Name: automated gait analysis to assess functional recovery in rodents with peripheral nerve or spinal cord contusion injury
Uploaded: 2020-10-06T15:00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury at JoVE.com

Авторы хотели бы поблагодарить Карин Бреннер за ее страстный уход за животными. Авторы также хотели бы поблагодарить Клаудию Кейбл, Джеймса Фергюсона, Габриэле Лейнфеллнер и Сюзанну Дрехслер за помощь во время экспериментальных операций.

Авторы заявляют, что эта работа была поддержана Noldus Inc. за счет покрытия платы за публикацию открытого доступа. Ни один из авторов не получал никакой личной заработной платы или какой-либо финансовой чаевые. У авторов нет других конкурирующих интересов, чтобы заявить.

Оценка функционального восстановления в животных моделях PNI и SCI остается сложной из-за большого разнообразия методов оценки, каждый из которых имеет индивидуальные преимущества и недостатки. Лишь немногие подходы были протестированы и проверены в нескольких моделях периферических и центральных нервных травм, хотя перспективные новые методы, которые сочетают отслеживание движения и машинное обучение потенциально может продвинуть нейровиоальные исследования на следующий уровень функционального тестирования. Мы убеждены в том, что в скором времени появятся передовые методы, широко применимые к широкому кругу моделей животных и травм. В свете этих соображений одним из преимуществ AGA является возможность оценить функциональное восстановление в нескольких моделях повреждения нерва с помощью только одного устройства. С начала 2000-х годов этот подход был использован в экспериментальных моделях PNI, таких какседалищный 37, перонеальный38, и бедренной нервнойтравмы модели 22, а также после корневой авульсии как поясничного39 и брахиального сплетения40. Различные центральные нервные травмы, включая ушиб спинного мозга были также изучены сметодом 41,42. В этой статье мы представили подробный протокол о том, как вызвать три широко изученных нервных травм, а также как оценить функциональное восстановление после этого. На наш взгляд, практические рекомендации для исследователей, заинтересованных в области экспериментальной травмы нерва, ремонт, и регенерации о том, как сделать оптимальное использование выгодных особенностей метода будет иметь большую помощь.
Несколько авторов рассмотрели потенциал AGA для оценки функционального восстановления у грызунов, подчеркнув преимущество метода для одновременной оценки параметров походки, связанных с двигательной и сенсорнойреиннервации 27,28. Кроме того, сравнение данных с экспериментальной лапы, например, реконструированной травмы нерва неоперабельной лапы, как было показано в обеих представленных моделях, позволяет включить внутри животных положительный контроль. Обратно, оперировать лапу без хирургической реконструкции или дополнительного лечения может служить внутри животных отрицательный контроль. Было также показано, что можно объединить AGA с машинным обучением подходов43. Несмотря на преимущества метода, он также имеет ряд ограничений и недостатков, таких как трудоемкие усилия по обучению, которые являются обязательными, чтобы приучить животное кпроцедуре приобретения 28,44. Другим ограничением АГА является максимальный размер животных, имеющих право на тестирование из-за ограниченных размеров аппарата. Таким образом, использование AGA в настоящее время ограничивается животных размером с грызунов и хорьков45. Кроме того, в последнее время возникающие нейробехавиоальные подходы к оценке в области отслеживания движения, способные машинного обучения может превзойти AGA как по полноте,так и по возможным приложениям 18,19,46. Наиболее примечательным, но в соответствии с другими методами оценки, кажется, что функциональное восстановление, по оценке AGA сильно ограничено, если даже происходит- в моделях седалищного нерва neurotmesis47,48. С другой стороны, AGA позволяет провездную оценку хода функционального восстановления после нервного нерва бедренной кости, как показывают наши данные. С помощью этой работы мы продемонстрировали, что Paw Print Area является репрезентативным параметром походки, оцениваемым с помощью AGA, что является образцовым для хода функционального восстановления в двух вышеупомянутых моделях повреждения периферического нерва, представленных нами. В то время как функциональное восстановление ad integrum наблюдалось после аутотрансплантатного ремонта бедренной нерва, параметры AGA все еще были значительно изменены от исходного уровня в конце периода наблюдения после ремонта аутотрансплантата седалищного нерва. Примечательно, в этом контексте, что конечности контрактуры являются общим явлением у крыс с седалищной травмы нерва и осторожность необходимо не путать эти признаки мышечного дисбаланса и паралича с продолжениемфункционального восстановления 32. Это, с одной стороны, подчеркивает неспособность метода AGA обнаружить значительное функциональное восстановление после травмы neurotmesis в этой модели. С другой стороны, возникает вопрос, возможно ли оценить седалищного нерва травмы модели крысы, которая по-прежнему наиболее часто используется экспериментальная модель ремонта нерва, с помощью анализа походки в целом в случае, если повреждение нерва является более серьезным, чем axonotmesis48. Подробная информация об устранении неполадок представлена в дополнительном файле 1.
