Summary

Compreensão abrangente da alteração da marcha induzida pela inatividade em roedores

Published: July 06, 2022
doi:

Summary

O presente protocolo descreve o rastreamento/avaliação de movimento tridimensional para descrever a alteração do movimento da marcha de ratos após a exposição a um ambiente simulado de desuso.

Abstract

É sabido que o desuso afeta sistemas neurais e que os movimentos articulares se alteram; no entanto, quais resultados exibem adequadamente essas características ainda não está claro. O presente estudo descreve uma abordagem de análise de movimento que utiliza a reconstrução tridimensional (3D) a partir de capturas de vídeo. Utilizando essa tecnologia, alterações desuso evocadas de performances ambulantes foram observadas em roedores expostos a um ambiente simulado de microgravidade, descarregando sua barra traseira pela cauda. Após 2 semanas de descarga, os ratos caminharam em uma esteira, e seus movimentos de marcha foram capturados com quatro câmeras de dispositivo acoplado por carga (CCD). Os perfis de movimento 3D foram reconstruídos e comparados aos dos sujeitos de controle que utilizam o software de processamento de imagens. As medidas de desfecho reconstruídas retrataram com sucesso aspectos distintos do movimento de marcha distorcida: hiperextensão das articulações do joelho e tornozelo e maior posição das articulações do quadril durante a fase de postura. A análise de movimento é útil por várias razões. Primeiro, permite avaliações comportamentais quantitativas em vez de observações subjetivas (por exemplo, passar/falhar em determinadas tarefas). Em segundo lugar, vários parâmetros podem ser extraídos para atender a necessidades específicas uma vez que os conjuntos de dados fundamentais são obtidos. Apesar dos obstáculos para uma aplicação mais ampla, as desvantagens desse método, incluindo intensidade e custo do trabalho, podem ser aliviadas pela determinação de medições abrangentes e procedimentos experimentais.

Introduction

A falta de atividade física ou desuso leva à deterioração dos efeitos locomotores, como atrofia muscular e perda óssea1 e descondicionamento do corpointeiro 2. Além disso, recentemente foi notado que a inatividade afeta não apenas aspectos estruturais dos componentes musculoesqueléticos, mas também aspectos qualitativos do movimento. Por exemplo, as posições dos membros dos ratos expostos a um ambiente simulado de microgravidade eram diferentes das de animais intactos mesmo 1 mês após o término da intervençãode 3,4. No entanto, pouco foi relatado sobre os déficits de movimento causados pela inatividade. Além disso, as características de movimento abrangentes das deteriorações não foram totalmente determinadas.

O protocolo atual demonstra e discute a aplicação da avaliação cinemática para visualizar alterações de movimento, referindo-se a déficits de movimento de marcha evocados por meio de desuso em ratos submetidos ao descarregamento de calamidade posterior.

Foi demonstrado que hiperextensões de membros em caminhadas após um ambiente simulado de microgravidade são observadas tanto em humanos5 quanto em animais 4,6,7,8. Portanto, para a universalidade, focamos em parâmetros gerais neste estudo: ângulos das articulações do joelho e tornozelo e distância vertical entre a articulação metatarsofalangeal e o quadril (aproximadamente equivalente à altura do quadril) no ponto médio da fase de postura (midance). Além disso, potenciais aplicações de avaliação cinemática em vídeo são sugeridas na discussão.

Uma série de análises cinemáticas pode ser uma medida eficaz para avaliar aspectos funcionais do controle neural. No entanto, embora as análises de movimento tenham sido desenvolvidas a partir da observação da pegada ou da medição simples em vídeo capturado 9,10 a múltiplos sistemas de câmera11,12, métodos e parâmetros universais ainda estão para ser estabelecidos. O método deste estudo destina-se a fornecer esta análise de movimento conjunto com parâmetros abrangentes.

No trabalho anterior13, tentamos ilustrar alterações de marcha em ratos modelo de lesão nervosa usando análise de vídeo abrangente. No entanto, em geral, os resultados potenciais das análises de movimento são muitas vezes restritos a variáveis predeterminadas fornecidas nos quadros de análise. Por essa razão, o presente estudo detalhou ainda mais como incorporar parâmetros definidos pelo usuário que são amplamente aplicáveis. Avaliações cinemáticas utilizando análises de vídeo podem ser de uso posterior se os parâmetros adequados forem implementados.

