浅析大小鼠肢体运动障碍的行为学评估方法

动物肢体运动行为相关实验介绍

近几年来，关于动物肢体运动障碍的研究越来越多，包括帕金森、脑损伤及脊髓损伤引起的肢体运动障碍、骨骼肌松弛、运动康复训练等等，研究者主要集中于各大体育学院、三甲医院的骨科、神经科等等。那么研究动物肢体运动障碍的行为学实验有哪些呢？我们进行一一阐述。

（一）运动疲劳模型造模实验

（1）小动物平台式跑步机/小动物跑台

小动物平台式跑步机是最常见的用于造动物运动疲劳模型的实验设备，简单易操作，可通过调整坡度、运动速度、加速度、电流强度等来增加动物的训练难度。跑台的优点在于结构稳定，可以做成大小鼠通用，大大节约了用户的经费。缺点在于占地面积较大，当客户需要结合高压高温低氧等环境来做实验的时候，往往由于高压高温低氧等装置空间的局限性而放不下跑台。小动物平台式跑步机实验Protocol展示：

（2）小动物强迫运动跑轮/小动物转轮式疲劳仪

小动物强迫运动跑轮其实和小动物跑台差不多，只不过小动物强迫运动跑轮是让老鼠在轮子上跑，小动物跑台是让老鼠在履带上跑；强迫运动跑轮分为两个版本，一种版本是带电刺激的，一种版本是不带电刺激的，根据不同客户的需求，选择需不要配备电刺激模块。小鼠强迫运动跑轮的优点在于结构紧凑，占地面积小（仅仅局限于小鼠，大鼠强迫跑轮的占地面积较大）。缺点在于结构并没有跑台稳定。

（3）小动物负重游泳实验

负重游泳实验是在动物尾巴加装负重装置，让动物在水里进行负重游泳而达到力竭状态，这是早期用于造动物运动疲劳模型的一种实验方法，优点在于实验结果稳定，缺点在于设备的自动化程度不高，需要浪费大量的人工。

（二）肢体运动协调性、运动能力检测实验

（1）小动物转棒仪（Rotarod）

该仪器常备用于运动协调能力、骨骼肌松弛实验、中枢神经抑制实验，以及其它需用运动方式检测药物作用的实验，如毒性对运动能力的影响，体内某种物质缺乏对运动能力的影响，心脑血管药物对运动能力的影响等等，可多方向的开发利用该仪器基本原理和基本功能。该设备可全自动检测动物掉落的时间、运动路程、掉落时的运动速度等，大大提高了实验效率。

（2）小动物平衡木实验

平衡木测试用于评估啮齿动物的精细运动协调和平衡能力，尤其是用于动物肢体运动障碍的研究，如脑损伤、脊髓损伤等。 该测试的目的是使动物保持直立并越过狭窄横梁到达安全盒。该测试通常需要几天的训练和 1 天的测试。通过测量动物穿过平衡木所花费的时间以及在此过程中发生的爪滑次数，可以量化动物平衡能力。缺点在于没法自动化检测，需要耗费大量的人力去人工进行评分。

（3）小动物爬杆实验

爬杆实验是评价小鼠运动协调能力的经典方法。通过记录小鼠由杆的顶端往下爬到底部（双前爪着地）所需时间，比较其运动能力。小鼠爬杆实验装置携带方便、清理消毒方便且可有效减少实验误差。缺点在于还是需要人工去评分。

（4）小动物自主运动跑轮

小动物自主活动轮（跑轮）系统是适合大小鼠实验的灵活设备，是动物生理节奏循环律动、摄 食、药品或者制药试验研究中有价值的仪器。与跑台、游泳池训练设备相比，跑轮系统在小动物行为学、运动 生理学、药物学、神经生理学等研究中有更突出的优点， 已得到专家学者的认同，是实验室优选的运动训练设备。 其中，自主跑轮（Passive Running Wheel）是由动物本身自发运动来推动跑轮转动。在这种构型中，笼内动物长期活动的信息，如跑轮转动方向、转数、累计总行程等， 能够使用编码器进行长度计记录。

（5）小动物步态分析实验

啮齿类动物步态分析系统是一套完整的定量评估鼠类模型中动物步态的工具，可用于评价神经创伤、神经性萎缩、神经疾病、以及疼痛症状群的动物模型。该系统应用范围包括：脊索损伤、神经性疼痛、关节炎、中风、帕金森病、运动失调、脑损伤、外周神经损伤等疾病的研究。通过步态分析，了解神经源性疾病发展过程、评价治疗方法的效果和筛选治疗药物。例如：帕金森氏症导致肢体动作僵硬和协调性降低。步态分析系统通过测量动物模型中的脚间距离、摆动时相、支撑方式和正常步序比等参数评估运动协调性。优点在于可以全方位多参数的评价动物的肢体运动障碍，缺点在于设备价格昂贵。

（6）圆筒实验

圆筒试验是针对于不对称中枢神经系统疾病的研究工具。主要研究啮齿类动物在贴壁站立的过程中肢体不对称使用的情况。本试验对神经退行性疾病的模型，如帕金森，ALS，阿尔茨海默氏症，中风有重要意义。

此检测需要将小鼠放置在一个透明的有机玻璃圆筒内，观察动物在直立状态下使用上肢的偏好。一般而言，小鼠在正常状态下多会使用双上肢碰触攀爬圆筒壁以作出探索行为，但损伤后使用伤侧肢体的频率会明显下降，因而可以通过评估损伤侧肢体的使用频率和意愿反应小鼠的恢复状况。动物将会被放置在透明有机玻璃的圆筒状里（15 cm × 20 cm：D × H），一共 15 min，全程录像，圆筒后面设置玻璃以获取动物背对摄像机时的情形。每次动物直立状态下上肢接触圆筒壁完成（双上肢放回地面为标记）记为一组。一共分析前 10 组，最长分析时程为 15min。实验正式开始前三天动物会被放置到圆筒里适应 15～20min，并接受基线检测。

Rearing 分析结果使用首次攀爬和序贯攀爬表示，每次攀爬动物都会面临使用哪侧肢体的选择，故存在首次攀爬（左、右、双侧）和序贯攀爬（左、右、双侧）三种不同的结果。

（7）水平楼梯实验（Horizontal Ladder）

该测试反应小鼠肢体在水瓶楼梯上的行走控制能力。水平横梯跑道（100 cm × 13 cm：L × W）由两块有机玻璃组成，横梯间隔 1 cm。动物饲养笼放置于跑道末端促使动物通过横梯跑道回笼。每次实验前将在整条跑道中随机抽掉 25 根横梯制成无规律间隔跑道（最大间隔 4cm），并使用摄像机记录跑步情况，每次检测需要重复奔跑 5 次。之后逐帧分析肢体踩空和滑落横梯的情况，计算出小鼠错误步数的比例。

（8）动物前肢抓取实验

动物前肢抓取实验被广泛应用于测量中风、创伤性脑损伤、帕金森病、脊髓损伤、周围神经损伤大鼠模型以及在中风小鼠模型中。