הבנה מקיפה של שינוי הליכה הנגרם על ידי חוסר פעילות במכרסמים
6 ביולי 2022
הפרוטוקול הנוכחי מתאר מעקב/הערכה תלת-ממדיים של תנועה כדי לתאר שינוי בתנועת ההליכה של חולדות לאחר חשיפה לסביבה מדומה.
הפרוטוקול שלנו מספק הליך מקיף לקביעת פרמטרים לניתוח תנועה משותפת. ניתוחי תנועה משותפת הם לעתים קרובות מסובכים בשל היעדר הגדרה מקיפה של פרמטרים. אנו מציגים סכמות סטנדרטיות של הגדרות פרמטרים החלות באופן אוניברסלי על שדות קשורים.
כדי להתחיל, פתח את אפליקציית MotionRecorder. מניחים את החולדה על חגורת ההליכון. הגדל את מהירות החגורה ל -20 סנטימטרים לשנייה.
כאשר החולדה מתחילה ללכת כרגיל במהירות הרצויה, לחץ על תקליט סמל כדי להתחיל את לכידת הווידאו. לאחר קבלת 5 עד 10 שלבים רצופים, עצור את הלכידה על ידי לחיצה על תקליט סמל. פתח את אפליקציית 3DCalculator ואת קובץ הווידאו לניתוח.
חתוך את הסרטון על ידי התאמת פס המחוון האופקי בחלק העליון, כך שיכיל מספר מספיק של צעדים רצופים. כדי ללכוד את הסמנים, גרור את אגדות הסמן בדגם תמונת המקל לסמן המתאים בסרטון שצולם, ושחרר את הלחצן. לחץ על סמל המעקב האוטומטי.
אם המערכת אינה עוקבת במדויק אחר סמנים, או שתהליך המעקב נעצר עקב אובדן סמן, עבור למצב ידני על-ידי לחיצה על הסמל ידני. לחץ על מקרא הסמן החסר בתמונת המקל, ועל הסמן המתאים בסרטון. פתחו את אפליקציית KineAnalyzer וטענו את הקובץ.
עבור אל תצוגה ולחץ על תפריט ערוך סמן ראשי. זה יפתח את חלון העריכה הראשי של סמן. לחץ על התווית הרצויה או על ציון הדרך בכרטיסיית הסמן, ולאחר מכן לחץ על הצבע הרצוי.
תהליך זה מייעד כל סמן לציון דרך מסוים. לאחר מכן בכרטיסיית הקישור, צור קווים המתאימים לכל איבר על ידי לחיצה על שני סמנים ברצף. הקצו צבעים לקווים שנוצרו על-ידי בחירת הצבע הרצוי מהעמודה 'צבע'.
הגדר זוויות בכרטיסיית הזווית. לאחר מתן שמות לזווית, הקצה את וקטור A כקו הייחוס, ואת וקטור B כקו הנע, על ידי לחיצה על הסמנים המתאימים לכל נקודת ציון. לאחר מכן הגדר את כיוון הזווית עם ערך במקטע הפעלה" באותה לשונית.
לאחר מכן, בכרטיסייה "מרחק", הגדר את פרמטר המרחק. בחרו שני סמנים מתאימים במקטע 'קביעת מרחק'. שש חיות הוקצו כל אחת באופן אקראי לקבוצת הפריקה, שבה הגפיים האחוריות של החיה נפרקו על ידי הזנב במשך שבועיים, או לקבוצת הביקורת, שבה החיות הושארו חופשיות.
מסלולי המפרקים המנורמלים של הברך והקרסול בשלב העמידה הראו כי הקבוצה שנפרקה הציגה הרחבות נוספות בברך ובקרסול מאשר קבוצת הביקורת. שבועיים לאחר הפריקה, מדדים כמותיים כמו זווית הברך בעמדת האמצע וזווית הקרסול של הקבוצה שנפרקה היו גדולים משמעותית מאלו של קבוצת הביקורת. גם המרחק המטטרסו-ירך, שהוא כמעט שווה ערך לגובה מפרק הירך בעמידה האמצעית, היה גבוה משמעותית בקבוצה שנפרקה.
