Verwendung von Drehstabtest als Methode für die qualitative Analyse von Walking in Rat

Summary

Die Drehstabtest wird verwendet, um Motor-Status in der Laufbewegung des Hemi-Parkinson analogen Ratten zu beurteilen.

Abstract

Die Drehstabtest, in denen die Tiere zu Fuß auf einer rotierenden Trommel, ist weit verbreitet, um Motor-Status in Labornagern beurteilen. Die Performance wird von der Dauer, die ein Tier bleibt auf der Trommel als Funktion der Trommeldrehzahl gemessen. Hier berichten wir, dass die Aufgabe eine reiche Quelle von Informationen über qualitative Aspekte des Wanderns Bewegungen bietet. Da Bewegungen in einem festen Standort durchgeführt werden, können sie leicht untersucht Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen Methoden. Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um das Potenzial der Drehstabtest zu qualitativen Veränderungen in den Bewegungsablauf des Hemi-Parkinson analogen Ratten durch Injektion von 6-Hydroxydopamin (6-OHDA) in den rechten nigrostriatalen Bündel produziert offenbaren nigrostriatalen Dopamin führen (prüfen DA ). Beginnend am Tag nach der Operation und dann in regelmäßigen Abständen in den nächsten zwei Monaten wurden die Ratten aus frontal, lateral und posterior Ansichten gefilmt, wie sie auf der Drehstabtest ging. Verhalten wurde von Frame-by-Frame-Aufzeichnung der Videoaufnahmen analysiert. Rating-Skalen zu treten Verhalten zeigten, dass die Hemi-Parkinson-Ratten chronisch waren in ihrer Haltung und in der Nutzung der Gliedmaßen kontralateral zur DA-Depletion beeinträchtigt. Die kontralateralen Gliedmaßen nicht nur Haltungs-und Bewegungsstörungen angezeigt, nahmen sie weniger in der Initiierung und Aufrechterhaltung Antrieb als die ipsilateral Gliedmaßen. Diese Ergebnisse zeigen nicht nur neue Defizite sekundäre einseitige DA-Depletion, sondern auch zeigen, dass die Drehstabtest kann ein robustes Werkzeug für die qualitative Analyse der Bewegung.

Protocol

Drehstabtest Fuß Apparat

Die Drehstabtest wurde ein rotierender Zylinder, 4 cm im Durchmesser, fixiert 35 cm über dem Boden und umschlossen von transparentem Plexiglas. Die Drehstabtest Zylinder wurde in strukturierte Gummierung, die Traktion ermöglicht abgedeckt. Der Boden der Apparatur war mit einer Schicht aus Schaumstoff, um Verletzungen zu vermeiden, wenn die Tiere fielen abgedeckt. Ein kleiner Elektromotor vorgesehen Macht, die Drehstabtest über ein Gummiband machen. Die Drehstabtest wurde auf einmal drehen alle 5 s.

Video-Aufnahmen und Kinematik

Ein High-Speed-Digital-Videokamera verwendet wurde, um die Tiere Film, mit einer Verschlusszeit von einer 1000 von einer Sekunde. Die vorderen, seitlichen und hinteren Ansichten wurden gefilmt, während das Tier auf dem Drehstabtest ging. Ein Zwei-Arm Nikon, MII Kaltlichtquelle und einem Satz von LWL-Lichter wurden verwendet, um eine ausreichende Beleuchtung während der Aufnahme bieten. Die Bänder wurden Frame-by-Frame-Analyse mit einem Sony DSR mit 20 DV CAM-Deck. Video-Frames erfasst wurden mit Hilfe eines Frame-Grabber-und Macintosh-Computer.

