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Se describen tres nuevas pruebas de comportamiento (extremidad anterior paso a la alternancia, las pruebas inestabilidad postural, la prueba de manejo pasta) para evaluar la función de la extremidad anterior después de la lesión de la médula espinal cervical en los roedores.
Lesión de la médula espinal cervical (CSIC) puede causar déficits neurológicos devastadores, incluyendo el deterioro o pérdida de la extremidad superior y función de la mano. La mayoría de las lesiones de la médula espinal en seres humanos se producen en los niveles cervical. Por lo tanto, el desarrollo de modelos de lesión del cuello uterino y el desarrollo de pruebas de comportamiento relevantes y sensibles es de gran importancia. Aquí se describe el uso de una extremidad anterior prueba de paso a la alternancia de nuevo desarrollo después de la lesión de la médula espinal cervical en ratas. Además, se describen dos pruebas de comportamiento que no se hayan utilizado después de la lesión de la médula espinal: una prueba de la inestabilidad postural (PIT), y una prueba de pasta de manipulación. Todas las tres pruebas de comportamiento son muy sensibles a las lesiones y son fáciles de usar. Por lo tanto, consideramos que estas pruebas de comportamiento pueden ser fundamentales en la investigación de estrategias terapéuticas después CSIC.
Lesión de la médula espinal cervical (CSIC) es la forma más prevalente de la lesión medular en pacientes, lo que representa alrededor del 62% de todos los lugares de importancia comunitaria ( http://www.spinalcord.uab.edu ). Las lesiones de la médula espinal cervical pueden dar lugar a deficiencias en las extremidades superiores, así como la respiración. Un estudio reciente en pacientes con CSIC sugiere que la función parcial o total del brazo y / o la mano se considera que es una prioridad 1. Por lo tanto, el desarrollo de modelos de CsCl y ensayos de conducta asociados que son fáciles, sensible y fiable para su uso es un objetivo importante. Hay varias pruebas de comportamiento útiles para evaluar la función de la extremidad anterior después CSIC en roedores 1-17, sin embargo, muchas de estas pruebas son difíciles de utilizar y requieren un equipo especializado. Pruebas de manejo Pasta han sido desarrollados por otros grupos 18,19, pero estas pruebas requieren que los animales se filmarán en jaulas de comer pasta específicos, que requiere un largola formación de período, mientras que el método que proponemos se puede realizar en casa jaula de los animales. Pruebas de pasta descritas anteriormente requieren tiempo de análisis significativa ya menudo costoso software, a diferencia de la prueba que se describe aquí. El objetivo de este método es desarrollar y utilizar las pruebas de comportamiento que son fáciles de usar, fiable, y no requieren equipos costosos. Específicamente, la prueba de paso a la alternancia de la extremidad anterior se describe aquí permite a los investigadores estiman volumen de la lesión temprana después de la lesión, proporcionando un medio para crear grupos de tratamiento equivalentes, antes de administrar un tratamiento crónico. En este estudio, se describe en detalle tres nuevas pruebas de comportamiento: (1) la extremidad anterior paso a la alternancia, (2) la inestabilidad postural, y (3) manejo de pasta.
La determinación de las pruebas de comportamiento adecuadas para usar puede ser difícil. De hecho, nos parece que hay una prueba de comportamiento se puede evaluar el funcionamiento de las extremidades anteriores de manera adecuada. Por lo tanto, le sugerimos que utilice una combinación de un par de pruebas de comportamiento al culola función de la extremidad anterior ess después de la lesión. Categóricamente hablando, se debe utilizar un tipo de locomotora tarea de campo abierto (por ejemplo, la extremidad anterior escala locomotor, cilindro) cuando los animales son evaluados sobre la utilización de su extremidad anterior durante la locomoción normal, y una prueba específica de tareas, donde se les pide a los animales para realizar una tarea específica que implica el uso de su extremidad anterior (por ejemplo, comer pasta, inestabilidad postural, la fuerza de agarre, etc). Las pruebas de comportamiento descritos aquí en detalle son útiles para determinar la severidad de la lesión en ~ una semana después de la lesión (extremidad anterior paso a la alternancia, inestabilidad postural, la manipulación de pasta), los efectos de una lesión unilateral en la extremidad anterior contralesional (extremidad anterior paso a la alternancia, inestabilidad postural ) y el movimiento de la motricidad fina de las extremidades anteriores (manejo de pasta). El conocimiento de la gravedad y los efectos de la lesión utilizado también puede dictar las pruebas de comportamiento apropiadas. Si los movimientos de motricidad fina de la muñeca no son posibles después de la lesión, mediante una prueba de que las medidas y quantifIES el uso de las patas de la extremidad anterior es inapropiado. Por ejemplo, muchas de las pruebas de manipulación de la pasta previamente descritas mirar más en profundidad a los movimientos individuales de cifras, sin embargo, nos encontramos con la severidad y la ubicación de nuestra lesión, esto era irrelevante y en su lugar observó diferencias en la colocación total de la extremidad.
