Name: comprehensive understanding of inactivity-induced gait alteration in rodents
Uploaded: 2022-07-06T13:10:00
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Este estudio fue apoyado en parte por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) KAKENHI (no. 18H03129, 21K19709, 21H03302, 15K10441) y la Agencia Japonesa para la Investigación y Desarrollo Médico (AMED) (no. 15bk0104037h0002).

El presente estudio fue aprobado por el Comité Experimental de Animales de la Universidad de Kyoto (Med Kyo 14033) y realizado de conformidad con las directrices del Instituto Nacional de Salud (Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio, 8ª edición). Se utilizaron ratas Wistar macho de 7 semanas de edad para el presente estudio. En el Fichero Suplementario 1 se presenta un esquema que representa la secuencia de procedimientos.
1. Familiarizar a las ratas ...

<ol>
	<li>Bloomfield, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+musculoskeletal+structure+and+function+with+prolonged+bed+rest.">Changes in musculoskeletal structure and function with prolonged bed rest.</a> Medicine and Science in Sports and Exercise. 29 (2), 197-206 (1997).</li><li>Booth, F. W., Roberts, C. K., Laye, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lack+of+exercise+is+a+major+cause+of+chronic+diseases.">Lack of exercise is a major cause of chronic diseases.</a> Comprehensive Physiology. 2 (2), 1143-1211 (2012).</li><li>Walton, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postnatal+development+under+conditions+of+simulated+weightlessness+and+space+flight.">Postnatal development under conditions of simulated weightlessness and space flight.</a> Brain Research Reviews. 28 (1-2), 25-34 (1998).</li><li>Canu, M. H., Falempin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+hindlimb+unloading+on+locomotor+strategy+during+treadmill+locomotion+in+the+rat.">Effect of hindlimb unloading on locomotor strategy during treadmill locomotion in the rat.</a> European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology. 74 (4), 297-304 (1996).</li><li>Shpakov, A. V., Voronov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+the+effects+of+simulated+weightlessness+and+lunar+gravitation+on+the+biomechanical+parameters+of+gait+in+humans.">Studies of the effects of simulated weightlessness and lunar gravitation on the biomechanical parameters of gait in humans.</a> Neuroscience and Behavioral Physiology. 48 (2), 199-206 (2018).</li><li>Kawano, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tension-+and+afferent+input-associated+responses+of+neuromuscular+system+of+rats+to+hindlimb+unloading+and/or+tenotomy.">Tension- and afferent input-associated responses of neuromuscular system of rats to hindlimb unloading and/or tenotomy.</a> American Journal of Physiology - Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 287 (1), 76-86 (2004).</li><li>Canu, M. H., Falempin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+hindlimb+unloading+on+interlimb+coordination+during+treadmill+locomotion+in+the+rat.">Effect of hindlimb unloading on interlimb coordination during treadmill locomotion in the rat.</a> European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology. 78 (6), 509-515 (1998).</li><li>Canu, M. H., Falempin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+hindlimb+unloading+on+two+hindlimb+muscles+during+treadmill+locomotion+in+rats.">Effect of hindlimb unloading on two hindlimb muscles during treadmill locomotion in rats.</a> European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology. 75 (4), 283-288 (1997).</li><li>Walker, J. L., Evans, J. M., Meade, P., Resig, P., Sisken, B. 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(156), e60267 (2020).</li><li>Canu, M. H., Garnier, C., Lepoutre, F. X., Falempin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+3D+analysis+of+hindlimb+motion+during+treadmill+locomotion+in+rats+after+a+14-day+episode+of+simulated+microgravity.">A 3D analysis of hindlimb motion during treadmill locomotion in rats after a 14-day episode of simulated microgravity.