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O Ladder Rung Walking Tarefa: um sistema de pontuação e sua aplicação prática.

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Summary

O degrau da escada a pé tarefa é um novo teste para avaliar a pé qualificados e medir tanto forelimb e hindlimb colocação, pisando, e inter-membro da coordenação.

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Metz, G. A., Whishaw, I. Q. The Ladder Rung Walking Task: A Scoring System and its Practical Application.. J. Vis. Exp. (28), e1204, doi:10.3791/1204 (2009).

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Abstract

Progresso no desenvolvimento de modelos animais para / acidente vascular cerebral, lesão medular e outras doenças neurodegenerativas requer testes de alta sensibilidade para elaborar aspectos distintos da função motora e até mesmo para determinar a perda sutil da capacidade de movimento. Para melhorar a eficácia e resolução de testes, os testes devem permitir que medidas qualitativas e quantitativas da função motora e ser sensíveis a mudanças no desempenho durante os períodos de recuperação. O presente estudo descreve uma nova tarefa para avaliar a pé qualificados no rato para medir ambos os membros anteriores e função dos membros posteriores, ao mesmo tempo. Animais são obrigados a caminhar ao longo de uma escada horizontal em que o espaçamento dos degraus é variável e é periodicamente alterada. Alterações no espaçamento degrau evitar que os animais de aprender a localização absoluta e relativa dos degraus e assim minimizar a capacidade dos animais para compensar deficiências através da aprendizagem. Além disso, alterar o espaçamento entre os degraus permite que o teste para ser usado repetidas vezes em estudos de longo prazo. Métodos são descritos para a descrição quantitativa e qualitativa do desempenho do frente-e hindlimb, incluindo membros colocação, pisar, coordenação. Além disso, o uso de estratégias compensatórias é indicada por erros ou passos de compensação em resposta a outro membro do extravio.

Protocol

Degrau da escada a pé aparelho de teste

O degrau da escada horizontal andando aparelho de teste consistiu de paredes laterais feitas de Plexiglas clara e degraus de metal (3 mm de diâmetro), que pode ser inserido para criar um piso com uma distância mínima de 1 cm entre os degraus (ver Fig. 1;. Metz e Whishaw , 2003). As paredes laterais foram 1 m de comprimento e 19 cm de altura medidos a partir da altura dos degraus. A escada foi elevada 30 centímetros acima do solo com uma gaiola de partida em neutro e um refúgio (gaiola) no final. Porque os animais foram habituados durante o treinamento, a elevação do aparelho era improvável que cause ansiedade. A largura da pista foi ajustado para o tamanho do animal, de modo que foi cerca de 1 cm mais largo que um animal para evitar que o animal de se virar.

A dificuldade da tarefa foi modificada pela variação da posição dos degraus de metal. Um padrão regular dos degraus permitidos os animais para aprender sobre o padrão de várias sessões de formação e de antecipar a posição dos degraus (Fig. 1, Padrão A). Um padrão irregular que foi mudado de julgamento a julgamento impediu o animal de aprendizagem o padrão (Fig. 1, Padrão B). Para o regime regular, os degraus foram espaçadas em intervalos de 2 cm. Para o padrão irregular, a distância dos degraus variados sistematicamente 1-5 cm. Cinco modelos de padrões de degrau irregular foram utilizadas, de modo que os mesmos padrões foram aplicados a todos os animais para padronizar a dificuldade do teste e melhorar a comparabilidade dos resultados (ver resultados).

Gravação em vídeo

Uma câmera (Canovision, Canon Inc.) foi posicionado em um ângulo ventral, para cargos de todos os quatro membros podem ser gravadas simultaneamente. A velocidade do obturador foi fixado em 500 - 2000 s. O gravações de vídeo foram analisados ​​usando-frame por frame-análise de 30 m / seg.

