الكينماتيكا وتحديد أرضية قوة الرد : A القدرات مظاهرات الحركي تحديد مقدار من الشباب البالغين ، في منتصف العمر والشيخوخة الفئران

يوضح هذا الفيديو إجراءً لقياس قوى رد فعل الأرض وكينماتيكا الأطراف الخلفية في الجرذان التي تتحرك بحرية. يتم تدريب الجرذان أولاً على عبور ممر بشكل مستمر للحصول على مكافأة غذائية. بعد ذلك، توضع علامات عاكسة عند نقاط تشريحية طوبوغرافية رئيسية في الطرف الخلفي.

يتم جمع تسجيلات الفيديو وبيانات قوة رد فعل الأرض أثناء تحرك الحيوان سعياً للحصول على مكافأة غذائية. يتم تحويل مواقع العلامات العاكسة إلى بيانات رقمية وتُعالج هذه البيانات بأثر رجعي. وتُلاحظ اختلافات نوعية وكمية في القدرات الحركية لدى الجرذان في مجموعة متنوعة من نماذج الأمراض.

مرحباً، اسمي أوبري ويب. أنا أستاذ مساعد في كلية الطب البيطري ومعهد هوتشكيس للدماغ بجامعة كالغاري في كالغاري، ألبرتا، كندا. تكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية، مثل مقاييس تصنيف الحركة وغيرها من مقاييس نقطة النهاية، في أنها توفر بيانات كمية وموضوعية وحساسة للمساعدة في التمييز بين الاختلافات الدقيقة بين مجموعات الجرذان التي تتحرك.

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجالي العلوم العصبية وجراحة العظام، مثل تحديد تأثيرات علاج محتمل. وتمتد تطبيقات هذه التقنية لتشمل علاج نماذج مختلفة من الأمراض نظرًا لأن احتمالية ادعاء عدم وجود تأثير في حين أنه موجود هي احتمالية محدودة. ومن خلال استخدام هذه التقنية، توفر هذه الطريقة رؤية متعمقة حول حركة الجرذان.

ويمكن تطبيق هذه الطريقة أيضاً على أنظمة أخرى، مثل نماذج متنوعة من الأمراض العصبية وأمراض العظام في أنواع مختلفة من الحيوانات. وبشكل عام، قد يواجه المبتدئون في هذه الطريقة بعض الصعوبات نظراً لأن التحليل الميكانيكي الحيوي يتطلب وقتاً وجهداً وصبرًا كبيرين، ولأن استكشاف أخطاء تحليل البيانات وإصلاحها يتطلب معرفة متقدمة بالميكانيكا الحيوية. لقد استُخدمت هذه المنهجية في أنواع متعددة من الكائنات على مدى عدة عقود، إلا أنها لم تصبح متاحة للاستخدام مع القوارض إلا مؤخراً بفضل توفر المعدات التجارية. وتتمثل الخطوة الأولى في قياس القدرات الحركية للجرذان في تدريب كل حيوان على عبور ممر مسطح مغلق.

عند استلام الجرذان من مورد حيوانات مناسب، يجب تعويد الحيوانات على بيئتها الجديدة لمدة أسبوع واحد. وخلال فترة التأقلم هذه، ضع عدة حبات من حبوب "شيريوز" في قفص الجرذ.

تُقيد التغذية اليومية للحيوانات لتلبية احتياجات الطاقة الخاصة بالصيانة فقط، وذلك لمنع السمنة وضمان التحفيز لأداء المهمة لاحقاً. يتم التعامل مع كل حيوان لمدة تتراوح من 10 إلى 15 دقيقة يومياً لمدة أسبوع واحد في نفس الفترة الزمنية، حيث يوضع كل حيوان في الممر مع وضع حبوب Cheerios عند كلا الطرفين. وعندما تصبح الحيوانات معتادة على بيئتها، ستبدأ في تناول حبوب Cheerios.

بمجرد أن يعتاد الحيوان على تناول حبوب Cheerios داخل الممر، يجب إخضاعه للتكييف الإجرائي ليركض على طول الممر من أجل الحصول على مكافأة غذائية. يتم تحقيق ذلك عن طريق إلقاء ربع حبة cheerio إلى الطرف المقابل من الممر حيث يتواجد الجرذ. وبمجرد أن يأكل الجرذ هذه الحبة، يتم وضع ربع حبة cheerio أخرى عند الطرف الآخر من الممر.