Мы также предоставили примерные данные об использовании метода для оценки функции локомотива у крыс с повреждением спинного мозга, что возможно без каких-либо необходимых изменений в аппаратной установке или процедуре приобретения. Тот же принцип применяется и к другим моделям грызунов центральной нервной травмы (CNI)26,49,50 и корневой травмы avulsion. В отличие от изолированных ПНИ, травмы спинного мозга являются гораздо более сложными в их патофизиологических последствий, как множество очень важных структур повреждены, с участием шипучих путей, таких как кортикоспинальные и руброспинальные тракты и афферентные пути, такие как спинные колонны и спиноталамическиетракты 35. Задача адекватно оценить эти патологические изменения находит свое отражение во всеобъемлющем арсенале поведенческих тестов, таких как Бассо, Битти и Бреснахан (BBB)оценка 36. Походка параметр Базы поддержки, как сообщается, увеличивается после центральных нервных травм, скорее всего, для учета в результате instable походка. База поддержки была значительно изменена с базового уровня от WPO10 до WPO14 в нашей модели, поддерживая нашу презумпцию того, что этот параметр позволяет оценить ход функционального восстановления AGA после ушиба грудного спинного мозга.
Мы убеждены, что AGA является возможным инструментом для оценки функционального восстановления у грызунов с травмами нервной системы. Тем не менее, мы советуем тщательно и тщательно отражать наблюдаемые изменения походки в каждой соответствующей экспериментальной установке. Изменения параметров походки, например, увеличение площади печати после немедленного послеоперационного сокращения или уменьшение времени качели, приступить к немедленному послеоперационному повышению этого параметра, в течение периода наблюдения не неизбежно связаны с функциональным восстановлением. Вместо этого эти изменения также могут быть связаны с возможной функциональной адаптации для поддержания незаметной походки, учитывая, что крысы являются добычей видов и попытаться избежать показа боли или инвалидности потенциальныххищников 51. Поэтому рекомендуется использовать автоматизированный анализ походки в качестве дополнительного инструмента для связи изменений походки с другими показателями исхода повреждения периферического нерва и регенерации21. Как упоминалось ранее, мы также считаем, что следует тщательно отразить, если грызуны с седалищным нервом нейротмезиса должны быть исследованы с помощью АГА, как наш вывод сильно указывает на то, что функциональное восстановление серьезно ограничено в этом случае.
Как показано в нашей работе, основным активом AGA является возможность изучения как двигательной, так и сенсорной реиннервации во множестве экспериментальных моделей PNI, а также CNI, требуя при этом только одной установки. Таким образом, метод, на наш взгляд, является весьма ценным инструментом для комплексного нейровиоального тестирования. Одним из активов AGA, который является возможность изучения двигательной и сенсорной реиннервации в различных животных моделях PNI и CNI, требуя при этом только одной установки, является, на наш взгляд, основным преимуществом метода по сравнению с другими методами оценки для изучения функционального восстановления, таких каканализ пешеходной дорожки 52, ФонФрей тестирования 53, или походка кинематики16. Потенциал одновременной оценки изменений походки, которые либо коррелируют с результатами электрофизиологических исследований рейннервированныхмышц 22, либо с методами оценки сенсорной функции 54, является перспективным в отношении будущих применений метода. Поэтому мы рекомендуем использовать AGA для исследования функционального восстановления в моделях грызунов forelimb PNI, таких как локтевой, радиальный, или средний нерв, или экспериментальныемодели передачи нерва 55, которые остаются неизученными с помощью этого метода еще.
В этой связи мы предоставляем подробный протокол о том, как использовать автоматизированный анализ походки для изучения функционального восстановления в трех моделях грызунов травмы нерва. Хотя метод требует тщательного рассмотрения различных ключевых аспектов, таких как надлежащая подготовка и тщательная калибровка жесткого и программного обеспечения, это осуществимый и ценный дополнительный инструмент для оценки регенерации нервов в моделях грызунов центральной и периферической травмы нерва.

