Name: Cinemática e terra Determinação Força de Reacção: Uma demonstração Habilidades Locomotor Quantificação da Jovem Adulto, de meia-idade, e Rats Geriátrica (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-02-22T17:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: Aprenda a medir forças de reação do solo e cinemática dos membros posteriores em ratos livremente em movimento. Esta técnica fornece dados quantitativos objetivos para diferenciar diferenças locomotoras sutis em modelos de doenças.

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Esta pesquisa foi suportada por uma concessão de Descoberta a AAW das Ciências Naturais e Engenharia Council of Canada.

1. Pré-requisitos para análises biomecânicas Locomotion Antes de embarcar em compra de equipamentos caros locomotor análise e planejamento de experimentos onde cinemática e / ou avaliação locomotor cinética será executada, é imperativo que o pesquisador se familiarizar com os aspectos técnicos e práticos de análises biomecânicas, sensório-motor comportamento, o condicionamento operante de animais e manipulação / armazenamento / gerenciamento de grandes quantidades de dados digitalizados. Embora estes pré-requisitos parecer óbvio para muitos, é só depois de embarcar estes tipos de experimentos onde os estagiários perceber as complexidades técnicas e práticas de realizar análise detalhada relativamente locomotor. Os autores recomendam que os experimentadores se matricular em um curso de lidar com a biomecânica introdutória, estar familiarizado com ou contratar alguém familiarizado com uma linguagem de programação necessários para o gerenciamento de dados, e de igual importância, interagindo gastar um tempo considerável, manuseio e trabalho com animais de laboratório. Para a compreensão da análise de locomoção e sensório-motor análise comportamental das neurociências, os pesquisadores são referidas várias referências importantes (ver 1, 4-7). 2. Aparelho Teste cinemática e cinética Um aparelho de teste de cinemática e cinética, útil para a coleta de dados bilateral, é composto dos seguintes componentes (ver "Tabela de Reagentes e equipamentos específicos" para mais detalhes): <ul><li> Sala silenciosa e suficientemente porte (não necessariamente à prova de som, apesar de localizado em uma área de baixo tráfego) </li><li> Rádio para o fornecimento de "ruído" de fundo para limitar os ruídos distraem de fora da sala para animais </li><li> Plexiglass transparente, fechado, pista de superfície plana (180 cm de comprimento X 20 cm de largura X 60 cm de altura) com um buraco quadrado (11 cm X 11 cm) localizada no centro da pista equidistante de ambos os lados </li><li> Pedaço de plexi-glass (10,5 cm X 10,5 cm) </li><li> Fita dupla face adesiva scotch </li><li> Fita adesiva 3M reflexiva para os marcadores de pele </li><li> Furos para a criação de marcadores </li><li> Isofluorano aparelho de anestesia necessária para os animais anestesiar para fazer a barba antes da colocação de marcadores de pele </li><li> Cheerios para o movimento encorajador do animal ao longo do comprimento da pista </li><li> AMTI HE6X6 forceplate </li><li> Vicon sistema Motus personalizado (computador, software, etc) </li><li> 4 câmeras de vídeo (pelo menos 60 Hz de amostragem) e tripés com cabos conector apropriado </li><li> 4 luzes câmera montada halogênio fornece iluminação ideal para a iluminação do assunto animais e os marcadores reflexivos </li><li> Quadro de calibração tamanho adequado ou o volume necessário para Vicon sistema Motus para calibrar x, y, z posições em medidas de distância significativa </li></ul> 3. Treinamento de animais Antes da coleta de dados, cada animal deve ser treinado para atravessar um flat-superfície da pista, em anexo. Ao receber de um fornecedor ratos adequados com animais, os animais devem ser aclimatados ao seu novo lar para uma semana. Durante este período de aclimatação, cheerios várias são colocados diariamente na gaiola do rato. Os animais são alimentos restritos a suas necessidades de energia de manutenção para prevenir a obesidade e assegurar a motivação para realizar esta tarefa. A partir daí, cada animal é tratado pelo experimentador por 10-15 minutos por dia durante 1 semana. Durante este mesmo período de tempo, cada animal é colocado na pista com cheerios localizados em cada extremidade. Uma vez que o animal torna-se familiarizado com o ambiente, eles vão começar a comer o cheerios. Uma vez que o animal está confortável e cheerios comer dentro da pista, o pesquisador deve, então, operantly condição do animal para executar o comprimento da pista por uma recompensa de alimentos. Isto é conseguido lançando cheerio ¼ para a extremidade oposta da pista onde o rato está posicionado. Uma vez que o rato come essa cheerio, outro cheerio ¼ é colocado no outro extremo da pista. Isto é feito por 15-20 minutos por dia até que o rato de forma consistente (&gt; 90% de lançamentos) se move ao longo da pista a uma velocidade constante (ou seja, sem iniciar, parar, explorar, ou sem mudança da marcha) para comer a cheerio sem galopante / delimitadora . O rato deve ser apenas empregando uma marcha trote. Mais de condicionamento dos animais a esta tarefa pode levar a animais a galope e delimitadora esses andamentos são indicativos dos animais que viajam&gt; 90 cm / s. Delimitadora e galopante gaits, biomecanicamente, são mais difíceis de interpretar para uma variedade de razões (por exemplo, levar a perna critérios de inclusão, etc). Em nossa experiência, uma vez que ratos consistentemente empregar galopante ou delimitadora andaduras, é difícil, senão impossível para tê-los usar uma marcha de trote, enquanto locomoting na pista. Velocidades&gt; 90 cm / s raramente são vistos depois que um animal sofreu com lesões no sistema nervoso periférico ou central. Tempo para alcançar a formação de sucesso é variavel entre as linhagens e sexos de ratos. Wistar, Lewis, Long-Evans e Sprague-Dawley cepas são capazes de atravessar a pista de forma consistente dentro de 2 semanas desde o início do treinamento 8. Em nossa experiência, Fischer (F-344) ratos tendem a levar mais de 4-6 semanas para aprender esta tarefa 8. 