W niniejszej pracy opiszemy test behawioralny dla gryzoni, który pozwala wykryć powrót funkcji zarówno proksymalnych, jak i dystalnych części przedniej kończyny, w tym ruchów palców, podczas naturalnie występującego zachowania, które nie wymaga intensywnego treningu ani deprywacji w celu zwiększenia motywacji.
Artykuł metodologiczny
Nowa metoda oceny funkcji proksymalnej i dystalnej kończyny przedniej u szczura: skala kończyny przedniej Irvine'a, Beattiesa i Bresnahana (IBB)
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
W ostatnim czasie opracowano kilka eksperymentalnych modeli urazu szyjnego odcinka rdzenia kręgowego (SCI), aby ocenić skutki uszkodzenia rdzenia na tym poziomie (Pearse et al., 2005, Gensel et al., 2006, Anderson et al., 2009), ponieważ większość ludzkich urazów SCI występuje właśnie w tym obszarze (Young, 2010; www.sci-info-pages.com). Deficyty behawioralne obejmują utratę funkcji kończyn przednich wynikającą z uszkodzenia istoty białej, co wpływa zarówno na zstępujące układy ruchowe, jak i wstępujące układy czuciowe, a także istoty szarej zawierającej obwodowe obwody segmentowe odpowiedzialne za przetwarzanie sygnałów czuciowych i wyjściowych ruchowych dla kończyny przedniej. Ponadto kluczowym priorytetem dla pacjentów z szyjnym SCI jest przywrócenie funkcji dłoni i ramienia (Anderson, 2004). Zatem niezbędne są miary efektów, które oceniają funkcje zarówno proksymalne, jak i dystalne kończyny przedniej. Chociaż istnieje kilka testów behawioralnych wrażliwych na różne aspekty regeneracji kończyny przedniej w eksperymentalnych modelach szyjnego SCI (Girgis et al., 2007, Gensel et al., 2006, Ballerman et al., 2001, Metz and Whishaw, 2000, Bertelli and Mira, 1993, Montoya et al., 1991, Whishaw and Pellis, 1990), niewiele technik dostarcza szczegółowych informacji na temat powrotu precyzyjnej kontroli motorycznej i ruchów palców.
Obecna technika pomiarowa, skala kończyny przedniej Irvine'a, Beattiesa i Bresnahana (IBB), pozwala wykryć powrót funkcji zarówno proksymalnych, jak i dystalnych kończyny przedniej, w tym ruchów palców podczas naturalnego zachowania, które nie wymaga intensywnego treningu ani deprywacji w celu zwiększenia motywacji. Skala IBB została opracowana na podstawie obserwacji regeneracji po jednostronnym urazie rdzenia kręgowego (SCI) na poziomie C6 i polega na rejestracji wideo zwierząt zjadających dwa rodzaje płatków o różnych kształtach (sferycznych i w formie pierścionka) o stałym rozmiarze. Nagrania te służą następnie do oceny cech wykorzystania kończyny przedniej, takich jak pozycja stawów, podparcie obiektu, ruchy palców i technika chwytania.
Test IBB, podobnie jak inne zadania behawioralne przedniej kończyny, wykazuje spójny wzorzec regeneracji, który jest zależny od stopnia nasilenia urazu. Ponadto skala IBB może być wykorzystywana do oceny regeneracji po innych rodzajach urazów wpływających na prawidłowe funkcjonowanie przedniej kończyny.
Protokół
A. TRENING GRYZONI:
- Zwierzęta powinny zostać wystawione na zapach i smak płatków natychmiast po przybyciu do pomieszczenia dla zwierząt, aby mogły przyzwyczaić się do spożywania tego pokarmu.
- Zwierzęta powinny zostać również zaadaptowane do środowiska testowego, którym jest cylinder z Perspexu lub pleksiglasu (Rycina 1). Na dnie cylindra należy umieścić kilka sztuk płatków. Nadmierna pielęgnacja, oddawanie moczu, defekowanie oraz skakanie są wskaźnikami stresu u zwierząt i oznaczają, że wymagany jest dłuższy czas aklimatyzacji.
- Kolejny krok obejmuje rejestrację wideo zwierząt spożywających płatki. Zaleca się, aby eksperymentator trzymał kamerę w ręku podczas filmowania, ponieważ zwierzę prawdopodobnie będzie zmieniać pozycję podczas jedzenia.
- Należy sfilmować zwierzęta podczas jedzenia jednej całej sferycznej oraz jednej pączkowatej sztuki płatków, ponieważ ruchy wymagane do spożycia różnią się w zależności od kształtu, a najlepsza ocena wymaga obserwacji obu sekwencji.
- Dane dla każdego kształtu płatków powinny być zbierane oddzielnie w arkuszu ocen, a następnie wyniki te należy zsumować, aby uzyskać wynik ogólny dla danego szczura w danym dniu po urazie.
Rysunek 1. Zalecany układ pomieszczenia do testów behawioralnych IBB (a) filmowanie zwierzęcia w cylindrze z perspexu/pleksiglasu (b) filmowanie zwierzęcia w jego klatce domowej.
