Nowa metoda oceny funkcji proksymalnych i dystalnych przedniej kończyny u szczura: skala funkcji przedniej kończyny Irvine'a, Beattiesa i Bresnahana (IBB)

W tym materiale wideo zaprezentowano skalę funkcji kończyn dolnych Irvine'a Batesa i Bresnahana (IBB), która pozwala wykryć powrót funkcji proksymalnych i dystalnych po upadku. Szczury są najpierw adaptowane do środowiska testowego, a następnie obserwowane po jednostronnym urazie rdzenia kręgowego na poziomie C6. Następnie rejestruje się zwierzęta podczas jedzenia dwóch różnych kształtów płatków o jednakowej wielkości.

Nagrania wideo są wykorzystywane do oceny cech funkcji kończyny górnej, takich jak pozycja stawu, podparcie przedmiotu, ruchy palców i technika chwytania, a obecność poszczególnych cech behawioralnych jest odnotowywana w arkuszu oceny IBB. Skala IBB wykazuje spójny wzorzec powrotu do sprawności, który jest czuły na stopień nasilenia urazu. Ponadto skala IBB może być stosowana do oceny rekonwalescencji po innych rodzajach urazów wpływających na prawidłową funkcję kończyny górnej.

Choć istnieje kilka testów behawioralnych wrażliwych na różne aspekty powrotu sprawności kończyn oraz modeli eksperymentalnych urazów szyjnego odcinka rdzenia kręgowego, niewiele technik dostarcza szczegółowych informacji na temat regeneracji precyzyjnej kontroli motorycznej i ruchu palców. Metoda ta może pomóc w uzyskaniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące powrotu do sprawności po urazie rdzenia kręgowego, takie jak rola konkretnych traktów aksonalnych w przywracaniu funkcji proksymalnych i dystalnych kończyn przednich.

Na przykład droga rubrospinalna lub droga korzinospinalna. Zastosowania tej techniki obejmują terapię ludzi. Większość urazów rdzenia kręgowego u ludzi występuje na poziomie szyjnym.

Dodatkowo, kluczowym priorytetem dla pacjentów z urazami szyjnego odcinka rdzenia kręgowego jest przywrócenie funkcji ręki i ramienia. W związku z tym niezbędne są miary wyników oceniające zarówno proksymalne, jak i dystalne funkcje kończyny przedniej. Chociaż metoda ta może dostarczyć informacji na temat regeneracji kończyny przedniej po urazie rdzenia kręgowego, może być ona również zastosowana w innych rodzajach urazów wpływających na prawidłowe funkcje kończyny przedniej, takich jak udar lub neuropatie obwodowe.

Osoby nowo zapoznające się z tą metodą mogą napotkać trudności ze względu na liczbę cech behawioralnych, które należy ocenić podczas jedzenia szczura. Pomysł na tę metodę pojawił się u nas podczas obserwacji szczurów jedzących w trakcie rekonwalescencji po urazie rdzenia kręgowego. Metoda ta opiera się na wcześniejszych pracach innych badaczy, w tym Iana Wishy i jego współpracowników.

Wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ cechy behawioralne ruchu kończyn występują bardzo szybko, dlatego niezbędne są przykłady wideo zachowań, które podlegają ocenie lub są potrzebne do przeszkolenia obserwatorów w tej technice. Zwierzęta powinny zostać zapoznane z zapachem i smakiem karmy zbożowej niezwłocznie po przybyciu do obiektu hodowlanego, aby mogły przyzwyczaić się do spożywania tego pokarmu. Zwierzęta powinny również zostać zaadaptowane do środowiska testowego.

Do cylindra z perspexu lub pleksiglasu włóż kilka kawałków płatków śniadaniowych, a następnie umieść szczura wewnątrz cylindra na podłodze. Nadmierne pielęgnowanie ciała, oddawanie moczu, wypróżnianie się oraz skakanie są wskaźnikami stresu zwierzęcia, co oznacza, że wymagany jest dłuższy czas aklimatyzacji. Gdy zwierzę dobrze zaadaptuje się do środowiska testowego, kolejnym krokiem jest rejestracja wideo jedzenia płatków przez zwierzęta podczas filmowania.

Zaleca się trzymanie kamery w dłoni, ponieważ zwierzę prawdopodobnie będzie zmieniać pozycję podczas jedzenia. Należy sfilmować zwierzę zjadające jeden cały sferyczny i jeden pierścieniowaty kawałek płatków, ponieważ wymagane ruchy różnią się w zależności od kształtu, a najlepsza ocena wymaga zaobserwowania obu sekwencji. Dane dla każdego kształtu należy zbierać osobno na arkuszu ocen, a następnie zsumować wyniki, aby uzyskać ogólną ocenę dla danego szczura w danym dniu po urazie.

