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

Dieses Video zeigt ein Verfahren zur Messung von Bodenreaktionskräften und der Kinematik der Hintergliedmaßen bei frei verhaltenden Ratten. Ratten werden zunächst darauf trainiert, eine Landebahn zu überqueren, um eine Futterbelohnung zu erhalten. Reflektierende Marker wurden dann an wichtigen topographischen anatomischen Orientierungspunkten für die Hintergliedmaße platziert.

Videoaufzeichnung und Daten der Bodenreaktionskraft werden gesammelt, während sich das Tier für die Futterbelohnung bewegt. Die reflektierenden Marker werden digitalisiert und die Daten retrospektiv verarbeitet. Qualitative und quantitative Unterschiede in den Bewegungsfähigkeiten werden bei Ratten einer Vielzahl von Krankheitsmodellen beobachtet.

Hallo, mein Name ist Aubrey Webb. Ich bin Assistenzprofessorin an der Veterinärmedizinischen Fakultät und am Hotchkiss Brain Institute an der University of Calgary in Calgary, Alberta, Kanada. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie Lokomotiv-Bewertungsskalen und anderen Endpunktmaßen besteht darin, dass diese Technik empfindliche, objektive und quantitative Daten liefert, um subtile Unterschiede zwischen Gruppen von Ratten zu unterscheiden, die sich fortbewegen.

Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der Neurowissenschaften und der Orthopädie zu beantworten, z. B. welche Auswirkungen ein potenzielles Therapeutikum hat. Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie verschiedener Krankheitsmodelle, da die Wahrscheinlichkeit, dass keine Wirkung eintritt, wenn es eine gibt, begrenzt ist. Mit dieser Technik ermöglicht diese Methode jedoch einen Einblick in die Fortbewegung von Ratten.

Es kann auch auf andere Systeme angewendet werden, z. B. auf verschiedene Modelle neurologischer und orthopädischer Erkrankungen bei einer Vielzahl von Tierarten. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da die biomechanische Analyse viel Zeit und Geduld erfordert und da fortgeschrittene Kenntnisse der Biomechanik erforderlich sind, um Fehler bei der Datenanalyse zu beheben. Diese Methode wird seit mehreren Jahrzehnten bei mehreren Arten angewendet, obwohl sie erst vor kurzem aufgrund kommerziell erhältlicher Geräte für den Einsatz bei Nagetieren verfügbar ist. Der erste Schritt bei der Messung der Bewegungsfähigkeiten von Ratten besteht darin, jedes Tier darauf zu trainieren, eine flache Fläche zu überqueren, die die Landebahn umschließt.

Nach dem Erhalt von Ratten von einem geeigneten Tierlieferanten sollten die Tiere an ihr neues Zuhause gewöhnt werden. Eine Woche lang. Während dieser Eingewöhnungszeit legst du mehrere Cheerios in den Käfig der Ratte.

Das tägliche Futter der Tiere ist auf ihren Erhaltungsenergiebedarf beschränkt, um Fettleibigkeit zu verhindern und die Motivation für die anschließende Aufgabe zu gewährleisten. Behandeln Sie jedes Tier eine Woche lang täglich 10 bis 15 Minuten lang im gleichen Zeitraum, platzieren Sie jedes Tier auf dem Laufsteg mit Cheerios an beiden Enden. Wenn sich die Tiere mit ihrer Umgebung vertraut gemacht haben, beginnen sie, die Cheerios zu fressen.

Sobald das Tier sich daran gewöhnt hat, Cheerios innerhalb des Laufstegs zu fressen, muss es operant konditioniert werden, um für eine Futterbelohnung die gesamte Länge des Laufstegs zu laufen. Dies wird erreicht, indem ein Viertel eines Cheerios an das gegenüberliegende Ende der Landebahn geworfen wird, wo die Ratte positioniert ist. Sobald die Ratte diesen Cheerio gefressen hat, platzieren Sie einen weiteren vierten Cheerio am anderen Ende der Landebahn.

