Name: Cinematica e di reazione Determinazione terra Force: Un Quantificazione Abilità Dimostrazione Locomotore di Giovane adulto, mezza età, e Ratti geriatrica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-02-22T17:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: Scopri come misurare le forze di reazione al suolo e la cinematica degli arti posteriori nei ratti in movimento libero. Questa tecnica fornisce dati quantitativi sensibili per valutare le differenze locomotorie in modelli di malattia.

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Questa ricerca è stata sostenuta da una sovvenzione Discovery per AAW dalle scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada.

1. Pre-requisiti per l'analisi biomeccanica della locomozione Prima di intraprendere l'acquisto di costose apparecchiature di analisi locomotore, e di pianificazione di esperimenti in cui cinematica e / o valutazione locomotore cinetica verrà eseguita, è imperativo che lo sperimentatore avere familiarità con gli aspetti tecnici e pratici di analisi biomeccanica, il comportamento sensomotorio, condizionamento operante di animali , e la gestione / archiviazione / gestione di grandi quantità di dati digitalizzati. Sebbene questi pre-requisiti sembrare ovvio a molti, è solo dopo intraprendere questo tipo di esperimenti in cui i tirocinanti realizzare la complessità tecnica e pratica di effettuare analisi dettagliate relativamente locomotore. Gli autori raccomandano che gli sperimentatori iscriversi ad un corso introduttivo si occupano di biomeccanica, avere familiarità con o assumere qualcuno conosce un linguaggio di programmazione necessarie per la gestione dei dati, e di pari importanza, trascorrono interagendo notevole tempo, la manipolazione, e lavorare con gli animali da laboratorio. Per comprendere l'analisi della locomozione e di analisi del comportamento sensomotorio nelle neuroscienze, gli sperimentatori sono indicati alcuni riferimenti importanti (vedi 1, 4-7). 2. Apparecchi di prova cinematiche e cinetiche Un apparato di test cinematica e dinamica, utile per la raccolta dei dati bilaterale, è composto dai seguenti componenti (vedi "Tabella di reagenti e attrezzature specifiche" per maggiori dettagli): <ul><li> Stanza tranquilla e sufficientemente imprese (non necessariamente insonorizzate, anche se situato in zona a basso traffico) </li><li> Radio per la fornitura di sottofondo "rumore" per limitare i rumori distraggono dall'esterno della sala per gli animali </li><li> Plexiglass trasparente, chiuso, piatto superficie della pista (180 cm X 20 cm di larghezza x 60 cm di altezza) con un foro quadrato (11 cm X 11 cm) situato all'interno del centro della pista equidistante da entrambe le estremità </li><li> Pezzo di plexi-glass (10,5 cm X 10,5 cm) </li><li> Nastro biadesivo scotch adesivo </li><li> Riflettente 3M nastro adesivo per i marcatori della pelle </li><li> Foratura per la creazione di marcatori della pelle </li><li> Macchina per anestesia Isofluorane necessari per anestetizzare gli animali per la rasatura prima del posizionamento dei marcatori della pelle </li><li> Cheerios per incoraggiare il movimento dell'animale per tutta la lunghezza della pista </li><li> AMTI HE6X6 forceplate </li><li> Vicon Motus sistema personalizzato (software, computer, ecc) </li><li> 4 telecamere (almeno 60 Hz di campionamento) e treppiedi con cavi connettore appropriato </li><li> 4 telecamere montate lampade alogene fornisce un'illuminazione ottimale per l'illuminazione del soggetto animali e la pelle marcatori riflettenti </li><li> Appropriata cornice di taratura standard o volume necessario per il sistema Vicon Motus per calibrare x, y, z in posizioni significative misure di distanza </li></ul> 3. Formazione degli animali Prima della raccolta dei dati, ogni animale deve essere addestrato per attraversare una superficie piatta, pista chiusa. Dopo aver ricevuto i ratti da un fornitore animale appropriato, gli animali dovrebbero essere acclimatati alla loro nuova casa per 1 settimana. Durante questo periodo di acclimatazione, Cheerios diversi vengono inseriti ogni giorno nella gabbia del ratto. Gli animali sono cibo limitato a interventi di manutenzione la loro energia per prevenire l'obesità e assicurare la motivazione per svolgere questo compito. Successivamente, ogni animale viene gestita dallo sperimentatore per 10-15 minuti al giorno per 1 settimana. Durante questo stesso periodo di tempo, ogni animale viene