Summary

用膝关节关节仪评价大鼠膝关节屈曲收缩的特定组织贡献

Published: November 09, 2018
doi:

Summary

该方案的目的是测量大鼠膝关节运动的扩展范围。各种疾病增加膝关节僵硬的影响和治疗的有效性可以量化。

Abstract

正常的膝盖运动范围 (rom) 对健康至关重要, 并允许一个人进行基本的活动, 如步行, 爬楼梯和坐。丢失的 rom 被称为关节收缩, 导致发病率上升。由于很难扭转已建立的膝关节收缩, 早期发现是重要的, 因此, 知道他们的发展的危险因素是必不可少的。由于大鼠膝关节解剖与人膝关节解剖相似, 大鼠能够承受弯曲时膝关节固定的长时间, 以及机械数据可以, 大鼠可以用这种模型研究干预的效果。与膝关节组织的组织学和生化分析有关。

我们使用自动关节仪, 演示了一种经过验证的、精确的、可重复的、与用户无关的方法来测量大鼠膝关节在特定扭矩下的扩展 rom。该关节仪可用于确定干预对大鼠膝关节 rom 的影响。

Introduction

关节有全范围的运动 (rom) 对健康和幸福至关重要1。在联合被动 rom 的损失叫收缩 2。关节收缩可能产生于多种情况, 包括长期卧床休息, 瘫痪, 关节置换术, 烧伤, 感染, 和神经疾病1,3,4,5。膝盖收缩可能会致残, 因为它会加速关节退化, 增加跌倒的风险, 并对一个人执行步行、坐着和爬楼梯等基本功能任务的能力产生不利影响.7

一旦建立, 膝关节收缩是很难治疗, 因此, 确定哪些患者是在发展这种条件的最高风险是必不可少的预防和避免收缩相关的发病率8。实验被设计评估 1) 导致或影响膝关节收缩的情况, 2) 收缩的严重程度, 3) 他们的世俗进展, 4) 参与收缩的组织, (5) 他们的可逆性并且 (6) 有用性对膝关节 rom 的各种预防和治疗干预。对于所有这些实验, 有效的、客观的、精确的和可重复的 rom 测量方法至关重要。其他辅助措施 (能量消耗、组织形态测量、基因表达和蛋白质含量) 是了解关节收缩病理生理的有用标志, 但机械限制是限制患者并导致残疾的原因。在这一研究领域的一些挑战包括异质方法, 通过实验测试膝关节 rom, 以及缺乏定量数据9。使用各种不同的实验方法会产生从实验室到实验室都无法比较的结果。这引起了关于导致关节收缩的条件 (如固定或关节置换术) 的争议.因此, 需要一种在干预后进行实验测量关节 rom 的自动化方法。

在这里, 我们描述了一个用户独立, 有效, 精确和可重复的协议, 用于评估大鼠膝关节 rom 使用定制的关节计连接到数码相机, 以精确测量膝关节 rom 的扩展。我们测试了不同时期的固定对膝关节 rom 的影响。然后, 我们描述了使用固定的骨地标在预先指定的扭矩下测量生成的数字图像上的 rom 的方法。总体而言, 这些方法能可靠地测量大鼠膝关节 rom, 并提供定量数据。

Protocol

所使用的大鼠膝盖固定模型已获得渥太华大学动物护理和兽医服务机构以及当地伦理委员会的批准。 1. 动物准备 在预定的固定时间结束时, 通过给老鼠排放二氧化碳来安乐死。注: 在这里, 我们使用了一个固定模型与板和2个螺丝 (一个插入在股骨近端, 另一个在胫骨远端), 避免违反任何膝关节结构, 并保持膝盖弯曲的位置 135°, 如前面所述6.在?…

Representative Results

总结了不同不动期确定的膝关节伸长量, 以增加不动的持续时间, 并表明在固定时间增加后, 会产生更严重的收缩。使用 imagej 的代表性结果如图 3所示。 能够以有效、精确和可重复的、独立于用户的方式测量大鼠膝盖的最大延伸, 从而减少数据中的偏差。在所提供的例子中, 我们评估了7只大鼠在固定4周后?…

Discussion

开发了大鼠膝关节关节仪, 可重现、可靠地确定干预后大鼠膝关节的最大伸长率。该装置的优点包括在膝关节上持续产生扭矩, 手臂长度和延长力保持不变。另一个优势包括能够将扭矩设置在允许在同一关节上重复测试的水平, 以评估不同关节结构对膝关节 om 的影响, 如肌肉、胶囊或韧带。例如, 在对完全完整的关节进行测试后, 可以分割后关节膝关节肌肉, 重复使用关节造影仪测试, 以确定关节源?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

