Eine neue Methode zur Beurteilung der proximalen und distalen Vordergliedmaße Funktion im Rat: Die Irvine, Beatties und Bresnahan (IBB) Vorderbein Skala

Dieses Video demonstriert die Irvine-Bates- und Bresnahan-Fallgliedmaßenskala (IBB), mit der die Wiederherstellung der proximalen und distalen Fallfunktion erfasst werden kann. Die Ratten werden zunächst an die Testumgebung angepasst und nach einer einseitigen C6-Rückenmarkverletzung beobachtet. Anschließend werden die Tiere aufgezeichnet, während sie zwei unterschiedlich geformte, aber gleich große Müsliflocken fressen.

Die Videos werden verwendet, um Merkmale des Sturzverhaltens wie Gelenkposition, Objektabstützung, Fingermotorik und Greiftechnik zu beurteilen, und das Vorhandensein verschiedener Verhaltensmerkmale wird auf dem IBB-Bewertungsbogen festgehalten. Der IBB zeigt ein konsistentes Erholungsmuster, das empfindlich auf die Schwere der Verletzung reagiert. Darüber hinaus kann die IBB-Skala zur Beurteilung der Erholung nach anderen Arten von Verletzungen eingesetzt werden, die die normale Sturzfunktion beeinträchtigen.

Obwohl es mehrere Verhaltensassays gibt, die empfindlich gegenüber unterschiedlichen Aspekten der Vier-Beine-Erholung und experimentellen Modellen einer zervikalen Rückenmarkverletzung sind, liefern nur wenige Techniken detaillierte Informationen über die Wiederherstellung der Feinmotorik und der Fingergelenkbewegung. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen zur Erholung nach einer Rückenmarkverletzung zu beantworten, beispielsweise welche Rolle bestimmte axonale Bahnen bei der Wiederkehr der proximalen und distalen Funktion der Vordergliedmaßen spielen.

Zum Beispiel der Rubrospinaltrakt oder der Corticospinaltrakt. Die Implikationen dieser Technik reichen bis hin zur Therapie beim Menschen. Die Mehrheit der spinalen Rückenmarksverletzungen beim Menschen tritt auf zervikaler Ebene auf.

Außerdem ist die Wiederherstellung der Hand- und Armfunktion eine zentrale Priorität für Patienten mit zervikaler Rückenmarkverletzung. Daher werden Outcome-Maße benötigt, die sowohl proximale als auch distale Vordergliedfunktionen bewerten. Obwohl diese Methode Einblicke in die Erholung der Vorderglieder nach einer Rückenmarkverletzung ermöglichen kann, ist sie auch auf andere Verletzungsarten anwendbar, die die normale Vordergliedfunktion beeinträchtigen, wie beispielsweise Schlaganfall oder periphere Neuropathien.

Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, könnten Schwierigkeiten haben, da sie eine Vielzahl von Verhaltensmerkmalen bewerten müssen, während die Ratte frisst. Wir hatten die Idee zu dieser Methode erstmals, als wir die Ratten während ihrer Genesung nach einer Verletzung des Rückenmarks beim Fressen beobachteten. Diese Methode baut auf früheren Arbeiten anderer Forscher auf, darunter Ian Wisha und seine Mitarbeiter.

Die visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da die Verhaltensmerkmale für die Gliedmaßenbewegung sehr schnell auftreten und daher Video-Beispiele der Verhaltensweisen erforderlich sind, die bewertet werden oder benötigt werden, um Beobachter in der Technik zu schulen. Die Tiere sollten unmittelbar nach ihrer Ankunft in der Tieranlage mit dem Geruch und Geschmack des Getreides in Kontakt gebracht werden, damit sie sich an die Aufnahme dieser Nahrung gewöhnen können. Die Tiere sollten außerdem an die Testumgebung angepasst werden.

Ein durchsichtiger Zylinder aus Plexiglas – einige Müsliflocken im Zylinder auf dem Boden platzieren, bevor die Ratte hineingelassen wird. Übermäßiges Putzverhalten, Urinieren, Defäkation und Springen sind alles Anzeichen dafür, dass das Tier gestresst ist und mehr Zeit zur Akklimatisierung benötigt. Sobald sich das Tier gut an die Testumgebung gewöhnt hat, folgt als nächster Schritt die Videoaufnahme der Tiere beim Fressen der Müsliflocken während der Aufnahme.

Es ist am besten, die Videokamera festzuhalten, da sich das Tier beim Fressen wahrscheinlich in der Position verändern wird. Filmen Sie das Tier dabei, wie es jeweils ein kugelförmiges und ein ringförmiges Müslistück vollständig frisst, da die erforderlichen Bewegungen je nach Form variieren und die beste Beurteilung die Beobachtung beider Abfolgen umfasst. Erfassen Sie die Daten für jedes Formstück separat auf einem Auswertungsbogen und kombinieren Sie anschließend die Punktzahlen, um eine Gesamtpunktzahl für diese Ratte an diesem Tag nach der Verletzung zu erstellen.

