Nowa metoda oceny funkcji proksymalnej i dystalnej kończyny przedniej u szczura: skala kończyny przedniej Irvine'a, Beattiesa i Bresnahana (IBB)

W niniejszym filmie zaprezentowano skalę oceny kończyn tylnych Irvine'a Batesa i Bresnahana (IBB), która pozwala wykryć powrót funkcji proksymalnych i dystalnych po upadku. Szczury są najpierw adaptowane do środowiska testowego, a następnie obserwowane po jednostronnym urazie rdzenia kręgowego na poziomie C6. Następnie rejestruje się zwierzęta podczas spożywania płatków o dwóch różnych kształtach, ale jednakowej wielkości.

Nagrania wideo służą do oceny cech funkcji chwytania, takich jak pozycja stawów, podparcie przedmiotu, ruchy palców i technika chwytania, a obecność poszczególnych cech behawioralnych jest odnotowywana w arkuszu oceny IBB. IBB wykazuje spójny wzorzec powrotu do sprawności, który jest wrażliwy na stopień nasilenia urazu. Co więcej, skala IBB może być wykorzystywana do oceny rekonwalescencji po innych rodzajach urazów wpływających na prawidłową funkcję chwytania.

Mimo że istnieje kilka testów behawioralnych czułych na różne aspekty regeneracji kończyn oraz modeli doświadczalnych uszkodzenia szyjnego odcinka rdzenia kręgowego, niewiele technik dostarcza szczegółowych informacji na temat powrotu precyzyjnej kontroli motorycznej i ruchów palców. Niniejsza metoda może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące regeneracji po uszkodzeniu rdzenia kręgowego, takie jak rola konkretnych szlaków aksonalnych w powrocie funkcji proksymalnych i dystalnych kończyn przednich.

Na przykład droga rdzeniowo-czerwona lub droga korowo-rdzeniowa. Implikacje tej techniki rozciągają się na terapię ludzi. Większość urazów rdzenia kręgowego u ludzi występuje na poziomie szyjnym.

Dodatkowo, kluczowym priorytetem dla pacjentów z urazami szyjnego odcinka rdzenia kręgowego jest przywrócenie funkcji dłoni i ramion. W związku z tym niezbędne są miary efektów, które oceniają zarówno proksymalne, jak i dystalne funkcje kończyn przednich. Choć metoda ta może dostarczyć informacji na temat regeneracji kończyn przednich po urazie rdzenia kręgowego, może być ona również zastosowana w innych rodzajach urazów wpływających na prawidłowe funkcje kończyn przednich, takich jak udar lub neuropatie obwodowe.

Osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotkać trudności ze względu na liczbę cech behawioralnych, które należy ocenić podczas jedzenia przez szczura. Pomysł na tę metodę pojawił się, gdy obserwowaliśmy szczury jedzące w trakcie rekonwalescencji po urazie rdzenia kręgowego. Metoda ta opiera się na wcześniejszych pracach innych badaczy, w tym Iana Wishy i jego współpracowników.

Wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ cechy behawioralne ruchu kończyn występują bardzo szybko, dlatego niezbędne są przykłady wideo zachowań podlegających ocenie, które służą do przeszkolenia obserwatorów w tej technice. Zwierzęta powinny zostać wystawione na zapach i smak karmy zbożowej niezwłocznie po przybyciu do pomieszczenia dla zwierząt, aby mogły przyzwyczaić się do spożywania tego pokarmu. Zwierzęta powinny zostać również zaadaptowane do środowiska testowego.

W cylindrze z perspexu lub pleksiglasu należy umieścić kilka kawałków płatków śniadaniowych na dnie przed włożeniem do niego szczura. Nadmierna toaleta, oddawanie moczu, defekacja oraz skakanie są wskaźnikami stresu zwierzęcia i oznaczają, że wymagany jest dłuższy czas aklimatyzacji. Gdy zwierzę dobrze zaadaptuje się do środowiska testowego, kolejnym krokiem jest rejestracja wideo spożywania płatków przez zwierzęta.

Zaleca się trzymanie kamery w dłoni, ponieważ zwierzę prawdopodobnie będzie zmieniać pozycję podczas jedzenia. Należy nagrać zwierzę jedzące jeden cały sferyczny i jeden w kształcie pierścienia kawałek płatków, ponieważ wymagane ruchy różnią się w zależności od kształtu, a najlepsza ocena wymaga obserwacji obu sekwencji. Dane dla każdego kształtu należy zbierać oddzielnie w arkuszu ocen, a następnie zsumować wyniki, aby uzyskać ogólną ocenę dla danego szczura w danym dniu po urazie.

