A létra lépcsős járás feladata: Pontozási rendszer és gyakorlati alkalmazása.

Gerlinde A. Metz

Kanadai Magatartási Idegtudományi Központ, Lethbridge-i Egyetem Idegtudományi Tanszéke

Ian Q. Whishaw

Kanadai Magatartási Idegtudományi Központ, Lethbridge-i Egyetem Idegtudományi Tanszéke

Absztrakt

Jegyzőkönyv

Létrás fokozatú járásvizsgálati készülék

A vízszintes létra lépcsős járó tesztberendezés tiszta plexiből és 3 (átmérőjű) fém lépcsőkből készült oldalfalakból állt, amelyeket be lehetett helyezni, hogy kialakítsanak egy padlót, amelynek minimális távolsága 1 cm a lépcsők között (lásd 1. ábra; Metz és Whishaw, 2003). Az oldalfalak a lépcsők magasságától mérve 1 m hosszúak és 19 cm magasak voltak. A létrát 30 cm-rel a talaj fölé emelték, egy semleges kezdőketrec és egy menedék (háziketrec) mellett. Mivel az állatokat az edzés során megszokták, nem valószínű, hogy a készülék emelkedése szorongást okozna. A sikátor szélességét az állat méretéhez igazították úgy, hogy körülbelül 1 cm-rel szélesebb legyen, mint egy állat, hogy megakadályozza az állat megfordulását.

A feladat nehézségét a fém lépcsők helyzetének változtatásával módosították. A lépcsők szabályos mintázata lehetővé tette az állatok számára, hogy több edzés során megtanulják a mintát, és előre láthassák a lépcsők helyzetét (1. ábra, A minta). A szabálytalan mintázat, amelyet próbáról próbára cseréltek, megakadályozta az állatot abban, hogy megtanulja a mintát (1. ábra, B minta). A rendszeres elrendezés érdekében a lépcsőket 2 cm-es időközönként választották el egymástól. A szabálytalan minta esetében a lépcsők távolsága szisztematikusan 1 és 5 cm között változott. Öt sablont alkalmaztunk szabálytalan lépcsőzetes mintázattal, így ugyanazokat a mintákat alkalmaztuk minden állatnál a teszt nehézségének egységesítése és az eredmény összehasonlíthatóságának javítása érdekében (lásd az eredményeket).

Videó felvétel

Egy kamerát (Canovision, Canon Inc.) enyhe ventrális szögben helyeztek el, így mind a négy végtag helyzetét egyszerre lehetett rögzíteni. A záridő 500 - 2000 s volt. A videofelvételeket képkocka-elemzéssel elemeztük 30 f/sec sebességgel.

Viselkedésképzés és tesztelemzés

Az állatokat arra tanították, hogy semleges ketrecből lépjenek át a létrán, hogy elérjék az otthoni ketrecüket, így az alomtársakkal ellátott háziketrec biztosította a járás pozitív megerősítését. Minden állat ugyanabba az irányba lépett át a létrán. Az állatok létrán való áthaladásának ösztönzésére további megerősítés nem történt. Minden állatot edzésenként ötször képeztek ki és teszteltek.

Lábhiba pontozás

Az elülső és a hátsó lábszár elhelyezésének kvalitatív értékelését a korábban leírt lábhiba-pontozási rendszer alkalmazásával végeztük (Metz és Whishaw, 2003). Az elemzést a videofelvételek képenkénti ellenőrzésével végezték. Az egyes végtagok csak egymást követő lépéseit elemezték. Ezért a járás megszakítása előtti utolsó lépést, például megállást vagy lábhibát, és a megszakítás utáni első lépést nem értékelték. A létrák végén végrehajtott utolsó lépési ciklust szintén kizárták a pontozásból. A végtagok elhelyezését a végtagok elhelyezkedésén értékelték a fokon és a végtagok kiemelkedése a lépcsők között, amikor hiányzott.

A lábakon vagy mancsokon a lépcsőkön történő elhelyezés típusait 7 kategóriás skála alapján értékelték (lásd 2. ábra). A láb vagy a mancs elhelyezését a fokozaton helyzetük és az elhelyezés pontosságában fellépő hibák alapján értékelték.

