，可靈活設(shè)置勻加速、勻減速實(shí)驗(yàn)。

設(shè)備包括定時(shí)裝置，它在電機(jī)打開(kāi)時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，每個(gè)通道下鋪設(shè)有紅外旋轉(zhuǎn)桿，旋轉(zhuǎn)桿中斷時(shí)，代表動(dòng)物跌落，計(jì)時(shí)停止，用于測(cè)量從旋轉(zhuǎn)桿上跌落的潛伏期。潛伏期數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，并記錄動(dòng)物落棒的原因（例如跌落、跳躍）。儀器也可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每組的均值、標(biāo)準(zhǔn)差，方便查看結(jié)果。大鼠的關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)可設(shè)置為：旋轉(zhuǎn)桿直徑7～8 cm，距離地面50 cm，通道寬10cm。

圖1：大鼠轉(zhuǎn)棒儀裝置的正視圖和側(cè)視圖。所有尺寸均為厘米。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇

轉(zhuǎn)棒疲勞儀適用于嚙齒類(lèi)動(dòng)物，更通常用于評(píng)估小鼠的運(yùn)動(dòng)能力。越來(lái)越多的研究人員正在使用轉(zhuǎn)基因（Tg）小鼠**模型作為探測(cè)**過(guò)程的生化，細(xì)胞和行為方面的工具，并篩選新的**方法。因此，對(duì)Tg模型的背景品系的選擇對(duì)于對(duì)這些動(dòng)物的**狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的多因素評(píng)估至關(guān)重要。為了確定運(yùn)動(dòng)測(cè)試中表現(xiàn)的品系差異，以評(píng)估它們?cè)陬A(yù)期運(yùn)動(dòng)參數(shù)發(fā)生變化的**中作為基因修飾小鼠的背景品系的適用性，并確定小鼠表現(xiàn)是否隨時(shí)間以品系特異性方式變化（這可能成為長(zhǎng)期重復(fù)測(cè)試研究的混雜變量），有研究使用了六種近交小鼠品系進(jìn)行測(cè)試，使用的品系包括129S2 / SvHsd，BALB / cOlaHsd，C3H / HeHNsd，C57BL / 6J，CBA / CaOlaHsd，DBA / 2OlaHsd。結(jié)果表明，在旨在量化小鼠運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性的行為任務(wù)中存在相當(dāng)大的品系差異，而且，品系特定的表現(xiàn)變化可以隨著重復(fù)測(cè)試而變化。DBA/2在定速旋轉(zhuǎn)任務(wù)上的表現(xiàn)明顯差于使用的其他小鼠品系的表現(xiàn)，并且有點(diǎn)令人驚訝的是，表現(xiàn)的損害發(fā)生在相對(duì)較低的速度（7～23 rpm）下，而不是在更高的速度下。

有趣的是，CBA/Ca的表現(xiàn)隨時(shí)間變化*明顯，在第8周表現(xiàn)似乎比其他幾周更具彈性。定速旋轉(zhuǎn)任務(wù)比更常用的加速旋轉(zhuǎn)任務(wù)對(duì)小鼠的運(yùn)動(dòng)變化更敏感，后者未能確定品系或重復(fù)試驗(yàn)的顯著主要影響。另外，與以往研究一致，C57BL / 6J和CBA / Ca小鼠品系在加速旋轉(zhuǎn)任務(wù)上表現(xiàn)良好，而DBA小鼠表現(xiàn)不佳，這表明加速旋轉(zhuǎn)是評(píng)估運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的可靠方法。特別令人感興趣的是發(fā)現(xiàn)，隨著重復(fù)測(cè)試，表現(xiàn)存在品系特定的變化。使用的6種小鼠品系中有5種的表現(xiàn)隨著時(shí)間的推移保持穩(wěn)定。然而，DBA / 2小鼠了解到從桿上掉下來(lái)會(huì)產(chǎn)生有益的后果（返回飼養(yǎng)籠），因此沒(méi)有動(dòng)力留在設(shè)備上。這種行為適應(yīng)導(dǎo)致了這種特定小鼠品系的較大誤差，并導(dǎo)致整體的顯著影響。我們建議，如果要將Tg小鼠用于行為測(cè)試，則必須非常小心地選擇維持Tg小鼠系的潛在背景品系。129S2/Sv品系和DBA/2品系作為純品系不適合進(jìn)行行為測(cè)試，這是因?yàn)榍罢咂废档睦淠再|(zhì)和后者的性能可變性。