B. OCENA FILMÓW:
Ocenę funkcji przedniej kończyny zwierzęcia należy rozpocząć w momencie, gdy zwierzę zacznie jeść płatek, i zakończyć natychmiast po zjedzeniu kawałka płatka.
Oceny należy przeprowadzać wyłącznie w przypadku płatków kukurydzianych o kształcie sferycznym i pierścieniowym, które przed rozpoczęciem jedzenia mają jednolity rozmiar i kształt. Zwierząt nie należy oceniać podczas jedzenia kawałków płatków, które zostały rozłamane przed rozpoczęciem testu.
W celu dokonania oceny zdecydowanie zaleca się spowolnienie prędkości odtwarzania filmów co najmniej do połowy prędkości oryginalnej, ponieważ nawet w stanie urazu szczury mogą jeść szybko, co może prowadzić do przeoczenia wystąpienia kluczowych zachowań. Można to osiągnąć w programach takich jak QuickTime i Windows Media Player. Szczury z niedawnym urazem (tzn. 1–14 dni po urazie) będą poświęcać znacznie więcej czasu na zjedzenie płatków niż szczury na późniejszym etapie rekonwalescencji. W związku z tym eksperymentatorzy nie powinni niepokoić się różnicą w długości filmów wykorzystywanych do oceny szczurów we wczesnych i późniejszych etapach ich powrotu do zdrowia.
Podczas obserwacji zwierzęcia należy korzystać z arkusza ocen IBB (rycina 2), aby odnotować występowanie następujących cech behawioralnych. Powrót funkcji kończyn przednich jest odnotowywany w arkuszu ocen IBB od lewej do prawej strony.
Rysunek 2. Arkusz ocen z poszczególnymi kategoriami, który towarzyszy skali kończyny przedniej Irvine'a, Beattiesa i Bresnahana. Pierwsza połowa arkusza reprezentuje powrót funkcji proksymalnych kończyny przedniej, a dalsza część arkusza skupia się na powrocie funkcji przedniej łapy.
Przeważająca pozycja stawu łokciowego:
Oceniano najczęstszą pozycję (przyjmowaną przez ponad 50% czasu), jaką łokieć szczura zajmuje podczas fazy jedzenia (Rysunek 3).
OCENIONO JAKO:
- WYPROSTOWANY - łokieć jest utrzymywany prosto pod kątem większym niż 160°.
- CZĘŚCIOWO ZGIĘTY - łokieć jest zgięty pod kątem mniejszym niż 160°, ale większym niż 90°.
- W PEŁNYM ZGIĘCIU - łokieć jest zgięty pod kątem mniejszym niż 90°.
Rycina 3. Przeważająca pozycja łokcia. Oceniana jest najczęstsza pozycja (przyjmowana przez ponad 50% czasu), w której znajduje się łokieć szczura podczas jedzenia. Wyprostowana oznacza, że łokieć jest trzymany prosto, z kątem powyżej 160°. Częściowo zgięta – łokieć jest zgięty pod kątem mniejszym niż 160°, ale większym niż 90°. Całkowicie zgięta – łokieć jest zgięty pod kątem mniejszym niż 90°.
Ruchy proksymalne kończyny przedniej:
Ocenia się ruchy wykonywane przez bark i/lub łokieć uszkodzonej kończyny przedniej szczura, które mogą lub nie mogą skutkować kontaktem kończyny przedniej z ziarnem (Rysunek 4). [Szczury są oceniane na podstawie największego stopnia regeneracji, jaki wykazują podczas jedzenia ziarna. Jeśli zwierzęta wykazują zarówno niewielkie, jak i rozległe ruchy proksymalne kończyny przedniej podczas jedzenia, ocenia się je jako wykazujące ruchy rozległe.]
OCENIONO JAKO:
- BRAK – nie występują ruchy barku i/lub łokcia w uszkodzonej kończynie przedniej.
- LEKKIE – definiowane jako ruchy obejmujące mniej niż jedną trzecią zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego. Drżenia i wzruszenia barkami mieszczą się w tej kategorii.
- ZNACZNE – definiowane jako ruchy obejmujące więcej niż jedną trzecią zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego. W wczesnej fazie regeneracji ruchy te mogą być liczne i nieregularne.
Rycina 4. Ruchy proksymalne przedniej kończyny. Ocenia się ruchy wykonywane przez bark i/lub łokieć uszkodzonej przedniej kończyny, które mogą lub nie mogą prowadzić do kontaktu kończyny z ziarnem. Ruchy proksymalne przedniej kończyny definiuje się jako: Brak – brak ruchów barku i/lub łokcia uszkodzonej przedniej kończyny. Niewielkie – definiowane jako ruchy obejmujące mniej niż połowę zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego; do tej kategorii zaliczają się drżenia i wzruszenia barkami. Rozległe – definiowane jako ruchy obejmujące więcej niż połowę zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego; we wczesnej fazie regeneracji ruchy te mogą być liczne i nieregularne.
