Compreensão abrangente da alteração da marcha induzida pela inatividade em roedores
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
Representative Results
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 …
Declarações
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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