Summary
Três novos testes comportamentais (membro anterior passo a alternância, teste instabilidade postural, teste de manipulação de massas) para avaliar a função do membro torácico após lesão medular cervical em roedores são descritos.
Abstract
Cervical lesão medular (CSCI) pode causar déficits neurológicos devastadores, incluindo deterioração ou perda de membro superior e função da mão. A maioria das lesões na medula espinhal em humanos ocorrem nos níveis cervicais. Portanto, o desenvolvimento de modelos de lesão cervical e desenvolvimento de testes comportamentais relevantes e sensíveis é de grande importância. Aqui nós descrevemos o uso de um teste passo a alternância membro anterior desenvolvido recentemente após lesão medular cervical em ratos. Além disso, descrevemos dois testes comportamentais que não foram utilizados após a lesão medular: um teste de instabilidade postural (PIT), e um teste de massa de manipulação. Todos os três testes comportamentais são altamente sensíveis a lesão e são fáceis de utilizar. Por isso, sentimos que esses testes comportamentais pode ser fundamental para investigar estratégias terapêuticas após CSCI.
Introduction
Cervical lesão medular (CSCI) é a forma mais prevalente de SCI em pacientes, o que representa cerca de 62% de todos os SIC ( http://www.spinalcord.uab.edu ). Lesões na medula espinhal cervical pode resultar em deficiências nas extremidades superiores, bem como a respiração. Um estudo recente em doentes com CsCl sugere que a função total ou parcial do braço e / ou da mão é considerada uma grande prioridade 1. Portanto, o desenvolvimento de modelos CSCI e ensaios comportamentais associados que são fáceis, sensível e confiável para uso é um objetivo importante. Existem vários testes comportamentais úteis para avaliar a função do membro torácico após CSCI em roedores 1-17, no entanto, muitos desses testes são difíceis de usar e requerem equipamento especializado. Testes de manuseio de massas têm sido desenvolvidos por outros grupos de 18,19, mas estes testes exigem que os animais ser filmado em gaiolas específicas alimentares massas, o que requer um longoperíodo de treino, enquanto que o método propomos pode ser realizada em gaiola de origem dos animais. Testes de pasta anteriormente descritos exigem tempo de análise significativa e frequentemente o software caro, ao contrário do ensaio descrito aqui. O objectivo do nosso método consiste em desenvolver e utilizar testes comportamentais que são fáceis de usar, fiável, e não requer equipamento caro. Especificamente, o teste passo a alternância membro anterior descrito aqui permite aos pesquisadores estimar volume da lesão logo após a lesão, proporcionando um meio para criar grupos de tratamento equivalentes antes de um tratamento crônico é administrada. Neste estudo, descrevemos detalhadamente três novos testes comportamentais: (1) membro anterior passo a alternância (2), instabilidade postural, e (3) de manipulação de massas.
Determinar os testes comportamentais direito de usar pode ser difícil. Na verdade, sentimos que ninguém teste comportamental pode avaliar o funcionamento dos membros anteriores de forma adequada. Portanto, sugerimos o uso de uma combinação de alguns testes comportamentais para assfunção membro anterior ess após SCI. Categoricamente falando, deve-se usar uma tarefa de campo aberto tipo locomotor (por exemplo, membro anterior escala locomotora, cilindro), onde os animais são avaliados com o uso de seus membros anteriores durante a locomoção normal, e um teste específico de tarefas, onde os animais são convidados a executar uma tarefa específica envolvendo o uso de seus membros anteriores (por exemplo, comer massas, instabilidade postural, força de preensão, etc.) Os testes comportamentais descritos aqui em detalhes são úteis para determinar a gravidade da lesão em ~ uma semana após lesão (membro anterior passo a alternância, a instabilidade postural, manipulação de massas), os efeitos de uma lesão unilateral no membro anterior contralesional (membro anterior passo a alternância, a instabilidade postural ) e movimento motora fina dos membros anteriores (manipulação de massas). Conhecendo a gravidade e os efeitos da lesão também utilizada pode ditar os testes de comportamento. Se os movimentos motoras finas do pulso não são possíveis após a lesão, através de um teste que mede e quantifs do uso de membro anterior patas é inapropriada. Por exemplo, muitos dos testes de manuseio de massas anteriormente descritos olhar mais profundo sobre os movimentos individuais de dígitos, no entanto, encontramos com a gravidade ea localização da lesão nossa, isso era irrelevante e, em vez observadas diferenças na colocação geral do membro.