Los investigadores pueden tener la tentación para llevar a cabo muchas pruebas de comportamiento y utilizar una muestra de ellos para demostración basada en los resultados, sin embargo, se recomienda que para cada modelo experimental que está siendo utilizado se lleva a cabo un estudio piloto para determinar pruebas de comportamiento apropiadas para la lesión. Por lo tanto, es importante tener en cuenta que el usuario debe tener al menos algún conocimiento previo del tipo de déficit y el alcance de un tipo de lesión particular, antes de decidir sobre las pruebas de comportamiento a ser empleadas. La evaluación de la severidad de la lesión basado en el rendimiento de comportamiento también permite a los grupos de tratamiento que se crean con una distribución equitativa de la severidad de la lesión antes de tratarción se administra.
Todos los procedimientos con animales se realizaron de acuerdo con protocolos aprobados con el IACUC interna en la Universidad de Texas en Austin y en virtud de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) directrices.
Los animales utilizados en este estudio tenían una lesión por contusión lateral C3/C4 usando un Impactador de Infinite Horizon, o un modelo de hemisección lateral C3/C4 y estos métodos se pueden aplicar más ampliamente a otros modelos 18. Recomendamos que los investigadores prueban los animales durante 2 semanas antes de la lesión, 3 días después de la lesión y de forma regular (por ejemplo, semanalmente) durante la duración del estudio. Al realizar las pruebas de comportamiento en animales de post quirúrgicos, especialmente en cirugía de tres días posteriores, se debe tener cuidado de que los animales se han recuperado lo suficiente de la cirugía y que los procedimientos de las pruebas de comportamiento no causan más dolor o estrés a los animales.
En general, se puede necesitar 2-3 semanas de tratamiento y las pruebas preliminares antes de la cirugía. Esto implica conseguir el animal cómodo para el entorno de pruebas por el manejo de una manera similar a la forma en que serán tratados durante la prueba, así como permitir que el animal se mueva libremente en la superficie de prueba. También es importante para obtener el animal acostumbrado a ser celebrada, esto se puede hacer moviendo el animal en y cerca de la superficie de pruebas en movimientos no directos para aclimatarse al animal a la manipulación. También es importante relajar los animales al principio y en medio de las sesiones de prueba. Para relajar los animales, mantener al animal en una mesa en una postura de sólo extremidad anterior lleva, en una posición de "carretilla" y rebotar al animal suavemente sobre la mesa que permite a los miembros anteriores se toquen la superficie. Esto enseña a los animales para detectar debajo de ellos para una superficie estable y es un paso importante y necesario en el procedimiento, ya que garantiza que los animales están relajados antes de que comience la prueba.
1. Miembro Anterior Prueba Paso alternancia
Nota: Es importante alternar posición de la mano del experimentador, ya que puede afectar el comportamiento de alternancia de los animales de prueba. La hoja de la cuenta paso a la alternancia proporcionada se puede utilizar para observar la posición de la pata y el uso durante el paso a paso. Aunque no hemos incorporado esos datos en nuestro sistema de puntuación actual (sólo tenemosestado de alternancia se utiliza para agrupar los animales lesionados en el presente estudio), los usuarios pueden incluir fácilmente datos de la posición de la pata, como parte del análisis en función del proyecto específico.
2. Prueba Inestabilidad postural
3. Prueba de Manejo Pasta
Nota: la hoja de puntuación Manejo Pasta proporciona espacio para registrar la hora de comer pasta y el uso de la pata, similar a los datos incluidos en este estudio. También hemos incluido las áreas para grabar detalles adicionales de uso de la pata durante una sesión de comer pasta, tales como la posición de la pata.
