ラットの近位および遠位前肢の機能を評価するための新手法：アーバイン、ビーティーズやブレスナハン（IBB）前肢のスケール

このビデオでは、近位および遠位の落下機能の回復を検出できるIrvine Bates and Bresnahan fall limb scale（IBB）について解説します。まず、ラットを試験環境に慣れさせ、片側C6脊髄損傷（SCI）後の様子を観察します。その後、一定のサイズの異なる2つの形状のシリアルを食べている様子を記録します。

ビデオを用いて、関節の位置、物体の支持、指の動き、把握技術などの前肢の使用機能における特徴を評価し、さまざまな行動上の特徴の有無をIBBスコアシートに記録します。IBBは、損傷の程度に感度を持つ一貫した回復パターンを示します。さらに、IBBスケールは、正常な前肢機能に影響を与える他の種類の損傷後の回復を評価するためにも使用できます。

四肢の機能回復や頸髄損傷の実験モデルにおいて、異なる側面に感度を持つ行動解析法がいくつか存在しますが、微細な運動制御や指の動きの回復について詳細な情報を提供できる手法はほとんどありません。本手法は、近位および遠位の前肢機能の回復における特定の軸索路の役割など、脊髄損傷からの回復に関する重要な疑問を解決するのに役立つと考えられます。

例えば、赤核脊髄路や皮質脊髄路などが挙げられます。この技術がもたらす意義は、ヒトへの治療へと展開されます。ヒトの脊髄損傷の大部分は、頸髄レベルで発生します。

さらに、頸髄損傷患者にとっての重要な優先事項は、手および腕の機能回復です。したがって、前肢の近位および遠位の両方の機能を評価するアウトカム指標が必要となります。この手法は、脊髄損傷後の前肢の回復に関する知見を提供できるだけでなく、脳卒中や末梢神経障害など、前肢の正常な機能に影響を及ぼす他の種類の損傷にも適用可能です。

この方法に慣れていない方は、ラットの摂食中に評価すべき行動学的特徴が多いため、困難を感じるかもしれません。私たちは、脊髄損傷後の回復期にあるラットの摂食行動を観察していた際に、初めてこの手法を考案しました。本手法は、Ian Wisha氏とその共同研究者らを含む他の研究者による先行研究に基づいています。

肢の運動という行動上の特徴は非常に短時間で起こるため、本手法の視覚的な実演が不可欠であり、スコアリングの対象となる行動のビデオ例や、観察者をトレーニングするためのビデオ例が必要となります。動物がこの餌を食べることに慣れるよう、動物施設に到着次第、シリアルの匂いと味に接させなければなりません。また、動物を試験環境に適応させる必要があります。

パースペックスまたはプレキシガラス製のシリンダーを用意し、ラットを入れる前に床面にシリアルを数粒配置します。過度なグルーミング、排尿、排便、およびジャンプなどの行動は、動物がストレスを感じており、さらなる馴化時間が必要であることを示す指標となります。動物が試験環境に十分に適応したら、次のステップとして、動物がシリアルを食べる様子をビデオ録画します。

動物は摂食中に位置を変える可能性が高いため、カムコーダーは固定して保持するのが最善です。形状によって必要な動作が異なるため、また両方のシーケンスを観察することが最良の評価となるため、動物が球状のシリアル1片とドーナツ状のシリアル1片をそれぞれ完全に食べている様子を撮影してください。形状ごとのデータをスコアシートに個別に記録し、その後それらのスコアを合算して、損傷後その日のラットの総合スコアを作成します。

次に、ビデオ評価のポイントについて説明します。動物の落下機能の評価は、動物がシリアルを食べ始めた瞬間に開始し、シリアルの破片を食べ終えた瞬間に停止させる必要があります。評価は、摂食開始前にサイズと形状が一定である球状またはドーナツ状のシリアルのみを用いて行う必要があります。

シリアルが砕けている状態で動物がそれを食べているときは、スコアを付けないでください。評価のためのテスト前に、ビデオの再生速度を元の速度の少なくとも半分まで落とすことが強く推奨されます。これは、負傷したラットであっても素早く食べることがあり、重要な行動の発生を見逃す可能性があるためです。動物を観察する際は、QuickTimeやWindows Media Playerなどのプログラムで速度調整が可能です。以下に概説する行動上の特徴の有無を、IBBスコアシートに記録してください。

ラットの主要な肘関節位を評価します。これは、摂食相において50%以上の時間で維持される最も一般的な肢位であり、以下の3つのカテゴリーに分類されます。「伸展」は、肘がまっすぐな状態で角度が160度を超える場合、「部分屈曲」は、肘が屈曲し角度が90度から160度の間である場合、「完全屈曲」は、肘が屈曲し角度が90度未満である場合です。また、障害側の前肢による肩および/または肘の動きである近位落下動作についても評価します。これらの動作によって、落下した肢がシリアルに接触する場合と接触しない場合があります。評価基準は、「なし」は障害側の前肢に肩および/または肘の動きが見られない場合、「軽度」は肩および/または肘関節の可動範囲の3分の1未満の動きがある場合で、痙攣やすくめる動作がこのカテゴリーに含まれます、「広範囲」は肩および/または肘関節の可動範囲の半分以上の動きがある場合です。

