Name: 坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3D運動学的解析 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-12T12:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 20 s
Description: 学ぶ 3D運動学的解析法を用いたラット歩行機能評価法。4台のカメラによるモーションキャプチャーシステムで、坐骨神経損傷後の機能回復を高精度かつ信頼性高く評価できます。神経再生研究に有用です。

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本研究は、JSPS KAKENHI助成金番号JP19K19793、JP18H03129、およびJP18K19739によって支援されました。

京都大学動物実験委員会により議定書が承認され、京都大学動物実験委員会ガイドライン(承認番号:MedKyo17029)に従ってすべての議定書が実施されました。
1. トレッドミル歩行でラットを知る
<ol><li>トレッドミルの両側に2枚の透明なプラスチックシートを設置し、12週齢の雄のルイスラットをまっすぐ正面方向に歩かせ、電気ショックグリッドをオンにします。</li>
	<li>各ラットにトレッドミルの上を歩いしてもらいます。トレッドミルを目的の速度(20cm/sまたは12 m/分)まで徐々に加速し、ラットをこの速度で5分間正常に歩かせます。歩行の各セッションの後、1-2分の休憩を与えます。このプロセスを 1 日あたり 3 倍、週 5 日、1 週間繰り返します。 注:ステップ2の1週間前にトレッドミルを開始します。</li>
	<li>12時間の明暗サイクルでケージあたり3群のラットを収容し、市販のラット食品と水道水アドリビタムに餌を与える。</li>
</ol>2. 坐骨神経クラッシュ傷害の実施
<ol><li>ラットを麻酔誘導室に入れ、5%のイソファフルラン吸入液を導入する。</li>
	<li>0.15 mg/kg メデトミジン塩酸塩、2 mg/kg ミダゾラム、および2.5 mg/kgブトルファントール酸をラットに調製した組み合わせ麻酔薬の腹腔内注射を提供する。ペダル反射神経の欠如を確認してください。その後、左大きなトロシャンターから大腿の真ん中まで電気剃り手で領域を剃ります。</li>
	<li>無菌布を広げ、その上にネズミを置き、左横の位置に置きます。同様に布の上に滅菌手術器具を置きます。</li>
	<li>より大きなトロシャンターから大腿の真ん中まで、外科的な10番目のブレードでまっすぐ切開します。次に、外科的止血を用いて四頭筋フェモリスと上腕二頭筋の間で鈍い解剖を行い、坐骨神経を露出させる。</li>
	<li>2組のマイクロ鉗子で周囲の組織から坐骨神経を取り外し、標準的な外科的止血を使用して坐骨神経を10sで粉砕し、臀部の結節性のすぐ下の部位で2mmの長いクラッシュ傷害を作り出す。</li>
	<li>マイクロ鉗子のペアを使用して傷害の近位端で9-0ナイロン上神経ステッチを行い、4-0ナイロン縫合糸で筋肉と皮膚を閉じます。</li>
	<li>0.3 mg/kgのアチパメゾール塩酸塩を用いて調製した麻酔アンタゴニストの腹腔内注射をラットに与え、10分以内に目を覚ます。ラットが麻酔から回復した後、ラットが尾の基部によって吊り下げされている間、左のつま先の動きを観察する。つま先が全く広がらない場合、手術は成功した。</li>
	<li>12時間の明暗サイクルで手術後にラットを個別に収容し、市販のラット食品と水道水アドリビタムに餌を与える。</li>
</ol>3. マーカーの取り付け
<ol><li>訓練されたラットを麻酔誘導室に入れ、5%のイソファフルラン吸入液を導入する。つま先をつまんでペダル反射の欠如を確認してください。</li>
	<li>麻酔マスク(2%イソファフルラン吸入液)を用いてラットを連続的に麻酔します。ラットは安定した麻酔を受けるが、電気剃り器を使用して腰から両側性のマレオリまでの領域を剃る。 注意:漏れイソファフルランに研究者をさらすことを防ぐために、マスクがラットの頭と顔をしっかりと覆っていることを確認してください。 注:ラットの損傷を防ぐには、髪をできるだけやさしく剃ってください。</li>
	<li>起こりやすい位置にラットを置きます。黒いマーカーペンを使用して、剃った皮膚の次の骨のランドマークをマークする:腰椎から仙骨椎骨までの棘を通る線、前部の上腸骨棘、大きなトロシャンター、膝関節、横性マレオリ、5番目中足骨食後関節、および第4指の先端。 注: 二国間マーカーが軸対称であるかどうかを判断するために、スピントプロセスを通る線が使用されます。</li>
	<li>腰椎から仙骨椎骨までの棘プロセスと第4のつま先の先端を除く、これらの骨のランドマークに半球マーカーを取り付けるために液体接着剤を使用してください。混乱を避けるために、他のすべてのランドマークに異なる色を使用します。4番目のつま先の先端にはピンクのインクが付いています。 注意:オペレータの露出した皮膚に接着剤を滴下しないように注意してください。</li>