(0) Teljes hiány. 0 pontot kaptunk, amikor a végtag teljesen elmulasztott egy lépcsőt, vagyis nem ért hozzá, és leesés következett be. Az esést úgy definiálták, hogy a végtagok mélyen esnek a végtagok között, a testtartás és az egyensúly zavart. (1) Mély csúszás. A végtagot eredetileg egy fokozatra helyezték, majd súlyterheléskor lecsúszott és leesést okozott. (2) Enyhe csúszás. A végtagot egy fokozatra helyezték, súlycsökkenéskor lecsúszott, de nem eredményezett zuhanást és nem szakította meg a járási ciklust. Ebben az esetben az állat képes volt fenntartani az egyensúlyt és folytatni a koordinált járást. (3) Csere. A végtagot egy lépcsőre helyezték, de még a súlya elviselése előtt gyorsan felemelték és egy másik fokozatra helyezték. (4) Javítás. A végtag az egyik fokozatra irányult, de ezt követően egy másik fokozatra helyezték, anélkül, hogy megérintette volna az elsőt. Alternatív megoldásként 4-es pontszámot jegyeztek fel, ha egy végtagot egy lépcsőre tettek, és gyorsan áthelyezték, miközben ugyanazon a fokozaton maradtak. (5) Részleges elhelyezés. A végtagot egy lépcsőre helyezték vagy csuklóval, vagy az elülső vagy a sarok számával, vagy a hátsó lábszár ujjaival. (6) Helyes elhelyezés. A végtag tenyérének középső részét teljes súlytartással a fokozatra helyezték.

Amikor egyszerre különböző hibák történtek, a legalacsonyabb pontszámot regisztrálták. Például, ha egy lábat először egy lépcsőre tettek, majd ugyanabban a lépésben egy másikra tették (3. pont), majd megcsúszott és a lépcsők közé esett (1. pont), akkor 1-es pontszámot rögzítettek. Eséskor csak a hibát kiváltó végtagot értékelték, és a többi végtagot sem értékelték addig, amíg az állat nem helyezte át az összes végtagot. Öt vizsgálat hibapontszámát átlagolták az elemzéshez.

Lábelhelyezés pontosságának elemzése (hibák száma)

Megszámolták az egyes keresztezések hibáinak számát. A hibákat a lábhiba pontozási rendszer alapján határoztuk meg. Hibaként határozták meg az egyes végtagok elhelyezését, amelyek 0, 1 vagy 2 pontot kaptak, vagyis a hiba bármilyen lábcsúszást vagy teljes hiányt jelent. A hibák számát és a lépések számát minden végtagra külön rögzítettük. Ezekből az adatokból kiszámították és egy kísérlet átlagában átlagolták az egy lépésenkénti hibák számát. A második elemzett kvantitatív paraméter a létrás feladat teljes hosszának átlépéséhez szükséges átlagos idő volt. Az időmérés azután kezdődött, hogy az állatot a létrára helyezték, és teljes hosszában járni kezdett. Az az idő, amelyet egy állat egy megállóban töltött, nem szerepelt a mérésben.

Előtér számjegy pontszám

Az elülső számjegy pontszámát akkor rögzítettük, amikor a mancsot helyesen helyeztük el a középső részével a fokon (azaz a 6. pont a lábhiba-pontozási rendszerben). Hárompontos skálán értékelték, hogy az előkarok számjegyei mennyire hajlíthatók meg a fokozat körül (2. ábra). A pontszámot a maximális súlytartással rendelkező pozícióra alkalmazták, vagyis az elülső végt függőlegesen egy fokozatra helyezték. A pontszámokat a következőképpen adtuk meg: (0) A számjegyek hozzávetőlegesen 90 fokos szögben záródtak. (1) Körülbelül 45 fokos szögben zárt számjegyek. (2) A számjegyek teljesen behajlítottak a fokozat körül. Öt lépés átlagát átlagoltuk és használtuk az elemzéshez.

Ábra legendák

1. ábra. A gyakorlott létra járásvizsgáló készüléket látott elölnézetben, a készülék sajátos méréseivel. Két különböző lépcsős mintát használtunk a jelen tanulmányban: A minta, szabályos lépcsős elrendezés, B minta, szabálytalan lépcsős elrendezés. A szabálytalan lépcsős elrendezés az egymást követő vizsgálatok között változó volt.

2. ábra. Reprezentatív fényképek, amelyek a számjegy pontszámának három kategóriáját illusztrálják. Vegye figyelembe a számok szögét az elülső szárhoz viszonyítva, amikor teljes súlytartásban van.

Közzétételek

Nincs mit közölnünk.

Vita

Jelen tanulmány bemutatja a létra lépcsős járás feladatát, mint új tesztet a képzett járás, a végtagok elhelyezésének és a végtagok koordinációjának értékelésére. A létra lépcsős járás lehetővé teszi a motoros funkció finom zavarainak megkülönböztetését a képzett gyaloglás kvalitatív és kvantitatív elemzésének kombinálásával. A videóanalízis eljárása alkalmazható a károsodások leíróbb leírására, és az ebben a cikkben leírt egyszerű minősítési skála feltárja a végtagok elhelyezésében és a számjegy hajlításában felmerülő hibákat, amikor megfogja a lépcsőt. Minőségi elemzések számolják az elkövetett hibák számát és a készülék átlépéséhez szükséges időt. Ezek az intézkedések lehetővé teszik a lábak elhelyezésének pontosságának és számjegyhasználatának hatékony és érvényes vizsgálatát.

