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

1. Biyomekanik Locomotion Analizleri Ön Koşul Pahalı lokomotor analiz ekipmanı satın alma üzerine başlamadan önce ve kinematiği ve / veya kinetik lokomotor değerlendirmesi yapılacaktır deneyler planlama, sensorimotor davranış, hayvanların edimsel koşullanma, deneyci biyomekanik analizler teknik ve pratik yönleriyle tanıdık olması şart. ve taşıma / depolama / sayısallastırılması büyük miktarda yönetmek. Bu ön koşul çok bariz görünüyor olsa da, sadece kursiyerlerin oldukça detaylı bir lokomotor analizi yerine teknik ve pratik karmaşıklığı fark bu tür üzerine deneyler başlamadan sonra. Yazarlar deneyciler tanıtım biyomekanik ile ilgili bir kursa kayıt öneririz aşina olması veya veri yönetimi için gerekli olan bir programlama dili aşina birini işe, eşit öneme sahip, önemli zaman etkileşim, taşıma ve laboratuvar hayvanları ile çalışan harcamak. Sinirbilimlerden lokomosyon analiz ve sensorimotor davranış analizi anlamak için, deneyciler (1, 4-7), birçok önemli referanslar adlandırılır . 2. Kinematik ve Kinetik test cihazı Ikili veri toplamak için kullanışlı bir kinematik ve kinetik test cihazları, aşağıdaki bileşenlerden oluşan (daha fazla ayrıntı için "Özel Reaktifler ve Ekipmanları Tablosu"): Sessiz ve yeterli büyüklükte bir oda (ille de ses geçirmez olsa da düşük trafik alanında bulunan) Odanın dışından gelen hayvanlar için rahatsız edici sesler sınırlamak için arka plan "gürültü" kaynağı Radyo Pistin iki ucunda eşit uzaklıkta merkezi içinde bulunan bir kare delik (11 cm X 11 cm) Clear pleksiglas, kapalı, düz bir yüzey pist (180 cm uzun X 20 cm X 60 cm yüksek) Piece pleksi cam (10.5 cm X 10.5 cm) Çift taraflı yapışkan seloteyip Cilt işaretleyicileri için 3M yansıtıcı yapışkan bant Cilt işaretleyicileri oluşturmak için delik delme Isofluorane anestezi makine cilt belirteçlerin yerleşimine önce tıraş için anestezi hayvanlar için gerekli Pistin uzunluğu boyunca hayvan hareketlerini desteklemek için Cheerios AMTI HE6X6 forceplate Vicon Motus özelleştirilmiş sistem (yazılım, bilgisayar, vb.) Uygun konnektörü kablolar ile 4 video kameralar (en az 60 Hz örnekleme) ve sehpalar 4 kamera monte halojen lambalar, hayvan konunun aydınlatma için optimum aydınlatma ve yansıtıcı cilt işaretleyicileri Uygun ölçekli kalibrasyon çerçeve veya içine x, y, z pozisyonları anlamlı mesafeyi ölçer kalibre Vicon Motus sistemi için gerekli hacim 3. Hayvan Eğitimi Veri toplama öncesinde, her bir hayvan, düz bir yüzey, kapalı bir pist geçmek için eğitilmiş olmalıdır. Uygun bir hayvan tedarikçisi sıçanlarda aldıktan sonra, hayvanların 1 hafta için yeni bir ev acclimated olmalıdır. Bu aklimasyonundan süre zarfında, çeşitli Cheerios günlük sıçan kafes içine yerleştirilir. Hayvanlar, obezitenin önlenmesi ve bu görevi gerçekleştirmek için motivasyon sağlamak için bakım enerji gereksinimleri kısıtlı yiyecek vardır. Bundan sonra, her bir hayvan için 1 hafta boyunca günde 10-15 dakika deneyci tarafından ele alınır. Bu aynı zaman süresince, her bir hayvan her iki ucunda bulunan Cheerios pist yerleştirilir. Hayvan çevreleri aşina olduktan sonra, onlar Cheerios yeme başlayacak. Hayvan pist içinde rahat ve yemek Cheerios sonra, deneyci operantly durum bir gıda ödül için pist uzunluğunu çalıştırmak için hayvan gerekir. Bu sıçan konumlandırılmış olan pistin diğer ucunda ¼ şerefe savurma tarafından gerçekleştirilir. Sıçan bu şerefe yiyor sonra, bir başka ¼ şerefe pistin diğer ucunda yer almaktadır. Bu sabit bir hızda sürekli sıçan (fırlatır>% 90) pist boyunca hareket edinceye kadar günde 15-20 dakika yapılır (yani olmadan dörtnala / sınırlama olmadan şerefe yemeye başlama, durdurma, keşfetmek veya yürüyüş değiştirmeden) . Sıçan sadece paça yürüyüş istihdam edilmelidir. Bu görev için hayvanların Aşırı klima dörtnala ve bu gaits> 90 cm / s hayvanların göstergesidir sınırlayıcı hayvanlara yol açabilir Sınırlayıcı ve gaits dörtnala, biyomekanik, çeşitli nedenlerle (örneğin bacak kurşun dahil edilme kriterleri, vb.) Yorumlamak daha zordur. Deneyimlerimize göre, sıçan, sürekli gaits dörtnala veya sınırlayıcı istihdam, pist locomoting ise paça onları bir yürüyüş, zor, imkansız olmasa da. Hızlar> 90 cm / s, periferik veya merkezi sinir sistemi hasarı bir hayvan uğramıştır sonra nadiren görülür. Başarılı eğitim ulaşmak için variasıçan suşları ve cinsiyetler arasındaki ble. Wistar Lewis, Long-Evans, Sprague-Dawley suşları sürekli eğitim 8 başlangıcından itibaren 2 hafta içinde pist hareket edebiliyoruz. Deneyimlerimize göre, Fischer (F-344) sıçanlarda bu görevi 8 öğrenmek için 4-6 hafta yukarı çekmek için eğilimindedir. 4. İşaretleme Ortak Tutum Ön ayakları kinematik analizi çömeldi duruş 9 sıçan gibi türlerin şiddetlenir ön ayakları, cilt işaretleri koyarak uygulanan cilt hareket artefakt nedeniyle güvenilmez. Bunun yerine, ön ayakları kinematiği, x-ışını sinematografi veya floroskopi 10-13 kullanılarak elde edilmelidir . Gibi, arka bacak eklem pozisyon işaretleyici yerleştirme sadece burada açıklanmıştır. Veri toplama önce, her bir fare uygun bir inhalasyon anestezi (örneğin isofluorane,% 1.5-2 hassas bir vaporizor aranan) ve yüz maskesi ile oksijen uygulanan ve önemli topografik anatomik kullanarak veri toplama en az 24 saat önceden anestezi gerekir simge işaretlenmiş olmalıdır. Göz önüne alındığında, prosedürün kısalık ve uzun etkili anestezik ajanlar kullanıldığında değildir, çünkü hayvanın vücut sıcaklığını korumak için kullanılan gerekmez bir hayvan ısınma cihazı kullanılması. Hayvan uyuşturulduktan sonra, iliak Crests seviyesine arka bacaklarda ve sirti, traşlı. Hayvan sonra sternum yatma yerleştirilir ve arka ayaklarında destek sağlam ambalaj köpük kullanarak yaklaşık ayakta pozisyonda yerleştirilir. Iliak Crests kraniyal en kısımlarını örten deri, büyük trokanter, femur lateral tibial tüberkül tarsal eklem ve distal ve lateral 5. metatars toksik olmayan kalıcı bir kalem ile işaretlenir . Hayvan anestezi kurtarıldı. Temporal çalışmalar için arka ayaklarında böylece izin sonraki yansıtıcı işaretleyici yerleştirme (aşağıya bakın), periyodik anestezi tıraş için gerekli olabilir. Ayrıca, daha önceden işaretlenmiş anatomik işaretleri (aynı non-toksik bir kalem kullanarak) günlük vurgulayarak sıçanlarda yavaş yavaş doğal bakım davranışı ile marker kaldırmak gerekli olacak. 5. Veri Kaydı Tüm kamera görüntülerini, konumlarına uygun ve aynı alanda yakalama olduğundan emin olmak için incelenir. Her kamera, birbirlerine yaklaşık olarak 60-80 derece konulmalıdır. Görüş alanının merkezinde forceplate ve iki adımlar yakalamak için yeterli pist uzunluğu içermelidir. Kalibrasyon hacmi pist önceden belirlenmiş bir alan içinde yer almaktadır. Kameraların her pist içinde kalibrasyon hacmi tek bir kare, yakalanır. Direklerin her birinin uzunluğu boyunca tüm kalibre işaretleri sayısallaştırılmıştır. Sadece bir kez sayısallaştırma tatmin