Kontakt z powierzchnią nievolarną:
Oceniana jest zdolność szczura do wykorzystania powierzchni nievolarnej uszkodzonej kończyny przedniej do stabilizacji kawałka zboża, a tym samym utrzymania go w pozycji ułatwiającej jedzenie. Obszarami kończyny przedniej, które mogą pełnić funkcję podpór, są przedramię powyżej nadgarstka, nadgarstek lub grzbiety palców (rycina 5).
* UWAGA: Słowo „volar” pochodzi z łacińskiego słowa „vola”, którego starożytni Rzymianie używali w odniesieniu do „wnętrza dłoni i podeszwy stopy”.
OCENIONE JAKO:
- BRAK – Brak podparcia niewolarnego kończyną przednią w fazie jedzenia (mniej niż 5% czasu).
- CZĘŚCIOWE – Podparcie niewolarne obiektu występuje w fazie jedzenia, ale nie zawsze (mniej niż 95% czasu).
- PRAWIE ZAWSZE – Podparcie niewolarne obiektu występuje niemal zawsze lub zawsze w fazie jedzenia (95-100% czasu).
Rycina 5. Kontaktowe podparcie powierzchnią nie-wylną. Oceńcie zdolność szczura do wykorzystania powierzchni nie-wylnej uszkodzonej kończyny przedniej w celu stabilizacji kawałka zboża i utrzymania go w pozycji ułatwiającej jedzenie. Obszarami kończyny przedniej, które mogą pełnić funkcję podparcia, są przedramię powyżej nadgarstka, nadgarstek lub grzbiet palców. Kontaktowe podparcie powierzchnią nie-wylną można zdefiniować jako: Brak – brak podparcia powierzchnią nie-wylną kończyny przedniej podczas jedzenia (<5% czasu). Niektóre – podparcie obiektu powierzchnią nie-wylną występuje podczas jedzenia, ale nie zawsze. Prawie zawsze – podparcie obiektu powierzchnią nie-wylną występuje prawie zawsze lub zawsze podczas jedzenia (>95% czasu). Podparcie nie-wylne obejmuje obszary takie jak (i) powyżej nadgarstka, (ii) nadgarstek lub (iii) grzbiet palców.
Przeważająca pozycja przedniej łapy:
Ocenia się najczęstszą pozycję (przyjmowaną przez ponad 50% czasu) palców szczura podczas jedzenia, w zakresie od zgięcia do wyprostu (Rycina 6).
OCENIONO JAKO:
- ZGRUPOWANE, UNIERUCHOMIONE i ZGIĘTE - Palce są zgięte i utrzymane w formie pięści pod kątem stawowym wynoszącym ~ 90°.
- WYPROSTOWANE NIEADAPTOWALNE - Palce są wyprostowane pod kątem > 160° i nie dopasowują się do kształtu trzymanego przedmiotu.
- CZĘŚCIOWO ZGIĘTE ADAPTOWALNE - Palce są częściowo zgięte i dopasowują się do kształtu przedmiotu.
Rycina 6. Przeważająca pozycja przedniej łapy. Ocenia się najczęstszą pozycję (przyjętą przez ponad 50% czasu) palców szczura. Punktacja obejmuje: (i) zgiętą, zesztywniałą i unieruchomioną – palce są zgięte i zaciśnięte w pięść z kątami w stawach wynoszącymi ~90°. (ii) wyprostowaną, nieadaptacyjną – palce są wyprostowane pod kątem > 160° i nie dopasowują się do kształtu trzymanego przedmiotu. (iii) częściowo zgiętą, adaptacyjną – palce są częściowo wyprostowane i dopasowują się do kształtu przedmiotu. Schematy w kwadratach przedstawiają widok z góry na uszkodzoną przednią łapę, z zaznaczonymi palcami 1 i 3 (*).
Skontaktuj się z pomocą techniczną Volar:
Oceniana jest zdolność szczura do wykorzystania powierzchni dłoniowej uszkodzonej przedniej łapy w celu ustabilizowania kawałka płatków i utrzymania go w pozycji ułatwiającej jedzenie (Rysunek 7).
OCENIONO JAKO:
- BRAK – Brak podparcia powierzchni wolarnej przedniej łapy podczas jedzenia (mniej niż 5% czasu).
- NIEKEDŁY – Podparcie obiektu powierzchnią w ولarną przedniej łapy występuje podczas jedzenia, ale nie zawsze (mniej niż 95% czasu).
- PRAWIE ZAWSZE – Podparcie obiektu powierzchnią wolarną przedniej łapy występuje niemal zawsze lub zawsze podczas jedzenia (95-100% czasu).
Rysunek 7. Kontaktowe podparcie powierzchnią dłoniowej (volar). Oceniana jest zdolność szczura do wykorzystania powierzchni dłoniowej uszkodzonej przedniej łapy w celu stabilizacji kawałka płatka zbożowego i utrzymania go w pozycji ułatwiającej jedzenie. Kontaktowe podparcie powierzchnią dłoniową można zdefiniować jako: Brak – brak podparcia powierzchnią dłoniową przedniej kończyny podczas jedzenia (<5% czasu). Częściowe – podparcie obiektu powierzchnią dłoniową występuje podczas jedzenia, ale nie zawsze. Prawie zawsze – podparcie obiektu powierzchnią dłoniową występuje niemal zawsze lub zawsze podczas jedzenia (>95% czasu). Powyżej przedstawiono przykłady powrotu podparcia powierzchnią dłoniową w czasie: (i) 14 dni po urazie, (ii) 28 dni po urazie, (iii) 42 dni po urazie.
