El presente protocolo describe el seguimiento/evaluación tridimensional del movimiento para representar la alteración del movimiento de la marcha de las ratas después de la exposición a un entorno de desuso simulado.
Artículo de método
El presente protocolo describe el seguimiento/evaluación tridimensional del movimiento para representar la alteración del movimiento de la marcha de las ratas después de la exposición a un entorno de desuso simulado.
Es bien sabido que el desuso afecta a los sistemas neuronales y que los movimientos articulares se alteran; sin embargo, aún no está claro qué resultados exhiben adecuadamente estas características. El presente estudio describe un enfoque de análisis de movimiento que utiliza la reconstrucción tridimensional (3D) a partir de capturas de video. Usando esta tecnología, se observaron alteraciones evocadas por el desuso de los rendimientos de caminar en roedores expuestos a un entorno de microgravedad simulado descargando su extremidad posterior por la cola. Después de 2 semanas de descarga, las ratas caminaron en una cinta de correr, y sus movimientos de marcha fueron capturados con cuatro cámaras de dispositivo de carga acoplada (CCD). Los perfiles de movimiento 3D se reconstruyeron y compararon con los de los sujetos de control utilizando el software de procesamiento de imágenes. Las medidas de resultado reconstruidas retrataron con éxito distintos aspectos del movimiento distorsionado de la marcha: hiperextensión de las articulaciones de la rodilla y el tobillo y posición más alta de las articulaciones de la cadera durante la fase de postura. El análisis de movimiento es útil por varias razones. Primero, permite evaluaciones cuantitativas del comportamiento en lugar de observaciones subjetivas (por ejemplo, aprobado / reprobado en ciertas tareas). En segundo lugar, se pueden extraer múltiples parámetros para satisfacer necesidades específicas una vez que se obtienen los conjuntos de datos fundamentales. A pesar de los obstáculos para una aplicación más amplia, las desventajas de este método, incluida la intensidad y el costo de la mano de obra, pueden aliviarse determinando mediciones integrales y procedimientos experimentales.
La falta de actividad física o el desuso conduce al deterioro de los efectores locomotores, como la atrofia muscular y la pérdida ósea1 y el desacondicionamiento de todo el cuerpo2. Además, recientemente se ha observado que la inactividad afecta no solo a los aspectos estructurales de los componentes musculoesqueléticos, sino también a los aspectos cualitativos del movimiento. Por ejemplo, las posiciones de las extremidades de las ratas expuestas a un entorno de microgravedad simulado fueron diferentes de las de los animales intactos incluso 1 mes después de que la intervención terminara 3,4. Sin embargo, poco se ha informado sobre los déficits de movimiento causados por la inactividad. Además, las características de movimiento integrales de los deterioros no se han determinado completamente.
El protocolo actual demuestra y discute la aplicación de la evaluación cinemática para visualizar alteraciones del movimiento al referirse a los déficits de movimiento de la marcha evocados por el desuso en ratas sometidas a descarga de extremidades posteriores.
Se ha demostrado que las hiperextensiones de las extremidades al caminar después de un ambiente de microgravedad simulado se observan tanto en humanos5 como en animales 4,6,7,8. Por lo tanto, para la universalidad, nos centramos en los parámetros generales en este estudio: ángulos de las articulaciones de la rodilla y el tobillo y distancia vertical entre la articulación metatarsofalángica y la cadera (aproximadamente equivalente a la altura de la cadera) en el punto medio de la fase de postura (postura media). Además, en la discusión se sugieren posibles aplicaciones de la evaluación cinemática de video.
Una serie de análisis cinemáticos puede ser una medida efectiva para evaluar los aspectos funcionales del control neuronal. Sin embargo, aunque los análisis de movimiento se han desarrollado a partir de la observación de la huella o la simple medición en video capturado9,10 hasta sistemas de múltiples cámaras11,12, aún no se han establecido métodos y parámetros universales. El método en este estudio está destinado a proporcionar este análisis de movimiento articular con parámetros completos.
En el trabajo anterior13, intentamos ilustrar las alteraciones de la marcha en ratas modelo de lesión nerviosa utilizando un análisis de video exhaustivo. Sin embargo, en general, los resultados potenciales de los análisis de movimiento a menudo se limitan a variables predeterminadas proporcionadas en los marcos de análisis. Por esta razón, el presente estudio detalla cómo incorporar parámetros definidos por el usuario que son ampliamente aplicables. Las evaluaciones cinemáticas que utilizan análisis de video pueden ser de mayor utilidad si se implementan los parámetros adecuados.