回復の初期段階では、これらの動作は回数が多く、不規則になることがあります。ラットが、障害のある前肢の非掌側表面を用いてシリアル片を固定できるかを確認します。これにより、ラットは食事をしやすい位置にシリアル片を保持します。

前肢で支持として機能しうる部位は、手首より上の前腕、手首、または指の背面であり、摂食相において前肢による非VLA支持がない場合は「なし」となります。摂食相において対象物の非A支持が発生する場合もありますが、常にではありません。また、非VOA支持が発生する場合は、摂食相においてほぼ常に、あるいは常に発生します。ラットが摂食している時間の95～100%において、優勢なfopo肢位を評価します。fopo肢位とは、摂食中に50%以上の時間で指がとる肢位であり、指が屈曲し、関節角度が約90度の拳状に保持される「clubbed, fixed and flexed」の状態を指します。

指が160度以上の角度で伸展し、保持している物体の形状に沿っていない状態を「Extended non adaptable（伸展・非適合）」とする。指が部分的に屈曲し、物体の形状に沿っている状態を「partially flexed adaptable（部分屈曲・適合）」とする。ラットにおいて、損傷した前肢（fopo）の手掌面を用いてシリアル片を安定させ、食事に役立つ位置に保持できる能力である「contact vola support（手掌面接触支持）」を評価する。食事中に前肢の手掌面による支持が見られない、または時間の5%未満である場合は「none（なし）」とする。食事中に手掌面による物体の支持が見られるが、常にではない、または時間の95%未満である場合は「Some（一部あり）」とする。食事中にほぼ常に、または常に手掌面による物体の支持が見られる、あるいは時間の95から100%である場合は「almost always（ほぼ常に）」とする。

食事中の、機能障害のある前肢における手首の動きの有無を評価します。一旦、足底の支持が確立されると、機能障害のある前肢とシリアルとの間に接触がない状態で発生する手首の動きはスコア付けしません。スコア付けされるこれらの動きは、あらゆる方向に起こり得ます。

例えば、背側から腹側方向、または内側から外側方向などの方向があり、スコアは「はい」または「いいえ」で判定します。この行動を「はい」とカウントするには、少なくとも1回の手首の動きが必要です。ラットにおいて、障害のない前肢による操作上の成功した動きと同期し、かつシリアル（連鎖）の適切な操作に寄与する、障害のある前肢による動きがあるかどうかが評価されます。

麻痺した前肢による連続的な調整が行われない場合は「なし」とし、麻痺した前肢の肩、肘、および/または手首の動作により、前肢のパッド（fopo）とシリアルとの接触が完全に失われる場合は「誇張」とする。これらの事例は短時間であり、通常は前肢の掌側（vol surface）によるシリアルの操作的な動作が成功する直前に発生する。食事中に麻痺した前肢の肩、肘、および/または手首の動作があるが、fopoとシリアルとの接触が失われない場合は「微細」とする。また、食事中に個々の指による動作があるかどうかが評価される。これらの動作は、非接触的な操作的動作または接触的な操作的動作のいずれかである。非接触的な動作については、

指の動作は見られるが、接触操作動作としてのシリアルとの接触には至らない。指の動作が見られ、指の掌側が物体に接触し、それによってシリアルの操作に寄与している。可能なスコアには、単純な「はい」または「いいえ」が含まれる。摂食相において50%以上の頻度で用いられた、最も一般的な把握技術についてラットの評価を行う。

いくつかの把持方法が存在しますが、最も一般的なのは、ピンサー把持、フック把持、およびホール把持です。ラットが使用する把持技法は、シリアル片のサイズと形状に応じて定型的に行われます。スコアの基準として、まず「異常」があり、これは摂食段階でシリアル片を支持・制御するために、受傷前に使用していた方法とは異なる代替の方法を一貫して使用している状態を指します。次に「時々正常」は、摂食段階でシリアル片を支持・制御するために、受傷前に使用していた把持方法を不規則に使用している状態であり、「ほぼ常に正常」という区分もあります。

食事段階において、シリアルの一片を保持し制御するために、損傷前に使用していた把握方法が一貫して用いられているかを確認します。習熟すれば撮影は5〜10分で完了しますが、評価とスコアリングには、ビデオの速度を落として視聴したり、曖昧な行動を随時再確認したりする必要があるため、もう少し時間がかかります。この手順を実施する際は、ラットがシリアルの一片を完全に食べる様子を撮影すること、およびラットを正確に判定できるよう、接写かつピントを合わせた状態で撮影することを忘れないでください。この手順の後、どの軸索やどの神経細胞集団が、発達後の動作の主要な特徴の回復に重要であるかといった追加の疑問に答えるため、病変部位の組織学的解析を行うことができます。

この手法は、脊髄損傷分野の研究者が、げっ歯類における前肢の近位および遠位の回復を調査し、それを霊長類やヒトの回復に関連付けるのに役立ちます。このビデオを視聴することで、動物に撮影環境での食事を訓練させ、さまざまな行動特性を特定し、IBBスコアシートを用いて記録し、最終的にスコアを割り当てる方法について十分に理解することができます。