Травмы периферической и центральной нервной системы часто изучаются у грызунов, в результате чего большое количество сравнительных данных о ходе повреждения нерва, ремонт, или нейропротекторной для противодействия дальнейшей вторичнойтравмы и регенерации 1,2,3. Результаты экспериментальных стратегий лечения в моделях грызунов могут быть оценены с помощью различных методов, таких как гистология, иммуногистохимия, электрофизиология и методы визуализации, такие как рентгеновская микротомография (КТ) сканирование, но наиболее важным критерием для определения успеха лечения является, как у пациентов с человеком–степень функционального восстановления 4,5. Первые исследования, исследуя производительность локомотивов у грызунов восходят к 1940-хгодов 6,7,8. Крысы и мыши были предметом большого количества исследований, исследуя их поведение локомотивов впоследующие десятилетия 9,10,11. В настоящее время существует широкий спектр методов оценки моделей грызунов периферических и центральных нервных травм, начиная от анализа пешеходнойдорожки с чернилами и бумагой 12,13,14 надлодыжкой и походкой кинематики 15,16,17 до машинного обучения расширенные методы, которые позволяют для комплексной оценки походки, конечности и совместныхтраекторий 18,19.
Компьютеризированный автоматизированный анализ походки (AGA) используется для оценки функции локомотива после периферических и центральных нервных травм и потенциального экспериментального лечения таких травм. Устройство в основном состоит из стеклянной дорожки и источника света, который освещает отпечатки лап грызунов в корреляции с давлением, превышенное ими. Затем эти данные компьютеризируются для расчета широкого спектра статических и динамических параметров. Согласно Deumens, эти параметры могут быть дополнительно разделены на категории общих параметров, связанных с болью параметров, а также связанных скоординацией параметров походки 20(таблица 1). Осуществимость AGA для обнаружения изменений в поведении походки было доказано в различных животных моделей повреждения периферического нерва (PNI)21, таких какседалищный нерв 20,бедренной нерв 22, исредний нерв 23,24. Он также регулярно используется для оценки функции локомотива у крыс с центральными нервными травмами, например,инсульт 25 или ушиб спинного мозга26. Достижения метода лежат в большом количестве сопоставимых данных и его возможности записывать множество параметров, связанных с походкой27. Данная работа призвана предоставить исследователям, заинтересованным в животных моделях PNI и травмы спинного мозга (SCI) с подробным и практическим руководством для оценки функции локомотива в таких моделях.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Категории</td>
			<td>Параметр</td>
			<td colspan="2">Описание</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">Общие параметры походки</td>
			<td>Область печати (единица расстояния)</td>
			<td colspan="2">Область отпечатка лапы</td>
		</tr>
<tr>
<td>Длина печати (единица расстояния)</td>
			<td colspan="2">Длина отпечатка лапы</td>
		</tr>
<tr>
<td>База поддержки (BoS) (единица расстояния)</td>
			<td colspan="2">Расстояние между двумя задними или передними лапами</td>
		</tr>
<tr>
<td>Длина шага (единица расстояния)</td>
			<td colspan="2">Расстояние между двумя последовательными размещениями лапы</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Параметры походки, связанные с болью</td>
			<td>Время качели (ы)</td>
			<td colspan="2">Продолжительность фазы качели</td>
		</tr>
<tr>
<td>Время стенда (ы)</td>
			<td colspan="2">Продолжительность фазы позиции</td>
		</tr>
<tr>
<td>Средняя интенсивность печати лап (произвольное подразделение)</td>
			<td colspan="2">Средняя iIntensity печати лапы во время фазы позиции</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Параметры походки, связанные с координацией</td>
			<td>Нормальные шаблоны последовательности шагов (NSSP)</td>
			<td colspan="2">Конкретные последовательности размещения лап во время цикла шага</td>
		</tr>
<tr>
<td>Фазовая дисперсия (%)</td>
			<td colspan="2">Временные различия между шагами двух конкретных лап</td>
		</tr>
<tr>
<td>Индекс регулярности (RI) (%)</td>
			<td colspan="2">Количественная оценка межлимбной координации путем деления количества безупречных времени NSSP 4 на общее количество размещения лап в течение одного цикла шага</td>
		</tr>
</tbody></table>Таблица 1: Параметры походки, оцениваемые с помощью автоматизированного анализа походки. Категории, в которых классифицируются параметры, выбираются в соответствии с Deumens et al.20.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.9% Saline</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>3570410</td>
			<td>Vehicle for drug delivery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>9161708V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4606728 V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Propanol, 2-Propanol, Hexetidin</td>
			<td>Gebro Pharma</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Alcoholic skin disinfection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>23-gauge (G) canula</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4657667</td>
			<td>Canula for s.c. injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>26-gauge (G) canula</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4657683</td>
			<td>Canula for s.c. injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4606710 V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine hydrochloride</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B9275</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Burrs for Micro Drill</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>19007-29</td>
			<td>Drilling of a hole inside the lamina</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caprofen</td>
			<td>Zoetis Austria</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catwalk Automated gait analysis system</td>
			<td>Noldus</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Automatic analysis software of animal gait</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cauterizer Kit</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>18010-00</td>
			<td>Cauterization of vessels during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enrofloxacin</td>
			<td>Bayer Austria</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethilon (10-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>2810G</td>
			<td>Suture material for neurrorhaphy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethilon (11-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>EH7465G</td>
			<td>Suture material for neurrorhaphy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye ointment</td>
			<td>Fresenius Kabi Austria</td>
			<td>4302436</td>
			<td>Eye protection during anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Friedman-Pearson Rongeurs</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>16221-14</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gabapentin</td>
			<td>Wedgewood Pharmacy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goldstein retractor</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>17003-03</td>
			<td>Retraction of tissues during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hair trimmer</td>
			<td>Aescular</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Hair trimmer for shaving of the operation site prior to surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Pad for rodents</td>
			<td>ALA Scientific Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Regulation of body temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impactor</td>
			<td>Precision Systems and Instrumentation</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Induction of spinal cord contusion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lewis rat (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61852/61852equ01.jpg" />)</td>
			<td>Janvier</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Experimental animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic Fixator Retraction System</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>18200-50</td>
			<td>Retraction of tissues during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metzenbaum Baby Scissors</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>14019-13</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Drill</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>503599</td>
			<td>Instrument for bone drilling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Needle holder</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>12076-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-scissors (curved)</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15023-10</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-scissors (straight)</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15007-08</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mirror Finish Forceps</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>11251-23</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle holder</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>12002-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operating microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M651 MSD</td>
			<td>Magnification of the operative site</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone Iod</td>
			<td>B. Braun Melsungen</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Non-alcoholic skin disinfectant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Oximeter</td>
			<td>STARR Life Sciences</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Surveillance of heart rate and oxygen saturation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rodent thermometer</td>
			<td>BIOSEB</td>
			<td>BIO-TK8851</td>
			<td>Surveillance of body temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blade</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10010-00 (#10)</td>
			<td>Surgical instrument to make an incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel handle</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10003-12 (#3)</td>
			<td>Surgical instrument to make an incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevoflurane Inhalation Vapour, Liquid (100%)</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>HDG9117A</td>
			<td>Anesthetic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatula &#38; Probe</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10090-13</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague Dawley rat (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61852/61852equ01.jpg" />)</td>
			<td>Janvier</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Experimental animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterila gauze 5x5cm</td>
			<td>EVAC MEDICAL</td>
			<td>E010.03.00215</td>
			<td>Sterile gauze compress</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue Forceps</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>11021-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl (4-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V3040H</td>
			<td>Suture material for subcutaneous sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl (5-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V303H</td>
			<td>Suture material for subcutaneous sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl cutting needle (4-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V392ZH</td>
			<td>Suture material for skin sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl cutting needle (5-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V391H</td>
			<td>Suture material for skin sutures</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated gait analysis to assess functional recovery in rodents with peripheral nerve or spinal cord contusion injury