Treinamento comportamental e análise do teste

Os animais foram treinados para atravessar a escada de uma gaiola neutro para alcançar sua gaiola em casa, assim que a gaiola com os irmãos desde que o reforço positivo para caminhar. Todos os animais atravessaram a escada na mesma direção. Sem novo reforço foi dado para motivar os animais para cruzar a escada. Todos os animais foram treinados e testados cinco vezes por sessão.

Pontuação culpa pé

A avaliação qualitativa da colocação forelimb e hindlimb foi realizada utilizando um sistema de pontuação pé culpa, conforme descrito anteriormente (Metz e Whishaw, 2003). Análise foi feita por inspeção das gravações de vídeo quadro a quadro. Apenas etapas consecutivas de cada membro foram analisados. Portanto, o último passo antes de uma interrupção de marcha, como uma parada ou uma falha do pé, eo primeiro passo depois de uma interrupção não foram marcados. O ciclo de pisar última realizada no final da escada também foi excluído do gol. Colocação do membro foi marcado em termos de posicionamento do membro em uma protrusão degrau e membro entre os degraus, quando uma falta ocorreu.

Os tipos de pé ou pata colocação nos degraus foram avaliados utilizando uma escala de 7-categoria (ver fig. 2). Pé ou pata colocação no degrau foi classificado de acordo com sua posição e erros que ocorreram na precisão de posicionamento.

(0) Total de miss. 0 pontos foram dadas quando o membro completamente perdido um degrau, ou seja, não tocá-lo, e uma queda ocorreu. A queda foi definido como um membro profundamente caindo no meio degraus e postura corporal e equilíbrio foram perturbados.
(1) deslizamento profundo. O membro foi inicialmente colocado em uma linha, em seguida, escorregou quando o peso-rolamento e causou uma queda.
(2) deslizamento leve. O membro foi colocado em um degrau, escorregou quando a sustentação de peso, mas não resultou em uma queda, nem interromper o ciclo da marcha. Neste caso, o animal era capaz de manter o equilíbrio e continuar uma marcha coordenada.
(3) de substituição. O membro foi colocado em um degrau, mas antes que fosse rolamento de peso foi rapidamente levantado e colocado em um outro degrau.
(4) Correção. O membro apontado para um degrau, mas foi então colocado em outro degrau, sem tocar o primeiro. Alternativamente, uma pontuação de 4 foi gravado se um membro foi colocado em um degrau e foi rapidamente reposicionado, permanecendo no mesmo degrau.
(5) colocação parcial. O membro foi colocado em uma linha com um pulso ou dígitos do membro anterior ou calcanhar ou dedos dos membros posteriores.
(6) Colocação correta. A porção média da palma da mão de um membro foi colocado no degrau, com o apoio de peso total.

Quando os erros ocorreram diferentes ao mesmo tempo, a mais baixa das pontuações foi gravado. Por exemplo, se um pé foi o primeiro colocado em um degrau e depois colocado em um outro na mesma etapa (pontuação 3), e, em seguida, escorregou e caiu no meio degraus (escore 1), uma pontuação de 1 foi gravada. When uma queda ocorreu, apenas o membro de iniciar o erro foi avaliado e nenhum dos outros membros foi marcado até que o animal havia reposicionado todos os membros. Pontuações de erro de cinco ensaios foram calculados para análise.

Análise de precisão pé colocação (número de erros)

O número de erros em cada cruzamento foi contado. Erros foram determinados com base no sistema de pontuação pé culpa. Um erro foi definida como a colocação de cada membro que recebeu uma pontuação de pontos 0, 1 ou 2, ou seja, um erro representa qualquer tipo de deslize pé ou perca total. O número de erros eo número de passos foi registrado para cada membro separadamente. A partir destes dados, o número médio de erros por passo foi calculado com uma média de cinco ensaios. O segundo parâmetro quantitativo analisado foi o tempo médio necessário para atravessar todo o comprimento da tarefa escada. Medição do tempo começou depois que o animal foi colocado na escada e começou a caminhar a todo o comprimento do mesmo. O tempo gasto em um animal uma parada não foi incluído na medição.

