Name: Kinematik und Ground Reaction Force Bestimmung: Eine Demonstration Quantifizierung Bewegungsapparat Fähigkeiten der jungen Erwachsenen im mittleren Alter, und Geriatrische Rats (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-02-22T17:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: Erfahren Sie eine Methode zur Messung von Bodenreaktionskräften und Hinterbein-Kinematik bei frei beweglichen Ratten. Diese Technik liefert quantitative Daten zur objektiven Analyse lokomotorischer Unterschiede in verschiedenen Krankheitsmodellen.

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Diese Arbeit wurde durch ein Discovery-Stipendium unterstützt werden, um aus dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada AAW.

1. Voraussetzungen für die biomechanische Analysen Locomotion Vor Einschiffung auf den Ankauf teurer Bewegungsapparates Analyse Ausrüstung und Planung von Experimenten, wo Kinematik und / oder kinetische Bewegungsapparates Beurteilung durchgeführt wird, ist es unerlässlich, dass der Experimentator mit den technischen und praktischen Aspekte der biomechanischen Analysen werden, sensomotorische Verhalten, operante Konditionierung von Tieren und Handhabung / Lagerung / Verwaltung großer Mengen an digitalen Daten. Obwohl diese Voraussetzungen offensichtlich viele scheinen, ist es nur nach der Einschiffung auf diese Art von Experimenten, in denen Auszubildende realisieren die technischen und praktischen Komplexität der Durchführung relativ detaillierte Bewegungs-Analyse. Die Autoren empfehlen, Experimentatoren in einem Kurs den Umgang mit einleitenden Biomechanik einschreiben, werden vertraut mit oder mieten Sie jemandem vertraut mit einer Programmiersprache für die Datenverwaltung erforderlich, und von gleicher Bedeutung, verbringen viel Zeit interagieren, Handhabung und Umgang mit Versuchstieren. Für das Verständnis Fortbewegung Analyse und sensomotorischen Verhaltensanalyse in den Neurowissenschaften, sind Experimentatoren einige wichtige Hinweise bezeichnet (siehe 1, 4-7). 2. Kinematischen und kinetischen Prüfgeräte Eine kinematische und kinetische Prüfgeräte, nützlich für die Erhebung der bilateralen Daten wird aus den folgenden Komponenten (siehe "Tabelle der spezifischen Reagenzien und Ausrüstung" für weitere Details) zusammen: <ul><li> Ruhig und ausreichend großer Raum (nicht unbedingt schalldicht, wenn auch in geringem Verkehrsaufkommen Bereich) </li><li> Radio zum "Hintergrundrauschen" liefern, um störende Geräusche von außerhalb des Raumes zu begrenzen, um Tiere </li><li> Klare Plexiglas, geschlossenen, flachen Oberfläche Start-und Landebahn (180 cm lang x 20 cm breit x 60 cm hoch) mit einem viereckigen Loch (11 cm X 11 cm) in der Mitte der Landebahn gleich weit von beiden Enden entfernt </li><li> Piece of Plexiglas (10,5 cm x 10,5 cm) </li><li> Doppelseitig klebenden Klebeband </li><li> 3M reflektierende Klebeband für Hautmarker </li><li> Lochung für die Erstellung von Hautmarker </li><li> Isofluoran Narkosegerät für Anästhesie Tiere für die Rasur vor der Platzierung der Haut Marker erforderlich </li><li> Cheerios zur Förderung Bewegung des Tieres entlang der Länge der Start-und Landebahn </li><li> AMTI HE6X6 Kraftmessplatte </li><li> Vicon Motus maßgeschneidertes System (Software, Computer, etc.) </li><li> 4 Video-Kameras (mindestens 60 Hz sampling) und Stative mit entsprechenden Anschlusskabeln </li><li> 4 Kamera montiert Halogenlampen sorgt für eine optimale Beleuchtung zur Ausleuchtung des tierischen Patienten und der reflektierenden Hautmarker </li><li> Angemessene Größe Kalibrierung Rahmen oder notwendige Volumen für Vicon Motus System x, y, z-Positionen in sinnvolle Distanzmaße kalibrieren </li></ul> 3. Animal Training Vor der Datenerhebung, muss jedes Tier geschult, um eine ebene Oberfläche, geschlossene Start-und Landebahn zu überqueren. Nach Erhalt Ratten aus einem geeigneten Tierversuch Anbieter, sollten die Tiere in ihre neue Heimat für 1 Woche akklimatisiert werden. Während dieser Gewöhnungsphase Zeit sind mehrere cheerios täglich in der Ratte in den Käfig gelegt. Die Tiere sind Nahrung beschränkt, ihre Wartung Energiebedarf zu Übergewicht zu verhindern und die Motivation für diese Aufgabe. Danach wird jedes Tier vom Versuchsleiter für 10-15 Minuten täglich für 1 Woche behandelt. Während dieser Zeit wird jedes Tier in die Start-und Landebahn mit cheerios an beiden Enden platziert. Sobald das Tier wird sich mit ihrer Umwelt, werden sie anfangen zu essen die cheerios. Sobald das Tier ist bequem und essen cheerios innerhalb der Start-und Landebahn, muss der Experimentator dann operant Zustand des Tieres, um die Länge der Start-und Landebahn für ein Lebensmittel Belohnung ausgeführt