Przejdźmy teraz do wskazówek dotyczących oceny nagrań wideo. Ocena funkcji chwytania i jedzenia przez zwierzę powinna rozpocząć się w momencie, gdy zwierzę zaczyna jeść płatek, i zakończyć natychmiast po zjedzeniu kawałka płatka. Oceny należy przeprowadzać wyłącznie przy użyciu płatków o kształcie kulistym lub w formie pączka, które przed rozpoczęciem karmienia mają jednolity rozmiar i kształt.

Zwierząt nie należy punktować podczas jedzenia kawałków płatków, które są połamane. Przed przystąpieniem do oceny zdecydowanie zaleca się spowolnienie tempa odtwarzania filmów przynajmniej do połowy prędkości oryginalnej, ponieważ nawet rannie szczury mogą jeść szybko, co może prowadzić do przeoczenia wystąpienia kluczowych zachowań. Można to zrealizować w programach takich jak QuickTime i Windows Media Player podczas obserwacji zwierzęcia. Należy użyć arkusza ocen IBB, aby odnotować obecność następujących cech behawioralnych, które zostaną teraz omówione.

U szczura ocenia się dominującą pozycję łokcia, która jest najczęstszą pozycją przyjmowaną przez łokieć podczas fazy jedzenia i występuje przez ponad 50% czasu: wyprostowaną, gdy łokieć jest trzymany prosto pod kątem większym niż 160 stopni; częściowo zgiętą, gdy łokieć jest zgięty pod kątem mniejszym niż 160 stopni, ale większym niż 90 stopni; oraz całkowicie zgiętą, gdy łokieć jest zgięty pod kątem mniejszym niż 90 stopni. Szczura ocenia się pod kątem proksymalnych ruchów kończyny opadającej, które są ruchami wykonywanymi przez bark i/lub łokieć upośledzonej kończyny opadającej. Ruchy te mogą lub nie mogą prowadzić do kontaktu kończyny opadającej z podłożem: brak, gdy nie występują ruchy barku i/lub łokcia upośledzonej kończyny opadającej; lekkie, gdy ruchy obejmują mniej niż jedną trzecią zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego (do tej kategorii zalicza się drżenia i wzruszenia barkami); oraz rozległe, gdy ruchy obejmują więcej niż połowę zakresu stawu barkowego i/lub łokciowego.

W początkowej fazie rekonwalescencji ruchy te mogą być liczne i nieregularne. Ocenia się zdolność szczura do wykorzystania powierzchni grzbietowej upośledzonej kończyny przedniej do stabilizacji kawałka płatków kukurydzianych. W ten sposób szczur utrzymuje go w pozycji ułatwiającej jedzenie.

Obszarami kończyny przedniej, które mogą służyć jako podpory, są przedramię powyżej nadgarstka, nadgarstek lub grzbiety palców; w przypadku braku wsparcia poza VLA przez kończynę przednią w fazie jedzenia, oznacza to brak podpory. W niektórych przypadkach wsparcie obiektu poza A występuje w fazie jedzenia, lecz nie zawsze, natomiast w sytuacjach, w których występuje wsparcie poza VOA, odbywa się ono prawie zawsze lub zawsze w fazie jedzenia. W 95 do 100% czasu szczura ocenia się pod kątem dominującej pozycji fopo, czyli pozycji, którą palce przyjmują przez ponad 50% czasu jedzenia: w formie zwiniętej, ustalonej i zgiętej, gdzie palce są zgięte i trzymane w pięści z kątami w stawach wynoszącymi około 90 stopni.

Wyprostowane nieadaptacyjne, gdy palce są wyprostowane pod kątem większym lub równym 160 stopni i nie dopasowują się do kształtu trzymanego obiektu; częściowo zgięte adaptacyjne, gdy palce są częściowo zgięte i dopasowują się do kształtu obiektu. U szczura ocenia się wsparcie powierzchnią dłoniową (vola), czyli zdolność do wykorzystania powierzchni dłoniowej upośledzonej kończyny przedniej do stabilizacji elementu seryjnego, utrzymując go w pozycji ułatwiającej jedzenie; brak, gdy podczas jedzenia nie występuje wsparcie powierzchnią dłoniową kończyny przedniej lub występuje ono przez mniej niż 5% czasu; częściowe, gdy wsparcie obiektu powierzchnią dłoniową kończyny przedniej występuje podczas jedzenia, ale nie zawsze lub przez mniej niż 95% czasu; niemal zawsze, gdy wsparcie obiektu powierzchnią dłoniową kończyny przedniej występuje niemal zawsze lub zawsze podczas jedzenia, czyli przez 95 do 100% czasu.

U szczura ocenia się obecność ruchów nadgarstka uszkodzonej przedniej łapy podczas jedzenia. Po zapewnieniu wsparcia podbródkowego, ruchy nadgarstka występujące w przypadku braku kontaktu między uszkodzoną przednią łapą a podłożem nie są punktowane. Punktowane ruchy mogą występować w dowolnym kierunku.

Na przykład, w kierunku od grzbietowej do brzusznej lub od przyśrodkowej do bocznej; możliwym wynikiem jest odpowiedź „tak” lub „nie”. Aby szczur został uznany za wykazujący to zachowanie (wynik „tak”), wymagany jest co najmniej jeden ruch nadgarstka. Ocenia się ruchy wykonywane przez upośledzoną kończynę przednią, które są zsynchronizowane z udanymi ruchami manipulacyjnymi nieupośledzonej kończyny przedniej i przyczyniają się do prawidłowej manipulacji przedmiotem.

Brak – w przypadku, gdy nie występują seryjne korekty wykonywane przez upośledzoną kończynę przednią; przesadne – w przypadku ruchów barku, łokcia i/lub nadgarstka upośledzonej kończyny przedniej, które prowadzą do całkowitej utraty kontaktu między opuszką (fopo) a ziarnem; subtelne – w przypadku ruchów barku, łokcia i/lub nadgarstka upośledzonej kończyny przedniej, które występują bez utraty kontaktu między opuszką (fopo) a ziarnem podczas jedzenia. W trakcie jedzenia szczur jest oceniany pod kątem występowania ruchów poszczególnych palców. Ruchy te mogą mieć charakter manipulacji bezkontaktowych lub kontaktowych; w przypadku ruchów bezkontaktowych.

Występują ruchy palców, które jednak nie kończą się kontaktem z seryjnym elementem w celu wykonania manipulacyjnych ruchów kontaktowych. Występują ruchy palców, które skutkują kontaktem strony brzusznej palca z obiektem, przyczyniając się w ten sposób do manipulacji elementem seryjnym; możliwe wyniki obejmują po prostu tak lub nie. Szczura ocenia się pod kątem najczęściej stosowanej techniki chwytania podczas fazy jedzenia, która występuje w ponad 50% czasu.

Istnieje kilka metod chwytania, z których najczęstsze to chwyt pęsetowy, hakowy oraz chwyt pełny. Techniki chwytania stosowane przez szczura są stereotypowe i zależą od rozmiaru oraz kształtu kawałka płatka. Możliwe oceny obejmują: nieprawidłową, gdy stwierdza się konsekwentne stosowanie innej metody chwytania niż ta używana przed urazem w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatka podczas fazy jedzenia; czasami prawidłową, gdy stosowanie metody chwytania używanej przed urazem do podtrzymania i kontrolowania kawałka płatka podczas fazy jedzenia jest niespójne; oraz prawie zawsze prawidłową.

W przypadkach, w których podczas fazy jedzenia stosowany jest spójny chwyt używany przed wystąpieniem urazu w celu podtrzymania i kontrolowania kawałka płatka. Po opanowaniu techniki nagrywanie może zająć od 5 do 10 minut; ocena i punktacja będą wymagały nieco więcej czasu ze względu na konieczność zmniejszenia prędkości odtwarzania wideo oraz sporadyczną potrzebę ponownego zbadania niejednoznacznych zachowań. Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest, aby nagrać szczura zjadającego cały kawałek płatka, a obraz musi być zbliżony i ostry, co umożliwi dokładną ocenę zwierzęcia. Po wykonaniu tej procedury można przeprowadzić analizę histologiczną miejsca uszkodzenia, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, na przykład dotyczące tego, które aksony lub które populacje komórek neuronalnych są istotne dla powrotu kluczowych cech ruchów po ich wykształceniu.

Technika ta pomoże badaczom w dziedzinie urazów rdzenia kręgowego badać powrót funkcji proksymalnych i dystalnych kończyn przednich u gryzoni oraz odnieść te wyniki do rekonwalescencji u naczelnych i ludzi. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dokładną wiedzę na temat tego, jak trenować zwierzęta do jedzenia w środowisku testowym podczas filmowania, aby zidentyfikować różne cechy behawioralne i odnotować je w arkuszu ocen IBB, a następnie przypisać odpowiednią ocenę.