4. Posição conjunta Marcação Forelimb análise cinemática não é confiável devido ao artefato pele circulação impostas pela colocação de marcadores sobre a pele forelimbs que é exacerbado em espécies, como ratos, que têm uma postura agachada 9. Em vez disso, a cinemática dos membros anteriores devem ser alcançados com x-ray cinematografia ou fluoroscopia 10-13. Como tal, membro traseiras colocação marcador conjunta posição só é aqui descrito. Antes da coleta de dados, cada rato tem de ser anestesiado pelo menos 24 horas antes da coleta de dados utilizando um anestésico inalatório apropriado (por exemplo, isofluorano, 1,5-2% marcados num vaporizor de precisão) e administrados em oxigênio através de máscara facial, e anatômicas topográficas chave marcos devem ser marcados. Dada a brevidade do processo, e porque os agentes de ação prolongada anestésico não são usados, a utilização de um dispositivo de aquecimento de animais não precisam ser usados ​​para manter a temperatura corporal do animal. Uma vez que o animal é anestesiado, nos membros posteriores e no dorso, ao nível das cristas ilíacas são raspadas. O animal é então colocado em decúbito esternal e seus membros posteriores são colocados em uma posição de pé aproximada usando espuma de empresa de embalagem para apoiá-lo. A pele que recobre as porções cranial maioria das cristas ilíacas, o trocânter maior do fêmur, a tuberosidade tibial lateral, a articulação do tarso, eo aspecto distal e lateral do 5 º metatarso é marcada com um marcador não-tóxico permanente. O animal é recuperado da anestesia. Para estudos temporais, anestesia periódica pode ser obrigado a raspar o hindlimbs assim autorizando a colocação de marcador subseqüente reflexivo (veja abaixo). Além disso, diariamente destaque dos marcos anatômicos previamente marcados (usando o marcador não-tóxico mesmo) será exigida como ratos lentamente vai remover os marcadores através de comportamento de limpeza natural. 5. Gravação de dados Todas as vistas de câmera são examinados para garantir que sua posição é apropriada e capturar o mesmo campo de visão. Cada câmera deve ser colocado em cerca de 60-80 graus um do outro. O campo de visão deve incluir a forceplate no centro e um comprimento de pista suficiente para capturar dois passos. O volume de calibração é colocado dentro da área pré-determinada da pista. Um único quadro do volume de calibração dentro da pista, a partir de cada uma das câmeras, é capturado. Todas as marcas calibrado ao longo do comprimento de cada um dos pólos são digitalizadas. Apenas uma vez um erro satisfatório na digitalização é realizado, o experimentador pode proceder à coleta de dados locomotor. Esta etapa de calibração é fundamental antes de coletar os dados. Se a calibração não é realizada com precisão, ou se a calibração não ocorre imediatamente antes de uma sessão de gravação, todos os dados resultantes serão imprecisos e inutilizável. Importante, se qualquer uma das câmeras são tocados ou movidos, é mais seguro assumir que a calibração do sistema precisa ser repetido. Imediatamente antes de colocar o animal na pista, seu peso é gravado e pré-fabricados cônicos marcadores reflexivo (usando fita reflexiva 3M, ver tabela) sejam respeitadas as marcas pré-determinado sentido feita sobre os marcos topográficos dos membros posteriores. Registro do peso do animal vai permitir a normalização retrospectiva das forças de reação do solo com o peso corporal - um aspecto importante se se deseja fazer comparações entre os grupos. Além disso, a medição do peso corporal facilita o monitoramento da saúde geral do animal para a duração do experimento. Colocação único marcador requer a manipulação de animais apropriados e não requer anestesia do animal. Se o adesivo na fita reflexiva é insuficiente para aderir à pele do animal, uma pequena quantidade de cola não tóxica (por exemplo, a 3M Adesivo Tissue VetBond) pode ser usado para facilitar a aderência do marcador no corpo do animal. Uma vez que os marcadores são colocados no hindlimbs, o experimentador deve ser posicionado confortavelmente perto do teclado do computador e ter em mão o marcador de eventos ligados através do sistema Motus Vicon. Usando o arquivo como um modelo calibrado, vários arquivos são feitas antes da gravação. Tipicamente, 25 a 30 arquivos precisam ser salvos. Cada arquivo deve ser nomeado de forma exclusiva. Cada arquivo irá representar registrado executar do animal a ser gravada. Vinte e cinco a 30 arquivos são necessários para garantir que um número suficiente de pistas reunião a velocidade critério de inclusão (ou seja, 60-90 cm / s) são coletados. Depois de um número suficiente de arquivos são criados o pesquisador pode iniciar a coleta de dados. O e-xperimenter deve levar o rato para transporte dentro da pista, jogando pedaços ¼ de cheerios em cada extremidade da pista. Com a coordenação cuidado e tempo, o marcador evento é disparado no início e apenas antes da conclusão do rato concluir com sucesso um passe longo da pista. Depois de examinar a força de reação do solo bruto rastreamento, e após a gravação se à esquerda ou à direita membros bater a plataforma de força, o arquivo é salvo e fechado. Igual número de visitas forceplate esquerdo e direito dos membros devem ser registrados. O processo de gravação dos dados de uma execução é repetido até que um número suficiente de roda foram registrados. 