messo in pista con Cheerios situati alle due estremità. Una volta che l'animale diventa familiarità con l'ambiente, inizieranno a mangiare i Cheerios. Una volta che l'animale sta bene e Cheerios mangiare all'interno della pista, lo sperimentatore deve poi operantly condizione l'animale a correre la lunghezza della pista per una ricompensa in cibo. Ciò si ottiene lanciando ciao ¼ al lato opposto della pista dove è posizionato il topo. Una volta che il topo mangia questo ciao, ciao un altro ¼ è posta all'altra estremità della pista. Questo viene fatto per 15-20 minuti al giorno fino a quando il ratto consistente (&gt; 90% di lanci) si muove lungo la pista ad una velocità costante (cioè senza avviamento, arresto, esplorare, o senza cambiare andatura) a mangiare i ciao senza galoppo / delimitazione . Il ratto dovrebbe essere solo impiegando una andatura al trotto. Over-condizionamento degli animali a questo compito può portare agli animali al galoppo e delimitazione queste andature sono indicativi di animali viaggiare&gt; 90 cm / s. Delimitazione e galoppo andature, biomeccanico, sono più difficili da interpretare per vari motivi (ad esempio gamba criteri di inclusione di piombo, ecc.) Nella nostra esperienza, una volta che i ratti costantemente impiegare al galoppo o di delimitazione andature, è difficile, se non impossibile averli utilizzare un andatura al trotto, mentre locomoting in pista. Velocità&gt; 90 cm / s sono raramente osservati dopo un animale ha sofferto periferico o centrale lesioni del sistema nervoso. Tempo per raggiungere la formazione di successo è VariaBLE tra i sessi e ceppi di ratti. Wistar, Lewis, Long-Evans, e Sprague-Dawley ceppi sono in grado di attraversare sempre la pista entro 2 settimane dall'inizio della formazione 8. Nella nostra esperienza, Fischer (F-344) ratti tendono ad assumere verso l'alto di 4-6 settimane per imparare questo compito 8. 4. Posizione comune Marcatura Analisi cinematica degli arti anteriori è inaffidabile a causa di artefatti pelle movimento imposte mettendo marcatori pelle degli arti anteriori, che è aggravata in specie, come i topi, che hanno una postura accovacciata 9. Invece, la cinematica degli arti anteriori deve essere realizzato utilizzando raggi X cinematografia o la fluoroscopia 10-13. Come tale, degli arti posteriori congiunta posizionamento indicatore di posizione è solo qui descritti. Prima della raccolta dei dati, ogni topo deve essere anestetizzato almeno 24 ore prima della raccolta dei dati utilizzando un apposito anestetico inalatorio (ad es isofluorane, 1,5-2% composti su un vaporizor precisione) e amministrato in ossigeno tramite maschera facciale, e la chiave anatomica topografica punti di riferimento devono essere contrassegnati. Data la brevità della procedura, sia perché lunga durata d'azione anestetici non vengono utilizzati, l'uso di un dispositivo di riscaldamento animali non devono essere utilizzati per mantenere la temperatura corporea dell'animale. Una volta che l'animale è anestetizzato, gli arti posteriori e sul dorso, al livello delle creste iliache sono rasata. L'animale viene quindi posto in decubito sternale e le sue zampe posteriori sono posti in una posizione eretta approssimativa utilizzando schiuma ditta di imballaggio per sostenerlo. La cute sovrastante il cranio-più porzioni delle creste iliache, il grande trocantere del femore, della tuberosità tibiale laterale, l'articolazione del tarso, e la porzione distale e laterale del 5 ° metatarso è contrassegnato da un non-tossico pennarello indelebile. L'animale è ripreso dall'anestesia. Per gli studi temporale, anestesia periodica può essere richiesto di radere la zampe posteriori permettendo successivo collocamento marker riflettenti (vedi sotto). Inoltre, ogni giorno mettendo in evidenza dei punti di riferimento precedentemente segnato anatomici (utilizzando lo stesso marker non tossico) verrà richiesto come i ratti rimuovere lentamente il marker naturale, attraverso un comportamento governare. 