Forepaw pontuação dígitos

A pontuação forepaw dígito foi registrado quando a pata foi colocado corretamente com a sua porção média em uma linha (ou seja, 6 pontos no sistema de pontuação pé culpa). O grau em que os dígitos da pata dianteira poderia ser flexionado em torno de um degrau foi classificado em uma escala de três pontos (Fig. 2). A pontuação foi aplicado para a posição com o apoio de peso máximo, ou seja, o membro anterior foi posicionado verticalmente sobre um degrau. As pontuações foram dadas como segue:
(0) Dígitos fechada em um ângulo de 90 graus aproximados.
(1) Dígitos fechada em um ângulo de aproximadamente 45.
(2) dígitos completamente flexionados em torno da linha.
Dezenas de cinco etapas foram calculados e utilizados para análise.

As legendas das figuras

figura 1

Fig. 1. O degrau da escada qualificados andando aparelho de teste na visão frontolateral, com as medidas específicas do aparelho indicado. Dois padrões degrau diferentes foram utilizadas no presente estudo: Padrão A, arranjo degrau regular, Padrão B, arranjo degrau irregular. O arranjo degrau irregular variou entre ensaios consecutivos.

figura 2

Fig. 2. Fotografias Representante ilustrando as três categorias do escore de dígitos. Observe o ângulo dos dígitos em relação ao membro anterior, quando em apoio de peso total.

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Discussion

O presente estudo apresenta a escada degrau a pé tarefa como um novo teste para avaliar a pé qualificados, colocação dos membros e dos membros da coordenação. O degrau da escada a pé tarefa permite discriminação entre distúrbios sutis da função motora através da combinação de análise qualitativa e quantitativa de andar qualificados. O procedimento de análise de vídeo pode ser usado para uma conta de mais descritivo da deficiência, ea escala de classificação simples descritas neste documento revela os erros na colocação do membro e flexão dígitos ao segurar um degrau. Análises qualitativas contagem do número de erros footfall feita eo tempo necessário para atravessar o aparelho. Estas medidas permitem uma análise eficaz e válida da exatidão do posicionamento do pé e use dígitos.

Há uma série de testes de caminhada, incluindo testes de caminhada rotorod, andando feixe, ensaio do cilindro, e análise de marcha, e análise de força de reação do solo (Muir, 2005). Cada um desses testes pode ser útil para a colocação dos membros fragmento para análise comportamental. Há uma série de força para o protocolo do teste atual, no entanto. Primeiro, o teste permite caminhar espontânea para ser examinada, pois os animais não necessitam de privação de alimento ou água para a motivação. Em segundo lugar, pisando em todo o degraus requer colocação dos pés precisa e agarrar, permitindo a análise de ambos os pisar e segurar objetos. Mais importante, a presente prova constitui um desafio para a locomoção em curso, porque o espaçamento dos degraus é variada. A variação pode ser usado para caminhar desafio em curso e / ou a memória dos padrões de piso (McVea e Pearson, 2007).

A força do teste de escada degrau a pé é que ele é suficientemente desafiador para revelar sutis deficiências crônicas em ambos os membros anteriores e hindlimb uso e desmascarar deficiências que necessitam de controle do cérebro anterior. Na condição irregular degrau da tarefa, os animais não são capazes de antecipar a localização degrau e aprender um padrão de marcha específicos. Conseqüentemente, cada etapa requer um ajuste na colocação de pata, comprimento da passada, e na distribuição do peso corporal. Enquanto os animais normais são capazes de se adaptar a um padrão irregular rung dentro de algumas tentativas, essa capacidade é limitada em animais com lesão do motor do sistema. O arranjo degrau irregular também exige que os animais se adaptarem seus membros regulares de coordenação para distâncias degrau mudando. A fim de adaptar membro da coordenação, os animais têm de controlar o seu apoio de peso para corrigir rapidamente qualquer erro de posicionamento dos membros. Após uma lesão unilateral, animais parcialmente compensar erros de colocação usando os membros intactos para suportar o peso. Conseqüentemente, o teste degrau da escada pode andar medida de compensação, revelando erros de colocação dos pés do lado intacto.

