Докази того, що підколінний жир забезпечує амортизацію під час руху у кота
Анотація
Вступ
Тварини виробляють ряд рухових рухів, таких як біг і ходьба, які враховують інерційні властивості сегментів тіла. Руховий апарат також наділений в'язкопружними властивостями, які забезпечують накопичення та розсіювання енергії та сприяють стабільності тіла під час руху. М'язи та кінцівки були змодельовані як системи пружин-амортизаторів маси з демпфуючими компонентами, часто пов'язаними з властивостями м'язів [McMahon, 1984; Лін та Раймер, 1993]. Сучасні експерименти з рухомими рухами на людях досліджували можливість впливу жирової тканини на динаміку руху [Devita and Hortobagyi, 2003]. Автори дійшли висновку, що у людей з ожирінням зменшується обсяг рухів в нозі [Devita та Hortobagyi, 2003] та збільшується витрата енергії [Browning et al., 2009]. Метою цього дослідження було перевірити, чи може нормальний жир, зокрема підколінна жирова подушка, впливати на параметри руху під час руху у не ожирілих тварин.
Підколінна жирова подушка у кота розташована між медіальними та бічними м’язами підколінного сухожилля і охоплює проксимальні прикріплення м’язів шлунково-кишкового тракту [Крауч, 1969]. Розташування цих м’язів утворює кишеню ззаду від колінного суглоба, і жирова подушечка розташована в цій кишені, під фараллю грудної клітки. Отже, підколінний жировий прошарок - це нестислива та в’язкопружна структура [Geerling et al., 2008], обмежений простір для розширення. Доведено, що інші жирові прокладки мають подібні властивості. Наприклад, дослідження, проведене Cirovic et al. [2005] описав орбітальний жир, що оточує глобус ока, як нестисливу та в’язкопружну структуру, що дозволяє йому обмежувати прискорення очної кулі через демпфування позаочних м’язів на очній кулі. Це демпфування збільшує стійкість ока під час руху.
Ми оцінили ефекти видалення підколінного жиру на кінематику кроку на задній кінці котячих і запитали, чи може видалення підколінного жиру посилити кутове прискорення та збільшити діапазон рухів суглобів задньої кінцівки. Для спостереження за роллю підколінної жирової подушки під час локомоції було обрано спонтанно рухається децеребрированную кішку, оскільки цей препарат дозволяє оцінювати гострі результати без впливу довгострокових нервових або опорно-рухових апаратів, які можуть розвинутися навіть під час хірургічного відновлення в хронічний експеримент. Цей препарат широко застосовувався у дослідженнях у галузі управління рухом [Whalen, 1996]. Ми виявили, що кутові прискорення тазостегнових, колінних і гомілковостопних суглобів після ліпектомії зростали, підтверджуючи нашу гіпотезу про те, що підколінний жир сприяє зменшенню задньої кінцівки.
Матеріали і методи
Експериментальний протокол, що використовується для визначення ролі підколінної жирової прокладки в рівномірній ходьбі на біговій доріжці, був затверджений Комітетами з догляду та використання тварин з Університету Еморі та Джорджії. Цей протокол був проведений на 3 котах чоловічої статі (рис. 1). 1). Дані збирали за допомогою 6 камер Vicon для запису розташування 3D-маркерів від кішки на 250 або 125 Гц для фільтрації фонових шумів. Відеоаналіз експерименту був використаний для ручного розмежування подій контакту лапи та відведення лапи. Розташування колінного суглоба розраховували шляхом проектування вектора від бічного маркера лодочки через верхню частину гомілки до коліна з величиною попередньо виміряної довжини ноги. Траєкторії маркерів обробляли пост-хок в Matlab (Mathworks, Inc.) та за допомогою низькочастотного фільтра 4-го порядку Баттерворта на частоті 6 Гц. Включені кути для тазостегнового, колінного та гомілковостопного суглобів у сагітальній площині були розраховані з використанням написаного на замовлення коду Matlab та орієнтовані, як показано на малюнку Рис. 1 1 .
Анатомія розміщення задніх кінцівок кішки та розміщення кінематичного маркера. Діаграма праворуч показує розміщення підколінної жирової прокладки, а також розташування кінематичних маркерів. Осі позначають орієнтацію маркерів у тривимірному просторі. Діаграма у верхньому лівому куті зображує включені кути щодо розміщення кінематичних виробників.
Середні траєкторії включених кутів стегна, коліна, гомілковостопного суглоба та кутові прискорення оцінювали шляхом усереднення перших 10 кроків кожного дослідження у кожному стані (до або після ліпектомії) разом. Точки даних на кожному кроці усереднювались по 50 бінів (або 2% крокового циклу), що усувало мінливість довжини між кроками, але зберігало мінливість траєкторії на кожному окремому кроці. Кутове прискорення та швидкість обчислювали, беручи першу та другу похідні від часу включеного кута, відповідно. Для аналізу були обрані конкретні моменти часу протягом циклу кроку: середня позиція (точка 1), відведення лапи (точка 2), середина маху (точка 3) та пікове уповільнення в кінці повторного розгинання коліна (точка 4).
Двосторонній тест ANOVA та пост-hoc тест Тукі були проведені за допомогою Statistica ™, щоб визначити, чи була суттєва зміна включених кутів та кутових прискорень у 4 обраних часових точках у всіх експериментах. Двосторонній ANOVA був обраний для того, щоб перевірити на основний ефект порушення між тваринами.
Результати
Включені кути, швидкості та кутові прискорення, зареєстровані під час рівної ходьби. На графіках представлені результати одного кроку з 1 інтактної кінцівки кінцівки, що починається і закінчується контактом лапи (ПК), а також до та після ліпектомії. PO = Лапа відключена.