Ruch nadgarstka podczas manipulacji:
Po ustaleniu podparcia dłoniowego, szczura ocenia się pod kątem występowania ruchów nadgarstka uszkodzonej przedniej łapy podczas jedzenia. Ruchy nadgarstka, które występują w przypadku braku kontaktu między uszkodzoną przednią łapą a płatkami kukurydzianymi, NIE są punktowane. Ruchy te mogą odbywać się w dowolnym kierunku, na przykład: w kierunku grzbietowym (w stronę głowy) do brzusznego (w dół, w stronę brzucha) lub w kierunku przyśrodkowym (do wewnątrz, w stronę linii środkowej ciała) do bocznego (na zewnątrz, z dala od linii środkowej ciała) (Rycina 8).
OCENIONE JAKO:
- TAK LUB NIE.
Rycina 8. Ruchy nadgarstka. Po ustanowieniu podparcia strony brzusznej ocenia się występowanie ruchów nadgarstka uszkodzonej przedniej łapy podczas jedzenia. Ruchy nadgarstka, które występują przy braku kontaktu między uszkodzoną przednią łapą a płatkami, NIE są punktowane. Ruchy te mogą odbywać się w dowolnym kierunku, na przykład: (i) w kierunku grzbietowym (w stronę głowy) do brzusznego (w dół, w stronę brzucha) lub (ii) w kierunku przyśrodkowym (do wewnątrz, w stronę linii środkowej ciała) do bocznego (na zewnątrz, z dala od linii środkowej ciała).
Korekty zbóż (kontrola):
Oceniano ruchy uszkodzonej kończyny przedniej szczura, które są zsynchronizowane (w czasie) z udanymi ruchami manipulacyjnymi nieuszkodzonej kończyny przedniej i przyczyniają się do prawidłowej manipulacji ziarnem zbóż (Rycina 9). [Jeśli zwierzęta wykazują zarówno przesadne, jak i subtelne ruchy proksymalne kończyny przedniej podczas jedzenia, ocenia się je jako wykazujące ruchy przesadne, ponieważ znikają one w miarę dalszego powrotu do zdrowia.]
OCENIONO JAKO:
- BRAK - przednia kończyna z uszkodzeniem NIE wykonuje żadnych korekt ułożenia ziarna.
- PRZESADNE - ruchy barku i/lub łokcia i/lub nadgarstka uszkodzonej przedniej kończyny, które powodują całkowitą utratę kontaktu między przednią łapą a ziarnem. Zdarzenia te są krótkotrwałe i zazwyczaj występują tuż przed udanymi ruchami manipulacyjnymi ziarna przy użyciu powierzchni dłoniowej uszkodzonej przedniej łapy.
- SUBTELNE - definiowane jako ruchy barku i/lub łokcia i/lub nadgarstka uszkodzonej przedniej kończyny, które występują bez utraty kontaktu między przednią łapą a ziarnem podczas jedzenia.
Rysunek 9. Korekty płatków (kontrola). Ocenie podlegają ruchy uszkodzonej kończyny przedniej, które są zsynchronizowane (w czasie) z udanymi ruchami manipulacyjnymi nieuszkodzonej kończyny przedniej i przyczyniają się do prawidłowej manipulacji płatkami. Korekty płatków mogą być zdefiniowane jako: Brak – nie występują ŻADNE korekty płatków wykonywane przez uszkodzoną kończynę przednią, Przesadne – ruchy barku i/lub łokcia i/lub nadgarstka uszkodzonej kończyny przedniej, które powodują całkowitą utratę kontaktu między przednią łapą a płatkami, lub Subtelne – zdefiniowane jako ruchy barku, i/lub łokcia, i/lub nadgarstka uszkodzonej kończyny przedniej, które występują bez utraty kontaktu między przednią łapą a płatkami podczas jedzenia. [Jeśli zwierzęta wykazują zarówno przesadne, jak i subtelne proksymalne ruchy kończyny przedniej podczas jedzenia, ocenia się je jako wykazujące ruchy przesadne, ponieważ znikają one w miarę dalszego powrotu do zdrowia.]
Obecność ruchów palców
Oceniano szczura pod kątem występowania ruchów poszczególnych palców podczas jedzenia (rycina 10). Ruchy te mogą być:
- BEZ KONTAKTU - Występują ruchy palców, ale ruchy te NIE skutkują kontaktem strony dłoniowej z płatkami
- KONTAKT MANIPULACYJNY - Występują ruchy palców, które SKUTKUJĄ kontaktem strony dłoniowej palca z obiektem i w ten sposób przyczyniają się do manipulowania płatkami
OCENIONO JAKO:
- TAK LUB NIE.
