Analýza chování zvířat

Analýza systému analýzy chůze s vysokým rozlišením byla nejčastěji používaným funkčním hodnocením ve studiích zahrnutých do našeho přehledu. Systém analýzy chůze s vysokým rozlišením popisuje kinematické a kinetické změny pozorované při chůzi. Nejčastěji uváděnými parametry byly délka kroku, šířka kroku, intenzita GRF/kontaktu, postoj, oblast tisku tlapky a rychlost. Každý parametr představoval různé aspekty chůze, ale pouze délka kroku a intenzita GRF/kontakt byly spolehlivě a specificky pozorovány, aby odrážely změny ve funkci ramene po natržení nebo opravě RC.

Dopředný krok přední končetiny u krysy by mohl být analogický s únosem ramene u lidí, když se za referenční vezme rovina lopatky. Délka kroku byla definována jako vzdálenost mezi údery tlapky, která představuje schopnost přední končetiny pro aktivní předklon. Tyto výsledky ukázaly, že poranění šlachy RC snížilo aktivní dopřednou flexi a rozsah poranění koreloval s rozsahem funkční ztráty. Tyto změny byly také podobné klinickým pozorováním, že poklesy aktivní ROM jsou častěji pozorovány u pacientů s masivní trhlinou RC než u pacientů s nemasivními trhlinami. Toto pozorování ukázalo, že délka kroku by se mohla podobat lidskému klinickému stavu tím, že prokázala aktivní ztrátu ROM v modelech poranění RC. Na druhou stranu, šířka kroku (vzdálenost mezi předními tlapkami) obvykle nebyla ovlivněna v případech, kdy byla drasticky snížena délka kroku. Bylo navrženo, že šířka kroku byla narušena, protože normální přední končetina se posunula mediálně, aby podpořila větší tělesnou hmotnost, místo toho, aby byla způsobena omezenou ROM zraněné přední končetiny. Proto je rozumné předpokládat, že šířka kroku nemusí být spolehlivým parametrem pro odhad stupně funkce zraněného ramene.

Protože síla je dalším důležitým aspektem funkce ramen, výzkumníci vyvinuli několik metod pro nepřímé měření síly ramen. U potkanů ​​je tělesná hmotnost zatěžována na ramenní klouby a přenášena na zem během chůze, což pomohlo GRF odhalit nosnost ramene. Podobně intenzita světla, která je generována v plně automatizovaném systému analýzy chůze, by mohla odrážet zátěžovou kapacitu ramene, protože intenzita světla dobře koreluje s GRF. Vyšetřovatelé použili intenzitu světla otisku krysí stopy k posouzení nosnosti ramen.

Tři studie měřily intenzitu GRF/světla a prokázaly významný pokles kapacity zatížení ramene v modelech RC trhlin/oprav. Byl hlášen podstatný pokles hodnot GRF beze změny ve výsledcích časové a prostorové chůze v modelu s masivními trhlinami RC a opožděnou opravou. Na základě komplexního srovnání mezi GRF a časovými a prostorovými parametry byl GRF uznán jako nejcitlivější parametr k odhalení poškození funkce ramene. Snížení zatěžovací kapacity navíc koreluje s klinickými výsledky u lidí, které naznačovaly, že pacienti ztratili 60–70 % síly ramene po natržení RC. GRF a intenzita světla jsou tedy spolehlivé a reprezentativní parametry, které lze použít k odhalení kapacity ramene v RC modelech zranění.

Bolest je dalším zásadním faktorem, který modifikuje funkční výkon, a klinicky je bolest pacienty hlášena. Přestože bolest nelze přímo hodnotit ve studiích na zvířatech, může se odrazit ve změnách chůze. Vliv bolesti na funkci ramene byl omezen na první čtyři dny po operaci.

Objektivní analýza chůze může lékařům poskytnout důležité informace pro terapeutické rozhodování. Může být použit nejen ke kvantifikaci a diferenciaci chůze pro diagnostiku, ale také ke sledování rehabilitace a účinnosti léčby. Navíc objektivně shromážděná data mohou poskytnout důležité informace pro rozhodnutí o chovu.