edici bir hata lokomotor veri toplamaya devam deneyci, gerçekleştirilir. Bu kalibrasyon adım veri toplama öncesinde kritik öneme sahiptir. Kalibrasyon doğru değilse, veya kalibrasyon bir kayıt oturumu öncesinde hemen oluşmaz durumunda, ortaya çıkan veriler yanlış ve kullanışsız olacaktır. Önemlisi, kameralar herhangi bir dokundu veya taşınmış olup olmadığını, bu kalibrasyon sistemi tekrar edilmesi gerekir varsaymak en güvenli. Konik yansıtıcı cilt belirteçleri (3M reflektif bant kullanarak tabloya bakınız) hemen öncesinde pist hayvan yerleştirerek, kendi ağırlığının kaydedilir ve önceden yapılmış arka bacak topografik simge yapılan önceden belirlenmiş hissettim işaretleri yapıştırılır. Bir dilek gruplar arasında karşılaştırmalar yapmak, önemli bir yönü – Kayıt hayvan ağırlığı, vücut ağırlığı için zemin reaksiyon kuvvetleri retrospektif normalleşme izin verecektir. Ayrıca, vücut ağırlığı ölçümü deney süresi boyunca hayvanın genel sağlık izleme kolaylaştırır. Marker yerleştirme sadece uygun hayvan taşıma gerektirir ve hayvanın anestezi gerektirmez. Yansıtıcı bant, yapışkan hayvanın derisine yapışır için yeterli değilse, toksik olmayan tutkal çok küçük bir miktarı (örneğin 3M VetBond Doku Yapıştırıcı), hayvanın vücuduna marker yapışmasını kolaylaştırmak için kullanılabilir. Deneyci işaretleri arka ayaklarında yerleştirdikten sonra, bilgisayarın klavye yakın rahatça yerleştirilmiş ve el-Vicon Motus sistemi üzerinden ekli olan olay işaretleyici olmalıdır. Bir şablon olarak kalibre dosyasını kullanarak, bazı dosyaları önceden kayıt yapılır. Tipik olarak, 25 ila 30 dosya kaydedilmesi gerekir. Her dosya, benzersiz bir adı olmalıdır. Her dosya bir hayvan kaydedilen kaydedilmelidir temsil edecek. Yirmi beş 30 resimler terlerinden hızı (yani 60-90 cm / s) toplantı çalışan yeterli sayıda toplanmış olduğundan emin olmak için gereklidir. Deneyci yeterli sayıda dosya oluşturulduktan sonra veri toplamaya başlar. Experimenter pistin iki ucunda Cheerios ¼ parçalarını atarak pist içinde servis sıçan istemi gerekir. Dikkatli koordinasyon ve zamanlama ile olay işaretleyici başlangıcında tetiklenir ve pist boyunca başarılı bir geçiş tamamladıktan sıçan tamamlanmasından hemen önce. Izleme ham zemin reaksiyon kuvveti inceledikten sonra, sol veya sağ bacaklarda kuvvet plakası isabet olmadığını kaydettikten sonra, dosya kaydedilir ve kapatılır. Eşit sayıda sağ ve sol bacak forceplate isabet kaydedilmiş olmalıdır. Yeterli sayıda ishal kaydedildi kadar belirli bir vadede elde edilen verilerin kayıt işlemi tekrarlanır. 6. Veri Analizi Kinematik ve zemin reaksiyon kuvvetleri için veri toplama tamamladıktan sonra, her çalışması, her canlıyı hız için değerlendirilmesi gerekir. Iki nispeten sabit belirteçleri (iliums örneğin kanat) kullanarak bir belirteçleri (Vicon Motus dosya şablonu oluştururken önce yapılır) arasında bir sanal noktadan değerlendirebilir. Bu "sanal" noktası hızını hesaplamadan önce, iliak belirteçlerinin belirteçleri sayısallaştırılmış olmalıdır. Vicon Motus yazılımı, X-yönü (yatay hareket yönü) bu sanal noktası hızı kullanılarak hesaplanmıştır. Bunu yaparken, sadece son analizlerde kullanılan (a priori belirlenir), belirli bir aralık hızları içinde çalışır . Biz 60-90 cm / s arasında hareket eden hayvanlar tutarlı paça gaits kullanarak bulabilirsiniz. 