Травмы периферических и центральных нервов в основном изучаются у грызунов, особенно крыс, учитывая тот факт, что эти модели животных являются экономически эффективными и много сравнительных данных было опубликовано в литературе. Это включает в себя множество методов оценки для изучения функционального восстановления после травмы нерва и ремонта. Помимо оценки регенерации нервов с помощью гистологии, электрофизиологии и других методов оценки in vivo и in vitro, функциональное восстановление является наиболее важным критерием для определения степени нейронной регенерации. Автоматизированный анализ походки позволяет записывать огромное количество параметров, связанных с походкой, таких как Paw Print Area и Paw Swing Speed, а также измерения межвимберной координации. Кроме того, метод предоставляет цифровые данные о лапах крыс после повреждения нейронов и во время регенерации нервов, добавляя к нашему пониманию того, как периферические и центральные нервные травмы влияют на их локомотивное поведение. Помимо преимущественно используемой модели травмы седалищного нерва, с помощью этого метода можно изучать другие модели повреждения периферического нерва, такие как бедренной нерв. Помимо травм периферической нервной системы, можно оценить поражения центральной нервной системы, например, ушиб спинного мозга. Действительная и воспроизводимая оценка данных в значительной степени зависит от тщательной корректировки жестких и программных настроек до получения данных. Кроме того, решающее значение имеет надлежащее обучение экспериментальных животных. Эта работа призвана проиллюстрировать использование компьютеризированного автоматизированного анализа походки для оценки функционального восстановления в различных животных моделях повреждения периферического нерва, а также ушиба спинного мозга. Он также подчеркивает ограничения метода, например, оценка регенерации нервов у крыс с седалищным нервом neurotmesis из-за ограниченного функционального восстановления. Таким образом, этот протокол, как полагают, чтобы помочь исследователям, заинтересованным в периферических и центральных нервных травм для оценки функционального восстановления в моделях грызунов.

