Gerlinde A. Metz

Канадски център за поведенческа неврология, Катедра по неврология, Университет в Летбридж

ходене

Ian Q. Whishaw

Канадски център за поведенческа неврология, Катедра по неврология, Университет в Летбридж

Резюме

Протокол

Изпитвателен апарат за ходене по стълба

Изпитвателният апарат за ходене на хоризонтална стълба се състои от странични стени, изработени от прозрачен плексиглас и метални стъпала (диаметър 3 mm), които могат да бъдат поставени, за да се създаде под с минимално разстояние от 1 cm между стъпалата (вж. Фиг. 1; Metz и Whishaw, 2003). Страничните стени бяха дълги 1 м и високи 19 см, измерени от височината на стъпалата. Стълбата беше издигната на 30 см над земята с неутрална стартова клетка и убежище (домашна клетка) в края. Тъй като животните са били привиквани по време на тренировка, издигането на апарата е малко вероятно да предизвика безпокойство. Широчината на алеята беше съобразена с размера на животното, така че да е с около 1 см по-широка от животно, за да се предотврати обръщането на животното.

Трудността на задачата беше променена чрез промяна на позицията на металните стъпала. Редовен модел на стъпалата позволява на животните да научат модела през няколко тренировки и да предвиждат положението на стъпалата (фиг. 1, модел А). Неправилен модел, който беше променен от опит в опит, попречи на животното да научи модела (фиг. 1, модел Б). За правилната подредба стъпалата бяха разположени на интервали от 2 cm. За неправилния модел разстоянието на стъпалата варираше систематично от 1 до 5 cm. Използвани бяха пет шаблона с неправилни модели на стъпала, така че едни и същи модели бяха приложени към всички животни, за да се стандартизира трудността на теста и да се подобри сравнимостта на резултата (вж. Резултатите).

Видеозапис

Камера (Canovision, Canon Inc.) беше разположена под лек вентрален ъгъл, така че позициите на четирите крайника могат да бъдат записвани едновременно. Скоростта на затвора е настроена на 500 - 2000 s. Видеозаписите бяха анализирани, използвайки анализ на кадър по кадър при 30 f/sec.

Обучение за поведение и анализ на тестове

Животните бяха обучени да преминават по стълбата от неутрална клетка, за да стигнат до домашната си клетка, така че домашната клетка с кученца осигури положителното укрепване за ходене. Всички животни преминаха по стълбата в една и съща посока. Не е дадено допълнително подсилване, което да мотивира животните да преминат по стълбата. Всички животни бяха обучени и тествани пет пъти на сесия.

Точкуване на грешки в краката

Качествената оценка на поставянето на предния крайник и задния крайник е извършена с помощта на система за точкуване на грешки в краката, както е описано по-рано (Metz и Whishaw, 2003). Анализът беше направен чрез проверка на видеозаписите кадър по кадър. Бяха анализирани само последователни стъпки от всеки крайник. Следователно, последната стъпка преди прекъсване на походката, като спирка или крак, и първата стъпка след прекъсване не са отбелязани. Последният цикъл на стъпка, изпълнен в края на стълбата, също беше изключен от отбелязване на точки. Поставянето на крайник се оценява по отношение на поставяне на крайник на стъпало и изпъкналост на крайника между стъпалата, когато се случи пропуск.

Видовете разположение на стъпалата или лапите на стъпалата бяха оценени с помощта на скала от 7 категории (вж. Фиг. 2). Поставянето на стъпалото или лапата на стъпалото се оценява според тяхното положение и грешките, възникнали в точността на поставяне.