Jetzt betrachten wir einige Tipps zur Auswertung der Videos. Die Beurteilung der Fallfunktion des Tieres sollte unmittelbar beginnen, sobald das Tier anfängt, das Müsli zu fressen, und enden, sobald das Müslistück aufgegessen ist. Die Auswertungen sollten nur mit kugelförmigen und ringförmigen Müslis durchgeführt werden, die vor Beginn des Fressens eine einheitliche Größe und Form aufweisen.

Tiere sollten nicht bewertet werden, wenn sie zerbrochene Müslistücke fressen. Vor der Beurteilung wird dringend empfohlen, die Geschwindigkeit der Videos auf mindestens die Hälfte der ursprünglichen Geschwindigkeit zu verlangsamen, da selbst verletzte Ratten schnell fressen können und die Häufigkeit wichtiger Verhaltensweisen andernfalls unerkannt bleiben könnte. Dies kann mithilfe von Programmen wie QuickTime oder Windows Media Player während der Beobachtung des Tieres erreicht werden. Verwenden Sie den IBB-Bewertungsbogen, um das Auftreten der folgenden Verhaltensmerkmale festzuhalten, die wir nun beschreiben werden.

Die Ratte wird hinsichtlich der vorherrschenden Ellbogenposition beurteilt, also der am häufigsten während der Fressphase eingenommenen Position, die mehr als 50 % der Zeit angenommen wird: ausgestreckt, wenn der Ellbogen gestreckt ist mit einem Winkel von mehr als 160 Grad; teilweise gebeugt, wenn der Ellbogen mit einem Winkel von weniger als 160 Grad, aber mehr als 90 Grad gebeugt ist; vollständig gebeugt, wenn der Ellbogen mit einem Winkel von weniger als 90 Grad gebeugt ist. Die Ratte wird hinsichtlich proximaler Fallbewegungen beurteilt, also Bewegungen, die von der Schulter und/oder dem Ellbogen der betroffenen Fallgliedmaße ausgeführt werden. Die Bewegungen können, müssen aber nicht, dazu führen, dass die Fallgliedmaße Kontakt aufnimmt mit: keiner, wenn keine Schulter- und/oder Ellbogenbewegungen der betroffenen Fallgliedmaße auftreten; geringfügig, wenn Bewegungen über weniger als ein Drittel der Bewegungsstrecke des Schulter- und/oder Ellbogengelenks erfolgen – Zuckungen und Schulterzucken fallen in diese Kategorie; umfangreich, wenn die Bewegungen mehr als die Hälfte der Bewegungsstrecke des Schulter- und/oder Ellbogengelenks umfassen.

In der frühen Erholungsphase können diese Bewegungen zahlreich und unregelmäßig sein. Die Ratte wird hinsichtlich ihrer Fähigkeit beurteilt, die nicht vollständige Oberfläche des beeinträchtigten Vorderbeins zu nutzen, um das Getreidestück zu stabilisieren. Dabei hält die Ratte es in einer Position, die dem Fressen hilft.

Bereiche der Vordergliedmaße, die als Stützen fungieren können, sind das Unterarmsegment oberhalb des Handgelenks, das Handgelenk selbst oder der Rücken der Finger; in einigen Fällen liegt keine nicht-VLA-Stützung durch die Vordergliedmaße während der Fressphase vor. Manchmal tritt eine nicht-A-Stützung des Objekts während der Fressphase auf, jedoch nicht immer, und fast immer dann, wenn eine nicht-VOA-Stützung des Objekts auftritt, geschieht dies nahezu ausnahmslos oder stets während der Fressphase. In 95 bis 100 % der Beobachtungen wird die vorherrschende Fopo-Position der Ratte bewertet, also die Haltung, die die Finger mehr als 50 % der Zeit während des Fressens einnehmen: verklumpt, fixiert und gebeugt, wobei die Finger gebeugt sind und zu einer Faust geschlossen werden, mit Gelenkwinkeln von etwa 90 Grad.

Erweitert nicht anpassungsfähig, wobei die Zehen mit einem Winkel von größer oder gleich 160 Grad gestreckt sind und nicht teilweise der Form des gehaltenen Gegenstands angepasst sind; teilweise gebeugt anpassungsfähig, wobei die Zehen teilweise gebeugt sind und sich der Form des Gegenstands anpassen. Die Ratte wird hinsichtlich des Kontaktunterstützung durch die Sohlenfläche beurteilt, also ihrer Fähigkeit, die Sohlenfläche der beeinträchtigten Vorderpfote zu nutzen, um das Nahrungsteil zu stabilisieren und dabei eine Position beizubehalten, die dem Fressen dient: keine, wenn keine Unterstützung durch die Sohlenfläche der Vorderpfote während des Fressens oder weniger als 5 % der Zeit erfolgt; gelegentlich, wenn eine Unterstützung des Gegenstands durch die Sohlenfläche der Vorderpfote während des Fressens stattfindet, jedoch nicht immer oder weniger als 95 % der Zeit; fast immer, wenn die Unterstützung des Gegenstands durch die Sohlenfläche der Vorderpfote nahezu ständig oder ständig während des Fressens erfolgt, also 95 bis 100 % der Zeit.