Wiederholen Sie dies, bis sich die Ratte gleichmäßig mit konstanter Trabgeschwindigkeit über die Landebahn bewegt. Die Cheerio zu fressen, ohne zu galoppieren oder zu springen. Die Konditionierung der Tiere auf diese Aufgabe kann zu galoppierenden und springenden Toren führen, die biomechanisch schwieriger zu deuten sind. Schauen wir uns nun an, wie man eine gemeinsame Position führt. Markierung vier.

Die kinematische Analyse der Gliedmaßen ist aufgrund der stark geduckten Haltung und des anschließenden Hautbewegungsartefakts, das durch das Platzieren von Hautmarkern an den vier Gliedmaßen verursacht wird, unzuverlässig. Stattdessen muss die Kinematik der Vordergliedmaßen mittels Röntgenkinematographie oder Durchleuchtung erreicht werden. Daher wird in diesem Video nur die Platzierung der Positionsmarker des Hindin-Gelenks beschrieben.

Sobald das Tier betäubt wurde, rasieren Sie die Hinterbeine und den Rücken bis zur Höhe der Beckenkämme. Legen Sie dann das äußere Liegerad des Tieres auf und bringen Sie seine Hinterbeine in eine ungefähr stehende Position, indem Sie festen Packschaum verwenden, um es mit einer ungiftigen Permanentmarkierung zu stützen. Die kranialsten Teile der Beckenkämme, der große Teil des Femurs, die laterale Tibiavorwölbung, das Tarsalgelenk und die distale und laterale Seite des fünften Mittelfußknochens.

tägliche Hervorhebung der zuvor markierten anatomischen Orientierungspunkte ist erforderlich, da Ratten die Marker durch natürliches Fellpflegeverhalten langsam entfernen. Sehen wir uns nun an, wie man Daten aufzeichnet. Platzieren Sie das Kalibriervolumen innerhalb des vorgegebenen Bereichs der Start- und Landebahn.

Von jeder der Kameras wird ein einzelnes Bild des Kalibrierungsvolumens innerhalb der Start- und Landebahn aufgenommen. Bevor Sie eine Aufnahmesitzung starten, untersuchen Sie die Ansicht jeder Kamera. Stellen Sie sicher, dass das Sichtfeld aller vier Kameras identisch ist und dass es die Kraftmessplatte in der Mitte und eine Länge der Start- und Landebahn umfasst, die ausreicht, um zwei Schritte zu erfassen.

Alle kalibrierten Markierungen über die Länge der einzelnen Umfragen werden digitalisiert. Dieser Kalibrierungsschritt ist vor der Datenerfassung von entscheidender Bedeutung. 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 behoben ist, fahren Sie mit der Erfassung von Lokomotivdaten unmittelbar vor dem Absetzen des Tieres auf der Landebahn fort. Notieren Sie sein Gewicht und kleben Sie konische reflektierende Hautmarkierungen auf die vorgegebenen Filzmarkierungen auf den topografischen Orientierungspunkten der Hintergliedmaßen. Sobald die Marker an den Hinterbeinen platziert sind, setzen Sie sich an den Computer und haben Sie den Ereignismarker in der Hand, der über das Vicon-Motorsystem befestigt ist.

Wenn Sie die kalibrierte Datei als Vorlage verwenden, werden vor der Aufnahme mehrere Dateien erstellt. In der Regel werden 25 bis 30 Dateien benötigt, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Anzahl von Durchläufen, d. h. der Einschlusskriterium, und die Geschwindigkeit erfasst werden. Sobald die Dateien erstellt sind, beginnen Sie mit dem Sammeln von Daten.

Fordern Sie die Ratte zunächst auf, innerhalb der Landebahn zu pendeln, indem Sie ein Viertel der Cheerios an beide Enden der Landebahn werfen, wobei Sie sorgfältig koordiniert und zeitlich abgestimmt sind. Die Ereignismarkierung wird bei der Initiierung und kurz vor dem erfolgreichen Überflug der Landebahn durch die Ratte ausgelöst. Nach der Untersuchung der groben Bodenreaktion, der Kraftverfolgung und der Aufzeichnung, ob die linken oder rechten Gliedmaßen auf die Kraftmessplatte treffen, speichern und schließen Sie die Datei.

