1.简介
创伤性脑损伤（TBI）是年轻人群中常见的死亡和发病原因之一，即使在发达国家也造成了相当大的社会经济负担。人们已经认识到，步态和运动功能障碍是人类TBI非常重要的临床后遗症，导致患者日常生活受到相关限制。尽管有多种创伤性脑损伤实验模型可用，但对啮齿动物的步态和运动功能进行客观评估仍然很困难。
CatWalk是为自动和观察者依赖的啮齿动物步态、协调和运动功能评估而开发的。本文介绍的研究者使用动物步态分析系统(CatWalk XT)，在手术后第一周内评估TBI最常用模型之一，即控制性皮质损伤(controlled cortical impact，CCI)模型中的步态和运动功能，并提供CCI后急性期100多个CatWalk参数的时间变化曲线数据。
2. 材料和方法
实验共使用28只小鼠，年龄为6至8周。动物随机分配到CCI组或假手术组。对小鼠进行右顶骨CCI或假手术。在手术后的第1、3和7天，使用CatWalk XT收集数据并分析结果。
2.1 CCI程序
如前所述控制性皮质损伤，简而言之，就是在中线皮肤切开后，使用高速钻进行右顶骨开颅手术，保持硬脑膜的完整性。在抬起骨瓣后，将气动冲击器尖端垂直于皮质表面放置。使用以下CCI参数：损伤深度1mm、损伤速度8m/s、接触时间150ms。这些参数已在早期研究中使用，并可产生高度可重复的中度TBI。最后，缝合皮肤切口。在分配到假手术的动物中，开颅手术和重新缝合与CCI组相同。
2.2 行为测试
所有行为测试均在CCI前一天以及24小时、3天和7天进行。在每个时间点重复CatWalk XT 分析。
在目前的研究中，适应新环境后，动物必须进行至少三次不间断的奔跑，才能进行CatWalk XT分析。CatWalk XT软件分别分析了每个爪子的24个动态和静态参数的组合。此外，还分析了左爪和右爪的印记位置以及前爪和后爪的支撑面。除此之外，还确定了奔跑速度、奔跑持续时间和奔跑变化等。因此，CatWalk XT软件自动记录并分析了总共103个参数。表1概述了CatWalk XT分析确定的参数。
3. 结果
3.1 小鼠步态空间参数和动态参数明显受损
CCI后第三天，空间参数（Paw Intensity、Print Area）以及动态参数（Stance、Swing、Swing Speed和Body Speed）明显受损，大多数参数（包括Paw Intensity, Print Area, Swing and Stance）在创伤诱发后第三天受损最严重。
有趣的是，在此研究中，Paw Intensity 和 Print Area仅在创伤手术后第三天才受到CCI的影响，假手术和CCI治疗动物之间的差异随后缩小。Swing，Swing Speed，Stand，Body Speed和Stance在第七天仍然受到显著影响。
在CCI后的第一周内评估了多个时间点的步态和运动障碍，首次更好地了解了这些急性障碍的时间演变。一方面，CCI会导致严重损伤，尤其是创伤手术后第三天CatWalk XT分析的静态参数。另一方面，CatWalk XT也可用于评估CCI后前三天内早期急性步态和运动功能损伤。
3.2 CCI导致的步态障碍与人类观察到的步态障碍类似
在研究中，由所选参数的CCI引起的实验性TBI导致许多步态和运动功能参数受损。这说明了步态控制所涉及的过程的复杂性和多样性，并且与人类TBI患者的观察结果非常一致，这些患者也表现出多种运动技能的复杂紊乱，从而损害了创伤后步态控制。
3.3 CatWalk XT是评估小鼠步态的有效工具
与传统的步态和运动功能测试不同，在CatWalk XT分析过程中，动物可以自由移动。观察员的干预被限制在最低限度，数据收集和分析由计算机自动进行，从而消除了与观察员相关的错误源并提高了可重复性。CatWalk XT非常适合接受CCI的动物，并能生成可重复性良好的数据。并且，由于小鼠体型非常小，非常细微但显著的损伤（在此研究中，base of stand前爪的差异只有2毫米，但统计上非常显著）无法通过人类观察发现；然而，CatWalk XT可以捕捉动物爪子使用和运动模式中非常细微的差异，否则这些差异可能会被忽略。
结论
本研究显示，CCI导致CatWalk XT步态分析中的许多参数受损。CatWalk XT检测到了临床评估无法检测到的最小但具有统计学意义的损伤。空间参数的损伤在前三天最为明显，此后逐渐减弱，而动态参数的损伤则持续到CCI后七天。数据表明，CatWalk XT是一种有效的、独立于观察者的自动化工具，可用于客观评估小鼠CCI后步态和运动功能障碍。它可以检测到其他非计算机辅助结果评估方法可能遗漏的细微损伤。
参考文献
- Walter J, Kovalenko O, Younsi A, et al. The CatWalk XT® is a valid tool for objective assessment of motor function in the acute phase after controlled cortical impact in mice. Behavioural brain research, 2020, 392: 112680.