Rysunek 10. Obecność ruchów palców. U szczura ocenia się obecność ruchów poszczególnych palców podczas fazy jedzenia. Ruchy te mogą być: bezkontaktowe – ruchy palców występują, ale NIE skutkują one kontaktem powierzchni dłoniowej z płatkami; manipulacyjne kontaktowe – ruchy palców występują i SKUTKUJĄ kontaktem powierzchni dłoniowej palca z obiektem, przyczyniając się tym samym do manipulacji płatkami. (iii) to schemat przedstawiający powierzchnię dłoniową przedniej łapy szczura z zaznaczoną organizacją palców od 1 do 5, a (iv) to palce przedniej łapy w częściowo zgiętej pozycji adaptacyjnej chwytające obiekt o kształcie sferycznym.
Metoda chwytania:
Szczura ocenia się pod kątem najczęściej stosowanej (w ponad 50% przypadków) techniki chwytania podczas fazy jedzenia. Istnieje kilka metod chwytania, lecz najczęstsze to chwyt „pincetowy”, „hakowy” oraz „całościowy” (Rycina 11). Techniki chwytania stosowane przez szczura są stereotypowe i zależą od wielkości oraz kształtu kawałka płatków. Poniższe ryciny przedstawiają sekwencję technik chwytania stosowanych przez szczura bez zaburzeń podczas spożywania płatków w kształcie pączka (Rycina 12) oraz płatków w kształcie sfery (Rycina 13).
OCENIONO JAKO:
- NIEPRAWIDŁOWE - Konsekwentne stosowanie alternatywnej metody chwytania w stosunku do metody używanej przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia.
- CZASY NORMALNE - Niespójne stosowanie metody chwytania używanej przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia.
- PRAWIE ZAWSZE NORMALNE - Konsekwentne stosowanie metody chwytania używanej przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia.
Rycina 11. Metody chwytania. Ocenia się najczęstszą (stosowaną przez ponad 50% czasu) technikę chwytania użytą przez szczura w fazie jedzenia oraz to, czy ta dominująca technika chwytania jest zgodna z techniką stosowaną przed urazem. Istnieje kilka metod chwytania, lecz najczęstsze to (i) chwyt „precyzyjny”, (ii) chwyt „hakowy” oraz (iii) chwyt „pełny”. Techniki chwytania stosowane przez szczura są stereotypowe i zależą od rozmiaru oraz kształtu kawałka płatków (zob. ryciny 12 i 13). Metody chwytania stosowane przez szczura można zdefiniować jako: Nieprawidłowe – konsekwentne stosowanie innej metody chwytania niż ta używana przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia. Czasami prawidłowe – niespójne stosowanie metody chwytania używanej przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia. Prawie zawsze prawidłowe – konsekwentne stosowanie metody chwytania używanej przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia.
Rycina 12. Stereotypowa sekwencja technik chwytania stosowanych przez zdrowego szczura podczas spożywania kawałka płatków w kształcie pączka.
Rycina 13. Stereotypowa sekwencja technik chwytania stosowana przez sprawnego szczura podczas spożywania sferycznego kawałka płatków zbożowych.
C. PRZYZNAWANIE PUNKTACJI IBB
- Przeważająca pozycja łokcia jest WYPROSTOWANA, przy BRAKU lub NIEZNACZNYCH ruchach proksymalnych przedniej kończyny i/lub BRAKU podparcia niewolarnego przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu.
- Przeważająca pozycja łokcia jest CZĘŚCIOWO ZGIĘTA, przy NIEZNACZNYCH lub OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i NIEKÓRYCH podparciach niewolarnych przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest SKRĘCONA, UNIERUCHOMIONA i ZGIĘTA.
- Przeważająca pozycja łokcia jest CZĘŚCIOWO ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i PRAWIE ZAWSZE występującym podparciu niewolarnym przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest SKRĘCONA, UNIERUCHOMIONA i ZGIĘTA.
- Przeważająca pozycja łokcia jest PEŁNIE ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i NIEKÓRYCH podparciach wolarnych przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do urazu. Występują ruchy nadgarstka i/lub WYRAŹNE korekty chwytu płatków. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest WYPROSTOWANA, NIEADAPTACYJNA.
- Przeważająca pozycja łokcia jest PEŁNIE ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i NIEKÓRYCH podparciach wolarnych przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Występują ruchy nadgarstka i/lub SUBTELNE korekty chwytu płatków wraz z ruchami BEZKONTAKTOWYMI PALCA 2. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest WYPROSTOWANA, NIEADAPTACYJNA.
- Przeważająca pozycja łokcia jest PEŁNIE ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i PRAWIE ZAWSZE występującym podparciu wolarnym przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Występują ruchy nadgarstka i SUBTELNE korekty chwytu płatków wraz z KONTAKTOWYMI ruchami MANIPULACYJNYMI PALCA 2. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest WYPROSTOWANA, NIEADAPTACYJNA.
- Przeważająca pozycja łokcia jest PEŁNIE ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i PRAWIE ZAWSZE występującym podparciu wolarnym przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Występują ruchy nadgarstka i SUBTELNE korekty chwytu płatków wraz z KONTAKTOWYMI ruchami MANIPULACYJNYMI PALCA 2 oraz ruchami BEZKONTAKTOWYMI PALCA 3. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest WYPROSTOWANA, NIEADAPTACYJNA z ABNORMALNĄ metodą chwytania.
