通过足迹分析评估步态：一种检测小鼠运动协调能力的方法

摘要

来源：Sugimoto, H. 和 Kawakami, K. 小鼠足迹分析与悬挂箱测试的低成本方案及其在慢性束缚应激中的应用。J. Vis. Exp. (2019)。

在本视频中，我们介绍了用于评估小鼠步态和运动协调能力的足迹测试方法及相关分析流程。

方案

所有涉及动物模型的操作均已通过当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会的审核。

1. 足迹分析

1. 设置跑道 (图1A)
   1. 将一张白色纸张（29.7 cm × 42 cm × 0.09 mm）纵向裁成三条等宽的纸条。将其中一条白色纸张（9.9 cm × 42 cm）平放在桌面上。
   2. 在纸张远端放置黑色目标箱。在跑道两侧分别放置侧壁（长度与纸张大致相同），以防止小鼠逃逸。
   3. 将黑色墨水和红色墨水分别倒入两个培养皿（直径35 mm）中。

2. 培训环节

注意：训练实验仅在 4 周龄时进行。

1. 将小鼠放置在纸张的近端（头部朝向目标箱）。让小鼠从近端走向目标箱，然后从目标箱中取出小鼠。如果小鼠在纸上停止不动，可用手指轻轻推动小鼠使其进入目标箱。
2. 用拇指和食指捏住小鼠颈背部皮肤以限制前肢活动，随后用拇指指腹与其他手指夹住小鼠背部和尾巴，以限制后肢活动。
   注意：若固定小鼠不充分，可能导致墨水沾染衣物。
3. 将小鼠前肢底部浸入红色墨水中，后肢底部浸入黑色墨水中。立即将小鼠放回纸张的近端（头部朝向目标箱）。让小鼠从近端走向目标箱。如果小鼠在纸上停止不动，可用手指轻轻推动小鼠使其进入目标箱。
4. 从小鼠目标箱中取出小鼠，进入测试阶段。

3. 测试阶段

1. 训练结束后，在跑道上铺设一张新的白纸用于采集足迹。
2. 用拇指和食指捏住小鼠颈背部皮肤以固定并限制前肢活动，再用拇指指腹与其他手指夹住小鼠背部及尾巴，以限制后肢活动。
3. 将小鼠前肢底部浸入红色印泥，后肢底部浸入黑色印泥。立即将小鼠放置于白纸近端，使其从近端行走至目标箱。
   注意：由于小鼠偏好黑暗环境，当其接近黑暗的目标箱时行走会更加稳定。若小鼠在纸上停止前进，可用手指轻轻推动其前往目标箱。如果因小鼠停滞导致无法获得可用于分析的清晰足迹，则需重新进行测试。
4. 从小鼠目标箱将其放回饲养笼。每次测试结束后，用70%乙醇清洁目标箱，并将带有足迹的纸张自然风干。

4. 足迹分析

1. 使用尺子从足迹纸上获取每个参数的三个测量值（前肢和后肢的步长、前后肢步宽、前肢与后肢足迹之间的重叠距离，图1B）。
   注意：由于动物在起始或奔跑时，近端和远端足迹常表现出较大变异，因此应选择步态模式稳定的足迹区域进行测量。足迹纸的中间部分通常适合用于分析。
   1. 测量步长时，应测量同一爪部位置（如肉垫或脚趾）之间的距离。
   2. 测量前肢步宽时，先在连续的右侧（或左侧）前肢足迹之间画一条直线，然后测量左侧（或右侧）前肢足迹肉垫到该直线的垂直距离。
   3. 测量后肢步宽时，先在连续的右侧（或左侧）后肢足迹之间画一条直线，然后测量左侧（或右侧）后肢足迹肉垫到该直线的垂直距离。
   4. 测量重叠距离时，测量左侧（或右侧）前肢与后肢足迹肉垫之间的距离。
2. 对每个个体的三个测量值取平均值，并使用每个参数的个体平均值进行统计分析。
   1. 计算步长时，取左侧和右侧步长个体平均值的平均数。
   2. 计算步长不对称性时，取左侧肢体与右侧肢体步长个体平均值之差的绝对值。
   3. 对其他参数（前肢步宽、后肢步宽和重叠距离）的统计分析，直接使用个体平均值。

结果

图1. 足迹分析。（A）用于足迹分析的跑道。将足部涂抹染料的小鼠（前肢：红色染料；后肢：黑色染料）从近端释放，使其行走至目标箱。（B）足迹及参数测量的代表性图像。从前肢和后肢的足迹图中获取各参数的三次测量值（前肢和后肢的步长、前基宽和后基宽、前肢与后肢足迹的重叠距离）。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
目标箱	O’hara & Co.	http://ohara-time.co.jp/products/balanced-beam-test/	平衡木实验装置的配件
侧壁箱	O’hara & Co.		跑道侧壁
黑色墨水 	Shin-asahi
红色墨水	Maruyamakogyo	BC-6
一次性培养皿	Corning	351008	培养皿（直径 35 mm）
Askul Multipaper Super White J 单色 A3 纸	Askul	701-712	白色纸张（29.7 cm × 42 cm × 0.09 mm）