Es sollte die gleiche Anzahl von Treffern auf die Kraftmessplatte des linken und rechten Gliedes aufgezeichnet werden. Das Aufzeichnen der Daten eines bestimmten Laufs wird so lange wiederholt, bis eine ausreichende Anzahl von Läufen aufgezeichnet wurde. Schauen wir uns nun an, wie man die Daten aus den Läufen analysiert Nach Abschluss der Datenerfassung für Kinematik und Bodenreaktionskräfte muss jeder Lauf von jedem Tier mit der Vicon-Modus-Software, zwei relativ festen Markern, auf Geschwindigkeit bewertet werden.

So können beispielsweise die Flügel des Ileums genutzt werden, um einen virtuellen Punkt zwischen den Markern auszuwerten. Die Geschwindigkeit dieses virtuellen Punktes in horizontaler Richtung kann dabei berechnet werden, eingerechnet werden nur Läufe, bei denen sich das Tier zwischen 60 und 90 Zentimetern pro Sekunde bewegt. Für die Analyse sind mindestens 10 Durchläufe erforderlich.

Fünf Läufe, bei denen das linke Glied Kontakt mit der Kraftplattform hat, und fünf Läufe, bei denen das rechte Glied Kontakt mit der Kraftplattform hat. Sobald die akzeptablen Läufe für jedes Tier identifiziert wurden, muss die Digitalisierung der verbleibenden Hautmarker abgeschlossen werden, um die Hautbewegungen auszugleichen. Die Schätzung des Artefakts über dem Knie der Knieposition wird anhand der Triangulation, der Hüft-, Knie- und H-Gelenkwinkel berechnet.

Geschwindigkeiten und Beschleunigungen werden ermittelt und auch Schwungzeiten können ausgewertet werden. Die gleichzeitig gesammelten Daten der Bodenreaktionskraft werden mit der gleichen Software analysiert, eine Vielzahl von Variablen für Kräfte in jeder der drei orthogonalen Richtungen können berechnet werden. Die gleichzeitig erhobenen Daten der Bodenreaktionskraft werden analysiert. Mit der gleichen Software können eine Vielzahl von Variablen für Kräfte in jeder der drei orthogonalen Richtungen berechnet werden.

Im Folgenden zeigen wir einige repräsentative Ergebnisse, um den Nutzen dieser Form der Lokomotivanalyse darzustellen. Die Kinematik und die Bodenreaktionskräfte wurden für junge, mittelalte und geriatrische weibliche Pfeifentratten bestimmt. Aus dieser Analyse wurden altersbedingte Unterschiede für weibliche Rohrratten gefunden.

Insbesondere zeigt die Analyse der Bodenreaktionskraft, dass geriatrische Ratten im Vergleich zu den anderen Tiergruppen eine reduzierte Bremsfähigkeit von vier Gliedmaßen aufweisen und dazu neigen, ihre Hintergliedmaßen mehr zur seitlichen Stabilisierung zu nutzen. Die kinematische Analyse ergab keine statistischen Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen. Es zeigt jedoch, dass die Kinematik von praktisch jedem Alter der Ratte leicht aufgezeichnet werden kann, während versucht wird, dieses Verfahren durchzuführen. Es ist wichtig, das Tier unmittelbar vor oder unmittelbar nach der Datenerfassung zu wiegen und das System vor der Datenerfassung nach diesem Verfahren sorgfältig zu kalibrieren.

Andere Methoden, wie z.B. die klinische Elektrophysiologie des ganzen Tieres, können verwendet werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten. Hängen zum Beispiel die Befunde der kinematischen und Bodenreaktionskraft mit der neuronalen Regeneration zusammen oder mit einer anderen breiteren Form der neuroanatomischen Plastizität, z. B. bei der peripheren Nervenregeneration? Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie mit handelsüblichen Geräten Daten über die Bodenreaktionskraft und die kinematischen Daten der Hintergliedmaßen von frei verhaltenden Ratten sammeln können.