Se recomienda que los animales se comprobarán periódicamente durante todo el experimento en un experimento de tipo de medidas repetidas para un mejor análisis y analizar la mejora en el tiempo.
Miembro Anterior Prueba Paso alternancia
Esta prueba está diseñado para determinar la capacidad de un animal para alternar el uso de sus patas delanteras. El uso de la prueba de paso a la alternancia de la extremidad anterior, sólo el 50% de los animales fueron capaces de alternar el uso de sus extremidades después de CSCI 19 a 12-16 semanas después de la lesión (Figura 1A). A continuación presentamos un retraso (5 seg) por mantener parado animales después de que el primer paso antes de pasar al animal hacia adelante para el segundo paso. Sólo 50% de los animales que fueron alternando el uso de sus miembros (25% del grupo lesionado total) fueron capaces de alternar después de un retardo de 5 seg (Figura 1B). Se correlacionaron estos hallazgos con los estudios anatómicos y el análisis reveló que los alternadores tienen significantly mayor área de tracto corticoespinal escatimado [F (1,1) = 5,56, p <0,05] y la columna dorsal [F (1,1) = 19,2, p <0,003] en el lado contralesional 19. Estos datos indican que la prueba de alternancia paso extremidad anterior puede predecir la gravedad de la lesión, así como unilateralidad de las lesiones. Esta prueba puede resultar en datos categóricos nominal que debe ser analizada con un análisis de medidas repetidas. En este ejemplo, no era una medida repetida, se utilizó un punto de tiempo para ilustrar la diferencia entre los grupos. Cada animal se clasifica como un "alternador" o un "no-alternador", que separa a los animales en dos grupos de lesiones (moderadas vs severa, respectivamente).
Prueba Inestabilidad postural
Las lesiones unilaterales de la médula espinal pueden causar cambios no sólo a la extremidad afectada y / o afectados, pero también a la extremidad no afectada. La prueba de la inestabilidad postural (PIT) fue anteriormente described y utilizado en animales con un modelo de roedor de la enfermedad de Parkinson y 18 en un modelo de roedor de CsCl 19. Utilizamos PIT después CSIC y encontramos que hubo un efecto significativo de la situación de la lesión [F (1,1) = 8,17, p <0,01]. Además, el desplazamiento de la extremidad anterior (distancia de recuperar el centro de gravedad) fue significativamente mayor en el lado ipsilesional (extremidad anterior derecha) de los animales heridos en comparación con los animales con cirugía simulada (6,00 ± 0,24 frente a 8,00 cm ± 0,10 cm, p <0,0001; Figura 2 ). La distancia de desplazamiento en la extremidad anterior contralesional fue significativamente menor en animales lesionados en comparación con los animales con operación simulada (6,00 ± 0,25 cm para simulada frente a 4,00 ± 0,10 cm para CSIC, p <0,0001; Figura 2). Este resultado indica que la extremidad anterior contralesional también dio lugar a cambios debido a la lesión a la cara opuesta (es decir, cambios en el ajuste postural por los foreli contralesionalmb para recuperar el centro de gravedad). Los datos de esta prueba será cuantitativa y deben ser analizados mediante un ANOVA de medidas repetidas para examinar los cambios en los grupos a lo largo de un experimento.
Prueba de Manejo Pasta
Manejo Pasta fue diseñado para probar el uso experto de las extremidades anteriores, mientras que comer un pedazo de pasta seca. Una prueba similar se ha utilizado anteriormente para detectar déficits en uso experto de las extremidades anteriores en modelos animales de accidente cerebrovascular unilateral y la enfermedad de Parkinson 20,21 y después de CsCl 19. En los puntos de tiempo crónicas después de la lesión (12 semanas después de la lesión), todos los animales de simulación comieron la pasta usando ambas patas durante el período de prueba. En el grupo lesionado, se encontró que el tiempo total para comer un pedazo de pasta es similar a la del grupo de control (Figura 3). Sin embargo, más alternadores (lesión más leve; 10 de 15) fueron capaces de utilizar su extremidad anterior ipsilesional comparación con los no alternadores (gravemente herido grupo; 1 de cada 7; Figura 3). La prueba de manejo de la pasta proporciona datos que es a la vez continua y cuantitativa (tiempo de comer pasta), y categórica (utilización de la pata) y debe ser analizado de manera apropiada.