שיטה זו נתנה לחוקרים את היסודות כיצד לקבוע פרמטרים של תנועה משותפת. בדרך זו הם יכולים להקים מסגרות ספציפיות כדי לענות על שאלות המחקר שלהם.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מתווה פרוטוקול למעקב תנועה תלת-ממדי לצורך ניתוח שינויים בהליכה בחולדות בעקבות סביבה המדמה חוסר שימוש. הפרוטוקול מאפשר ניתוח מקיף של תנועת המפרקים, ומספק הגדרות פרמטרים ברורות שניתן ליישם בתחומי מחקר שונים. המחקר בוחן באופן ספציפי את ההשפעה של פריקת עומס מהגפיים האחוריות על תנועות הברך והקרסול במהלך התנועה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- ניתוח התנהגותי
- ביומכניקה
רקע
- ניתוח תנועת מפרקים נבלם לעיתים קרובות על ידי פרמטרים שאינם מוגדרים היטב.
- הבנת ליקויי ההליכה לאחר הפסקת עומס עשויה לשפוך אור על השפעות של חוסר שימוש.
- עושה שימוש בסביבה מבוקרת כדי לדמות את השפעות חוסר השימוש על התנועה של חולדות.
- מעסיק תוכנה מתקדמת לניתוח תנועה לצורך הערכות מדויקות.
מטרת המחקר
- פיתוח פרוטוקול למעקב אחר תנועת מפרקים במרחב תלת-ממדי.
- הערכת ההשפעות של פריקת עומס מהגפיים האחוריות (hind limb unloading) על מכניקת ההליכה.
- מתן הגדרות פרמטרים סטנדרטיות לצורך יישום רחב.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הפלטפורמה העיקרית המשמשת למעקב אחר תנועה כוללת מערך של מסוע בשילוב עם אפליקציית MotionRecorder.
- המודל הביולוגי מורכב מחולדות שהוכפפו לפריקה של הגפיים האחוריות למשך שבועיים, בהשוואה לקבוצת ביקורת.
- לא הוזכרו תהליכי עבודה של מולטי-אומיקה; המיקוד נותר בניתוח ביומכני.
- שלבים מרכזיים כוללים הקלטת וידאו של התנועה, מעקב אחר סמנים וניתוח נתונים באמצעות KineAnalyzer.
- נרמול של מסלולי המפרקים מספק תובנות לגבי השפעת הפריקה על זוויות המפרק.
תוצאות עיקריות
- הממצאים מצביעים על כך שהקבוצה ללא העמסה הפגינה יכולת התארכות רבה יותר בזוויות הברך והקרסול במהלך שלב הנשיאה.
- מדדים כמותיים חשפו עליות משמעותיות בזוויות הברך והקרסול בהשוואה לנבדקי הביקורת.
- המרחק בין המטאטרסליים לירך עלה באופן משמעותי בקבוצה ללא העמסה, מה שמעיד על שינוי בביומכניקה כתוצאה מחוסר שימוש.
- שיטה זו מאפשרת קביעה מדויקת של פרמטרי תנועת מפרקים עבור שאלות מחקר קשורות.
מסקנות
- מחקר זה מדגים גישה חסונה לניתוח כמותי של תנועת המפרקים בתגובה לתנאי חוסר שימוש.
- לממצאים יש השלכות על הבנת התאמות וליקויים ביומכניים בעקבות קיבוע.
