Avaliação da marcha normal e patológica no

1. Médico do Programa de Residência Médica em Neurologia Clínica – UNIFESP; 2. Aluno de Graduação em Medicina –

UNIFESP;

3. Laboratório de Experimentação Animal, Instituto Nacional de Farmacologia (INFAR) – UNIFESP.

Autor para Correspondência: Wladimir Bocca Vieira de Rezende Pinto Email: wladimirbvrpinto@gmail.com

Data Recebimento: 03/09/2014 Aceito para a Publicação: 21/01/2015

AvALiAção dA mARChA noRmAL E PAtoLógiCA no

CAmundongo

A análise da marcha representa importante ferramenta semiológica para a caracteri-zação de alterações ortopédicas, neuromusculares e neurológicas na prática médica. A marcha patológica representa via final comum de manifestações de doenças neu-rológicas (síndromes parkinsonianas, ataxias cerebelares e sensitivas, paraparesias espásticas e doenças neuromusculares), reumatológicas (artrites nas colagenoses e vasculites) e ortopédicas (lesões degenerativas articulares e ligamentares), podendo a compreensão de seus elementos modificados fornecer dados fundamentais para o entendimento da fisiopatogenia e da topografia de lesões neuro-ortopédicas. Este artigo de revisão objetiva resumir os principais métodos de avaliação para a caracterização da marcha em modelos experimentais animais.

Palavras-chave: Modelos animais, exame neurológico, distúrbios da marcha, ataxia cerebelar.

1. intRodução

O estudo de modelos experimentais animais depende fundamentalmente da caracterização fenotípica detalhada, do ponto de vista físico, comportamental e motor. Neste contexto, o estudo da marcha e a avaliação e conhecimento de cada um dos seus componentes é essencial para a com-preensão adequada de possíveis sítios anatômicos comprometidos em cada um dos modelos. Altera-ções neurológicas, ortopédicas e reumatológicas representam os principais grupos de patologias acometendo a fisiologia da marcha.

Em termos gerais, a marcha fisiológica normal depende da integridade neurológica (sistemas pro-prioceptivos centrais e periféricos, nervos e raízes periféricos, sistema extrapiramidal, aferências e eferências cerebelares, sistema piramidal com neurônios motores superior e inferior) e ortopé-dica (ligamentos, tendões, articulações e músculo

estriado esquelético) para a elaboração da marcha fisiológica. O ciclo da marcha normal compreende diferentes fases para cada um dos membros: fase de apoio (ou stance phase), correspondente a 60% do ciclo todo, com três componentes (contato ini-cial, período médio e despegue); e fase de balanço ou oscilação (ou swing phase), correspondente a 40% do ciclo da marcha fisiológica, com três componentes (inicial, fase média e terminal ou final). A fase de apoio se inicia com o contato do calcanhar com o solo e termina com o desprendi-mento do antepé, sendo altamente rápida durante a corrida e em atletas de elite, com maior tempo relativo da fase de swing. Compreende quatro períodos básicos: fase de resposta de carga (su-porte inicial), fase média (braking), fase terminal e pré-swing ou propulsiva (pré-balanço). A fase de balanço corresponde ao período do fim do despren-dimento até a fase de contato inicial novamente com o plano. Compreende três períodos básicos: fase inicial, fase média e fase terminal. Assim, em

RES

qualquer que seja o animal avaliado em bipedia ou tetrapedia, o passo completo de um membro é representado pela soma das fases de apoio e de balanço. Diferentes comprometimentos ortopédi-cos e neurológiortopédi-cos originam comprometimentos de um ou mais componentes do ciclo da marcha, conforme cada caso.

O objetivo desta revisão é apontar a impor-tância da avaliação da marcha do camundongo, seus principais métodos e alguns dos modelos representativos de alterações patológicas vistas, conforme o nível de comprometimento de siste-mas neurológico e ortopédico. Muitos dos dados experimentais obtidos em camundongos e ratos são alvo de sobreposição nesta revisão, portanto estu-dos com ratos também são incluíestu-dos neste estudo.

1. métodos de avaliação da marcha em modelos

animais

A avaliação da marcha e de cada um dos seus componentes e fases depende fundamentalmente do processo de observação. A maior parte dos dis-túrbios neurológicos e ortopédicos são revelados à inspeção estática e dinâmica simples do animal no plano. Contudo, em casos de alterações discretas, o exame pode ser sensibilizado através do uso de outros métodos ou de manobras mais específi-cas. Isso não significa que testes importantes na caracterização fenotípica de um modelo animal não devam ser empregados adicionalmente, como os testes de natação, labirinto em cruz elevado e

Rotarod (barra rotatória)1-4_.

