一种用于实验鼠高强度间歇训练的设备

1.本发明涉及医疗动物实验技术领域，具体涉及一种用于实验鼠高强度间歇训练的设备。


背景技术：

2.高强度间歇训练(high-intensity interval training,hiit)是一种由短时间(30s～4min)高强度运动[≥85％最大心率(hrmax),工作负荷接近或超过最大有氧能力]搭配短暂(30～40s)休息或低强度运动(40％～60％hrmax)、重复多次的运动方式，即短期高强度训练和短期休息/低强度恢复交替进行的运动。
[0003]
高强度间歇训练(high intensity interval training,hiit)被证明能够显著促进脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,bdnf)的表达，提高认知功能，然而其潜在的神经生物学机制还未完全阐明。研表明运动能调控线粒体质量控制系统，促进线粒体产能功能，为神经元活动供能量，这可能是hiit提高认知功能的重要原因。而hiit过程中产生的高水平乳酸被证明可调控l6、sy5y细胞内线粒体相关基因、蛋白表达。因此，我们推测hiit通过提高脑内乳酸水平，调控线粒体质量控制系统进而促进突触可塑性。本研究通过在体实验和离体实验，探究hiit影响突触可塑性的线粒体相关机制，并揭示乳酸在其中的介导作用。
[0004]
研究方法:
⑴
在体实验：7周龄雄性c57bl/6j小鼠64只，在进行1周应性饲养后，随机分为两组：安静对照组(control group,ctl group)和高强度歇训练组(hiit group)。hiit组小鼠进行为期6周的高强度间歇训练。使用乳酸盐分析仪在训练的第2周、第4周及第6周运动后即刻检测小鼠血乳平。在6周hiit训练后即刻，ctl组和hiit组小鼠各随机挑选10只使用酶标仪检测两组小鼠的海马乳酸水平。在训练完成24h后每组各随机选取15只动物取海马组织用于生化指标检测(n＝12)和取脑用于形态学观察(n＝3)。使用高尔基染色观察小鼠海马树突复杂度。使用western blot和rt-pcr技术检测小鼠海马内bdnf蛋白表达；乳酸转运体mct1、mct4和乳酸受体gpr81的表达；线粒体融合蛋白opa1、mfn1、mfn2，分蛋白drp1、fis1，线粒体自噬蛋白pink1、parkin、p62、lc，线粒体生物发生蛋白pgc-1α、nrf1、nrf2、tfam和mt dna表达。使用rt-pcr技术检测小鼠海马氧化磷酸化相关基因ndufs8、sdhb、uqcrc1、cox5b、atp5a的表达。使用多功能酶标仪检测小鼠海马atp水平。每组各剩余7只小鼠在6周高强度间歇训练完成后进行5天morris水迷宫测试。
⑵
离体实验：取新生1天以内的c57bl/6j小鼠的海马组织，进行原代小鼠海马细胞培养。培养7天后进行乳酸和gpr81激动剂3-chloro-5-hydroxybenzoic acid treatment group(3cl-5oh-ba)干预实验。分照组(control group,ctl group)、乳酸干预组(l-lactate treatment group,l-lac group)和gpr81激动剂干预组(3cl-5oh-ba treatment group,3cl-5oh-ba group)。干预后检测氧化磷酸化5个复合物基因、atp水平、bdnf以及线粒体质量控制系统的蛋白表达。
[0005]
现有技术存在的问题是：传统实验鼠进行高强度间歇训练，采用简单水车型跑道作为运动器材，通过强制跑道运转，驱使实验鼠进行运动，难以有效激发实验鼠的主动性。
缺乏根据个体差异，调节实验鼠运动量的功能，盲目的规划运动，极容易造成实验鼠个体运动过程中受伤，导致实验数据失准。


技术实现要素：

[0006]
