Användning av Rotorod som en metod för kvalitativ analys av Walking i Rat

Summary

Den rotorod test används för att bedöma motoriska status i gång flödet av hemi-Parkinson analog råttor.

Abstract

Den rotorod test, där djur gå på en roterande trumma, används ofta för att bedöma motoriska status i smågnagare. Prestanda mäts genom den tid som ett djur stannar upp på trumman som en funktion av trummans hastighet. Här rapporterar vi att uppgiften ger en rik källa till information om kvalitativa aspekter av promenader rörelser. Eftersom rörelserna utförs på en fast plats, kan de lätt undersökas med hjälp av snabba metoder för videoinspelning. Den aktuella studien genomfördes för att undersöka potentialen i rotorod att avslöja kvalitativa förändringar i går rörelser hemi-Parkinson analog råttor, producerad av injektion av 6-hydroxydopamine (6-OHDA) i rätt nigrostriatala bunt att tömma nigrostriatala dopamin (DA ). Börjar dagen efter operation och därefter med jämna mellanrum under de kommande två månaderna, var råttorna filmade från frontal, lateral och posterior åsikter som de gick på rotorod. Beteende analyserades för ruta för bildruta repris av videoinspelningar. Skattningsskalor att intensifiera beteende visade att hemi-Parkinson råttor kroniskt var nedsatt i sin hållning och i användningen av benen kontralateral till DA-utarmning. Den kontralaterala extremiteter inte bara visas postural och rörelse avvikelser deltog de mindre i att initiera och upprätthålla framdrivning än gjorde den ipsilaterala extremiteterna. Dessa fynd inte bara visa på nya underskott sekundärt till unilateral DA-utarmning, men också visa att rotorod kan ge ett kraftfullt verktyg för kvalitativ analys av rörelse.

Protocol

Rotorod gå apparater

Det rotorod var en roterande cylinder, 4 cm i diameter, fast 35 cm över marken och omges av transparent plexiglas. Den rotorod cylindern var täckt av texturerat gummibeläggning, vilket underlättar dragkraft. Golvet i apparaten var täckt med ett lager av skum för att förhindra skador när djur föll. En liten elmotor som makt att vända rotorod via ett gummiband. Den rotorod sattes att rotera en gång var 5: s.

Videoinspelningar och kinematik

En snabb digital videokamera användes för att filma djuren, med en slutartid på en 1000 av en sekund. Den främre, laterala och bakre utsikt filmades medan djuret gick på rotorod. En två-arm Nikon, MII kall ljuskälla och en uppsättning av fiberoptisk belysning användes för att ge tillräcklig belysning under inspelningen. Banden analyserades bildruta för bildruta med en Sony DSR 20 DV-CAM-däck. Videobildrutor har tagits med en frame grabber och Macintosh-dator.

Testproceduren och analys

För att utvärdera skillnaderna mellan gående rörelser 6-OHDA och kontroll råttor, de videoinspelningar från postoperativa dagar 15 - var 30 (efter eventuell återhämtning från lesionen kan förväntas vara i stort sett komplett) granskas av två oberoende observatörer blinda för de experimentella förhållandena. Den nigrostriatala 6-OHDA lesion var induceras i den högra hjärnhalvan, vilket resulterar i bestående funktionsnedsättningar i vänster fram-och bakbenen. En skattningsskala är utvecklad för att betygsätta råttornas kroppshållning och ett fördjupat rörelser frambenen (Whishaw et al., 2003). Fem komponenter kliva bedömdes:

1. hållning, var betyget hållning genom att undersöka läget för råttan på trumman;
2. lyft och släpp, den del av det inledande cykeln där tassen lyftes från trumman;
3. bära, den del av det inledande cykeln där lem hölls ovanför trumman som råttan gått framåt;
4. förskott, den del av når där lem utvidgades till att återfå kontakt med trumman, och
5. placering, där tassen placerades tillbaka på trumman.

Följande kriterier användes för att definiera en normal rörlighet:

• Hållning: Kroppen råttan var inriktat på trumman med huvudet hålls upp.
• Lyft och Release: axel, armbåge och handled är böjd att höja tassen från ytan av trumman.
• Carry: The Paw hålls ovanför ytan på trumman, är siffrorna löst böjd, och siffran tips är centrerad på mittlinjen av kroppen. Advance: Den lem är utsträckt framåt med siffrorna flyttar från en semiflexed position till en utökad och öppet läge.
• Placering: lem förlängs vid skuldra, armbåge och handled och siffrorna är öppna för att placera tass framåt och på ytan av trumman med siffran 2 (andra siffran från mittlinjen) ligger på ungefär mitten av råttans kropp.