- Przeważająca pozycja łokcia jest PEŁNIE ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i PRAWIE ZAWSZE występującym podparciu wolarnym przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Występują ruchy nadgarstka i SUBTELNE korekty chwytu płatków wraz z KONTAKTOWYMI ruchami MANIPULACYJNYMI PALCA 2 i PALCA 3 oraz ruchami BEZKONTAKTOWYMI PALCA 4. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest CZĘŚCIOWO ZGIĘTA ADAPTACYJNA z CZASAMI NORMALNĄ metodą chwytania.
- Przeważająca pozycja łokcia jest PEŁNIE ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i PRAWIE ZAWSZE występującym podparciu wolarnym przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Występują ruchy nadgarstka i SUBTELNE korekty chwytu płatków wraz z KONTAKTOWYMI ruchami MANIPULACYJNYMI PALCÓW 2, 3 i 4. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest CZĘŚCIOWO ZGIĘTA ADAPTACYJNA z CZASAMI NORMALNĄ metodą chwytania.
- Przeważająca pozycja łokcia jest PEŁNIE ZGIĘTA, przy OBSZERNYCH ruchach proksymalnych kończyny i PRAWIE ZAWSZE występującym podparciu wolarnym przednią kończyną po stronie ipsilateralnej do miejsca urazu. Występują ruchy nadgarstka i SUBTELNE korekty chwytu płatków wraz z KONTAKTOWYMI ruchami MANIPULACYJNYMI PALCÓW 2, 3 i 4. Przeważająca pozycja przedniej łapy jest CZĘŚCIOWO ZGIĘTA ADAPTACYJNA z PRAWIE ZAWSZE NORMALNĄ metodą chwytania.
D. ROZWIĄZYWANIE PROBLEMÓW
W przypadku braku przyjmowania pokarmu przez zwierzęta:
Czasami, podobnie jak w przypadku WSZYSTKICH zadań behawioralnych, niektóre zwierzęta mogą nie zachowywać się prawidłowo. W celu uniknięcia wykluczenia zwierzęcia (lub zwierząt) z badania należy sprawdzić, czy zwierzę będzie jadło w swojej domowej klatce podczas filmowania. Jeśli jest to możliwe, to pomimo zdolności innych zwierząt do jedzenia w cylindrze, WSZYSTKIE szczury powinny być oceniane indywidualnie w ich domowych klatkach w celu zachowania spójności. Jeśli zwierzę odmawia jedzenia w domowej klatce podczas filmowania, podczas nagrywania powinien być obecny jego „towarzysz z klatki”. Z tego powodu zwierzęta powinny być kwaterowane w parach. W przeciwnym razie szczur powinien zostać wykluczony z badania.
Dlaczego do testów muszę używać płatków w kształcie kul oraz pączków; dlaczego nie innych kształtów i rozmiarów?
Podczas opracowywania skali IBB szczury testowano również za pomocą płaskiego, kwadratowego kawałka płatków zbożowych. Po urazie szczury używały tylko jednej łapy do trzymania i spożywania płatków. W przeciwieństwie do tego, płatki o kształcie sferycznym i w formie pączka zmuszały szczura do w pewien sposób zaangażowania uszkodzonej kończyny przedniej podczas jedzenia. Wyraźnie zauważono również, że wielkość obiektu częściowo determinowała, czy istniała możliwość kontaktu wszystkich palców z płatkiem. Mniejsze lub połamane kawałki płatków nie wymagały kontaktu wszystkich palców z pokarmem podczas jedzenia (co najważniejsze palców 4 i 5), co uniemożliwiało obserwatorowi ocenę funkcji tych palców.
Dlaczego do testowania muszę użyć płatków o kształcie sferycznym i w formie pierścionka?
Jak omówiono wcześniej, spożywanie płatków w kształcie kulistym i pierścieniowatym angażuje wszystkie palce uszkodzonej przedniej łapy (rycina 12 i 13). Jednak szczegółowa analiza prawidłowych wzorców jedzenia dla każdego z tych kształtów płatków ujawniła zarówno podobieństwa, jak i różnice. Na przykład podczas gdy szczur spożywa te dwa różnie ukształtowane płatki, wraz ze zmniejszaniem się kawałków płatków następuje stopniowe zmniejszenie odstępu między palcami. To zmniejszenie przestrzeni międzycyfrowej utrudnia obserwatorowi określenie ruchów poszczególnych palców. W związku z tym, gdy szczur po raz pierwszy chwyta płatek o kształcie kulistym, odległość między palcami jest większa niż w przypadku płatka o kształcie pierścieniowym. Ułatwi to obserwatorowi określenie niezależnych ruchów palców na tym początkowym etapie jedzenia. Z kolei płatek o kształcie pierścieniowym wymaga częstszego kontaktu i ruchu palców podczas całej fazy jedzenia niż kształt kulisty, co zwiększa możliwości obserwacji ruchów palców.
W którym momencie fazy jedzenia należy dokonać oceny?