Figura 1. Evaluación crónica de la función de la extremidad anterior mediante la prueba de paso a la alternancia de la extremidad anterior reveló dos grupos diferentes de animales con diferente severidad de la lesión. Animales mostraron una diferencia en el comportamiento durante el avance paso a paso con las dos patas. Sólo el 50% de los animales lesionados alternó patas al pisar (alternadores, 5 de cada 10 ratas lesionadas), mientras que los otros mostraron una falta de paso a la alternancia mediante la adopción de dos medidas contralesional en una fila (no alternadores, 5 de los 10 lesionados ratas). Más animales muestran esta tendencia a tomar múltiples medidas contralesional si un retardo de 5 segundos se introdujo entre steps (8 de cada 10 ratas lesionadas).
.. Figura 2 Crónica extremidad anterior evaluación de la conducta mediante la prueba de la inestabilidad postural (PIT) Como era de esperar, la extremidad anterior ipsilesional en animales con lesión medular cervical (CSIC) tuvieron significativamente mayor distancia de desplazamiento de los animales con cirugía simulada (6 cm frente a 8 cm; * p <0,0001). Además, la distancia de desplazamiento en la extremidad anterior contralesional fue significativamente menor en animales lesionados en comparación con los animales con operación simulada (6 cm frente a 4 cm; * p <0,0001). Esto puede sugerir una mayor función de la extremidad contralesional durante PIT en animales lesionados.
Figura 3. evaluación Extremidad anterior utilizando el manejo de pasta y comer prueba mostró alteraciones significativas en los no alternadores lesionadas. Los animales se les dio una pieza estándar de pasta. Se registraron el uso y el tiempo para comer pasta Paw. Los resultados indicaron que un bajo número de alternadores (33%) utiliza exclusivamente su extremidad anterior contralesional (que indica un deterioro más grave) en comparación con los no alternadores (86%). Además, los animales de los tres grupos (tratamiento simulado, alternadores lesionadas y lesionados no alternadores) tuvieron un período de tiempo similar a comer la pasta (p <0,05). Haga clic aquí para ver más grande la figura .
Lesión de la médula espinal cervical (CSIC) puede dar lugar a lesiones que alteran y devastadores en los pacientes. Hay un número de modelos de lesión de la médula espinal cervical desarrollados en roedores que se utilizan para estudiar la plasticidad de los sustratos neurales y agentes terapéuticos. Desarrollar sensible, efectiva, reproducible y fácil de usar pruebas de comportamiento para evaluar los déficits funcionales y la recuperación después de CSCI es un objetivo importante. A continuación, describimos en detalle el uso de tres de estas pruebas de comportamiento: alternancia de extremidades, inestabilidad postural y manipulación de la pasta.
La lesión medular en roedores, como en la población humana, es una lesión heterogénea. Una lesión muy similar puede inducir una variedad de anomalías de comportamiento. Por lo tanto, es importante para determinar la gravedad de las lesiones en los animales lesionados. Hemos encontrado que la tarea de alternancia extremidad es una manera muy eficaz de determinar si el lado contralesional está dañado después de una lesión unilateral (hemisección o contTipo de usion lesiones) a la médula espinal cervical 19. Los datos de nuestro grupo mostraron que el uso de esta tarea de alternancia extremidad puede determinar la gravedad de la lesión dentro de la primera semana después de la lesión. Además, los animales heridos más gravemente (no-alternadores) tenían un perfil de recuperación significativamente diferente en comparación con alternadores (usando la escala locomotora extremidad anterior). Por lo tanto, la tarea de alternancia extremidad es extremadamente útil agrupando las ratas lesionadas en alternadores y no alternadores, sobre todo si el estudio incluye un tratamiento crónico para asegurar que haya una distribución equitativa de la gravedad de la lesión en cada grupo de tratamiento.
Se recomienda que la prueba de la extremidad anterior-alternancia puede utilizar en combinación con otras tareas que puede examinar el uso de las extremidades anteriores de los animales (tales como la escala locomotora extremidad anterior o la prueba de preferencia de la pata del cilindro). Mientras que la administración de esta prueba es imperativo que el experimentador realizar la prueba el mismo número de vecescon cada mano (por ejemplo, dos veces con la mano izquierda y dos veces con la derecha) para minimizar el efecto de la posición experimentador mano en el comportamiento de las ratas. Esta prueba sólo es efectiva si el animal está relajado en manos del experimentador; las 2-3 semanas de manejo sugeridas deben permitir la relajación. Además, una vez que el animal está relajado, el experimentador debe mantener al animal en casi 90 ° en posición de carretilla para evitar que la variación dentro del animal.