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El presente estudio fue aprobado por el Comité Experimental de Animales de la Universidad de Kyoto (Med Kyo 14033) y realizado de conformidad con las directrices del Instituto Nacional de Salud (Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio, 8ª edición). Se utilizaron ratas Wistar macho de 7 semanas de edad para el presente estudio. En el Fichero Suplementario 1 se presenta un esquema que representa la secuencia de procedimientos.
1. Familiarizar a las ratas con caminar en la cinta de correr
NOTA: Consulte el informe13 publicado anteriormente para obtener detalles sobre el procedimiento.
2. Aplicación de la descarga de las extremidades posteriores a las ratas y establecimiento de marcadores articulares
NOTA: Elevar las extremidades posteriores de la rata utilizando hilo y cinta adhesiva adherida a la cola como se describe en informes anteriores18,19,20. Asegúrese de que el hilo y la cinta estén unidos en la base de la cola para evitar el deslizamiento de la piel de la cola. Controle a fondo a los animales y ajuste la altura de descarga o la estanqueidad de la cinta si es necesario.
3. Seguimiento de marcadores utilizando videos capturados
4. Cálculo de los parámetros deseados
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12 animales fueron asignados aleatoriamente a uno de dos grupos: el grupo de descarga (UL, n = 6) o el grupo de control (Ctrl, n = 6). Para el grupo UL, las extremidades posteriores de los animales fueron descargadas por la cola durante 2 semanas (período UL), mientras que los animales del grupo Ctrl se dejaron libres. 2 semanas después de la descarga, el grupo UL mostró un patrón de marcha distinto en comparación con el grupo Ctrl. La Figura 1 muestra trayectorias articulares normalizadas d...
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La alteración de los ambientes conduce a la fluctuación de los aspectos funcionales y componentes musculoesqueléticos de los sistemas locomotores26,27. Las aberraciones en estructuras o ambientes contráctiles pueden afectar las capacidades funcionales, persistiendo incluso después de resolver distorsiones mecánicas/ambientales19. El análisis de movimiento objetivo ayuda a medir cuantitativamente esas habilidades funcionales. Como se muestr...
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Los autores declaran que no existe conflicto de intereses.
Este estudio fue apoyado en parte por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) KAKENHI (no. 18H03129, 21K19709, 21H03302, 15K10441) y la Agencia Japonesa para la Investigación y Desarrollo Médico (AMED) (no. 15bk0104037h0002).
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Cinta adhesiva | NICHIBAN CO.,LTD. | SEHA25F | Cinta adhesiva para asegurar el hilo en las colas de las ratas para la descarga de las extremidades traseras |
| Aparato anestésico para animales pequeños | SHINANO MFG CO., LTD. | SN-487-0T Clicker | |
| automático | N.A. | N.D. | software gratuito disponible para descargar a PC (https://www.google.com/search?client=firefox-b-1-d&q=auto+clicker) |
| Cámara CCD | Teledyne FLIR LLC | GRAS-03K2C-C | CÁMARAS CCD (Charge-Coupled Device) para captura de video |
| Cotton Thread | N.A. | N.D. | Hilo para colgar colas de ratas del techo de la jaula |
| Solución de inhalación de isoflurano | Pfizer Japan Inc. | (01)14987114133400 | |
| Marcador de juntas | TOKYO MARUI Co., Ltd | 0.12g BB | 6 mm perdigones de airsoft que se utilizaron como marcadores semiesféricos con modificación |
| Kine Analyzer | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.D. | Software para análisis |
| Konishi Aron | Alpha TOAGOSEI CO., LTD. | #31204 | Súper pegamento para fijar marcadores esféricos en marcas de ranas |
| Grabadora de movimiento | KISSEI COMTEC CO.,LTD. | N.D. | Software para la grabación de vídeo |
| Marcador de pintura | MITSUBISHI PENCIL CO., LTD | PX-21.13 | Marcador de pintura a base de aceite para marcar los dedos de los pies de los animales |
| Aparato de captura de movimiento tridimensional (KinemaTracer para animales pequeños) | KISSEI COMTEC CO., LTD. | N.D. | Sistema de análisis de movimiento 3D que consta de cuatro cámaras (https://www.kicnet.co.jp/solutions/biosignal/animals/kinematracer-for-animal/ o https://micekc.com/en/) |
| Calculadora tridimensional (3D) | KISSEI COMTEC CO., LTD. | N.D. | Software de seguimiento de marcadores |
| Cinta de correr | MUROMACHI KIKAI CO.,LTD | MK-685 | Cinta de correr equipada con carcasa transparente, descargacho eléctrico y unidad |
| de control de velocidad Wistar Rats (macho, 7 semanas de edad) | N.A. | N.D. | Disponible comercialmente en animales de experimentación |
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