10 çalışan en az (5 sol bacak kuvvet platformu ile temas eder ve sağ bacak kuvvet platformu ile temas yapan 5 çalışır çalışır) gereklidir. Her bir hayvan için kabul edilebilir çalışır belirlendikten sonra, geriye kalan cilt belirteçlerin sayısallaştırma tamamlanması gerekir. Diz üzeri cilt hareketi artifakı telafi etmek için diz pozisyonu tahmini nirengi (iki daire 2D kinematiği arasındaki kesişim veya 2 küreler 3D kinematik arasındaki kesişim) kullanılarak hesaplanan, daha önce açıklandığı gibi olmuştur. Kalça, diz ve Diz eklemi açıları, hızlar ve ivmeler şu anda tespit edilebilir. Bunların doğruluğunu istihdam edilen kameralar örnekleme hızı dayalı sınırlı olmasına rağmen duruşu ve salıncak kez de değerlendirilmelidir. Bu ve diğer hesaplamalar Vicon Motus KineCalc yazılım veya veri ASCII veri olarak ihraç ve yazılım olarak böyle MatLab özelleştirilebilir rutinleri kullanılarak analiz edilebilir (yani ihracat olmadan) doğrudan yapılabilir. Yer reaksiyon kuvveti verileri ölçülür ve AMTI kuvvet platformu ile amplifiye ve 1200 Hz Vicon Motus toplanır. Gibi zemin reaksiyon kuvveti verileri bir kez uygun bir dijital filtre Vicon Motus kullanarak veri uygulanır toplanır. Deneyci zaten uygun cilt belirteçleri, eş zamanlı kinematik veri olarak toplanmıştır zemin reaksiyon kuvveti verileri, diğer bazı özelleştirilebilir yazılım kullanarak, doğrudan ya da dolaylı Vicon Motus KineCalc kullanılarak analiz edilebilir sayısallaştırma sonra seyahat ve kabul çalışır belirlenen hız tespit olduğunu, rutin. Güçleri için çeşitli değişkenler, her üç ortogonal yönde hesaplanabilir. Bu değişkenler pik güç, alan ve eğri (yani darbe) vb. Önemlisi, ancak, deneyci ayrı her bir hayvan her çalıştırmak için sağ ve sol bacak veri tutmak zorundadır. Sağ veya sol ekstremitede çıkarılan veriler, her bir hayvan için ortalama ve o hayvan için temsili veri olarak kullanılır. Veri sonra uygun istatistiksel yöntemler kullanılarak analiz edilmektedir. 7. Temsilcisi Sonuçlar Lokomotor analizi bu formu yararını temsil etmek, kinematik ve zemin reaksiyon kuvvetleri, genç, orta yaşlı ve geriatrik dişi Wistar sıçanlarda tespit edildi. Bu analiz, yaşa bağlı farklılıklar dişi Wistar sıçanlarda bulundu. Özellikle, zemin reaksiyon kuvveti analizi geriatrik sıçanlarda ön ayakları frenleme yeteneği azalır ve hayvanların diğer gruplara (Şekil 1) göre lateral stabilizasyon için arka ayaklarında daha fazla kullanmak eğilimindedir olduğunu göstermektedir. Kinematik analiz, her bir grup arasında herhangi bir istatistiksel farklılık ortaya olsa kinematik sıçan (Şekil 2) hemen hemen her yaş kolayca kaydedilebilir olduğunu gösteriyor vermedi. Şekil 1. Zemin reaksiyon kuvveti, genç sol bacaklarda alınan izleme (24 aylık, n = 5) ve geriatrik (4 aylık, n = 7), orta yaşlı (n = 7 13-14 aylık ) dişi Wistar sıçan. Sağ uzuvları benzer. Geriatrik sıçanlarda genç ve orta yaşlı sıçanlarda göre frenleme (* = p <0.05) daha az, ön ayakları ve geriatrik sıçanlarda genç sıçanlara kıyasla lateral stabilizasyon için arka ayaklarında daha fazla kullanma eğiliminde olduğu aşikar olduğu (**). Düz çizgiler ortalama, noktalı çizgiler ortalama + SE temsil temsil eder; kesikçizgiler GD anlamına temsil eder. daha büyük bir rakam görmek için buraya tıklayınız. Şekil 2, genç, orta yaşlı ve geriatrik sıçanların sol bacak için Kinematik sopa rakamlar . Sopa rakamlar ortalama grupların her biri için sol ekstremite hareketi temsil eder. Adım döngüsü sırasında eklem açısı için hayvanların gruplar arasında anlamlı bir fark vardı. daha büyük bir rakam görmek için buraya tıklayınız.