12 крыс прошли экспериментальную периферическую операцию на нерве. Седалищная нервная ресекция(рисунок 2A) была выполнена у 7 крыс, в то время как бедренная нервная нейротмезиса(рисунок 2B) была вызвана у 5 крыс. У всех животных нервный дефект реконструировался с помощью аутологичного трансплантата нерва. Ушиб ушиба спинного мозга(рисунок 2C) на уровне Th11 был вызван в 6 крыс, в результате чего в общей сложности 18 крыс.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig02.jpg"> Рисунок 2: Оперативные сайты после реконструкции нерва. Реконструкция нерва с аутотрансплантатами в седалищномнерве (A)и бедренной нерве(B),а также после ушиба ушиба спинного мозга(C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig02large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
Все животные хорошо оправились от операции, и никаких случаев нанесения себе увечий не было. Одно животное группы травм седалищного нерва разработало сильные контрактуры правой задней лапы в течение послеоперационного периода наблюдения и должно было быть исключено из дальнейшего анализа данных.
Скиатический нерв нейротмезис Так как седалищный нерв обеспечивает мышечную и сенсорную иннервацию большинству задних конечностей, его ресекция приводит к серьезному нарушению функции локомотива. После травмы, крысы используют пятки лапы для поддержки веса только (Рисунок 3B-E) и конечности перемещается в радикальных обходных движения. Таким образом, локомотивные изменения, оцениваемые с помощью AGA, становятся очевидными с помощью значительно уменьшеннойобласти печати (рисунок 4A)и значительно увеличенного времени качели(рисунок 4B). Оба параметра были по-прежнему существенно изменены по сравнению с измерениями, проведенными до ОП по окончании периода наблюдения. Примечательно, что одно животное разработало сильные контрактуры правой задней лапы, начиная с послеоперационной недели (WPO) 10. Это привело к увеличению площади печати правой задней лапы до более чем 150% по сравнению с левой лапой на WPO12 (Рисунок 5). Поскольку это был экстрем по сравнению со всеми другими животными, оцененными в этом исследовании, мы исключили это животное из анализа данных в отношении печатной области.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig03.jpg"> Рисунок 3: Представитель лапы печатает до и после критического размера resection правого седалищного нерва и автотрансплантата ремонта. Обратите внимание на сильное снижение площади печати после повреждения нерва (B) по сравнению с предоперационной(A). Несмотря на небольшое увеличение в области печати в течение периода наблюдения (C-E) отпечатки лап правой задней конечности остались заметно изменены от базовых записей. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig03large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig04.jpg"> Рисунок 4: Курс функционального восстановления после ресекции критических размеров и аутотрансплантатного ремонта седалищного нерва. Коэффициент площади печати(A) и коэффициент времени качания(B) были статистически изменены значительно от значений Pre-OP сразу после седалищного нерва resection. В то время как площадь печати оставалась значительно уменьшенной по сравнению с базовым уровнем до WPO10, Swing Time все еще значительно увеличивалась до значений Pre-OP на WPO12. Вопрос: p lt; 0,05 по сравнению с Pre-OP, No: p lt; 0.01 по сравнению с Pre-OP. Бары ошибок указывают ± стандартную погрешность среднего (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig04large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig05.jpg"> Рисунок 5: Boxplot курса печати области после седалищного повреждения нерва. Обратите внимание на экстремал (красный эллипс) на WPO12, что объясняется тем, что одно животное разработало сильные контрактуры правой задней лапы, начиная с WPO10. Таким образом, животное было исключено из статистического анализа, показанного на рисунке 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig05large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