5. Registrazione dei dati Tutte le viste fotocamera vengono esaminati per assicurare che la loro posizione è appropriato e catturare lo stesso campo di vista. Ogni telecamera deve essere posizionato a circa 60-80 gradi l'uno all'altro. Il campo visivo deve includere il forceplate al centro e una lunghezza di pista sufficiente a catturare due passi. Il volume di calibrazione si colloca all'interno del pre-determinata zona della pista. Un singolo fotogramma del volume di calibrazione all'interno della pista, da ciascuna delle telecamere, viene catturato. Tutti i marchi calibrato per tutta la lunghezza di ciascuno dei poli sono digitalizzati. Solo una volta un errore soddisfacente nella digitalizzazione è compiuto, lo sperimentatore può procedere alla raccolta di dati locomotore. Questa fase di calibrazione è fondamentale prima di raccolta dati. Se la calibrazione non viene eseguita correttamente, o se la calibrazione non si verifica immediatamente prima di una sessione di registrazione, tutti i dati risultanti saranno imprecisi e inutilizzabile. Importante, se una qualsiasi delle telecamere vengono toccati o spostati, è più sicuro supporre che la taratura del sistema deve essere ripetuto. Immediatamente prima di mettere l'animale in pista, il suo peso viene registrato e pre-made conica marcatori riflettenti della pelle (con nastro riflettente 3M, vedi tabella) sono rispettati i segni sentito predeterminato effettuata sulla arto posteriore punti di riferimento topografico. Registrazione del peso dell'animale permetterà normalizzazione retrospettiva di forze di reazione terra per il peso corporeo - un aspetto importante se si vuole fare confronti tra i gruppi. Inoltre, la misurazione del peso corporeo facilita il controllo della salute generale dell'animale per tutta la durata dell'esperimento. Posizionamento Marker richiede solo la gestione appropriata degli animali e non richiede l'anestesia dell'animale. Se l'adesivo sul nastro riflettente non è sufficiente per aderire alla pelle dell'animale, una piccola quantità di colla non tossica (es. tessuto adesivo 3M VetBond) può essere utilizzato per facilitare l'aderenza del marcatore sul corpo dell'animale. Una volta che i marcatori sono immessi sul arti posteriori, lo sperimentatore deve essere posizionato comodamente vicino alla tastiera del computer e hanno in mano il marcatore evento collegato attraverso il sistema Vicon Motus. Utilizzando il file calibrato come modello, diversi file sono in anticipo di registrazione. Tipicamente, 25 a 30 file devono essere salvati. Ogni file dovrebbe avere un nome univoco. Ogni file rappresenta uno registrato corsa dell'animale in fase di registrazione. Venticinque a 30 file sono tenuti a garantire che un numero sufficiente di corse incontro la velocità criterio di inclusione (cioè 60-90 cm / s) sono raccolti. Dopo un numero sufficiente di file vengono creati lo sperimentatore può iniziare la raccolta dei dati. L'indirizzo experimenter deve indurre il ratto di navetta all'interno della pista gettando pezzi ¼ di Cheerios alle due estremità della pista. Con un attento coordinamento e la tempistica, il marcatore evento viene attivato al momento di cominciare e solo prima del completamento del ratto aver completato con successo un passaggio lungo la pista. Dopo aver esaminato il greggio forza di reazione terra da lucidi, e dopo la registrazione se la sinistra o le arti di destra ha colpito la piattaforma di forza, il file viene salvato e chiuso. Ugual numero di visite arto destro e sinistro forceplate dovrebbero essere registrati. Il processo di registrazione dei dati da una data stima viene ripetuta fino a quando un numero sufficiente di corse sono stati registrati. 6. Analisi dei dati Dopo aver completato la raccolta dei dati per la cinematica e le forze di reazione di terra, ogni esecuzione di ogni animale ha bisogno di essere valutato per la velocità. Utilizzando due marcatori relativamente fissi (ad esempio ali di iliums) si può valutare un punto virtuale tra i marcatori (fatto prima quando si crea un file di Vicon Motus modello). Prima di calcolare la velocità di questo punto "virtuale", gli indicatori per i marcatori iliache devono essere digitalizzati. Utilizzando Vicon motu software, la velocità di questo punto virtuale in direzione X (direzione orizzontale del movimento) viene calcolato. In tal modo, funziona solo all'interno di una gamma di velocità di dato (determinato a priori) sono utilizzati nelle analisi finale. Troviamo che gli animali in movimento tra 60-90 cm / s sono coerenti con andature al trotto. Un minimo di 10 prove (5 corre in cui l'arto sinistro entra in contatto con la piattaforma di forza e 5 piste dove l'arto destro entra in contatto con la piattaforma di forza) sono obbligatori. Una volta che le piste accettabili sono individuati per ogni animale, la digitalizzazione dei marcatori pelle rimanenti devono essere completati. Per compensare il movimento