werden. Dies ist durch das Werfen ¼ cheerio zum entgegengesetzten Ende der Landebahn, wo die Ratten positioniert ist vollbracht. Sobald die Ratte frisst diese cheerio, ist ein weiteres ¼ cheerio am anderen Ende der Start-und Landebahn gestellt. Dies ist für 15-20 Minuten täglich, bis die Ratte konsequent (&gt; 90% der Würfe) bewegt sich entlang der Start-und Landebahn mit einer konstanten Geschwindigkeit durchgeführt (dh ohne das Starten, Stoppen, zu erforschen, oder ohne Gang), um die cheerio ohne Galopp / bounding essen . Die Ratte sollte nur unter Verwendung eines Trab Gang. Over-Konditionierung der Tiere, um diese Aufgabe können Tieren führen galoppieren und begrenzenden diese Gangarten sind bezeichnend für Tiere Reisen&gt; 90 cm / s. Bounding und Galopp Gangarten, biomechanisch, sind schwieriger zu für eine Vielzahl von Gründen (z. B. Bein führen Einschlusskriterien, etc) zu interpretieren. In unserer Erfahrung, einmal Ratten konsequent durchziehen galoppieren oder begrenzenden Grundgangarten, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, haben sie einen Trab Gang, während locomoting in der Start-und Landebahn. Geschwindigkeiten&gt; 90 cm / s werden nur selten gesehen, nachdem ein Tier aus dem peripheren oder zentralen Nervensystem Verletzungen erlitten hat. Zeit für eine erfolgreiche Ausbildung zu erreichen, ist variaBLE zwischen Stämmen und Geschlechtern von Ratten. Wistar, Lewis, Long-Evans und Sprague-Dawley-Stämme sind in der Lage, konsequent durchziehen die Start-und Landebahn innerhalb von 2 Wochen ab Beginn der Ausbildung 8. Nach unseren Erfahrungen neigen Fischer (F-344) Ratten nach oben von 4-6 Wochen dauern, bis diese Aufgabe 8 zu lernen. 4. Gemeinsame Position Marking Vorderbein kinematische Analyse ist unzuverlässig wegen Haut Bewegung Artefakt, indem Haut Markierungen auf der Vorderbeine, die in Arten verschärft wird, wie die Ratten, die eine geduckte Körperhaltung 9 haben verhängt. Stattdessen müssen Kinematik der Vorderbeine erreicht mit Röntgen-Kinematografie oder Durchleuchtung 10-13 sein. Als solches Hinterbein gemeinsame Position Marker Platzierung ist nur hier beschrieben. Vor der Datenerhebung, muss jede Ratte narkotisiert werden mindestens 24 Stunden im Voraus über die Datenerhebung mit Hilfe eines geeigneten Inhalationsanästhetika (z. B. Isofluoran, 1.5-2% gewählt auf einer Präzisionswaage vaporizor) und verwaltet in Sauerstoff über Maske, und die wichtigsten topographischen Anatomie Landmarken markiert werden muss. Angesichts der Kürze des Verfahrens, und weil lang wirkenden Anästhetika nicht verwendet werden, der ein Tier Erwärmung Gerät benutzen müssen nicht verwendet werden, um das Tier seine Körpertemperatur zu halten. Sobald das Tier narkotisiert, sind die hinteren Gliedmaßen und dem Rücken, auf der Ebene der Beckenkamm rasiert. Das Tier wird dann in Brustlage gelegt und seine Hinterbeine sind in einer ungefähren stehender Position mit festen Packung Schaum zu unterstützen platziert. Die Haut über den Schädel und die meisten Teile der Beckenkamm, wird der Trochanter major des Oberschenkelknochens, die seitlichen Tuberositas, der Sprunggelenk und den distalen und lateralen Seite des 5 th Mittelfußknochen mit einer ungiftigen Filzstift markiert. Das Tier ist aus der Narkose erholt. Für zeitliche Studien kann eine periodische Narkose erforderlich, um die Hinterbeine wodurch eine spätere reflektierende Marker Platzierung (siehe unten) rasieren. Außerdem werden täglich Hervorhebung des zuvor markierten anatomischen Landmarken (mit der gleichen ungiftig Marker) erforderlich, da Ratten langsam entfernen Sie die Markierungen durch natürliche Pflege Verhalten sein. 5. Datenaufzeichnung Alle Kamera-Ansichten werden untersucht, um sicherzustellen, dass ihre Position angemessen und Erfassung der gleichen Sichtfeld ist. Jede Kamera sollte bei ca. 60-80 Grad zueinander angeordnet werden. Das Sichtfeld sollte die Kraftmessplatte in der Mitte und einer Länge von Start-und Landebahn aus, um zwei Schritte zu erfassen. Die Kalibrierung Volumen ist innerhalb der vorgegebenen Bereich der Start-und Landebahn gestellt. Ein einzelnes Bild der Kalibrierung Volumen innerhalb der Start-und Landebahn, von jeder der Kameras erfasst wird. Alle kalibrierten Markierungen entlang der Länge der einzelnen Stangen sind digitalisiert. Nur einmal eine zufriedenstellende Fehler bei der Digitalisierung erreicht ist, kann der Experimentator vor dem Sammeln Bewegungsapparates Daten. Diese Kalibrierung Schritt ist wichtig vor dem Sammeln von Daten. Wenn die Kalibrierung nicht durchgeführt wird genau, oder wenn die Kalibrierung nicht sofort geschehen, bevor eine Aufnahme-Session werden alle resultierenden Daten ungenau und