Tapis roulant sur le métabolisme énergétique des animaux

Sur la base d'une conception étanche, le tapis roulant métabolique surveille la consommation d'oxygène, la production de dioxyde de carbone et le taux métabolique respiratoire pendant l'exercice.

1. Aperçu des principes

Le tapis roulant du métabolisme énergétique animal, développé par Tow-Int Technology, est un appareil spécialisé dans la mesure du métabolisme respiratoire chez les animaux. De conception étanche, il mesure la consommation d'oxygène (VO₂), la production de dioxyde de carbone (VCO₂) et le taux métabolique respiratoire pendant l'exercice. Ce tapis roulant est essentiel pour la recherche sur l'endurance animale, les blessures induites par l'exercice, la nutrition sportive, la pharmacologie, la physiologie de l'exercice et la pathologie. Largement utilisé dans les études biomédicales, il permet d'évaluer la capacité d'exercice, d'étudier les effets physiologiques de l'exercice et d'explorer les mécanismes des maladies liées à l'exercice. Sa capacité à simuler les mouvements naturels en fait un outil expérimental précieux.

Pour motiver les animaux et réguler leur vitesse, le tapis roulant est équipé de dispositifs de stimulation à l'arrière, notamment des électrodes pour des chocs électriques légers, des mécanismes auditifs, des ampoules et des systèmes de jets d'air. Chaque voie fonctionne indépendamment pour délivrer des stimuli contrôlés.

Le principe est simple : Si un animal hésite ou ralentit en dessous d'un seuil de vitesse défini, il recule, ce qui déclenche des stimuli (par exemple, des chocs). Cette interaction oblige l'animal à reprendre sa course à la vitesse prédéfinie.

Le système comprend une piste de course, des stimulateurs et des composants de contrôle. Les configurations comprennent 1 à 8 couloirs, chacun mesurant 40 à 70 cm de long, 8,5 cm de large et 12 cm de haut. La vitesse est réglable de 0 à 100 m/min (rats : 20 m/min ; souris : 15 m/min), avec une plage d'inclinaison de ±45°. La stimulation électrique utilise un courant continu constant réglable (tension <100 V, courant 0-4,5 mA, par incréments de 0,05 mA).

2. Protocole d'exercices épuisants

Les protocoles d'entraînement sur tapis roulant varient en fonction des objectifs expérimentaux, mais requièrent universellement une période d'acclimatation au laboratoire d'une semaine, suivie d'un entraînement sur tapis roulant adaptatif.

2.1 Entraînement à l'exercice

Les animaux sont soumis à un entraînement formel à l'aide de programmes prédéfinis adaptés aux objectifs de la recherche.

2.2 Entraînement adaptatif

Vitesses initiales : 15-20 m/min. Une approche progressive améliore l'adaptation :

- 3 premières minutes : 5 m/min

- Deuxième 3 min : 10 m/min

- Troisième 3 min : 15 m/min

- Dernière 1 min : 20 m/min

Les séances durent 10 minutes par jour pendant 5 à 6 jours.

2.3 Entraînement formel

Après l'adaptation, les animaux s'entraînent 20 à 30 minutes par jour pendant 4 à 6 semaines (généralement 30 jours ; jusqu'à 8 semaines). Options de progression de la vitesse :

- Incrémentation quotidienne : 2 m/min (5 min) → 3 m/min (5 min) → 5 m/min (20 min).

- Vitesse fixe : 10 m/min pendant 30 min.

- Incrémentation à long terme : augmentation progressive de la vitesse/de l'inclinaison sur plusieurs semaines (par exemple, 10→25 m/min).

Critères d'épuisement :

Les animaux sont considérés comme épuisés lorsqu'ils ne parviennent pas à courir malgré des stimuli combinés (chocs, bruit, stimulation). Protocole type :

- Jour 1-30 : 2 min d'échauffement, 15 m/min (30 min) → 18 m/min (30 min) → 21 m/min jusqu'à épuisement.

3. Points clés à prendre en considération

3.1 Préparation pré-expérimentale

- Acclimatation : 1 semaine pour l'environnement du laboratoire, suivie d'un entraînement sur tapis roulant adapté.

- Progression : Augmentation progressive de la durée, de la vitesse et de l'inclinaison quotidiennes.

3.2 Méthodes de stimulation

- Les stimuli auditifs/visuels sont préférés pour minimiser les interférences physiologiques.

- Stimulation électrique (dépistage de 0,8 mA) : Les animaux qui réagissent rapidement aux chocs sont sélectionnés ; les individus qui ne réagissent pas sont exclus.

3.3 Configuration expérimentale

- Maintenir la température ambiante à 24±2°C.

- Adapter la vitesse et les angles d'inclinaison en fonction des besoins.

4. Signification du test d'épuisement

Les mesures comprennent la distance d'exercice, la fréquence des chocs, la vitesse maximale et le temps d'épuisement. L'amélioration de l'endurance est indiquée par l'augmentation de la distance/vitesse, la réduction des chocs et la prolongation du temps d'épuisement.

Comportements d'épuisement :

- Incapacité à maintenir la vitesse, traînée des membres postérieurs pendant > 30 secondes.

- Respiration laborieuse, léthargie, absence de réaction aux stimuli.

5. Applications

1. Physiologie de l'exercice : Étudier les effets de l'exercice sur la condition physique, le métabolisme et la dépense énergétique.

2. Recherche métabolique : Évaluer les régimes alimentaires, les médicaments ou les modifications génétiques sur le métabolisme énergétique.

3. Neurosciences : Étudier l'impact de l'exercice sur les fonctions cérébrales, la neuroplasticité et le comportement.

4. Pharmacologie : Évaluer les effets des médicaments sur la capacité d'exercice et le métabolisme.

6. Exemples expérimentaux

1. Étude sur l'entraînement à l'exercice : Comparer les effets de l'entraînement à long terme sur le métabolisme énergétique murin (groupe témoin vs. groupe entraîné) en mesurant VO₂/VCO₂ à différentes intensités.

2. Étude sur l'efficacité des médicaments : Analyse des différences métaboliques entre les souris témoins et les souris traitées par des médicaments pendant l'exercice et le repos.

3. Étude sur les maladies métaboliques : Établir le profil du métabolisme énergétique chez des souris diabétiques par rapport à des souris saines en mesurant la VO₂/VCO₂ sur tapis roulant.