Die Ratte wird auf das Vorhandensein von Handgelenkbewegungen der beeinträchtigten Vorderpfote während des Fressens untersucht. Sobald eine volare Unterstützung hergestellt ist, werden Bewegungen der Pfote, die ohne Kontakt zwischen der beeinträchtigten Vorderpfote und der Säule auftreten, nicht bewertet. Diese bewerteten Bewegungen können in beliebiger Richtung erfolgen.

Beispielsweise können bei einer Bewegung von dorsal nach ventral oder von medial nach lateral die möglichen Bewertungen „ja“ oder „nein“ lauten. Damit die Ratte bei diesem Verhalten mit „ja“ bewertet wird, ist mindestens eine Handgelenkbewegung erforderlich. Die Ratte wird hinsichtlich Bewegungen der beeinträchtigten Vorderpfote bewertet, die mit erfolgreichen Greifbewegungen der nicht beeinträchtigten Vorderpfote synchronisiert sind und zur korrekten Manipulation der Serie beitragen.

Keine, wenn keine seriellen Anpassungen durch das beeinträchtigte Fall-Gliedmaß erfolgen; übertrieben, wenn Bewegungen durch Schulter und/oder Ellbogen und/oder Handgelenk des beeinträchtigten Gliedes auftreten, die einen vollständigen Kontaktverlust zwischen der Fopo und der Serie verursachen. Diese Vorkommnisse sind kurz und treten typischerweise kurz vor erfolgreichen manipulativen Bewegungen der Serie mit der vol-Oberfläche der beeinträchtigten Fopo auf; subtil, wenn Bewegungen durch Schulter und/oder Ellbogen und/oder Handgelenk des beeinträchtigten Fall-Gliedes auftreten, ohne dass der Kontakt zwischen der Fopo und der Serie während des Essens verloren geht. Die Ratte wird dann daraufhin beurteilt, ob Bewegungen der einzelnen Finger während des Essens auftreten. Diese Bewegungen können entweder nicht-kontaktierende oder kontaktierende manipulative Bewegungen sein, im Fall der nicht-kontaktierenden Bewegung.

Bewegungen der Finger erfolgen, führen jedoch nicht zu einem Kontakt mit dem Gegenstand bei kontaktbasierten manipulativen Bewegungen. Es treten Fingerbewegungen auf, die einen Kontakt der Handfläche mit dem Gegenstand beinhalten und dadurch zur Manipulation des Gegenstands beitragen; mögliche Bewertungsskalen umfassen hierbei einfach „ja“ oder „nein“. Die Ratte wird hinsichtlich der am häufigsten verwendeten Greiftechnik während der Fressphase bewertet, die in mehr als 50 % der Fälle auftritt.

Es existieren mehrere Greifmethoden, wobei die häufigsten der Pinzettengriff, der Haken- und der Vollgriff sind. Die von der Ratte verwendeten Greiftechniken sind je nach Größe und Form des Getreidestückes stereotyp. Mögliche Bewertungen umfassen „abnormal“, wenn während der Fressphase zur Stabilisierung und Kontrolle des Getreidestückes durchgängig eine alternative Greifmethode verwendet wird, die von der vor der Verletzung genutzten Methode abweicht; „teilweise normal“, wenn die vor der Verletzung verwendete Greifmethode unregelmäßig angewendet wird; sowie „fast immer normal“.

Wo eine konsistente Anwendung der Greifmethode erfolgt, die vor der Verletzung genutzt wurde, um das Serienstück während der Fressphase zu unterstützen und zu kontrollieren. Sobald die Technik beherrscht ist, kann die Aufnahme innerhalb von fünf bis zehn Minuten durchgeführt werden; die Bewertung und Punktevergabe benötigen etwas mehr Zeit, da das Videomaterial verlangsamt werden muss und gelegentlich zweifelhafte Verhaltensweisen erneut überprüft werden müssen. Bei Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, die Ratte beim Verzehr eines ganzen Müsliriegelstücks aufzunehmen und dabei eine Nahaufnahme in scharfer Fokussierung anzufertigen, um eine genaue Beurteilung der Ratte zu ermöglichen. Im Anschluss an dieses Vorgehen kann eine histologische Analyse der Läsionsstelle durchgeführt werden, um weitere Fragen zu beantworten, beispielsweise, welche Axone oder welche neuronalen Zellpopulationen für die Wiederherstellung zentraler Bewegungsmerkmale nach deren Entwicklung wichtig sind.

Mithilfe dieser Technik können Forscher auf dem Gebiet der Rückenmarksverletzung die Erholung der proximalen und distalen Vordergliedmaßen bei Nagetieren untersuchen und diese mit der Erholung bei Primaten und Menschen in Beziehung setzen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die Tiere trainiert, in der Testumgebung zu fressen, während sie gefilmt werden, um die verschiedenen Verhaltensmerkmale zu erkennen und mithilfe des IBB-Bewertungsbogens festzuhalten sowie anschließend eine Bewertungszahl zuzuweisen.