Análise cinemática da marcha no plano sagital produz informações altamente precisas sobre como o movimento é executado. Descrevemos a aplicação destas técnicas para identificar déficits da marcha de ratos submetidos a desmielinização mediada por doença auto-imune. Esses métodos também podem ser usados para caracterizar os déficits da marcha para outros modelos de rato com locomoção prejudicada.
Análise cinemática da marcha no plano sagital frequentemente tem sido usado para caracterizar o déficit motor em esclerose múltipla (MS). Descrevemos a aplicação destas técnicas para identificar déficits da marcha em um modelo do rato do MS, conhecido como encefalomielite auto-imune experimental (EAE). Défices de paralisia e motor em ratos submetidos a EAE normalmente são avaliados usando uma escala de Pontuação clínica. No entanto, esta escala produz somente dados ordinais que fornece pouca informação acerca da natureza exacta dos défices motor. Severidade da doença EAE também tenha sido avaliada por desempenho rotarod, que fornece uma medida de coordenação motora geral. Por outro lado, análise cinemática da marcha do membro posterior no plano sagital gera informações altamente precisas sobre como o movimento é prejudicado. Para executar este procedimento, marcadores reflexivos são colocados em um membro posterior para detectar movimento comum, enquanto que um rato está caminhando em uma esteira. Software de análise de movimento é usado para medir o movimento dos marcadores durante a caminhada. Parâmetros cinemáticos da marcha em seguida são derivados de dados resultantes. Mostramos como esses parâmetros da marcha podem ser usados para quantificar movimentos prejudicados das articulações do tornozelo, joelho e quadril na EAE. Estas técnicas podem ser usadas para melhor compreender os mecanismos da doença e identificar potenciais tratamentos para MS e outras doenças neurodegenerativas que afectar a mobilidade.
Marcha é uma série de movimentos repetitivos dos membros utilizados para alcançar a locomoção. Marcha é composta por ciclos de passo, que são divididos em duas fases: a fase de postura, que é quando o pé está se movendo para trás no chão para impulsionar o corpo para a frente; e a fase de balanço, onde o pé está fora o chão e se movendo para a frente. Distúrbios da marcha são características da marca registrada de muitas doenças neurodegenerativas, tais como a lesão da medula espinhal (SCI), esclerose múltipla (em), esclerose lateral amiotrófica (ela), doença de Parkinson (PD) e acidente vascular cerebral; modelos pré-clínicos de roedores destes transtornos frequentemente recapitular sua marcha respectivas imparidades1. Os mecanismos de controle básico de locomoção em camundongos têm sido intensamente estudados2,3. Além disso, existem modelos de rato de muitos distúrbios neurológicos humana4. Análise de marcha em ratos é, portanto, uma abordagem atraente para medir vários aspectos dos défices de motor que tem conhecido correlações anatômicas. O estudo da marcha em modelos do rato pode fornecer insights sobre as bases neuropatológicas dos défices locomotoras em doenças neurodegenerativas e possibilitam a identificação de potenciais tratamentos.
Algumas técnicas que foram usadas para medir a marcha em roedores incluem inspeção visual (por exemplo, o Basso rato escala5 e teste de campo aberto6) e análise da marcha da ventral avião7. Mais recentemente, métodos para medir sagital cinemática dos movimentos do membro posterior ganharam popularidade, porque eles fornecem mais informações sobre a execução do movimento e, consequentemente, são mais sensíveis às mudanças sutis em marcha8, 9 , 10 , 11. cinemáticas técnicas desenvolvidas para estudar o movimento do membro posterior no plano sagital durante a caminhada em uma esteira,9,12 têm sido muito estudadas no contexto da SCI, ALS, lesões traumáticas corticais, acidente vascular cerebral, e A doença de Huntington8,9,10,11,13,14,15,16. Em contraste, estas técnicas têm visto o uso limitado no estudo do aparelho locomotoras défices para modelos de rato de esclerose múltipla17.
