Valutare forelimb Funzione dopo unilaterale cervicale SCI utilizzando Compiti Novel: Arto Step-alternanza, instabilità posturale e Pasta Handling

L'obiettivo generale di questa procedura è valutare i deficit funzionali e il recupero dopo una lesione del midollo spinale a livello cervicale. Questo viene raggiunto innanzitutto addestrando gli animali ad abituarsi al maneggio e all'ambiente di prova. Successivamente, si valuta la capacità dei ratti di alternare il movimento degli arti durante la deambulazione.

Successivamente, gli animali vengono sottoposti a test per valutare la loro capacità di rispondere ai cambiamenti del centro di gravità e di regolare in modo appropriato la loro postura. Infine, la funzione delle quattro zampe e dei quattro arti viene analizzata durante un compito di manipolazione fine che richiede agli animali di mangiare pasta. In definitiva, è possibile ottenere risultati che evidenziano differenze nei deficit dopo una lesione midollare cervicale, consentendo di raggruppare gli animali in base ai loro deficit funzionali, che si correlano con le differenze anatomiche.

Il vantaggio principale dei metodi descritti qui rispetto ad altri metodi esistenti, come l'analisi delle impronte di passo, è che sono molto più semplici da utilizzare e non richiedono attrezzature o software costosi. Questi metodi forniscono informazioni sul recupero funzionale dopo una lesione del midollo spinale, ma possono essere utilizzati anche per altri modelli di malattia come il morbo di Parkinson, ictus o altri disturbi neurologici che causano deficit motorio. Gli animali utilizzati in questo studio avranno subito una lesione laterale del midollo spinale a livello C3-C4 da due a tre settimane prima dell'intervento chirurgico. Abituare gli animali al contatto manuale e all'ambiente di prova, che è ricoperto di carta vetrata per prevenire scivolamenti, appoggio o trascinamento dei quattro arti.

Il test alternato dei quattro arti determina se l'animale utilizza entrambi gli arti anteriori; questo test può essere eseguito quotidianamente prima dell'inizio della procedura. Assicurarsi innanzitutto che l'animale abbia smesso di divincolarsi e che i suoi muscoli siano rilassati. Successivamente, tenere l'animale su un tavolo in una posizione in cui solo gli arti anteriori sostengano il peso corporeo (posizione a carriola), con il corpo quasi perpendicolare al piano del tavolo. Una volta che l'animale appare rilassato nelle mani, spingerlo delicatamente in avanti per farlo muovere lungo la superficie del tavolo.

Determinare e registrare se il ratto alterna l'uso degli arti anteriori mentre si muove sulla superficie. Ripetere questo test almeno due volte tenendo l'animale con una mano e poi altre due volte tenendolo con l'altra mano.

Se il ratto ha dimostrato con successo l'alternanza dei passi, ripetere il test introducendo un'attesa di cinque secondi dopo il primo passo, per determinare se il modello di alternanza persiste anche dopo un ritardo. Annotare i risultati e registrarli nel foglio di valutazione. Il test dell'instabilità posturale esamina la distanza necessaria all'animale per compiere un passo con l'arto anteriore al fine di riacquistare l'equilibrio.

Simile al test di alternanza, l'animale dovrebbe rilasciare la tensione nei muscoli prima di iniziare, su un tavolo ricoperto di carta vetrata; permettere all'animale di assumere la posizione del carrello con il corpo a un angolo quasi di 90 gradi rispetto al tavolo, leggermente trattenere un arto anteriore contro il tronco dell'animale e allineare il naso con la linea zero osservata dall'alto. Successivamente, spostare il ratto in avanti. Ciò sposterà il baricentro dell'animale e lo stimolerà a fare un passo per riacquistare l'equilibrio.

Determinare la nuova posizione del naso dopo che il ratto ha fatto due passi e utilizzare la media di questi due passi come distanza necessaria per innescare un passo. Registrare i risultati sul foglio di valutazione del test di instabilità posturale fornito nel protocollo del testo. Testare ogni arto cinque volte.