	<li>すべてのマーカーを配置した後、ラットをケージに戻します。麻酔から完全に回復するまで、ラットをトレッドミルに置かないでください。 注:ラットが麻酔から完全に回復しない場合、意識の低下は正常な歩行に深刻な影響を与える可能性があります。</li>
</ol>4. キャリブレーションとソフトウェアの設定
<ol><li>トレッドミルの両側に透明なプラスチックシートを2枚設置し、キャリブレーションボックスをトレッドミルの中央に置きます。記録ソフトウェアを開き、ディスプレイのキャリブレーションイメージアイコン(補足ファイル1)をクリックします。</li>
	<li>120 Hz CCD カメラを使用して 4 方向から 1 ~ 2 s のビデオを録画するには、[記録] アイコンをクリックします。録音アイコンをもう一度クリックして、録音を停止します。 注:録画が停止すると、ビデオは自動的に保存されます。</li>
	<li>計算ソフトウェアでビデオファイルを開きます。画面右下隅にある校正ボックスの特性点をクリックして、4つの画像の対応するマーカーにドラッグします。次に、保存アイコンをクリックします。 メモ:キャリブレーションが完了した後は、カメラの位置を変更しないでください。</li>
</ol>5. 歩行を記録する
<ol><li>校正ボックスをトレッドミルから取り出し、電気ショックグリッドをオンにし、完全に目を覚ますラットをトレッドミルに置きます。記録ソフトウェアを開き、ラットのシリアル番号、歩行速度、および主要なオペレータの名前など、ラットに関する基本情報を入力します。</li>
	<li>トレッドミルをオンにし、速度を20cm/sに設定します。ラットが速度に適応し、正常に歩くことができる後、ディスプレイの録音アイコンをクリックして、4台のカメラで歩くラットを記録します。十分なステップが記録されたら(>10)、もう一度アイコンをクリックして録音を停止し、トレッドミルをオフにします。 注:録画が停止すると、ビデオは自動的に保存されます。</li>
	<li>麻酔用の麻酔誘導室にラットを戻します。ラットが連続麻酔下にある間(麻酔マスクを介して投与される)、半球マーカーを取り除く。 メモ:ラットに痛みを起こさないように、マーカーをできるだけ穏やかに取り外してください。</li>
	<li>指定された時間(例えば、1週間、3週間、または手術後6週間)で、ステップ3.1〜5.3を繰り返してラットの運動学的測定を行う。運動学的測定は、実験の開始時に、手術を受けていないラット(すなわち、対照群)に対して1回だけ行う。</li>
</ol>6. マーカートレース
<ol><li>計算ソフトウェアを開き、インターフェイスでビデオファイルを開きます。</li>
	<li>ビデオのプログレスバー上の両側コントロールバーをクリックしてドラッグし、10ステップのトレッドミル歩行記録のみが表示されるようにします(補足ファイル3)。各特性点を画面右下隅の3Dモデルからカメラで撮影した4つの初期画像のそれぞれに対応するマーカーにドラッグします(補足ファイル4)。</li>
	<li>自動トレースアイコンをクリックして、自動マーカー トレース プロセスを開始します (補足ファイル 5、補足ファイル 6)。システムがマーカーを正確にトレースしない場合は、「手動ディジタイズ」アイコンをクリックして手動トレースモード (補足ファイル 7)に切り替え、3D モデルのトレース特性点をクリックし、画像内の対応するマーカーをクリックします。</li>
	<li>マーカーをクリックしたら、画像がビデオの次のフレームに切り替わるようにします。マーカートレースプロセスが完了するまで、マーカーを連続してクリックします。完了したら、保存アイコンをクリックします。</li>
</ol>7. キネマティック解析
<ol><li>分析ソフトウェアを開き、インターフェイスで処理されたビデオ ファイルを開きます。</li>
	<li>設定アイコンをクリックし、足首の角度、つま先の角度、骨盤シフト(X軸とZ軸)などの指定パラメータを右のポップアップウィンドウの表示リストに追加します(補足ファイル8)。[OK]をクリックすると、パラメータの値の変化を表すカーブがインタフェースに表示されます。</li>
	<li>[計測]アイコンをクリックし、プルダウンメニューで[スムーズ処理]を選択します。ポップアップメニューに20 Hzと入力して、カーブ内の 20 Hz を超える周波数を除去します (補足ファイル 9)。</li>
	<li>インターフェイスには、ラットの歩行ビデオ、動的な 3D モデル、10 ステップサイクルからのパラメータの値変化を表す曲線、パラメータの平均値変化を表すカーブ、スタンスとスイングフェーズの比率を表すヒストグラムとスケマティック ダイアグラムの 5 つのパネルがあることを確認します (補足ファイル 10)。</li>
	<li>パラメータの平均値の変化を表す曲線のパネルを右クリックし、プルダウンメニューの「データ出力」(「補足ファイル 11」)を選択します。これにより、足首とつま先の角度、骨盤シフト、および10ステップサイクル周期の他の所望のパラメータを含む後肢関節角度の平均値が生成されます。</li>
</ol>