unbrauchbar. Wichtig ist, dass, wenn eine der Kameras berührt oder bewegt, ist es am sichersten, anzunehmen, dass die Kalibrierung des Systems muss wiederholt werden. Unmittelbar vor dem Einbringen des Tieres in der Start-und Landebahn, sein Gewicht wird aufgezeichnet und vorgefertigte konische reflektierenden Haut Marker (mit 3M Reflexstreifen, siehe Tabelle) sind die vorgegebenen fühlte Markierungen auf der hinteren Gliedmaßen topographischen Landmarken gemacht eingehalten werden. Recording das Gewicht des Tieres wird erlauben Retrospektive Normalisierung der Bodenreaktionskräfte auf das Körpergewicht - ein wichtiger Aspekt, wenn man will Vergleiche zwischen den Gruppen zu machen. Darüber hinaus erleichtert das Körpergewicht Messung, Überwachung des Tieres den allgemeinen Gesundheitszustand für die Dauer des Experiments. Marker Platzierung benötigt nur artgerechte Handhabung und erfordert keine Narkose des Tieres. Wenn der Klebstoff auf die Reflexfolie nicht ausreicht, um auf der Haut des Tieres halten, kann eine sehr kleine Menge von nicht-toxischen Kleber (zB 3M VetBond Gewebekleber) verwendet, um die Einhaltung der Marker auf dem Körper des Tieres zu erleichtern. Sobald der Marker auf die Hinterbeine gestellt werden, sollte der Experimentator bequem in der Nähe der Tastatur des Computers positioniert und haben in Hand der Veranstaltung Marker durch die Vicon Motus System angeschlossen. Mit den kalibrierten Datei als Vorlage, mehrere Dateien im Vorfeld der Aufnahme gemacht. Normalerweise müssen 25 bis 30 Dateien gespeichert werden. Jede Datei sollte eindeutig benannt werden. Jede Datei wird stellen eine aufgezeichnete des Tieres aufgezeichnet laufen. Fünfundzwanzig bis 30 Dateien sind erforderlich, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Anzahl von Läufen, die die Einschlusskriterien Kriterium Geschwindigkeit (dh 60-90 cm / s) erhoben werden. Nach einer ausreichenden Zahl von Dateien erstellt der Experimentator kann mit der Datenerhebung beginnen. Die experimenter muss die Ratte zu Shuttle prompt innerhalb der Start-und Landebahn durch das Werfen ¼ Stücke cheerios an beiden Enden der Landebahn. Mit einer sorgfältigen Koordination und Timing, ist der Event-Marker bei der Initiierung ausgelöst und kurz vor dem Abschluss der Ratte erfolgreichem Abschluss einen Pass entlang der Start-und Landebahn. Nach Prüfung der Roh Bodenreaktionskraft Tracing, und nach der Aufnahme, ob die linke oder die rechte Glieder der Kraftplatte getroffen, wird die Datei gespeichert und geschlossen. Gleich viele linke und rechte Bein Kraftmessplatte Treffer sollte aufgezeichnet werden. Der Prozess der Aufnahme der Daten aus einer vorgegebenen Laufzeit wird wiederholt, bis eine ausreichende Anzahl von Durchläufen aufgezeichnet wurden. 6. Data Analysis Nach Abschluss der Datenerhebung für die Kinematik und Bodenreaktionskräfte, muss jedem Lauf von jedem Tier für die Geschwindigkeit ausgewertet werden. Mit Hilfe von zwei relativ festen Markern (zB Flügel der iliums) kann man beurteilen einen virtuellen Punkt zwischen den Markern (vor bei der Erstellung eines Vicon Motus Dateivorlage getan). Vor der Berechnung der Geschwindigkeit dieser "virtuellen" Punkt muss Marker für die iliaca Marker digitalisiert werden. Mit Vicon Motus Software, Geschwindigkeit dieser virtuellen Punkt in X-Richtung (horizontal in Bewegungsrichtung) wird berechnet. Dabei läuft nur innerhalb eines bestimmten Bereichs Geschwindigkeiten (bestimmt a priori) sind in den letzten Analysen verwendet. Wir finden, dass Tiere, die zwischen 60-90 cm / s sind nach einheitlichen Trab Gangarten. Ein Minimum von 10 Läufen (5 läuft, wo der linke Bein in Kontakt mit der Kraft-Plattform und 5 verläuft, wo das Recht des Körpers in Kontakt mit der Kraft-Plattform) erforderlich sind. Sobald die akzeptabel läuft für jedes Tier identifiziert werden, muss die Digitalisierung der übrigen Haut Marker abgeschlossen sein. Um für die Haut Bewegung Artefakt über das Knie zu kompensieren, die Einschätzung des Knies Position errechnet Triangulation (Kreuzung zwischen zwei Kreisen 2D-Kinematik, oder Schnittpunkte zwischen 2 Kugeln 3D Kinematik), wie bereits zuvor beschrieben. Hüft-, Knie und Sprunggelenk Winkeln, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen kann nun bestimmt werden. Stand-und Schwungphase Zeiten können auch ausgewertet werden, wenn ihre Genauigkeit auf der Grundlage der Abtastrate der Kameras werden eingesetzt begrenzt ist. Diese und andere Berechnungen können direkt ausgeführt werden (dh ohne Export) mit Vicon Motus KineCalc Software oder Daten können als ASCII Daten exportiert und analysiert werden mit Hilfe von anpassbaren Routinen in Software wie MATLAB. Bodenreaktionskraft