Ocena zwierzęcia w celu przypisania mu wyniku IBB powinna rozpocząć się natychmiast po tym, jak zwierzę zacznie jeść. Ocena powinna być przeprowadzana wyłącznie przy użyciu obiektów o prawidłowym rozmiarze i kształcie. Nie należy punktować zwierząt jedzących odłamki obiektu. Ponadto punktacja w fazie jedzenia obejmuje WSZYSTKIE ruchy wykonywane przez upośledzoną kończynę przednią podczas spożywania kawałka płatków. Obejmuje to również ruchy wykonywane w czasie, gdy szczur robi przerwę na żucie płatków.
Co decyduje o tym, czy ruchy proksymalne kończyny przedniej są „rozległe” czy „niewielkie”?
Rozległe ruchy proksymalne kończyny przedniej definiuje się jako takie, w których zakres ruchu w stawie przekracza jedną trzecią; w wielu sytuacjach ruchy te są liczne i nieregularne. Nieznaczne ruchy proksymalne kończyny przedniej są mniej oczywiste niż ruchy rozległe ze względu na krótszą odległość, na jaką poruszona kończyna przednia jest oddalana od obiektu. Są to ruchy przedramienia, w których zakres ruchu w stawie nie przekracza jednej trzeciej. Zakres ruchu stawów przedramienia przedstawiono na Rysunku 14.
Rycina 14. Zakresy ruchomości stawów barkowych, łokciowych i nadgarstkowych.
Co w przypadku, gdy zwierzę posiada zarówno kontakt niepodeszwowy, jak i podeszwowy?
Jeśli zwierzę podtrzymuje zboże zarówno obszarami nie-wolarnymi, jak i wolarnymi przedniej łapy, należy ocenić, że zwierzę wykazuje częściowy kontakt z podparciem nie-wolarnym i wolarnym.
Zazwyczaj u szczura występują subtelne korekty móżdżku, jednak zdarza się pojedynczy przypadek korekty nadmiernej. Jak powinienem ocenić takie zwierzę?
Przesuwając się w prawo w arkuszu, szczur jest bardziej surowo oceniany za występowanie nietypowych zachowań, niezależnie od tego, jak rzadko pojawiają się one w fazie jedzenia. Ma to na celu zapewnienie, aby przyznany szczurowi wynik odzwierciedlał jego najlepszą wydajność. Normalne zwierzęta nie wykazują przesadnych korekt w manipulacji płatkami. W tym przypadku szczurowi należy przypisać wynik wskazujący na występowanie przesadnych korekt w manipulacji płatkami.
Co oznacza termin rozciągnięta, nieadaptowalna pozycja łapy?
Palce przedniej łapy są rozpostarte pod kątem 160 stopni lub większym i nie dopasowują się do kształtu ani rozmiaru kawałka płatków zbożowych.
W jaki sposób określić, czy staw nadgarstka wykonuje ruch?
Podczas ustalania, czy nadgarstek zwierzęcia porusza się w fazie jedzenia, obserwator powinien potwierdzić, że ruchy łokcia i/lub barku nie sprawiają wrażenia ruchów nadgarstka.
Czy nadgarstek może poruszać się przed zastosowaniem podparcia volarnego?
Po przeprowadzeniu szczegółowej analizy szczurów z urazami o różnym stopniu nasilenia, ruch nadgarstka był zazwyczaj obserwowany w momencie, gdy doszło do kontaktu strony volarnej z płatkami zbożowymi.
Po czym poznać, czy szczur stosuje „normalną” metodę chwytania?
Podobnie jak w przypadku wszystkich testów behawioralnych, należy zebrać dane wyjściowe, aby ustalić, w jaki sposób zwierzę chwyta obiekt przed wystąpieniem urazu. Jest to konieczne, ponieważ w zależności od kształtu obiektu zwierzę może przyjąć alternatywną strategię chwytania po urazie. Po szczegółowej analizie szczurów przed urazem szyjnym stwierdzono, że stosują one stereotypowe techniki chwytania w zależności od kształtu obiektu (jak opisano na Rysunkach 12 i 13). Na przykład w przypadku sfery szczur zazwyczaj zaczyna od „chwytu pełnego”, a następnie kończy „chwytem pęsetowym”, w związku z czym wszelkie działania zastępujące te wzorce chwytania byłyby uznane za nieprawidłowe.
W jaki sposób należy przypisać wynik IBB?
IBB jest 10-stopniową skalą porządkową postępów w rekonwalescencji z wynikami w zakresie od 0 do 9. Szczury muszą wykazać wszystkie zachowania opisujące dany stopień, w przeciwnym razie przypisuje się im wynik odpowiadający najbliższzemu stopniowi deficytu.