O estudo da marcha é indicado para casos de doenças neurodegenerativas com componente motor significativo (destacando os parkinsonis-mos, a doença de Huntington, outros distúrbios de movimento, ataxias cerebelares, doenças do neurônio motor, paraparesias espásticas heredi-tárias), doenças sem comprometimento motor de origem conhecida, neuropatias periféricas (incluindo neuropatias traumáticas), trauma ra-quimedular, doenças cerebrovasculares, doenças osteoarticulares (destacando osteoartrose e mono e poliartrites), dentre outros.

Os métodos de avaliação exclusivamente da marcha incluem o teste de footprinting digital (método indireto) ou através de método mecânico (direto). A estrutura de avaliação do teste consiste em barra horizontal plana, sem elevação, livre de potenciais fatores de vieses (guias, fatores lu-minosos ou olfatórios), que possibilite o registro simultâneo das faces ventral e lateral do animal. É importante, portanto, que as paredes de proteção na contenção dos animais avaliados sejam transpa-rentes, especialmente nos casos de registro digital videográfico. Os registros diretos consistem na marcação com tinta (de uma ou mais cores) das patas traseiras e dianteiras dos animais. Não há padronização quanto ao comprimento e largura dos suportes de teste, porém a mesma deve oferecer espaço suficiente para três ou mais comprimentos corporais totais ou para adequado registro dos animais em regimes com velocimetria (contínua e com aceleração ou progressiva). A plataforma de testes geralmente apresenta comprimento entre 15 e 25 cm, com uma extremidade escura (ambas as extremidades fechadas durante o exame) e largura média entre 3,0 e 5,0 cm. A duração média das avaliações se dá entre 15 e 60 segundos de registro, conforme o objetivo principal do estudo. Diferentes softwares foram criados com o objetivo de oferecer avaliação completa, sistematizada e simples para o examinador, com registros gráficos diretos (de parâmetros espaciais e temporais). A avaliação videográfica possibilita o estudo de parâmetros não vistos pelo método direto, especialmente em relação às variáveis temporais, comparação em modelos animais pré e pós-lesões mecânicas ou químicas, pré ou pós-tratamento e as diferentes fases de evolução de doenças do sistema motor. Há no mercado nacional e internacional diferentes sistemas e programas eletrônicos para os registros, mas a representação básica dos registros em cores geralmente é a mesma (Figura 1).

entre membros; (iv) parâmetros temporais (Tabela 1)5-9_{. O significado real de cada um dos}

parâme-tros depende fundamentalmente dos objetivos da realização do teste.

A interpretação adequada da avaliação da marcha depende de diversos fatores, incluindo fatores ambientais, sexos dos mutantes estudados, uniformidade das amostras, idade dos animais avaliados10_{, e linhagens isogênicas e mutantes}

utilizados. Estudos prévios já estabeleceram as di-ferenças entre as linhagens isogênicas em relação aos parâmetros1_{. Não há diferenças significativas}

entre as linhagens em relação à largura da base das patas dianteiras e traseiras e ao comprimento dos passos, excetuando-se a linhagem C57BL/6J com menor base das patas dianteiras. Contudo, a velocidade para percorrer o sistema estático foi menor na linhagem 129S2/Sv e maior nas linhagens DBA/2, C57BL/6J e BALB/c. Há que diferenciar também os padrões de marcha normal nas circunstâncias sem velocidade própria e nas plataformas aceleradas e inclinadas, em que na velocidade constante da plataforma geralmente a

frequência dos passos tende a aumentar nos casos de aceleração.

Dentro do processo de avaliação da marcha, a sugestão de alteração cerebelar permite avalia-ção pormenorizada dos déficits através do uso de protocolo definido na literatura11,12_{. Da mesma}

forma, avaliações complementares à marcha são importantes também nas suspeitas de défi-cits visuais (retinianos e corticais), vestibulares (otoneurológicos) e proprioceptivos (medulares e espinocerebelares)13_.

Exemplos de distúrbios da marcha em modelos

animais

Serão descritos brevemente aqui achados refe-rentes a modelos animais neurológicos (doenças neurodegenerativas centrais e periféricas, lesões isquêmicas e traumáticas encefálicas e medulares), ortopédicos e reumatológicos (artrites). A maior parte dos estudos passou por avaliação videográ-fica tornando os estudos mais completos que os estudos mais antigos.