本发明为了解决上述技术的不足，提供了一种用于实验鼠高强度间歇训练的设备。本发明的技术方案：一种用于实验鼠高强度间歇训练的设备，所述设备包括箱体、与箱体连通的进水泵、放水泵、plc控制器及设置于箱体内的攀登装置，所述攀登装置包括支架、阶梯模块、同步带、同步电机、衔接电机、衔接齿轮，该支架倾斜设置于箱体内，并沿高度方向依次铰接设置有若干个阶梯模块，所述支架对应各阶梯模块设有若干个铰接孔；所述阶梯模块包括踏板件、传动轴、衔接履带及带轮，所述踏板件一端对应铰接孔同轴设置有传动孔，该传动孔内设有键槽，所述踏板件表面沿支架延展方向设有环形凹槽，所述衔接履带套设于环形凹槽内做滑动配合，该衔接履带表面设有若干个传动齿，所述传动轴插设于铰接孔、传动孔中，该传动轴上设有与键槽卡合的键，所述传动轴越出支架铰接孔的端部与带轮同轴固定；所述同步带与各阶梯模块的带轮套合，并与同步电机联动配合，该同步电机驱动各阶梯模块围绕铰接孔，翻转至呈台阶状展开，或翻转至成首位衔接，传动齿相互卡合；所述衔接齿轮与其中一个阶梯模块的衔接履带传动齿啮合，并与衔接电机联动配合，该衔接电机驱动首位衔接的各衔接履带运转；所述plc控制器与进水泵、放水泵、衔接电机、同步电机信号连接，控制进水泵、放水泵对箱体内注水或防水，所述衔接电机、同步电机根据注水或防水状态对应控制攀登装置展开或首位衔接。
[0007]
采用上述技术方案，通过箱体的狭窄设计单向的攀登通道，在注水泵进行逐步注水后，水面逐一漫过各个阶梯模块所在高度位置，驱使实验鼠本能攀爬攀登装置。此时阶梯模块呈台阶状展开，实验鼠由下而上，而非由上而下，配合水的浮力减少运动损伤：水的浮力作用可大大减少关节的磨损，使实验鼠不易受伤。另外，水的阻力加速训练效果。
[0008]
当实验鼠攀爬至攀登装置的高点，放水泵运作，排出箱内水，同时同步电机驱动各台阶模块翻转，呈首位衔接状态，各衔接履带拼接完成。然后衔接电机运转，由衔接齿轮驱动衔接履带逆转，将处于高点的实验鼠由衔接履带带回至低点的起点处，避免了下台阶对实验鼠关节的冲击。
[0009]
回到起点后，攀登装置恢复台阶状态，注水泵再次运转，循环往复，便形成了实验鼠高强度间隙训练。
[0010]
本发明的进一步设置：所述设备还包括对应各阶梯模块位置设置的接近开关，该接近开关检测实验鼠相对攀登装置的位置信息。
[0011]
采用上述技术方案，通过设置在各个阶梯模块位置的接近开关，采集实验鼠实时移动位置信息，并通过各接近开关触发时间差，辅助计算实验鼠训练时的体能变化，得出不同个体实验鼠的差异训练数据，为后续试验提供进一步的数据参考。
[0012]
本发明的进一步设置：所述攀登装置一端与箱体铰链连接，另一端与驱动气缸联动配合，该驱动气缸控制攀登装置倾斜角度。
[0013]
采用上述技术方案，调整攀登装置倾斜度，可以调整训练难度。
[0014]
本发明的进一步设置：所述设备还包括与plc信号连接的气泵、套设于实验鼠身上的实验鼠防水服，该实验鼠防水服套设有心率检测器、信号发射器、电池、配重块，所述实验鼠防水服采用防水面料制成，表面设有若干个气囊、及连通气囊的气管，该气管与气泵连通，所述plc控制器根据心率检测器、接近开关信号，控制注、放水速度，及充、放气速度。
[0015]
采用上述技术方案，实验鼠防水服采用潜水服材质，隔离实验鼠躯干与水的接触，减少体表热量流失。
[0016]
当注水后，一些实验鼠性情懒惰，不愿攀登而是选择游泳漂浮，因此设置的配重块，使得实验鼠无法随水漂浮，只能进行攀登训练。
[0017]
通过设置心率监测器，记录实验鼠训练过程中是否达到高强度间歇训练标准。如心率过高时，减缓注水速度，同时对实验鼠防水服上的气囊进行充气，调整气囊的浮力与配置块重量的平衡，使实验鼠适当减轻训练难度。反之减少气囊浮力，增加训练难度。
[0018]
本发明的进一步设置：所述设备还包括注液泵，所述实验鼠防水服包括表层及内层，所述气囊、气管设置于表层，该表层与内层之间的夹层中设有输液管路，所述若干个气囊对应实验鼠穴位、肌肉纹理位置设置，所述输液管路途径各气囊，并与注液泵连通。
[0019]
采用上述技术方案，在完成高强度间隙训练后，因适当对实验鼠进行按摩理疗，缓解实验鼠运动疲劳、劳损。传统方式通过人工手部按摩，不仅耗费人工，而且实验鼠收到抓取，身体紧张卷曲，按摩效果反而下降。
[0020]
通过实验鼠防水服的双层设计，表层气囊不仅可以作为训练时调整浮力的作用。而且在训练完成后，通过控制气囊的膨胀收缩，挤压内层形成按摩效果，同时挤压输液管路，形成凹陷点，输液管路采用具有一定弹性的橡胶管。