<ol><li>Kanaya, F., Firrell, J. C., Breidenbach, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sciatic+function+index%2C+nerve+conduction+tests%2C+muscle+contraction%2C+and+axon+morphometry+as+indicators+of+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Plastic+and+Reconstructive+Surgery%22%5BJournal%5D)">Sciatic function index, nerve conduction tests, muscle contraction, and axon morphometry as indicators of regeneration.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 98 (7), 1264-1274 (1996).</li>
<li>Takhtfooladi, M. A., Jahanbakhsh, F., Takhtfooladi, H. A., Yousefi, K., Allahverdi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+low-level+laser+therapy+%28685+nm%2C+3+J%2Fcm%282%29%29+on+functional+recovery+of+the+sciatic+nerve+in+rats+following+crushing+lesion%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+in+Medical+Science%22%5BJournal%5D)">Effect of low-level laser therapy (685 nm, 3 J/cm(2)) on functional recovery of the sciatic nerve in rats following crushing lesion.</a> Lasers in Medical Science. 30 (3), 1047-1052 (2015).</li>
<li>Xing, H., Zhou, M., Assinck, P., Liu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+stimulation+influences+satellite+cell+differentiation+after+sciatic+nerve+crush+injury+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+%26+Nerve%22%5BJournal%5D)">Electrical stimulation influences satellite cell differentiation after sciatic nerve crush injury in rats.</a> Muscle & Nerve. 51 (3), 400-411 (2015).</li>
<li>Yang, C. C., Wang, J., Chen, S. C., Jan, Y. M., Hsieh, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+functional+recovery+from+sciatic+nerve+crush+injury+through+a+combined+treatment+of+cold-water+swimming+and+mesenchymal+stem+cell+transplantation%5BTitle%5D)+AND+%22Neurological+Research%22%5BJournal%5D)">Enhanced functional recovery from sciatic nerve crush injury through a combined treatment of cold-water swimming and mesenchymal stem cell transplantation.</a> Neurological Research. 37 (90), 816-826 (2015).</li>
<li>Jiang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-intensity+pulsed+ultrasound+treatment+improved+the+rate+of+autograft+peripheral+nerve+regeneration+in+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Low-intensity pulsed ultrasound treatment improved the rate of autograft peripheral nerve regeneration in rat.</a> Scientific Reports. 6, 22773(2016).</li>
<li>Ni, X. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effect+of+Low-Intensity+Ultrasound+on+Brain-Derived+Neurotropic+Factor+Expression+in+a+Rat+Sciatic+Nerve+Crushed+Injury+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">The Effect of Low-Intensity Ultrasound on Brain-Derived Neurotropic Factor Expression in a Rat Sciatic Nerve Crushed Injury Model.</a> Ultrasound in Medicine & Biology. 43 (2), 461-468 (2017).</li>
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<li>Dellon, A. L., Mackinnon, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sciatic+nerve+regeneration+in+the+rat.+Validity+of+walking+track+assessment+in+the+presence+of+chronic+contractures%5BTitle%5D)+AND+%22Microsurgery%22%5BJournal%5D)">Sciatic nerve regeneration in the rat. Validity of walking track assessment in the presence of chronic contractures.</a> Microsurgery. 10 (3), 220-225 (1989).</li>
<li>Wang, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+evaluation+outcomes+correlate+with+histomorphometric+changes+in+the+rat+sciatic+nerve+crush+injury+model+%3A+A+comparison+between+sciatic+functional+index+and+kinematic+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Functional evaluation outcomes correlate with histomorphometric changes in the rat sciatic nerve crush injury model : A comparison between sciatic functional index and kinematic analysis.</a> PLoS One. 13 (12), e0208985(2018).</li>
<li>de Ruiter, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+digital+video+ankle+motion+analysis+for+assessment+of+function+in+the+rat+sciatic+nerve+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Peripheral+Nervous+System%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional digital video ankle motion analysis for assessment of function in the rat sciatic nerve model.</a> Journal of the Peripheral Nervous System. 12 (3), 216-222 (2007).</li>
<li>Walker, J. L., Evans, J. M., Meade, P., Resig, P., Sisken, B. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait-stance+duration+as+a+measure+of+injury+and+recovery+in+the+rat+sciatic+nerve+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Gait-stance duration as a measure of injury and recovery in the rat sciatic nerve model.</a> Journal of Neuroscience Methods. 52 (1), 47-52 (1994).</li>