Il test di manipolazione della pasta misurerà il tempo necessario per mangiare un pezzo standard di pasta e la preferenza della zampa durante ogni sessione. Una o due settimane prima dell'intervento chirurgico, somministrare al ratto cinque o sei pezzi di spaghetti sottili lunghi 4,0 centimetri ogni giorno nella sua gabbia per prepararlo alle misurazioni di base. Successivamente, posizionare il ratto in una camera di prova e disporre dei pezzi di pasta vicino alla parte anteriore della camera, dove l'uso delle sue zampe anteriori può essere facilmente osservato. Quindi registrare il tempo necessario per mangiare ciascun pezzo di pasta.

Permettere all'animale di mangiare almeno tre pezzi per sessione. Se l'animale fa una pausa durante il pasto, interrompere il cronometraggio. Riavviare il cronometraggio quando l'animale riprende a mangiare.

Una volta che il ratto ha mostrato un tempo costante per mangiare la pasta per almeno tre giorni durante l'addestramento, l'animale è pronto per la registrazione della baseline. Per raccogliere i dati, posizionare pezzi di pasta sul pavimento vicino alla parte anteriore della camera e, utilizzando il foglio di valutazione per la manipolazione della pasta fornito nel protocollo testuale, registrare il tempo impiegato dal ratto per mangiare un pezzo di pasta, quali arti anteriori sono stati utilizzati e le posizioni degli arti anteriori come mostrato qui. Utilizzando il test di alternanza dei passi degli arti anteriori. Dopo una lesione midollare chirurgica, solo il 50% degli animali è stato in grado di alternare l'uso dei propri arti anteriori e il 50% degli alternatori di successo ha potuto alternare l'uso degli arti dopo un ritardo di cinque secondi.

La correlazione dei risultati con studi anatomici ha rivelato che gli animali con alternanza presentano un'area significativamente maggiore di tratto corticospinale e colonna dorsale risparmiata nell'emisfero controlaterale, indicando che il test di alternazione del passo degli arti può predire sia la gravità della lesione sia la sua unilateralità. L'utilizzo di questo test permetterà la suddivisione in gruppi in base alla gravità della lesione. Ad esempio, le misurazioni effettuate mediante la scala locomotoria a quattro arti possono essere separate in base alla gravità della lesione per ottenere risultati più chiari.

Qui, i dati raccolti dal test di instabilità posturale mostrano variazioni negli arti controlaterali, lese e omolaterali dopo una lesione del midollo spinale. Lesioni unilaterali del midollo spinale possono provocare cambiamenti non solo nell'arto compromesso o affetto, ma anche nell'arto non compromesso. L'utilizzo del test di instabilità posturale dopo una lesione cervicale del midollo spinale ha dimostrato un effetto significativo derivante dallo stato della lesione.

Inoltre, lo spostamento dell'arto era significativamente maggiore nel lato ipsilesionale degli animali feriti rispetto agli animali sottoposti a intervento fittizio. Mentre la distanza di spostamento sull'arto controlaterale lesionale era molto più breve rispetto agli animali del gruppo fittizio, come mostrato in questa figura in punti temporali cronici dopo la lesione, sia gli animali fittizi sia quelli del gruppo lesionale hanno impiegato tempi simili per mangiare la pasta. Tuttavia, mentre sia gli animali fittizi sia gli alternatori lesionali mangiavano la pasta utilizzando entrambe le zampe anteriori durante il periodo del test, una percentuale minore di non alternatori gravemente feriti è stata in grado di utilizzare le proprie zampe anteriori ipsilesionali per mangiare la pasta.

Questi test possono essere eseguiti in meno di cinque minuti per ratto se effettuati correttamente. I test comportamentali descritti qui possono essere utilizzati in combinazione con altri test comportamentali esistenti, come i test di preferenza della zampa nel cilindro e i test della scala locomotoria degli arti, per valutare completamente la funzione degli arti ipsilaterali e controlaterali dopo una lesione midollare cervicale.