</a> Behavioural Brain Research. 157 (2), 309-321 (2005).</li><li>Gruner, J. A., Altman, J., Spivack, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+arrested+cerebellar+development+on+locomotion+in+the+rat:+Cinematographic+and+electromyographic+analysis.">Effects of arrested cerebellar development on locomotion in the rat: Cinematographic and electromyographic analysis.</a> Experimental Brain Research. 40 (4), 361-373 (1980).</li><li>Bou&#235;t, V., Borel, L., Harlay, F., Gah&#233;ry, Y., Lacour, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematics+of+treadmill+locomotion+in+rats+conceived,+born,+and+reared+in+a+hypergravity+field+(2+g):+Adaptation+to+1+g.">Kinematics of treadmill locomotion in rats conceived, born, and reared in a hypergravity field (2 g): Adaptation to 1 g.</a> Behavioural Brain Research. 150 (1-2), 207-216 (2004).</li><li>Bojados, M., Herbin, M., Jamon, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematics+of+treadmill+locomotion+in+mice+raised+in+hypergravity.">Kinematics of treadmill locomotion in mice raised in hypergravity.</a> Behavioural Brain Research. 244, 48-57 (2013).</li><li>Morey-Holton, E. 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K., Watson, S. C., Knapp, E., Thompson, B., Jung, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuromechanical+control+of+locomotion+in+the+rat.">Neuromechanical control of locomotion in the rat.</a> Journal of Neurotrauma. 22 (4), 442-465 (2005).</li><li>Canu, M. H., Langlet, C., Dupont, E., Falempin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+hypodynamia-hypokinesia+on+somatosensory+evoked+potentials+in+the+rat.">Effects of hypodynamia-hypokinesia on somatosensory evoked potentials in the rat.</a> Brain Research. 978 (1-2), 162-168 (2003).</li><li>Dupont, E., Canu, M. H., Falempin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+14-day+period+of+hindpaw+sensory+deprivation+enhances+the+responsiveness+of+rat+cortical+neurons.">A 14-day period of hindpaw sensory deprivation enhances the responsiveness of rat cortical neurons.</a> Neuroscience. 121 (2), 433-439 (2003).</li><li>Langlet, C., Bastide, B., Canu, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hindlimb+unloading+affects+cortical+motor+maps+and+decreases+corticospinal+excitability.">Hindlimb unloading affects cortical motor maps and decreases corticospinal excitability.</a> Experimental Neurology. 237 (1), 211-217 (2012).</li><li>Trinel, D., Picquet, F., Bastide, B., Canu, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dendritic+spine+remodeling+induced+by+hindlimb+unloading+in+adult+rat+sensorimotor+cortex.">Dendritic spine remodeling induced by hindlimb unloading in adult rat sensorimotor cortex.</a> Behavioural Brain Research. 249, 1-7 (2013).</li><li>Alkner, B. A., Norrbrand, L., Tesch, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuromuscular+adaptations+following+90+days+bed+rest+with+or+without+resistance+exercise.">Neuromuscular adaptations following 90 days bed rest with or without resistance exercise.</a> Aerospace Medicine and Human Performance. 87 (7), 610-617 (2016).</li><li>English, K. L., Bloomberg, J. J., Mulavara, A. P., Ploutz-Snyder, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise+countermeasures+to+neuromuscular+deconditioning+in+spaceflight.">Exercise countermeasures to neuromuscular deconditioning in spaceflight.</a> Comprehensive Physiology. 10 (1), 171-196 (2020).</li><li>Parks, M. T., Wang, Z., Siu, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+low-cost+video-based+motion+analysis+options+for+clinical+rehabilitation:+A+systematic+review.">Current low-cost video-based motion analysis options for clinical rehabilitation: A systematic review.</a> Physical Therapy. 99 (10), 1405-1425 (2019).</li></ol>