Daten gemessen und durch die AMTI Kraft-Plattform verstärkt und gesammelt bei 1200 Hz von Vicon Motus. Als solcher, sobald die Bodenreaktionskraft Daten gesammelt werden, eine geeignete digitale Filter, um die Daten mit Vicon Motus angewendet wird. Da der Experimentator hat bereits die Fahrgeschwindigkeit und identifiziert akzeptabel läuft nach der Digitalisierung angemessene Hautmarker, Bodenreaktionskraft Daten, die gleichzeitig als kinematische Daten erhoben wurden, analysiert werden mit Vicon Motus KineCalc direkt oder indirekt über eine andere anpassbare Software bestimmt werden Routine. Eine Vielzahl von Variablen für Kräfte, in jeder der drei orthogonalen Richtungen, berechnet werden kann. Solche Variablen sind Spitzenkraft, Fläche und die Kurve (dh Impuls), etc. Wichtig ist jedoch, den Experimentator muss rechts und links des Körpers Daten für jeden Durchlauf der einzelnen Tiere zu trennen. Daten von rechts oder links Gliedmaßen extrahiert wird für jedes Tier gemittelt und als repräsentative Daten für dieses Tier. Die Daten werden dann mit Hilfe geeigneter statistischer Verfahren. 7. Repräsentative Ergebnisse Zur Darstellung der Nutzen dieser Form des Bewegungsapparates Analyse wurden Kinematik und Bodenreaktionskräfte für junge, im mittleren Alter, und geriatrische weibliche Wistar-Ratten bestimmt. Aus dieser Analyse wurden altersbedingte Unterschiede bei weiblichen Wistar-Ratten gefunden. Insbesondere zeigt Bodenreaktionskraft Analyse, dass geriatrische Ratten haben forelimb Bremsen Fähigkeit reduziert, und neigen dazu, ihre Hinterbeine mehr zur seitlichen Stabilisierung Nutzung im Vergleich zu anderen Tiergruppen (Abbildung 1). Kinematische Analyse ergab keine statistischen Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen, aber zeigt, dass Kinematik leicht aus nahezu jedem Zeitalter der Ratte (Abb. 2) aufgezeichnet werden. <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="Format 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 1"> Abbildung 1 Bodenreaktionskraft Tracing von der linken Extremitäten junger genommen. (4 Monate alt, n = 7), im mittleren Alter (13-14 Monate alt; n = 7), und geriatrischen (24 Monate alt, n = 5) weibliche Wistar-Ratten. Rechten Extremitäten waren ähnlich. Es ist leicht ersichtlich, dass geriatrische Ratten ihre Vorderbeine verbrauchen weniger zum Abbremsen (* = p &lt;0,05) im Vergleich zu jungen und mittleren Alters Ratten und geriatrische Ratten neigen dazu, ihre Hinterbeine mehr zur seitlichen Stabilisierung im Vergleich zu jungen Ratten verwenden (**). Die durchgezogenen Linien repräsentieren den Mittelwert, gestrichelte Linien stellen Mittelwerte + SE, gestrichelteLinien stellen Mittelwerte SE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Abbildung zu sehen.</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="Figure 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 2"> Abbildung 2. Kinematische Strichmännchen für den linken Schenkel des jungen, mittleren Alters und geriatrische Ratten. Strichmännchen stellen den Mittelwert Bewegung der linken Gliedmaßen für jede der Gruppen. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen von Tieren für Gelenkwinkel während der Schritt-Zyklus. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Abbildung zu sehen.</a>

Das vorliegende Papier stellt Methodik für die Bewertung Fortbewegung mittels kontinuierlichen quantitativen Kinematik und Bodenreaktionskraft Entschlossenheit. Wichtig für alle, die Einschiffung auf diese Methodik interessiert ist, einen starken Hintergrund in der Biomechanik der Fortbewegung, Tier sensomotorische Verhalten und Daten-Management und-manipulation. Obwohl kinematischen und Bodenreaktionskraft Bestimmung erfordert zusätzliche Zeit und Know-how im Vergleich zu einigen anderen Formen der Bewegungs-Analyse (zB Endpunkt Maßnahmen, ordinal Rating-Skalen), wird die gewonnenen Daten sensibel, objektive und quantitative für eine Vielzahl von orthopädischen 14-22 und neurologischen 1-3, 23-32 Modelle der Krankheit, in einer Vielzahl von Arten. Wir haben Daten, die Unterschiede in der Fortbewegung zwischen den verschiedenen Altersstufen der Belastung abgestimmten Ratten Informationen, die nicht sein könnten aufgelesen mit einfachen und weniger empfindlich Maßnahmen beschreibt Verfügung gestellt. Ferner hat kinematische und kinetische Analyse der Fortbewegung benutzt worden, um Bewegungs-Änderungen in einer Vielzahl von ZNS-Bedingungen, bei denen andere Formen der Evaluation erfolglos bezeichnen würden. 