6. Análise de Dados Após completar a coleta de dados para cinemática e as forças de reação do solo, cada execução de cada animal precisa de ser avaliado para a velocidade. Utilizando dois marcadores relativamente fixa (por exemplo, as asas do iliums) pode-se avaliar um ponto virtual entre os marcadores (feito antes ao criar um modelo de arquivo Vicon Motus). Antes de calcular a velocidade desse ponto "virtual", os marcadores para os marcadores ilíaca deve ser digitalizado. Usando Vicon motus software, a velocidade deste ponto virtual no X-direção (direção horizontal do movimento) é calculado. Ao fazer isso, só é executado dentro de um determinado intervalo velocidades (determinado a priori) são utilizados nas análises finais. Descobrimos que os animais se deslocam entre 60-90 cm / s estão usando consistente gaits trote. Um mínimo de 10 provas (5 pistas onde o membro esquerdo faz contato com a plataforma de força e 5 pistas onde o membro direito faz contato com a plataforma de força) são obrigatórios. Uma vez que o executado aceitáveis ​​são identificados para cada animal, a digitalização dos marcadores pele restante deve ser completado. Para compensar artefato pele movimento sobre o joelho, a estimativa da posição do joelho é calculado usando triangulação (intersecção entre dois círculos cinemática 2D, ou intersecção entre duas esferas 3D cinemática), como foi descrito anteriormente. Ângulos do quadril, joelho e jarrete, velocidades e acelerações podem ser determinadas. Apoio e balanço vezes também pode ser avaliada, embora a sua precisão é limitada baseada na velocidade de amostragem das câmeras serem empregados. Estes e outros cálculos podem ser executados diretamente (ou seja, sem exportação) usando Vicon Motus KineCalc software, ou dados podem ser exportados como dados ASCII e analisados ​​utilizando rotinas personalizável no software, tais como MatLab. Dados chão força de reação é medida e amplificada pela plataforma de força AMTI e recolhidos em 1200 Hz por Vicon Motus. Como tal, uma vez que o chão força de reação de dados são coletados, uma adequada filtro digital é aplicado aos dados usando Motus Vicon. Dado que o experimentador já determinou a velocidade das viagens e identificou corre aceitável após digitalização marcadores apropriados, os dados de força de reação do solo que foi coletado, simultaneamente, como os dados de cinemática, podem ser analisados ​​usando Vicon Motus KineCalc diretamente, ou indiretamente usando algum outro software personalizável rotina. Uma variedade de variáveis ​​para as forças, em cada uma das três direções ortogonais, pode ser calculada. Essas variáveis ​​incluem pico de força, und área da curva (ie impulso), etc É importante ressaltar, no entanto, o pesquisador deve manter os dados dos membros direito e esquerdo para cada execução de cada animal em separado. Dados extraídos dos membros direita ou esquerda é feita a média para cada animal e usado como dados representativos para esse animal. Dados são então analisados ​​por procedimentos estatísticos apropriados. 7. Resultados representante Para representar a utilidade desta forma de análise locomotor, cinemática e forças de reação do solo foram determinados para os jovens, de meia-idade, e geriátrica ratas Wistar. A partir desta análise, relacionadas com a idade foram encontradas diferenças de ratas Wistar. Em particular, a análise do solo força de reação demonstra que ratos geriátricos reduziram forelimb capacidade de frenagem e tendem a usar suas patas traseiras mais para estabilização lateral em comparação com os outros grupos de animais (Figura 1). Análise cinemática não revelou nenhuma diferença significativa entre cada grupo, porém demonstra que a cinemática pode ser facilmente gravado a partir de praticamente qualquer idade de rato (Figura 2). <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="Fim 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 1"> Figura 1 força de reação do solo rastreamento retirados os membros esquerdo da jovem. (4 meses de idade; n = 7), de meia-idade (13-14 meses de idade; n = 7), e geriátrica (24 meses de idade; n = 5) ratas Wistar. Membros direito foram semelhantes. É facilmente perceptível que os ratos geriátricos usar suas patas dianteiras para menos de frenagem (* = p &lt;0,05) em comparação com ratos jovens e de meia-idade, e ratos geriátricos tendem a usar suas patas traseiras mais para estabilização lateral em comparação com ratos jovens (**). Linhas sólidas representam a média, linhas pontilhadas representam a média + SE; tracejadalinhas representam a média SE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">Clique aqui para ver uma figura maior.</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="FIgure 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 2"> Figura 2. Figuras cinemática para o membro esquerdo de ratos jovens, de meia-idade e idosos. Figuras da vara representar o movimento médio da perna esquerda para cada um dos grupos. Não houve diferenças significativas entre os grupos de animais para ângulo da articulação durante o ciclo de passo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">Clique aqui para ver uma figura maior.</a>

