滾輪跑步機實驗 (Rotarod test)

耐美知識
發表於 2018年3月9日 14:23*
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健康醫療分類:自然療法、中醫、西醫、傳統偏方、急救、保健營養、食品加工、食品衛生與安全

滾輪跑步機實驗(rotarod test)是將小鼠或大鼠放在一定高度的滾輪桿上,以強迫跑步的方式,來評估它們的運動能力(motor coordination),耐力(endurance) 及肌肉力量(muscular strength)的實驗方法之一。最早是於1957年,由N. W. Dunham及T. S. Miya所發表的一種實驗方法,用來檢測大小鼠神經功能缺陷。正常小鼠可於轉動的滾輪上維持數分鐘,而有神經功能缺陷或運動能力受損的小鼠,則很快的掉落下來,以此來判別小鼠的運動協調能力或平衡感。滾輪跑步機經過多年來不斷的改良,目前已全面自動化,亦具有定速或加速模式等功能,並可紀錄實驗動物在滾輪上跑步時間及轉速,常見的跑步機型通常一次最多可同時放5隻小鼠。

滾輪跑步機實驗可應用於腦部或神經損傷、運動協調性、抗疲勞、神經退化性疾病及藥物效果評估等方面,尤其對於小腦受損所造成的運動障礙評估是更加敏感。一般而言,滾輪跑步機的運動表現,最主要是受到運動協調能力和心肺耐力所影響,但有文獻報導,若將原本常見的滾輪跑步機實驗條件改變,以直徑較粗(約9 cm)的旋轉桿,配合較低轉速約10 rpm,每天進行5次試驗,連續進行4天,則可用來評估小鼠運動方面的學習能力。

實驗注意事項:
  1. 通常於行為實驗前幾天,實驗操作人員應每天抓取小鼠一次,置於手掌上數分鐘,觀察小鼠作出放鬆行為(如理毛),以利其適應抓取過程,降低被抓取的壓力。
  2. 至少於實驗進行30分鐘前,將小鼠與其鼠籠,移至行為室,讓小鼠適應行為室內環境。
  3. 給予適合小鼠溫濕度的環境(溫度約為18-28度之間,濕度則為30-70%之間)。
  4. 行為室內要保持安靜,避免噪音或突然的聲響。
實驗步驟(機器設定方式,依各廠牌機型為準):
  1. 設定滾輪跑步機各種參數,如定速、加速或變速
  2. 訓練流程

初次實驗前的訓練

(1)第一批小鼠放至滾輪跑步機上,靜置數分鐘(視實驗所需,自行設定) (2)以70%酒精清潔機器,去除糞便、尿液及氣味 (3)每批小鼠重複上述(1)、(2)步驟,直至所有小鼠都進行過此兩步驟 (4)確保小鼠至少休息10分鐘以上,再進行步驟(5) (5)第一批小鼠放至滾輪跑步機上,固定轉速4 rpm,跑1分鐘 (6)以70%酒精清潔機器,去除小鼠糞便、尿液及氣味 (7)每批小鼠重複上述(5)、(6)步驟,直至所有小鼠都訓練完畢 (8)確保小鼠 休息至少10分鐘後,再開始正式實驗

每日第一回合之前的訓練

(1)小鼠放至滾輪跑步機上,固定轉速4 rpm,跑1分鐘 (2)以70%酒精清潔機器,去除糞便、尿液及氣味 (3)每隻小鼠皆重複上述(1)、(2)步驟,並至少休息10分鐘以上

  1. 正式實驗流程:

(1)滾輪跑步機設定好參數後,以4 rpm開始旋轉 (2)第一批小鼠放上滾輪跑步機 (3)按下開始鍵,跑步機速度於5分鐘內,由4 rpm加速至30 rpm,接著定速於30 rpm,再跑5分鐘 (4)記錄每隻小鼠從滾輪上掉落的時間 (5)10分鐘跑步時間結束後,將小鼠放回鼠籠,休息至少10分鐘以上 (6)以70%酒精清潔機器,去除糞便、尿液及氣味 (7)下一批小鼠重複上述(1)-(6)步驟,直至所有小鼠都跑完一次,稱為一回合(trial) (8)每隻小鼠一天跑3回合,連續進行2天 (9)統整每隻小鼠於滾輪上跑步的平均時間,進行統計分析

滾輪跑步機實驗,小鼠需先加以訓練後,才可開始正式實驗。各種參數的設定,如選擇定速或加速,加速的快慢或範圍,跑步時間的長短,每日實驗次數,連續實驗天數,這些實驗設計,對小鼠來說,都是不同的運動強度,故可依實驗所需,自行設計。小鼠於滾輪跑步機一開始計時的10秒內掉落,則須將小鼠抓回輪桿上,繼續進行實驗。每隻小鼠兩次跑步至少需相隔10分鐘以上,讓小鼠有充分的休息。實驗統計分析中,若於滾輪上跑步的時間越長,代表其運動表現較佳。

參考資料:

  1. Deacon, RM. Measuring Motor Coordination in Mice. J Vis Exp. 2013;(75), e2609.
  2. Dunham MS, Miya TA. A note on a simple apparatus for detecting neurological deficit in rats and mice. JAm Pharm Assoc Sci Ed.1957;46:208–209.
  3. Osmon KJ, Vyas M, Woodley E, Thompson P, Walia JS. Battery of Behavioral Tests Assessing General Locomotion, Muscular Strength, and Coordination in Mice. J. Vis. Exp. 2018;(131), e55491.
  4. Shiotsuki H, Yoshimi K, Shimo Y, Funayama M, Takamatsu Y, Ikeda K, Takahashi R, Kitazawa S, Hattori N. A rotarod test for evaluation of motor skill learning. J Neurosci Methods. 2010;189(2):180-185.

關鍵字:rotarod test, behavioral test, motor coordination, 滾輪跑步機, 運動能力, 行為測試, 小鼠


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