Przejdźmy teraz do wskazówek dotyczących oceny nagrań wideo. Ocena funkcji upadania zwierzęcia powinna rozpocząć się w momencie, gdy zwierzę zaczyna jeść płatek, i zakończyć w chwili, gdy kawałek płatka zostanie zjedzony. Oceny należy przeprowadzać wyłącznie przy użyciu płatków o kształcie sferycznym lub w formie donuta, które mają jednolity rozmiar i kształt przed rozpoczęciem jedzenia.

Zwierzęta nie powinny być punktowane podczas jedzenia kawałków pokarmu, które uległy rozłamaniu. Przed przystąpieniem do oceny zaleca się znaczące spowolnienie prędkości odtwarzania filmów do co najmniej połowy prędkości oryginalnej, ponieważ nawet szczury z uszkodzeniami mogą jeść szybko, co może prowadzić do przeoczenia wystąpienia kluczowych zachowań. Można to osiągnąć w programach takich jak QuickTime i Windows Media Player podczas obserwacji zwierzęcia. Należy użyć arkusza ocen IBB, aby odnotować obecność następujących cech behawioralnych, które zostaną teraz omówione.

U szczura ocenia się dominującą pozycję łokcia, która jest najczęstszą pozycją przyjmowaną przez łokieć podczas fazy jedzenia, występującą przez ponad 50% czasu: wyprostowaną, gdy łokieć jest trzymany prosto pod kątem ponad 160 stopni; częściowo zgiętą, gdy łokieć jest zgięty pod kątem mniej niż 160 stopni, ale więcej niż 90 stopni; oraz całkowicie zgiętą, gdy łokieć jest zgięty pod kątem mniej niż 90 stopni. Ocenia się również proksymalne ruchy kończyny opadającej, czyli ruchy wykonywane przez bark i/lub łokieć uszkodzonej kończyny opadającej. Ruchy te mogą lub nie mogą skutkować kontaktem kończyny opadającej z podłożem: brak, gdy nie występują ruchy barku i/lub łokcia uszkodzonej kończyny opadającej; lekkie, gdy ruchy obejmują mniej niż jedną trzecią zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego (do tej kategorii zaliczają się drżenia i wzruszenia barkami); oraz rozległe, gdy ruchy obejmują więcej niż połowę zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego.

W początkowej fazie rekonwalescencji ruchy te mogą być liczne i chaotyczne. Ocenia się zdolność szczura do wykorzystania powierzchni niepodatnej na ślizganie uszkodzonej kończyny przedniej w celu stabilizacji kawałka płatków zbożowych. W ten sposób szczur utrzymuje go w pozycji ułatwiającej jedzenie.

Obszarami kończyny przedniej, które mogą pełnić funkcję podpór, są przedramię powyżej nadgarstka, nadgarstek lub grzbiety palców, bądź też brak takiej podpory, gdy podczas fazy jedzenia nie występuje wsparcie kończyny przedniej innego niż VLA. W niektórych przypadkach podczas fazy jedzenia występuje wsparcie obiektu inne niż A, lecz nie zawsze; niemal zawsze jednak w sytuacjach, gdy występuje wsparcie obiektu inne niż VOA, dzieje się to niemal zawsze lub zawsze podczas fazy jedzenia. W 95 do 100% czasu szczura ocenia się pod kątem dominującej pozycji fopo, którą jest pozycja palców utrzymywana przez ponad 50% czasu jedzenia: zaciśnięta, ustalona i zgięta, w której palce są zgięte i utrzymywane w formie pięści z kątami w stawach wynoszącymi około 90 stopni.

Rozciągnięte nieadaptacyjne: palce są rozprostowane pod kątem większym lub równym 160 stopni i nie dopasowują się do kształtu trzymanego obiektu; częściowo zgięte adaptacyjne: palce są częściowo zgięte i dopasowują się do kształtu obiektu. Oceniane jest wsparcie poduchowe szczura, czyli jego zdolność do wykorzystania powierzchni poduchowej uszkodzonej łapy przedniej do stabilizacji kawałka seryjnego, utrzymując go w pozycji ułatwiającej jedzenie: brak – gdy nie występuje wsparcie powierzchnią poduchową łapy przedniej podczas jedzenia lub występuje przez mniej niż 5% czasu; umiarkowane – gdy wsparcie obiektu powierzchnią poduchową łapy przedniej występuje podczas jedzenia, ale nie zawsze lub przez mniej niż 95% czasu; prawie zawsze – gdy wsparcie obiektu powierzchnią poduchową łapy przedniej występuje niemal zawsze lub zawsze podczas jedzenia, czyli przez 95 do 100% czasu.