(0) Общ пропуск. Дадени са 0 точки, когато крайникът напълно е пропуснал стъпало, т.е.не го е докоснал и е настъпило падане. Падането се определя като крайник, дълбоко падащ между стъпалата и стойката на тялото и балансът са нарушени. (1) Дълбоко приплъзване. Първоначално крайникът беше поставен на стъпало, след това се изплъзна, когато носеше тежест и предизвика падане. (2) Леко приплъзване. Крайникът беше поставен на стъпало, изплъзна се при носене на тежести, но не доведе до падане или прекъсване на цикъла на походката. В този случай животното успя да запази равновесие и да продължи координирана походка. (3) Замяна. Крайникът беше поставен на стъпало, но преди да носи тежест, беше бързо вдигнат и поставен на друго стъпало. (4) Корекция. Крайникът е насочен към едно стъпало, но след това е поставен на друго стъпало, без да докосва първото. Като алтернатива се записва резултат 4, ако крайник е поставен на стъпало и бързо е преместен, като същевременно остава на същото стъпало. (5) Частично разположение. Крайникът беше поставен на стъпало с китка или цифри на предния крайник или петата или пръстите на задния крайник. (6) Правилно поставяне. Средната част на дланта на крайника беше поставена върху стъпалото с пълна опора за тегло.

Когато едновременно са възникнали различни грешки, е записан най-ниският от резултатите. Например, ако крак първо се постави върху стъпало и след това се постави върху друг в същата стъпка (резултат 3), след което се подхлъзне и падне между стъпалата (резултат 1), се записва резултат 1. Когато е настъпило падане, е оценен само крайникът, иницииращ грешката, и нито един от останалите крайници не е отбелязан, докато животното не е преместило всички крайници. За анализ бяха осреднени десетки грешки от пет опити.

Анализ на точността на поставяне на крака (брой грешки)

Броят на грешките при всяко пресичане беше преброен. Грешките бяха определени въз основа на системата за точкуване на грешки в краката. Грешка беше дефинирана като всяко поставяне на крайник, което получи резултат от 0, 1 или 2 точки, т.е.грешка представлява всякакъв вид приплъзване на крака или общ пропуск. Броят на грешките и броят на стъпките се записва за всеки крайник поотделно. От тези данни средният брой грешки на стъпка беше изчислен и осреднен за пет опити. Вторият анализиран количествен параметър е средното време, необходимо за преминаване по цялата дължина на задачата на стълбата. Измерването на времето започна след като животното беше поставено на стълбата и започна да ходи по цялата му дължина. Времето, прекарано в спирка на животно, не беше включено в измерването.

Резултат от цифрата на forepaw

Резултатът от цифрата на предната лапа се записва, когато лапата е поставена правилно със средната част на стъпалото (т.е. резултат 6 в системата за точкуване на грешки в крака). Степента, до която цифрите на предната лапа могат да бъдат огънати около стъпало, се оценява в тристепенна скала (фиг. 2). Резултатът се прилага към позицията с максимална опора за тегло, т.е.предният крайник е позициониран вертикално на стъпало. Резултатите са дадени както следва: (0) Цифрите се затварят под приблизителен ъгъл от 90 градуса. (1) Цифри, затворени под приблизителен ъгъл от 45 градуса. (2) Цифрите са напълно огънати около стъпалото. Резултатите от пет стъпки бяха осреднени и използвани за анализ.

Фигура легенди

Фиг. 1. Квалифицираният апарат за изпитване на стъпало за стъпало в лицево-страничен изглед, като са посочени специфичните измервания на апарата. В настоящото проучване са използвани два различни модела на стъпалата: Модел A, правилно подреждане на стъпалата, Модел B, неправилно подреждане на стъпалата. Нередовната подредба на стъпалата варира между последователните изпитания.

Фиг. 2. Представителни снимки, илюстриращи трите категории на цифрата. Обърнете внимание на ъгъла на цифрите спрямо предния крайник, когато сте в пълно тегло.

Разкриване

Няма какво да разкрием.

Дискусия

Настоящото проучване представя задачата за ходене по стълбата като нов тест за оценка на квалифицирано ходене, поставяне на крайници и координация на крайниците. Задачата за ходене по стълбата позволява дискриминация между фините нарушения на двигателната функция чрез комбиниране на качествен и количествен анализ на квалифицирано ходене. Процедурата за видео анализ може да се използва за по-описателно описание на уврежданията, а простата рейтингова скала, описана в тази статия, разкрива грешки в поставянето на крайниците и сгъването на цифрите при хващане на стъпало. Качествени анализи, отчитащи броя на допуснатите грешки и времето, необходимо за преминаване на апарата. Тези мерки позволяват ефективно и валидно изследване на точността на поставяне на крака и използването на цифри.