Systémy analýzy chůze na zvířecím běžícím pásu, které se v současnosti používají ve veterinární medicíně ke sběru kinematických a kinetických dat, jsou buď systémy založené na kamerách, systémy silových desek, systémy založené na akcelerometrech, systémy měření povrchové elektromyografie nebo přístrojové běžecké pásy. Kamerové systémy, které sledují optické, aktivní nebo pasivní markery připojené k tělu psa, se běžně používají ve výzkumných zařízeních, ale zřídka na veterinárních klinikách, protože jsou velmi drahé a vyžadují vyhrazený prostor pro nastavení systému. Systémy měření reakční síly na zemi, jako jsou siloměry, se ukázaly být přesnými indikátory nepravidelných vzorců chůze nebo kulhání, zejména v kombinaci se zařízeními pro sledování pohybu pomocí kamery, ale vyžadují dlouhou aklimatizační dobu a výcvik psa na chůzi. povrch.

Několik studií ukazuje, že systémy inerciálních měřicích jednotek poskytují cenné informace pro analýzu chůze psů. Ve studii byly maximální vertikální síly (PVF) měřené pomocí silové plošiny porovnány s měřeními z triaxiálního akcelerometru umístěného dorzálně nad hrudní nebo bederní oblastí. Byla pozitivní a významná shoda mezi PVF akcelerometru a silovou platformou pro přední končetiny a pozitivní a nízká shoda pro zadní končetiny. popsali použití a spolehlivost akcelerometrů při hodnocení chůze zdravých psů a psů s diagnózou svalové dystrofie. Uvádí, že kinematika zaznamenaná pomocí inerciální měřicí jednotky (IMU) v sagitální rovině u psů vykazovala dobrou korelaci s opticky zaznamenanou kinematikou, takže použití senzorů IMU by mohlo poskytnout alternativu k optické kinematické analýze chůze a zároveň umožnit sběr dat mimo laboratoř. . Představil systém měření chůze psů založený na IMU senzoru, který prokázal dobrou citlivost a opakovatelnost s přesností pravděpodobně dostatečnou k detekci klinicky významných abnormalit chůze u psů. Došli k závěru, že s dalším vývojem by systém mohl mít širokou škálu aplikací jak ve výzkumu, tak v klinické praxi.

Během každodenního života pokrývají přirozené pohyby hlavy u savců velký rozsah frekvencí a rychlostí. Aby se zabránilo rozmazanému vidění, posuny obrazu na sítnici jsou minimalizovány kompenzačními pohyby očí. Tyto pohyby očí v prostoru se označují jako pohyby očí stabilizující pohled, které jsou výsledkem transformace senzorických signálů na mimooční motorické příkazy. Obratlovci mají dva reflexy stabilizující pohled – optokinetický reflex (OKR) a vestibulo-okulární reflex (VOR), které působí synergicky, aby kompenzovaly okolní a vlastní pohyby. Odpovědi OKR spoléhají na směrově selektivní gangliové buňky sítnice, které jsou účinné pro relativně pomalé pohyby vizuální scény (± 3º/s u myší). V důsledku toho je zisk OKR nepřímo úměrný rychlosti vizuálního podnětu.

Na druhou stranu neurony citlivé na vestibulární zrychlení odpovědné za VOR jsou citlivější na pohyby hlavy ve středním až vysokém frekvenčním rozsahu8. Kromě toho může OKR reagovat na vizuální pohyby konstantní rychlosti, zatímco vestibulární systém kóduje pouze nekonstantní, přechodné rychlosti hlavy. Optokinetický a vestibulo-okulární reflex jsou tedy funkčně komplementární, jejich kombinace umožňuje účinnou stabilizaci pohledu a umožňuje rozlišit vlastní generované pohyby od vnějšku vynucených pohybů ve většině přirozeně se vyskytujících situací.

VOR funguje jako systém s otevřenou smyčkou: je plně funkční ve tmě, tj. vestibulární signály vnitřního ucha generují kompenzační pohyby očí i při absenci vizuální zpětné vazby. U hlodavců se počáteční vývoj VOR opírá o časné dozrávání vestibulárních obvodů ještě před otevřením očí. Nicméně vizuální vstupy jsou kritické pro vývoj a správné fungování VOR: jeho jemné doladění závisí na vizuální zpětné vazbě, která informuje o účinnosti kompenzačních pohybů očí. Při absenci zraku, jako u vrozeně nebo náhodně slepých lidí, je VOR narušen. Zisk vestibulo-okulárního reflexu se po otevření očí u myší zlepšuje, zatímco fáze se posouvá směrem k menším fázovým svodům. Kromě toho vidění kriticky ovlivňuje časovou konstantu ukládání rychlosti16, vývoj neuronů vestibulárních jader a získávání jejich plastických vlastností.