artefatto pelle sopra il ginocchio, la stima della posizione del ginocchio è calcolata usando triangolazione (intersezione tra due cerchi cinematica 2D; o incrocio tra 2 sfere 3D cinematica), come è stato descritto in precedenza. Angoli articolari dell'anca, del ginocchio e garretto, velocità, accelerazioni e ora può essere determinato. Statica e dinamica volte può anche essere valutata, anche se la loro precisione è limitata in base alla velocità di campionamento delle telecamere essere impiegato. Questi e altri calcoli possono essere eseguiti direttamente (cioè senza export) con Vicon Motus software KineCalc, o dati possono essere esportati come dati ASCII e analizzati utilizzando le routine personalizzabile in software come MatLab. Dati a terra forza di reazione viene misurata e amplificata dalla piattaforma di forza AMTI e raccolti a 1200 Hz da Vicon Motus. Come tale, una volta che i dati reazione forza di terra vengono raccolti, un appropriato filtro digitale viene applicato ai dati utilizzando Motus Vicon. Dato che lo sperimentatore ha già stabilito la velocità del viaggio e identificato corre accettabile marcatori dopo la digitalizzazione della pelle del caso, i dati a terra forza di reazione che è stato raccolto contemporaneamente come i dati cinematici, possono essere analizzati utilizzando Vicon Motus KineCalc direttamente, o indirettamente tramite qualche altro software personalizzabile di routine. Una serie di variabili per le forze, in ciascuna delle tre direzioni ortogonali, può essere calcolato. Tali variabili includono forza massima, und zona della curva (cioè impulso), ecc importante, però, lo sperimentatore devono conservare i dati arto destro e sinistro per ogni esecuzione di ogni animale separati. Dati estratti da arti di destra o sinistra è la media per ogni animale e utilizzato come dati rappresentativi per quella animale. I dati vengono poi analizzati utilizzando procedure statistiche appropriate. 7. Rappresentante Risultati Per rappresentare l'utilità di questa forma di analisi locomotore, cinematica e le forze di reazione di terra sono stati determinati per i ratti femmine giovani, di mezza età, e geriatrica Wistar. Da questa analisi, età-correlate sono state rilevate differenze per le femmine di ratti Wistar. In particolare, la reazione analisi terreno forza dimostra che i topi anziani hanno ridotto la capacità di frenata e arti anteriori tendono ad usare le loro zampe posteriori più per la stabilizzazione laterale rispetto agli altri gruppi di animali (Figura 1). Analisi cinematica non hanno evidenziato differenze statistiche tra ciascun gruppo, dimostra però che cinematica può essere facilmente registrare da qualsiasi età di ratto (Figura 2). <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="Linea 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 1"> Figura 1 forza di reazione terra tracciamento presi dalle membra sinistra di giovani. (4 mesi, n = 7), di mezza età (13-14 mesi di età, n = 7) e geriatrico (24 mesi di età, n = 5) ratti femmine Wistar. Arti di destra erano simili. E 'evidente che i ratti geriatrica usare i loro arti anteriori meno per la frenata (* = p &lt;0,05) rispetto ai ratti giovani e di mezza età, e ratti anziani tendono ad usare le loro zampe posteriori più per la stabilizzazione laterale rispetto ai ratti giovani (**). Linee continue rappresentano dire, le linee tratteggiate rappresentano media + SE; tratteggiatalinee rappresentano dire SE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">Clicca qui per vedere una figura più grande.</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="Linea 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 2"> Figura 2. Figurine stilizzate cinematica per l'arto sinistro di ratti giovani, di mezza età, e geriatrica. Stick figure rappresentano il movimento medio del arto sinistro per ciascuno dei gruppi. Non ci sono state differenze significative tra i gruppi di animali per l'angolo comune durante il ciclo di passo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">Clicca qui per vedere una figura più grande.