Dovezi că grăsimea poplitee asigură amortizarea în timpul locomoției la pisică

Abstract

Introducere

Animalele produc o serie de mișcări de propulsie, cum ar fi alergarea și mersul pe jos, care angajează proprietățile inerțiale ale segmentelor corpului. Aparatul motor este, de asemenea, dotat cu proprietăți viscoelastice care asigură stocarea și disiparea energiei și contribuie la stabilitatea corpului în timpul locomoției. Mușchii și membrele au fost modelate ca sisteme amortizoare de masă-arc cu componentele de amortizare asociate adesea cu proprietățile mușchilor [McMahon, 1984; Lin și Rymer, 1993]. Experimentele actuale de locomoție la om au investigat potențialul ca țesutul adipos să influențeze dinamica mișcării [Devita și Hortobagyi, 2003]. Autorii au concluzionat că indivizii obezi au o gamă de mișcare scăzută la nivelul piciorului [Devita și Hortobagyi, 2003] și o cheltuială energetică crescută [Browning și colab., 2009]. Scopul acestui studiu a fost de a testa dacă grăsimea normală, în special tamponul de grăsime poplitee, poate influența parametrii de mișcare în timpul locomoției la animalele non-obeze.

Tamponul de grăsime poplitee la pisică este situat între mușchii mediali și laterali ai hamstringului și acoperă atașamentele proximale ale mușchilor gastrocnemius [Crouch, 1969]. Dispunerea acestor mușchi formează un buzunar posterior articulației genunchiului, iar tamponul de grăsime este situat în acest buzunar, sub fascia crurală. Prin urmare, tamponul de grăsime popliteu este o structură incompresibilă și viscoelastică [Geerling și colab., 2008] cu spațiu limitat pentru extindere. S-a demonstrat că alte tampoane de grăsime au proprietăți similare. De exemplu, un studiu realizat de Cirovic și colab. [2005] a descris grăsimea orbitală care înconjoară globul ocular ca fiind o structură incompresibilă și viscoelastică, care îi permite să limiteze accelerația globului ocular prin amortizarea mușchilor extraoculari de pe globul ocular. Această amortizare crește stabilitatea ochiului în timpul mișcării.

Am evaluat efectele îndepărtării grăsimii poplitee asupra cinematicii pășirii membrului posterior felin și am întrebat dacă îndepărtarea grăsimii poplitee va spori accelerația unghiulară și va crește gama de mișcare a articulațiilor membrelor posterioare. Pisica decerebrată locomotivă spontană a fost selectată pentru investigațiile privind rolul tamponului de grăsime poplitee în timpul locomoției, deoarece acest preparat permite evaluarea rezultatelor acute fără influența adaptărilor neuronale sau musculo-scheletice pe termen lung care s-ar putea dezvolta chiar și în timpul recuperării chirurgicale în un experiment cronic. Acest preparat a fost utilizat pe scară largă în studii în domeniul controlului motorului [Whalen, 1996]. Am constatat că accelerațiile unghiulare ale articulațiilor șoldului, genunchiului și gleznei au crescut după lipectomie, susținând ipoteza noastră că grăsimea poplitee contribuie la amortizarea membrelor posterioare.

Materiale și metode

Protocolul experimental folosit pentru a determina rolul plăcii de grăsime poplitee în mersul pe bandă de nivel a fost aprobat de Comitetele de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea Emory și Georgia Institute of Technology. Acest protocol a fost efectuat pe 3 pisici masculi (fig.1). 1). Datele au fost colectate folosind 6 camere Vicon pentru a înregistra locațiile markerului 3D de la pisică la 250 sau 125 Hz pentru a filtra zgomotul de fond. Analiza video a experimentului a fost utilizată pentru demarcarea manuală a evenimentelor de contact cu laba și cu labă. Localizarea articulației genunchiului a fost calculată prin proiectarea unui vector de la markerul maleolului lateral prin piciorul superior până la genunchi cu magnitudinea lungimii piciorului premăsurat. Traiectoriile markerului au fost procesate post-hoc în Matlab (Mathworks, Inc.) și cu un filtru Butterworth de ordinul 4, low-pass, la 6 Hz. Unghiurile incluse pentru articulațiile șoldului, genunchiului și gleznei în plan sagital au fost calculate utilizând codul Matlab scris personalizat și orientate așa cum se arată în figura 1 .

dovezi

Anatomia membrului posterior al pisicii și plasarea markerului cinematic. Diagrama din dreapta arată amplasarea tamponului de grăsime poplitee, precum și locațiile markerilor cinematici. Axele marchează orientarea markerilor în spațiul 3D. Diagrama din stânga sus ilustrează unghiurile incluse în raport cu amplasarea factorilor de cinematică.

Traiectoriile medii ale unghiurilor de șold, genunchi și gleznă și accelerații unghiulare au fost evaluate prin calcularea în medie a primelor 10 etape ale fiecărui studiu în fiecare afecțiune (înainte sau după lipectomie) împreună. Punctele de date din fiecare pas au fost calculate în 50 de coșuri (sau 2% din ciclul de pași), ceea ce a eliminat variabilitatea lungimii între pași, dar a păstrat variabilitatea traiectoriei în fiecare pas individual. Accelerația unghiulară și viteza au fost calculate luând prima și a doua dată derivate ale unghiului inclus, respectiv. Au fost alese puncte de timp specifice de-a lungul ciclului pasului pentru analiză: poziția medie (punctul 1), labă off (punctul 2), leagănul mediu (punctul 3) și decelerarea vârfului la sfârșitul re-extensiei genunchiului 4).

Un test ANOVA cu două căi și un test Tukey post-hoc au fost efectuate folosind Statistica pentru a determina dacă a existat o schimbare semnificativă a unghiurilor incluse și a accelerațiilor unghiulare la cele 4 puncte de timp alese în toate experimentele. ANOVA cu două căi a fost selectat pentru a testa efectul principal al perturbării dintre animale.

Rezultate

Incluse unghiuri, viteze și accelerații unghiulare înregistrate în timpul mersului la nivel. Graficele arată rezultatele dintr-o singură etapă a unei pisici membre intacte, începând și terminând cu contactul labei (PC) și înainte și după lipectomie. PO = Paw off.