Varje rörelse var rankade på en 3-gradig skala: 1 = / rörelse liknade en kontroll råtta, 0,5 = / rörelsen var något onormalt, och 0 = / rörelsen var klart onormalt (Whishaw et al, 2003.). Denna skala användes sedan för att utvärdera fem kliva rörelser från varje råtta på postoperativ dag 1, 3, 5, 7, 9 och 15. Poängen från de fem åtgärderna var i genomsnitt för varje råtta på varje dag, och resultaten utsätts för en ANOVA med dagar som en upprepad åtgärd.

Översikt över rotorod gå i 6-OHDA och kontroll råttor

Rörelsen skattningsskala har tillämpats för den postoperativa testa sessioner för kvalitativ rörelseanalys. Under testet sessionerna fick 6-OHDA lesion grupp betydligt lägre poäng än gjorde kontrollgruppen, F (1,8) = 33,2, p <0,001, men det fanns ingen signifikant effekt av testdagen, inte heller fanns det en betydande grupp av testdagen interaktion. Poängen att intensifiera har sedan analyseras separat med forelimb som en variabel (för 6-OHDA råttor forelimb kontralateralt till lesionen kontra forelimb ipsilaterala till lesion, för kontroll råttor, vänster tass mot höger tass). Det fanns en signifikant effekt av Forelimb, F (1,40) = 15,8, p <0,01, och det fanns en signifikant interaktion av koncernens genom Forelimb, F (1,40) = 15,0, p <0,01. Uppföljande t-test visade att det kontralaterala till lesionen forelimb av 6-OHDA gruppen fick signifikant lägre poäng än den ipsilaterala till lesionen forelimb eller frambenen av kontrollen råttor, som inte skiljer sig åt. För att avgöra vilka komponenter i rörelsen bidrog till det dåliga resultat som erhållits genom 6-OHDA grupp, åtgärder för kroppshållningoch de enskilda komponenterna i det inledande livscykel från den ipsilaterala och kontralaterala framben i 6-OHDA gruppen jämfördes med värden som erhölls från kontrollen råttor. Den 6-OHDA grupp skilde sig i hållning och alla av det inledande komponenter från den kontralaterala lem, men ingen av de komponenter i ipsilaterala extremiteterna (p <0,05).

Kvalitativ och beskrivande skillnader i hållning i kontroll och 6-OHDA råttor

I en kontroll råtta, är huvudet hålls i horisontellt läge, och de stödjande forelimb och bakbenen grenslar trumman bildar en bärande båge. Den 6-OHDA råttor gick vanligtvis med huvudet nedåt med nedsatt framben (mot betraktaren) placeras närmare varandra och högre upp på trummans yta än inträffat för den ipsilaterala ben eller armar och ben av kontroll råttor (se video för en kontroll råtta med score "1" för hållning och en 6-OHDA lesion djur med poängen "0"). Normalt kan avvikelsen i hållning ses i korthet från den relativa positionen för en råtta huvud.

Forelimb kliva

I kontrollrummet sekvensen är kliva forelimb lyft genom att böja den axel, armbåge och handled. Som extremiteten lyfts, är siffrorna löst böjd, och extremiteten lyfts väl över ytan på trumman. När lem är avancerad, förlängs vid axlarna, armbåge och handled och eftersom det är placerat siffrorna förlängs och öppna. I jämförelse med kontroll råttor är amplituden av alla komponenter i DA-utfiskade råttor kontralateralt till lesionen lem försvagade. Lemmen släpper trumman senare lyfts mindre, och är avancerade ett kortare avstånd än kontrollgruppen forelimb. Dessutom, när extremiteten lyfts, är siffrorna böjd mer, och när lem placeras, är de siffrorna ut och öppnade mindre än en kontroll råtta. Kontrollen forelimb lyfts när den når toppen av trumman, är handleden böjd att lyfta tassen uppåt och framåt, och handleden förlängs som lem förskott. Däremot är det 6-OHDA råtta kontralateral till lesionen forelimb sker ytterligare caudally av rörelsen av trumman, och därmed släpper senare med handleden fortfarande förlängas. Flexion av handleden verkar vara passiva och inträffar som siffrorna transporteras bakåt av rörelsen av trumman, och när forelimb förs fram, är tassen och underarmen inte lyfts tydligt från trummans yta. Den forelimb för en kontroll råtta sträcker sig långt fram och siffrorna öppet som extremiteten förskott. Som extremiteten är placerad, den är placerad med ett arpeggio rörelse med siffran 5 att kontakta ytan på trumman först, följt varandra av siffrorna 4, 3, och 2. Däremot är den delen av den 6-OHDA råtta lyftas och utökade mindre, är siffrorna utökade mindre, och de kontaktar ytan på trumman nästan samtidigt med ett "slag". Videon visar forelimb kliva rörelser i en kontrollgrupp djur som markeras som "1", och forelimb kliva rörelser i en 6-OHDA lesion djur som huvudsakligen var markeras som "0".