Figura 1. (A) Registro gráfico em cores da marcha do camundongo comumente utilizado de forma eletrônica (digital). (B) Exemplo

Tabela 1. Principais grupos de parâmetros experimentais avaliados na marcha do camundongo em métodos computacionais e gráficos.5-9

Grupos de parâmetros

experimentais Parâmetros

Parâmetros espaciais relacionados a uma pata/membro isoladamente

Intensidade, área máxima de impressão, largura de impressão, comprimento de impressão, comprimento do passo (distância percorrida pelo mesmo membro nas fases de swing e

suporte), ângulo absoluto da pata (ângulo que cada pata faz no seu maior eixo com o eixo longitudinal de movimentação do animal)

Parâmetros espaciais relacionados entre patas/membros (relativos)

Base de suporte, posição relativa da pata (planos X e Y), largura do suporte (distância perpendicular entre centroides das patas dianteiras ou traseiras no pico da fase de suporte) Coordenação entre membros Padrão de marcha, índice de regularidade (número de patas posicionadas de forma irregular em relação ao padrão de

regularidade)

Parâmetros temporais

Duração da fase de swing, duração da fase de suporte, duração de propulsão (tempo da fase propulsiva até antes da fase de swing), duração do passo (para uma pata), cadência (número de passos por minuto), velocidade de marcha, frequência de passos (número de passos por segundo), relação temporal entre fases

Outros parâmetros avaliados

Fator de suporte, coeficiente da ataxia, índice funcional do isquiático, pedobarografia, análise descritiva da marcha e de coordenação motora, distâncias de pontos de referência anatômica em relação à superfície

No estudo do modelo de artrite induzida por colágeno (induzido por injeção intradérmica de colágeno tipo II articular bovino liofilizado misturado com adjuvante completo de Freund em camundongos de linhagem DBA/1LacJ), em registro ventral videográfico, observou-se impor-tante correlação entre gravidade clínica da artrite e parâmetros da marcha6_{. Neste estudo, piora clínica}

da artrite se associou à presença de aumento na área da pata, aumento da frequência de passos, diminuição no comprimento do passo, diminui-ção no ângulo absoluto de posicionamento das patas traseiras e redução dos tempos de braking, suporte e no passo total. Desta forma, este repre-senta importante modelo de estudo em casos pré e pós tratamento de casos de artrite reumatoide,

além de mostrar as alterações na marcha próprias das doenças articulares. Outro modelo, em ratos adultos Sprague-Dawley após lesão neuromus-cular induzida por alongamento repetitivo de alta tensão dos músculos dorsiflexores (monomélicos) com secção direta do tronco dos nervos fibulares, evidenciou também o mesmo perfil de alterações mas restritos ao membro acometido14_{, assim como}

nos casos de doença monoarticular por aplicação intra-articular de carrageenan tipo IV no joelho de ratos Crl:CD5_{. Resumidamente observam-se}

dianteiras e menor swing e maior propulsão na pata traseira contralateral de forma compensatória.

Para avaliação da marcha em diferentes con-textos neurológicos, foram utilizados modelos conhecidos de indução química e transgênicos. Camundongos de linhagem C57BL/6J rece-beram isoladamente injeções da neurotoxina dopaminérgica MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,3,6--tetrahidropiridina) e da toxina mitocondrial 3NP (ácido 3-nitropropiônico) para indução fenotípi-ca, respectivamente, de modelos para doença de Parkinson e para doença de Huntington15_{. Para o}

modelo de Parkinson, foram observados redução de comprimento do passo, aumento da frequência dos passos (dose-dependente), redução da duração do passo por menor duração da fase de swing das patas traseiras e menor duração da fase de suporte das patas dianteiras, e aumento da variabilidade da largura do passo das patas dianteiras. Sinais diretos de instabilidade postural não foram vistos neste modelo, apesar de terem sido previamente descritos em outras induções de degeneração do-paminérgica nigro-estriatal. Também não foi vista diferença em relação ao ângulo das patas traseiras em relação ao eixo longitudinal da marcha. Outros modelos utilizando mesmo sistema de registros já haviam demonstrado base de suporte da marcha menor com patas mais próximas, principalmente nas dianteiras.

Para o modelo de Huntington, houve importan-te incoordenação motora evidenciada pela incapa-cidade das patas traseiras em manter regularidade nos passos, enquanto houve preservação relativa das patas dianteiras, além de base pouco alargada em relação aos demais15_{. Notou-se também}

efei-to dose-dependente em relação ao ângulo maior (mais aberto) das patas traseiras em relação ao eixo longitudinal da marcha, à variabilidade na largura do passo das patas dianteiras e à maior largura do passo das patas traseiras, sem outras alterações para as patas traseiras em relação às diferentes doses. Também ficou clara a maior duração da fase de propulsão e da fase de suporte.

