La cinemática y la reacción del suelo Determinación de la Fuerza: Una demostración de habilidades Locomotor Cuantificación de adultos jóvenes, de mediana edad, y las ratas de Geriatría

Este video demuestra un procedimiento para medir las fuerzas de reacción del suelo y la cinemática de las extremidades traseras en ratas con comportamiento libre. Primero se entrena a las ratas para que crucen de manera consistente una pista en busca de una recompensa alimenticia. Luego se colocan marcadores reflectantes en puntos anatómicos topográficos clave de la extremidad trasera.

Se recopilan grabaciones de video y datos de la fuerza de reacción del suelo mientras el animal se desplaza hacia la recompensa alimenticia. Los marcadores reflectantes se digitalizan y los datos se procesan retrospectivamente. Se observan diferencias cualitativas y cuantitativas en las capacidades locomotoras en ratas de diversos modelos de enfermedad.

Hola, mi nombre es Aubrey Webb. Soy profesor adjunto en la Facultad de Medicina Veterinaria y en el Instituto Cerebral Hotchkiss de la Universidad de Calgary en Calgary, Alberta, Canadá. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes como las escalas de valoración de la locomoción y otras medidas finales es que este método proporciona datos sensibles, objetivos y cuantitativos que ayudan a diferenciar diferencias sutiles entre grupos de ratas que se desplazan.

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la neurociencia y la ortopedia, como cuáles son los efectos de un tratamiento potencial. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia terapias para diversos modelos de enfermedad, ya que la probabilidad de afirmar que no hay efecto cuando en realidad lo hay es limitada. Aunque mediante esta técnica, el método proporciona información sobre la locomoción en ratas.

También puede aplicarse a otros sistemas, como diversos modelos de enfermedades neurológicas y ortopédicas en una variedad de especies animales. En general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque el análisis biomecánico requiere mucho tiempo y paciencia, y porque se necesita un conocimiento avanzado de biomecánica para solucionar problemas en el análisis de datos. Esta metodología se ha utilizado en múltiples especies durante varias décadas, aunque solo recientemente ha estado disponible para su uso en roedores debido al equipo disponible comercialmente. El primer paso para medir las capacidades locomotoras de las ratas consiste en entrenar a cada animal para que cruce una pista plana cerrada.

Tras recibir las ratas de un proveedor de animales adecuado, los animales deben aclimatarse a su nuevo hogar durante una semana. Durante este período de aclimatación, coloque varios Cheerios en la jaula de la rata.

Los animales reciben alimento restringido diariamente hasta alcanzar sus necesidades energéticas de mantenimiento para prevenir la obesidad y asegurar la motivación para realizar la tarea posteriormente. Manipule a cada animal durante 10 a 15 minutos diarios durante una semana, en el mismo período de tiempo; coloque a cada animal en la pista con Cheerios ubicados en ambos extremos. Cuando los animales se familiaricen con su entorno, comenzarán a comer los Cheerios.

Una vez que el animal se sienta cómodo comiendo Cheerios dentro del recorrido, debe condicionarse operantemente para recorrer la longitud total del recorrido en busca de una recompensa alimenticia. Esto se logra lanzando una cuarta parte de un Cheerio al extremo opuesto del recorrido, donde se encuentra posicionada la rata. Una vez que la rata se come este Cheerio, coloque otro cuarto de Cheerio en el otro extremo del recorrido.

Repita esto hasta que la rata se desplace de forma constante a lo largo de la pista con una velocidad uniforme al trote para comer el cheerio, sin galopar ni saltar. El condicionamiento de los animales a esta tarea puede provocar saltos y galopes, que biomecánicamente son más difíciles de interpretar. Ahora veamos cómo realizar la marcación de la posición articular. Cuatro.

El análisis cinemático de las extremidades es poco fiable debido a la postura severamente encorvada y al consiguiente artefacto por movimiento de la piel que se produce al colocar marcadores cutáneos en las cuatro extremidades. Por lo tanto, la cinemática de las extremidades anteriores debe obtenerse mediante cinefluorografía o fluoroscopia. En consecuencia, este video describirá únicamente la colocación de marcadores de posición articular en las extremidades posteriores.

Una vez que el animal haya sido anestesiado, afeite las extremidades posteriores y el dorso hasta el nivel de las crestas ilíacas. A continuación, coloque al animal en posición recostada externa y coloque sus extremidades posteriores en una posición aproximada de pie utilizando espuma de embalaje firme para sostenerlo, marcando con un rotulador permanente no tóxico. Las porciones más craneales de las crestas ilíacas, el trocánter mayor del fémur, la protuberancia tibial lateral, la articulación tarsiana y el aspecto distal y lateral del quinto metatarsiano.

Es necesario resaltar diariamente los puntos de referencia anatómicos marcados previamente, ya que las ratas eliminarán lentamente los marcadores mediante su comportamiento natural de aseo. Ahora veamos cómo registrar los datos. Coloque el volumen de calibración dentro del área predeterminada de la pista.

Se captura un solo fotograma del volumen de calibración dentro de la pista desde cada una de las cámaras. Antes de iniciar una sesión de grabación, examine la vista de cada cámara. Asegúrese de que el campo de visión sea el mismo en las cuatro cámaras y de que incluya la placa de fuerza en el centro, así como una longitud de pista suficiente para capturar dos zancadas.

Todas las marcas calibradas a lo largo de la longitud de cada una de las sondas se digitalizan. Este paso de calibración es fundamental antes de recopilar los datos. Si la calibración no se realiza con precisión o no ocurre inmediatamente antes de una sesión de grabación, todos los datos resultantes serán inexactos e inutilizables.

Solo una vez que se logre un error satisfactorio en la digitalización, proceda a recopilar los datos locomotores inmediatamente antes de colocar al animal en la pista. Registre su peso y adhiera marcadores reflectantes cónicos en los puntos de fieltro predeterminados realizados sobre los puntos anatómicos topográficos de la extremidad trasera. Una vez colocados los marcadores en las extremidades traseras, siéntese frente al ordenador y tenga a mano el marcador de eventos conectado a través del sistema motor Vicon.

Utilizar el archivo calibrado como plantilla para generar varios archivos antes de la grabación. Normalmente se necesitan entre 25 y 30 archivos para asegurar un número suficiente de recorridos, es decir, el criterio de inclusión, y la velocidad. Una vez creados los archivos, comience a recopilar datos.

Primero, induzca a la rata a desplazarse por la pista arrojando un cuarto de piezas de Cheerios en cada extremo de la pista con coordinación y temporización cuidadosas. El marcador de evento se activa al inicio y justo antes de que la rata complete con éxito un recorrido por la pista. Después de examinar la reacción en el suelo y el trazado de la fuerza, y tras registrar si las extremidades izquierda o derecha tocaron la placa de fuerza, guarde y cierre el archivo.

Debe registrarse un número igual de impactos en la placa de fuerza de las extremidades izquierda y derecha. El proceso de registro de datos de una carrera determinada se repite hasta que se hayan registrado un número suficiente de carreras. Ahora veamos cómo analizar los datos de las carreras tras completar la recopilación de datos para la cinemática y las fuerzas de reacción del suelo: cada carrera de cada animal debe evaluarse en velocidad utilizando el software Vicon Modus, con dos marcadores relativamente fijos.

Por ejemplo, las alas del íleon se pueden utilizar para evaluar un punto virtual entre los marcadores. Al hacerlo, se puede calcular la velocidad de este punto virtual en la dirección horizontal, incluyendo únicamente recorridos en los que el animal se mueve entre 60 y 90 centímetros por segundo. Para el análisis, se necesitan al menos 10 recorridos.

Cinco carreras en las que la extremidad izquierda entra en contacto con la plataforma de fuerza, y cinco carreras en las que la extremidad derecha entra en contacto con la plataforma de fuerza. Una vez identificadas las carreras aceptables para cada animal, debe completarse la digitalización de los marcadores cutáneos restantes para compensar el movimiento de la piel. El artefacto sobre la estimación de la posición de la rodilla se calcula mediante triangulación, ángulos articulares de cadera, rodilla y articulación H.

Se determinan las velocidades y aceleraciones, y también se pueden evaluar los tiempos de apoyo y oscilación. Los datos de fuerza de reacción del suelo recolectados simultáneamente se analizan utilizando el mismo software, y se puede calcular una variedad de variables para las fuerzas en cada una de las tres direcciones ortogonales. Los datos de fuerza de reacción del suelo recolectados simultáneamente se analizan utilizando el mismo software, y se puede calcular una variedad de variables para las fuerzas en cada una de las tres direcciones ortogonales.

Ahora mostraremos algunos resultados representativos que ilustran la utilidad de esta forma de análisis locomotor. Se determinaron las cinemáticas y las fuerzas de reacción del suelo en ratas hembra jóvenes, de edad media y geriátricas. A partir de este análisis, se encontraron diferencias relacionadas con la edad en las ratas hembra wistar.

En particular, el análisis de la fuerza de reacción del suelo demuestra que las ratas geriátricas tienen una capacidad reducida de frenado en las cuatro extremidades y tienden a utilizar más sus extremidades traseras para la estabilización lateral en comparación con los otros grupos de animales; sin embargo, el análisis cinemático no reveló diferencias estadísticas significativas entre cada grupo. Aunque demuestra que la cinemática puede registrarse fácilmente en ratas de prácticamente cualquier edad durante el intento de realizar este procedimiento, es importante pesar al animal inmediatamente antes o inmediatamente después de recopilar los datos y calibrar cuidadosamente el sistema antes de la recopilación de datos siguiendo este procedimiento.

Otros métodos, como la electrofisiología clínica en animales enteros, pueden utilizarse para responder preguntas adicionales. Por ejemplo, ¿están los hallazgos cinemáticos y de fuerza de reacción del suelo relacionados con la regeneración neural o con alguna otra forma más amplia de plasticidad neuroanatómica, como, por ejemplo, en la regeneración de nervios periféricos? Tras ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo recopilar datos de fuerza de reacción del suelo y datos cinemáticos de las extremidades traseras en ratas con comportamiento libre utilizando equipos disponibles comercialmente.