Kemirgenlerde Hareketsizliğe Bağlı Yürüyüş Değişikliğinin Kapsamlı Anlaşılması

Fiziksel aktivite eksikliği veya kullanılmaması, kas atrofisi ve kemik kaybı¹ ve tüm vücut dekondisyonunun^{bozulması gibi} lokomotor efektörlerin bozulmasına yol açar 2. Dahası, son zamanlarda hareketsizliğin sadece kas-iskelet sistemi bileşenlerinin yapısal yönlerini değil, aynı zamanda hareketin niteliksel yönlerini de etkilediği fark edilmiştir. Örneğin, simüle edilmiş bir mikro yerçekimi ortamına maruz kalan sıçanların uzuv pozisyonları, müdahalenin^sona ermesinden 1 ay sonra bile bozulmamış hayvanlarınkinden farklıydı ^3,4. Bununla birlikte, hareketsizliğin neden olduğu hareket açıkları hakkında çok az şey bildirilmiştir. Ayrıca, bozulmaların kapsamlı hareket özellikleri tam olarak belirlenememiştir.

Mevcut protokol, arka bacak boşaltmaya maruz kalan sıçanlarda kullanılmama yoluyla uyandırılan yürüme hareketi açıklarına atıfta bulunarak hareket değişikliklerini görselleştirmek için kinematik değerlendirmenin uygulanmasını göstermektedir ve tartışmaktadır.

Simüle edilmiş bir mikro yerçekimi ortamından sonra yürürken uzuvların hiperekstansiyonunun hem insanlarda⁵ hem de hayvanlarda 4,6,7,8 gözlendiği gösterilmiştir. Bu nedenle, evrensellik için, bu çalışmada genel parametrelere odaklandık: diz ve ayak bileği eklemlerinin açıları ve metatarsofangeal eklem ile kalça arasındaki dikey mesafe (kabaca kalçanın yüksekliğine eşdeğer) duruş fazının orta noktasında (orta duruş). Ayrıca, tartışmada video kinematik değerlendirmenin potansiyel uygulamaları önerilmektedir.

Bir dizi kinematik analiz, nöral kontrolün fonksiyonel yönlerini değerlendirmek için etkili bir önlem olabilir. Bununla birlikte, hareket analizleri ayak izi gözleminden veya çekilen video 9,10'daki basit ölçümlerden çoklu kamera sistemlerine ^11,12'ye kadar geliştirilmiş olmasına rağmen^, evrensel yöntemler ve parametreler henüz belirlenmemiştir. Bu çalışmadaki yöntem, bu eklem hareket analizini kapsamlı parametrelerle sağlamayı amaçlamaktadır.

Önceki çalışmada¹³, kapsamlı video analizi kullanarak sinir lezyonu modeli sıçanlarındaki yürüyüş değişikliklerini göstermeye çalıştık. Bununla birlikte, genel olarak, hareket analizlerinin potansiyel sonuçları genellikle analiz çerçevelerinde sağlanan önceden belirlenmiş değişkenlerle sınırlıdır. Bu nedenle, bu çalışma, geniş çapta uygulanabilir olan kullanıcı tanımlı parametrelerin nasıl dahil edileceğini daha ayrıntılı olarak açıklamıştır. Video analizleri kullanan kinematik değerlendirmeler, uygun parametreler uygulanırsa daha fazla yararlı olabilir.

Bu çalışma, Kyoto Üniversitesi Hayvan Deney Komitesi (Med Kyo 14033) tarafından onaylanmış ve Ulusal Sağlık Enstitüsü kılavuzlarına (Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu, 8. Baskı) uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada 7 haftalık erkek Wistar sıçanları kullanılmıştır. Prosedürlerin sırasını temsil eden bir şema Ek Dosya 1'de verilmiştir.

1. Sıçanları koşu bandı yürüyüşü ile tanıştırmak

NOT: Prosedürle ilgili ayrıntılar için lütfen daha önce yayınlanmış olan^{rapor 13'e} bakın.