Os investigadores podem ser tentados para realizar vários testes comportamentais e utilizar uma amostra deles para demonstração com base nos resultados, no entanto, recomenda-se que para cada modelo experimental, sendo usado um estudo piloto é realizada para determinar testes comportamentais apropriadas para a lesão. Portanto, é importante notar que o utilizador deve ter pelo menos algum conhecimento anterior do tipo e extensão do défice de um tipo de lesão em particular antes de decidir em testes comportamentais para ser empregadas. Avaliando a gravidade da lesão com base no desempenho comportamental também permite que os grupos de tratamento a ser criado com uma distribuição igual de gravidade da lesão antes de tratarmento é administrado.
Protocol
Todos os procedimentos com animais foram realizados de acordo com protocolos aprovados com o IACUC interna na Universidade do Texas em Austin e sob Institutos Nacionais de Saúde (NIH) diretrizes.
Animais utilizados neste estudo teve uma contusão C3/C4 lateral usando um Infinito Horizon pêndulo, ou um modelo hemissecção laterais C3/C4 e esses métodos podem ser aplicados de forma mais ampla a outros modelos 18. Sugerimos que os investigadores testar os animais durante 2 semanas antes da lesão, a 3 dias após a lesão e regularmente (por exemplo, semanalmente) durante a duração do estudo. Ao realizar testes comportamentais em animais de pós cirúrgico, especialmente em cirurgia três dias post, os cuidados devem ser tomados para que os animais tenham recuperado o suficiente da cirurgia e que os procedimentos de testes comportamentais não causam dor ou estresse adicional aos animais.
Em geral, 2-3 semanas de tratamento e pré-teste pode ser necessário antes da cirurgia. Isso envolve o animal confortável para o ambiente de teste por lidar com eles de uma forma semelhante à forma como eles serão tratados durante os testes, bem como permitindo que o animal se movimentar livremente na superfície do teste. Também é importante para obter o animal utilizado para a ser realizada, o que pode ser feito movendo-se o animal na e perto da superfície de teste com movimentos não-directos para aclimatar os animais ao manuseamento. É também importante para relaxar os animais no início e entre as sessões de teste. Para relaxar os animais, mantenha o animal em uma mesa em uma posição tendo membro anterior apenas, em uma posição de "carrinho de mão" e saltar o animal delicadamente sobre a mesa permitindo que os membros anteriores para tocar a superfície. Isto ensina os animais a sentir abaixo-los para uma superfície estável e é um passo importante e necessário no procedimento, pois garante que os animais estão relaxados antes do início dos testes.
1. Membro Anterior Teste Passo alternância
- Resumo do Teste: Coloque os animais com as duas patas dianteiras tocando a mesa para determinar se eles alternam o uso de suas patas dianteiras. Mova o rato para a frente, mudando seu centro de gravidade, o que os obriga a etapa. Este teste é repetido quatro vezes com cada animal, e se a capacidade dos animais mostra a alternar a, ou maior do que 75%, é considerado para ser um alternador. Esta é uma tarefa de movimento forçado, para que os animais que são considerados não-alternadores vai pisar repetidamente com o mesmo membro anterior.
- Segure um animal em uma mesa em uma posição de suporte de peso só de membro anterior, em uma posição de "carrinho de mão" com o seu corpo em cerca de 90 ° da tabela.
- Uma vez que o animal está relaxado, empurre o animal para a frente para se mover ao longo da superfície da mesa.
- Determinar e registar se os substitutos de rato de usar as patas dianteiras enquanto se move através da superfície.
- Observe e registre o membro anterior que iniciou o movimento e se o animal pode alternar ou não on membro anterior Step-Alternância Pontuação Teste Folha (fornecido).
- Repita este teste pelo menos duas vezes, mantendo o animal com uma mão (direita ou esquerda). Repetir, pelo menos, mais duas vezes, mantendo o animal no outro lado.
