一种训练果蝇运动的方法
【专利摘要】本发明公开了一种训练果蝇运动的方法，包括步骤以下步骤：1)将果蝇随机分为轻龄安静组、老龄安静组和老龄运动组，将所述龄运动组的果蝇置于果蝇运动装置内进行运动训练；2)所述老龄运动组果蝇每周连续运动4～7天，每天运动2～4小时；3)分别检测所述三组果蝇的心脏功能指标。采用该训练方法以及该运动装置建立研究运动抗心脏功能增龄衰退模型的方法可行，能够较好地模拟运动干预对哺乳动物及人类心脏功能的影响，为进一步研究运动抗衰老提供了依据。
【专利说明】一种训练果蝇运动的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及心脏衰老研究领域，特别是指一种训练果蝇运动的方法。
【背景技术】
[0002]面对世界人口老年化趋势日益严重的现状，延缓衰老成为全世界都十分关注的课题。心脏是生命的核心器官，心脏泵功能的优劣是人体健康水平的重要标志。心泵功能的强弱是人体体能和运动能力的重要基础。运动能使心脏泵血功能，即心肌收缩性能和前负荷、后负荷及心率发生变化。长期运动会使心肌收缩力量增强、心壁厚度变化幅度加大、射血分数保持不变或轻度加大以达到最适宜的前负荷。这时的心脏表现为安静时每搏量增大、心率减慢从而降低心肌耗氧量，改善心脏功能。另外，长期运动使机体氧利用率提高、血液循环的效率提高，心率储备增加，使心脏表现出良好的泵血能力。因此，作为一种有效的抗衰老途径，运动抗衰老及其作用机制的研究具有十分诱人的前景。
[0003]由于诸多实验条件、运动效应不适于直接实施于人体本身，科研工作者往往需要借助某些实验动物，通过构建动物抗衰老模型来探究运动与衰老的机理。其中与人类亲缘相近的啮齿类动物(大鼠和小鼠)成为运动训练中最常用的实验对象。但是随着分子生物学的不断发展和衰老学研究领域的不断深入，啮齿类动物本身较长的生命周期和复杂的遗传背景使运动抗衰老分子机制的研究(如抗衰老基因)耗时较长而且效率偏低。近年，研究人员开始尝试引入新的实验动物进行更为有效的衰老分子机理的研究。
[0004]果蝇是唯一具有心脏的无脊椎动物，且心脏组织分化精细，是研究心脏遗传与发育基因调控的理想模式动物。由于果蝇具有寿命短、繁殖高、表型及突变体丰富、遗传背景清晰，转基因技术成熟，以果蝇为模型进行心脏衰老的研究有明显优势。近年研究表明，果蝇可作为研究更高种属心脏的非自律结构调节心脏节律、心肌收缩的模型，抗氧化酶Sod2突变果蝇心脏功能衰退与果蝇生命后期心脏功能表型相似。这些研究进展为果蝇作为研究脊椎动物乃至人类心脏衰老的模式动物提供了有力证据。虽然果蝇在遗传学相关科研领域发挥着极其重要的作用，但在运动训练领域尤其是心脏衰老研究领域一直鲜有相关报道。
[0005]而且，在其他领域现有的以果蝇为模式生物评价运动性能的方法存在以下不足:比如目前利用逆重力攀爬特性实施果蝇运动干预的方法，通常利用升降的平台装置进行自由落体运动，果蝇逆重力攀爬到容器顶部时，控制容器作自由落体运动，将果蝇震落至瓶底使果蝇再次逆重力从瓶底攀爬至瓶顶从而实现果蝇的定向运动，但震落时因惊吓使果蝇应激明显，且容易造成翅膀损伤而使实验条件难以控制，使其运动后的身体指标受到影响，最终影响到评估的准确性。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种训练果蝇运动的方法，以克服现有技术中存在的实验结果可信度低、评估准确性差的技术问题。
[0007]基于上述目的，本发明提供的一种训练果蝇运动的方法，包括步骤以下步骤:
[0008]I)将果蝇随机分为轻龄安静组、老龄安静组和老龄运动组，将所述龄运动组的果蝇置于果蝇运动装置内进行运动训练；
[0009]2)所述老龄运动组果蚬每周连续运动4?7天,每天运动1.5?3.5小时；
