Bewertung der Vordergliedmaße Funktion nach Einseitige Cervical SCI mit Novel Aufgaben: Gliedmaßen Step-Wechsel, Haltungsinstabilität und Pasta Handhabung

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, funktionelle Defizite und die Erholung nach einer zervikalen Rückenmarksverletzung zu bewerten. Dies wird erreicht, indem die Tiere zunächst darin trainiert werden, sich beim Handling und in der Testumgebung wohlzufühlen. Anschließend werden die Ratten hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur alternierenden Gliedmaßenbewegung beim Gehen beurteilt.

Dann werden die Tiere daraufhin getestet, ob sie auf Veränderungen des Schwerpunkts reagieren und ihre Körperhaltung entsprechend anpassen können. Schließlich wird die Funktion von Vorder- und Hinterpfoten während einer Feinmotorik-Aufgabe analysiert, bei der die Tiere Nudeln fressen müssen. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die Unterschiede in den Defiziten nach einer zervikalen Rückenmarkverletzung aufzeigen, wodurch die Tiere anhand ihrer funktionellen Defizite, die mit ihren anatomischen Unterschieden korrelieren, gruppiert werden können.

Der Hauptvorteil der hier beschriebenen Methoden gegenüber anderen bestehenden Methoden, wie der Footprint-Gate-Analyse, liegt darin, dass sie wesentlich einfacher anzuwenden sind und keine teuren Geräte oder Software erfordern. Diese Methoden liefern Erkenntnisse zur funktionellen Erholung nach einer Querschnittsläsion, können aber auch für andere Krankheitsmodelle verwendet werden, wie beispielsweise die Parkinson-Krankheit, Schlaganfall oder andere neurologische Erkrankungen, die zu motorischen Defiziten führen. Die in dieser Studie verwendeten Tiere weisen zwei bis drei Wochen vor der Operation eine laterale Querschnittsläsion im Bereich C3-C4 auf. Gewöhnen Sie die Tiere an die Handhabung sowie an die Testumgebung, die mit Sandpapier bedeckt ist, um ein Ausrutschen, Abstützen oder Schleifen der vier Gliedmaßen zu verhindern.

Der Vier-Extremitäten-Schrittwechsel-Test bestimmt, ob das Tier die Verwendung seiner Vordergliedmaßen koordiniert. Dieser Test kann täglich durchgeführt werden, bevor Sie beginnen. Stellen Sie sicher, dass das Tier aufgehört hat, sich zu wehren, und dass seine Muskulatur entspannt ist. Halten Sie anschließend das Tier auf einer Tischoberfläche in einer belastenden Position nur auf den Vordergliedmaßen oder in einer Schubkarrenposition, wobei der Körper nahezu im 90-Grad-Winkel zur Tischoberfläche steht. Sobald das Tier in Ihren Händen entspannt erscheint, schieben Sie es nach vorne, damit es sich entlang der Tischoberfläche bewegt.

Bestimmen und dokumentieren Sie, ob die Ratte beim Bewegen über die Oberfläche abwechselnd die Vordergliedmaßen verwendet. Wiederholen Sie diesen Test mindestens zweimal, wobei Sie das Tier mit einer Hand halten, und anschließend zweimal, wobei Sie es mit der anderen Hand halten.

Wenn die Ratte erfolgreich eine Schrittalternation gezeigt hat, führen Sie den Test erneut durch, wobei nach dem ersten Schritt eine Wartezeit von fünf Sekunden eingefügt wird, um zu bestimmen, ob das Alternationsmuster nach einer Verzögerung beibehalten wird. Notieren Sie die Ergebnisse und tragen Sie sie in das Wertungsblatt ein. Der Test zur posturalen Instabilität untersucht die Distanz, die das Tier benötigt, um mit dem Vorderglied einen Schritt zu machen und sein Gleichgewicht wiederzuerlangen.

Ähnlich wie beim Alternationstest sollte das Tier die Spannung in seinen Muskeln lösen, bevor es eine mit Sandpapier bedeckte Tischplatte betritt. Bringen Sie das Tier in die Laufposition („Schubkarre“), wobei sein Körper einen Winkel von nahezu 90 Grad zur Tischfläche einnimmt. Halten Sie vorsichtig ein Vorderbein am Körper des Tieres fest und richten Sie die Nasenspitze des Tieres von oben betrachtet mit der Nulllinie aus. Bewegen Sie anschließend die Ratte nach vorne. Dadurch verschiebt sich der Körperschwerpunkt des Tieres und es wird angeregt, einen Schritt auszuführen, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.

Bestimmen Sie die neue Position der Nase, nachdem die Ratte zweimal getreten ist, und verwenden Sie den Mittelwert dieser beiden Schritte als die zur Auslösung eines Schritts erforderliche Distanz. Notieren Sie die Ergebnisse auf dem im Textprotokoll bereitgestellten Bewertungsbogen für den Test der Körperhaltungsinstabilität. Testen Sie jedes Glied fünfmal.