- Se os ratos mostraram esta capacidade, passo a alternância pode ser testada de novo com a introdução de uma espera de 5 segundos após a primeira etapa para determinar se o padrão de alternância permanece depois de um atraso. Observe os resultados e registro na folha de pontuação.
- Este teste pode ser usado diariamente, e recomenda-se que os animais ser testado pelo menos semanalmente para um experimento de medidas repetidas.
Nota: É importante a alternar a posição da mão do experimentador, uma vez que podem afectar o comportamento de alternância dos animais de teste. A súmula Passo alternância fornecido pode ser usado para observar posição pata e usar durante a pisar. Apesar de não ter incorporado esses dados em nosso sistema de pontuação atualmente (só temosestado alternância usados para agrupar os animais lesados no presente estudo), os usuários podem facilmente incluir dados de posição pata como parte da análise de acordo com o projeto específico.
2. Teste Instabilidade Postural
- Resumo do teste: Para este teste comportamental, segure os ratos em uma posição semelhante como para o teste de alternância membro anterior, no entanto, cada membro anterior deve ser testada individualmente. A mesa deve ser coberta com uma lixa (n º 220) para evitar o deslize, apoiando, ou arrastando os membros anteriores durante o teste.
- Neste teste, a distância que leva para que o animal dá um passo com a pata dianteira a ser examinado para recuperar o seu equilíbrio será gravado.
- Animais num grupo de estudo deverá ser aproximadamente o mesmo peso, tamanho e idade como grandes diferenças no peso corporal pode resultar na variação da distância da linha de base necessária para manter o centro de gravidade para um determinado animal 19. Um grupo sham deve serincluído ao usar PIT para verificar se as mudanças no comportamento são devidos à regeneração ou recuperação, em vez de idade e ganho de peso.
- Segure um animal em uma mesa em uma posição confortável e permitir que ambos os membros anteriores para chegar à superfície, o animal deve estar confortavelmente em uma posição de "carrinho de mão" com o seu corpo em cerca de 90 ° da tabela. Note-se que é importante para manter o animal numa posição mais vertical. Isto vai permitir que uma distância mais consistentes necessários para desencadear um passo para recuperar o centro de gravidade.
- Levemente conter um membro anterior contra o dorso do animal e alinhar o nariz do rato com a linha de zero como visto de cima.
- Mova o rato para a frente. Isso vai mudar o centro de gravidade do animal de frente estimulando o animal a passo para recuperar o seu equilíbrio.
- Gravar a nova posição do nariz, após as etapas de ratos duas vezes e utilizar a média destas duas etapas, conforme a distância necessária para desencadear uma etapa.
- Teste cada forelimb independentemente de 5x, trazendo o animal de volta para a posição 0 e verificar que o animal continua a ser relaxado nas mãos do experimentador antes de continuar a garantir resultados consistentes.
- Registro no Teste de instabilidade postural (PIT) Pontuação Folha, fornecido. Este teste pode ser realizado diariamente, e recomenda-se que os animais são testados pelo menos semanalmente durante a duração da experiência.
3. Teste Pasta Manipulação
- Resumo do Teste: Use este teste para determinar o tempo que leva para comer um pedaço de massa e da preferência pata durante uma sessão de comer macarrão. Neste teste, use fios de 4,0 centímetros de massa seca (espaguete fino, diâmetro de ~ 1,6 mm). O teste deve ser administrado aproximadamente ao mesmo tempo em cada dia de teste. Roedores geralmente comer massas secas rapidamente, no entanto, 4-6 horas de abstinência de alimentos é recomendado antes de testar se isso não ocorrer.
- Medições da linha de base devem ser adquiridos de 1-2 semanas antesa lesão. Antes da gravação da linha de base, os ratos devem receber o mesmo tipo de massa em sua gaiola para prepará-los para o teste. Em seguida, permitir que os ratos a comer macarrão em uma câmara de testes e registrar a hora de comer macarrão. Pedaços de massa deve ser colocada perto da frente da câmara de testes, onde o uso dos membros anteriores pode ser observado facilmente. Cada sessão de comer macarrão deve incluir comer pelo menos três pedaços de massa. Os ratos são considerados proficientes em comer macarrão se o seu tempo de comer massas é consistente por pelo menos 3 dias.