كرر هذه العملية حتى يتحرك الجرذ باستمرار على طول الممر بسرعة هرولة ثابتة لتناول حبة الـ cheerio دون الركض السريع أو القفز؛ حيث يمكن أن يؤدي تكييف الحيوانات على هذه المهمة إلى ظهور مشيات الركض السريع والقفز، والتي يصعب تفسيرها من الناحية الميكانيكية الحيوية. والآن دعونا نرى كيفية إجراء تحديد وضع المفاصل.

يُعد تحليل كينماتيكا الأطراف غير موثوق بسبب وضعية القرفصاء الشديدة وما يتبعها من تداخلات ناتجة عن حركة الجلد عند وضع علامات تتبع جلدية على الأطراف الأربعة. وبدلاً من ذلك، يجب إجراء تحليل كينماتيكا الأطراف الأمامية باستخدام التصوير السينمائي بالأشعة السينية أو التنظير التألقي. وبناءً على ذلك، سيصف هذا الفيديو حصراً عملية وضع علامات تحديد موضع مفصل الورك.

بمجرد تخدير الحيوان، قم بحلاقة الأطراف الخلفية والظهر وصولاً إلى مستوى العرف الحرقفي. ثم ضع الحيوان في وضعية الاستلقاء الخارجي وضع أطرافه الخلفية في وضعية مشابهة لوضعية الوقوف باستخدام رغوة حشو متينة لدعمه، وباستخدام قلم تحديد دائم غير سام، قم بتحديد الأجزاء الأكثر رأسية من العرف الحرقفي، والمدور الكبير لعظم الفخذ، والبروز الظنبوبي الجانبي، والمفصل الرصغي، والجانب القاصي والجانبي من مشط القدم الخامس.

يلزم إعادة تحديد المعالم التشريحية التي تم وضع علامات عليها مسبقاً بشكل يومي، حيث تقوم الجرذان بإزالة العلامات ببطء من خلال سلوك التنظيف الطبيعي. والآن دعونا نرى كيفية تسجيل البيانات. ضع حجم المعايرة ضمن المنطقة المحددة مسبقاً من ممر الجري.

يتم التقاط إطار واحد لحجم المعايرة داخل ممر الجري من كل كاميرا. قبل بدء جلسة التسجيل، افحص الرؤية من كل كاميرا. تأكد من أن مجال الرؤية متماثل في جميع الكاميرات الأربع، وأنه يتضمن لوحة القوة في المركز، وطولاً كافياً من ممر الجري لالتقاط خطوتين.

يتم تحويل جميع العلامات المعايرة على طول كل من الأعمدة إلى صيغة رقمية. وتعتبر خطوة المعايرة هذه بالغة الأهمية قبل جمع البيانات؛ فإذا لم يتم إجراء المعايرة بدقة أو لم تتم مباشرة قبل جلسة التسجيل، فستكون جميع البيانات الناتجة غير دقيقة وغير صالحة للاستخدام.

بمجرد تحقيق مستوى مرضٍ من الدقة في عملية الرقمنة، انتقل إلى جمع بيانات الحركة مباشرة قبل وضع الحيوان في ممر الجري. سجل وزنه وثبّت علامات جلدية مخروطية عاكسة على علامات اللباد المحددة مسبقاً عند المعالم الطبوغرافية للطرف الخلفي. وبمجرد وضع العلامات على الأطراف الخلفية، اجلس أمام الكمبيوتر وكن مستعداً باستخدام مؤشر الأحداث المتصل بنظام Vicon الحركي.

استخدم الملف الذي تمت معايرته كقالب لإنشاء عدة ملفات قبل البدء في التسجيل. وعادةً ما يلزم توفير 25 إلى 30 ملفاً لضمان جمع عدد كافٍ من الجولات، والتي تعني معايير الاشتمال، والسرعة. وبمجرد إنشاء الملفات، ابدأ في جمع البيانات.

أولاً، يتم تحفيز الجرذ على التنقل ذهاباً وإياباً داخل الممر عن طريق إلقاء ربع قطع من حبوب Cheerios عند كلا طرفي الممر بتنسيق وتوقيت دقيقين. يتم تفعيل علامة الحدث عند البدء وقبل أن يكمل الجرذ بنجاح عملية المرور عبر الممر. بعد فحص رد فعل الأرض الخام، وتتبع القوة، وتسجيل ما إذا كانت الأطراف اليسرى أو اليمنى هي التي ضربت لوحة القوة، يتم حفظ الملف وإغلاقه.

يجب تسجيل أعداد متساوية من ضربات لوحة قياس القوة للأطراف اليسرى واليمنى. تكرر عملية تسجيل البيانات من جولة معينة حتى يتم تسجيل عدد كافٍ من الجولات. والآن، دعونا نرى كيفية تحليل البيانات من الجولات؛ فبعد الانتهاء من جمع البيانات الخاصة بالكينماتيكا وقوى رد فعل الأرض، يجب تقييم السرعة لكل جولة من كل حيوان باستخدام برنامج vicon modus، وعلامتين ثابتتين نسبيًا.

على سبيل المثال، يمكن استخدام أجنحة اللفائفي لتقييم نقطة افتراضية تقع بين العلامات. ومن خلال القيام بذلك، يمكن حساب سرعة هذه النقطة الافتراضية في الاتجاه الأفقي، حيث يتم تضمين الجولات التي يتحرك فيها الحيوان بسرعة تتراوح بين 60 إلى 90 سنتيمتر في الثانية فقط. ولغرض التحليل، يلزم توفر 10 جولات كحد أدنى.

خمس جولات حيث يتلامس الطرف الأيسر مع منصة القوة، وخمس جولات حيث يتلامس الطرف الأيمن مع منصة القوة. وبمجرد تحديد الجولات المقبولة لكل حيوان، يجب إتمام رقمنة علامات الجلد المتبقية للتعويض عن حركة الجلد. يتم حساب تقدير موضع الركبة فوق الركبة الاصطناعي باستخدام التثليث، وزوايا مفاصل الورك والركبة وH.

يتم تحديد السرعات والتسارعات، كما يمكن تقييم أوقات الارتكاز والأرجحة. وتُحلل بيانات قوة رد فعل الأرض التي تم جمعها بالتزامن باستخدام البرنامج نفسه، حيث يمكن حساب مجموعة متنوعة من متغيرات القوى في كل اتجاه من الاتجاهات الثلاثة المتعامدة. وتُحلل بيانات قوة رد فعل الأرض التي تم جمعها بالتزامن باستخدام البرنامج نفسه، حيث يمكن حساب مجموعة متنوعة من متغيرات القوى في كل اتجاه من الاتجاهات الثلاثة المتعامدة.

سنعرض الآن بعض النتائج النموذجية التي توضح فائدة هذا الشكل من تحليل الحركة. تم تحديد الكينماتيكا وقوى رد فعل الأرض للإناث من جرذان ويستر الشابة والمتوسطة العمر والمسنة. ومن خلال هذا التحليل، تم العثور على فروق مرتبطة بالعمر في إناث جرذان ويستر.

وعلى وجه الخصوص، يظهر تحليل قوة رد فعل الأرض أن الجرذان المسنة تعاني من انخفاض القدرة على الكبح في الأطراف الأربعة، وتميل إلى استخدام أطرافها الخلفية بشكل أكبر لتحقيق الاستقرار الجانبي مقارنة بمجموعات الحيوانات الأخرى، بينما لم يكشف التحليل الكينماتي عن أي فروق ذات دلالة إحصائية بين كل مجموعة. وبالرغم من ذلك، فإن هذا يثبت إمكانية تسجيل القياسات الكينماتيكية بسهولة من الجرذان في أي عمر تقريبًا. وعند محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم وزن الحيوان مباشرة قبل أو بعد جمع البيانات، ومعايرة النظام بدقة قبل جمع البيانات باتباع هذا الإجراء.

يمكن استخدام طرق أخرى، مثل الفيزيولوجيا الكهربائية السريرية للحيوان الكامل، للإجابة على أسئلة إضافية. على سبيل المثال، هل ترتبط نتائج الكينماتيكا وقوة رد فعل الأرض بتجدد الأعصاب أو بشكل أوسع من اللدونة التشريحية العصبية، كما هو الحال في تجدد الأعصاب الطرفية مثلاً؟ بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية جمع بيانات قوة رد فعل الأرض وبيانات كينماتيكا الأطراف الخلفية من الجرذان التي تتحرك بحرية باستخدام معدات متوفرة تجارياً.