Protocol

O presente estudo foi aprovado pelo Comitê Experimental Animal da Universidade de Kyoto (Med Kyo 14033) e realizado em conformidade com as diretrizes do Instituto Nacional de Saúde (Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório, 8ª Edição). Ratos Wistar machos de 7 semanas foram usados para o presente estudo. Um esquema representando a sequência de procedimentos está previsto no Arquivo Complementar 1. 1. Familiarizando ratos com caminhada na esteira</stron…

Representative Results

12 animais foram aleatoriamente atribuídos a um dos dois grupos: o grupo de descarga (UL, n = 6) ou o grupo controle (Ctrl, n = 6). Para o grupo UL, as barras traseiras dos animais foram descarregadas pela cauda por 2 semanas (período UL), enquanto os animais do grupo Ctrl foram deixados livres. 2 semanas após o descarregamento, o grupo UL mostrou um padrão de marcha distinto em comparação com o grupo Ctrl. A Figura 1 mostra trajetórias conjuntas normalizadas de sujeitos representativ…

Discussion

A alteração dos ambientes leva a aspectos funcionais flutuantes e componentes musculoesqueléticos dos sistemas locomotor26,27. Aberrações em estruturas ou ambientes contractíuos podem afetar as habilidades funcionais, persistindo mesmo após a resolução de distorções mecânicas/ambientais19. A análise objetiva do movimento ajuda a medir essas habilidades funcionais quantitativamente. Como mostrado acima, a análise de vídeo é …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este estudo foi apoiado em parte pela Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI (nº 18H03129, 21K19709, 21H03302, 15K10441) e pela Agência japonesa de Pesquisa e Desenvolvimento Médico (AMED) (nº 15bk0104037h0002).

Materials

Adhesive Tape NICHIBAN CO.,LTD. SEHA25F Adhesive tape to secure thread on tails of rats for hindlimb unloading
Anesthetic Apparatus for Small Animals SHINANO MFG CO.,LTD. SN-487-0T
Auto clicker N.A. N.A. free software available to download to PC (https://www.google.com/search?client=firefox-b-1-d&q=auto+clicker)
CCD Camera Teledyne FLIR LLC GRAS-03K2C-C CCD (Charge-Coupled Device) cameras for video capture
Cotton Thread N.A. N.A. Thread to hang tails of rats from the ceiling of cage
ISOFLURANE Inhalation Solution Pfizer Japan Inc. (01)14987114133400
Joint marker TOKYO MARUI Co., Ltd 0.12g BB 6 mm airsoft pellets that were used as semispherical markers with modification
Kine Analyzer KISSEI COMTEC CO.,LTD. N.A. Software for analysis
Konishi Aron Alpha TOAGOSEI CO.,LTD. #31204 Super glue to attach spherical markers on randmarks of rats
Motion Recorder KISSEI COMTEC CO.,LTD. N.A. Software for video recording
Paint Marker MITSUBISHI PENCIL CO., LTD PX-21.13 Oil based paint marker to mark toes of animals
Three-dimensional motion capture apparatus (KinemaTracer for small animals) KISSEI COMTEC CO.,LTD. N.A. 3D motion analysis system that consists of four cameras (https://www.kicnet.co.jp/solutions/biosignal/animals/kinematracer-for-animal/ or https://micekc.com/en/)
Three-dimensional(3D) Calculator KISSEI COMTEC CO.,LTD. N.A. Software fo marker tracking
Treadmill MUROMACHI KIKAI CO.,LTD MK-685 Treadmill equipped with transparent housing, electrical shocker, and speed control unit
Wistar Rats (male, 7-week old) N.A. N.A. Commercially available at experimental animal sources

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Cite This Article
Tajino, J., Aoyama, T., Kuroki, H., Ito, A. Comprehensive Understanding of Inactivity-Induced Gait Alteration in Rodents. J. Vis. Exp. (185), e63865, doi:10.3791/63865 (2022).

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