</a>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Il presente documento fornisce la metodologia per la valutazione locomozione utilizzo continuo cinematica quantitativa e la reazione determinazione a terra la forza. Importante per chiunque sia interessato a intraprendere questa metodologia è un forte background nella biomeccanica della locomozione, animale comportamento sensomotorio e gestione dei dati e la manipolazione. Anche se cinematica e la terra determinazione forza di reazione richiede ulteriore tempo e competenze, rispetto ad altre forme di analisi locomotore (misure endpoint ad esempio, scale di valutazione ordinale), i dati ottenuti è sensibile, oggettiva e quantitativa per una varietà di 14-22 ortopedica e neurologica 1-3, 23-32 i modelli di malattia, in una varietà di specie. Abbiamo fornito i dati che descrivono le differenze di locomozione tra varie epoche di tensione-abbinato informazioni ratti che non potevano essere raccolte con misure semplici e meno sensibili. Inoltre, l&#39;analisi cinematica e cinetica di locomozione è stato usato per descrivere le alterazioni dell&#39;apparato locomotore in una varietà di condizioni del sistema nervoso in cui altre forme di valutazione sarebbe successo. 8, 23-25, 27 L&#39;uso di misure sensibili diventa particolarmente importante quando si valutano therapeutants potenziale per vari modelli di malattia. Se un test non è abbastanza sensibile per distinguere un effetto di una potenziale therapeutant lo sperimentatore corre il rischio di commettere un errore di tipo II statistica (cioè concludere vi è alcun effetto di un trattamento quando in realtà c&#39;è stato un effetto). Inoltre, perché le misure di endpoint e le prove più soggettiva che valutano locomozione, esiste un potenziale di bias. Valutazione cinematica e cinetica è puramente oggettivo, in quanto, purché esistano appropriati di inclusione / esclusione criterio sono fatte a priori, semplicemente lo sperimentatore raccoglie, esamina e applica le statistiche relative ai dati (cioè non c&#39;è componente soggettiva alla determinazione dei dati). Analisi cinematica e cinetica offre anche la possibilità di essere utilizzato per una moltitudine di specie. Infatti, la cinematica, la reazione determinazione a terra la forza, o entrambi sono stati usati in una varietà di specie come elefanti 33-35, bestiame 36, 37-40 cavalli, cani 4, 41-45, i gatti 21, 46-49, vari roditori 3, 8, 50, 51, uccelli 4, 52-55, e di pesce 56, 57 (l&#39;elenco non è esaustivo). Secondo l&#39;esperienza degli autori &#39;, tuttavia, l&#39;uso dei topi è un problema dato che i topi non sono facili da operantly condizione di viaggiare lungo una pista. Detto questo, i topi non viaggeranno ad una velocità relativamente costante e invece accelerare e rallentare quando si attraversa la pista. Questo comportamento può probabilmente, in parte, essere superata eseguendo topi su un tapis roulant e video-registrando il locomoting animale sul tapis roulant. 58 Se l&#39;apparato sperimentale per la determinazione della forza di reazione di terra è stato quello di essere modificati per l&#39;utilizzo tapis roulant, la reazione di determinazione terreno forza avrebbe probabilmente solo essere facilmente ottenuto per la forza verticale di reazione del terreno come la cintura di tapis roulant potrebbe interferire con longitudinale e medio-laterale determinazione forza. Complessivamente, l&#39;analisi cinematica e cinetica di locomozione è un metodo affidabile, sensibile, e obiettivo che può essere impiegato per vari modelli di patologie di interesse ortopedico e neurologico. Inoltre, tutte le apparecchiature si sono rese disponibili per l&#39;uso in roditori, così negando qualsiasi motivo non correlati per l&#39;esecuzione di questa forma di analisi del comportamento sensomotorio.

<table><tbody><tr><td>Piattaforma di forza miniaturizzata a basso carico</td><td>AMTI</td><td>HE6X6</td><td>http://amti.biz/PDFDownloads/0908HE6x6.pdf</td></tr><tr><td>Vicon Motus</td><td>Vicon</td><td>Vicon Motus software</td><td>http://www.vicon.com/applicazioni/animale.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;La piattaforma di forza può essere acquistata come pacchetto integrato con il sistema Vicon Motus.</td></tr><tr><td>Vicon Motus KineCalc</td><td>Vicon</td><td>Software Vicon Motus KineCalc</td><td>http://www.vicon.com/applicazioni/animale.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Software proprietario compatibile con i dati di Vicon Motus, che consente calcoli diretti e personalizzabili dei dati.</td></tr><tr><td>Telecamere</td><td>Vicon</td><td>Varia in base alle esigenze</td><td>http://www.vicon.com/applicazioni/animale.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Sono necessarie almeno 4 telecamere per l'acquisizione bilaterale in 2D o 3D della cinematica degli arti posteriori durante la locomozione del ratto. Telecamere con frequenza di campionamento di 60 Hz sono sufficienti per ratti che si muovono a velocità comprese tra 60 e 90 cm/s. L'uso di telecamere ad alta velocità permetterà di identificare differenze molto piccole, ma potenzialmente importanti, nella coordinazione intermembri.</td></tr><tr><td>Volume o fotogramma di calibrazione</td><td>Vicon</td><td>Personalizzato</td><td>http://www.vicon.com/applicazioni/animale.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;È necessario acquistare e utilizzare un volume di calibrazione appropriato per calibrare le coordinate ogni volta che si raccolgono nuovi dati o ogni qualvolta una delle telecamere venga spostata. Le dimensioni di questo volume di calibrazione sono basate sul campo visivo esaminato.</td></tr><tr><td>Nastro riflettente</td><td>3M</td><td>NA</td><td>Può essere acquistato in blocco tramite un distributore 3M oppure su base occasionale da VICON&lt;br/&gt;http://solutions.3m.com/it_IT/?WT.mc_id=www.3m.com/us&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;http://www.vicon.com/applicazioni/animale.html</td></tr><tr><td>Cheerios</td><td>General Mills</td><td>Cheerios</td><td>http://www.cheerios.com/</td></tr><tr><td>Adesivo tissutale</td><td>3M</td><td></td><td>Può essere acquistato tramite un distributore 3M&lt;br/&gt;http://solutions.3m.com/it_IT/?WT.mc_id=www.3m.com/us</td></tr></tbody></table>

cinematica e di reazione determinazione terra force: un quantificazione abilità dimostrazione locomotore di giovane adulto, mezza età, e ratti geriatrica

Kinematics and Ground Reaction Force Determination: A Demonstration Quantifying Locomotor Abilities of Young Adult, Middle-aged, and Geriatric Rats

Comportamento, nella sua accezione più ampia, può essere definita come la manifestazione motore di processi fisiologici. Come tale, tutti i comportamenti si manifestano attraverso il sistema motorio. Nel campo delle neuroscienze e ortopedia, locomozione è un comportamento comunemente valutata per una varietà di modelli di malattia. Per esempio, il recupero motorio dopo lesioni traumatiche del sistema nervoso è uno dei comportamenti più comunemente valutata 1-3. Anche se locomozione può essere valutato utilizzando una varietà di misure dell&#39;endpoint (per esempio il tempo impiegato per completare un compito motorio, ecc), le misure semiquantitative cinematica (ad esempio scale di valutazione ordinale (ad es Basso Beattie e locomotore Bresnahan (BBB) ​​scala di valutazione, ecc)) e surrogato misure di comportamento (per esempio la forza muscolare, velocità di conduzione nervosa, ecc), solo cinetica (misure di forza) e cinematica (misure di segmenti del corpo nello spazio) fornire una descrizione dettagliata della strategia con cui un animale è in grado di locomote 1. Anche se non nuove misure, cinematica e dinamica dei roditori locomoting è ora più facilmente accessibili grazie alla disponibilità di attrezzature disponibili in commercio progettato per questo scopo. Importante, però, gli sperimentatori devono essere molto familiare con la teoria di analisi biomeccaniche e comprendere i vantaggi ei limiti di queste forme di analisi prima di intraprendere quello che diventerà uno studio relativamente alta intensità di lavoro. Il presente lavoro si propone di descrivere un metodo per la raccolta di dati cinematici e di terra della forza di reazione utilizzando apparecchiature disponibili in commercio. Dettagli di attrezzature e apparecchi di set-up, pre-addestramento di animali, criteri di inclusione ed esclusione di piste accettabile, e metodi per la raccolta dei dati sono descritti. Illustriamo l&#39;utilità di questa tecnica di analisi comportamentale descrivendo la cinematica e la cinetica di tensione-matched giovane adulto, mezza età, e di ratti anziani.

Locomozione è spesso esaminato come un risultato di comportamento in vari modelli di malattie in campi quali le neuroscienze e ortopedia. In questo documento il video propone di descrivere un metodo per raccogliere le forze di reazione del terreno e la cinematica di ratti durante la locomozione sfrenato.

Cinematica e di reazione Determinazione terra Force: Un Quantificazione Abilità Dimostrazione Locomotore di Giovane adulto, mezza età, e Ratti geriatrica

Il comportamento, nella sua definizione più ampia, può essere definito come la manifestazione motoria di processi fisiologici. In quanto tale, tutti i comportamenti si manifestano attraverso il...

