Obecny protokół opisuje trójwymiarowe śledzenie/ocenę ruchu, aby zobrazować zmianę ruchu szczurów po ekspozycji na symulowane środowisko nieużywania.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje trójwymiarowe śledzenie/ocenę ruchu, aby zobrazować zmianę ruchu szczurów po ekspozycji na symulowane środowisko nieużywania.
Dobrze wiadomo, że nieużywanie wpływa na systemy nerwowe i że ruchy stawów ulegają zmianie; jednak nadal nie jest jasne, które wyniki prawidłowo wykazują te cechy. W niniejszym badaniu opisano podejście do analizy ruchu, które wykorzystuje trójwymiarową (3D) rekonstrukcję na podstawie nagrań wideo. Korzystając z tej technologii, u gryzoni wystawionych na działanie symulowanego środowiska mikrograwitacji zaobserwowano zmiany w chodzeniu spowodowane nieużywaniem poprzez odciążenie tylnej kończyny za ogon. Po 2 tygodniach rozładunku szczury chodziły po bieżni, a ich ruchy chodu zostały uchwycone za pomocą czterech kamer ze sprzężonym ładunkiem (CCD). Profile ruchu 3D zostały zrekonstruowane i porównane z profilami osób kontrolnych za pomocą oprogramowania do przetwarzania obrazu. Zrekonstruowane miary wyników z powodzeniem zobrazowały różne aspekty zniekształconego ruchu chodu: nadmierne wyprostowanie stawów kolanowych i skokowych oraz wyższą pozycję stawów biodrowych podczas fazy podporu. Analiza ruchu jest przydatna z kilku powodów. Po pierwsze, umożliwia ilościowe oceny behawioralne zamiast subiektywnych obserwacji (np. zaliczenie/niezaliczenie w niektórych zadaniach). Po drugie, po uzyskaniu podstawowych zestawów danych można wyodrębnić wiele parametrów w celu dopasowania do określonych potrzeb. Pomimo przeszkód na drodze do szerszego zastosowania, wady tej metody, w tym pracochłonność i koszty, mogą zostać złagodzone poprzez określenie kompleksowych pomiarów i procedur eksperymentalnych.
Brak aktywności fizycznej lub nieużywanie prowadzi do pogorszenia efektorów lokomotorycznych, takich jak zanik mięśni i utrata masy kostnej1 i dekondycjonowanie całego ciała2. Co więcej, ostatnio zauważono, że brak aktywności wpływa nie tylko na aspekty strukturalne elementów układu mięśniowo-szkieletowego, ale także na jakościowe aspekty ruchu. Na przykład, pozycje kończyn szczurów wystawionych na symulowane środowisko mikrograwitacji różniły się od tych u nienaruszonych zwierząt nawet 1 miesiąc po zakończeniu interwencji3,4. Niemniej jednak niewiele zgłoszono na temat deficytów ruchu spowodowanych brakiem aktywności. Nie ustalono również w pełni kompleksowej charakterystyki ruchowej pogorszeń.
Obecny protokół demonstruje i omawia zastosowanie oceny kinematycznej do wizualizacji zmian ruchu, odnosząc się do deficytów ruchu chodu wywołanych nieużywaniem u szczurów poddanych odciążeniu kończyn tylnych.
Wykazano, że nadmierne wydłużenie kończyn podczas chodzenia po symulowanym środowisku mikrograwitacji obserwuje się zarówno u ludzi5 jak i zwierząt4,6,7,8. Dlatego, aby zapewnić uniwersalność, skupiliśmy się w tym badaniu na ogólnych parametrach: kątach stawu kolanowego i skokowego oraz odległości pionowej między stawem śródstopno-paliczkowym a biodrem (w przybliżeniu odpowiadającej wysokości biodra) w środkowym punkcie fazy podporu (śródpostawy). W dalszej części dyskusji zasugerowano potencjalne zastosowania oceny kinematyki wideo.
Seria analiz kinematycznych może być skuteczną miarą oceny funkcjonalnych aspektów kontroli neuronalnej. Jednakże, mimo że analizy ruchu zostały opracowane na podstawie obserwacji śladów lub prostych pomiarów na przechwyconym wideo9,10 do wielu systemów kamer11,12, uniwersalne metody i parametry nie zostały jeszcze ustalone. Metoda przedstawiona w niniejszym badaniu ma na celu dostarczenie tej wspólnej analizie ruchu kompleksowych parametrów.
W poprzednim worku13, próbowaliśmy zilustrować zmiany chodu u szczurów z uszkodzeniami nerwowymi za pomocą kompleksowej analizy wideo. Jednak ogólnie rzecz biorąc, potencjalne wyniki analiz ruchu są często ograniczone do z góry określonych zmiennych dostarczonych w ramach analizy. Z tego powodu w niniejszym badaniu szczegółowo opisano, w jaki sposób uwzględnić parametry zdefiniowane przez użytkownika, które mają szerokie zastosowanie. Oceny kinematyczne z wykorzystaniem analiz wideo mogą być jeszcze bardziej przydatne, jeśli zostaną wdrożone odpowiednie parametry.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Obecne badanie zostało zatwierdzone przez Komitet Doświadczalny Uniwersytetu w Kioto (Med Kyo 14033) i przeprowadzone zgodnie z wytycznymi Narodowego Instytutu Zdrowia (Przewodnik dla Opieki i Użytkowania Zwierząt Laboratoryjnych, 8. wydanie). Do niniejszego badania wykorzystano 7-tygodniowe samce szczurów rasy Wistar. Schemat przedstawiający sekwencję procedur znajduje się w pliku uzupełniającym 1.
