Kinematik ve Zemin Mukabele Gücü'nün Belirlenmesi: Genç Yetişkin, Orta yaşlı ve Geriatrik Sıçanlar, bir gösteri miktarının Lokomotor Yetenekler

Bu video, serbest hareket eden sıçanlarda yer reaksiyon kuvvetlerinin ve arka ekstremite kinematiğinin ölçülmesi prosedürünü göstermektedir. Sıçanlar öncelikle, yiyecek ödülü almak için bir pisti tutarlı bir şekilde geçmek üzere eğitilir. Ardından, arka ekstremitenin temel topografik anatomik işaret noktalarına reflektif markerlar yerleştirilir.

Hayvan yiyecek ödülü için hareket halindeyken video kaydı ve yer tepki kuvveti verileri toplanır. Yansıtıcı markerlar dijitalleştirilir ve veriler retrospektif olarak işlenir. Çeşitli hastalık modellerindeki sıçanlarda lokomotor yeteneklerdeki kalitatif ve kantitatif farklılıklar gözlemlenir.

Merhaba, benim adım Aubrey Webb. Kanada'nın Alberta eyaletindeki Calgary şehrinde bulunan Calgary Üniversitesi'nde, Veteriner Fakültesi ve Hotchkiss Beyin Enstitüsü'nde yardımcı doçentim. Bu tekniğin, lokomotor derecelendirme ölçekleri ve diğer son nokta ölçümleri gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı; lokomotor aktivite gösteren sıçan grupları arasındaki ince farkların ayırt edilmesine yardımcı olacak hassas, objektif ve nicel veriler sağlamasıdır.

Bu yöntem, potansiyel bir terapötik maddenin etkileri nelerdir gibi nörobilim ve ortopedi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bir etki mevcutken etkisiz olduğunu iddia etme olasılığının düşük olması nedeniyle, bu tekniğin uygulamaları çeşitli hastalık modellerinin tedavisine kadar uzanmaktadır. Bu teknik kullanılarak, söz konusu yöntem sıçan lokomosyonuna dair içgörü sağlar.

Ayrıca, çeşitli hayvan türlerindeki çeşitli nörolojik ve ortopedik hastalık modelleri gibi diğer sistemlere de uygulanabilir. Genel olarak, biyomekanik analizlerin önemli ölçüde zaman ve sabır gerektirmesi ve veri analizindeki sorunları gidermek için ileri düzey biyomekanik bilgisi gerekmesi nedeniyle, bu yöntemi ilk kez kullanacak kişiler zorluk yaşayabilir; bu metodoloji onlarca yıldır birçok türde kullanılmakta olsa da, ticari olarak mevcut Ekipmanlar sayesinde ancak yakın zamanda kemirgenlerde kullanılabilir hale gelmiştir. Sıçanların lokomotor yeteneklerini ölçmedeki ilk adım, her hayvanı düz bir yüzeyli kapalı koşu yolunu geçmesi için eğitmektir.

Uygun bir hayvan tedarikçisinden sıçanlar teslim alındığında, hayvanlar yeni ortamlarına alıştırılmalıdır. Bu süreç bir hafta sürmelidir. Alıştırma süresi boyunca, sıçanın kafesine birkaç adet Cheerio yerleştirin.

Obeziteyi önlemek ve sonrasında görevi yerine getirme motivasyonunu sağlamak amacıyla, hayvanların günlük beslenmeleri idame enerji gereksinimleri ile sınırlandırılır. Bir hafta boyunca, her gün aynı zaman diliminde her hayvanla 10 ila 15 dakika boyunca ilgilenin; ardından her hayvanı, her iki ucunda Cheerios bulunan koşu yoluna yerleştirin. Hayvanlar çevrelerine alışmaya başladıklarında, Cheerios'ları yemeye başlayacaklardır.

Hayvan, koridor içerisinde Cheerios yemeye alıştığında, yiyecek ödülü için koridor boyunca koşması yönünde operant koşullanmaya tabi tutulmalıdır. Bu işlem, sıçanın bulunduğu konumun karşı ucuna bir adet Cheerios'un dörtte biri atılarak gerçekleştirilir. Sıçan bu parçayı yedikten sonra, koridorun diğer ucuna bir tane daha dörtte bir Cheerios yerleştirin.

