Kinematyka i wyznaczanie siły reakcji gruntu: demonstracja określająca ilościowo zdolności lokomotoryczne młodych dorosłych, szczurów w średnim wieku i geriatrycznych

Ten film pokazuje procedurę pomiaru sił reakcji podłoża i kinematyki kończyn tylnych u swobodnie zachowujących się szczurów. Szczury są najpierw szkolone, aby konsekwentnie przekraczać pas startowy w celu uzyskania nagrody w postaci jedzenia. Znaczniki odblaskowe są następnie umieszczane w kluczowych topograficznych anatomicznych punktach orientacyjnych kończyny tylnej.

Zapisy wideo i dane dotyczące siły reakcji gruntu są zbierane, gdy zwierzę szuka nagrody w postaci jedzenia. Znaczniki odblaskowe są digitalizowane, a dane są przetwarzane retrospektywnie. Jakościowe i ilościowe różnice w zdolnościach lokomotorycznych obserwuje się u szczurów z różnymi modelami choroby.

Cześć, nazywam się Aubrey Webb. Jestem adiunktem na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej oraz w Hotchkiss Brain Institute na Uniwersytecie Calgary w Calgary, Alberta, Kanada. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak skale oceny lokomotyw i inne miary punktów końcowych, jest to, że technika ta dostarcza czułych, obiektywnych danych ilościowych, które pomagają rozróżnić subtelne różnice między grupami szczurów poruszających się.

Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie neuronauki i ortopedii, takie jak jakie są efekty potencjalnej terapii. Implikacje tej techniki rozciągają się na terapię różnych modeli choroby, ponieważ prawdopodobieństwo stwierdzenia braku efektu, gdy taki występuje, jest ograniczone. Korzystając z tej techniki, metoda ta zapewnia wgląd w lokomocję szczurów.

Może być również stosowany do innych systemów, takich jak różne modele chorób neurologicznych i ortopedycznych u różnych gatunków zwierząt. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, będą miały trudności, ponieważ analiza biomechaniczna wymaga znacznej ilości czasu i cierpliwości, a ponieważ zaawansowana wiedza z zakresu biomechaniki jest wymagana do rozwiązywania problemów z analizą danych, metodologia ta jest stosowana u wielu gatunków od kilkudziesięciu lat, chociaż dopiero niedawno jest dostępna do stosowania u gryzoni ze względu na dostępny na rynku sprzęt. Pierwszym krokiem w pomiarze zdolności lokomotorycznych szczurów jest wyszkolenie każdego zwierzęcia do przekraczania pasa startowego o płaskiej powierzchni.

Po otrzymaniu szczurów od odpowiedniego dostawcy zwierząt, zwierzęta powinny być zaaklimatyzowane w nowym domu. Przez tydzień. W tym czasie aklimatyzacji umieść kilka Cheerios w klatce szczura.

Codzienne odżywianie zwierząt ogranicza się do ich zapotrzebowania na energię, aby zapobiec otyłości i zapewnić motywację do wykonania zadania po jego wykonaniu. Zajmij się każdym zwierzęciem przez 10 do 15 minut dziennie przez tydzień w tym samym okresie, umieść każde zwierzę na wybiegu z Cheerios znajdującymi się na obu końcach. Kiedy zwierzęta zapoznają się z otoczeniem, zaczną jeść Cheerios.

Gdy zwierzę czuje się komfortowo jedząc Cheerios na wybiegu, musi być funkcjonalnie uwarunkowane, aby przebiegać wzdłuż pasa startowego w celu uzyskania nagrody w postaci jedzenia. Osiąga się to poprzez rzucenie jednej czwartej cheerio na przeciwległy koniec pasa startowego, gdzie znajduje się szczur. Gdy szczur zje to cheerio, umieść kolejne, czwarte cheerio na drugim końcu pasa startowego.

Powtarzaj to, aż szczur będzie konsekwentnie poruszał się po pasie startowym ze stałą prędkością kłusa Jedzenie cheerio bez galopowania lub skakania nad kondycjonowaniem zwierząt do tego zadania może prowadzić do galopujących i skaczących bramek, które biomechanicznie są trudniejsze do zinterpretowania. Zobaczmy teraz, jak przeprowadzić wspólne stanowisko. Znak cztery.

Analiza kinematyczna kończyn jest niewiarygodna ze względu na mocno przykucniętą postawę i późniejszy artefakt ruchu skóry narzucony przez umieszczenie znaczników skóry na czterech kończynach. Zamiast tego kinematykę kończyn przednich należy uzyskać za pomocą kinematografii rentgenowskiej lub fluoroskopii. Dlatego ten film będzie opisywał wyłącznie umieszczanie znacznika pozycji stawu Hindin.

Po znieczuleniu zwierzęcia ogol tylne kończyny i grzbiet do poziomu grzebieni biodrowych. Następnie umieść zwierzę na zewnątrz w pozycji leżącej i ustaw jego tylne kończyny w przybliżonej pozycji stojącej, używając twardej pianki do pakowania, aby podeprzeć je nietoksycznym trwałym znacznikiem. Czaszkowe najbardziej częściowe grzebienie biodrowe, większy trant kości udowej, boczna wypukłość piszczelowa, staw stępowy oraz dystalna i boczna część piątej kości śródstopia.

Wymagane jest codzienne podkreślanie wcześniej zaznaczonych anatomicznych punktów orientacyjnych, ponieważ szczury powoli usuwają markery poprzez naturalne zachowanie pielęgnacyjne. Zobaczmy teraz, jak rejestrować dane. Umieść objętość kalibracyjną w określonym obszarze drogi startowej.