Der Nudelverhaltenstest misst die Zeit, die benötigt wird, um ein standardisiertes Stück Nudel zu essen, sowie die Pfotenpräferenz während jeder Sitzung. Eine bis zwei Wochen vor der Operation erhält die Ratte täglich fünf bis sechs Stücke von 4,0 Zentimeter langen dünnen Spaghetti in ihrem Heimkäfig, um sie auf die Basislinienmessungen vorzubereiten. Danach wird die Ratte in eine Testkammer gebracht und Nudelstücke werden nahe der Vorderseite der Kammer platziert, sodass die Verwendung ihrer Vordergliedmaßen leicht beobachtet werden kann. Anschließend wird die Zeit aufgezeichnet, die zum Verzehr jedes Nudelstücks benötigt wird.

Lassen Sie das Tier mindestens drei Stücke pro Sitzung fressen. Wenn das Tier beim Fressen pausiert, unterbrechen Sie die Zeitnahme. Starten Sie die Zeitnahme erneut, wenn das Tier das Fressen fortsetzt.

Sobald die Ratte während des Trainings an mindestens drei aufeinanderfolgenden Tagen eine konsistente Nudel-Fresszeit gezeigt hat, ist das Tier bereit für die Baseline-Aufzeichnung, um Daten zu sammeln. Legen Sie Nudelstücke auf den Boden nahe der Vorderseite der Kammer und verwenden Sie das im Textprotokoll bereitgestellte Nudel-Handling-Bewertungsblatt, um die Zeit aufzuzeichnen, die die Ratte zum Fressen eines Nudelstücks benötigt, welche Vordergliedmaßen verwendet wurden und die Positionen der Vordergliedmaßen, wie hier dargestellt. Verwenden Sie den Test zur alternierenden Vordergliedmaßen-Bewegung. Nach chirurgischer Rückenmarkverletzung waren nur 50 % der Tiere in der Lage, die Nutzung ihrer Vordergliedmaßen abzuwechseln, und 50 % der erfolgreichen Alternierer konnten die Nutzung ihrer Gliedmaßen nach einer Verzögerung von fünf Sekunden abwechseln.

Die Korrelation der Befunde mit anatomischen Studien ergab, dass Alternatoren eine signifikant größere intakte Fläche des kortikospinalen Trakts und der Hinterstränge auf der kontralateralen Seite aufweisen, was darauf hinweist, dass der Vier-Extremitäten-Schritt-Alternations-Test die Schwere der Läsion sowie deren Einseitigkeit vorhersagen kann. Die Anwendung dieses Tests ermöglicht die Gruppeneinteilung basierend auf der Läsionsschwere. Beispielsweise können Messungen anhand der Vier-Extremitäten-Lokomotionsskala je nach Läsionsschwere getrennt ausgewertet werden, um deutlichere Ergebnisse zu erzielen.

Hier zeigen Daten, die aus dem Test zur Körperhaltungsinstabilität gewonnen wurden, Veränderungen an ipsilateralen, läsionsseitigen und kontraläsionalen Gliedmaßen nach einer Rückenmarkverletzung. Einseitige Läsionen des Rückenmarks können nicht nur an der beeinträchtigten und/oder betroffenen, sondern auch an der nicht beeinträchtigten Gliedmaße Veränderungen hervorrufen. Die Durchführung des Tests zur Körperhaltungsinstabilität nach einer zervikalen Rückenmarkverletzung zeigte einen signifikanten Einfluss des Läsionszustands.

Zusätzlich war die Auslenkung der Gliedmaße bei verletzten Tieren auf der ipsilateralen Läsionsseite signifikant länger im Vergleich zu Tieren mit Scheinoperation. Während die Auslenkungsstrecke an der kontralateralen Läsionsseite der Gliedmaße im Vergleich zu Scheintieren viel kürzer war, wie in dieser Abbildung zu chronischen Zeitpunkten nach der Verletzung gezeigt, benötigten sowohl die Scheintiere als auch jene aus der linsierten Gruppe eine ähnliche Zeitspanne, um Nudeln zu fressen. Allerdings benutzten sowohl die Scheintiere als auch die linsierten Alternatoren während des Testzeitraums beide Pfoten, um Nudeln zu essen, wohingegen ein geringerer Prozentsatz der stark verletzten Nicht-Alternatoren in der Lage war, ihre ipsilateralen Vordergliedmaßen zum Essen von Nudeln einzusetzen.

Diese Tests können bei korrekter Durchführung pro Ratte in weniger als fünf Minuten durchgeführt werden. Die hier beschriebenen VerhaltensTests können in Kombination mit anderen etablierten VerhaltensTests, wie beispielsweise dem Fußfehler-Zylindertest oder dem Pfotenpräferenztest, sowie für Tests der Gliedmaßenlokomotion verwendet werden, um die ipsilesionale und kontraläsionale Funktion der Gliedmaßen nach einer zervikalen Rückenmarkverletzung vollständig zu beurteilen.