Os dois modelos (Huntington e Parkinson) des-critos também mostraram importante variabilidade nos passos, fundamentalmente pelo componente

da pata dianteira, o que comparativamente não ocorreu no estudo comparativo com o modelo transgênico SOD1 com mutação humana G93A (B6SJL-Tg[SOD1-G93A]1Gur) representativo da Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA), apesar dos passos serem maiores em comprimento e terem menor frequência e maior duração15,16_{. Deste}

modo, tais modelos foram amplamente represen-tativos das marchas características da doença de Parkinson e da doença de Huntington. O mesmo modelo para ELA também demonstrou aumento significativo e progressivo no tempo da fase de propulsão do passo das patas traseiras e diminui-ção marcante no ângulo das patas traseiras com o eixo longitudinal da marcha.

Alterações de marcha também já foram carac-terizadas em modelos de doença cerebrovascular isquêmica focal. No estudo das lesões corticais protrombóticas induzidas em ratos Wistar (através da combinação de injeção intravenosa de Rosa Bengala fotoativa com irradiação do córtex sen-sitivo-motor esquerdo), após verificada assimetria de desempenho das patas dianteiras contralaterais ao sítio de lesão, foi realizada a análise da mar-cha, mostrando aumento da área máxima da pata traseira direita e da largura de registro de forma assimétrica em relação à esquerda, sem diferenças entre patas dianteiras17_{. Outro modelo também foi}

induzido em ratos Wistar através da cateterização com filamento de Nylon da artéria carótida comum e posteriormente da interna com posterior eletro-coagulação permanente do sistema com lesões estabelecidas do córtex sensitivo e motor18_{. Em tal}

modelo, houve redução importante da cadência, aumento da largura da base das patas traseiras, aumento da duração da fase de suporte, aumento na duração do swing na pata dianteira esquerda, velocidade de swing aumentada nas quatro patas, redução do comprimento do passo.

traseiras. Achados de assimetria entre patas tra-seiras também foram comuns19_.

Estudo envolvendo o modelo animal Lurcher (transgênico para mutação no gene Grid2, loca-lizado no cromossomo 6, 29,77 cM, codificador do receptor inotrópico delta 2 do glutamato) para estudo de ataxias cerebelares também caracterizou a marcha nas ataxias cerebelares. Neste mode-lo, observaram-se redução da regularidade dos

passos, menor velocidade de deambulação, sem alteração no ângulo das patas, menor tamanho das passadas, alargamento da base das patas traseiras sem diferença nas patas dianteiras. A maior parte das diferenças observadas nos parâmetros neste modelo foi altamente dependente da velocidade empregada na marcha20_{. Diferentes graus de}

com-prometimento motor podem ser vistos em casos de ataxia cerebelar (Figura 2).

Figura 2. Representação do registro gráfico da marcha do camundongo. (A) Marcação correspondente às patas dianteiras e

traseiras do camundongo. (B-C) Registro da marcha normal (fisiológica) do camundongo com padrão regular e

constante, dentro da normalidade para os animais avaliados. (D-F) Registro de marcha patológica em modelo animal de ataxia cerebelar com diferentes graus de comprometimento motor, mostrando irregularidade no padrão, instabilidade e disbasia da marcha (D: leve; E: moderado; F: grave).

2 ConCLuSão

A caracterização da marcha em modelos ani-mais representa importante ferramenta no estudo de doenças neurológicas, ortopédicas e reumatoló-gicas, possibilitando sua análise minuciosa

ABS

tRAC

t

EvALuAtion of noRmAL And PAthoLogiCAL gAit of miCE

Gait analysis represents an important semiotic tool for the characterization of orthopedic, neuromuscular and neurological disorders in clinical practice. The pathological gait is the common final pathway of manifestations of neurological diseases (parkinsonian syndromes, cerebellar and sensory ataxia, spastic paraparesis and neuromuscular disease), rheumatologic disorders (arthritis in cases of collagen-related disorders and vasculitis) and orthopedic disturbances (joint and ligament degenerative lesions), allowing the understanding of its modified elements the proper comprehension of pathogenesis and topography of neuro-orthopedic injuries. This review article aims to summarize the main evaluation methods for the characterization of gait in experimental animal models.

Keywords: Animal models, neurological examination, gait disturbances, cerebellar ataxia.

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