1. Sıçanı kemirgenler için tasarlanmış bir koşu bandına yerleştirin (bkz. İlk seansta, hayvanın çevreye alışması için koşu bandını keşfetmesine izin verin.
   NOT: Bu işlem yaklaşık 5 dakika sürer.
2. Kemerin hızını kademeli olarak istenen seviyeye (20 cm / s) yükseltin ve sıçanı yürüyün. Gerekirse koşu bandının sonunda bir elektrik çarpması kullanın¹⁴.
   NOT: Bir yürüyüş seansı yaklaşık 10-20 dakika sürer.
3. Bu işlemi 1 hafta boyunca her gün tekrarlayın veya gerekirse daha sık tekrarlayın^15,16,17.
   NOT: Alışma dönemini 2. adımdan 1 hafta önce başlatın.
4. Sıçanları gruplar halinde kafeslerde (her kafeste 2-3 sıçan) 12 saatlik bir açık-karanlık döngüsü ile tutun. Yiyecek ve su ad libitum sağlayın.

2. Sıçanlara arka bacak boşaltma uygulaması ve eklem belirteçlerinin kurulması

NOT: Önceki raporlarda açıklandığı gibi kuyruğa tutturulmuş iplik ve yapışkan bant kullanarak sıçanın arka bacaklarını yükseltin^18,19,20. Kuyruk derisinin kaymasını önlemek için ipliğin ve bandın kuyruğun tabanına tutturulduğundan emin olun. Hayvanları iyice izleyin ve gerekirse bandın boşaltma yüksekliğini veya sızdırmazlığını ayarlayın.

1. Anestezik bir maske ile% 2-5 izofluran inhalasyonu altında, sıçanın kuyruğunun proksimal kısmının etrafına 30 cm uzunluğunda bir yapışkan bant şeridinin ilk yarısını sarın.
2. 1 m uzunluğundaki pamuk ipliği (pamuklu mutfak sicimi, yaklaşık 1 mm çapında) ikiye katlayın. Katlanmış 50 cm orta noktaya bir düğüm bağlayarak bir ilmek yapın. Düğüm, 10 cm'lik bir çevre halkası bırakmak için uçtan yaklaşık 5 cm uzakta olmalıdır.
3. Bandı sabitlemek için yapışkan bandın kalan 15 cm'sinin iplik döngüsünden bir kez geçmesine izin verin. Kalan bandı kuyruğun distal kısmının etrafına sarın.
4. İpliğin diğer ucunu kafesin baş üstü platformuna sabitleyin. Hayvanları, arka bacaklarını kuyruklarıyla yükseltecek kadar yüksek bir kafeste tutun. Boşaltma dışında, yiyecek, su ve yer yatakları gibi Ctrl grubu için olanlarla aynı ortamı sağlayın.
5. Aşağıdaki adımları izleyerek bağlantı işaretleyicilerini ve yazılımı ayarlayın (bkz. Malzeme Tablosu).
   NOT: Bu adımla ilgili ayrıntılar için lütfen Wang ve ^ark.13'e bakınız.
   1. % 2-5 izofluran inhalasyonu altında, kemikli yer işaretlerine karşılık gelen tıraşlı cilde renkli yarı küresel belirteçler (3 mm çapında) takın. Çok derin anesteziyi önlemek için izofluran seviyesini mümkün olduğunca düşük tutun.
   2. Yer işaretlerinin anterior superior iliak omurga (ASIS), trokanter majör (kalça eklemi), diz eklemi (diz), lateral malleolus (ayak bileği) ve beşinci metatarsofalangeal eklem (MTP)²¹ olduğundan emin olun.
      NOT: Ayak parmağının açısı gerekiyorsa ayak parmağının ucunu boyayın. Yağ bazlı boya kalemi kullanın (bkz. Sıvı form daha hızlı kuruduğundan yapıştırıcı için sıvı yapıştırıcı tercih edilir.