[0010]3)分别检测所述三组果蝇的心脏功能指标。
[0011]可选地，所述果蝇运动装置包括驱动机构、传动轴、大齿轮、若干个小齿轮、第一支承板和第二支承板，
[0012]所述驱动机构通过联轴器与传动轴相连，所述传动轴还与大齿轮的中轴连接，所述大齿轮周边分布有若干个与该大齿轮相互哨合的小齿轮；
[0013]所述第一支承板和第二支承板之间设置有若干个旋转管，所述第一支承板上开有若干个第一穿孔，所述旋转管的一端穿过所述第一穿孔，并固定连接至所述小齿轮；所述第二支承板上开有若干个第二穿孔，所述旋转管的另一端与第二穿孔活动连接；所述旋转管内有用于卧放试管的中空结构；
[0014]所述驱动机构用于通过所述联轴器和传动轴带动所述大齿轮转动，所述小齿轮随之转动，进而带动所述旋转管转动。
[0015]较佳地，所述第一支承板的第一穿孔上安装有第一轴承，所述第一穿孔通过第一轴承与旋转管活动连接；所述第二支承板的第二穿孔上安装有第二轴承，所述第二穿孔通过第二轴承与旋转管活动连接。
[0016]较佳地，所述装置还包括用于支承所述传动轴的支承座，所述支承座上设有卡环，所述传动轴套入卡环中，并通过第三轴承与所述卡环活动连接。
[0017]优选地，所述装置还包括支承定位座和定位销，所述第一支承板和第二支承板通过定位销分别固定在所述定位座上；拔下所述定位销后，所述第一支承板和第二支承板能够转动。
[0018]优选地，所述装置还包括定心座和定心销，所述第二支承板通过定心销固定于所述定心座上，第二支承板能够以定位座作为支撑，以定心销作为中心旋转。
[0019]可选地，所述旋转管的壁上开有用于放入和/或取出试管的缺口，所述缺口的对面开有若干条透光槽；所述缺口被若干个隔断隔开，相邻的隔断内各卧放有一个试管。
[0020]可选地，所述透明管状容器的转动频率是0.2?0.3转/秒。
[0021]可选地，所述老龄运动组果蝇每周连续运动5天，每天运动2.5小时。
[0022]可选地，步骤3)使用M-mode心动图检测所述三组果蝇的心脏功能指标，所述心脏功能指标包括心率、心动周期、舒张间期、收缩间期、心脏舒张直径、收缩直径、心脏缩短分数、心脏心律不齐指数、纤维性颤动。
[0023]从上面所述可以看出，采用本发明提供的训练方法以及本发明提供的运动装置，运动后的老龄果蝇心率减慢，心率储备增加，舒张间期增加，可使心脏充盈的时间增加，有利于心脏的泵血功能。运动后衰老心脏纤维性颤动的发生显著减少，表现长期运动对心脏功能的良好影响。该方法可以客服震落时因惊吓使果蝇应激明显，且容易造成翅膀损伤而使实验条件难以控制的技术问题，得到的实验结果可信度高、评估准确性高。因此，采用该训练方法以及该运动装置建立研究运动抗心脏功能增龄衰退模型的方法可行，能够较好地模拟运动干预对哺乳动物及人类心脏功能的影响，为进一步研究运动抗衰老提供了依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例果蝇运动的装置的结构示意图；
[0025]图2为本发明实施例果蝇运动的装置的齿轮连接以及旋转示意图；
[0026]图3为本发明实施例旋转管的缺口的结构示意图；
[0027]图4为本发明实施例旋转管的透光槽的结构示意图；
[0028]图5为本发明实施例旋转管的沿A-A方向的剖视图；
[0029]图6为本发明实施例果蝇心率检测结果；
[0030]图7为本发明实施例果蝇心动周期、舒张间期、收缩间期检测结果；
[0031]图8为本发明实施例果蝇心脏舒张直径、收缩直径检测结果；
[0032]图9为本发明实施例果蝇心脏缩短分数检测结果；
[0033]图10为本发明实施例果蝇心脏心律不齐指数、纤维性颤动检测结果。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0035]作为本发明的一个实施例，所述训练果蝇运动的方法包括以下步骤:
[0036]1.果蝇及分组
[0037]采用野生型W1118品系果蝇，扩大培养后收集12h内羽化雌性处女蝇300只，随机分为3组:2周龄安静对照组(轻龄安静组)、6周龄安静对照组(老龄安静组)、6周龄运动训练组(老龄运动组)，100只/组，20只/管，恒温25°C、湿度50%、12小时昼夜循环饲养。
[0038]需要说明的是，安静组是指不运动的果蝇组，运动组是指进行运动训练的果蝇组。
[0039]2.运动方案
[0040]运动组的果蝇于2天龄开始进行耐力运动训练，每天运动2.5小时，旋转管的频率为0.24转/秒(果蝇的运动速度为2.1厘米/秒)，每周运动5天，持续运动6周，即为6周龄运动训练组。
[0041]作为本发明的一个实施例，所述老龄运动组的运动时间也可以是5周、7周、8周等，每周连续运动的时间也可以为4.5天、5.5天、6天等，每天的运动时间可以为1.8小时、2小时、2.3小时、3小时、3.5小时等等。
[0042]作为本发明的一个实施例，果蝇运动装置的旋转管的频率可以为0.22转/秒、0.25转/秒、0.27转/秒、0.3转/秒等。
[0043]作为本发明的又一个实施例，可以将果蝇置于果蝇运动装置内进行运动训练。参见图1，其为本发明实施例果蝇运动装置的结构示意图。所述装置包括驱动机构1、联轴器2、传动轴3、大齿轮4、小齿轮5、第一支承板6和第二支承板7。其中，所述驱动机构I通过联轴器2与传动轴3相连，传动轴3进一步与大齿轮4的中轴连接，大齿轮4的周边分布有若干个与该大齿轮4相互哨合的小齿轮5。在本实施例中，一个大齿轮4的周边均勻地分布有八个小齿轮5，如图2所示。所述驱动机构I通过联轴器2和传动轴3带动大齿轮4转动，所述小齿轮5随之转动。作为本发明的一个实施例，所述驱动机构I可以为步进电机。
[0044]进一步地，所述第一支承板6和第二支承板7之间设置有若干个旋转管8，第一支承板6上开有若干个第一穿孔，旋转管8的一端穿过该第一穿孔，并固定连接至所述小齿轮5。优选地，所述第一支承板6的第一穿孔上安装有第一轴承9，所述第一穿孔通过该第一轴承9与旋转管8活动连接。同样地，所述第二支承板7上也开有若干个第二穿孔，所述旋转管8的另一端与该第二穿孔活动连接。优选地，所述第二支承板7的第二穿孔上安装有第二轴承10，所述第二穿孔通过该第二轴承10与旋转管8活动连接。因此，旋转管8的两端分别通过第一轴承9、第二轴承10与第一支承板6、第二支承板7活动连接，当小齿轮5随着大齿轮一起转动时，旋转管8也随着小齿轮5 —起转动。可选地，所述第一轴承9和/或第二轴承10可以为滚珠轴承。
[0045]所述大齿轮4和小齿轮5位于第一支承板6的外侧，小齿轮5与旋转管8的一个顶端通过螺母11固定连接。即第一支承板6和大齿轮4位于旋转管8的同一个端部，第二支承板7位于旋转管8的另一个端部。
[0046]在本实施例中,八个小齿轮5对应有八根旋转管8,第一支承板6板上有八个第一穿孔，第二支承板7板上有八个第二穿孔。作为本发明的优选实施例，所述若干个旋转管8相互平行。
[0047]所述旋转管8的正上方设置有光源15。该光源15可以是日光灯。在本实施中，所述旋转管8的正上方安装有日光灯15，该日光灯15与旋转管8平行，以使旋转管能获得相同的光照。随着旋转管8的转动，日光灯15是固定不动的，每个旋转管8都能从日光灯15的正下方经过。
[0048]需要说明的是，所述旋转管8内有中空结构，用以容纳卧放的试管18。优选地，所述试管18在旋转管8内均匀分布。在本实施中，所述旋转管8内卧放有5个试管18，且在光源15的正下方均匀分布。试管18内放入果蝇，试管18被分布卧放在旋转管8内并被固定，能够随着旋转管8的转动而转动。根据果蝇的趋光性，旋转管8的正上方设置有光源15，利用果蝇的趋光性朝着有光亮的方向运动。
