Comprensione completa dell'alterazione dell'andatura indotta dall'inattività nei roditori
Özet
Il presente protocollo descrive il tracciamento / valutazione del movimento tridimensionale per rappresentare l’alterazione del movimento dell’andatura dei ratti dopo l’esposizione a un ambiente di disuso simulato.
Abstract
È noto che il disuso colpisce i sistemi neurali e che i movimenti articolari vengono alterati; Tuttavia, quali risultati mostrino correttamente queste caratteristiche non è ancora chiaro. Il presente studio descrive un approccio di analisi del movimento che utilizza la ricostruzione tridimensionale (3D) da acquisizioni video. Utilizzando questa tecnologia, sono state osservate alterazioni evocate dal disuso delle prestazioni di deambulazione nei roditori esposti a un ambiente di microgravità simulato scaricando l’arto posteriore dalla coda. Dopo 2 settimane di scarico, i ratti camminavano su un tapis roulant e i loro movimenti di andatura venivano catturati con quattro telecamere CCD (charge-coupled device). I profili di movimento 3D sono stati ricostruiti e confrontati con quelli dei soggetti di controllo utilizzando il software di elaborazione delle immagini. Le misure di esito ricostruite hanno rappresentato con successo aspetti distinti del movimento distorto dell’andatura: iperestensione delle articolazioni del ginocchio e della caviglia e posizione più elevata delle articolazioni dell’anca durante la fase di posizione. L’analisi del movimento è utile per diversi motivi. In primo luogo, consente valutazioni comportamentali quantitative anziché osservazioni soggettive (ad esempio, superato / fallito in determinati compiti). In secondo luogo, è possibile estrarre più parametri per soddisfare esigenze specifiche una volta ottenuti i set di dati fondamentali. Nonostante gli ostacoli per un’applicazione più ampia, gli svantaggi di questo metodo, tra cui l’intensità e il costo del lavoro, possono essere alleviati determinando misurazioni complete e procedure sperimentali.
Introduction
La mancanza di attività fisica o il disuso porta al deterioramento degli effettori locomotori, come l’atrofia muscolare e la perdita ossea1 e il decondizionamento di tutto il corpo2. Inoltre, è stato recentemente notato che l’inattività influisce non solo sugli aspetti strutturali delle componenti muscolo-scheletriche, ma anche sugli aspetti qualitativi del movimento. Ad esempio, le posizioni degli arti dei ratti esposti a un ambiente di microgravità simulato erano diverse da quelle degli animali intatti anche 1 mese dopo la fine dell’intervento 3,4. Tuttavia, poco è stato riportato sui deficit di movimento causati dall’inattività. Inoltre, le caratteristiche di movimento complete dei deterioramenti non sono state completamente determinate.
L’attuale protocollo dimostra e discute l’applicazione della valutazione cinematica per visualizzare le alterazioni del movimento facendo riferimento ai deficit di movimento dell’andatura evocati attraverso il disuso nei ratti sottoposti a scarico degli arti posteriori.
È stato dimostrato che iperestensioni degli arti nel camminare dopo un ambiente di microgravità simulato sono osservate sia nell’uomo5 che negli animali 4,6,7,8. Pertanto, per l’universalità, ci siamo concentrati sui parametri generali in questo studio: angoli delle articolazioni del ginocchio e della caviglia e distanza verticale tra l’articolazione metatarso-falangea e l’anca (approssimativamente equivalente all’altezza dell’anca) nel punto medio della fase di posizione (midstance). Inoltre, nella discussione vengono suggerite potenziali applicazioni della valutazione cinematica video.
Una serie di analisi cinematiche può essere una misura efficace per valutare gli aspetti funzionali del controllo neurale. Tuttavia, sebbene le analisi del movimento siano state sviluppate dall’osservazione dell’impronta o dalla semplice misurazione su video acquisiti9,10 a sistemi di telecamere multiple11,12, i metodi e i parametri universali devono ancora essere stabiliti. Il metodo in questo studio ha lo scopo di fornire questa analisi congiunta del movimento con parametri completi.
Nel lavoro precedente13, abbiamo cercato di illustrare le alterazioni dell’andatura nei ratti modello di lesione nervosa utilizzando un’analisi video completa. Tuttavia, in generale, i potenziali risultati delle analisi del movimento sono spesso limitati a variabili predeterminate fornite nei quadri di analisi. Per questo motivo, il presente studio ha ulteriormente dettagliato come incorporare parametri definiti dall’utente che sono ampiamente applicabili. Le valutazioni cinematiche mediante analisi video possono essere di ulteriore utilità se vengono implementati parametri adeguati.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’alterazione degli ambienti porta a fluttuazioni degli aspetti funzionali e delle componenti muscolo-scheletriche dei sistemi locomotori26,27. Le aberrazioni nelle strutture o negli ambienti contrattili possono influire sulle capacità funzionali, persistendo anche dopo aver risolto le distorsioni meccaniche/ambientali19. L’analisi oggettiva del movimento aiuta a misurare quantitativamente queste abilità funzionali. Come mostrato sopra, …
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto in parte dalla Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI (n. 18H03129, 21K19709, 21H03302, 15K10441) e dall’Agenzia giapponese per la ricerca e lo sviluppo medico (AMED) (n. 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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