Съществуват редица тестове за ходене, включително тестове за вървене с ротород, ходене с лъч, тест с цилиндър и анализ на походката и анализ на силата на земната реакция (Muir, 2005). Всеки от тези тестове може полезно да фрагментира разположението на крайниците за поведенчески анализ. Съществуват редица предимства за настоящия протокол за тестване. Първо, тестът позволява да се изследва спонтанно ходене, тъй като животните не се нуждаят от лишаване от храна или вода за мотивация. Второ, стъпването през стъпалата изисква прецизно поставяне и хващане на стъпалото, което позволява анализ на стъпването и хващането. Най-важното е, че настоящият тест представлява предизвикателство за текущото движение, тъй като разстоянието между стъпалата е различно. Вариацията може да се използва за оспорване на продължаващото ходене и/или паметта на стъпковите модели (McVea and Pearson, 2007).

Силата на теста за ходене по стълбата е, че е достатъчно предизвикателно да се разкрият фини хронични увреждания както при използване на предния и задния край, така и да се демаскират увреждания, които изискват контрол на предния мозък. В нередовното състояние на стъпалото на задачата животните не са в състояние да предвидят местоположението на стъпалото и да научат специфичен модел на походка. Следователно, всяка стъпка изисква регулиране на поставянето на лапата, дължината на крака и разпределението на телесното тегло. Докато нормалните животни са в състояние да се приспособят към неправилен модел на стъпало в рамките на няколко опита, тази способност е ограничена при животни с лезия на двигателната система. Нередовната подредба на стъпалата също изисква животните да адаптират своята редовна координация на крайниците към променящите се разстояния на стъпалата. За да се адаптира координацията на крайниците, животните трябва да контролират подкрепата си за тегло, за да коригират бързо грешка при поставяне на крайник. След едностранна лезия животните частично компенсират грешките при поставяне, като използват непокътнатите крайници за поддържане на теглото. Следователно, тестът за ходене по стълбата може да измери компенсация чрез разкриване на грешки при поставяне на крака от непокътнатата страна.

Доказано е, че тестът за ходене по стъпала е чувствителен към хронични дефицити на движение след поражения на двигателната система при възрастни и новородени, включително модели на инсулт при плъхове (Emerick and Kartje, 2004; Rieck-Burchardt et al., 2004; Farr et al., 2006; Plowman et al., 2007), болестта на Паркинсон (Metz and Whishaw, 2002; Faraji and Metz, 2007) и увреждане на гръбначния мозък (Z'Graggen et al., 1998; Merkler et al., 2000). Освен това задачата за ходене по стълбата открива промени в фините двигателни характеристики, предизвикани от физиологични променливи като лек стрес (Metz) и дори промени в диетата (Smith и Metz, 2005). В допълнение към модели на плъхове, задачата е полезна и за изучаване на умело ходене при мишки (Farr et al., 2006). Внимание при използването на този тест трябва да се използва, ако се тестват тежки лезии на гръбначния мозък (Metz et al., 2000), тъй като задачата за ходене по стъпалата изисква животните да могат да изпълняват стъпки с тежест.

Съществуват сериозни доказателства, че животните с лезия на двигателната система са в състояние да компенсират дефицит, предизвикан от лезии в умели движения (Whishaw et al., 1997a, b, 1998; Miklyaeva et al., 1994; Kleim et al., 1998; Chu и Джоунс, 2000). Независимо от това, все още може да има тежки увреждания. Например, животните с допаминергични или червени лезии на ядрото възстановяват способността си да ходят по гладки повърхности или тесни греди, но измерванията на наземните сили на реакция разкриват, че тяхното увреждане е хронично (Muir и Whishaw, 1999, 2000). Тъй като разкрива дори фини останали двигателни дефицити и компенсаторни корекции, тестът за ходене по стъпалата е ценен инструмент за оценка на загубата и възстановяването на функцията поради увреждане на мозъка или гръбначния мозък и ползата от лечебните подходи.

Благодарности

Това изследване беше подкрепено с безвъзмездни средства от Съвета за медицински изследвания, Съвета за естествени науки и инженерни изследвания на Канада и Канадската мрежа за инсулт. GAM беше подкрепена и от Фондация за медицински изследвания на Алберта.