Cinematica e di reazione Determinazione terra Force: Un Quantificazione Abilità Dimostrazione Locomotore di Giovane adulto, mezza età, e Ratti geriatrica

Questo video illustra una procedura per misurare le forze di reazione al suolo e la cinematica degli arti posteriori in ratti liberamente comportanti. I ratti vengono innanzitutto addestrati a percorrere in modo costante una pista in cambio di una ricompensa alimentare. Successivamente, marcatori riflettenti vengono posizionati in punti anatomici topografici chiave dell'arto posteriore.

La registrazione video e i dati relativi alla forza di reazione al suolo vengono raccolti mentre l'animale si muove in cerca della ricompensa alimentare. I marcatori riflettenti vengono digitalizzati e i dati vengono successivamente elaborati. Vengono osservate differenze qualitative e quantitative nelle capacità locomotorie nei ratti di diversi modelli di malattia.

Ciao, mi chiamo Aubrey Webb. Sono professore associato presso la Facoltà di Medicina Veterinaria e presso l'Hotchkiss Brain Institute dell'Università di Calgary a Calgary, Alberta, Canada. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come le scale di valutazione della locomozione e altre misure finali, è che essa fornisce dati sensibili, oggettivi e quantitativi utili per differenziare le lievi differenze tra gruppi di ratti in movimento.

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande fondamentali nei campi della neuroscienza e dell'ortopedia, ad esempio quali sono gli effetti di un potenziale trattamento terapeutico. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia per vari modelli di malattia, poiché la probabilità di affermare l'assenza di effetto quando invece ne esiste uno è limitata. Tuttavia, utilizzando questa tecnica, il metodo fornisce informazioni sul movimento locomotorio del ratto.

È possibile applicarlo anche ad altri sistemi, come diversi modelli di malattie neurologiche e ortopediche in varie specie animali. In generale, le persone alle prime armi con questo metodo incontrano difficoltà poiché l'analisi biomeccanica richiede molto tempo e pazienza, e perché è necessaria una conoscenza avanzata della biomeccanica per risolvere i problemi nell'analisi dei dati. Questa metodologia viene utilizzata in molteplici specie da diversi decenni, sebbene solo di recente sia diventata disponibile per l'uso nei roditori grazie all'attrezzatura disponibile in commercio. Il primo passo nella valutazione delle capacità locomotorie del ratto consiste nell'addestrare ogni animale ad attraversare una superficie piana all'interno di una pista chiusa.

Dopo aver ricevuto i ratti da un fornitore animale appropriato, gli animali devono essere acclimatati al loro nuovo ambiente per una settimana. Durante questo periodo di acclimatazione, posizionare diversi anelli di cereali nella gabbia del ratto.

Gli animali ricevono cibo in quantità limitata giornalmente, pari ai loro fabbisogni energetici di mantenimento, per prevenire l'obesità e garantire la motivazione a svolgere successivamente il compito. Manipolare ciascun animale per 10-15 minuti al giorno per una settimana, sempre nello stesso periodo, posizionando ogni animale nel percorso con cereali tipo Cheerios posti a entrambe le estremità. Quando gli animali si saranno abituati all'ambiente, inizieranno a mangiare i cereali.

Una volta che l'animale si è abituato a mangiare i Cheerios all'interno del corridoio, è necessario condizionarlo operativamente ad attraversarne tutta la lunghezza per ottenere una ricompensa alimentare. Questo si ottiene lanciando un quarto di un cheerio all'estremità opposta del corridoio rispetto alla posizione del ratto. Una volta che il ratto ha mangiato questo cheerio, posizionarne un altro quarto all'altra estremità del corridoio.

Ripetere questo fino a quando il ratto si muove in modo costante lungo la pista con una velocità di trotto uniforme per mangiare il cereale senza galoppare o saltare. Il condizionamento degli animali a questo compito può portare a fasi di galoppo e salti, che dal punto di vista biomeccanico sono più difficili da interpretare. Ora vediamo come eseguire la marcatura della posizione articolare. Quattro.

L'analisi cinematica degli arti è poco affidabile a causa della postura fortemente accovacciata e dell'artefatto dovuto al movimento della pelle causato dal posizionamento di marcatori cutanei sui quattro arti. Pertanto, la cinematica degli arti anteriori deve essere ottenuta mediante cinematografia a raggi X o fluoroscopia. Di conseguenza, questo video descriverà esclusivamente il posizionamento dei marcatori articolari per l'arto posteriore.

Dopo aver anestetizzato l'animale, rasare gli arti posteriori e il dorso fino al livello delle creste iliache. Successivamente, posizionare l'animale in decubito laterale e collocare i suoi arti posteriori in una posizione approssimativamente eretta utilizzando della schiuma di imballaggio rigida per sostenerlo, segnando i punti con un pennarello permanente atossico. Le porzioni più craniali delle creste iliache, il trocantere maggiore del femore, la protuberanza tibiale laterale, l'articolazione tarso-crurale e l'aspetto distale e laterale del quinto metatarso.

È necessario evidenziare quotidianamente i punti di riferimento anatomici precedentemente segnati, poiché i ratti rimuovono gradualmente i marcatori attraverso il normale comportamento di grooming. Vediamo ora come registrare i dati. Posizionare il volume di calibrazione all'interno dell'area predeterminata della pista.