- Depois de treinar os ratos para comer macarrão de forma consistente na câmara de teste, colocar ratos em câmaras de gravação.
- Coloque pedaços de massa no chão, perto da frente da câmara de testes de tempo e registro para comer um pedaço de massa, membros dianteiros usados, e as posições dos membros anteriores, como se vê na súmula Pasta Handling.
- Este teste pode ser realizado diariamente, mas recomenda-se a realizá-lo semanalmente, respeitando o peso dos animais como to não excesso de alimentar os animais.
Nota: A folha de pontuação Pasta Handling oferece espaço para gravar a hora de comer massas e uso da pata, semelhante aos dados incluídos neste estudo. Incluímos também áreas para gravar detalhes adicionais de uso pata durante uma sessão de comer massas, tais como a posição da pata.
Representative Results
Recomendamos que os animais sejam testados regularmente durante todo o experimento em um experimento de medidas do tipo repetido para análise melhorada e analisar melhoria ao longo do tempo.
Membro Anterior Teste Passo alternância
Este teste foi desenvolvido para determinar a capacidade de um animal para alternar o uso de seus membros anteriores. Utilizando o teste de passo-a alternância dos membros anteriores, apenas 50% dos animais foi capaz de alternar a utilização das suas patas dianteiras após CsCl 19 em 12-16 semanas após a lesão (Figura 1A). Em seguida, introduzido um atraso (5 segundos), mantendo a estacionário animais após o primeiro passo antes de se mudar o animal para a frente para a segunda etapa. Apenas 50% dos animais que foram alternadas a utilização dos seus membros (25% do grupo lesionado total) foram capazes de alternar após 5 segundos (Figura 1B). Nós correlacionado estes resultados com estudos anatômicos e análise revelou que os alternadores têm significantly maior área de poupados trato corticoespinhal [F (1,1) = 5,56, p <0,05] e na coluna dorsal [F (1,1) = 19,2, p <0,003], no lado contralesional 19. Estes dados indicam que o ensaio de alternância passo membro anterior pode prever a gravidade da lesão bem como unilateralidade das lesões. Este teste pode resultar em dados categórica nominal que devem ser analisados com uma análise de medidas repetidas. Neste exemplo, que não era uma medida repetida, foi utilizado um tempo de ponto para ilustrar a diferença entre os grupos. Cada animal irá ser categorizada como uma "alternador" ou um "não-alternador", que separa os animais em dois grupos de lesões moderadas (vs severa, respectivamente).
Teste Instabilidade Postural
As lesões unilaterais da medula espinal pode causar alterações não só para o membro danificado e / ou afectadas, mas também para o membro não-auditivos. O teste de instabilidade postural (PIT) foi previamente described e usado em animais com um modelo de roedor da doença de Parkinson e 18, em um modelo de roedor de CsCl 19. Usamos PIT após CSCI e descobriu que houve um efeito significativo do status lesão [F (1,1) = 8,17, p <0,01]. Além disso, o deslocamento membro anterior (distância de recuperar o centro de gravidade) foi significativamente maior no lado ipsilesional (membro anterior direito) de animais feridos em comparação com animais com cirurgia fictícia (6,00 ± 0,24 cm contra 8,00 ± 0,10 cm, p <0,0001; Figura 2 ). A distância de deslocamento no membro anterior contralesional foi significativamente menor nos animais lesados em relação aos animais sham-operados (6,00 ± 0,25 cm para fraude contra 4,00 ± 0,10 cm para CSCI, p <0,0001), Figura 2. Este resultado indica que forelimb contralesional também resultou em mudanças devido a lesão para o lado oposto (ou seja, alterações no ajuste postural pelos foreli contralesionalmb para recuperar centro de gravidade). Os dados deste teste será quantitativa e devem ser analisados por meio de uma série de medidas repetidas ANOVA para examinar mudanças nos grupos em todo o experimento.