<li>Dijkstra, J. R., Meek, M. F., Robinson, P. H., Gramsbergen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+to+evaluate+functional+nerve+recovery+in+adult+rats%3A+walking+track+analysis%2C+video+analysis+and+the+withdrawal+reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Methods to evaluate functional nerve recovery in adult rats: walking track analysis, video analysis and the withdrawal reflex.</a> Journal of Neuroscience Methods. 96 (2), 89-96 (2000).</li>
<li>Lee, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+evaluation+in+the+rat+sciatic+nerve+defect+model%3A+a+comparison+of+the+sciatic+functional+index%2C+ankle+angles%2C+and+isometric+tetanic+force%5BTitle%5D)+AND+%22Plastic+and+Reconstructive+Surgery%22%5BJournal%5D)">Functional evaluation in the rat sciatic nerve defect model: a comparison of the sciatic functional index, ankle angles, and isometric tetanic force.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 132 (5), 1173-1180 (2013).</li>
<li>Rui, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait+cycle+analysis%3A+parameters+sensitive+for+functional+evaluation+of+peripheral+nerve+recovery+in+rat+hind+limbs%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Plastic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Gait cycle analysis: parameters sensitive for functional evaluation of peripheral nerve recovery in rat hind limbs.</a> Annals of Plastic Surgery. 73 (4), 405-411 (2014).</li>
<li>Yu, P., Matloub, H. S., Sanger, J. R., Narini, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait+analysis+in+rats+with+peripheral+nerve+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+%26+Nerve%22%5BJournal%5D)">Gait analysis in rats with peripheral nerve injury.</a> Muscle & Nerve. 24 (2), 231-239 (2001).</li>
<li>Amado, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+sensitivity+of+two-dimensional+hindlimb+joint+kinematics+analysis+in+assessing+functional+recovery+in+rats+after+sciatic+nerve+crush%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">The sensitivity of two-dimensional hindlimb joint kinematics analysis in assessing functional recovery in rats after sciatic nerve crush.</a> Behavioural Brain Research. 225 (2), 562-573 (2011).</li>
<li>Monte-Raso, V. V., Barbieri, C. H., Mazzer, N., Yamasita, A. C., Barbieri, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+the+Sciatic+Functional+Index+always+reliable+and+reproducible%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Is the Sciatic Functional Index always reliable and reproducible?</a> Journal of Neuroscience Methods. 170 (2), 255-261 (2008).</li>
<li>Varejao, A. S. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion+of+the+foot+and+ankle+during+the+stance+phase+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+%26+Nerve%22%5BJournal%5D)">Motion of the foot and ankle during the stance phase in rats.</a> Muscle & Nerve. 26 (5), 630-635 (2002).</li>
<li>Lin, F. M., Pan, Y. C., Hom, C., Sabbahi, M., Shenaq, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ankle+stance+angle%3A+a+functional+index+for+the+evaluation+of+sciatic+nerve+recovery+after+complete+transection%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Reconstructive+Microsurgery%22%5BJournal%5D)">Ankle stance angle: a functional index for the evaluation of sciatic nerve recovery after complete transection.</a> Journal of Reconstructive Microsurgery. 12 (3), 173-177 (1996).</li>
<li>Patel, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Video-gait+analysis+of+functional+recovery+of+nerve+repaired+with+chitosan+nerve+guides%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering%22%5BJournal%5D)">Video-gait analysis of functional recovery of nerve repaired with chitosan nerve guides.</a> Tissue Engineering. 12 (11), 3189-3199 (2006).</li>
<li>Filipe, V. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+skin+movement+on+the+analysis+of+hindlimb+kinematics+during+treadmill+locomotion+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Effect of skin movement on the analysis of hindlimb kinematics during treadmill locomotion in rats.</a> Journal of Neuroscience Methods. 153 (1), 55-61 (2006).</li>
<li>Tajino, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+motion+analysis+for+comprehensive+understanding+of+gait+characteristics+after+sciatic+nerve+lesion+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional motion analysis for comprehensive understanding of gait characteristics after sciatic nerve lesion in rodents.</a> Scientific Reports. 8 (1), 13585(2018).</li>
</ol>