8, 23-25, 27 Die Verwendung von sensiblen Maßnahmen wird besonders wichtig bei der Beurteilung potenzieller Therapeutika für verschiedene Modelle von Krankheit. Wenn ein Test ist nicht empfindlich genug, um einen Effekt einer möglichen therapeutant der Experimentator die Gefahr der Begehung einer Typ-II statistische Fehler zu erkennen (dh Abschluss gibt es keine Wirkung einer Behandlung, wenn in der Tat gab es einen Effekt). Da ferner Endpunkt Maßnahmen und subjektive Tests, die Fortbewegung zu bewerten, gibt es ein Potential für Bias. Kinematische und kinetische Auswertung ist rein objektiv, dass, sofern geeignete Inklusion / Exklusion Kriterium gemacht werden a priori, der Experimentator einfach sammelt, prüft und gilt entsprechende Statistiken zu den Daten (dh es gibt keine subjektive Komponente, um Daten-Bestimmung). Kinematische und kinetische Analyse bietet auch die Möglichkeit, für eine Vielzahl von Arten genutzt werden. In der Tat haben Kinematik, Bodenreaktionskraft Bestimmung, oder beide in einer Vielzahl von Tierarten wie Elefanten 33-35, Rinder 36, Pferde 37-40, Hunde 4, 41-45, Katzen 21, 46-49, verschiedene benutzt worden Nagetiere 3, 8, 50, 51, Vögel 4, 52-55, und Fisch 56, 57 (diese Liste ist nicht erschöpfend). In der Erfahrung des Autors, jedoch ist die Verwendung von Mäusen problematisch gegeben, dass Mäuse, die nicht leicht zu operant Zustand entlang einer Piste fahren. Vor diesem Hintergrund werden die Mäuse nicht auf einem relativ konstanten Geschwindigkeit fahren und stattdessen speed-up und Verlangsamung beim Durchlaufen der Start-und Landebahn. Dieses Verhalten kann wahrscheinlich zum Teil durch Ausführen von Mäusen auf einem Laufband und Video-Taping das Tier locomoting auf dem Laufband. 58 überwunden werden, ob die experimentelle Vorrichtung zur Bodenreaktionskraft Bestimmung war es, für Laufband Nutzung geändert werden, würde Bodenreaktionskraft Bestimmung wahrscheinlich nur leicht für die vertikale Bodenreaktionskraft erhalten, wie das Laufband mit Vorwärts-Rückwärts-und medio-lateral Kraft Bestimmung stören würde. Insgesamt ist kinematische und kinetische Analyse der Fortbewegung eine zuverlässige, sensitive und objektive Methode, die für verschiedene Modelle von orthopädischen und neurologischen Erkrankungen eingesetzt werden können. Darüber hinaus hat die gesamte Ausrüstung wird für den Einsatz in Nagetieren zur Verfügung und negiert damit alle damit verbundenen Grund für die nicht die Durchführung dieser Form der sensomotorischen Verhaltensanalyse.

<table><tbody><tr><td>Kleine Kraftmessplattform mit geringer Belastung</td><td>AMTI</td><td>HE6X6</td><td>http://amti.biz/PDFDownloads/0908HE6x6.pdf</td></tr><tr><td>Vicon Motus</td><td>Vicon</td><td>Vicon Motus-Software</td><td>http://www.vicon.com/applications/animal.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Die Kraftmessplatte kann als integriertes Paket zusammen mit dem Vicon Motus-System erworben werden.</td></tr><tr><td>Vicon Motus KineCalc</td><td>Vicon</td><td>Vicon Motus KineCalc-Software</td><td>http://www.vicon.com/anwendungen/tier.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Eigene Software, kompatibel mit Vicon Motus-Daten, zur direkten und anpassbaren Datenberechnung.</td></tr><tr><td>Videokameras</td><td>Vicon</td><td>Je nach Anforderungen unterschiedlich</td><td>http://www.vicon.com/anwendungen/tier.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Mindestens 4 Kameras sind für die bilaterale 2D- oder 3D-Bildgebung der Hintergliedmaßen-Kinematik während der Fortbewegung von Ratten erforderlich. Kameras mit einer Abtastrate von 60 Hz sind ausreichend, wenn sich die Ratten mit 60 bis 90 cm/s fortbewegen. Hochgeschwindigkeitskameras ermöglichen die Erfassung sehr kleiner, aber möglicherweise bedeutsamer Unterschiede in der Interlimb-Koordination.</td></tr><tr><td>Kalibrierungsvolumen oder -rahmen</td><td>Vicon</td><td>Benutzerdefiniert</td><td>http://www.vicon.com/anwendungen/tier.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Ein geeignetes Kalibriervolumen muss erworben und jedes Mal vor der Durchführung der Videografie verwendet werden, wenn neue Daten erhoben werden, oder immer dann, wenn eine der Kameras bewegt wurde. Die Abmessungen dieses Kalibriervolumens richten sich nach dem untersuchten Sichtfeld.</td></tr><tr><td>Reflektierendes Band</td><td>3M</td><td>NA</td><td>Kann über einen 3M-Händler in großen Mengen oder bei Bedarf von VICON gekauft werden&lt;br/&gt;http://solutions.3m.com/de_DE/?WT.mc_id=www.3m.com/us&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;http://www.vicon.com/applications/animal.html</td></tr><tr><td>Cheerios</td><td>General Mills</td><td>Cheerios</td><td>http://www.cheerios.com/</td></tr><tr><td>Gewebekleber</td><td>3M</td><td></td><td>Kann über einen 3M-Händler erworben werden&lt;br/&gt;http://solutions.3m.com/de_DE/?WT.mc_id=www.3m.com/us</td></tr></tbody></table>