3. Çekilen videoları kullanarak işaretleyici izleme

1. MotionRecorder uygulamasını açın (bkz. Malzeme Tablosu) ve koşu bandını açın. Sıçanı koşu bandı kemerine yerleştirin.
   NOT: Video çekimi için dört kamera (bkz. Malzeme Tablosu) koşu bandının uzun kenarları boyunca yerleştirilmiştir: her bir kenarda, koşu bandı kemer alanının merkezine bakan, yaklaşık 50 cm x 50 cm aralıklarla iki kamera.
2. Kayış hızını 20 cm/sn'ye kadar artırın. Sıçan istenen hızda normal bir şekilde yürümeye başladığında, video çekimini başlatmak için Kayıt simgesine tıklayın. Yeterli adım (art arda 5 adım, tercihen 10 adım) elde edildikten sonra, Kayıt simgesine tekrar tıklayarak yakalamayı durdurun.
   NOT: Tek bir deneyde birden fazla hayvanla ilgili verileri yakalayın. Her sıçan için beş defaya kadar deneyin. Bir sıçan yürümezse, farklı bir tane yakalayın ve ilkini daha sonra deneyin. Kameranın çekim hızı 120 kare/sn.
3. 3DCalculator uygulamasını (bkz. Malzeme Tablosu) ve analiz edilecek video dosyasını açın.
4. Üstteki yatay kaydırma çubuğunu yeterli sayıda ardışık adım içerecek şekilde ayarlayarak videoyu kırpın. Yakalanan görüntü, sarı kaydırma çubuğunun uç ucu simgelerini sürükleyerek değişir.
5. İşaretçileri yakalamak için, çubuk resim modelindeki işaretçi göstergelerine tıklayıp, bunları çekilen videodaki ilgili işaretçiye sürükleyerek ve düğmeyi serbest bırakarak işaretçi göstergelerini seçin. Bu işlem, işaretleyicinin rengini çubuk resimdeki işaretleyici göstergesine ayırır. İzlenecek her işaretleyici için bu işlemi tekrarlayın.
6. Otomatik izleme simgesine tıklayın. Sistem işaretçileri doğru bir şekilde izlemezse veya izleme işlemi işaretçi kaybı nedeniyle durursa, manuel moda geçin.
   NOT: Bu otomatik işlem, işaretçiler kaçırılmadıkça durmaz. Duraklamalar her birkaç kareden daha sık gerçekleşiyorsa, kayıp işaretçileri yeniden konumlandırmayı düşünün.
7. Manuel mod gerekiyorsa, geçiş yapmak için Manuel simgesine tıklayın. Çubuk resmindeki eksik işaretçi göstergesini ve videodaki ilgili işaretçiyi tıklatın. Video, manuel modda her tıklama için bir kare ile devam eder.
   NOT: İşaretçileri izleyenlerin (dijitalleştirenlerin) yorulmasını önlemek için otomatik tıklamayı etkinleştiren ücretsiz olarak kullanılabilen uygulamaları kullanın (bkz.

4. İstenilen parametrelerin hesaplanması

1. KineAnalyzer uygulamasını açın (bkz. Malzeme Tablosu) ve dosyayı yükleyin.
2. İşaretçi Kalıplarını Görüntüle > Düzenle menüsüne gidin. "İşaretçi ana düzenlemesi" penceresini açar.
   NOT: Yakalanan işaretçiler etiketlenene kadar basit sayılara sahiptir.
3. İşaretçi sekmesinde istediğiniz etikete (yer işareti) tıklayın, ardından istediğiniz renge tıklayın. Bu işlem, her işaretçiyi belirli bir yer işaretine ayarlar.
4. Bağlantı sekmesine gidin. Ardışık olarak iki işaretçiye tıklayarak çizgiler oluşturun. Bu işlem, etiketli işaretleyiciler kullanarak her uzuva karşılık gelen çizgiler oluşturur.
5. Renk sütunundan istediğiniz rengi seçerek oluşturulan çizgilere renk atayın.
6. Açıların referans/hareketli çizgilerini ve yönlerini atayarak açıları tanımlayın. Açı sekmesine gidin. Açıyı adlandırdıktan sonra, her bir yer işaretine karşılık gelen işaretçilere tıklayarak Vektör A'yı (referans çizgisi) ve Vektör B'yi (hareketli çizgi) atayın. Ardından, açının yönünü aynı sekmedeki operate bölümünde bir değerle tanımlayın.
   NOT: Bu çalışmada esas olarak üzerinde durulan parametreler duruş fazının ortasında (orta duruş): KSt (diz açısı), ASt (ayak bileği açısı), MHD (metatarso kalça mesafesi: kalça yüksekliğine eşdeğer, bir sonraki bölüme bakınız). Diz açısı ve ayak bileği açısı sırasıyla femur ve tibia ile tibia ve beşinci metatarsal kemik arasındaki açı olarak tanımlandı. 0° açı, eklemin tamamen büküldüğü anlamına gelir.
7. Uzaklık sekmesinde, uzaklık parametresini (MHD) tanımlayın. Mesafe Ayarı bölümünde karşılık gelen iki işaretçi seçin. Normalleştirilmiş adım döngüsünün bir fonksiyonu olarak eklem yörüngeleri de mevcut olacaktır.
   NOT: Açıların/parametrelerin tanımlanması yalnızca bir kez yapılmalıdır. Parametrelerin ayarları, bu tanımlama işlemi tamamlandıktan sonra daha sonraki değerlendirmeler için kullanılabilir olacaktır.