著者たちは開示するものは何もない。

このプロトコルでは、安定した連続歩行ラットが運動学的分析の最も重要な要素である。トレッドミルの速度は20cm/sに設定されました。この歩行速度は、16のスペース制約なしにラットが動く場合、決して「高い」とは考えられない。それにもかかわらず、この速度は訓練されていないラットがトレッドミルを安定して歩くのには速すぎて、異常な歩行と不均一な動きをもたらす可能性があります。これらのイベントは、データの信頼性と信頼性に深刻な影響を与える可能性があります。しかし、トレッドミルの速度が20cm/s未満の場合、ラットは断続的に歩行を停止し、大きな偏差を生み出し、データの信頼性が低下する可能性があります。したがって、正確な運動学的分析を達成するためには、トレッドミル上のまっすぐな正面方向を着実に歩くことができるようにラットを訓練することは非常に重要です。
さらに、オペレータは運動解析プロセス中に再確認や微調整の必要性を無視すべきではありません。我々は、振幅相が正常ラットのステップサイクルの25%を占めていることを発見した。これは、スイングフェーズ中の後...

坐骨神経機能性指数(SFI)は、機能的な坐骨神経評価を行うためのベンチマーク法である1。SFIは広く採用されており、ラット坐骨神経損傷に関する様々な機能評価研究で頻繁に使用されています2,3,4,5,6.その人気にもかかわらず、SFIには、オートマチネーション7、共同拘縮リスク、および足跡8の塗抹など、いくつかの問題があります。これらの問題は、その予後の値に深刻な影響を与えます9.したがって、SFIの代用として、代わりのエラーが発生しやすい方法が必要です。
そのような代替方法の1つは、運動学的分析である。これには、骨のランドマークやジョイントに取り付けられたトラッキングマーカーを使用した包括的な歩行分析が含まれます。キネマティック解析は、機能評価9にますます使用されています。この方法は、SFI11,12に起因する欠点を持たない機能評価10のための信頼性の高い敏感なツールとして徐々に認識されている。
このプロトコルでは、トレッドミル、4つの120 Hz充電式結合デバイス(CCD)カメラ、およびデータ処理ソフトウェアからなる3Dモーションキャプチャ装置を使用する一連の運動学的解析について説明します(資料表を参照)。この運動学的分析方法は、一般的なビデオ歩行または歩行分析13、14とは異なります。2 台のカメラは、1 つの側面から後肢の動きを記録するために、異なる方向に配置されます。続いて、後肢の3Dデジタルモデルがコンピュータグラフィックス9を使用して構築される。実際の四肢の寸法を厳密に再現することで、股関節、膝関節、足首関節、つま先関節などの指定関節角度を計算できます。また、ストライド/ステップ長や、スイング相に対するスタンス相の比率など、さまざまなパラメータを決定できます。これらの再構成は、2組のカメラによって送信されたデータから生成された後肢の完全に再構築された3Dデジタルモデルに基づいています。想像上の重心(CoG)軌道でさえ、自動的に計算することができます。
この3Dモーションキャプチャ装置を使用して、ラット坐骨神経クラッシュ傷害モデルの文脈における時間の経過に伴う機能的変化を明らかにする複数の運動学的パラメータを導入し、評価しました。