Não há conflitos de interesse declarados.

O presente trabalho fornece metodologia para avaliar a locomoção contínua usando cinemática quantitativa e determinação força de reação do solo. Importante para qualquer pessoa interessada em empreender essa metodologia é uma sólida experiência em biomecânica da locomoção, comportamento animal sensório-motor, e gerenciamento de dados e manipulação. Embora a determinação força de cinemática e de reação do solo exige mais tempo e expertise, em comparação com outras formas de análise locomotor (medidas endpoint por exemplo, escalas de classificação ordinal), os dados obtidos é sensível, objetiva e quantitativa para uma variedade de 14-22 ortopédicos e neurológicos 1-3, 23-32 modelos de doença, em uma variedade de espécies. Nós fornecemos dados que descrevem diferenças na locomoção entre as idades diversas informações tensão pareados ratos que não poderia ser adquirida através de medidas simples e menos sensíveis. Além disso, análise cinemática e cinética de locomoção foi utilizado para descrever alterações locomotor em uma variedade de condições do sistema nervoso, onde outras formas de avaliação seria vencida. 8, 23-25, 27 O uso de medidas sensíveis se torna especialmente importante quando se avalia o potencial therapeutants para vários modelos de doença. Se um teste não é sensível o suficiente para discernir um efeito de um potencial therapeutant o pesquisador corre o risco de cometer um erro tipo II estatística (ou seja, concluir que não há efeito de um tratamento, quando na verdade houve um efeito). Além disso, como medidas de desfecho e os testes mais subjetiva que avaliam a locomoção, existe um potencial de viés. Avaliação cinemática e cinética é puramente objetiva, em que, desde que critério de inclusão / exclusão apropriados são feitos a priori, o pesquisador simplesmente recolhe, analisa e aplica estatísticas apropriadas aos dados (ou seja, não existe nenhum componente subjetivo para determinação de dados). Análise cinemática e cinética também proporciona a capacidade de ser usado para uma infinidade de espécies. Na verdade, a cinemática, determinação força de reação do solo, ou ambos têm sido usados ​​em uma variedade de espécies como elefantes 33-35, gado 36, 37-40 cavalos, cães 4, 41-45, 21 gatos, 46-49, vários roedores 3, 8, 50, 51, pássaros 4, 52-55, e peixes 56, 57 (esta lista não é de forma exaustiva). Na experiência dos autores, no entanto, o uso de ratos é problemático dado que os ratos não são fáceis de operantly condição para viajar ao longo de uma pista. Diante disso, os ratos não viajará a uma velocidade relativamente constante e, em vez da velocidade-up e slow-down ao atravessar a pista. Este comportamento pode provavelmente, em parte, ser superado pela execução ratos em esteira e filmando o locomoting animais na esteira. 58 Se o aparato experimental para a determinação força de reação do solo deveria ser modificado para o uso escada rolante, terra determinação força de reação seria provavelmente só ser facilmente obtidos para força vertical de reação do solo como a correia da escada rolante iria interferir com a frente-ré e medio-lateral determinação força. Ao todo, análise cinemática e cinética de locomoção é um método confiável, sensível e objetivo que pode ser empregada para diversos modelos de condições ortopédicas e neurológicas. Além disso, todo o equipamento tornou-se disponível para uso em roedores, negando assim qualquer motivo relacionado para a não realização deste tipo de análise comportamental sensório-motor.