Számos tesztet végeznek a gyaloglásról, beleértve a rotorod gyaloglás, a gerenda járás, a henger teszt és a járás elemzését, valamint a talaj reakcióerejének elemzését (Muir, 2005). Ezen tesztek mindegyike hasznos módon szétaprózhatja a végtagok elhelyezkedését a viselkedéselemzéshez. Ennek a tesztelési protokollnak azonban számos erőssége van. Először is, a teszt lehetővé teszi a spontán járás vizsgálatát, mivel az állatok motivációhoz nem igényelnek táplálékot vagy vízhiányt. Másodszor, a lépcsőn való áthaladáshoz a láb pontos elhelyezése és megfogása szükséges, lehetővé téve a lépés és a megfogás elemzését is. Ami a legfontosabb, hogy a jelen teszt kihívást jelent a folyamatos mozgás számára, mert a lépcsők távolsága változatos. A variáció felhasználható a folyamatos gyaloglás és/vagy a léptetőminták memóriájának megkérdőjelezésére (McVea és Pearson, 2007).

A létra lépcsős járási teszt erőssége, hogy kellően nagy kihívást jelent a finom krónikus károsodások feltárására mind az elülső, mind a hátsó lábakon történő használat során, valamint az előagy kontrollját igénylő károsodások leplezéséhez. A feladat szabálytalan lépcsőzetes állapotában az állatok nem képesek előre látni a lépcső helyét és megtanulni egy adott járási mintát. Következésképpen minden lépéshez szükség van a mancs elhelyezésének, lépéshosszának és a testtömeg eloszlásának beállítására. Míg a normális állatok néhány kísérleten belül képesek igazodni a szabálytalan lépcsőmintához, ez a képesség korlátozott motoros rendszer elváltozású állatoknál. A szabálytalan lépcsős elrendezés azt is megköveteli, hogy az állatok a végtagok rendszeres koordinációját a változó lépcsőtávolságokhoz igazítsák. A végtagok koordinációjának adaptálása érdekében az állatoknak ellenőrizniük kell a súlytámaszt, hogy gyorsan kijavítsák a végtagok elhelyezésével kapcsolatos hibákat. Az egyoldalú elváltozás után az állatok részben kompenzálják az elhelyezési hibákat, az intakt végtagok súlytámogatására. Következésképpen a létra lépcsős járási teszt képes mérni a kompenzációt azáltal, hogy feltárja a lábfej hibáit az ép oldalon.

Kimutatták, hogy a fokozatos járási teszt érzékeny a krónikus mozgáshiányra a motoros rendszer felnőtt és újszülöttkori elváltozásai után, beleértve a stroke patkánymodelljeit is (Emerick és Kartje, 2004; Rieck-Burchardt et al., 2004; Farr et al. 2006; Plowman és mtsai., 2007), Parkinson-kór (Metz és Whishaw, 2002; Faraji és Metz, 2007), valamint a gerincvelő sérülése (Z'Graggen és mtsai, 1998; Merkler és mtsai, 2000). Ezenkívül a létra lépcsőzetes feladata észleli az olyan fiziológiai változók által kiváltott finom motoros teljesítmény változásokat, mint az enyhe stressz (Metz), sőt az étrend változását is (Smith és Metz, 2005). A patkánymodellek mellett a feladat az egereken végzett járás tanulmányozásához is hasznos (Farr et al., 2006). Ennek a tesztnek az alkalmazásakor elővigyázatosság szükséges, ha súlyos gerincvelő elváltozásokat tesztelnek (Metz és mtsai., 2000), mivel a lépcsős járási feladat megköveteli, hogy az állatok képesek legyenek súlyt viselő lépések végrehajtására.

Jelentős bizonyíték van arra, hogy a motoros rendszer elváltozásával rendelkező állatok képesek kompenzálni a képzett mozgásokban bekövetkező elváltozás okozta hiányokat (Whishaw et al., 1997a, b, 1998; Miklyaeva et al., 1994; Kleim et al., 1998; Chu és Jones, 2000). Ennek ellenére súlyos károsodások továbbra is fennállhatnak. Például a dopaminerg vagy vörös magváltozásokkal rendelkező állatok visszanyerik a sima felületeken vagy keskeny gerendákon való járás képességét, de a földi reakcióerők mérése alapján kiderül, hogy károsodásuk krónikus (Muir és Whishaw, 1999, 2000). Mivel még finoman fennmaradó motoros hiányokat és kompenzációs kiigazításokat is feltár, a fokos gyaloglás teszt értékes eszköz az agy vagy a gerincvelő sérülése miatti funkcióvesztés és helyreállítás, valamint a kezelési megközelítések előnyeinek értékelésére.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a kutatást az Orvosi Kutatási Tanács, a Kanadai Természettudományi és Mérnöki Kutatási Tanács és a kanadai stroke hálózat támogatta. A GAM-ot támogatta az Alberta Heritage Foundation for Medical Research is.