<table><tbody><tr><td>9-0ナイロン縫合糸</td>ベア<td>メディックコーポレーション。</td><td>T06A09N20-25</td><td></td></tr><tr><td>小動物用麻酔器</td><td>信濃製作所</td><td>SN-487-0T</td><td></td></tr><tr><td>イソフルラン吸入液</td><td>ファイザー社</td><td>(01)14987114133400</td><td></td></tr><tr><td>キネ分析装置</td><td>キッセイコムテック(株)</td><td>N.A.</td><td>解析ソフト</td></tr><tr><td>液状接着剤</td><td>カンボウプラス</td><td>PT-B180</td><td></td></tr><tr><td>マイクロ鉗子</td><td>BRC CO.</td><td></td><td></td>16171080</tr><tr><td>モーションレコーダー</td><td>キッセイコムテック(株)</td><td>N.A.</td><td>録音ソフト</td></tr><tr><td>標準外科用止血剤</td><td>Fine Science Tools, Inc.</td><td>12501-13</td><td></td></tr><tr><td>手術用刃物 No.10</td><td>フェザー安全カミソリ (株</td>) <td>100D</td><td></td></tr><tr><td>手術用止血器</td><td>ワールド精密機器</td><td>503740</td><td></td></tr><tr><td>3次元モーションキャプチャ装置(動物用キネマトレーサー)</td><td>キッセイコムテック</td><td>N.A.</td><td>カメラで構成された3Dモーション解析システム</td></tr><tr><td>3次元(3D)電卓</td><td>キッセイ・コムテック(株)</td><td>N.A.</td><td>マーカートレースソフトウェア</td></tr><tr><td>トレッドミル</td><td>室町機械株式会社</td><td>MK-685</td><td>電動ショッカー、透明シート、速度制御装置を連結したトレッドミル</td></tr></tbody></table>

坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3d運動学的解析

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

坐骨神経機能指数(SFI)と比較して、運動学的分析は、坐骨神経損傷げっ歯類モデルの機能的評価を行うためのより信頼性の高い、敏感な方法です。本プロトコルでは、ラット坐骨神経クラッシュ傷害モデルを用いた機能評価に3次元(3D)運動キャプチャ装置を用いた新規運動学的解析法について述べた。まず、ラットはトレッドミルウォーキングに精通しています。マーカーは、指定された骨のランドマークに取り付けられ、ラットは、所望の速度でトレッドミルの上を歩くように作られています。一方、ラットの後肢の動きは4台のカメラを使用して記録される。使用するソフトウェアに応じて、マーカートレーシングは自動モードと手動モードの両方を使用して作成され、必要なデータは微妙な調整の後に生成されます。3Dモーションキャプチャー装置を使用する運動解析のこの方法は、優れた精度と精度を含む多くの利点を提供します。包括的な機能評価では、さらに多くのパラメータを調査できます。この方法には、考慮が必要ないくつかの欠点があります:システムは高価であり、操作が複雑になり、皮膚のシフトに起因するデータ偏差を生じる可能性があります。それにもかかわらず、3Dモーションキャプチャー装置を用いた運動学的解析は、機能的前肢および後肢評価を行う上で有用である。今後、この方法は、様々な外傷および疾患の正確な評価を生成するためにますます有用になる可能性がある。

ラット坐骨神経クラッシュ傷害モデルにおける時間の経過に伴う機能的変化を調べる4つのパラメータを選択した。これらは、スタンス・ツー・スイング相の比率、重心(CoG)の軌道、足首の角度、および'つま先オフ'フェーズ9におけるつま先角度であった。24匹のラットは、対照群(C)、第1(1w)、第3(3w)、および左坐骨神経クラッシュ傷害の6週目の4つの群のいずれかに無作為に割り当てられた。
3D運動解析により、10段階周期におけるスタンスまたはスイング相の平均比を自動的に計算し、インタフェース上に表した(図1A-D)。手術後にスタンス・ツー・スイング期の比率が回復したことがわかりました。
CoGは、3Dモーションキャプチャ装置によって仮想マーカーでトレースすることができる仮想点である。それは2つの前の上の腸骨の脊柱の2つの反側より大きいトロシャンターに接続する2本の線の交差点に位置する。したがっ...