[0049]当旋转管8旋转时，因负趋地性、趋光性，果蝇会沿着试管18的管壁向上运动。在横卧放置的试管18中，过试管18的垂直中心线一侧的果蝇会顺着旋转方向沿试管壁向上运动，当运动过试管壁顶部后，这部分果蝇会因负趋地性、趋光性而调头逆着旋转方向向上运动；过试管18垂直中心线另一侧的果蝇会逆着旋转方向沿试管壁向上运动，运动慢的会被带到另一侧调头运动；这样可以达到果蝇不停运动的目的。因此，本发明利用果蝇运动的趋光性、负趋地性和视动反应等内在天生特性，通过控制旋转管8的转动带动卧放在内的试管18转动，放置在试管18内的果蝇可以沿管壁一直做循环的爬动，无需重新调整，与现有技术通过控制容器的上下运动的方式相比，避免了果蝇爬到顶端后不得不将果蝇震落，导致果蝇受到惊吓，且容易造成翅膀损伤而使实验条件难以控制的问题。
[0050]所述试管18的管口处塞有试管塞21，如图1所示。所述试管18的外壁上还设置有固定件22，用于将试管18固定于旋转管8内，防止其在旋转时掉出或者晃动。可选地，所述固定件22可以为透明的胶带。优选地，所述固定件22的固定位置与试管塞21位于同一条垂直线上，避免固定件22遮挡光源15。图1中显示了固定件22与试管塞21的安装关系，固定件22正好位于与试管塞21对应的试管外壁上。
[0051]如图3所示，所述旋转管8的壁上开有用于放入和/或取出试管18的缺口 24。优选地，所述缺口 24开于旋转管8的一个侧面上，缺口 24的对面开有若干条透光槽25，参见图4。在本实施例中，所述缺口 24为半圆型，如图5所示，在该缺口 24的对面均匀的开有若干条透光槽25。所述透光槽25最好沿着旋转管8的轴向开设。
[0052]较佳地，所述缺口 24被若干个隔断23隔开，以保证旋转管8具有良好的强度。所述隔断23最好是均匀地分布在旋转管8上，相邻的隔断23内各卧放有一个试管18。
[0053]进一步地，所述试管18的管壁上设置有与轴向平行的黑白相间的条纹，白色部分可透光，黑色部分不透光，用于在转动时形成光栅，诱发果蝇产生视动反应而产生逆旋转方向的攀爬运动。安装试管18时，试管18上的白条纹与旋转管8上的透光槽25是对应的，使光能够透过旋转管8和试管18。
[0054]更为优选地，所述旋转管8内还设置有用于固定试管18的弹力装置。试管18放入旋转管8内后，弹力装置能够将试管8卡住，防止试管18从旋转管壁的缺口 24掉出，并能够固定住试管18，使其能够随旋转管8的转动而转动。
[0055]继续参见图1，所述装置还包括用于支承所述传动轴3的支承座12,所述支承座12上设有卡环13，所述传动轴3套入卡环13中，并通过第三轴承14与所述卡环13活动连接。因此，传动轴3能够在支承座12内自如地转动，同时又能被支承座12支承，保证整个装置运行时的可靠性。
[0056]作为本发明的一个实施例，所述装置还包括支承定位座16和定位销17，所述第一支承板6和第二支承板7通过定位销17分别固定在所述定位座16上。拔下所述定位销17后，所述第一支承板6和第二支承板7能够转动。当驱动机构I带动旋转管8转动时，第一支承板6和第二支承板7固定不动。当放置或者需要取下旋转管8内的试管18时，拔下定位销17，第一支承板6和第二支承板7就能够转动，方便每个旋转管8随之转动到合适的位置，放置或者取下试管18。
[0057]作为本发明的另一个实施例，所述装置还包括定心座20和定心销19，所述第二支承板7通过定心销19固定于所述定心座20上。所述定心销19与大齿轮4的中轴位于同一水平线上，定心销19相当于轴的作用，当拔下定位销17时，第二支承板7能够以定位座20作为支撑，以定心销19作为中心旋转。