La alteración de los ambientes conduce a la fluctuación de los aspectos funcionales y componentes musculoesqueléticos de los sistemas locomotores26,27. Las aberraciones en estructuras o ambientes contráctiles pueden afectar las capacidades funcionales, persistiendo incluso después de resolver distorsiones mecánicas/ambientales19. El análisis de movimiento objetivo ayuda a medir cuantitativamente esas habilidades funcionales. Como se...

La falta de actividad física o el desuso conduce al deterioro de los efectores locomotores, como la atrofia muscular y la pérdida ósea1 y el desacondicionamiento de todo el cuerpo2. Además, recientemente se ha observado que la inactividad afecta no solo a los aspectos estructurales de los componentes musculoesqueléticos, sino también a los aspectos cualitativos del movimiento. Por ejemplo, las posiciones de las extremidades de las ratas expuestas a un entorno de microgravedad simulado fueron diferentes de las de los animales intactos incluso 1 mes después de que la intervención terminara 3,4. Sin embargo, poco se ha informado sobre los déficits de movimiento causados por la inactividad. Además, las características de movimiento integrales de los deterioros no se han determinado completamente.
El protocolo actual demuestra y discute la aplicación de la evaluación cinemática para visualizar alteraciones del movimiento al referirse a los déficits de movimiento de la marcha evocados por el desuso en ratas sometidas a descarga de extremidades posteriores.
Se ha demostrado que las hiperextensiones de las extremidades al caminar después de un ambiente de microgravedad simulado se observan tanto en humanos5 como en animales 4,6,7,8. Por lo tanto, para la universalidad, nos centramos en los parámetros generales en este estudio: ángulos de las articulaciones de la rodilla y el tobillo y distancia vertical entre la articulación metatarsofalángica y la cadera (aproximadamente equivalente a la altura de la cadera) en el punto medio de la fase de postura (postura media). Además, en la discusión se sugieren posibles aplicaciones de la evaluación cinemática de video.
Una serie de análisis cinemáticos puede ser una medida efectiva para evaluar los aspectos funcionales del control neuronal. Sin embargo, aunque los análisis de movimiento se han desarrollado a partir de la observación de la huella o la simple medición en video capturado9,10 hasta sistemas de múltiples cámaras11,12, aún no se han establecido métodos y parámetros universales. El método en este estudio está destinado a proporcionar este análisis de movimiento articular con parámetros completos.
En el trabajo anterior13, intentamos ilustrar las alteraciones de la marcha en ratas modelo de lesión nerviosa utilizando un análisis de video exhaustivo. Sin embargo, en general, los resultados potenciales de los análisis de movimiento a menudo se limitan a variables predeterminadas proporcionadas en los marcos de análisis. Por esta razón, el presente estudio detalla cómo incorporar parámetros definidos por el usuario que son ampliamente aplicables. Las evaluaciones cinemáticas que utilizan análisis de video pueden ser de mayor utilidad si se implementan los parámetros adecuados.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adhesive Tape</td>
			<td>NICHIBAN CO.,LTD.</td>
			<td>SEHA25F</td>
			<td>Adhesive tape to secure thread on tails of rats for hindlimb unloading</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthetic Apparatus for Small Animals</td>
			<td>SHINANO MFG CO.,LTD.</td>
			<td>SN-487-0T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto clicker</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>free software available to download to PC (https://www.google.com/search?client=firefox-b-1-d&#38;q=auto+clicker)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD Camera</td>
			<td>Teledyne FLIR LLC</td>
			<td>GRAS-03K2C-C</td>
			<td>CCD (Charge-Coupled Device) cameras for video capture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton Thread</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>Thread to hang tails of rats from the ceiling of cage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ISOFLURANE Inhalation Solution</td>
			<td>Pfizer Japan Inc.</td>
			<td>(01)14987114133400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Joint marker</td>
			<td>TOKYO MARUI Co., Ltd</td>
			<td>0.12g BB</td>
			<td>6 mm airsoft pellets that were used as semispherical markers with modification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kine Analyzer</td>
			<td>KISSEI COMTEC CO.,LTD.</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>Software for analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Konishi Aron Alpha</td>
			<td>TOAGOSEI CO.,LTD.</td>
			<td>#31204</td>
			<td>Super glue to attach spherical markers on randmarks of rats</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motion Recorder</td>
			<td>KISSEI COMTEC CO.,LTD.</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>Software for video recording</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paint Marker</td>
			<td>MITSUBISHI PENCIL CO., LTD</td>
			<td>PX-21.13</td>
			<td>Oil based paint marker to mark toes of animals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Three-dimensional motion capture apparatus (KinemaTracer for small animals)</td>
			<td>KISSEI COMTEC CO.,LTD.</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>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/)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Three-dimensional(3D) Calculator</td>
			<td>KISSEI COMTEC CO.,LTD.</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>Software fo marker tracking</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Treadmill</td>
			<td>MUROMACHI KIKAI CO.,LTD</td>
			<td>MK-685</td>
			<td>Treadmill equipped with transparent housing, electrical shocker, and speed control unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wistar Rats (male, 7-week old)</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>N.A.</td>
			<td>Commercially available at experimental animal sources</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

comprehensive understanding of inactivity-induced gait alteration in rodents

Es bien sabido que el desuso afecta a los sistemas neuronales y que los movimientos articulares se alteran; sin embargo, aún no está claro qué resultados exhiben adecuadamente estas características. El presente estudio describe un enfoque de análisis de movimiento que utiliza la reconstrucción tridimensional (3D) a partir de capturas de video. Usando esta tecnología, se observaron alteraciones evocadas por el desuso de los rendimientos de caminar en roedores expuestos a un entorno de microgravedad simulado descargando su extremidad posterior por la cola. Después de 2 semanas de descarga, las ratas caminaron en una cinta de correr, y sus movimientos de marcha fueron capturados con cuatro cámaras de dispositivo de carga acoplada (CCD). Los perfiles de movimiento 3D se reconstruyeron y compararon con los de los sujetos de control utilizando el software de procesamiento de imágenes. Las medidas de resultado reconstruidas retrataron con éxito distintos aspectos del movimiento distorsionado de la marcha: hiperextensión de las articulaciones de la rodilla y el tobillo y posición más alta de las articulaciones de la cadera durante la fase de postura. El análisis de movimiento es útil por varias razones. Primero, permite evaluaciones cuantitativas del comportamiento en lugar de observaciones subjetivas (por ejemplo, aprobado / reprobado en ciertas tareas). En segundo lugar, se pueden extraer múltiples parámetros para satisfacer necesidades específicas una vez que se obtienen los conjuntos de datos fundamentales. A pesar de los obstáculos para una aplicación más amplia, las desventajas de este método, incluida la intensidad y el costo de la mano de obra, pueden aliviarse determinando mediciones integrales y procedimientos experimentales.