Prüfverfahren und-analyse

Um die Unterschiede zwischen den Bewegungsablauf des 6-OHDA und Kontrollratten auszuwerten, die Video-Aufzeichnungen von postoperativen Tage 15 - wurden 30 (nach einer Erholung von der Läsion nicht anders zu erwarten, um weitgehend abgeschlossen sein werden) durch zwei unabhängige Prüfung Beobachter blind für die experimentellen Bedingungen. Die nigrostriatalen 6-OHDA Läsion in der rechten Hemisphäre induziert, was zu bleibenden Beeinträchtigungen in der linken Vorder-und Hinterbeine. Eine Rating-Skala war die Rate der Ratten Haltung und die Intensivierung Bewegungen der Vorderbeine entwickelt (Whishaw et al., 2003). Fünf Komponenten verstärkt wurden bewertet:

1. Körperhaltung, wurde das Rating der Haltung durch die Untersuchung der Lage der Ratte auf der Trommel gemacht;
2. Hub-und Release, die Teil der Stepping-Zyklus, in dem die Pfote aus der Trommel gehoben wurde;
3. tragen, die Teil des Schrittmotors Zyklus, in dem das Bein oberhalb der Trommel gehalten wurde, als die Ratte vorwärts bewegt;
4. Voraus, den Anteil der Reichweite, in denen die Gliedmaßen erweitert, um Kontakt mit der Trommel wieder war, und
5. Platzierung, in der die Pfote wieder auf die Trommel gelegt wurde.

Folgende Kriterien wurden verwendet, um eine normale Bewegung zu definieren:

• Haltung: Der Körper der Ratte wurde über die Trommel mit dem Kopf hielt orientiert.
• Lift-und Release: Die Schulter-, Ellenbogen-und Handgelenk sind gebeugt Anheben der Pfote von der Oberfläche der Trommel.
• Carry: Die Pfote ist über der Oberfläche der Trommel gehalten wird, werden die Ziffern locker gebeugt, und die Ziffer Spitzen sind auf der Mittellinie des Körpers zentriert. Advance: Das Bein ist vorne mit den Ziffern Übergang von einem halb flectirt Lage, eine erweiterte und offene Position erweitert.
• Placement: Das Glied wird an der Schulter, Ellenbogen und Handgelenk erweitert und die Ziffern sind geöffnet, um die Pfote nach vorne und auf der Oberfläche der Trommel Platz, mit der Ziffer 2 (zweite Ziffer von der Mittellinie) in etwa der Mitte der Ratte liegt Körper.

Jede Bewegung wurde auf einer 3-Punkte-Skala bewertet: 1 = / die Bewegung ähnelte einer Kontrolle Ratte, 0,5 = / die Bewegung leicht abnormal erschienen, und 0 = / die Bewegung war eindeutig abnormal (Whishaw et al, 2003.). Diese Rating-Skala wurde dann zu fünf Schrittbewegungen von jeder Ratte auf postoperativen Tagen 1, 3, 5, 7, 9 und 15 zu bewerten. Die Noten aus den fünf Maßnahmen wurden für jede Ratte an jedem Tag gemittelt und die Ergebnisse in eine ANOVA mit Tagen ausgesetzt als wiederholt zu messen.

Übersicht der Drehstabtest Fuß in 6-OHDA und Kontrollratten

Die Bewegung Rating-Skala war die postoperative Testfahrten für qualitative Bewegungsanalyse angewendet. Während der Test-Sessions erhielten die 6-OHDA Läsion Gruppe signifikant niedrigere Werte als die Kontrollgruppe, F (1,8) = 33.2, p <0,001, aber es gab keinen signifikanten Effekt von Test-Tag, noch gab es eine bedeutende Gruppe von Test Day-Interaktion. Die Partituren von Schrittmotoren wurden dann getrennt mit dem Vorderbein als Variable (; für die Bekämpfung von Ratten, die linke Pfote gegen den Rest der rechten Pfote für die 6-OHDA Ratten forelimb kontralateral zur Läsion gegenüber dem Vorderbein ipsilateral zur Läsion) analysiert. Es gab einen signifikanten Effekt der Vorderpfote, F (1,40) = 15,8, p <0,01, und es gab eine signifikante Interaktion der Gruppe von Vorderbein, F (1,40) = 15,0, p <0,01. Follow-up t-Tests ergaben, dass die kontralaterale-to-Läsion Vorderbein des 6-OHDA-Gruppe signifikant niedrigere Werte als die ipsilateral-to-Läsion forelimb oder die Vorderbeine der Kontrollratten, die nicht unterscheiden sich erhalten hat. Um festzustellen, welche Komponenten der Bewegung für die Armen Noten von der 6-OHDA-Gruppe erhalten, die Maßnahmen der Haltung beigetragenund die einzelnen Komponenten des Schrittmotors Zyklus aus dem ipsi-und kontralateralen Vorderbeine des 6-OHDA-Gruppe wurden die Werte aus den Kontrollratten verglichen. Die 6-OHDA-Gruppe unterschied sich in Haltung und all den Schrittmotor-Komponenten von der kontralateralen Extremität, aber keine der Komponenten des ipsilateralen Extremität (p <0,05).