Encefalomielite auto-imune experimental (EAE) é o modelo do MS18rato mais comumente usados. Os dois principais métodos de induzir EAE é através de inoculação de ativa ou passiva. Em EAE ativo, os ratos são imunizados com antígenos da mielina, causando neuroinflammation de mediada por células T auto-reativas e desmielinização na medula espinhal e cerebelo. EAE passiva, por outro lado, é induzida pela transferência de células auto-reativas T de um mouse com EAE ativo para um ingênuo rato19. Conforme descrito em outro lugar, o curso da doença e neuropatologia são influenciados por antígenos do sistema nervoso central (SNC) e rato Coe20,21,22,23,24 ,25. Em experimentos EAE, controle de ratos são injetados com completa adjutor de Freund (CFA) sem o antígeno de mielina. EAE é caracterizada pela crescente paralisia que começa com fraqueza de cauda e potencialmente pode envolver os membros dianteiros, resultando em ataxia e paralisia20. Nós recentemente têm caracterizado as mudanças de marcha em camundongos C57Bl/6 sujeitados a glicoproteína de mielina oligodendrocyte 35-55 (MOG35-55)-induzido EAE. Estes estudos mostraram-se análise de marcha ser superior do que a clássica análise comportamental porque desvios do movimento normal do tornozelo são altamente correlacionados com o grau de perda de substância branca na medula espinhal lombar de EAE ratos26. Por outro lado, a força da correlação entre perda de substância branca e duas outras medidas comportamentais tradicionais (marcando clínicos e rotarod) foi muito mais fraco26.
Descrevemos aqui a utilização da análise cinemática da marcha para detectar déficits de movimento no plano sagital de ratos EAE andando em uma esteira. Cinco marcadores reflexivos foram colocados em um membro posterior para identificar o movimento de quadril, joelho e articulações do tornozelo em gravações de vídeo de alta velocidade. Software de análise de movimento foi usado para extrair dados cinemáticos sobre excursões conjuntas. A utilidade destas técnicas para quantificar os défices de movimento para o modelo de35-55 MOG da EAE são discutidos. Essas técnicas também são aplicáveis para o estudo de déficits da marcha em outros modelos de rato de doenças neurodegenerativas.
Em camundongos com EAE, os dois métodos mais comuns de medir o déficit motor estão marcando clínicos em cair a latência de um rotarod27,28. Estas técnicas têm várias limitações. Apesar de conveniente e amplamente utilizado, marcando clínica é limitada pela rendendo apenas ordinais dados nível, significando que a magnitude das diferenças entre os escores clínicos não são conhecidos. Clínica de Pontuação também sofre de ser incapaz de fornecer …
The authors have nothing to disclose.
Nós gostaríamos de reconhecer Sid Chedrawe para sua assistência técnica com as filmagens. Este trabalho foi financiado por fundos da MS Society do Canadá (EGID 2983).
Camera | Nikon | Nikon D750 | Used to film the video |
Reflective tape | B&L Engineering | MKR-Tape-2 | |
Fine scissors | Fine Science Tools | 15023-10 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
Glue gun | Craftsmart | E231647 | |
scalpel handle #4 | Roboz | R5-9884 | |
Scalpel Blade No.10 | Feather | 2020-12 | |
C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | ||
Anesthetic machine | EZ Anesthesia | EZ-AF9000 Auto Flow System | |
Recirculating water heating blanket | Androit | HTP-1500 | |
topical eye lubricant | Refresh | DIN00210889 | |
Shaver | Oster | 78997-010 | |
High speed camera | Fastec | Fastec IL3-100 | |
High power light | Smith Victor Corporation | Model 700 SG (600 Watt quartz light, 120 Volts) | |
Light Stand | Promaster | LS1 | |
Treadmill | Custom built at the Zoological Institute, University of Cologne | ||
Microsoft Excel 2016 | Microsoft | Version 2016 | |
KinemaJ | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with ImageJ | |
KinemaR | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with Rstudio | |
Vicon Motus | Vicon Motus | Version 9.00 | |
GraphPad Prism | GraphPad | Version 6.00 |