12 animales fueron asignados aleatoriamente a uno de dos grupos: el grupo de descarga (UL, n = 6) o el grupo de control (Ctrl, n = 6). Para el grupo UL, las extremidades posteriores de los animales fueron descargadas por la cola durante 2 semanas (período UL), mientras que los animales del grupo Ctrl se dejaron libres. 2 semanas después de la descarga, el grupo UL mostró un patrón de marcha distinto en comparación con el grupo Ctrl. La Figura 1 muestra trayectorias articulares normaliza...

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Comprehensive Understanding of Inactivity-Induced Gait Alteration in Rodents

El presente protocolo describe el seguimiento/evaluación tridimensional del movimiento para representar la alteración del movimiento de la marcha de las ratas después de la exposición a un entorno de desuso simulado.

Comprensión integral de la alteración de la marcha inducida por la inactividad en roedores

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

Nuestro protocolo proporciona un procedimiento integral para determinar los parámetros para el análisis del movimiento articular. Los análisis de movimiento articular a menudo son complicados debido a la falta de una definición completa de los parámetros. Mostramos esquemas estándar de definiciones de parámetros que son universalmente aplicables a campos relacionados.Para comenzar, abra la aplicación MotionRecorder. Coloque la rata en el cinturón de la cinta de correr. Aumente la velocidad de la correa a 20 centímetros por segundo.Cuando la rata comienza a caminar normalmente a la velocidad deseada, haga clic en el icono Grabar para iniciar la captura de video. Una vez que se obtengan de 5 a 10 pasos consecutivos, detenga la captura haciendo clic en el icono Grabar. Abra la aplicación 3DCalculator y el archivo de video que se va a analizar.Recorte el video ajustando la barra deslizante horizontal en la parte superior, para contener suficientes pasos consecutivos. Para capturar los marcadores, arrastre las leyendas del marcador en el modelo de imagen de palo al marcador correspondiente en el video capturado y suelte el botón. Haga clic en el icono Seguimiento automático.Si el sistema no realiza un seguimiento preciso de los marcadores, o si el proceso de seguimiento se detiene debido a la pérdida del marcador, cambie al modo manual haciendo clic en el icono Manual. Haga clic en la leyenda del marcador que falta en la imagen del palo y en el marcador correspondiente en el video. Abra la aplicación KineAnalyzer y cargue el archivo.Vaya a Ver y haga clic en el menú Editar maestro de marcadores. Se abrirá la ventana de edición maestra de marcadores. Haga clic en la etiqueta o punto de referencia deseado en la pestaña "marcador", luego haga clic en el color deseado.Este proceso designa cada marcador a un punto de referencia específico. Luego, en la pestaña link", cree líneas que correspondan a cada extremidad haciendo clic en dos marcadores consecutivamente. Asigne colores a las líneas creadas seleccionando el color deseado en la columna Color.Defina ángulos en la pestaña angle". Después de nombrar el ángulo, asigne el vector A como línea de referencia y el vector B como la línea móvil, haciendo clic en los marcadores correspondientes a cada punto de referencia. A continuación, defina la dirección del ángulo con un valor en la sección "operar" en la misma pestaña.A continuación, en la pestaña distancia", defina el parámetro de distancia. Seleccione dos marcadores correspondientes en la sección Configuración de distancia. Seis animales fueron asignados aleatoriamente al grupo de descarga, en el que las extremidades traseras del animal fueron descargadas por la cola durante dos semanas, o al grupo de control, en el que los animales quedaron libres.Las trayectorias articulares normalizadas para la rodilla y el tobillo durante la fase de postura mostraron que el grupo descargado exhibió más extensiones en la rodilla y el tobillo que el grupo control. Dos semanas después de la descarga, las medidas cuantitativas como el ángulo de la rodilla en la postura media y el ángulo del tobillo del grupo descargado fueron significativamente mayores que las del grupo control. La distancia metatarso-cadera, que es prácticamente equivalente a la altura de la articulación de la cadera en la postura media, también fue considerablemente mayor en el grupo descargado.Este método dio a los investigadores los fundamentos de cómo determinar los parámetros de movimiento articular. De esta manera, pueden establecer marcos específicos para abordar sus propias preguntas de investigación.

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