Um Sistema de Teste de Dorsiflexão de Tornozelo Passivo para um Modelo In Vivo de Tendinopatia Induzida por Overuse
Summary
Este protocolo apresenta um sistema de teste usado para induzir lesões por fadiga quantificáveis e controladas em um tendão de Aquiles de ratos para um modelo in vivo de tendinopatia induzida por uso excessivo. O procedimento consiste em prender o tornozelo do rato a um atuador articular que realiza a dorsiflexão passiva do tornozelo com um script MATLAB personalizado.
Abstract
A tendinopatia é uma condição crônica do tendão que resulta em dor e perda de função e é causada por sobrecarga repetida do tendão e tempo limitado de recuperação. Este protocolo descreve um sistema de teste que aplica ciclicamente cargas mecânicas via dorsiflexão passiva no tendão de Aquiles de ratos. O código escrito sob medida consiste em medições de carregamento pré e pós-cíclico para avaliar os efeitos do protocolo de carregamento, juntamente com o regime de carregamento de fadiga cíclica baseado em controle de realimentação.
Usamos 25 ratos Sprague-Dawley para este estudo, com 5 ratos por grupo recebendo 500, 1.000, 2.000, 3.600 ou 7.200 ciclos de cargas de fadiga. Foram calculadas as diferenças percentuais entre as medidas de carregamento pré e pós-carga cíclica dos módulos histerese, pico de tensão e carga e descarga. Os resultados demonstram que o sistema pode induzir graus variados de dano ao tendão de Aquiles com base no número de cargas aplicadas. Este sistema oferece uma abordagem inovadora para aplicar graus variáveis quantificados e fisiológicos de cargas cíclicas ao tendão de Aquiles para um modelo in vivo de lesão tendínea por overuse induzida por fadiga.
Introduction
Como os tendões conectam o músculo ao osso e experimentam movimentos repetitivos diários ao longo de sua vida, eles são altamente propensos a lesões por uso excessivo que são dolorosas e limitantes e resultam em função mecânica prejudicada, afetando 30-50% da população1. As tendinopatias são condições crônicas consideradas lesões por overuse devido a movimentos repetitivos de fadiga e cicatrização inadequada aos níveis pré-lesão. Tanto os membros superiores quanto os inferiores são comumente afetados, incluindo o manguito rotador, cotovelo, tendão de Aquiles e tendão patelar 2,3,4,5. A tendinopatia de Aquiles é comum em atividades que envolvem corrida e salto, especialmente atletas envolvidos em atletismo, corrida de média e longa distância, tênis e outros esportes com bola, afetando 7-9% dos corredores 6,7. Lesões decorrentes de corrida e salto também podem causar limitação da dorsiflexão do tornozelo, fator de risco para tendinopatias aquiles e patelares8,9,10. Assim, há necessidade de uma melhor avaliação e caracterização das tendinopatias, que este estudo pode fornecer como modelo de dorsiflexão passiva do tornozelo em ratos para lesões do tendão de Aquiles por overuse.
Trabalhos anteriores utilizando modelos de pequenos animais têm como objetivo estudar o desenvolvimento e marcadores de tendinopatia. Estes incluem exercícios em esteira rolante, alcance repetitivo, carga direta do tendão, injeções de colagenase, cirurgia e estudos in vitro 11,12,13,14,15,16. Embora a literatura tenha se beneficiado da identificação de marcadores de dano com o emprego desses modelos de tendinopatias, as limitações incluem carregar o tendão em movimentos articulares não fisiologicamente relevantes, como no caso da carga direta do tendão, não medir diretamente as cargas aplicadas, como para estudos em esteira, e não utilizar o uso excessivo fisiológico, como no caso das injeções de colagenase, entre outros. Para esse fim, este estudo teve como objetivo desenvolver um sistema que aplique cargas quantificadas de forma não invasiva no tendão de Aquiles com a aplicação de estudos de tendinopatia induzida por uso excessivo para preencher as lacunas em modelos de pequenos animais previamente desenvolvidos para tendinopatia. Realizamos um estudo piloto para demonstrar que o sistema induz mudanças reprodutíveis nas propriedades mecânicas ao longo de uma série de ciclos de carregamento. Esse sistema permite que movimentos e cargas fisiologicamente relevantes induzam o uso excessivo e, ao mesmo tempo, quantificam e medem as forças aplicadas e experimentadas pelo tendão durante o regime de carga.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este estudo apresenta um método para carregar ciclicamente o tendão de Aquiles de ratos com um sistema passivo de dorsiflexão do tornozelo para um modelo de tendinopatia induzida por overuse in vivo . A importância do sistema reside em sua capacidade de isolar o tendão de Aquiles, aplicar cargas quantificáveis sem acessar cirurgicamente o tendão e medir as propriedades do tendão in vivo .
Em 2010, Fung e col. apresentaram um modelo de fadiga do tendão patelar de rat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gostaríamos de agradecer nossos apoios de financiamento: o Joe Fallon Research Fund, o Dr. Louis Meeks BIDMC Sports Medicine Trainee Research Fund e uma bolsa intramuros (AN), todos da BIDMC Orthopaedics, juntamente com o apoio dos Institutos Nacionais de Saúde (2T32AR055885 (PMW)).
Materials
| 1/32'' Aluminum beads | |||
| 2.5% isoflurane | |||
| 3D digitizing pen | Polhemus, Vermont, NH, USA | ||
| 3D electromagnetic positioning and orientation sensor | Polhemus, Vermont, NH, USA | ||
| 5% isoflurane | |||
| Customized device: 1) Assembly, sensors, 3D printed animal bed and ankle mount actuator | Assembled as described in manuscript | ||
| MATLAB code | MATLAB, Natick, MA, USA | ||
| Microcontroller | Ivrea, Italy | Arduino UNO, Rev3 | |
| Nose cone | |||
| Scalpel and scalpel holder | No. 11 scalpel | ||
| Sprague-Dawley rats | Charles River Laboratories, Wilmington, MA, USA | 11-13 weeks old | |
| Stepper driver | SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503 | DM542T | |
| Stepper motor | SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503 | 23HE30-2804S | |
| Straight forceps | |||
| Torque sensor assembly | Futek Inc., Irvine, CA, USA | FSH03985, FSH04473, FSH03927 | |
| Water heating pad |
References
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