Z każdej z kamer rejestrowana jest pojedyncza klatka objętości kalibracyjnej w obrębie pasa startowego. Przed rozpoczęciem sesji nagraniowej sprawdź widok z każdej kamery. Upewnij się, że pole widzenia jest takie samo ze wszystkich czterech kamer i że obejmuje płytę siłową pośrodku oraz długość pasa startowego wystarczającą do uchwycenia dwóch kroków.

Wszystkie skalibrowane znaczniki na całej długości każdej z ankiet są digitalizowane. Ten etap kalibracji ma kluczowe znaczenie przed zebraniem danych. Jeśli kalibracja nie zostanie wykonana dokładnie lub nie nastąpi bezpośrednio przed sesją nagrania, wszystkie uzyskane dane będą niedokładne i bezużyteczne.

Dopiero po osiągnięciu zadowalającego błędu w digitalizacji należy przystąpić do zbierania danych o lokomotywie bezpośrednio przed umieszczeniem zwierzęcia na pasie startowym. Zapisz jego wagę i przyklej stożkowe odblaskowe znaczniki skóry do wcześniej określonych filcowych śladów wykonanych na topograficznych punktach orientacyjnych kończyn tylnych. Po umieszczeniu markerów na tylnych kończynach usiądź przy komputerze i miej w ręku znacznik zdarzenia przymocowany za pomocą układu motorycznego Vicon.

Użycie skalibrowanego pliku jako szablonu tworzy kilka plików przed nagraniem. Zazwyczaj potrzeba od 25 do 30 plików, aby zapewnić wystarczającą liczbę przebiegów, co oznacza kryterium inkluzji i prędkość. Po utworzeniu plików rozpocznij zbieranie danych.

Po pierwsze, zachęć szczura do przemieszczania się po pasie startowym, rzucając jedną czwartą kawałków Cheerios na oba końce pasa startowego z ostrożną koordynacją i wyczuciem czasu. Znacznik zdarzenia jest uruchamiany na początku i tuż przed pomyślnym zakończeniem przez szczura przejścia wzdłuż pasa startowego. Po zbadaniu surowej reakcji gruntu, śledzeniu siły i po zarejestrowaniu, czy jest to lewa, czy prawa kończyna, uderz w płytkę siłową, zapisz i zamknij plik.

Należy odnotować równą liczbę uderzeń w płytkę siły lewej i prawej kończyny. Proces rejestrowania danych z danego przebiegu jest powtarzany do momentu zarejestrowania wystarczającej liczby przebiegów. Zobaczmy teraz, jak analizować dane z przebiegów po zakończeniu zbierania danych pod kątem kinematyki i sił reakcji gruntu, każdy bieg każdego zwierzęcia musi być oceniany pod kątem prędkości za pomocą oprogramowania vicon modus, dwóch względnie stałych znaczników.

Na przykład skrzydła jelita krętego można wykorzystać do oceny wirtualnego punktu między znacznikami. W ten sposób można obliczyć prędkość tego wirtualnego punktu w kierunku poziomym, uwzględniono tylko biegi, w których zwierzę porusza się z prędkością od 60 do 90 centymetrów na sekundę. Do analizy potrzebnych jest co najmniej 10 przebiegów.

Pięć biegów, w których lewa kończyna styka się z platformą siłową, i pięć biegów, w których prawa kończyna styka się z platformą siłową. Po określeniu dopuszczalnych przebiegów dla każdego zwierzęcia należy zakończyć digitalizację pozostałych znaczników skóry, aby skompensować ruchy skóry. Artefakt nad oszacowaniem pozycji kolana nad kolanem jest obliczany przy użyciu triangulacji, kątów bioder, kolan i stawów H.

Prędkości i przyspieszenia są określane, można również ocenić czas wymachu i wymachu. Jednocześnie zebrane dane dotyczące siły reakcji gruntu są analizowane za pomocą tego samego oprogramowania, można obliczyć różne zmienne dla sił w każdym z trzech kierunków ortogonalnych. Jednocześnie zebrane dane dotyczące siły reakcji gruntu są analizowane Za pomocą tego samego oprogramowania można obliczyć różne zmienne dla sił w każdym z trzech kierunków ortogonalnych.

Teraz pokażemy kilka reprezentatywnych wyników, aby przedstawić użyteczność tej formy analizy lokomotyw. Określono kinematykę i siły reakcji gruntu dla młodych, średnich i geriatrycznych samic szczurów wister. Na podstawie tej analizy stwierdzono różnice związane z wiekiem u samic szczurów wister.

W szczególności analiza siły reakcji podłoża pokazuje, że szczury geriatryczne mają zmniejszoną zdolność hamowania czterema kończynami i mają tendencję do używania tylnych kończyn bardziej do stabilizacji bocznej w porównaniu z innymi grupami zwierząt, analiza kinematyczna nie ujawniła żadnych różnic statystycznych między każdą grupą. Pokazuje jednak, że kinematykę można łatwo zarejestrować z praktycznie każdego wieku szczura podczas próby wykonania tej procedury. Ważne jest, aby zważyć zwierzę bezpośrednio przed lub bezpośrednio po zebraniu danych i dokładnie skalibrować system przed zebraniem danych zgodnie z tą procedurą.

Inne metody, takie jak elektrofizjologia kliniczna całego zwierzęcia, mogą być wykorzystane do udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania. Na przykład, czy wyniki dotyczące kinematyki i siły reakcji gruntu są związane z regeneracją neuronów, czy też z jakąś inną szerszą formą plastyczności neuroanatomicznej, na przykład w regeneracji nerwów obwodowych? Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak zbierać dane o sile reakcji podłoża i kinematyce kończyn tylnych od swobodnie zachowujących się szczurów za pomocą dostępnego na rynku sprzętu.