Questo video illustra una procedura per misurare le forze di reazione al suolo e la cinematica degli arti posteriori in ratti liberamente comportanti. I ratti vengono innanzitutto addestrati a percorrere in modo costante una pista in cambio di una ricompensa alimentare. Successivamente, marcatori riflettenti vengono posizionati in punti anatomici topografici chiave dell'arto posteriore.La registrazione video e i dati relativi alla forza di reazione al suolo vengono raccolti mentre l'animale si muove in cerca della ricompensa alimentare. I marcatori riflettenti vengono digitalizzati e i dati vengono successivamente elaborati. Vengono osservate differenze qualitative e quantitative nelle capacità locomotorie nei ratti di diversi modelli di malattia.Ciao, mi chiamo Aubrey Webb. Sono professore associato presso la Facoltà di Medicina Veterinaria e presso l'Hotchkiss Brain Institute dell'Università di Calgary a Calgary, Alberta, Canada. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come le scale di valutazione della locomozione e altre misure finali, è che essa fornisce dati sensibili, oggettivi e quantitativi utili per differenziare le lievi differenze tra gruppi di ratti in movimento.Questo metodo può aiutare a rispondere a domande fondamentali nei campi della neuroscienza e dell'ortopedia, ad esempio quali sono gli effetti di un potenziale trattamento terapeutico. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia per vari modelli di malattia, poiché la probabilità di affermare l'assenza di effetto quando invece ne esiste uno è limitata. Tuttavia, utilizzando questa tecnica, il metodo fornisce informazioni sul movimento locomotorio del ratto.È possibile applicarlo anche ad altri sistemi, come diversi modelli di malattie neurologiche e ortopediche in varie specie animali. In generale, le persone alle prime armi con questo metodo incontrano difficoltà poiché l'analisi biomeccanica richiede molto tempo e pazienza, e perché è necessaria una conoscenza avanzata della biomeccanica per risolvere i problemi nell'analisi dei dati. Questa metodologia viene utilizzata in molteplici specie da diversi decenni, sebbene solo di recente sia diventata disponibile per l'uso nei roditori grazie all'attrezzatura disponibile in commercio. Il primo passo nella valutazione delle capacità locomotorie del ratto consiste nell'addestrare ogni animale ad attraversare una superficie piana all'interno di una pista chiusa.Dopo aver ricevuto i ratti da un fornitore animale appropriato, gli animali devono essere acclimatati al loro nuovo ambiente per una settimana. Durante questo periodo di acclimatazione, posizionare diversi anelli di cereali nella gabbia del ratto.Gli animali ricevono cibo in quantità limitata giornalmente, pari ai loro fabbisogni energetici di mantenimento, per prevenire l'obesità e garantire la motivazione a svolgere successivamente il compito. Manipolare ciascun animale per 10-15 minuti al giorno per una settimana, sempre nello stesso periodo, posizionando ogni animale nel percorso con cereali tipo Cheerios posti a entrambe le estremità. Quando gli animali si saranno abituati all'ambiente, inizieranno a mangiare i cereali.Una volta che l'animale si è abituato a mangiare i Cheerios all'interno del corridoio, è necessario condizionarlo operativamente ad attraversarne tutta la lunghezza per ottenere una ricompensa alimentare. Questo si ottiene lanciando un quarto di un cheerio all'estremità opposta del corridoio rispetto alla posizione del ratto. Una volta che il ratto ha mangiato questo cheerio, posizionarne un altro quarto all'altra estremità del corridoio.Ripetere questo fino a quando il ratto si muove in modo costante lungo la pista con una velocità di trotto uniforme per mangiare il cereale senza galoppare o saltare. Il condizionamento degli animali a questo compito può portare a fasi di galoppo e salti, che dal punto di vista biomeccanico sono più difficili da interpretare. Ora vediamo come eseguire la marcatura della posizione articolare. Quattro.L'analisi cinematica degli arti è poco affidabile a causa della postura fortemente accovacciata e dell'artefatto dovuto al movimento della pelle causato dal posizionamento di marcatori cutanei sui quattro arti. Pertanto, la cinematica degli arti anteriori deve essere ottenuta mediante cinematografia a raggi X o fluoroscopia. Di conseguenza, questo video descriverà esclusivamente il posizionamento dei marcatori articolari per l'arto posteriore.Dopo aver anestetizzato l'animale, rasare gli arti posteriori e il dorso fino al livello delle creste iliache. Successivamente, posizionare l'animale in decubito laterale e collocare i suoi arti posteriori in una posizione approssimativamente eretta utilizzando della schiuma di imballaggio rigida per sostenerlo, segnando i punti con un pennarello permanente atossico. Le porzioni più craniali delle creste iliache, il trocantere maggiore del femore, la protuberanza tibiale laterale, l'articolazione tarso-crurale e l'aspetto distale e laterale del quinto metatarso.