kinematik und ground reaction force bestimmung: eine demonstration quantifizierung bewegungsapparat fähigkeiten der jungen erwachsenen im mittleren alter, und geriatrische rats

Kinematics and Ground Reaction Force Determination: A Demonstration Quantifying Locomotor Abilities of Young Adult, Middle-aged, and Geriatric Rats

Verhalten, in seiner ganzen Bandbreite, kann der Motor Manifestation der physiologischen Prozesse definiert werden. Als solche manifest alle Verhaltensweisen durch das motorische System. In den Bereichen der Neurowissenschaften und Orthopädie, ist Bewegung ein allgemein beurteilt das Verhalten für eine Vielzahl von Krankheiten Modelle. Zum Beispiel ist Bewegungsapparates Erholung nach traumatischen Verletzungen des Nervensystems eine der am häufigsten bewertet Verhaltensweisen 1-3. Obwohl Fortbewegung kann unter Verwendung einer Vielzahl von Endpunkt-Messungen (z. B. Zeit, um eine Bewegungs-Aufgabe, etc komplett), semiquantitative kinematische Maßnahmen (zB ordinale Skalen (zB Basso Beattie und Bresnahan Bewegungsapparates (BBB) ​​Rating-Skala, etc)) und Ersatz werden Maßnahmen des Verhaltens (zB Muskelkraft, Nervenleitgeschwindigkeit, etc), nur Kinetik (Kraftmessungen) und Kinematik (Messungen der Körpersegmente im Raum) eine ausführliche Beschreibung der Strategie, mit der ein Tier in der Lage ist zu 1 fortbewegen. Obwohl nicht neu, kinematische und kinetische Messungen von locomoting Nagetieren ist jetzt leichter zugänglich aufgrund der Verfügbarkeit von kommerziell erhältlichen Geräte für diesen Zweck konzipiert. Wichtig ist jedoch, müssen Experimentatoren zu sehr vertraut mit der Theorie der biomechanischen Analysen und verstehen die Vorteile und Grenzen dieser Formen von Analysen vor Einschiffung auf das, was eine relativ arbeitsintensive studieren. Die vorliegende Arbeit soll eine Methode zur Erfassung von kinematischen und Bodenreaktionskraft Daten mit den handelsüblichen Geräten beschreiben. Details der Einrichtung und Ausstattung von Set-up, sind vor dem Training der Tiere, Ein-und Ausschlusskriterien des zulässigen läuft, und Methoden für die Erhebung der Daten beschrieben. Wir illustrieren den Nutzen dieser Verhaltensanalyse-Technik durch die Beschreibung der Kinematik und Kinetik der Belastung angepassten jungen Erwachsenen mittleren Alters, und geriatrische Ratten.

Locomotion wird oft als ein Verhaltens-Ergebnis in verschiedene Modelle der Krankheit in Bereichen wie Neurologie und Orthopädie untersucht. Dieses Video Papier beabsichtigt, eine Methode zur Erfassung der Bodenreaktionskräfte und Kinematik von Ratten während der hemmungslosen Bewegung zu beschreiben.

Kinematik und Ground Reaction Force Bestimmung: Eine Demonstration Quantifizierung Bewegungsapparat Fähigkeiten der jungen Erwachsenen im mittleren Alter, und Geriatrische Rats

Verhalten kann in seiner weitesten Definition als die motorische Manifestation physiologischer Prozesse definiert werden. In diesem Sinne manifestieren sich alle Verhaltensweisen durch die ...

Dieses Video demonstriert ein Verfahren zur Messung der Bodenreaktionskräfte und der Hintergliedmaßen-Kinematik bei frei verhaltenden Ratten. Zunächst werden die Ratten trainiert, regelmäßig eine Laufbahn für eine Futterbelohnung zu durchlaufen. Anschließend werden reflektierende Marker an wichtigen topographischen anatomischen Landmarken der Hintergliedmaßen platziert.Während das Tier sich zur Belohnung mit Futter fortbewegt, werden Videoaufnahmen und Daten der Bodenreaktionskräfte erfasst. Die reflektierenden Marker werden digitalisiert und die Daten anschließend retrospektiv verarbeitet. Bei Ratten verschiedener Krankheitsmodelle zeigen sich qualitative und quantitative Unterschiede in den motorischen Fähigkeiten.Hallo, mein Name ist Aubrey Webb. Ich bin Assistenzprofessorin an der Fakultät für Veterinärmedizin und am Hotchkiss Brain Institute der University of Calgary in Calgary, Alberta, Kanada. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie Bewegungsbeurteilungsskalen und anderen Endpunktmessungen besteht darin, dass sie empfindliche, objektive, quantitative Daten liefert, um subtile Unterschiede zwischen Gruppen von laufenden Ratten zu unterscheiden.Diese Methode kann dabei helfen, zentrale Fragen im Bereich der Neurowissenschaften und Orthopädie zu beantworten, beispielsweise welche Wirkungen ein potenzieller therapeutischer Ansatz hat. Die Bedeutung dieser Technik reicht über verschiedene Krankheitsmodelle hinweg, da die Wahrscheinlichkeit, einen vorhandenen Effekt nicht nachzuweisen, begrenzt ist. Mithilfe dieser Technik liefert die Methode Einblicke in die Fortbewegung von Ratten.Sie kann auch auf andere Systeme angewendet werden, wie beispielsweise