O teste de degrau andar tem se mostrado sensível a déficits de movimento crônica após adulto e lesões recém-nascido para o sistema motor, incluindo modelos de ratos de acidente vascular cerebral (Emerick e Kartje, 2004; Rieck-Burchardt et al, 2004;.. Farr et al, 2006; Ploughman et al, 2007), doença de Parkinson (Metz e Whishaw, 2002;. Faraji e Metz, 2007), e lesão da medula espinhal (Z'Graggen et al, 1998;. Merkler et al, 2000).. Além disso, a escada degrau a pé tarefa detecta alterações no desempenho motor fino induzidas por variáveis ​​fisiológicas como estresse leve (Metz) e até mesmo mudanças na dieta (Smith e Metz, 2005). Além de modelos de ratos, a tarefa também é útil para estudar a pé qualificados em camundongos (Farr et al., 2006). Cuidado com este teste precisa ser usado se for grave lesão da medula espinhal são testados (Metz et al., 2000), como a tarefa degrau caminhar exige que os animais são capazes de realizar as etapas de suporte de peso.

Há evidências substanciais de que os animais com motor lesão do sistema são capazes de compensar a lesão induzida por déficits em movimentos hábeis (Whishaw et al, 1997a, b, 1998;. Miklyaeva et al, 1994;. Kleim et al, 1998;. Chu e Jones, 2000). No entanto, deficiências graves podem estar presentes. Por exemplo, animais com lesões do núcleo dopaminérgicos ou vermelho recuperar a capacidade de andar em superfícies lisas ou feixes estreitos, mas as medidas de forças de reação do solo revelam que sua deficiência é crônica (Muir e Whishaw, 1999, 2000). Porque revela até mesmo sutis déficits motores e demais ajustes compensatórios, o teste de caminhada de degrau é uma ferramenta valiosa na avaliação de perda e recuperação da função cerebral ou devido à lesão da medula espinhal, e os benefícios de abordagens de tratamento.

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Disclosures

Não temos nada para revelar.

Acknowledgements

Esta pesquisa foi suportada por concessões do Medical Research Council, as Ciências Naturais e Pesquisa de Engenharia Council of Canada e da Rede canadense Stroke. GAM também foi apoiado pela Heritage Foundation Alberta para a investigação médica.

References

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Comments

6 Comments

  1. Could I get a detailed drawing of the ladder rung walking apparatus for my own construction
    Any one made one of these ladders . I need info to do same . 'Thank you

    Reply
    Posted by: Anonymous
    July 24, 2009 - 10:21 AM
  2. I too would like more information regarding the construction of my own ladder apparatus. I've looked at the available models and found them lacking the option to rearrange the rungs. Where did you get the clear plastic materials? I love how you've setup your assay to tease apart motor coordination from possible learning effects. I want this!!! ...please

    Reply
    Posted by: Eric R.
    October 14, 2009 - 12:04 PM
  3. I already subscribed, logged in but I still cannot access the article

    Reply
    Posted by: Enrique P.
    April 22, 2010 - 7:23 AM
  4. Please try logging out and then logging back in. If you are still having problems, please contact us at support@jove.com.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    April 22, 2010 - 7:29 AM
  5. I'm also trying to do this test but I'm a bit stuck with the analysis. What kind of program would you recommend to analyse the foot errors,...?
    Thanks!!

    Reply
    Posted by: Anonymous
    November 28, 2011 - 9:30 AM
  6. For further information on scoring procedures and the apparatus please refer to Metz and Whishaw, J Neurosci Methods 115(²), ²00² or contact the authors by email.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    November 28, 2011 - 12:19 PM

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