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Tapis roulant del metabolismo energetico animale

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Basato su un design sigillato, il tapis roulant metabolico monitora il consumo di ossigeno, la produzione di anidride carbonica e il tasso metabolico respiratorio durante l'esercizio.

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1. Panoramica dei principi

Il treadmill per il metabolismo energetico animale, sviluppato da Tow-Int Technology, è un dispositivo specializzato per la misurazione del metabolismo respiratorio negli animali. Caratterizzato da un design sigillato, monitora il consumo di ossigeno (VO₂), la produzione di anidride carbonica (VCO₂) e il tasso metabolico respiratorio durante l'esercizio. Questo tapis roulant è essenziale per la ricerca sulla resistenza animale, sulle lesioni indotte dall'esercizio fisico, sulla nutrizione sportiva, sulla farmacologia, sulla fisiologia dell'esercizio e sulla patologia. Ampiamente utilizzato negli studi biomedici, valuta la capacità di esercizio, studia l'impatto fisiologico dell'esercizio ed esplora i meccanismi delle malattie correlate all'esercizio. La sua capacità di simulare i modelli di movimento naturali lo rende un prezioso strumento sperimentale.

Per motivare gli animali e regolare la loro velocità, il tapis roulant è dotato di dispositivi di stimolazione nella parte posteriore, tra cui elettrodi per lievi scosse elettriche, meccanismi uditivi, lampadine e sistemi a getto d'aria. Ogni corsia funziona in modo indipendente per fornire stimoli controllati.

Il principio è semplice: Se un animale esita o rallenta al di sotto di una determinata soglia di velocità, si muove all'indietro, innescando gli stimoli (ad esempio, le scosse). Questa interazione costringe l'animale a riprendere la corsa alla velocità prestabilita.

Il sistema comprende una pista di corsa, stimolatori e componenti di controllo. Le configurazioni comprendono 1-8 corsie, ciascuna lunga 40-70 cm, larga 8,5 cm e alta 12 cm. La velocità è regolabile da 0 a 100 m/min (ratti: 20 m/min; topi: 15 m/min), con un intervallo di inclinazione di ±45°. La stimolazione elettrica utilizza corrente continua costante regolabile (tensione <100 V, corrente 0-4,5 mA, con incrementi di 0,05 mA).

2. Protocollo di esercizio estenuante

I protocolli per il tapis roulant variano a seconda degli obiettivi sperimentali, ma universalmente richiedono un periodo di acclimatazione in laboratorio di 1 settimana, seguito da un allenamento adattivo su tapis roulant.

2.1 Allenamento all'esercizio

Gli animali sono sottoposti a un allenamento formale con programmi predefiniti e adattati agli obiettivi della ricerca.

2.2 Allenamento adattativo

Velocità iniziale: 15-20 m/min. Un approccio graduale migliora l'adattamento:

- Primi 3 minuti: 5 m/min

- Secondo 3 minuti: 10 m/min

- Terzo 3 min: 15 m/min

- Ultimo 1 min: 20 m/min

Le sessioni durano 10 minuti al giorno per 5-6 giorni.

2.3 Allenamento formale

Dopo l'adattamento, gli animali si allenano per 20-30 minuti al giorno per 4-6 settimane (in genere 30 giorni; fino a 8 settimane). Opzioni di progressione della velocità:

- Incremento giornaliero: 2 m/min (5 min) → 3 m/min (5 min) → 5 m/min (20 min).

- Velocità fissa: 10 m/min per 30 min.

- Incrementale a lungo termine: aumento graduale della velocità/inclinazione nel corso di settimane (ad esempio, 10→25 m/min).

Criteri di esaurimento:

Gli animali sono considerati esausti quando non riescono a correre nonostante gli stimoli combinati (scosse, rumore, pungolo). Protocollo tipico:

- Giorno 1-30: 2 minuti di riscaldamento, 15 m/min (30 min) → 18 m/min (30 min) → 21 m/min fino all'esaurimento.

3. Considerazioni chiave

3.1 Preparazione pre-sperimentale

- Acclimatazione: 1 settimana per l'ambiente di laboratorio, seguita da allenamento adattivo su tapis roulant.

- Progressione: Aumentare gradualmente la durata, la velocità e l'inclinazione giornaliera.

3.2 Metodi di stimolazione

- Si preferiscono stimoli uditivi/visivi per ridurre al minimo le interferenze fisiologiche.

- Stimolazione elettrica (screening 0,8 mA): Vengono selezionati gli animali che rispondono prontamente alle scosse; gli individui che non rispondono vengono esclusi.

3.3 Impostazione sperimentale

- Mantenere la temperatura ambiente a 24±2°C.

- Personalizzare la velocità e gli angoli di inclinazione secondo le necessità.

4. Significato del test di esaurimento

Le metriche includono la distanza di esercizio, la frequenza degli shock, la velocità di picco e il tempo di esaurimento. Il miglioramento della resistenza è indicato dall'aumento della distanza/velocità, dalla riduzione degli shock e dal prolungamento del tempo di esaurimento.

Comportamenti di esaurimento:

- Incapacità di mantenere la velocità, trascinamento degli arti posteriori per >30 secondi.

- Respirazione affannosa, letargia, scarsa reattività agli stimoli.

5. Applicazioni

1. Fisiologia dell'esercizio fisico: Studia gli effetti dell'esercizio fisico sulla forma fisica, sul metabolismo e sul dispendio energetico.

2. Ricerca metabolica: Valutazione di diete, farmaci o modifiche genetiche sul metabolismo energetico.

3. Neuroscienze: Studiare l'impatto dell'esercizio fisico sulla funzione cerebrale, sulla neuroplasticità e sul comportamento.

4. Farmacologia: Valutare gli effetti dei farmaci sulla capacità di esercizio e sul metabolismo.

6. Esempi sperimentali

1. Studio sull'allenamento all'esercizio: Confrontare gli effetti dell'allenamento a lungo termine sul metabolismo energetico dei murini (gruppi di controllo vs. gruppi allenati) misurando il VO₂/VCO₂ a diverse intensità.

2. Studio sull'efficacia dei farmaci: Analizzare le differenze metaboliche tra topi di controllo e topi trattati con farmaci durante l'esercizio e il riposo.

3. Studio sulle malattie metaboliche: Tracciare il profilo del metabolismo energetico nei topi diabetici rispetto a quelli sani mediante misurazioni del VO₂/VCO₂ su tapis roulant.