作者要感谢 joao tomas 在该设备方面提供的技术援助, 并感谢 khaoula louati 在开发图像分析方法方面提供的协助。

Materials

Arthrometer The Ottawa Hospital Rehabilitation Centre – Rehabilitation Engineering  N/A
Camera Canon EOS-500D Commonly known as EOS Rebel T1i
ImageJ National Institutes of Health Version 1.45s
Absotbent Underpads VWR 820202-845
Dissection Kit Fisher 08-855 Kit Includes:  Forceps: medium points, nickel-plated
 Scissors: 1.5 in. (40mm) blades, stainless steel
 Dissecting knife handle: nickel-plated
 Knife blades: stainless steel, pack of 3
 Dropping pipet: glass
 Bent dissecting needle: stainless steel with plastic handle
 Straight dissecting needle: stainless steel with plastic handle
Vinylite Ruler 6 in. (15cm)
Precision Screw Driver Mastercraft 057-3505-8
Scalpel Blades – #10 Fine Science Tools 10010-00
Screwdriver Stanley 057-3558-2
Hex Keys Mastercraft 058-9684-2
Universal AC to DC powder adapter RCA 108004951

References

  1. Clavet, H., Hébert, P. C., Fergusson, D., Doucette, S., Trudel, G. Joint contracture following prolonged stay in the intensive care unit. Canadian Medical Association Journal. 178 (6), 691-697 (2008).
  2. Campbell, T. M., Dudek, N., Trudel, G., Silver, J. K., Frontera, W. R., Rizzo, T. D. . Essentials of Physical Medicine and Rehabilitation: musculoskeletal disorders, pain, and rehabilitation. , (2015).
  3. Dehail, P., et al. Acquired deforming hypertonia and contractures in elderly subjects: definition and prevalence in geriatric institutions (ADH survey). Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. 57 (3), 11-23 (2014).
  4. Korp, K., Richard, R., Hawkins, D. Refining the idiom "functional range of motion" related to burn recovery. Journal of Burn Care and Research. 36 (3), 136-145 (2015).
  5. Elliott, L., Walker, L. Rehabilitation interventions for vegetative and minimally conscious patients. Neuropsychological Rehabilitation. 15 (3-4), 480-493 (2005).
  6. Campbell, T. M., Reilly, K., Laneuville, O., Uhthoff, H., Trudel, G. Bone replaces articular cartilage in the rat knee joint after prolonged immobilization. Bone. 106, 42-51 (2017).
  7. Trudel, G., et al. Mechanical alterations of rabbit Achilles’ tendon after immobilization correlate with bone mineral density but not with magnetic resonance or ultrasound imaging. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 88 (12), 1720-1726 (2007).
  8. Harvey, L. A., et al. Stretch for the treatment and prevention of contractures. Cochrane Database of Systematic Reviews. 1, Cd007455 (2017).
  9. Trudel, G., Himori, K., Uhthoff, H. K. Contrasting alterations of apposed and unapposed articular cartilage during joint contracture formation. Archives of Physical Medicine Rehabilitation. 86 (1), 90-97 (2005).
  10. Trudel, G., Uhthoff, H. K., Goudreau, L., Laneuville, O. Quantitative analysis of the reversibility of knee flexion contractures with time: an experimental study using the rat model. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 338 (2014).
  11. Trudel, G., Uhthoff, H. K. Contractures secondary to immobility: is the restriction articular or muscular? An experimental longitudinal study in the rat knee. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 81 (1), 6-13 (2000).
  12. Chimoto, E., Hagiwara, Y., Ando, A., Itoi, E. Progression of an arthrogenic motion restriction after immobilization in a rat experimental knee model. Upsala Journal of Medical Sciences. 112 (3), 347-355 (2007).
  13. Ando, A., et al. Remobilization does not restore immobilization-induced adhesion of capsule and restricted joint motion in rat knee joints. Tohoku Journal of Experimental Medicine. 227 (1), 13-22 (2012).
  14. Abdel, M. P., et al. Effects of joint contracture on the contralateral unoperated limb in a rabbit knee contracture model: a biomechanical and genetic study. Journal of Orthopaedic Research. 30 (10), 1581-1585 (2012).
  15. Hildebrand, K. A., Sutherland, C., Zhang, M. Rabbit knee model of post-traumatic joint contractures: the long-term natural history of motion loss and myofibroblasts. Journal of Orthopaedic Research . 22 (2), 313-320 (2004).
  16. Klein, L., Player, J. S., Heiple, K. G., Bahniuk, E., Goldberg, V. M. Isotopic evidence for resorption of soft tissues and bone in immobilized dogs. Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 64 (2), 225-230 (1982).
check_url/fr/58084?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Campbell, T. M., Reilly, K., Goudreau, L., Laneuville, O., Uhthoff, H., Trudel, G. Using a Knee Arthrometer to Evaluate Tissue-specific Contributions to Knee Flexion Contracture in the Rat. J. Vis. Exp. (141), e58084, doi:10.3791/58084 (2018).

View Video