Teste Pasta Manipulação
Manipulação de massas foi projetado para testar o uso hábil das patas dianteiras, enquanto se come um pedaço de massa seca. Um teste semelhante foi usado anteriormente para detectar deficiências na utilização hábil dos membros anteriores em modelos animais de acidente vascular cerebral unilateral e doença de Parkinson e de 20,21 após CsCl 19. Em intervalos de tempo após a lesão crônica (12 semanas pós-lesão), todos os animais sham comeu macarrão com ambas as patas durante o período de teste. No grupo lesionado, verificou-se que o tempo total para comer um pedaço de massa é semelhante ao do grupo de controlo (Figura 3). No entanto, mais alternadores (lesão mais branda; 10 de 15) foram capazes de usar seu membro anterior ipsilesional comparação aos não-alternadores (grupo gravemente ferido; 1 de 7; 
Avaliação Figura 1. Crônica da função membro anterior utilizando o teste passo a alternância membro anterior revelou dois grupos diferentes de animais com a gravidade da lesão diferente. Animais mostraram uma diferença no comportamento durante o avanço pisar usando as duas patas. Apenas 50% dos animais lesionados alternava patas ao pisar (alternadores; 5 de 10 ratos lesionados), enquanto as demais apresentaram uma falta de passo a alternância de dar dois passos contralesional em uma fileira (não-alternadores; 5 de 10 lesionada ratos). Mais animais apresentaram esta tendência a tomar várias etapas contralesional se a 5 segundos de atraso foi introduzido entre steps (8 em cada 10 ratos lesionados). 
.. Figura 2 crónica membro anterior avaliação comportamental através do teste de instabilidade postural (PIT) Tal como esperado, o membro anterior ipsilesional em animais com lesão da medula espinhal cervical (CsCl) teve distância de deslocamento significativamente maior do que os animais com cirurgia simulada (6 centímetros versus 8 cm, * p <0,0001). Além disso, a distância de deslocamento do membro anterior contralesional foi significativamente menor nos animais lesionados comparado com animais operados simulados (6 cm contra quatro centímetros, * p <0,0001). Isto pode sugerir função melhorada do membro contralesional durante PIT em animais com lesões. 
Discussion
Cervical lesão medular (CSCI) pode resultar em lesões que alteram devastadores e de vida em pacientes. Há um certo número de modelos de lesão da medula espinal cervical desenvolvidas em roedores, que são usados para estudar a plasticidade dos substratos neurais e agentes terapêuticos. Desenvolver sensível, eficaz, reprodutível e fácil de usar testes comportamentais para avaliar os déficits funcionais e recuperação após CSCI é uma meta importante. Aqui, descrevemos em detalhes o uso de três desses testes comportamentais: alternância membro, instabilidade postural e manipulação de massas.
Lesão da medula espinal em roedores, como na população humana, é uma lesão heterogénea. Uma lesão muito semelhante pode induzir uma variedade de défices comportamentais. Portanto, é importante para determinar a gravidade das lesões em animais lesionados. Descobrimos que a tarefa alternância membro é uma maneira muito eficaz de determinar se o lado contralesional está danificado depois de uma lesão unilateral (hemissecção ou contTipo usion ferimento) para a medula espinhal cervical 19. Dados do nosso grupo mostraram que a utilização de esta tarefa de alternação membro pode determinar a gravidade da lesão na primeira semana após a lesão. Além disso, os animais mais gravemente feridos (não-alternadores) tinha um perfil de recuperação significativamente diferente quando comparada com os alternadores (utilizando a escala motora dos membros anteriores). Portanto, a tarefa de alternação membro é extremamente útil agrupando os ratos lesionados em alternadores e não-alternadores, particularmente se o estudo inclui o tratamento crónico para garantir que há uma distribuição igual da gravidade da lesão de cada grupo de tratamento.
Recomenda-se que o teste de membro anterior-alternância ser utilizado em combinação com outras tarefas que podem examinar o uso de membros posteriores dos animais (tais como a escala de membro anterior locomotora ou o teste de preferência pata cilindro). Ao administrar este teste, é imperativo que o experimentador realizar o ensaio, o mesmo número de vezescom cada mão (por exemplo, duas vezes com a mão esquerda e duas vezes com a direita) para minimizar o efeito da posição da mão experimentador sobre o comportamento dos ratos. Este teste só é eficaz se o animal está relaxado nas mãos do experimentador, as 2-3 semanas de manipulação sugeridas devem pagar relaxamento. Além disso, uma vez que o animal está relaxado, o experimentador deve segurar o animal em cerca de 90 ° em uma posição de carrinho de mão para evitar a variação dentro do animal.