<table><tbody><tr><td>Plataforma de força miniatura de baixa carga</td><td>AMTI</td><td>HE6X6</td><td>http://amti.biz/PDFDownloads/0908HE6x6.pdf</td></tr><tr><td>Vicon Motus</td><td>Vicon</td><td>software Vicon Motus</td><td>http://www.vicon.com/applications/animal.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;A plataforma de força pode ser adquirida como um pacote integrado com o sistema Vicon Motus.</td></tr><tr><td>Vicon Motus KineCalc</td><td>Vicon</td><td>Vicon Motus KineCalc software</td><td>http://www.vicon.com/applications/animal.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Software proprietário compatível com dados do Vicon Motus, permitindo cálculos diretos e personalizáveis dos dados.</td></tr><tr><td>Câmeras de Vídeo</td><td>Vicon</td><td>Varia conforme as necessidades</td><td>http://www.vicon.com/applications/animal.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;É necessário um mínimo de 4 câmeras para a aquisição bilateral de imagens 2D ou 3D da cinemática dos membros posteriores durante a locomoção de ratos. Câmeras com taxa de aquisição de 60 Hz são suficientes para ratos em locomoção entre 60 e 90 cm/s. Câmeras de alta velocidade permitirão a identificação de diferenças muito pequenas, mas potencialmente importantes, na coordenação intermembros.</td></tr><tr><td>Volume ou quadro de calibração</td><td>Vicon</td><td>Personalizado</td><td>http://www.vicon.com/applications/animal.html&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;Um volume de calibração apropriado deve ser adquirido e utilizado para calibrar as coordenadas antes de realizar a vídeogravação toda vez que houver nova coleta de dados ou sempre que alguma das câmeras for movida. As dimensões desse volume de calibração são baseadas no campo de visão que está sendo examinado.</td></tr><tr><td>Fita reflexiva</td><td>3M</td><td>NA</td><td>Pode ser adquirido em grande quantidade por meio de um distribuidor da 3M ou conforme necessário da VICON&lt;br/&gt;http://solutions.3m.com/pt_BR/?WT.mc_id=www.3m.com/us&lt;br/&gt;&lt;br/&gt;http://www.vicon.com/applications/animal.html</td></tr><tr><td>Cheerios</td><td>General Mills</td><td>Cheerios</td><td>http://www.cheerios.com/</td></tr><tr><td>Adesivo tecidual</td><td>3M</td><td></td><td>Pode ser adquirido por meio de um distribuidor da 3M&lt;br/&gt;http://solutions.3m.com/pt_BR/?WT.mc_id=www.3m.com/us</td></tr></tbody></table>

cinemática e terra determinação força de reacção: uma demonstração habilidades locomotor quantificação da jovem adulto, de meia-idade, e rats geriátrica

Kinematics and Ground Reaction Force Determination: A Demonstration Quantifying Locomotor Abilities of Young Adult, Middle-aged, and Geriatric Rats

Comportamento, em sua definição mais ampla, pode ser definida como a manifestação do motor de processos fisiológicos. Como tal, todos os comportamentos se manifestar através do sistema motor. Nos campos da neurociência e ortopedia, a locomoção é um comportamento comumente avaliados por uma variedade de modelos de doenças. Por exemplo, a recuperação locomotora após lesão traumática para o sistema nervoso é um dos comportamentos mais comumente avaliada 1-3. Apesar de locomoção pode ser avaliado usando uma variedade de medições de parâmetros (por exemplo, o tempo necessário para completar uma tarefa locomotora, etc), semiquantitativo medidas cinemáticas (por exemplo, escalas de classificação ordinal (por exemplo, Beattie e Bresnahan Basso locomotor (BBB) ​​escala de avaliação, etc)) e substituto medidas de comportamento (por exemplo, força muscular, velocidade de condução nervosa, etc), apenas cinética (medidas de força) e cinemática (medições de segmentos do corpo no espaço) fornecer uma descrição detalhada da estratégia pela qual um animal é capaz de locomover 1. Apesar de não novas medições, cinemática e cinética de roedores locomoting é agora mais acessíveis devido à disponibilidade de equipamentos comercialmente disponíveis, projetados para este fim. Importante, entretanto, os pesquisadores precisam estar muito familiarizado com a teoria de análises biomecânicas e compreender os benefícios e limitações dessas formas de análises antes de iniciar o que será um estudo relativamente trabalhoso. O presente trabalho tem como objetivo descrever um método para coleta de dados reação cinemática e de forças terrestres usando equipamentos disponíveis comercialmente. Detalhes dos equipamentos e aparelhos set-up, treinamento de pré-animais, critérios de inclusão e exclusão de corridas aceitável, e métodos para a coleta dos dados são descritos. Nós ilustrar a utilidade desta técnica de análise comportamental, ao descrever a cinemática e cinética de adultos tensão pareados jovens, de meia-idade, e ratos geriátricos.

Locomoção geralmente é analisado como um resultado de comportamento em vários modelos de doença em áreas como neurociência e ortopedia. Este artigo tem a intenção de vídeo para descrever um método para coletar as forças de reação do solo e cinemática de ratos durante a locomoção irrestrita.

Cinemática e terra Determinação Força de Reacção: Uma demonstração Habilidades Locomotor Quantificação da Jovem Adulto, de meia-idade, e Rats Geriátrica

O comportamento, em sua definição mais ampla, pode ser definido como a manifestação motora de processos fisiológicos. Como tal, todos os comportamentos manifestam-se através do...

Este vídeo demonstra um procedimento para medir as forças de reação do solo e a cinemática dos membros posteriores em ratos livremente comportamentais. Primeiro, os ratos são treinados para atravessar consistentemente uma pista em troca de uma recompensa alimentar. Em seguida, marcadores reflexivos são colocados em pontos anatômicos topográficos-chave do membro posterior.Os dados de gravação em vídeo e de força de reação do solo são coletados enquanto o animal se locomove em direção à recompensa alimentar. Os marcadores reflexivos são digitalizados e os dados são processados retrospectivamente. Diferenças qualitativas e quantitativas nas habilidades locomotoras são observadas em ratos de diversos modelos de doenças.Olá, meu nome é Aubrey Webb. Sou professora assistente da Faculdade de Medicina Veterinária e do Instituto Cerebral Hotchkiss na Universidade de Calgary, em Calgary, Alberta, Canadá. A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como escalas de avaliação da locomoção e outras medidas terminais, é que ela fornece dados sensíveis, objetivos e quantitativos para ajudar a diferenciar pequenas diferenças entre grupos de ratos em movimento.Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais nas áreas de neurociência e ortopedia, como quais são os efeitos de um potencial agente terapêutico. As implicações desta técnica estendem-se à terapia para diversos modelos de doenças, pois a probabilidade de afirmar ausência de efeito quando ele existe é limitada. No entanto, utilizando esta técnica, o método fornece informações sobre a locomoção em ratos.Ele também pode ser aplicado a outros sistemas, como diversos modelos de doenças neurológicas e ortopédicas em várias espécies de animais. Geralmente, indivíduos novos neste método enfrentarão dificuldades porque a análise biomecânica exige tempo e paciência consideráveis, e porque é necessário um conhecimento avançado de biomecânica para solucionar problemas na análise de dados. Essa metodologia tem sido utilizada em múltiplas espécies por várias décadas, embora apenas recentemente tenha se tornado disponível para uso em roedores devido ao equipamento comercialmente disponível. O primeiro passo para medir as habilidades locomotoras de ratos é treinar cada animal para atravessar uma pista plana fechada.Após receber os ratos de um fornecedor apropriado de animais, os animais devem ser aclimatados ao seu novo ambiente por uma semana. Durante esse período de aclimatação, coloque vários Cheerios na gaiola do rato.Os animais recebem alimento restrito diariamente às suas necessidades energéticas de manutenção para prevenir obesidade e garantir motivação para realizar a tarefa posteriormente. Manipule cada animal por 10 a 15 minutos diariamente, durante uma semana, no mesmo período de tempo; coloque cada animal na pista com Cheerios localizados em ambas as extremidades. Quando os animais se tornarem familiarizados com o ambiente, começarão a comer os Cheerios.Uma vez que o animal esteja confortável comendo Cheerios dentro do corredor, ele deve ser condicionado operantemente a percorrer todo o comprimento do corredor em busca de uma recompensa alimentar. Isso é realizado lançando um quarto de um Cheerio até a extremidade oposta do corredor, onde o rato está posicionado. Assim que o rato comer esse Cheerio, coloque outro quarto de Cheerio na outra extremidade do corredor.Repita isso até que a rata se mova consistentemente ao longo da pista com uma velocidade constante de trote para comer o Cheerio sem galopar ou saltar. O condicionamento dos animais para esta tarefa pode levar a padrões de locomoção como galope ou saltos, que biomecanicamente são mais difíceis de interpretar. Agora vamos ver como realizar a marcação da posição articular. Quatro.A análise cinemática dos membros é pouco confiável devido à postura severamente curvada e ao artefato subsequente de movimento da pele imposto pela colocação de marcadores cutâneos nos quatro membros. Em vez disso, a cinemática dos membros anteriores deve ser obtida utilizando cinefluoroscopia ou fluoroscopia de raios X. Portanto, este vídeo descreverá exclusivamente a colocação de marcadores de posição articular para os membros posteriores.Uma vez que o animal tenha sido anestesiado, realize a depilação dos membros posteriores e do dorso até o nível das cristas ilíacas. Em seguida, posicione o animal em decúbito externo e coloque seus membros posteriores em uma posição aproximada de apoio, utilizando espuma de embalagem firme para sustentá-los, marcando com um marcador permanente não tóxico. As porções mais cranianas das cristas ilíacas, o trocânter maior do fêmur, a protuberância tibial lateral, a articulação tarso e o aspecto distal e lateral do quinto metatarso.