Qualitative und beschreibenden Unterschiede in der Haltung in Steuer-und 6-OHDA Ratten

In einer Kontrollgruppe Ratte, ist der Kopf in eine horizontale Position gehalten, und die unterstützenden Vorderbein und Hinterbeine bewegen sich an der Trommel bilden eine tragende Bogen. Die 6-OHDA Ratten in der Regel ging mit dem Kopf nach unten mit ihren beeinträchtigt Vorderbeine (dem Betrachter zugewandt) positioniert näher zusammen und höher auf der Oberfläche der Trommel als für die ipsilateral Gliedmaßen oder der Gliedmaßen der Kontrollratten auftrat (siehe Video für ein Steuerelement Ratte mit score "1" für Körperhaltung und ein 6-OHDA Läsion Tier mit einem Score von "0"). In der Regel können die Anomalie in der Haltung auf einen Blick aus der relativen Position einer Ratte den Kopf zu sehen.

Vorderbein Stepping

Im Programmablauf wird der Schrittmotor forelimb durch Beugen der Schulter, Ellenbogen und Handgelenk angehoben. Als das Bein gehoben wird, werden die Ziffern locker gebeugt und das Bein ist weit über die Oberfläche der Trommel gehoben. Wenn das Bein weit fortgeschritten ist, ist es an den Schultern, Ellenbogen und Handgelenk erweitert und als sie abgelegt ist, die Ziffern sind erweitert und geöffnet. Im Vergleich zu den Kontrollratten, ist die Amplitude der alle Komponenten des DA-abgereicherten Ratten kontralateral zur Läsion des Körpers geschwächt. Das Glied gibt die Trommel später aufgehoben wird weniger und fortgeschritten ist eine kürzere Distanz als die Kontrolle Vorderbein. Darüber hinaus, wenn das Bein angehoben wird, werden die Ziffern gebeugt mehr, und wenn das Bein gelegt wird, die Ziffern sind erweitert und eröffnet weniger als denen einer Kontrollgruppe Ratte. Die Steuerung Vorderbein angehoben wird, sobald sie die Oberseite der Trommel erreicht, wird das Handgelenk gebeugt, um die Pfote heben und nach vorne, und das Handgelenk ist als das Glied Fortschritte verlängert. Im Gegensatz dazu ist der 6-OHDA Ratte kontralateral zur Läsion Vorderbein ist weiter kaudal durch die Bewegung der Trommel durchgeführt, und gibt damit später mit dem Handgelenk noch erweitert. Flexion des Handgelenks zu sein scheint passiv und tritt als die Ziffern rückwärts durch die Bewegung der Trommel durchgeführt werden, und wenn das Vorderbein nach vorne gebracht wird, die Pfote und Unterarm sind nicht klar von der Trommel Oberfläche abgehoben. Das Vorderbein einer Steuerung Ratte reicht weit nach vorne und die Ziffern offen wie der Leib Fortschritte. Als das Bein gelegt wird, ist es mit einem Arpeggio Bewegung gesetzt, mit Ziffer 5 Kontakt mit der Oberfläche der Trommel erster Stelle, gefolgt sukzessive durch Ziffern 4, 3, und 2. Im Gegensatz dazu ist der Teil des 6-OHDA Ratte angehoben und erweitert weniger, die Ziffern sind weniger ausgedehnt, und sie an die Oberfläche der Trommel fast gleichzeitig mit einer "Ohrfeige". Das Video zeigt forelimb treten Bewegungen in einer Kontrolle Tier, das als "1" bewertet wurden, und forelimb treten Bewegungen in einer 6-OHDA Läsion Tier, das vor allem als "0" wurden erzielt.