[0058]该装置可以用于利用果蝇的趋光性、负趋地性和视动反应等内在天生特性，实现不同运动强度、运动时间果蝇的大规模可控运动干预研究。为不同基因型、不同表型、不同身体状况(疾病模型或衰老模型)果蝇的运动干预效果及分子机理的研究提供运动器械支持。通过驱动机构带动齿轮转动，进而带动旋转管转动，使得旋转管内的试管随之转动，果蝇能够在试管内做负趋地性爬行。根据果蝇的趋光性，旋转管的正上方设置有光源。试管的管壁上设置有与轴向平行的黑白相间的条纹，白色部分可透光，黑色部分不透光，用于在转动时形成光栅，诱发果蝇产生视动反应而产生逆旋转方向的攀爬运动。这三种特性可以进行整合作为驱使果蝇进行运动的驱动力，本发明提供的装置实现了果蝇大规模可控运动，避免了现有运动旋转装置需要器械做自由落体运动将果蝇震落而产生的应激和翅膀的损伤对实验结果产生的影响，使果蝇在自然状态下进行可控的定向攀爬运动。
[0059]3.果蝇心脏功能的检测
[0060]运动训练结束后次日，利用M-mode心动图检测心脏功能的变化:将果蝇置于麻醉瓶(内含三酰胺麻醉剂，FlyNapTM)麻醉5min，在一个直径为2cm透明培养皿底部均匀涂上薄层凡士林，用镊子将麻醉果蝇腹部朝上，使其背部和翅膀粘于凡士林上，倒入氧化的果蝇人工血淋巴(人工血淋巴:果蝇血淋巴配剂、蔗糖、海藻糖按照8:1:1的比例制成，4°C保存)，在体视-冷光源显微镜下，去除果蝇头部、腹侧胸腔和腹部表皮，用微细玻璃管吸去内脏及脂肪组织，暴露心管，采用EM-CXD高速摄像机(日本HAMAMATS公司)镜下拍摄果蝇心脏跳动显微影像，拍摄时长为20秒，频率为130帧/秒，利用HC-1mage软件记录并处理视频数据，采用半自动光学心动分析软件(Sem1-automatic Optical Heartbeat Analysissoftware, SOHA,由美国伯纳姆医学研究所神经学和衰老中心Karen Ocorr和Rolf Bodmer教授惠赠)量化分析果蝇运动后第35天龄心管收缩时间、收缩直径、舒张直径、射血分数、舒张功能不全指数和心率失常指数，平均收缩速度=(舒张直径-收缩直径)/收缩时间。
[0061]4.检测结果
[0062]4.1衰老没有改变果蝇心率的大小，运动可使老龄果蝇心率显著减小，体现出运动产生的心率储备(见图6)。
[0063]4.2衰老可使果蝇收缩间期增加，没有改变心动周期、舒张间期的持续时间，运动可增加老龄果蝇心动周期、舒张间期，没有改变老龄果蝇收缩间期的持续时间(见图7)，运动后老龄果蝇舒张间期增加，可使心脏充盈的时间增加，有利于心脏的泵血功能。
[0064]4.3衰老可减少果蝇心脏缩短分数，使心脏收缩时的射血功能减弱。运动虽可增加老龄果蝇心脏舒张直径、收缩直径，但没有改变老龄果蝇心脏缩短分数(见图8、9)，没有增加心脏收缩时的射血功能。
[0065]4.4衰老可增加果蝇心脏心律不齐指数，但运动没有改变衰老心脏的心律不齐指数。衰老可显著增加心脏纤维性颤动的发生，运动可使衰老心脏纤维性颤动的发生显著降低(见图10)。
[0066]实验结果表明，采用本发明提供的训练方法以及本发明提供的运动装置，运动后的老龄果蝇心率减慢，心率储备增加，舒张间期增加，可使心脏充盈的时间增加，有利于心脏的泵血功能。运动后衰老心脏纤维性颤动的发生显著减少，表现长期运动对心脏功能的良好影响。该方法可以客服震落时因惊吓使果蝇应激明显，且容易造成翅膀损伤而使实验条件难以控制的技术问题，得到的实验结果可信度高、评估准确性高。
[0067]因此，采用该训练方法以及该运动装置建立研究运动抗心脏功能增龄衰退模型的方法可行，能够较好地模拟运动干预对哺乳动物及人类心脏功能的影响，为进一步研究运动抗衰老提供了依据。