verschiedene Modelle neurologischer und orthopädischer Erkrankungen bei einer Vielzahl von Tierarten. Im Allgemeinen haben Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten, da die biomechanische Analyse viel Zeit und Geduld erfordert und fortgeschrittene Kenntnisse der Biomechanik notwendig sind, um Probleme bei der Datenanalyse zu beheben. Diese Methodik wird bereits seit mehreren Jahrzehnten bei mehreren Tierarten eingesetzt, doch erst kürzlich wurde sie aufgrund kommerziell verfügbarer Ausrüstung auch für Nagetiere zugänglich. Der erste Schritt zur Messung der lokomotorischen Fähigkeiten von Ratten besteht darin, jedes Tier darauf zu trainieren, eine flache, eingehüllte Laufbahn zu überqueren.Nach Erhalt der Ratten von einer geeigneten Tierlieferfirma sollten die Tiere an ihre neue Umgebung gewöhnt werden, und zwar für eine Woche. Während dieser Eingewöhnungszeit mehrere Cheerios in den Rattenkäfig geben.Täglich werden die Tiere auf ihre Erhaltungsenergiebedarfe beschränkt, um Fettleibigkeit zu vermeiden und die Motivation sicherzustellen, die Aufgabe anschließend durchzuführen. Jedes Tier täglich über einen Zeitraum von 10 bis 15 Minuten für eine Woche lang zur gleichen Tageszeit anfassen und jedes Tier in die Laufbahn setzen, wobei Cheerios an beiden Enden platziert werden. Wenn die Tiere sich mit ihrer Umgebung vertraut gemacht haben, beginnen sie, die Cheerios zu fressen.Sobald das Tier daran gewöhnt ist, Cheerios in der Bahn zu fressen, muss es operant konditioniert werden, die gesamte Länge der Bahn für eine Futterbelohnung zu durchlaufen. Dies wird erreicht, indem ein Viertel eines Cheerios an das gegenüberliegende Ende der Bahn geworfen wird, wo sich die Ratte befindet. Sobald die Ratte dieses Cheerios gefressen hat, wird ein weiteres Viertel eines Cheerios am anderen Ende der Bahn platziert.Wiederholen Sie dies, bis die Ratte sich konstant mit einem gleichmäßigen Trabtempo entlang der Bahn bewegt, um das Cheerio zu fressen, ohne zu galoppieren oder zu springen. Eine Konditionierung der Tiere an diese Aufgabe kann zu Galopp- und Sprungbewegungen führen, die biomechanisch schwieriger zu interpretieren sind. Nun zeigen wir, wie man die Gelenkpositionierung durchführt. Markierung vier.Die kinematische Analyse der Gliedmaßen ist aufgrund der stark gebeugten Haltung und der daraus resultierenden Bewegungsartefakte der Haut unzuverlässig, die entstehen, wenn Hautmarker an den vier Gliedmaßen angebracht werden. Stattdessen müssen die Kinematik der Vordergliedmaßen mittels Röntgen-Zeitlupenaufnahmen oder Durchleuchtung erfasst werden. Daher beschreibt dieses Video ausschließlich die Platzierung der Gelenkpositions-Marker am Hinterbein.Nachdem das Tier anästhesiert wurde, rasieren Sie die Hintergliedmaßen und den Rücken bis zur Höhe der Darmbeinkämme. Anschließend legen Sie das Tier in äußere Rückenlage und bringen Sie die Hintergliedmaßen mithilfe einer festen Polsterschaumstoffunterlage in eine annähernd stehende Position, um es zu stützen, und markieren Sie es mit einem ungiftigen, permanenten Markierstift. Die am kranialsten gelegenen Abschnitte der Darmbeinkämme, der große Trochanter des Femurs, der laterale Tibiavorsprung, das Tarsalgelenk sowie das distale und laterale Ende des fünften Mittelfußknochens.Die tägliche erneute Markierung der zuvor gekennzeichneten anatomischen Landmarken ist erforderlich, da Ratten die Markierungen durch ihr natürliches Pflegeverhalten nach und nach entfernen. Nun sehen wir uns an, wie Daten aufgezeichnet werden. Platzieren Sie das Kalibrierungsvolumen innerhalb des vorbestimmten Bereichs der Laufbahn.Ein einzelner Frame des Kalibrierungsvolumens innerhalb der Laufbahn wird von jeder der Kameras aufgenommen. Vor dem Start einer Aufnahmesitzung überprüfen Sie die Ansicht jeder Kamera. Stellen Sie sicher, dass das Sichtfeld bei allen vier Kameras identisch ist und die Kraftmessplatte in der Mitte sowie eine ausreichende Länge der Laufbahn umfasst, um zwei Schritte zu erfassen.Alle kalibrierten Markierungen entlang der Länge jedes der Pollen werden digital erfasst. Dieser Kalibrierungsschritt ist vor dem Datensammeln entscheidend. Wenn die Kalibrierung nicht genau durchgeführt wird oder nicht unmittelbar vor einer Aufnahmesitzung erfolgt, sind alle resultierenden Daten ungenau und unbrauchbar.Erst wenn ein zufriedenstellender Fehler bei der Digitalisierung erreicht ist, fahren Sie unmittelbar vor dem Platzieren des Tieres auf der Laufbahn mit der Erfassung der Bewegungsdaten fort. Notieren Sie das Gewicht und befestigen Sie konische reflektierende Hautmarker an den zuvor auf den topographischen Landmarken der Hintergliedmaßen angebrachten Filzmarkierungen. Sobald die Marker an den