Hinterbein Stepping

Es gab auch Beeinträchtigungen in der kontralateralen-to-Läsion Hinterbeine des 6-OHDA Ratten. Da die Steuerung Hinterbein nach hinten bewegt, scheint es gegen die Wendetrommel schieben und als sie dies tut, die Zehen nach außen drehen. Da das Bein nach vorne bewegt, wird der Fuß nach außen geschwenkt. Die hinteren Gliedmaßen des 6-OHDA Ratte bewegt sich direkt nach hinten mit Trommeldrehung und wenn etwas, dreht leicht nach innen. Da das Bein nach vorne bewegt, wird der Fuß durchgeführt direkt nach vorne. Der Fuß der Kontrolle Ratte schwingt nach außen und wie es fortgeschritten ist, die Zehen sind gehalten höher als die Knöchel und die Zehen zu verlängern. Während der Kontrolle Ratte Platzierung Zehe 5 berührt die Oberfläche der Trommel erste und Gewicht ist in den Zehen und Palmen verteilt. Im Gegensatz dazu sind die Zehen der 6-OHDA Ratte während der Durchführung gebeugt und Platzierung ist ohne ein Arpeggio Bewegung machte. Die Zehen der Kontrolle Ratte sind in umgekehrter Arpeggio veröffentlicht als Zehe 5 wird zuerst angehoben und Zehen 1 angehoben dauern. Diese Bewegung wurde in der 6-OHDA Läsion Ratte fehlt, während die Knöchel behauptete seine gebeugte Haltung während der Durchführung Bewegung. Auch der Vormarsch Bewegungen der 6-OHDA Ratte gedämpft, mit der Extremität weniger exorotated, hob weniger und erweiterte weniger als bei der Kontrollgruppe Ratte. Als Kontrollratten Ort ihrer Zehen, sind sie erweitert und geöffnet, so dass Zehe 5 Punkte seitlich relativ zum Körper der Ratte. Toe 5 Kontakte der Trommel zuerst von den übrigen Zehen, so dass die Ratten ihr Gewicht unterstützt die Zehenspitzen folgte. Für die 6-OHDA Ratte, die Zehen sind etwas gebeugt, da der Fuß nach vorne getragen wird, die Zehen senken, um horizontal in Bezug auf den Knöchel sind, gibt es weniger Eröffnung der Zehen, wenn der Fuß auf der Trommel gelegt wird. Schrittlänge ist auch etwas kürzer als die der Kontrollratten. Zur Quantifizierung der Unterschiede zwischen control und 6-OHDA Hinterbein Bewegungen, die Komponenten des Hub-und Release-tragen, den Fortschritt und Platzierung wurden auf einem 3-Punkte-Skala bewertet, ebenso wie die Vorderbeine. Die Maßnahmen wurden von Videoaufzeichnungen auf post-operativen Tag 20 hergestellt ist, und drei Schritt Zyklen wurden für jede Ratte bewertet. Es zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen, F (1,8) = 47,6, p <0,001. Follow-up t-Tests auf die Komponenten angegeben, dass alle Komponenten der Kontrollratten signifikant höhere Werte erhalten als die Komponenten des 6-OHDA Ratten. Das Video zeigt Hinterbein treten Bewegungen in einer Kontrolle Tier, das als "1" bewertet wurden. Hind Gliedmaßen treten Bewegungen in den 6-OHDA in dem Video zu sehen waren vor allem mit einem Score von "0" bewertet.

Discussion

Der Zweck der vorliegenden Studie war es zu prüfen, ob die Drehstabtest für Nager Fortbewegung Geschick für die qualitative Untersuchung der Körperhaltung, forelimb Stepping und hinteren Gliedmaßen treten in Nervensystems verletzten Ratten verwendet werden kann. Für die Analyse wurden Ratten mit unilateraler DA Abreicherungen und Kontrollratten Video von vorne, seitlichen und hinteren Ansichten aufgenommen. Eine Rating-Skala von Körperhaltung und Bewegungen forelimb angegeben, dass die Intensivierung Bewegungen chronisch waren nach der Operation beeinträchtigt. Untersuchung der Bewegungen der Gliedmaßen vor, dass in der DA-Ratten erschöpft den Gliedmaßen kontralateral zur Läsion für die Unterstützung nutzen könnten, sie minimalem Einsatz erhielt für Gewichtsverlagerung. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Drehstabtest Aufgabe, neben der Bereitstellung von Maßnahmen zur Quantifizierung motorischen Einschränkungen können auch Einblicke in die qualitative Beeinträchtigungen.