げっ歯類モデルを用いた基礎研究で機能評価を行う4台のカメラとデータ処理ソフトウェアを含む3次元モーションキャプチャ装置を用いた運動解析法を紹介します。

坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3D運動学的解析

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

実験動物の機能評価に対して、正確かつDiCharacterの手法を提供しています。これは、敏感で信頼性が高く、機能評価のための他の方法に起因する欠点を欠いています。例えば、坐骨神経機能指数。まず、トレッドミルの両側に2枚の透明なプラスチックシートを設置し、12週齢の雄のルイスラットをまっすぐ前方向に歩かせてから、感電グリッドをオンにします。各ネズミをトレッドミルで歩かしてください。徐々に毎秒20センチメートルの所望の速度にトレッドミルを加速し、ラットは5分間、この速度で正常に歩きます。各ウォーキングセッションの後、1〜2分の休憩を提供します。このプロセスを週に 5 日 3 回繰り返します。ラットが麻酔マスクを通して安定した麻酔を受けている間、電気剃り器を使用して腰から両側のmalleoliまでの領域を剃る。ラットを起こしやすい位置に置きます。黒いマーカーペンを使用して、剃った皮膚の骨のランドマーク、腰椎から仙椎までの棘プロセスを通る線をマークします。さらに、黒いマーカーを使用して、前/上腸脊椎、より大きなトロシャンター、膝関節、横筋性関節、第5中足骨咽頭関節、および第4のつま先の先端をマークします。次に、液体接着剤を使用して、腰椎から仙椎骨および4番目のつま先の先端までの棘プロセスを除いて、これらの骨のランドマークに半球マーカーを取り付けます。すべてのマーカーを置いた後、ラットをケージに戻します。麻酔から完全に回復するまで、ラットをトレッドミルに置かないでください。トレッドミルの両側に透明なプラスチックシートを2枚セットし、校正ボックスをトレッドミルの中央に置きます。録音ソフトウェアを開き、ディスプレイのキャリブレーション画像アイコンをクリックします。録画アイコンをクリックすると、120台のヘルツCCDカメラを使用して、4方向から1~2秒のビデオを録画できます。録音アイコンをもう一度クリックして、録音を停止します。計算ソフトウェアでビデオファイルを開きます。画面右下隅にあるキャリブレーションボックス3Dモデルの特徴的な点をクリックして、4つの画像の対応するマーカーにドラッグします。次に、保存アイコンをクリックします。今、トレッドミルからキャリブレーションボックスを取り出し、感電グリッドをオンにし、トレッドミルに完全に目を覚ますラットを置きます。記録ソフトウェアを開き、そのシリアル番号、歩行速度、および主要オペレータの名前を含むラットに関する基本情報を入力します。トレッドミルの電源を入れ、速度を毎秒20センチメートルに設定します。ラットが速度に適応し、正常に歩くことができた後、ディスプレイ上の記録アイコンをクリックして、4台のカメラで歩くネズミを記録します。10以上のステップが記録されたら、もう一度アイコンをクリックして録音を停止し、トレッドミルをオフにします。麻酔用の誘導室にラットを戻します。ラットが麻酔マスクを介して連続麻酔下にある間、半球マーカーを取り除く。計算ソフトウェアを開き、インターフェイス上のビデオファイルを開きます。ビデオの進行状況バーの両側制御バーをクリックしてドラッグし、10 ステップのトレッドミル歩行記録のみが表示されるようにします。各特性点をクリックして、画面の右下隅にある3Dモデルから、カメラで撮影されたビデオの4つの初期写真の対応するマーカーにドラッグします。次に、自動トレースアイコンをクリックして、自動マーカートレースプロセスを開始します。マーカーを正確にトレースしない場合は、手動でデジタイズアイコンをクリックして手動トレースモードに切り替え、3Dモデルのトレース特性点をクリックし、画像内の応答マーカーをクリックします。マーカーをクリックしたら、画像がビデオの次のフレームに切り替わるようにします。マーカーのトレース処理が完了するまで、マーカーを連続的にクリックします。完了したら、保存アイコンをクリックします。解析ソフトウェアを開き、処理されたビデオファイルをインタフェースで開きます。設定アイコンをクリックし、足首の角度、つま先の角度、骨盤シフトなどの指定パラメータを選択して、右側のポップアップウィンドウの表示リストに追加します。[OK]をクリックすると、パラメータの値を表すカーブがインタフェースに表示されます。測定アイコンをクリックし、プルダウンメニューでスムーズな処理を選択します。ポップアップウィンドウに 20 ヘルツを入力して、カーブ内で 20 ヘルツを超える周波数を削除します。3D運動解析により、10段階のサイクルにおけるスタンスまたはスイングフェーズの平均比が自動的に計算され、インタフェース上に表されます。対照群の10段階のサイクル期間における各両側のスタンスとスイング段階、手術後1週間、手術後3週間、および6週間の手術後グループが示されている。通常の重心の軌道の形状は、無限の符号に似ています。重心の軌道形状は手術後6週間まで正常な形状に戻らなかった。足の先のオフ段階における足首またはつま先の角度の平均値は、手術後に上向きに改善したことを示唆した。剃った皮膚の骨のランドマークをできるだけ慎重かつ正しく見つけることが最も重要です。坐骨神経の分析が行われ、機能と組織学的変化の関係が明らかになります。