Бедренной нерв нейротмезис Ресекция бедренной нерва приводит к денервации четырехглавой мышцыбедра 33,34. Вследствие этого нарушается расширение колена, что приводит к гиперфлексии голеностопного сустава при последовательном подъеме пятки лапы. Таким образом, область печати соответствующей лапы(рисунок 6B), сильно уменьшается после операции. РаспечататьМоть левой задней лапы увеличивается за счет компенсационного смещения веса влево. Это следует иметь в виду, так как это явление непосредственно влияет на расчетное соотношение между «экспериментальной» и «контрольной» лапой. Начиная с WPO4 reinnervation четырехглавой регенерирующей бедренной нерва приводит к развороту этих изменений в результате увеличения лапы печати области правой задней лапы (рисунок 7A). Как четырехглавой мышцы бедра также играет определенную роль в фазе качели соответствующей лапы, Swing Time(рисунок 7B) значительно длительное у крыс с травмой бедренной нерва. Отражая возвращение печати области, Swing Time уменьшается, как регенерирующий бедренной нерв достигает четырехглавой мышцы бедра. На WPO10 оба параметра походки вернулись к исходной линии, сигнализируя о полном функциональном восстановлении.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig06.jpg"> Рисунок 6: Представитель лапы отпечатки. Представитель лапы отпечатки до (A) и следующие (B-E) правой бедренной нерва ресекции и ремонта аутотрансплантата. Распечатать Площадь RH сильно уменьшилась на WPO2 (B), в то время как увеличение площади печати левой задней лапы (LH) из-за повышенной нагрузки веса стало видимым. Rh Печатная площадь начала увеличиваться, начиная с WPO6(C) сопровождается уменьшением площади печати LH. На WPO8 (D) и WPO10 (E) Печатная область RH восстановилась обратно близко к предоперационных уровнях. (Адаптировано с разрешения Heinzel et al.22, лицензировано в соответствии с CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig06large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig07.jpg"> Рисунок 7: Курс функционального восстановления после 7-мм ресекции и аутотрансплантатного ремонта бедренной нерва. Курс коэффициента области печати(A) и коэффициент времени качания(B) показал сильное изменение сразу после ресекции бедренной нерва, но значения восстановились обратно к предоперационным значениям на WPO8. Вопрос: p lt; 0.05. Бары ошибок указывают среднее ± SEM. (Адаптировано с разрешения Heinzel et al.22, лицензировано в соответствии с CC BY 4.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig07large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
Ушиб спинного мозга Gait анализ показал заметно измененные отпечатки лап после травмы ушиба грудного спинного мозга(рисунок 8), наиболее примечательный decrement в области печати и заметное внутреннее вращение задних лап на WPO2 (Рисунок 8B). Примечательно, что вращение лапы также реализовано в качестве оценочной функции в BBB, подчеркивая применимость компьютеризированного анализа походки для оценки изменений походки, которые первоначально оценивались с помощью тестирования Open Field. Что касается хода отдельных параметров походки, ушиб спинного мозга на уровне Th11 привел к снижению коэффициента площади печати(рисунок 9A)и приращению коэффициента времени качели(рисунок 9B). Оба параметра в течение дальнейшего периода наблюдений были направлены к базовым уровням, однако статистически значимых изменений не наблюдалось. Связанный с координацией параметр Regularity Index(рисунок 9C)также снизился на WPO2, но степень сильно различалась между животными. Он также тенденции к предоперационных значений до WPO16. База поддержки задних лап(рисунок 9D), общий параметр походки по Deumens, показал заметное увеличение, которое было статистически значимым от WPO10 до WPO14. Он имеет тенденцию к базовым уровням на WPO16 и больше не был существенно изменен от значения Pre-OP на данный момент.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig08.jpg"> Рисунок 8: Репрезентативные отпечатки лап двух задних лап. Лапа печатаетсяпредоперационно (A)и после травмы ушиба грудного спинного мозга(B-F). Обратите внимание на сокращение площади печати, начиная с WPO2 (B) сопровождается заметным внутренним вращением лап. В течение периода наблюдения(C-F)наблюдается приращение печатной области, а также зазор внутреннего вращения. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig08large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig09.jpg"> Рисунок 9: Ушиб спинного мозга на уровне Th 11. Ушиб спинного мозга в Th 11 привел к наблюдаемым изменениям коэффициента площади печати(A) и Swing Time(B) и индекса регулярности(C),но эти изменения не были статистически значимыми. После травмы, База поддержки задних лап показал заметное увеличение по сравнению с базовым, что было статистически значимым на WPO10 до WPO14. Вопрос: p lt; 0.05 по сравнению с Pre-OP. Бары ошибок указывают среднее ± SEM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig09large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
Дополнительный файл 1: Устранение неполадок детали. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61852/Supplementary_File_1.docx" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury at JoVE.com

Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury

Автоматизированный анализ походки является возможным инструментом для оценки функционального восстановления в моделях грызунов периферической травмы нерва и ушиба спинного мозга. Хотя для оценки функции локомотива в различных экспериментальных моделях требуется только одна установка, очень важна тщательная регулировка твердой и мягкой посуды и обучение животных.

Автоматизированный анализ походки для оценки функционального восстановления у грызунов с периферической нервной или спинного мозга ушиб травмы

Peripheral and central nerve injuries are mostly studied in rodents, especially rats, given the fact that these animal models are both cost-effective and ...

Автоматизированный анализ походки является широко используемым методом для оценки функциональных моделей зачисления восстановления периферических повреждений нерва, ремонта и регенерации. Метод может быть использован для изучения изменений в походке после повреждения периферического нерва, связанных как с двигательной и сенсорной функции нерва. Исследователя новые к методу могли испытать затруднения в приобретать данные высокого качества.Типичными препятствиями являются адекватная подготовка животных и точная калибровка оборудования и программного обеспечения. Во время тренировок и в день тестирования выключите все источники света в поведенческом испытательном зале и лицом к экрану компьютера для получения данных от камеры, чтобы предотвратить его свет от вмешательства в камеру. Подтвердите, что устройство установлено в стабильном положении таким образом, что предотвращает любую форму вибрации, и привести крыс в поведенческом испытательном зале в собственной домашней клетке, по крайней мере за 30 минут до испытания, В первый день обучения, осторожно схватить животное под ствол и тщательно поместить его в подъезде дорожки.Пусть крыса исследовать открытие коридора без каких-либо помех, и ждать, пока животное добровольно пересекает дорожку, чтобы достичь своей домашней клетке без каких-либо внешних стимулов или мотивации. На второй день тренировки позвольте животным без колебаний привыкнуть к выходу на дорожку и возвращению в домашнюю клетку. На третий день обучения, подтвердите, что животные научились пересекать дорожку на единой скорости без колебаний, нюхать, или другие исследовательские движения.На четвертом и пятом, повторите обучение, чтобы укрепить процедуру тестирования. В день эксперимента используйте коммерческий очиститель стекла и squeegee для очистки верхней и нижней части дорожки, заботясь, чтобы удалить всю жидкость с концов дорожки. Поместите как самых легких, так и тяжелых крыс на дорожку и выберите зарегистрированную камеру из вкладки установки, чтобы получить камеру, красный потолок света, зеленый свет дорожки, и зеленый порог интенсивности, чтобы быть скорректированы, чтобы обеспечить оптимальное обнаружение отпечатков лап для всех животных в анализе.Затем нажмите кнопку открытое приобретение и приобретите снимок пустой очищенной дорожки, которая будет использоваться в качестве ссылки на протяжении всей процедуры сбора данных. Статус будет меняться от ожидания снимка до готового к приобретению. Нажмите начать приобретение.Статус будет меняться от готового к приобретению к ожиданию запуска. Когда камера будет готова, поместите крысу на дорожку и следите за движением животного на экране компьютера. Обратите внимание, что статус меняется от ожидания запуска до запуска записи.В конце анализа нажмите на категорию в экспериментальной вкладке исследователя исследования, которая будет классифицирована, и разыграйте приобретенный запуск с нормальной скоростью, чтобы определить, соответствуют ли данные требованиям классификации. Нажмите автоматическую классификацию для автоматической классификации отпечатков лап программным обеспечением. Для правильного расчета нормальных шаблонов последовательности шагов убедитесь, что алгоритм классификации не смущает не видимые отпечатки лап, что приводит к дефектным NSSP, и что только отпечатки лап, которые обнаруживаются в то время как контралатеральная лапа также видна для расчетов NSSP включены.Для статистического анализа данных нажмите на статистику запуска представления, чтобы получить всеобъемлющий обзор статистики запуска. Затем выберите файл и экспорт, чтобы экспортировать запущенную или пробную статистику в программное обеспечение электронной таблицы. После седалищного повреждения нерва, крысы используют пятку лапы для поддержки веса только и конечность перемещается в радикальных окружного движения.Таким образом, локомотивные изменения, оцениваемые с помощью автоматизированного анализа походки, становятся очевидными за счет значительного сокращения площади печати и значительно увеличенного времени качели. Ресекция бедренной нерва приводит к денервации четырехглавой мышцы бедра, нарушению расширения колена и индуцированию гиперфлекции голеностопного сустава при последовательном подъеме соответствующей пятки. Начиная с послеоперационной недели четыре, реэнергия четырехглавой регенерации бедренной нерва приводит к развороту этих изменений.Как четырехглавой мышцы бедра также играет определенную роль в фазе качели соответствующей лапы, время качели значительно продлевается у крыс с бедренной травмы нерва. Gait анализ показывает заметно измененные отпечатки лап после ушиба грудного спинного мозга. Ушиб спинного мозга на уровне грудной клетки 11 также приводит к снижению соотношения площади печати, увеличение соотношения времени качели.Индекс координации, связанный с регулярностью, также снижается на послеоперационной второй неделе, в то время как база поддержки задних лап показывает заметное увеличение. При использовании автоматизированного анализа ворот для оценки функционального восстановления у грызунов, не забудьте тщательно обучить животных и быть тщательным при принятии любого программного или аппаратного обеспечения корректировки. С помощью автоматизированного анализа походки, травмы и регенерации центральной и периферической нервной системы могут быть оценены в различных моделях грызунов, в том числе еще не изученные формальные модели нерва, такие как средний нерв.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Transplantation of Olfactory Ensheathing Cells to Evaluate Functional Recovery after Peripheral Nerve Injury