[0021]
然后通过注液泵将水输入输液管路，水强行通过气囊所压迫处时，形成脉动效果，产生间歇性的震颤，对实验鼠进行按摩。结合气囊对应实验鼠穴位、肌肉纹理的位置设置，达到对实验鼠的理疗效果。输液管理从防水服一头进入，途经气囊后再离开防水服，让水回流排出防水服，进行循环利用。
[0022]
输液管理可以传输不同温度的水，根据需要形成热敷效果，结合按摩，进一步增强理疗效果。
[0023]
实验鼠防水服可以设置背部防水拉链，便于穿脱。
[0024]
本发明的进一步设置：所述箱体内还设有液位传感器。
[0025]
采用上述技术方案，通过设置的液位传感器检测箱体内水位变化，结合攀登装置的各个阶梯模块高度数据、实验鼠触发接近开关的数据、实验鼠心率变化数据、水位变化数据，综合调整实验鼠的训练强度，控制攀登装置循环频次、注水速度、防水服充气速度等参数，以实现更加科学合理的训练。
[0026]
本发明的有益效果，1.通过注水运动环境、攀登装置的设置，使得实验鼠进行单向攀登运动，避免下台阶的关节劳损，同时相比传统跑步运动，水中运动也更加科学有效。2.实验鼠防水服的设置，不仅减少水中体温流失，同时可以根据实验鼠运动的心率变化，接近开关的触发频率变化，调整实验鼠运动负担，以保持科学合理的高强度间歇运动训练。3.实验鼠防水服兼具按摩理疗功能，在训练完成后，无需人工，自行完成理疗工作。
[0027]
附图说明
[0028]
图1为本发明实施例的结构图1；图2为本发明实施例的攀登装置首位衔接状态结构图；图3为本发明实施例的攀登装置台阶状态结构；图4为本发明实施例的爆炸图；图5为本发明实施例的结构图2；图6为本发明实施例的实验鼠防水服结构图1；图7为本发明实施例的实验鼠防水服结构图2；图8为本发明实施例的实验鼠防水服局部剖视图。
[0029]
其中,1-箱体、2-攀登装置、21-支架、22-同步带、23-同步电机、24-衔接电机、25-衔接齿轮、26-铰接孔、3-阶梯模块、31-踏板件、311-传动孔、312-键槽、313-环形凹槽、32-传动轴、33-衔接履带、331-传动齿、34-带轮、4-实验鼠防水服、41-配重块、42-气囊、43-气管、44-表层、45-内层、46-输液管路。
[0030]
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
如图1-8所示，一种用于实验鼠高强度间歇训练的设备，所述设备包括箱体1、与箱体1连通的进水泵、放水泵、plc控制器及设置于箱体1内的攀登装置2，所述攀登装置2包括支架21、阶梯模块3、同步带22、同步电机23、衔接电机24、衔接齿轮25，该支架21倾斜设置于箱体1内，并沿高度方向依次铰接设置有若干个阶梯模块3，所述支架21对应各阶梯模块3设有若干个铰接孔26；所述阶梯模块3包括踏板件31、传动轴32、衔接履带33及带轮34，所述踏板件31一端对应铰接孔26同轴设置有传动孔311，该传动孔311内设有键槽312，所述踏板件31表面沿支架21延展方向设有环形凹槽313，所述衔接履带33套设于环形凹槽313内做滑动配合，该衔接履带33表面设有若干个传动齿331，所述传动轴32插设于铰接孔26、传动孔311中，该传动轴32上设有与键槽312卡合的键，所述传动轴32越出支架21铰接孔26的端部与带轮34同轴固定；所述同步带22与各阶梯模块3的带轮34套合，并与同步电机23联动配合，该同步电机23驱动各阶梯模块3围绕铰接孔26，翻转至呈台阶状展开，或翻转至成首位衔接，传动齿331相互卡合；所述衔接齿轮25与其中一个阶梯模块3的衔接履带33传动齿331啮合，并与衔接电机24联动配合，该衔接电机24驱动首位衔接的各衔接履带33运转；所述plc控制器与进水泵、放水泵、衔接电机24、同步电机23信号连接，控制进水
泵、放水泵对箱体1内注水或防水，所述衔接电机24、同步电机23根据注水或防水状态对应控制攀登装置2展开或首位衔接。
[0033]
通过箱体1的狭窄设计单向的攀登通道，在注水泵进行逐步注水后，水面逐一漫过各个阶梯模块3所在高度位置，驱使实验鼠本能攀爬攀登装置2。此时阶梯模块3呈台阶状展开，实验鼠由下而上，而非由上而下，配合水的浮力减少运动损伤：水的浮力作用可大大减少关节的磨损，使实验鼠不易受伤。另外，水的阻力加速训练效果。