È necessario evidenziare quotidianamente i punti di riferimento anatomici precedentemente segnati, poiché i ratti rimuovono gradualmente i marcatori attraverso il normale comportamento di grooming. Vediamo ora come registrare i dati. Posizionare il volume di calibrazione all'interno dell'area predeterminata della pista.Viene acquisito un singolo fotogramma del volume di calibrazione all'interno della pista da ciascuna telecamera. Prima di iniziare una sessione di registrazione, esaminare l'immagine proveniente da ciascuna telecamera. Assicurarsi che il campo visivo sia identico per tutte e quattro le telecamere e che includa al centro la piattaforma di forza e un tratto di pista sufficiente a catturare due falcate.Tutti i segni calibrati lungo la lunghezza di ciascuno dei sondaggi vengono digitalizzati. Questo passaggio di calibrazione è fondamentale prima della raccolta dei dati. Se la calibrazione non viene eseguita con precisione o non avviene immediatamente prima di una sessione di registrazione, tutti i dati risultanti saranno inaccurati e inutilizzabili.Solo una volta raggiunto un errore accettabile nella digitalizzazione, procedere alla raccolta dei dati locomotori immediatamente prima di posizionare l'animale nella pista. Registrare il suo peso e applicare marcatori riflettenti conici sulla pelle nei punti in feltro predeterminati corrispondenti ai punti di riferimento topografici dell'arto posteriore. Una volta posizionati i marcatori sugli arti posteriori, sedersi al computer e tenere a portata di mano il marcatore di evento collegato al sistema motorio Vicon.Utilizzare il file calibrato come modello per creare diversi file prima della registrazione. Di norma, sono necessari da 25 a 30 file per garantire che vengano raccolti un numero sufficiente di cicli, ovvero il criterio di inclusione, e la velocità. Una volta creati i file, iniziare la raccolta dei dati.Per prima cosa, stimolare il ratto ad attraversare la pista lanciando un quarto di anelli di cereali Cheerios a ciascuna estremità della pista, coordinando con attenzione tempismo e lancio. L'indicatore dell'evento viene attivato all'inizio e subito prima che il ratto completi con successo il percorso lungo la pista. Dopo aver esaminato il tracciato grezzo della reazione al suolo e aver registrato se gli arti destri o sinistri abbiano colpito la piattaforma di forza, salvare e chiudere il file.Deve essere registrato un numero uguale di contatti sulle piastre di forza degli arti sinistro e destro. Il processo di registrazione dei dati da una determinata prova viene ripetuto finché non sono state registrate un numero sufficiente di prove. Ora vediamo come analizzare i dati delle prove dopo aver completato la raccolta dei dati per la cinematica e le forze di reazione al suolo: ogni prova di ogni animale deve essere valutata per velocità utilizzando il software Vicon Modus e due marcatori relativamente fissi.Ad esempio, le ali dell'ileo possono essere utilizzate per valutare un punto virtuale tra i marcatori. La velocità di questo punto virtuale nella direzione orizzontale può essere calcolata in questo modo, includendo solo le corse in cui l'animale si muove tra 60 e 90 centimetri al secondo. Per l'analisi, sono necessarie almeno 10 corse.Cinque passaggi in cui l'arto sinistro entra in contatto con la piattaforma di forza e cinque passaggi in cui l'arto destro entra in contatto con la piattaforma di forza. Una volta identificati i passaggi accettabili per ogni animale, deve essere completata la digitalizzazione dei marcatori cutanei rimanenti per compensare il movimento della pelle. L'errore nell'approssimazione della posizione del ginocchio viene calcolato mediante triangolazione, utilizzando gli angoli articolari di anca, ginocchio e articolazione H.Le velocità e le accelerazioni vengono determinate e i tempi di appoggio e di oscillazione possono essere valutati. I dati simultanei della forza di reazione al suolo vengono analizzati utilizzando lo stesso software, consentendo il calcolo di diverse variabili relative alle forze in ciascuna delle tre direzioni ortogonali. I dati simultanei della forza di reazione al suolo vengono analizzati utilizzando lo stesso software, consentendo il calcolo di diverse variabili relative alle forze in ciascuna delle tre direzioni ortogonali.Ora mostreremo alcuni risultati rappresentativi per illustrare l'utilità di questa forma di analisi locomotoria. Sono state determinate la cinetica e le forze di reazione del suolo per ratti femmina Wistar giovani, di mezza età e anziani. Da questa analisi, sono emerse differenze legate all'età nei ratti femmina Wistar.In particolare, l'analisi della forza di reazione al suolo dimostra che i ratti geriatrici hanno una ridotta capacità di frenata con le quattro zampe e tendono a utilizzare maggiormente gli arti posteriori per la stabilizzazione laterale rispetto agli altri gruppi di animali; tuttavia, l'analisi cinematica non ha rivelato differenze statistiche significative tra ciascun gruppo. Benché dimostri che la cinematica possa essere registrata con facilità pressoché da qualsiasi età del ratto durante il tentativo di eseguire questa procedura, è importante pesare l'animale immediatamente prima o immediatamente dopo l'acquisizione dei dati e calibrare accuratamente il sistema prima della raccolta dei dati, seguendo questa procedura.Altri metodi, come l'elettrofisiologia clinica su animali interi, possono essere utilizzati per rispondere ad ulteriori domande. Ad esempio, i risultati relativi alla cinematica e alle forze di reazione del suolo sono correlati alla rigenerazione neuronale o a qualche altra forma più ampia di plasticità neuroanatomica, ad esempio nella rigenerazione del nervo periferico? Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come raccogliere dati sulle forze di reazione del suolo e sulla cinematica dell'arto posteriore da ratti in libera attività utilizzando apparecchiature disponibili in commercio.

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