也有研究者研究了一些近交系，以確定轉(zhuǎn)棒測(cè)試的任務(wù)表現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)是否存在遺傳變異。在改進(jìn)的加速版本的轉(zhuǎn)棒模型中，小鼠每天接受三次試驗(yàn)，持續(xù)三天，并記錄每天的轉(zhuǎn)棒表現(xiàn)。測(cè)試了雄性和雌性129S1/SvlmJ、A/J、BALB/cByJ、C3H/HeJ、C57BL/6J、CBA/J、DBA/2J和FVB/NJ小鼠。在運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)方面觀察到了品系和性別差異。一些品系通常表現(xiàn)更好（如C57BL/6J和CBA/J），而其他品系表現(xiàn)較差（如A/J）。129S1/SvImJ與其他亞系相比為中等表現(xiàn)，其中129S6/SvEvTac表現(xiàn)*好，129P1/ReJ表現(xiàn)*差。不同品系的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力也有所不同，因?yàn)橐恍┢废翟谌靸?nèi)表現(xiàn)出任務(wù)表現(xiàn)提高，而其他品系則沒(méi)有，如DBA/2J、A/J在連續(xù)訓(xùn)練中沒(méi)有表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)技能的學(xué)習(xí)能力。

這些研究綜合表明，背景品系的選擇是轉(zhuǎn)基因小鼠**模型中運(yùn)動(dòng)缺陷重復(fù)行為評(píng)估的關(guān)鍵考慮因素。

實(shí)驗(yàn)程序

轉(zhuǎn)棒測(cè)試通過(guò)評(píng)估動(dòng)物保持在旋轉(zhuǎn)桿上的能力，比較對(duì)照組與**模型/干預(yù)組嚙齒動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。轉(zhuǎn)棒任務(wù)可以使用多個(gè)版本的方案，主要是轉(zhuǎn)速、加速度和測(cè)試時(shí)間等參數(shù)有所不同。

1.實(shí)驗(yàn)材料：

1)適當(dāng)?shù)男∈笃废岛惋曫B(yǎng)環(huán)境。

2)70%乙醇噴霧和吸水性紙巾用于清潔儀器。

3)轉(zhuǎn)棒疲勞儀。

2.設(shè)備運(yùn)行準(zhǔn)備：

1)設(shè)置旋轉(zhuǎn)桿的速度，在現(xiàn)代商業(yè)儀器上，這是一個(gè)可編程的參數(shù)。

2)檢測(cè)紅外光束是否靈敏度正常。

3.訓(xùn)練動(dòng)物：

動(dòng)物應(yīng)適應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以盡量減少可能導(dǎo)致它們無(wú)意中從桿上掉下來(lái)的焦慮和探索行為。

1)對(duì)于運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力的測(cè)試，不需要采集訓(xùn)練時(shí)的數(shù)據(jù)。

2)先設(shè)置一個(gè)較慢的轉(zhuǎn)棒速度，通常為4 rpm，將小鼠放置在旋轉(zhuǎn)桿上，這樣運(yùn)行1 min。對(duì)于正常小鼠，將桿的速度提高到10 rpm，運(yùn)行2 min，當(dāng)在這個(gè)速度下成功時(shí)，進(jìn)一步增加速度到30 rpm，并讓小鼠再保持3 min。在這一階段完成后，根據(jù)使用的小鼠品系，應(yīng)該給予小鼠15分鐘的休息或允許繼續(xù)訓(xùn)練。附帶條件是，如果訓(xùn)練過(guò)程中它們從桿上掉下來(lái)，應(yīng)該將其放回到它們的飼養(yǎng)籠里進(jìn)行15分鐘的恢復(fù)。

3)完成上述訓(xùn)練后，允許小鼠繼續(xù)訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)棒測(cè)試的試驗(yàn)。將它們放置在儀器上，并允許它們按照測(cè)試程序進(jìn)行試驗(yàn)（見(jiàn)下文），直到它們達(dá)到穩(wěn)定的表現(xiàn)水平。

4)對(duì)于加速版本轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)，小鼠放置在旋轉(zhuǎn)桿上，桿加速到預(yù)設(shè)的終點(diǎn)，通常初始速度為 4 rpm，加速度為 20 rpm/min，直到達(dá)到*大速度40 rpm。對(duì)于固定速度的方案，應(yīng)該訓(xùn)練小鼠在每個(gè)速度下達(dá)到*佳表現(xiàn)。

5)在訓(xùn)練結(jié)束后，至少等待24小時(shí)再進(jìn)行正式試驗(yàn)。

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