La prueba de la extremidad anterior-alternancia también puede dar una idea a las conexiones neuronales cruzadas espinales cuando los animales son incapaces de intervenir de forma individual con una pata, pero son capaces de realizar una tarea de alternancia. Para la locomoción cuadrúpedo normal en animales tales como ratas, muchas regiones del cerebro, así como generadores de patrones centrales locales (GPC) a lo largo de la longitud de la médula espinal están involucradas. Específicamente para la extremidad anterior movimiento rítmico, los segmentos de la columna vertebral cervical, cicloalquilo C3-C6 se cree que son importantes 22. Anteriormente, hemos Descridiferencias anatómicas entre alternadores cama y no alternadores en animales lesionados (una hemisección lateral en C3/C4 se realizó) y encontraron más daño a la columna dorsal contralesional y tracto corticoespinal en animales no se alternan 18. Se cree que para el movimiento de la extremidad anterior, generador de patrón rítmico está presente en cada nivel de la hemi-segmento cervical y que las conexiones de inhibidor de cable transversal son responsables de alternancia 23. Nuestros hallazgos anatómicos anteriores también implica que los daños en el lado contralesional de la médula espinal puede causar la interrupción de la salida del motor rítmica (como alternación), mientras que si la contralesional de la médula espinal es más intacta, las salidas de motor rítmicos son más propensos a funcionar normalmente. No se observó un daño significativo a cualquier parte ventral medial contralesional de las cuerdas y por lo tanto no se realizó ese análisis.
La prueba de la inestabilidad postural descrito aquí es una versión prueba útil y porque puede detectar los cambios tanto en la extremidad anterior (IPSI y contralesional) causada por una lesión unilateral. Es importante tener en cuenta que esta prueba se debe administrar sólo cuando el animal se relajó en manos del experimentador. En nuestra experiencia, esto puede tomar la manipulación diaria de los animales durante 2-3 semanas. Una vez que el experimentador y el animal son cómodas, esta prueba es muy sensible y se puede utilizar para obtener datos de desplazamiento altamente consistentes para cada miembro anterior. Si el animal está tenso, el experimentador puede coloque un lado del animal y se mueven hacia arriba y hacia abajo fuera de encima de la mesa hasta que el animal se sienta cómodo y entiende que la mesa es un lugar seguro. Una vez que el animal es relajado, es importante para mantener los animales en una posición carretilla en cerca de 90 ° para obtener resultados consistentes. Esta prueba es fácil de administrar y proporciona una visión más allá de otras pruebas de comportamiento, proporcionando información sobre la compensación y el déficit con una tarea simple.
t "> Las ratas comen fácilmente pasta seca después de la formación frente a la cámara. Por lo tanto, el manejo de la pasta es una prueba relativamente fácil de administrar. En este estudio, estábamos grabando y el uso de datos para su uso extremidad (izquierda, derecha o ambas) y el tiempo comer pasta solamente. Un análisis más detallado que incluya ajustes pata durante comer pasta se ha descrito previamente en animales con lesiones tales como lesiones isquémicas unilaterales y unilateral estriatal 20,21,24 agotamiento de la dopamina. Por lo tanto, es posible desarrollar y utilizar una más . análisis confidencial de la prueba después de comer pasta CSIC Hemos incluido la posición de la pata en la hoja de puntuación, ya que esto puede revelar la prepotencia o habilidad con cada mano Además, estamos notando las garras de cada pata;. algunos animales descansan su pata en un lado del la pasta, utilizando posiblemente como un soporte, en lugar de agarre la pasta durante la comida. Si los animales son reacios a comer pasta, un paso privación de alimentos puede ser introducido en el protocolo antes de la prueba.No hay conflictos de interés declarado.
Nos gustaría agradecer a la financiación de la Misión de Connect, un proyecto de la Fundación TIRR (CES y ZZK), la Fundación Craig Neilsen (CES) y NSF Graduate Research Fellowship (Grant #: 2011112479 a SAG).
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