Viene acquisito un singolo fotogramma del volume di calibrazione all'interno della pista da ciascuna telecamera. Prima di iniziare una sessione di registrazione, esaminare l'immagine proveniente da ciascuna telecamera. Assicurarsi che il campo visivo sia identico per tutte e quattro le telecamere e che includa al centro la piattaforma di forza e un tratto di pista sufficiente a catturare due falcate.

Tutti i segni calibrati lungo la lunghezza di ciascuno dei sondaggi vengono digitalizzati. Questo passaggio di calibrazione è fondamentale prima della raccolta dei dati. Se la calibrazione non viene eseguita con precisione o non avviene immediatamente prima di una sessione di registrazione, tutti i dati risultanti saranno inaccurati e inutilizzabili.

Solo una volta raggiunto un errore accettabile nella digitalizzazione, procedere alla raccolta dei dati locomotori immediatamente prima di posizionare l'animale nella pista. Registrare il suo peso e applicare marcatori riflettenti conici sulla pelle nei punti in feltro predeterminati corrispondenti ai punti di riferimento topografici dell'arto posteriore. Una volta posizionati i marcatori sugli arti posteriori, sedersi al computer e tenere a portata di mano il marcatore di evento collegato al sistema motorio Vicon.

Utilizzare il file calibrato come modello per creare diversi file prima della registrazione. Di norma, sono necessari da 25 a 30 file per garantire che vengano raccolti un numero sufficiente di cicli, ovvero il criterio di inclusione, e la velocità. Una volta creati i file, iniziare la raccolta dei dati.

Per prima cosa, stimolare il ratto ad attraversare la pista lanciando un quarto di anelli di cereali Cheerios a ciascuna estremità della pista, coordinando con attenzione tempismo e lancio. L'indicatore dell'evento viene attivato all'inizio e subito prima che il ratto completi con successo il percorso lungo la pista. Dopo aver esaminato il tracciato grezzo della reazione al suolo e aver registrato se gli arti destri o sinistri abbiano colpito la piattaforma di forza, salvare e chiudere il file.

Deve essere registrato un numero uguale di contatti sulle piastre di forza degli arti sinistro e destro. Il processo di registrazione dei dati da una determinata prova viene ripetuto finché non sono state registrate un numero sufficiente di prove. Ora vediamo come analizzare i dati delle prove dopo aver completato la raccolta dei dati per la cinematica e le forze di reazione al suolo: ogni prova di ogni animale deve essere valutata per velocità utilizzando il software Vicon Modus e due marcatori relativamente fissi.

Ad esempio, le ali dell'ileo possono essere utilizzate per valutare un punto virtuale tra i marcatori. La velocità di questo punto virtuale nella direzione orizzontale può essere calcolata in questo modo, includendo solo le corse in cui l'animale si muove tra 60 e 90 centimetri al secondo. Per l'analisi, sono necessarie almeno 10 corse.

Cinque passaggi in cui l'arto sinistro entra in contatto con la piattaforma di forza e cinque passaggi in cui l'arto destro entra in contatto con la piattaforma di forza. Una volta identificati i passaggi accettabili per ogni animale, deve essere completata la digitalizzazione dei marcatori cutanei rimanenti per compensare il movimento della pelle. L'errore nell'approssimazione della posizione del ginocchio viene calcolato mediante triangolazione, utilizzando gli angoli articolari di anca, ginocchio e articolazione H.

Le velocità e le accelerazioni vengono determinate e i tempi di appoggio e di oscillazione possono essere valutati. I dati simultanei della forza di reazione al suolo vengono analizzati utilizzando lo stesso software, consentendo il calcolo di diverse variabili relative alle forze in ciascuna delle tre direzioni ortogonali. I dati simultanei della forza di reazione al suolo vengono analizzati utilizzando lo stesso software, consentendo il calcolo di diverse variabili relative alle forze in ciascuna delle tre direzioni ortogonali.

Ora mostreremo alcuni risultati rappresentativi per illustrare l'utilità di questa forma di analisi locomotoria. Sono state determinate la cinetica e le forze di reazione del suolo per ratti femmina Wistar giovani, di mezza età e anziani. Da questa analisi, sono emerse differenze legate all'età nei ratti femmina Wistar.

In particolare, l'analisi della forza di reazione al suolo dimostra che i ratti geriatrici hanno una ridotta capacità di frenata con le quattro zampe e tendono a utilizzare maggiormente gli arti posteriori per la stabilizzazione laterale rispetto agli altri gruppi di animali; tuttavia, l'analisi cinematica non ha rivelato differenze statistiche significative tra ciascun gruppo. Benché dimostri che la cinematica possa essere registrata con facilità pressoché da qualsiasi età del ratto durante il tentativo di eseguire questa procedura, è importante pesare l'animale immediatamente prima o immediatamente dopo l'acquisizione dei dati e calibrare accuratamente il sistema prima della raccolta dei dati, seguendo questa procedura.

Altri metodi, come l'elettrofisiologia clinica su animali interi, possono essere utilizzati per rispondere ad ulteriori domande. Ad esempio, i risultati relativi alla cinematica e alle forze di reazione del suolo sono correlati alla rigenerazione neuronale o a qualche altra forma più ampia di plasticità neuroanatomica, ad esempio nella rigenerazione del nervo periferico? Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come raccogliere dati sulle forze di reazione del suolo e sulla cinematica dell'arto posteriore da ratti in libera attività utilizzando apparecchiature disponibili in commercio.