[0068]所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种训练果蝇运动的方法，其特征在于，包括步骤以下步骤: 1)将果蝇随机分为轻龄安静组、老龄安静组和老龄运动组，将所述龄运动组的果蝇置于果蝇运动装置内进行运动训练； 2)所述老龄运动组果蝇每周连续运动4?7天,每天运动1.5?3.5小时； 3)分别检测所述三组果蝇的心脏功能指标。
2.根据权利要求1所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述果蝇运动装置包括驱动机构、传动轴、大齿轮、若干个小齿轮、第一支承板和第二支承板， 所述驱动机构通过联轴器与传动轴相连，所述传动轴还与大齿轮的中轴连接，所述大齿轮周边分布有若干个与该大齿轮相互哨合的小齿轮； 所述第一支承板和第二支承板之间设置有若干个旋转管，所述第一支承板上开有若干个第一穿孔，所述旋转管的一端穿过所述第一穿孔，并固定连接至所述小齿轮；所述第二支承板上开有若干个第二穿孔，所述旋转管的另一端与第二穿孔活动连接；所述旋转管内有用于卧放试管的中空结构； 所述驱动机构用于通过所述联轴器和传动轴带动所述大齿轮转动，所述小齿轮随之转动，进而带动所述旋转管转动。
3.根据权利要求2所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述第一支承板的第一穿孔上安装有第一轴承，所述第一穿孔通过第一轴承与旋转管活动连接；所述第二支承板的第二穿孔上安装有第二轴承，所述第二穿孔通过第二轴承与旋转管活动连接。
4.根据权利要求2所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述装置还包括用于支承所述传动轴的支承座，所述支承座上设有卡环，所述传动轴套入卡环中，并通过第三轴承与所述卡环活动连接。
5.根据权利要求2所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述装置还包括支承定位座和定位销，所述第一支承板和第二支承板通过定位销分别固定在所述定位座上；拔下所述定位销后，所述第一支承板和第二支承板能够转动。
6.根据权利要求2所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述装置还包括定心座和定心销,所述第二支承板通过定心销固定于所述定心座上,第二支承板能够以定位座作为支撑，以定心销作为中心旋转。
7.根据权利要求2所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述旋转管的壁上开有用于放入和/或取出试管的缺口，所述缺口的对面开有若干条透光槽；所述缺口被若干个隔断隔开，相邻的隔断内各卧放有一个试管。
8.根据权利要求1所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述透明管状容器的转动频率是0.2?0.3转/秒。
9.根据权利要求1所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，所述老龄运动组果蝇每周连续运动5天，每天运动2.5小时。
10.根据权利要求1所述的训练果蝇运动的方法，其特征在于，步骤3)使用M-mode心动图检测所述三组果蝇的心脏功能指标，所述心脏功能指标包括心率、心动周期、舒张间期、收缩间期、心脏舒张直径、收缩直径、心脏缩短分数、心脏心律不齐指数、纤维性颤动。
【文档编号】A01K67/033GK104322462SQ201410673659
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】郑澜, 夏晓璇, 陈珏君 申请人:湖南师范大学