Die Drehstabtest Aufgabe wurde in großem Umfang für die Beurteilung der motorischen Status der Nagetiere. Bis heute ist die wesentliche Maßnahme von der Aufgabe getroffen werden Endpunkt, Maßnahmen der Geschwindigkeit / Dauer, dass ein Tier in der Lage, zu Fuß ist. Wir fühlten, dass es Attribute der Aufgabe, die machen es ideal für die qualitative Untersuchung der Gehbewegung könnte. Erstens, weil ein Tier muss Balance und Schritt beinhaltet die Aufgabe viel Geschick und kann so zeigen, Beeinträchtigungen, die nicht in einfachere Aufgaben der oberirdischen Fortbewegung (Schallert et al, 1992 scheinbare können;. Olsson et al, 1995;. Chang et al. , 1999; Muir und Whishaw1999b; Metz et al, 2005).. Die Empfindlichkeit dieser Aufgabe und der Video-Analyse-Methode wird durch die Anwesenheit von Wertminderungen bei akuten und chronischen Stadien nach der Läsion zeigte. Zweitens müssen die Tiere nicht Nahrung oder Wasser entzogen, um das Verhalten zu motivieren, als für die Untersuchung von qualifizierten forelimb erreichen (Miklyaeva et al., 1994) erforderlich sein. Drittens erfordert die Aufgabe nur minimaler Schulung. Zum Beispiel konnten wir Schrittbewegungen sobald Film als das Tier in das Gerät gestellt wurde. Viertens, weil das Tier bleibt bestehen, während Stepping, ist es einfacher, Videoaufnahme Bewegungen aus verschiedenen Blickwinkeln. Fünftens ermöglicht die Analyse-Methode Auswertung qualitativer Aspekte des Wanderns Bewegungen mit einfachen Rating-Systeme. Die Rating-Systeme liefern zuverlässige Ergebnisse auch in einer Aufnahme-Sequenz aus einem Tier und sind somit zeitsparend für den Experimentator.

Durch die Entwicklung einer einfachen 3-Punkt-Rating-Skala von Körperhaltung und für vier Komponenten des Schrittmotors Zyklus (Heben, tragen, voraus, und Platz) war es möglich, Beeinträchtigungen zu identifizieren in der kontralateralen-to-Läsion Glieder der DA-abgereicherten Ratten bereits einen Tag nach der Operation. Die Wertminderung erschien chronischen weil die Wertminderung wurde auf 15 Tage nach der Operation ähnlich, und in informellen Tests für eine angegebene Anzahl von Monaten nach der Operation. Obwohl unsere Maßnahmen aus nicht weniger als fünf Stepping Zyklen pro Ratte abgeleitet wurden, war die Beeinträchtigung robust genug, um aus einer einzigen Schrittmotor Zyklus entweder in der Vorderbeine oder Hinterbeine identifiziert werden. Die Beeinträchtigung im Gebrauch der Gliedmaßen wurde auch in der Haltung der Tiere erkennbar, so dass eine einfache Kontrolle der Körperhaltung des Tieres konnte zeigen, dass es eine Wertminderung hatte.