O teste-membro anterior alternância também pode oferecer subsídios para conexões neurais cross-espinhal quando os animais são incapazes de entrar individualmente com uma pata, mas são capazes de executar uma tarefa de alternância. Para locomoção quadrúpedes normal em animais tais como ratos, várias regiões do cérebro, bem como geradores de padrão centrais locais (CPGs) ao longo do comprimento da espinal-medula estão envolvidos. Especificamente para a pata dianteira movimento rítmico, os segmentos da coluna vertebral cervical, C3-C6 são considerados importantes 22. Anteriormente, descridiferenças anatômicas entre alternadores cama e não alternadores em animais lesados (um hemissecção lateral na C3/C4 foi realizada) e encontraram mais danos à coluna dorsal contralesional e trato corticoespinhal em animais não alternando 18. Pensa-se que para o movimento dos membros anteriores, gerador de padrão rítmico está presente em cada nível do segmento hemi cervical e que as conexões inibidoras cross-medula são responsáveis pela alternância 23. Nossos achados anatômicos anteriores também implica que os danos para o lado contralesional da medula espinhal podem causar perturbações à saída do motor rítmico (como alternância), enquanto que se o contralesional da medula espinhal é mais intacto, as saídas motoras rítmicas são mais propensos a funcionar normalmente. Não observamos danos significativos para qualquer porção ventral medial contralesional dos cabos e, portanto, que a análise não foi realizada.
O teste de instabilidade postural descrito aqui é uma versão teste útil y porque ele pode detectar alterações em ambos os membros anteriores (ipsi-e contralesional) causada por uma lesão unilateral. É importante notar que este teste deve ser administrada apenas quando o animal está relaxado nas mãos do experimentador. Em nossa experiência, isso pode levar manejo diário dos animais para 2-3 semanas. Uma vez que o experimentador e o animal é confortável, este teste é muito sensível e pode ser utilizado para obter os dados de deslocamento altamente consistentes para cada membro anterior. Se o animal é tensa, o experimentador pode segurar cuidadosamente o animal e movê-los para cima e para baixo, de fora para cima da mesa até que o animal é confortável e entende que a mesa é um local seguro. Uma vez que o animal é relaxada, é importante para manter os animais em condições carrinho de mão em cerca de 90 ° para obter resultados consistentes. Este teste é fácil de administrar e fornece uma visão para além de outros testes comportamentais, fornecendo informações sobre a compensação e déficit com uma tarefa simples.
t "> Ratos prontamente comer massas secas após o treino na frente da câmera. Portanto, a manipulação de massas é um teste relativamente fácil de administrar. Neste estudo, nós estávamos gravando e usando dados de uso do membro (esquerda, direita ou ambos) e tempo para comer massas só. Uma análise mais detalhada, incluindo ajustes pata durante comer massas tem sido descrita anteriormente em animais com lesões, como lesões isquêmicas unilaterais e unilateral do estriado 20,21,24 depleção de dopamina. Portanto, é possível desenvolver e usar um mais . análise de sensibilidade do teste comer macarrão após CSCI Foram incluídos posição pata na folha de pontuação, pois isso pode revelar lateralidade ou habilidade com cada mão Além disso, estamos observando a aderência de cada pata;. alguns animais descansar sua pata em um dos lados a massa, usando, possivelmente, como um suporte, em vez de agarrar a massa durante a alimentação. Se os animais são hesitantes em comer massa, uma etapa de privação de alimento pode ser introduzido para o protocolo, antes do teste.Disclosures
Não há conflitos de interesse declarados.
Acknowledgments
Nós gostaríamos de agradecer o financiamento da Missão Connect, um projeto de Fundação TIRR (CES e ZZK), a Fundação Neilsen Craig (CES) e NSF graduação Bolsa de Investigação (Grant #: 2011112479 para SAG).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sand paper | 3M | 5097 | 3M Gold Fre-Cut Sandpaper was used. Any 220-grit sandpaper would work well |
| Dry Pasta | Skinner | Skinner Thin Spaghetti was used. It is available at Walmart |
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