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Laufband für den Energiestoffwechsel von Tieren

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Auf der Grundlage eines versiegelten Designs überwacht das Stoffwechsel-Laufband den Sauerstoffverbrauch, die Kohlendioxidproduktion und die Stoffwechselrate der Atemwege während des Trainings.

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1. Prinzipieller Überblick

Das von Tow-Int Technology entwickelte Laufband für den Energiestoffwechsel von Tieren ist ein spezielles Gerät zur Messung des Atmungsstoffwechsels bei Tieren. Es ist versiegelt und überwacht den Sauerstoffverbrauch (VO₂), die Kohlendioxidproduktion (VCO₂) und die Stoffwechselrate der Atmung während des Trainings. Dieses Laufband ist unverzichtbar für die Erforschung der Ausdauer von Tieren, trainingsbedingter Verletzungen, Sporternährung, Pharmakologie, Trainingsphysiologie und Pathologie. Es wird häufig in biomedizinischen Studien eingesetzt, um die körperliche Leistungsfähigkeit zu bewerten, die physiologischen Auswirkungen von Bewegung zu untersuchen und die Mechanismen von Krankheiten zu erforschen, die auf Bewegung zurückzuführen sind. Seine Fähigkeit, natürliche Bewegungsmuster zu simulieren, macht ihn zu einem wertvollen Versuchsinstrument.

Um die Tiere zu motivieren und ihre Geschwindigkeit zu regulieren, ist das Laufband an der Rückseite mit Stimulationsgeräten ausgestattet, darunter Elektroden für leichte Elektroschocks, akustische Mechanismen, Glühbirnen und Luftdüsensysteme. Jede Bahn arbeitet unabhängig und gibt kontrollierte Reize ab.

Das Prinzip ist simpel: Wenn ein Tier zögert oder unter eine bestimmte Geschwindigkeitsschwelle abfällt, bewegt es sich rückwärts und löst dabei Reize (z. B. Schocks) aus. Durch diese Interaktion wird das Tier gezwungen, wieder mit der eingestellten Geschwindigkeit zu laufen.

Das System besteht aus einer Laufbahn, Stimulatoren und Steuerungskomponenten. Die Konfigurationen umfassen 1-8 Bahnen, jede 40-70 cm lang, 8,5 cm breit und 12 cm hoch. Die Geschwindigkeit ist einstellbar von 0-100 m/min (Ratten: 20 m/min; Mäuse: 15 m/min), mit einem Neigungsbereich von ±45°. Die elektrische Stimulation erfolgt mit einem einstellbaren konstanten Gleichstrom (Spannung <100 V, Stromstärke 0-4,5 mA, in 0,05-mA-Schritten).

2. Erschöpfendes Belastungsprotokoll

Die Laufbandprotokolle variieren je nach Versuchsziel, erfordern jedoch generell eine einwöchige Akklimatisierungsphase im Labor, gefolgt von einem adaptiven Laufbandtraining.

2.1 Bewegungstraining

Die Tiere durchlaufen ein formales Training mit vordefinierten Programmen, die auf die Forschungsziele zugeschnitten sind.

2.2 Adaptives Training

Anfangsgeschwindigkeiten: 15-20 m/min. Ein stufenweiser Ansatz verbessert die Anpassung:

- Erste 3 Minuten: 5 m/min

- Zweite 3 min: 10 m/min

- Dritte 3 min: 15 m/min

- Letzte 1 Minute: 20 m/min

Die Trainingseinheiten dauern 10 Minuten/Tag über 5-6 Tage.

2.3 Formelles Training

Nach der Eingewöhnung trainieren die Tiere 4-6 Wochen lang 20-30 Minuten pro Tag (in der Regel 30 Tage; bis zu 8 Wochen). Optionen für die Geschwindigkeitsprogression:

- Tägliche Schrittgeschwindigkeit: 2 m/min (5 min) → 3 m/min (5 min) → 5 m/min (20 min).

- Feste Geschwindigkeit: 10 m/min für 30 min.

- Langfristige Steigerung: Schrittweise Erhöhung der Geschwindigkeit/Neigung über Wochen (z. B. 10→25 m/min).

Kriterien für die Erschöpfung:

Die Tiere gelten als erschöpft, wenn sie trotz kombinierter Reize (Schocks, Geräusche, Stupsen) nicht mehr laufen können. Typisches Protokoll:

- Tag 1-30: 2 Minuten Aufwärmen, 15 m/min (30 Minuten) → 18 m/min (30 Minuten) → 21 m/min bis zur Erschöpfung.

3. Wichtige Überlegungen

3.1 Vorbereitung vor dem Experiment

- Akklimatisierung: 1 Woche für die Laborumgebung, gefolgt von adaptivem Laufbandtraining.

- Progression: Allmähliche Steigerung der täglichen Dauer, Geschwindigkeit und Neigung.

3.2 Stimulationsmethoden

- Akustische/visuelle Stimuli werden bevorzugt, um physiologische Interferenzen zu minimieren.

- Elektrische Stimulation (0,8 mA Screening): Tiere, die sofort auf Schocks reagieren, werden ausgewählt; nicht reagierende Tiere werden ausgeschlossen.

3.3 Versuchsaufbau

- Halten Sie die Umgebungstemperatur bei 24±2°C.

- Passen Sie Geschwindigkeit und Neigungswinkel nach Bedarf an.

4. Bedeutung des Erschöpfungstests

Zu den Messwerten gehören Trainingsstrecke, Stoßfrequenz, Höchstgeschwindigkeit und Erschöpfungszeit. Eine verbesserte Ausdauer wird durch eine höhere Distanz/Geschwindigkeit, geringere Schocks und eine längere Erschöpfungszeit angezeigt.

Erschöpfungsverhalten:

- Unfähigkeit, die Geschwindigkeit beizubehalten, Ziehen der Hintergliedmaßen für >30 Sek.

- Schwerfällige Atmung, Lethargie, Unempfindlichkeit gegenüber Reizen.

5. Anwendungen

1. Sportphysiologie: Untersuchung der Auswirkungen von Bewegung auf Fitness, Stoffwechsel und Energieverbrauch.

2. Metabolische Forschung: Untersuchung der Auswirkungen von Diäten, Medikamenten oder genetischen Veränderungen auf den Energiestoffwechsel.

3. Neurowissenschaften: Untersuchen Sie die Auswirkungen von Bewegung auf die Gehirnfunktion, die Neuroplastizität und das Verhalten.

4. Pharmakologie: Bewertung der Auswirkungen von Medikamenten auf die körperliche Leistungsfähigkeit und den Stoffwechsel.

6. Experimentelle Beispiele

1. Studie zum Bewegungstraining: Vergleich der langfristigen Trainingseffekte auf den Energiestoffwechsel von Mäusen (Kontrollgruppe vs. trainierte Gruppe) durch Messung von VO₂/VCO₂ bei unterschiedlichen Intensitäten.

2. Studie zur Wirksamkeit von Medikamenten: Analyse der metabolischen Unterschiede zwischen Kontrollmäusen und medikamentös behandelten Mäusen während der Belastung/Ruhe.

3. Studie zu Stoffwechselkrankheiten: Erstellung eines Profils des Energiestoffwechsels bei diabetischen und gesunden Mäusen durch VO₂/VCO₂-Messungen auf dem Laufband.