Eine Reihe von früheren Studien haben die Quelle der Beeinträchtigung in die Glieder 6-OHDA Läsion Tiere (.; Morrissey et al, 1989;. Muir und Whishaw, 1999a;. Schallert et al, 1979 Miklyaeva et al, 1995) identifiziert. Die gestörte Gliedmaßen sind in der Lage, das Körpergewicht und die alliierten Reflexe benötigt, um Haltung zu bewahren Unterstützung vorhanden sind. So Tiere sind in der Lage, an den Gliedmaßen stehen, und sie gegen Versuche, sie zu verdrängen Klammer. Die Gliedmaßen werden verwendet, um Haltungsschäden Unterstützung zurückzugewinnen, wenn die Unterstützung verloren. So Tieren Schritt oder hop zur Unterstützung zurückgewinnen, wenn sie ihr Gleichgewicht zu verlieren. Während des Gehens oder Drehen, die Gliedmaßen in Stepping teilnehmen, aber nur, wenn die Dynamik des Tieres verdrängt das Bein von seiner Rolle in Haltungs-Unterstützung. So wurden während oberirdischen Fortbewegung der einseitigen Läsion animal 'hinkt' als seine verminderte Gliedmaßen catch-up als das Tier Vorwärtsbewegung verdrängt die Gliedmaßen von Haltungsschäden zu unterstützen. Beim Drehen, das Tier dreht sich um seine verminderte Hinterbein beim Drehen auf der Seite des Körpers beeinträchtigt, und es fällt "beim Drehen kontralateral zur beeinträchtigt Hinterbein, um es von den unterstützenden Maßnahmen zu verdrängen. Wir konnten sehr ähnliche Beeinträchtigungen, Gewicht zu unterstützen, aber nicht das Gewicht zu beobachten verlagern, in der kontralateralen-to-Läsion Glieder der Ratten, die einseitige 6-OHDA Läsionen erhalten, wie sie auf der Trommel ging. Obwohl sowohl die Vorderbein und Hinterbein für Haltungs-Unterstützung verwendet wurden, erschien weder Leib für Gewichtsverlagerung verwendet werden. Zum Beispiel wurden sowohl die Vorderbein und Hinterbein von der Trommel viel später als für die ungestörte des Körpers oder der Gliedmaßen der Kontrollratten auftrat aufgehoben. Wenn die Bewegung der Trommel die Gliedmaßen aus ihren unterstützenden Funktionen verdrängt, war ihre Vorwärtsbewegung abgeschwächt, bewegt nur die nötige Distanz, um das Körpergewicht zu unterstützen. Weder die impaired forelimb noch die hinteren Gliedmaßen erschienen, um den Körper ausreichend, so dass seine zwei Kumpel konnte swing klar der Trommel Schlepplift. Die Gliedmaßen auch anscheinend nicht bei der Verlagerung der Ratten Gewicht nach vorne zu beteiligen. Zum Beispiel, während die hinteren Gliedmaßen von Kontrollratten entführt und gegen die Trommel, um das Tier vorwärts zu treiben, haben die Ratten ähnliche Bewegungen mit ihren beeinträchtigt Hinterbein zu machen.

Wir konnten auch einige neue Merkmale der Ratte verstärkt Bewegungen und damit neuartige Beeinträchtigungen in der Art, wie die DA-abgereicherten Ratten bewegten ihre Gliedmaßen beeinträchtigt zu beobachten. Sowohl die Vorderbein und Hinterbein kontaktiert die Oberfläche der Trommel mit einem Arpeggio Bewegung, in der nach außen Ziffer (Ziffer 5) kontaktiert die Oberfläche der Trommel erster Stelle, gefolgt sukzessive durch Ziffern 4, 3, und 2. Die gestörte Vorderbein und Hinterbein war anscheinend nicht in ähnlicher Weise zu finden und zu antizipieren die Oberfläche der Trommel, und so kontaktierte die Oberfläche mit einem flacheren palm-Ab-Bewegung. Eine ähnliche Arpeggio Bewegung hat in der Vorderpfote von Ratten beschrieben worden, wie sie ihre Vorderpfote Ort, um Nahrungsmittel (Whishaw und Gorny, 1994) zu erfassen, und diese Bewegung ist auch in der gestörten Teil des DA-abgereicherten Ratten (Miklyaeva et al., 1994 beeinträchtigt ). Zusammenfassend deuten die Ergebnisse der vorliegenden Studie, dass die Drehstabtest kann eine sehr nützliche Art und Weise der Prüfung Haltung und trat in hirnverletzten Ratten geben. Die Aufgabe erfordert Balance und qualifizierte Verstärkung Bewegungen erfordert minimales Training, keine Motivation Essen zu belohnen, und ist einfach ein Tor und Film. Darüber hinaus beobachtet Abschreibungen auf die Drehstabtest verallgemeinert werden können, um anderen Testsituationen.