[0034]
当实验鼠攀爬至攀登装置2的高点，放水泵运作，排出箱内水，同时同步电机23驱动各台阶模块翻转，呈首位衔接状态，各衔接履带33拼接完成。然后衔接电机24运转，由衔接齿轮25驱动衔接履带33逆转，将处于高点的实验鼠由衔接履带33带回至低点的起点处，避免了下台阶对实验鼠关节的冲击。
[0035]
回到起点后，攀登装置2恢复台阶状态，注水泵再次运转，循环往复，便形成了实验鼠高强度间隙训练。
[0036]
所述设备还包括对应各阶梯模块3位置设置的接近开关，该接近开关检测实验鼠相对攀登装置2的位置信息。
[0037]
通过设置在各个阶梯模块3位置的接近开关，采集实验鼠实时移动位置信息，并通过各接近开关触发时间差，辅助计算实验鼠训练时的体能变化，得出不同个体实验鼠的差异训练数据，为后续试验提供进一步的数据参考。
[0038]
所述攀登装置2一端与箱体1铰链连接，另一端与驱动气缸联动配合，该驱动气缸控制攀登装置2倾斜角度。
[0039]
调整攀登装置2倾斜度，可以调整训练难度。
[0040]
所述设备还包括与plc信号连接的气泵、套设于实验鼠身上的实验鼠防水服4，该实验鼠防水服4套设有心率检测器、信号发射器、电池、配重块41，所述实验鼠防水服4采用防水面料制成，表面设有若干个气囊42、及连通气囊42的气管43，该气管43与气泵连通，所述plc控制器根据心率检测器、接近开关信号，控制注、放水速度，及充、放气速度。
[0041]
实验鼠防水服4采用潜水服材质，隔离实验鼠躯干与水的接触，减少体表热量流失。
[0042]
当注水后，一些实验鼠性情懒惰，不愿攀登而是选择游泳漂浮，因此设置的配重块41，使得实验鼠无法随水漂浮，只能进行攀登训练。
[0043]
通过设置心率监测器，记录实验鼠训练过程中是否达到高强度间歇训练标准。如心率过高时，减缓注水速度，同时对实验鼠防水服4上的气囊42进行充气，调整气囊42的浮力与配置块重量的平衡，使实验鼠适当减轻训练难度。反之减少气囊42浮力，增加训练难度。
[0044]
所述设备还包括注液泵，所述实验鼠防水服4包括表层44及内层45，所述气囊42、气管43设置于表层44，该表层44与内层45之间的夹层中设有输液管路46，所述若干个气囊42对应实验鼠穴位、肌肉纹理位置设置，所述输液管路46途径各气囊42，并与注液泵连通。
[0045]
在完成高强度间隙训练后，因适当对实验鼠进行按摩理疗，缓解实验鼠运动疲劳、劳损。传统方式通过人工手部按摩，不仅耗费人工，而且实验鼠收到抓取，身体紧张卷曲，按摩效果反而下降。
[0046]
通过实验鼠防水服4的双层设计，表层44气囊42不仅可以作为训练时调整浮力的
作用。而且在训练完成后，通过控制气囊42的膨胀收缩，挤压内层45形成按摩效果，同时挤压输液管路46，形成凹陷点，输液管路46采用具有一定弹性的橡胶管。
[0047]
然后通过注液泵将水输入输液管路46，水强行通过气囊42所压迫处时，形成脉动效果，对实验鼠进行按摩。结合气囊42对应实验鼠穴位、肌肉纹理的位置设置，达到对实验鼠的理疗效果。
[0048]
实验鼠防水服4可以设置背部防水拉链，便于穿脱。
[0049]
实验鼠防水服内还可以设置各类检测元器件，进一步采集实验鼠运动数据，例如添加emg采集装置等，emg，全称electromyography，简称肌电图，应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。英文简称emg。通过此检查可以确定周围神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。
[0050]
所述箱体内还设有液位传感器。
[0051]
通过设置的液位传感器检测箱体内水位变化，结合攀登装置的各个阶梯模块高度数据、实验鼠触发接近开关的数据、实验鼠心率变化数据、水位变化数据，综合调整实验鼠的训练强度，控制攀登装置循环频次、注水速度、防水服充气速度等参数，以实现更加科学合理的训练。
[0052]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。