Hintergliedmaßen angebracht sind, setzen Sie sich an den Computer und halten den über das Vicon-Motorsystem verbundenen Ereignismarker bereit.Die Verwendung der kalibrierten Datei als Vorlage ermöglicht die Erstellung mehrerer Dateien vor der Aufnahme. Typischerweise sind 25 bis 30 Dateien erforderlich, um sicherzustellen, dass ausreichend viele Durchläufe, gemäß den Einchlusskriterien, sowie die Geschwindigkeit erfasst werden. Sobald die Dateien erstellt sind, beginnen Sie mit der Datensammlung.Befördern Sie zunächst die Ratte dazu, innerhalb der Bahn hin und her zu laufen, indem Sie jeweils ein Viertel eines Cheerios an beiden Enden der Bahn mit sorgfältiger Koordination und zum richtigen Zeitpunkt werfen. Der Ereignismarkierer wird beim Start und unmittelbar vor dem erfolgreichen Durchlauf der Ratte entlang der Bahn ausgelöst. Nach Untersuchung der rohen Bodenreaktionskraftkurve und nach Aufzeichnung, ob die linken oder rechten Gliedmaßen die Kraftmessplatte berührt haben, speichern Sie die Datei und schließen Sie sie.Gleiche Anzahlen von Kraftplatten-Aktivierungen der linken und rechten Gliedmaßen sollten aufgezeichnet werden. Der Vorgang der Datenaufnahme von einem bestimmten Durchlauf wird wiederholt, bis ausreichend viele Durchläufe erfasst wurden. Nun zeigen wir, wie die Daten der Durchläufe nach Abschluss der Datensammlung für die Kinematik und die Bodenreaktionskräfte analysiert werden: Jeder Durchlauf von jedem Tier muss mithilfe der Vicon Modus-Software anhand zweier relativ fester Marker hinsichtlich der Geschwindigkeit bewertet werden.Beispielsweise können die Flügel des Ileums verwendet werden, um einen virtuellen Punkt zwischen den Markern zu bewerten. Dabei kann die Geschwindigkeit dieses virtuellen Punktes in horizontaler Richtung berechnet werden; es werden nur Durchläufe einbezogen, bei denen sich das Tier mit 60 bis 90 Zentimetern pro Sekunde bewegt. Für die Analyse sind mindestens 10 Durchläufe erforderlich.Fünf Durchläufe, bei denen das linke Gliedmaßenende mit der Kraftmessplatte in Kontakt kommt, und fünf Durchläufe, bei denen das rechte Gliedmaßenende mit der Kraftmessplatte in Kontakt kommt. Sobald die akzeptablen Durchläufe für jedes Tier identifiziert sind, muss die Digitalisierung der verbleibenden Hautmarker abgeschlossen werden, um Hautbewegungen auszugleichen. Der Artefakt über der Kniegelenkschätzung der Knieposition wird mithilfe der Triangulation sowie der Hüft-, Knie- und H-Gelenkwinkel berechnet.Es werden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bestimmt, außerdem können Stand- und Schwungphasenzeiten ausgewertet werden. Die gleichzeitig erfassten Daten der Bodenreaktionskräfte werden mit derselben Software analysiert, wobei eine Vielzahl von Variablen für die Kräfte in jeder der drei orthogonalen Richtungen berechnet werden kann. Die gleichzeitig erfassten Daten der Bodenreaktionskräfte werden mithilfe derselben Software ausgewertet, sodass verschiedene Variablen für die Kräfte in jeder der drei orthogonalen Richtungen berechnet werden können.Nun zeigen wir einige repräsentative Ergebnisse, die die Nützlichkeit dieser Form der Bewegungsanalyse veranschaulichen. Kinematik und Bodenreaktionskräfte wurden für junge, mittelalte und ältere weibliche Wistar-Ratten bestimmt. Aus dieser Analyse ergaben sich altersbedingte Unterschiede bei weiblichen Wistar-Ratten.Insbesondere zeigt die Analyse der Bodenreaktionskräfte, dass ältere Ratten eine verminderte Bremsfähigkeit aller vier Gliedmaßen aufweisen und im Vergleich zu den anderen Tiergruppen dazu neigen, ihre Hintergliedmaßen stärker für die seitliche Stabilisierung zu nutzen; die kinematische Analyse ergab jedoch keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen. Obwohl gezeigt wurde, dass Kinematik praktisch bei Ratten jeglichen Alters problemlos aufgezeichnet werden kann, ist es wichtig, die Tiere unmittelbar vor oder unmittelbar nach der Datenaufnahme zu wiegen und das System vor der Datensammlung sorgfältig gemäß diesem Verfahren zu kalibrieren.Andere Methoden wie die klinische Elektrophysiologie am gesamten Tier können verwendet werden, um zus&auml;tzliche Fragen zu beantworten. Zum Beispiel: H&auml;ngen die Ergebnisse zu Kinematik und Bodenreaktionskr&auml;ften mit der neuralen Regeneration oder einer anderen umfassenderen Form der neuroanatomischen Plastizit&auml;t zusammen, beispielsweise bei der Regeneration peripherer Nerven? Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verst&auml;ndnis daf&uuml;r haben, wie man Daten zu Bodenreaktionskr&auml;ften und zur Hintergliedmaßen-Kinematik von frei verhaltenden Ratten mithilfe handels&uuml;blicher Ger&auml;te erhebt.

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