Bakbenen kliva

Det fanns också nedskrivningar i kontralateral till lesionen bakbenen i 6-OHDA råttor. Som kontroll bakbenen rör sig bakåt, verkar det att skjuta mot den roterande trumman och som den gör så, tårna roterar utåt. Som lem går framåt, är foten svängde utåt. Den bakre delen av den 6-OHDA råtta flyttar direkt bakåt med trummans rotation och om något, blir lätt inåt. Som lem går framåt, är foten transporteras direkt framåt. Foten av gungorna kontroll råtta utåt och som det är avancerat, är tårna hålls högre än fotled och tår förlänga. Under kontroll råtta placering, tå 5 kontakt med ytan på trumman första och vikt fördelas över tårna och Palm. Däremot är det tårna på 6-OHDA råtta böjd under bära och placering görs utan ett arpeggio rörelse. Tårna av kontroll råtta frigörs i en omvänd arpeggio mönster som tå 5 lyfts först och tå 1 lyfts sist. Denna rörelse saknades i 6-OHDA lesion råtta medan ankeln behållit sin böjd hållning under bär rörelsen. Återigen förskott rörelser 6-OHDA råtta dämpas, med lem mindre exorotated, lyfte mindre, och avancerade mindre än kontrollgruppen råtta. Som kontroll råttor placera sina tår, är de utökade och öppnade, så att tå 5 poäng i sidled i förhållande till kroppen av råtta. Toe 5 kontakter trumman först, följt av den återstående tårna så att råttan stödde dess tyngd på tå tips. För 6-OHDA råtta, är tårna något böjd när foten överförs, tårna är lägre till horisontell i förhållande till ankeln, det är mindre öppnandet av tårna när foten är placerad på trumman. Steglängd är också något kortare än kontrollgruppen råttor. För att kvantifiera skillnaderna mellan fortsrol och 6-OHDA bakom rörelser lem, komponenterna i lyft och släpp, bär, befordran och placering bedömdes på en 3-gradig skala, liksom de frambenen. De åtgärder som gjordes från videoinspelningar görs postoperativt dag 20, och tre steg cykler bedömdes för varje råtta. Det fanns betydande grupp skillnader, F (1,8) = 47,6, p <0,001. Uppföljande t-test på de komponenter som anges att alla komponenter för kontroll råttor fick betydligt högre poäng än gjorde komponenterna i 6-OHDA råttor. Videon visar bakbenen kliva rörelser i en kontrollgrupp djur som markeras som "1". Bakbenen kliva rörelser i 6-OHDA visas i videon var främst rankade med poängen "0".

Discussion

Syftet med denna studie var att undersöka om rotorod testet för gnagare förflyttning kompetens kan användas för kvalitativ undersökning av hållning, forelimb kliva och bakbenen kliva i nervös skadade systemet råttor. För analys, råttor med unilateral DA kundledet och råttor styra video som spelats in från framsidan, sido-och bakre åsikter. En skattningsskala för kroppshållning och rörelser forelimb visade att kliva rörelser kroniskt var nedsatt efter operation. Granskning av benrörelser uppgav att det i DA-utarmat råttor kan använda benen kontralateralt till lesionen för support, fick de minimala använder för tyngden. Resultaten från denna studie indikerar att rotorod uppgiften, kan förutom att ge kvantitativa mått på Rörelsehinder, också ge insikter i kvalitativa nedskrivningar.

Den rotorod uppgift har i stor utsträckning används för att bedöma motoriska status för gnagare. Hittills den stora åtgärd från uppgiften är slutpunkten, åtgärder för hastighet / tid att ett djur kan gå. Vi kände att det är attribut av den uppgift som kan göra det perfekt för en kvalitativ undersökning av promenader rörelser. Först, eftersom ett djur måste balansera och steg innebär uppgiften stor skicklighet och kan därmed avslöja funktionshinder som inte får synas i enklare uppgifter tunnelbaneservice rörelseorganen (Schallert et al, 1992;. Olsson et al, 1995;. Chang et al. , 1999, Muir och Whishaw1999b, Metz et al, 2005).. Känsligheten för denna uppgift och videon analysmetod framgår av förekomsten av försämringar i akuta och kroniska stadier efter lesionen. För det andra, djur behöver inte vara mat eller vatten berövas att motivera beteende, vilket krävs för studier av skickliga forelimb nå (Miklyaeva et al., 1994). Tredje kräver uppgiften minimal utbildning. Till exempel kunde vi filma kliva rörelser så fort djuret placeras i apparaten. Fjärde, eftersom djuret kvar på plats medan stepping, är det lättare att rörelser videoinspelning från en mängd olika vinklar. Femte tillåter analysmetoden utvärdering av kvalitativa aspekter av att gå rörelser med enkla klassificeringssystem. Betyget system producera tillförlitliga resultat även i en inspelning sekvens från ett djur och därmed är tidseffektivt för försöksledaren.