Трансплантация Обонятельная оболочечная клеток для оценки функционального восстановления после периферической нервной травмы

Olfactory ensheathing cells (OECs) are neural crest cells which allow growth and regrowth of the primary olfactory neurons. Indeed, the primary olfactory ...

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Лазерно-индуцированное Травма спинного мозга модель для оценки Механизмы дегенерации аксонов в режиме реального времени

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging нейронной активности в первичной соматосенсорной коры, с помощью Thy1-GCaMP6s трансгенных мышей

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

Automated Gait Analysis in Mice with Chronic Constriction Injury

Анализ автоматизированной походки в мышей с хроническим сужение травмы

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Деятельности на основе обучения на беговой дорожке с спинного мозга травмы крыс Вистара

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

3D кинематический анализ для функциональной оценки в Крыса Модель Сиатический нерв Давка травмы

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Intra-Arterial Delivery of Neural Stem Cells to the Rat and Mouse Brain: Application to Cerebral Ischemia

Внутриархивная доставка нейронных стволовых клеток крыс и мышей мозга: Применение к церебральной ишемии

Neural stem cell (NSC) therapy is an emerging innovative treatment for stroke, traumatic brain injury and neurodegenerative disorders. As compared to ...

Induction of Complete Transection-Type Spinal Cord Injury in Mice

Индукция полной трансекции типа травмы спинного мозга у мышей

Spinal cord injury (SCI) largely leads to irreversible and permanent loss of function, most commonly as a result of trauma. Several treatment options, ...

Comprehensive Understanding of Inactivity-Induced Gait Alteration in Rodents

Всестороннее понимание изменения походки, вызванного бездействием, у грызунов

It is well known that disuse affects neural systems and that joint motions become altered; however, which outcomes properly exhibit these characteristics ...

Establishing a Mouse Contusion Spinal Cord Injury Model Based on a Minimally Invasive Technique

Создание модели повреждения спинного мозга мышиным ушибом, основанной на минимально инвазивной технике

Using minimally invasive methods to model spinal cord injury (SCI) can minimize behavioral and histological differences between experimental animals, ...