- השיטה משמשת כבסיס למחקרי המשך בנושאי שינויים בהליכה ואסטרטגיות שיקום.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
ניתוח הליכה תלת-ממדי כמותי במודלים של מכרסמים מאפשר הערכה אובייקטיבית של שינויים נוירו-שריריים וביומכניים המושרים על ידי חוסר פעילות, ובכך תומך בגילוי מוקדם ובמחקר תרגומי. גישה זו מספקת פרמטרים סטנדרטיים וניתנים לשחזור של תנועות מפרקים, שהם קריטיים להפחתת סיכונים מכניסטיים ולביטחון חיזוי בבחירת מודלים פרה-קליניים. השיטה משפרת את קבלת ההחלטות בניהול תיקי פיתוח על ידי הבהרת ההשפעה של חוסר שימוש על התפקוד הלוקומטורי, ותמיכה בקידום מותאם-סיכון של היפותזות טיפוליות המכוונות להפרעות נוירו-שריריות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה כמותית של תפקוד נוירו-שרירי לאחר ניוון כתוצאה מאי-שימוש במודלים של מכרסמים הרלוונטיים למחלה.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי אספקת פרמטרים אובייקטיביים של תנועת מפרקים לצורך תיקוף המטרה.
- מסייע בביטחון חיזוי בקישור בין מטרות עצביות או של השלד-שריר לבין תוצאות תפקודיות.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- מגדירה מדדי הליכה מתוקתפים וניתנים לשחזור לצורך סינון ראשוני של התערבויות מועמדות.
- מנסטנדטת את תוצרי ניתוח התנועה, ובכך תומכת בפיתוח בדיקות וביכולת השוואה בין מחקרים.
- מאפשרת הפקת מספר פרמטרים כמותיים מתוך סט נתונים בודד, ובכך מגדילה את רב-גוניות הבדיקה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה מדדי הליכה פרה-קליניים עם נקודות סיום תרגומיות הרלוונטיות למחקר נוירו-שרירי ומחקר שיקומי.
- תומך ברציפות משלב הגילוי המוקדם ועד לתיקוף פרה-קליני, על ידי מתן אפשרות לקריאות כמותיות ואובייקטיביות.
- מספק בסיס להחלטות קידום מותאמות סיכון המבוססות על הלימה של ביומרקרים פונקציונליים.
שילוב תהליכי עבודה (Pipeline) וזרימת עבודה
שיטת ניתוח התנועה בתלת-ממד זו משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני על ידי מתן אפשרות לבחינת השערות, סטנדרטיזציה של בדיקות וסנכרון של נקודות סיום תרגומיות.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת השערות על שינויים נוירו-מוסקולריים המושרים על ידי חוסר שימוש ובבירור מסלולים ביולוגיים.
- סריקה: מספק מדדי הליכה כמותיים הניתנים לשחזור לצורך הערכת תרכובות או התערבויות.
- אנליטיקה: מספק מדידות של זוויות מפרקים ומרחקים לצורך השוואה סטטיסטית חזקה בין קבוצות ניסוי.
- מחקר תרגומי: מגשר בין ממצאים פרה-קליניים לנקודות קצה קליניות של הליכה במחקר נוירו-מוסקולרי.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע תהליך עבודה סטנדרטי וניתן לשימוש חוזר למגוון מחקרי הליכה במכרסמים בתחומי טיפול שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף של מטרות נוירו-מוסקלריות.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה, השחזוריות והיכולת להרחבה (scalability) של תהליכי עבודה בניתוח הליכה.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות ה-go/no-go ואת יעילות ההון על ידי אספקת מדדים תפקודיים אובייקטיביים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכון של תוכניות טיפוליות המכוונות לאטרופיה עקב חוסר שימוש (disuse) או לתפקוד נוירו-מוסקולרי לקוי.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בלכידת תנועה, מיקום סמנים ותוכנות לשחזור תלת-ממדי.
- מחייב גישה למערכות לכידת וידאו רב-מצלמתיות ולאפליקציות ניתוח ייעודיות.
- מצריך סטנדרטיזציה בין-צוותית של הגדרות פרמטרים ותהליכי עיבוד נתונים.
- התאמה למודלים אחרים של מכרסמים או להקשרי מחלה עשויה לדרוש אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- ייתכן צורך בהתערבות ידנית במקרה של כשל במעקב האוטומטי אחר הסמנים, דבר המשפיע על קצב העבודה.