U szczura ocenia się obecność ruchów nadgarstka uszkodzonej przedniej łapy podczas jedzenia. Po ustanowieniu wsparcia brzusznego ruchy nadgarstka występujące przy braku kontaktu między uszkodzoną przednią łapą a podłożem nie są punktowane. Punktowane ruchy mogą występować w dowolnym kierunku.

Na przykład w kierunku od grzbietowej do brzusznej lub od przyśrodkowej do bocznej; możliwe oceny obejmują tak lub nie. Aby szczur został uznany za wykazujący to zachowanie (ocena: tak), wymagany jest co najmniej jeden ruch nadgarstka. Ocenia się ruchy wykonywane przez uszkodzoną przednią kończynę, które są zsynchronizowane z udanymi ruchami manipulacyjnymi nieuszkodzonej przedniej kończyny i przyczyniają się do prawidłowej manipulacji przedmiotem.

Brak, w przypadku braku seryjnych korekt wykonywanych przez upośledzoną kończynę przednią; wyraźne, w przypadku ruchów barku i/lub łokcia i/lub nadgarstka upośledzonej kończyny przedniej, które powodują całkowitą utratę kontaktu między opuszką a ziarnem. Incydenty te są krótkotrwałe i zazwyczaj występują bezpośrednio przed udanymi ruchami manipulacyjnymi ziarna powierzchnią dłoniową upośledzonej opuszką; subtelne, w przypadku ruchów barku i/lub łokcia i/lub nadgarstka upośledzonej kończyny przedniej, które występują bez utraty kontaktu między opuszką a ziarnem podczas jedzenia. W trakcie jedzenia szczura ocenia się pod kątem występowania ruchów poszczególnych palców. Ruchy te mogą być manipulacjami bezkontaktowymi lub kontaktowymi; w przypadku ruchów bezkontaktowych.

Występują ruchy palców, które jednak nie skutkują kontaktem z przedmiotem w celu wykonania chwytnych ruchów manipulacyjnych. Występują ruchy palców, które skutkują kontaktem strony brzusznej palca z przedmiotem i w ten sposób przyczyniają się do manipulowania przedmiotem; możliwe wyniki obejmują po prostu odpowiedź tak lub nie. Szczura ocenia się pod kątem najczęściej stosowanej techniki chwytania podczas fazy jedzenia, która występuje częściej niż przez 50% czasu.

Istnieje kilka metod chwytania, z których najczęstsze to chwyt pęsetowy, chwyt haczykowaty oraz chwyt całkowity. Techniki chwytania stosowane przez szczura są stereotypowe i zależą od rozmiaru oraz kształtu kawałka płatków. Możliwe wyniki obejmują: nieprawidłowy, gdy występuje konsekwentne stosowanie alternatywnej metody chwytania względem metody używanej przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia; czasami prawidłowy, gdy stosowanie metody chwytania używanej przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatków podczas fazy jedzenia jest niespójne; oraz prawie zawsze prawidłowy.

W przypadkach, gdy stosowany jest spójny chwyt taki, jak przed wystąpieniem urazu, aby wspierać i kontrolować kawałek płatka podczas fazy jedzenia. Po opanowaniu techniki nagrywanie może zająć od 5 do 10 minut; ocena i punktowanie będą wymagały nieco więcej czasu ze względu na konieczność zmniejszenia prędkości odtwarzania wideo oraz sporadyczną potrzebę ponownej analizy niejednoznacznych zachowań. Podczas przeprowadzania tej procedury należy pamiętać o filmowaniu szczura zjadającego cały kawałek płatka oraz o nagrywaniu z bliskiej odległości i z odpowiednim ustawieniem ostrości, aby umożliwić dokładną ocenę zwierzęcia. Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić analizę histologiczną miejsca uszkodzenia, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak to, które aksony lub populacje komórek neuronalnych są istotne dla powrotu kluczowych cech ruchów po ich wykształceniu.

Niniejsza technika pomoże badaczom zajmującym się urazami rdzenia kręgowego w analizie powrotu sprawności proksymalnych i dystalnych części kończyn przednich u gryzoni oraz w odniesieniu tych wyników do rekonwalescencji u naczelnych i ludzi. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo dobrze rozumieć, jak trenować zwierzęta do jedzenia w środowisku testowym podczas filmowania, aby zidentyfikować i odnotować różne cechy behawioralne przy użyciu arkusza oceny IBB, a następnie być w stanie przypisać odpowiednią punktację.