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JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

本報告では、マウス坐骨神経を粉砕する方法を説明します。このメソッドは、容易に利用可能な止血鉗子を使用して、簡単かつ再現性を完全に坐骨神経のときめきを生成します。さらに、坐骨神経挫滅後の神経再生の解析に適した筋肉全体のマウントを準備する方法について説明します。...

ホールマウントマッスル分析による再現性のあるマウスの坐骨神経クラッシュと再生のその後の評価

出典: Li, Q., et al.ほ乳類の軸索再生の研究 成体マウス後根神経節のin vivoエレクトロポレーションJ. Vis.

圧死後のマウスの坐骨神経における軸索再生

ここで提示されるプロトコルは、前臨床研究のためのげっ歯類の四足歩行の3次元運動学を収集し、分析するためのプロトコルである。...

げっ歯類の前臨床研究のための3Dキネマティック歩行分析

提示された、ラットの異なるタイプの中央値神経(MN)病変および修復を産生するプロトコルである。さらに、プロトコルは、いくつかの非侵襲的な行動検査および生理学的測定を用いて神経の機能的回復を評価する方法を示す。...

ラットの神経再生の中央値を評価する機能と生理学的方法

自動歩行分析は、末梢神経損傷および脊髄失調損傷のげっ歯類モデルにおける機能回復を評価するための実現可能なツールである。様々な実験モデルで運動機能を評価するために1つのセットアップしか必要としませんが、動物の細心の硬とソフトウェアの調整と訓練は非常に重要です。...

末梢神経または脊髄損傷を伴うげっ歯類の機能回復を評価する自動歩行分析

運動回復の評価は、実験的末梢神経研究におけるベンチマーク結果測定のままである。ラットの脛骨前筋の等角体テタニック力測定は、坐骨神経欠損の再建後の機能的転帰を評価するための非常に貴重なツールである。方法とニュアンスについては、この記事で詳しく説明します。...

ラットにおける脛表筋前筋の最大等角体テタニック力測定

坐骨神経クラッシュ傷害後のラットの行動検査用電池を介して運動行動評価のためのプロトコルを提供する。...

一方的坐骨神経クラッシュ傷害後のラットにおける運動行動の多因子的評価

ラットの坐骨神経痛を誘発するために、慢性狭窄損傷モデルでFuの皮下ニードリングを使用するためのプロトコルを提示します。...

坐骨神経痛に対するフー皮下ニードリングの有効性:慢性狭窄損傷ラットモデルにおける行動的および電気生理学的変化

このプロトコルは、マーカーレストレッドミルテストと深層学習駆動の多関節軌跡自動ラベリングを用いて、ラット後肢の運動学的評価パイプラインを構築し、再現可能な動きの定量化を可能にします。...

ラットにおける後肢の運動運動学の客観的定量化のための深層学習に基づく多関節同期追跡

我々は、ミエリンを解放し、残りの軸索に富む材料の抽出に続いて、非軸索の構造を、溶解する低張培地で神経の束とインキュベーションの解剖に基づいて、成体ラットの坐骨神経からの軸索原形質分離のためのプロトコルを示す。...

ラット坐骨神経からの軸索原形質分離

学ぶ 3D運動学的解析法を用いたラット歩行機能評価法。4台のカメラによるモーションキャプチャーシステムで、坐骨神経損傷後の機能回復を高精度かつ信頼性高く評価できます。神経再生研究に有用です。

坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3D運動学的解析

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