1. Zapoznanie szczurów z chodzeniem na bieżni
UWAGA: Proszę zapoznać się z poprzednio opublikowanym raportem13, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat procedury.
2. Zastosowanie odciążania tylnych kończyn u szczurów i ustawianie znaczników stawów
UWAGA: Podnieś tylne kończyny szczura za pomocą nici i taśmy klejącej przymocowanej do ogona, jak opisano w poprzednich raportach18,19,20. Upewnij się, że nić i taśma są przymocowane u podstawy ogona, aby zapobiec ślizganiu się skóry ogona. Dokładnie monitoruj zwierzęta i w razie potrzeby dostosuj wysokość rozładunku lub szczelność taśmy.
3. Śledzenie znaczników za pomocą przechwyconych filmów
4. Obliczanie pożądanych parametrów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
12 zwierząt zostało losowo przydzielonych do jednej z dwóch grup: grupy rozładunkowej (UL, n = 6) lub grupy kontrolnej (Ctrl, n = 6). W grupie UL tylne kończyny zwierząt były rozładowywane za ogon przez 2 tygodnie (okres UL), podczas gdy zwierzęta z grupy Ctrl pozostawiono wolne. 2 tygodnie po rozładunku grupa UL wykazała wyraźny wzorzec chodu w porównaniu z grupą Ctrl. Rysunek 1 pokazuje znormalizowane trajektorie stawów reprezentatywnych podmiotów. Podczas fazy podporu grupa UL wykazywała dalsze wyp...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zmiana środowiska prowadzi do fluktuacji aspektów funkcjonalnych i składników mięśniowo-szkieletowych układu ruchu26,27. Aberracje w strukturach kurczliwych lub środowiskach mogą wpływać na zdolności funkcjonalne, utrzymując się nawet po rozwiązaniu zniekształceń mechanicznych/środowiskowych19. Obiektywna analiza ruchu pomaga ilościowo zmierzyć te zdolności funkcjonalne. Jak wykazano powyżej, analiza wideo jest potężną metodologią pozyskiw...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie występuje konflikt interesów.
To badanie było częściowo wspierane przez Japońskie Towarzystwo Promocji Nauki (JSPS) KAKENHI (nr 18H03129, 21K19709, 21H03302, 15K10441) oraz Japońską Agencję Badań i Rozwoju Medycznego (AMED) (nr 15bk0104037h0002).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Taśma klejąca | NICHIBAN CO., LTD. | SEHA25F | Taśma klejąca do mocowania nici na ogonach szczurów do rozładunku kończyn tylnych |
| Aparatura anestezjologiczna dla małych zwierząt | SHINANO MFG CO., LTD. | SN-487-0T | |
| Auto clicker | N.A. | Nie | darmowe oprogramowanie do pobrania na PC (https://www.google.com/search?client=firefox-b-1-d&q=auto+clicker) |
| Kamera CCD | Teledyne FLIR LLC | GRAS-03K2C-C | Kamery CCD (Charge-Coupled Device) do przechwytywania wideo |
| Nić bawełniana | N.A. | Nie | Nić do zwisania ogonów szczurów z sufitu klatki |
| ISOFLURAN roztwór do inhalacji | Pfizer Japan Inc. | (01)14987114133400 | |
| Joint marker | TOKYO MARUI Co., Ltd | 0,12g BB | 6 mm airsoft pellet, który był używany jako półsferyczne markery z modyfikacją |
| Kine Analyzer | KISSEI COMTEC CO., LTD. | Nie | Oprogramowanie do analiz |
| Konishi Aron Alpha | TOAGOSEI CO., LTD. | #31204 | Super klej do mocowania znaczników sferycznych na znakach szczurów |
| Motion Recorder | KISSEI COMTEC CO., LTD. | Nie | Oprogramowanie do nagrywania wideo |
| Marker olejowy | MITSUBISHI PENCIL CO., LTD | PX-21.13 | Marker olejny do oznaczania palców u nóg zwierząt |
| Trójwymiarowy aparat do przechwytywania ruchu (KinemaTracer dla małych zwierząt) | KISSEI COMTEC CO., LTD. | Nie | System analizy ruchu 3D składający się z czterech kamer (https://www.kicnet.co.jp/solutions/biosignal/animals/kinematracer-for-animal/ lub https://micekc.com/en/) |
| Kalkulator trójwymiarowy (3D) | KISSEI COMTEC CO., LTD. | Nie | Oprogramowanie do śledzenia znaczników |
| Bieżnia | MUROMACHI KIKAI CO., LTD | MK-685 | Bieżnia wyposażona w przezroczystą obudowę, wstrząs elektryczny i jednostkę kontrolującą prędkość |
| Wistar Rats (mężczyzna, 7 tygodni) | N.A. | Nie | Dostępne w handlu przy zwierzętach doświadczalnych |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie