Cinématique et détermination Ground Force de réaction: Une démonstration Abilities locomoteur Quantification des jeunes adultes, d'âge moyen, et Rats gériatrique

Ce vidéo montre une procédure permettant de mesurer les forces de réaction au sol et la cinématique des membres postérieurs chez des rats en comportement libre. Les rats sont d'abord entraînés à traverser régulièrement une piste en échange d'une récompense alimentaire. Des marqueurs réfléchissants sont ensuite placés sur des repères anatomiques topographiques clés du membre postérieur.

Des enregistrements vidéo et des données de force de réaction au sol sont recueillis pendant que l'animal se déplace vers la récompense alimentaire. Les marqueurs réfléchissants sont numérisés et les données sont traitées a posteriori. Des différences qualitatives et quantitatives dans les capacités locomotrices sont observées chez des rats présentant divers modèles de maladie.

Bonjour, je m'appelle Aubrey Webb. Je suis professeur adjoint à la Faculté de médecine vétérinaire et à l'Institut cérébral Hotchkiss à l'Université de Calgary à Calgary, en Alberta, au Canada. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que les échelles d'évaluation de la locomotion et d'autres mesures terminales est qu'elle fournit des données sensibles, objectives et quantitatives permettant de distinguer des différences subtiles entre des groupes de rats en locomotion.

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines de la neurosciences et de l'orthopédie, comme quelles sont les effets d'un traitement potentiel. Les implications de cette technique s'étendent à des thérapies pour divers modèles de maladies, car la probabilité de conclure à l'absence d'effet alors qu'il en existe un est limitée. Toutefois, grâce à cette technique, la méthode fournit des informations sur la locomotion du rat.

Il peut également être appliqué à d'autres systèmes, tels que divers modèles de maladies neurologiques et orthopédiques chez de nombreuses espèces animales. En général, les personnes novices dans cette méthode éprouvent des difficultés, car l'analyse biomécanique exige beaucoup de temps et de patience, et une connaissance approfondie de la biomécanique est nécessaire pour diagnostiquer les problèmes d'analyse des données. Cette méthodologie est utilisée depuis plusieurs décennies chez de multiples espèces, bien qu'elle ne soit disponible pour les rongeurs que depuis peu, en raison de l'apparition d'équipements disponibles commercialement. La première étape pour mesurer les capacités locomotrices du rat consiste à entraîner chaque animal à franchir une piste plate enfermée.

Après avoir reçu les rats d'un fournisseur animalier approprié, les animaux doivent s'acclimater à leur nouveau foyer pendant une semaine. Pendant cette période d'acclimatation, placez plusieurs céréales Cheerios dans la cage du rat.

Les animaux reçoivent quotidiennement une quantité d'aliment limitée à leurs besoins énergétiques de maintien afin d'éviter l'obésité et de garantir leur motivation à accomplir la tâche par la suite. Manipulez chaque animal pendant 10 à 15 minutes par jour, pendant une semaine, à la même heure chaque jour, et placez chaque animal dans la piste avec des céréales Cheerios placées à chaque extrémité. Lorsque les animaux se seront familiarisés avec leur environnement, ils commenceront à manger les Cheerios.

Une fois que l'animal est à l'aise pour manger des Cheerios dans la piste, il doit être conditionné de façon opérante à parcourir toute la longueur de la piste pour obtenir une récompense alimentaire. Cela s'accomplit en lançant un quart de Cheerio à l'extrémité opposée de la piste où se trouve le rat. Une fois que le rat a mangé ce Cheerio, placez un autre quart de Cheerio à l'autre extrémité de la piste.

Répétez cela jusqu'à ce que le rat se déplace de manière constante le long de la piste à une vitesse de trot régulière pour manger le Cheerio sans galoper ni faire de bonds. L'entraînement des animaux à cette tâche peut entraîner des phases de galop ou de bond, qui sont biomécaniquement plus difficiles à interpréter. Voyons maintenant comment effectuer le marquage des positions articulaires. Quatre.

L'analyse cinématique des membres est peu fiable en raison de la posture fortement accroupie et de l'artéfact de mouvement de la peau résultant du placement de marqueurs cutanés sur les quatre membres. Par conséquent, la cinématique des membres antérieurs doit être obtenue à l'aide de cinématographie aux rayons X ou de fluoroscopie. Ainsi, cette vidéo décrira uniquement le positionnement des marqueurs articulaires du membre pelvien.

Une fois l'animal anesthésié, rasez les membres postérieurs et le dos jusqu'au niveau des crêtes iliaques. Ensuite, placez l'animal en décubitus ventral et positionnez ses membres postérieurs en posture debout approximative à l'aide d'une mousse d'emballage rigide pour le soutenir, en les marquant avec un marqueur permanent non toxique. Marquez les portions les plus crâniales des crêtes iliaques, le grand trochanter du fémur, la protubérance tibiale latérale, l'articulation tarsienne, ainsi que l'aspect distal et latéral du cinquième métatarsien.

La mise en évidence quotidienne des repères anatomiques précédemment marqués est nécessaire, car les rats éliminent progressivement les marqueurs par leur comportement naturel de toilette. Voyons maintenant comment enregistrer les données. Placez le volume de calibration dans la zone prédéterminée de la piste.

Une image unique du volume d'étalonnage dans la piste est capturée depuis chacune des caméras. Avant de commencer une session d'enregistrement, examinez la vue provenant de chaque caméra. Assurez-vous que le champ de vision est identique pour les quatre caméras, qu'il inclut la plaque de force au centre, ainsi qu'une longueur suffisante de piste pour capturer deux foulées.

Toutes les marques étalonnées le long de la longueur de chacun des poteaux sont numérisées. Cette étape d'étalonnage est essentielle avant la collecte des données. Si l'étalonnage n'est pas effectué avec précision ou s'il n'a pas lieu immédiatement avant une session d'enregistrement, toutes les données obtenues seront inexactes et inutilisables.

Uniquement une fois qu'une erreur satisfaisante de numérisation est obtenue, procédez à la collecte des données locomotrices juste avant de placer l'animal sur la piste. Enregistrez son poids et appliquez des marqueurs cutanés réfléchissants de forme conique sur les repères en feutre prédéterminés situés aux points de repère topographiques des membres postérieurs. Une fois les marqueurs placés sur les membres postérieurs, asseyez-vous devant l'ordinateur et tenez en main le marqueur d'événement relié au système moteur Vicon.

Utiliser le fichier étalonné comme modèle permet de créer plusieurs fichiers avant l'enregistrement. Typiquement, 25 à 30 fichiers sont nécessaires pour s'assurer que des nombres suffisants d'essais, c'est-à-dire les critères d'inclusion, et de vitesses sont collectés. Une fois les fichiers créés, commencer à recueillir les données.

Commencez par inciter le rat à effectuer des allers-retours dans la piste en lançant de petits morceaux de céréales (un quart de céréale) à chaque extrémité de la piste, avec une coordination et un timing précis. L'indicateur d'événement est déclenché au début et juste avant que le rat n'achève correctement une traversée de la piste. Après avoir examiné sommairement la réaction au sol et le tracé de la force, ainsi que noté si les membres gauche ou droit ont touché la plaque de force, enregistrez et fermez le fichier.

Un nombre égal de contacts sur la plaque de force des membres gauche et droit doit être enregistré. Le processus d'enregistrement des données pour une course donnée est répété jusqu'à ce qu'un nombre suffisant de courses ait été enregistré. Voyons maintenant comment analyser les données des courses après avoir terminé la collecte des données pour la cinématique et les forces de réaction au sol : chaque course de chaque animal doit être évaluée en vitesse à l'aide du logiciel Vicon Modus, à partir de deux marqueurs relativement fixes.

Par exemple, les ailes de l’iléon peuvent être utilisées pour évaluer un point virtuel situé entre les marqueurs. La vitesse de ce point virtuel dans la direction horizontale peut être calculée ainsi, en n'incluant que les essais durant lesquels l'animal se déplace entre 60 et 90 centimètres par seconde. Pour l'analyse, un minimum de 10 essais est nécessaire.

Cinq passages où le membre gauche entre en contact avec la plateforme de force, et cinq passages où le membre droit entre en contact avec la plateforme de force. Une fois les passages acceptables identifiés pour chaque animal, la numérisation des marqueurs cutanés restants doit être complétée afin de compenser les mouvements de la peau. L'artéfact lors de l'estimation de la position du genou est calculé à l'aide de la triangulation, ainsi que des angles articulaires de la hanche, du genou et de l'articulation H.

Les vitesses et les accélérations sont déterminées, et les durées de phase d'appui et de balancement peuvent également être évaluées. Les données de force réactionnelle au sol recueillies simultanément sont analysées à l'aide du même logiciel, permettant de calculer diverses variables relatives aux forces dans chacune des trois directions orthogonales. Les données de force réactionnelle au sol recueillies simultanément sont analysées à l'aide du même logiciel, ce qui permet de calculer diverses variables relatives aux forces dans chacune des trois directions orthogonales.

Nous allons maintenant présenter quelques résultats représentatifs illustrant l'utilité de cette forme d'analyse locomotrice. Les cinématiques et les forces de réaction au sol ont été déterminées chez des rates Wistar femelles jeunes, d'âge moyen et âgées. À partir de cette analyse, des différences liées à l'âge ont été observées chez les rates Wistar femelles.

En particulier, l'analyse de la force de réaction au sol montre que les rats âgés présentent une capacité de freinage réduite des quatre membres et ont tendance à utiliser davantage leurs membres postérieurs pour la stabilisation latérale par rapport aux autres groupes d'animaux ; toutefois, l'analyse cinématique n'a révélé aucune différence statistique entre chaque groupe. Bien qu'elle démontre que la cinématique peut être facilement enregistrée chez des rats d'âge quasi quelconque lors de la tentative d'exécution de cette procédure, il est important de peser l'animal immédiatement avant ou immédiatement après l'acquisition des données et de calibrer soigneusement le système avant la collecte des données, conformément à cette procédure.

D'autres méthodes, comme l'électrophysiologie clinique sur l'animal entier, peuvent être utilisées pour répondre à des questions supplémentaires. Par exemple, les résultats relatifs à la cinématique et aux forces réactionnelles au sol sont-ils liés à une régénération neuronale ou à une autre forme plus large de plasticité neuroanatomique, par exemple lors de la régénération d'un nerf périphérique ? Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de recueillir des données de force réactionnelle au sol et de cinématique des membres postérieurs chez des rats en comportement libre, à l'aide d'équipements disponibles dans le commerce.