Dyskusja
Skala regeneracji kończyny przedniej Irvine'a, Beattiesa i Bresnahana (IBB) jest 10-stopniową skalą porządkową służącą do oceny postępów w regeneracji kończyny przedniej. Skala IBB analizuje wiele cech użytkowania zarówno proksymalnych, jak i dystalnych części kończyny przedniej podczas spożywania dwóch całych kawałków produktów zbożowych przygotowanych do zadania: jednego o kształcie sferycznym i jednego w kształcie pączka. Filmy przedstawiające zwierzęta jedzące te produkty są oceniane pod kątem najczęstszych zachowań kończyny przedniej (w tym pozycji stawów, podparcia obiektu, ruchu palców i techniki chwytania) stosowanych dla obu kształtów, a następnie przypisywany jest wynik IBB na podstawie kombinacji tych zachowań, wybranych tak, aby reprezentowały najwyższy stopień regeneracji kończyny przedniej. Oceny należy przeprowadzać wyłącznie przy użyciu produktów zbożowych o spójnej wielkości i kształcie; w związku z tym zwierzęta nie powinny być oceniane podczas jedzenia połamanych kawałków. Zwierzęta muszą przejawiać wszystkie zachowania opisujące dany punkt, w przeciwnym razie przypisuje się im wynik odpowiadający najbliższemu punktowi deficytu.
Skala IBB została stworzona do oceny powrotu funkcji kończyn przednich po eksperymentalnie wywołanym urazie rdzenia kręgowego (SCI) w odcinku szyjnym. Wstępne badania w naszym laboratorium wykazały, że podobnie jak w przypadku innych testów behawioralnych, regeneracja oceniana za pomocą wyniku IBB jest wrażliwa na stopień nasilenia urazu. Zastosowanie IBB nie musi ograniczać się do urazów szyjnego odcinka rdzenia kręgowego, lecz może być również odpowiednie dla innych postaci uszkodzeń nerwów obwodowych i ośrodkowego układu nerwowego, które wpływają na prawidłowe funkcjonowanie kończyn przednich.
Oświadczenia
Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.
Podziękowania
Grant NIH NS038079 (MSB & JCB), grant NIH AG032518 (MSB & JCB), New York State CoRE 19772 (MSB & JCB), NIH NS069537 (ARF) oraz NIH NS053059 (ARF).
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Froot Loops | Kellogg’s | Płatki w kształcie pierścionków Dostępne w: Indiach, Australii, Kanadzie, USA, Niemczech, na Bliskim Wschodzie i w Ameryce Południowej. Średnica: ~ 81 mm | |
| Reese’s Pieces | Herseys Co. | Płatki w kształcie sfery Dostępne w: USA Średnica: ~ 63 mm | |
| Cylinder z perspeksu | Tapp Plastics | N/D | Średnica: ~ 200 mm i wysokość: ~ 460 mm |
| Aparat cyfrowy z odtwarzaniem DVD | Sony Corporation | DCR-DVD403 NTSC | Zoom optyczny 10x/cyfrowy 120x, czas naświetlania 1/4-1/4000, pełny zakres ostrości manualnej/automatycznej |
| 2 duże lustra | Dowolny dostawca | N/D | Szerokość: ~ 750mm i wysokość: ~ 500 mm |
Bibliografia
- Anderson, K. D. Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population. J Neurotrauma. 21 (10), 1371-1383 (2004).
- Anderson, K. D., Sharp, K. G., Steward, O. Bilateral cervical contusion spinal cord injury in rats. Exp. Neurol. 220 (1), 9-22 (2009).
- Ballermann, M., Metz, G. A., McKenna, J. E., Klassen, F., Whishaw, Q. I. The pasta matrix reaching task: a simple test for measuring skilled reaching distance, direction, and dexterity in rats. J Neurosci Methods. 106, 39-45 (2001).
- Bertelli, J. A., Mira, J. C. Behavioral evaluating methods in the objective clinical assessment of motor function after experimental brachial plexus reconstruction in the rat. J Neurosci Methods. 46, (1993).
- Gensel, J. C., Tovar, C. A., Hamers, F. P., Deibert, R. J., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. Behavioral and histological characterization of unilateral cervical spinal cord contusion injury in rats. J Neurotrauma. 23, 36-54 (2006).
- Girgis, J., Merrett, D., Kirkland, S., Metz, G. A., Verge, V., Fouad, K. Reaching training in rats with spinal cord injury promotes plasticity and task specific recovery. Brain. 130 (PT 11), 2993-3003 (2007).
- Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Skilled reaching an action pattern: stability in rat (Rattus norvegicus) grasping movements as a function of changing food pellet size. Behav Brain Res. 116 (2), 111-122 (2000).
- Montoya, C. P., Campbell-Hope, L. J., Pemberton, K. D., Dunnett, S. B. The "staircase test": a measure of independent forelimb reaching and grasping abilities in rats. J Neurosci Methods. 36 (2-3), 219-228 (1991).
- Pearse, D. D., Lo, T. P. J. r, Cho, K. S., Lynch, M. P., Garg, M. S. Histopathological and behavioral characterization of a novel cervical spinal cord displacement contusion injury in the rat. J Neurotrauma. 22 (6), 680-702 (2005).
- Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a proximally driven movement with a single distal rotatory component. Behav. Brain Res. 41 (1), 49-59 (1990).
- Spinal Cord Injury Levels & Classification [Internet]. , Spinal Cord Injury Information Pages. Available from: . http://www.sci-info-pages.com/ (2010).
Przedruki i uprawnienia