Sıçrama veya dörtnala koşma yapmadan, cheerio'yu yemek için sırt boyunca sabit bir tırıs hızında tutarlı bir şekilde ilerleyene kadar bunu tekrarlayın. Hayvanların bu göreve aşırı koşullandırılması, biyomekanik olarak yorumlanması daha zor olan dörtnala koşma ve sıçrama yürüyüşlerine yol açabilir. Şimdi eklem pozisyonu işaretlemesinin nasıl yapılacağını görelim.

Dört uzva deri işaretleyicileri yerleştirilmesinin neden olduğu aşırı çömelmiş postür ve buna bağlı gelişen deri hareket artefaktları nedeniyle uzuv kinematik analizi güvenilmezdir. Bunun yerine, ön uzuvların kinematiği x-ışını sinematografisi veya floroskopi kullanılarak elde edilmelidir. Bu nedenle, bu video yalnızca arka eklem pozisyon işaretleyici yerleşimini açıklayacaktır.

Hayvan anestezi altına alındıktan sonra, arka ekstremiteleri ve dorsum bölgesini iliak kreste seviyesine kadar tıraş edin. Ardından hayvanı eksternal rekumban pozisyona getirin ve arka ekstremitelerini, toksik olmayan kalıcı bir marker ile işaretleme yapmak için destek sağlayacak sıkı paketleme köpükleri kullanarak yaklaşık ayakta durma pozisyonuna yerleştirin. İliak krestlerin en kranial kısımlarını, femur'un trokanter majusunu, lateral tibial protuberans'ı, tarsal eklemi ve beşinci metatarsalın distal ve lateral yönünü işaretleyin.

Sıçanlar, doğal temizlenme davranışları nedeniyle işaretleyicileri yavaş yavaş temizleyecekleri için, önceden belirlenen anatomik referans noktalarının her gün yeniden belirginleştirilmesi gerekir. Şimdi verilerin nasıl kaydedileceğine bakalım. Kalibrasyon hacmini, pistin önceden belirlenmiş alanı içerisine yerleştirin.

Her bir kameradan, pist içindeki kalibrasyon hacminin tek bir karesi yakalanır. Bir kayıt oturumu başlatmadan önce, her bir kameranın görünümünü inceleyin. Görüş alanının her dört kamera için de aynı olduğundan, merkezde kuvvet platformunu içerdiğinden ve iki adımın yakalanması için yeterli pist uzunluğuna sahip olduğundan emin olun.

Her bir direğin uzunluğu boyunca bulunan tüm kalibre edilmiş işaretler dijitalleştirilir. Bu kalibrasyon adımı, veri toplama işlemi öncesinde kritik öneme sahiptir. Kalibrasyonun doğru şekilde yapılmaması veya bir kayıt oturumundan hemen önce gerçekleştirilmemesi durumunda, elde edilen tüm veriler hatalı ve kullanılamaz olacaktır.

Sayıllaştırmada ancak tatmin edici bir hata payı elde edildiğinde, hayvanı koşu yoluna yerleştirmeden hemen önce lokomotif verilerini toplamaya geçin. Hayvanın ağırlığını kaydedin ve konik reflektif cilt markerlarını, arka ekstremite topografik işaretleri üzerine önceden belirlenmiş keçe işaretlere yapıştırın. Markerlar arka ekstremitelere yerleştirildikten sonra bilgisayar başına geçin ve Vicon motor sistemine bağlı olay markerını elinizde bulundurun.

Kayıt işleminden önce, kalibre edilmiş dosya şablon olarak kullanılarak birkaç dosya oluşturulur. Genellikle; yeterli sayıda koşunun, yani dahil etme kriterlerinin ve hızın toplandığından emin olmak için 25 ila 30 dosya gereklidir. Dosyalar oluşturulduktan sonra veri toplamaya başlayın.

Öncelikle, dikkatli bir koordinasyon ve zamanlama ile pistin her iki ucuna dörder parça Cheerios atarak sıçanları pist boyunca gidip gelmeye teşvik edin. Olay işaretleyicisi, başlangıçta ve sıçanın pist boyunca geçişini başarıyla tamamlamasından hemen önce tetiklenir. Ham yer reaksiyonu, kuvvet izlemesi incelendikten ve sol veya sağ ekstremitelerin kuvvet plakasına çarpıp çarpmadığı kaydedildikten sonra dosyayı kaydedip kapatın.