É necessário destacar diariamente os marcos anatômicos previamente marcados, pois os ratos removerão lentamente os marcadores por meio do comportamento natural de higiene. Agora vamos ver como registrar os dados. Coloque o volume de calibração dentro da área predeterminada da pista.É capturado um único quadro do volume de calibração dentro da pista a partir de cada uma das câmeras. Antes de iniciar uma sessão de gravação, examine a visão de cada câmera. Certifique-se de que o campo de visão seja o mesmo nas quatro câmeras, e de que inclua a plataforma de força no centro e um trecho da pista suficiente para capturar duas passadas.Todas as marcas calibradas ao longo do comprimento de cada uma das hastes são digitalizadas. Esta etapa de calibração é essencial antes da coleta de dados. Se a calibração não for realizada com precisão ou não ocorrer imediatamente antes de uma sessão de gravação, todos os dados resultantes serão imprecisos e inutilizáveis.Somente após obter um erro satisfatório na digitalização, prossiga para a coleta de dados locomotores imediatamente antes de colocar o animal na pista. Registre seu peso e adicione marcadores cônicos refletivos na pele sobre as marcas de feltro predeterminadas nos marcos anatômicos topográficos dos membros posteriores. Uma vez posicionados os marcadores nos membros posteriores, sente-se diante do computador e tenha em mãos o marcador de eventos conectado ao sistema motor Vicon.Utilizar o arquivo calibrado como modelo gera vários arquivos antes da gravação. Normalmente, são necessários de 25 a 30 arquivos para garantir que um número suficiente de execuções, ou seja, os critérios de inclusão, e velocidade sejam coletados. Após a criação dos arquivos, inicie a coleta de dados.Primeiro, incentive a ratazana a percorrer o corredor lançando um quarto de Cheerios em cada extremidade do corredor com coordenação e tempo cuidadosos. O marcador de evento é acionado no início e logo antes de a ratazana completar com sucesso uma passagem pelo corredor. Após examinar o traçado bruto da reação ao solo e gravar se as patas esquerdas ou direitas atingiram a plataforma de força, salve e feche o arquivo.Devem ser registrados números iguais de impactos na placa de força dos membros esquerdo e direito. O processo de registro dos dados de uma corrida específica é repetido até que um número suficiente de corridas tenha sido registrado. Agora, vejamos como analisar os dados das corridas após a conclusão da coleta de dados para cinemática e forças de reação do solo: cada corrida de cada animal precisa ser avaliada quanto à velocidade utilizando o software Vicon Modus e dois marcadores relativamente fixos.Por exemplo, as asas do íleo podem ser usadas para avaliar um ponto virtual entre os marcadores. A velocidade desse ponto virtual na direção horizontal pode ser calculada dessa forma, incluindo apenas corridas nas quais o animal se move entre 60 e 90 centímetros por segundo. Para a análise, são necessárias no mínimo 10 corridas.Cinco corridas em que o membro esquerdo entra em contato com a plataforma de força e cinco corridas em que o membro direito entra em contato com a plataforma de força. Uma vez identificadas as corridas aceitáveis para cada animal, deve-se concluir a digitalização dos demais marcadores cutâneos para compensar o movimento da pele. O artefato sobre a estimativa da posição do joelho é calculado por meio de triangulação, ângulos articulares do quadril, joelho e articulação H.As velocidades e acelerações são determinadas, e os tempos de apoio e balanço também podem ser avaliados. Os dados simultaneamente coletados de força de reação do solo são analisados usando o mesmo software, podendo-se calcular uma variedade de variáveis para as forças em cada uma das três direções ortogonais. Os dados simultaneamente coletados de força de reação do solo são analisados usando o mesmo software, podendo-se calcular uma variedade de variáveis para as forças em cada uma das três direções ortogonais.Agora apresentaremos alguns resultados representativos para demonstrar a utilidade dessa forma de análise locomotora. As cinemáticas e as forças de reação do solo foram determinadas para ratas jovens, de meia-idade e idosas da linhagem Wistar. A partir dessa análise, foram encontradas diferenças relacionadas à idade em ratas da linhagem Wistar.Em particular, a análise da força de reação do solo demonstra que ratos idosos apresentam capacidade reduzida de frenagem nas quatro patas e tendem a usar mais as patas traseiras para a estabilização lateral em comparação com os outros grupos de animais; a análise cinemática não revelou diferenças estatísticas entre cada grupo. Embora demonstre que a cinemática pode ser facilmente registrada em ratos de praticamente qualquer idade durante a tentativa de realização deste procedimento, é importante pesar o animal imediatamente antes ou imediatamente após a coleta de dados e calibrar cuidadosamente o sistema antes da coleta de dados, seguindo este procedimento.Outros métodos, como a eletrofisiologia clínica em animais inteiros, podem ser utilizados para responder perguntas adicionais. Por exemplo, as descobertas relacionadas à cinemática e às forças de reação do solo estão associadas à regeneração neural ou a alguma outra forma mais ampla de plasticidade neuroanatômica, como, por exemplo, na regeneração do nervo periférico? Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como coletar dados de força de reação do solo e de cinemática da pata traseira de ratos em comportamento livre utilizando equipamentos comercialmente disponíveis.