12 hayvan rastgele iki gruptan birine atandı: boşaltma grubu (UL, n = 6) veya kontrol grubu (Ctrl, n = 6). UL grubu için, hayvanların arka bacakları kuyruk tarafından 2 hafta boyunca boşaltılırken (UL periyodu), Ctrl grubu hayvanlar serbest bırakıldı. Boşaltmadan 2 hafta sonra, UL grubu Ctrl grubuna kıyasla farklı bir yürüyüş paterni gösterdi. Şekil 1, temsili deneklerin normalleştirilmiş ortak yörüngelerini göstermektedir. Duruş aşamasında, UL grubu diz ve ayak bileğinde "ayak bileği için plantarfleksiyon) Ctrl grubundan daha fazla uzantı sergiledi3,16. Bu çalışmanın amacı, bu hareket bozulmalarının kapsamlı özelliklerini belirlemektir. Bu genel sonuçlardan nicel ölçümleri aydınlatmak için, yukarıda belirtildiği gibi üç parametre uygulanmıştır: KSt, orta duruşta diz açısı; ASt, ayak bileği açısı; MHD, metatarso kalça mesafesi (beşinci metatarsofalangeal eklem ile kalça eklemi arasındaki dikey mesafe), kalça ekleminin orta duruştaki yüksekliğine neredeyse eşdeğerdir.

2 haftada (boşaltmadan 2 hafta sonra), UL grubunun hem KSt hem de ASt'si Ctrl grubununkinden anlamlı derecede daha büyüktü (Şekil 2A,B, eşlenmemiş t-testi: p < 0.01). Ek olarak, MHD UL grubunda oldukça yüksekti (Şekil 3, eşlenmemiş t-testi: p < 0.01). Orta duruş sırasındaki pençe pozisyonu Ek Şekil 1'de gösterilmiştir.

Boşaltma yoluyla daha az aktivite nöral değişikliklere neden olabilir22,23,24,25. Bu değişiklikler lokomotor sistem 3,4'ün fonksiyonel özelliklerinde ve kas-iskelet sistemi özelliklerinde bozulmaya neden olabilir. Yukarıda açıklanan parametrelerdeki önemli değişiklikler bu nöral değişikliklere bağlanabilir.

Şekil 1: Temsili deneklerin normalleştirilmiş ortak yörüngeleri. Ordinat, diyagramdaki yörüngeler yaklaşık olarak merkezde görünecek şekilde ayarlanır. (A) Boşaltma grubundaki diz ve (B) ayak bileği eklemleri, duruş aşamasında kontrol grubundan daha fazla ekstansiyon (ayak bileği için plantar fleksiyon) sergiledi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Resim 2: Diz ve ayak bileğinin orta duruştaki eklem açıları. Boşaltma grubu, hem (A) KSt (diz) hem de (B) Ast'ta (ayak bileği) kontrol grubundan anlamlı derecede daha büyük açılar gösterdi (eşlenmemiş t-testi: p <

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.