Sol ve sağ ekstremite kuvvet platformu vuruşlarının eşit sayılarda kaydedilmesi gerekir. Belirli bir koşudan veri kaydetme işlemi, yeterli sayıda koşu kaydedilene kadar tekrarlanır. Kinematik ve yer reaksiyon kuvvetleri için veri toplama işlemi tamamlandıktan sonra, koşulardan elde edilen verilerin nasıl analiz edileceğine bakalım; her hayvanın her bir koşusu, Vicon Modus yazılımı ve iki nispeten sabit marker kullanılarak hız açısından değerlendirilmelidir.

Örneğin, işaretçiler arasındaki sanal bir noktayı değerlendirmek için ileum kanatları kullanılabilir. Bu sanal noktanın yatay yöndeki hızı bu şekilde hesaplanabilir; bu işlemde yalnızca hayvanın saniyede 60 ila 90 santimetre arasında hareket ettiği denemeler dahil edilir. Analiz için minimum 10 deneme gereklidir.

Sol ekstremitenin kuvvet platformuyla temas ettiği beş deneme ve sağ ekstremitenin kuvvet platformuyla temas ettiği beş deneme gerçekleştirilir. Her hayvan için kabul edilebilir denemeler belirlendikten sonra, deri hareketini telafi etmek amacıyla kalan deri işaretleyicilerinin dijitalleştirme işlemi tamamlanmalıdır. Diz pozisyonunun diz üzerindeki artefakt tahmini; triangülasyon, kalça, diz ve H eklem açıları kullanılarak hesaplanır.

Hızlar ve ivmeler belirlenir, ayrıca duruş ve salınım süreleri de değerlendirilebilir. Eş zamanlı olarak toplanan yer reaksiyon kuvveti verileri aynı yazılım kullanılarak analiz edilir; üç ortogonal yönün her birindeki kuvvetler için çeşitli değişkenler hesaplanabilir. Eş zamanlı olarak toplanan yer reaksiyon kuvveti verileri aynı yazılım kullanılarak analiz edilir; üç ortogonal yönün her birindeki kuvvetler için çeşitli değişkenler hesaplanabilir.

Şimdi, bu lokomosyon analiz biçiminin faydasını göstermek için bazı temsili sonuçlar sunacağız. Genç, orta yaşlı ve geriatrik dişi wister sıçanlar için kinematik ve yer reaksiyon kuvvetleri belirlenmiştir. Bu analiz sonucunda, dişi wister sıçanlar için yaşa bağlı farklılıklar tespit edilmiştir.

Özellikle, yer reaksiyon kuvveti analizi, geriatrik sıçanların dört uzuv frenleme yeteneğinin azaldığını ve diğer hayvan gruplarına kıyasla lateral stabilizasyon için arka uzuvlarını daha fazla kullanma eğiliminde olduklarını göstermektedir; kinematik analiz ise gruplar arasında herhangi bir istatistiksel fark ortaya çıkarmamıştır. Bu durum, kinematik verilerin neredeyse her yaştaki sıçandan kolaylıkla kaydedilebildiğini göstermektedir. Bu prosedürü uygularken, veri toplama işleminden hemen önce veya hemen sonra hayvanın ağırlığının ölçülmesi ve bu prosedürü takiben veri toplama öncesinde sistemin dikkatlice kalibre edilmesi önemlidir.

Ek soruları yanıtlamak için tüm hayvan klinik elektrofizyolojisi gibi diğer yöntemler kullanılabilir. Örneğin, kinematik ve yer tepki kuvveti bulguları, nöral rejenerasyonla mı yoksa örneğin periferik sinir rejenerasyonundaki başka bir daha geniş nöroanatomik plastisite formuyla mı ilişkilidir? Bu videoyu izledikten sonra, ticari olarak mevcut ekipmanları kullanarak serbestçe hareket eden sıçanlardan yer tepki kuvveti ve arka ekstremite kinematik verilerinin nasıl toplanacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.