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Neurociência

O teste rotorod é usado para avaliar o estado do motor no movimento de caminhar de ratos hemi-Parkinson analógica.

Uso de Rotorod como um método de análise qualitativa de Walking in Rat

Neste vídeo, descrevemos o procedimento de teste de pegada e análise relacionada para avaliar a marcha e a coordenação motora em camundongos.

Avaliação da marcha por análise de pegadas: um método para testar a coordenação motora em camundongos

O exercício pode aliviar deficiências comportamentais associadas a doenças neurodegenerativas. Estudos dos mecanismos subjacentes aos efeitos mediados pelo exercício aumentaram em modelos de doenças, mas o contexto neurobiológico que acompanha essas doenças, especificamente o envelhecimento, provavelmente não é considerado.  Aqui, ilustramos medidas para aumentar a probabilidade de um paradigma de exercício bem-sucedido em ratos idosos.

Chegar ao Compliance em exercício forçado em roedores: uma norma crítica para avaliar o impacto no exercício decorrentes do envelhecimento Distúrbios e Doenças

Neste estudo, vamos mostrar o uso da análise cinemática da marcha com base no plano ventral da imagem latente para monitorar as mudanças sutis na coordenação motora, bem como a progressão de neurodegeneração com o avançar da idade em modelos do rato (por exemplo, endophilin mutante linhas de rato).

Análise de marcha de idade-dependente de perturbações Motor em camundongos com neurodegeneração

Aqui apresentamos um protocolo para coleta e análise da cinemática tridimensional da locomoção quadrupedal em roedores para estudos pré-clínicos.

Análise de marcha cinemática 3D para estudos pré-clínicos em roedores

Protocolos são apresentados para avaliar os efeitos autônomos e comportamentais do movimento passivo em roedores usando movimento vertical do elevador e rotação de roda gigante.

Avaliando os efeitos autônomos e comportamentais do movimento passivo em ratos usando movimento vertical do elevador e rotação de roda-gigante

Introduzimos um método de análise cinemática que usa um aparelho de captura de movimento tridimensional contendo quatro câmeras e software de processamento de dados para realizar avaliações funcionais durante pesquisas fundamentais envolvendo modelos de roedores.

Análise Cinética 3D para a Avaliação Funcional no modelo de rat da lesão ciática de esmagamento nervoso

Aqui descrevemos o sistema RatWalker, construído redesenhando o aparelho MouseWalker para acomodar o aumento do tamanho e peso dos ratos. Este sistema usa reflexão interna total frustrada (FTIR), captura de vídeo de alta velocidade e software de análise de acesso aberto para rastrear e quantificar os parâmetros da marcha.

Aplicando o Sistema RatWalker para Análise de Marcha em um Modelo de Rato Genético da Doença de Parkinson

Fornecemos um protocolo para a avaliação do comportamento motor através de uma bateria de teste comportamental em ratos após lesão de esmagamento do nervo ciático.

Avaliação multifatorial do comportamento motor em ratos após lesão unilateral do esmagamento do nervo ciático

O presente protocolo descreve o rastreamento/avaliação de movimento tridimensional para descrever a alteração do movimento da marcha de ratos após a exposição a um ambiente simulado de desuso.

Compreensão abrangente da alteração da marcha induzida pela inatividade em roedores

Esse protocolo estabelece uma pipeline de avaliação cinemática do membro posterior do rato usando um teste de esteira sem marcadores com auto-rotulagem de trajetória multiarticular orientada por aprendizado profundo, que permite quantificação reprodutível do movimento.

Rastreamento Síncrono Multiarticular Baseado em Deep Learning para Quantificação Objetiva da Cinemática Locomotrica do Membro Posterior em Ratos

Aprenda a medir forças de reação do solo e cinemática dos membros posteriores em ratos livremente em movimento. Esta técnica fornece dados quantitativos objetivos para diferenciar diferenças locomotoras sutis em modelos de doenças.

Cinemática e terra Determinação Força de Reacção: Uma demonstração Habilidades Locomotor Quantificação da Jovem Adulto, de meia-idade, e Rats Geriátrica (Vídeo) | JoVE Journal

Cinemática e terra Determinação Força de Reacção: Uma demonstração Habilidades Locomotor Quantificação da Jovem Adulto, de meia-idade, e Rats Geriátrica

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