Comprensión integral de la alteración de la marcha inducida por la inactividad en roedores
Summary
El presente protocolo describe el seguimiento/evaluación tridimensional del movimiento para representar la alteración del movimiento de la marcha de las ratas después de la exposición a un entorno de desuso simulado.
Abstract
Es bien sabido que el desuso afecta a los sistemas neuronales y que los movimientos articulares se alteran; sin embargo, aún no está claro qué resultados exhiben adecuadamente estas características. El presente estudio describe un enfoque de análisis de movimiento que utiliza la reconstrucción tridimensional (3D) a partir de capturas de video. Usando esta tecnología, se observaron alteraciones evocadas por el desuso de los rendimientos de caminar en roedores expuestos a un entorno de microgravedad simulado descargando su extremidad posterior por la cola. Después de 2 semanas de descarga, las ratas caminaron en una cinta de correr, y sus movimientos de marcha fueron capturados con cuatro cámaras de dispositivo de carga acoplada (CCD). Los perfiles de movimiento 3D se reconstruyeron y compararon con los de los sujetos de control utilizando el software de procesamiento de imágenes. Las medidas de resultado reconstruidas retrataron con éxito distintos aspectos del movimiento distorsionado de la marcha: hiperextensión de las articulaciones de la rodilla y el tobillo y posición más alta de las articulaciones de la cadera durante la fase de postura. El análisis de movimiento es útil por varias razones. Primero, permite evaluaciones cuantitativas del comportamiento en lugar de observaciones subjetivas (por ejemplo, aprobado / reprobado en ciertas tareas). En segundo lugar, se pueden extraer múltiples parámetros para satisfacer necesidades específicas una vez que se obtienen los conjuntos de datos fundamentales. A pesar de los obstáculos para una aplicación más amplia, las desventajas de este método, incluida la intensidad y el costo de la mano de obra, pueden aliviarse determinando mediciones integrales y procedimientos experimentales.
Introduction
La falta de actividad física o el desuso conduce al deterioro de los efectores locomotores, como la atrofia muscular y la pérdida ósea1 y el desacondicionamiento de todo el cuerpo2. Además, recientemente se ha observado que la inactividad afecta no solo a los aspectos estructurales de los componentes musculoesqueléticos, sino también a los aspectos cualitativos del movimiento. Por ejemplo, las posiciones de las extremidades de las ratas expuestas a un entorno de microgravedad simulado fueron diferentes de las de los animales intactos incluso 1 mes después de que la intervención terminara 3,4. Sin embargo, poco se ha informado sobre los déficits de movimiento causados por la inactividad. Además, las características de movimiento integrales de los deterioros no se han determinado completamente.
El protocolo actual demuestra y discute la aplicación de la evaluación cinemática para visualizar alteraciones del movimiento al referirse a los déficits de movimiento de la marcha evocados por el desuso en ratas sometidas a descarga de extremidades posteriores.
Se ha demostrado que las hiperextensiones de las extremidades al caminar después de un ambiente de microgravedad simulado se observan tanto en humanos5 como en animales 4,6,7,8. Por lo tanto, para la universalidad, nos centramos en los parámetros generales en este estudio: ángulos de las articulaciones de la rodilla y el tobillo y distancia vertical entre la articulación metatarsofalángica y la cadera (aproximadamente equivalente a la altura de la cadera) en el punto medio de la fase de postura (postura media). Además, en la discusión se sugieren posibles aplicaciones de la evaluación cinemática de video.
Una serie de análisis cinemáticos puede ser una medida efectiva para evaluar los aspectos funcionales del control neuronal. Sin embargo, aunque los análisis de movimiento se han desarrollado a partir de la observación de la huella o la simple medición en video capturado9,10 hasta sistemas de múltiples cámaras11,12, aún no se han establecido métodos y parámetros universales. El método en este estudio está destinado a proporcionar este análisis de movimiento articular con parámetros completos.
En el trabajo anterior13, intentamos ilustrar las alteraciones de la marcha en ratas modelo de lesión nerviosa utilizando un análisis de video exhaustivo. Sin embargo, en general, los resultados potenciales de los análisis de movimiento a menudo se limitan a variables predeterminadas proporcionadas en los marcos de análisis. Por esta razón, el presente estudio detalla cómo incorporar parámetros definidos por el usuario que son ampliamente aplicables. Las evaluaciones cinemáticas que utilizan análisis de video pueden ser de mayor utilidad si se implementan los parámetros adecuados.
Protocol
Representative Results
Discussion
La alteración de los ambientes conduce a la fluctuación de los aspectos funcionales y componentes musculoesqueléticos de los sistemas locomotores26,27. Las aberraciones en estructuras o ambientes contráctiles pueden afectar las capacidades funcionales, persistiendo incluso después de resolver distorsiones mecánicas/ambientales19. El análisis de movimiento objetivo ayuda a medir cuantitativamente esas habilidades funcionales. Como se…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado en parte por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) KAKENHI (no. 18H03129, 21K19709, 21H03302, 15K10441) y la Agencia Japonesa para la Investigación y Desarrollo 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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