Genom att utveckla en enkel 3-punkts skala för kroppshållning och för fyra komponenter i det inledande cykel (lyfta, bära, förväg, och plats) det var möjligt att identifiera försämringar i kontralateral till lesionen lemmar av DA-utfiskade råttor Redan ett dygn efter operation. Nedskrivningen dök kroniska eftersom nedskrivningen var liknande på 15 dagar efter operationen, och i informella tester som anges ett antal månader efter operationen. Trots att våra åtgärder kommer från så många som fem kliva cykler per råtta, var den nedskrivning tillräckligt robust för att kunna identifieras från en enda kliva cykel i antingen frambenen eller bakbenen. Nedskrivningen i bruk i armar och ben var också tydligt i hållningen av djuren så att en enkel kontroll av hållning av djuret kan avslöja att den hade en nedskrivning.

Ett antal tidigare studier har identifierat källan till nedskrivningar i armar och ben av 6-OHDA lesionen djur (Miklyaeva et al, 1995;. Morrissey et al, 1989;. Muir och Whishaw, 1999a;. Schallert et al, 1979). Den nedsatt lemmar kan stödja kroppsvikt och allierade reflexer krävs för att bibehålla kroppshållning är närvarande. Således djur kan stå på benen, och de stag mot försök att tränga undan dem. Lemmar används för att återfå postural stöd, när stödet försvinner. Således djur steg eller hoppa för att återfå stöd när de tappar balansen. Under promenader eller svarvning, armar och ben delta i stepping, men bara när dynamiken i djuret förskjuter lem ur sin roll i postural stöd. Således under tunnelbaneservice förflyttning de ensidiga lesionen djur "haltar" som sitt nedsatt lemmar catch-up som djurets rörelse framåt förskjuter lem från postural stöd. När svarvning djuret svänger på sin försämras bakbenen när du vrider ipsilateralt till nedsatt lem, och det faller "när du vrider kontralateral till nedsatt bakbenen för att tränga undan den från dess stödjande åtgärder. Vi kunde konstatera mycket liknande funktionsnedsättningar, vikt stöd men inte vikt förskjutning, i det kontralaterala till lesionen lemmar av de råttor som fått unilateralt 6-OHDA lesioner när de gick på trumman. Även om både forelimb och bakbenen användes för postural stöd, verkade varken lem som ska användas för vikt växling. Till exempel var både forelimb och bakbenen lyfts från trumman mycket senare än inträffade för felfri lem eller lemmar av kontroll råttor. När förflyttning av trumman fördrivna lemmar från sina stödfunktioner, var deras rörelse framåt, försvagade, flyttar bara det nödvändiga avståndet för att stödja kroppens vikt. Varken jagmpaired forelimb eller bakbenen verkade för att lyfta kroppen tillräckligt så att paret kompis kunde svänga undan från trummans yta. Lemmarna inte heller verkar att delta i omställningen av råttornas tyngd framåt. Till exempel, medan bakbenen kontroll råttor kidnappade och sköt mot trumman för att driva djuren framåt, gjorde råttorna gör liknande rörelser med nedsatt bakbenen.

Vi kunde också konstatera vissa nya funktioner i råtta kliva rörelser och därmed nya nedskrivningar i det sätt på vilket DA-utarmat råttor flyttade nedsatt lem. Både forelimb och bakbenen kontaktade trummans yta med ett arpeggio rörelse där utanför siffran (siffran 5) kontaktade trummans yta först, följt varandra av siffrorna 4, 3, och 2. Den försämrad forelimb och bakbenen verkade inte lika hitta och förutse trummans yta, och så kontaktade ytan med en plattare palm-och-ner rörelse. En liknande arpeggio rörelse har beskrivits i framtassarna på råttor som de släpper ut sina framtassarna att greppa mat (Whishaw och Gorny, 1994), och denna rörelse är också nedsatt hos personer med nedsatt delen av DA-utarmat råttor (Miklyaeva et al. 1994 ). Sammanfattningsvis, resultatet av denna studie visar att att rotorod kan ge ett mycket användbart sätt att undersöka hållning och kliva i hjärnans skadade råttor. Uppgiften kräver att balansera och skickliga kliva rörelser, kräver minimal utbildning, ingen motivation mat belöning, och är lätt att göra mål och film. Dessutom konstaterade nedskrivningar på rotorod kan generaliseras till andra testsituationer.