En mini-invasiv intern fiksering teknik til at studere immobilisering-induceret knæ Fleksation kontraktur i rotter
Summary
Her præsenterer vi en protokol til at beskrive en minimalt invasiv teknik til knæledet immobilisering i en rotte model. Denne reproducerbare protokol, der baserer på muskel-Gap adskillelse modus og mini-incision færdighed, er egnet til at studere den underliggende molekylære mekanisme af erhvervet fælles kontraktur.
Abstract
Fælles kontraktur, som følge af en langvarig fælles immobilisering, er en almindelig komplikation i Orthopedics. I øjeblikket, udnytte en intern fiksering at begrænse knæet fælles mobilitet er en bredt accepteret model til at generere eksperimentelle kontraktur. Men, implantering ansøgning vil uundgåeligt forårsage kirurgiske traumer for dyrene. Sigter mod at udvikle en mindre invasiv tilgang, vi kombinerede en muskel-Gap adskillelse modus med en tidligere rapporteret mini-incision færdighed under den kirurgiske procedure: to mini hud indsnit blev foretaget på den laterale lår og ben, efterfulgt af at udføre muskel-hul adskillelse for at udsætte knogleoverfladen. Rotte knæleddet blev gradvist immobiliseret ved en prækonstrueret intern fiksering på ca. 135 ° knæfleksering uden at forstyrre essentielle nerver eller blodkar. Som forventet, denne enkle teknik tillader hurtig postoperative rehabilitering i dyr. Den korrekte position af den interne fiksering blev bekræftet af en røntgen-eller Micro-CT-scannings analyse. Bevægelsesområdet var signifikant begrænset i det immobiliserede knæled end det, der blev observeret i det kontralaterale knæled, som demonstrerede effektiviteten af denne model. Desuden afslørede histologisk analyse udviklingen af fibrøs aflejring og adhæsion i den posterior-overlegne knæled kapsel over tid. Således, denne mini-invasive model kan være egnet til efterligne udviklingen af immobiliseret knæ fælles kontraktur.
Introduction
Fælles kontrakturer er defineret som en begrænsning i den passive vifte af bevægelse (Rom) af en diarthrodial fælles1,2. De nuværende terapier har til formål at forebygge og behandle fælles kontraktur har opnået en vis succes3,4. Men den underliggende molekylære mekanisme af erhvervet fælles kontraktur er stort set ukendt5. Etiologien af fælles kontrakturer i forskellige sociale samfund er meget forskelligartet og omfatter genetiske faktorer, posttraumatiske stater, kroniske sygdomme, og langvarig immobilitet6. Det er almindeligt anerkendt, at immobilitet er et kritisk spørgsmål i udviklingen af erhvervet fælles kontraktur7. Mennesker, der lider af større fælles kontraktur kan i sidste ende resultere i fysisk handicap8. Således er en stabil og reproducerbar dyremodel er nødvendig for at undersøge de potentielle patofysiologiske mekanismer af erhvervet fælles kontraktur.
Den aktuelt byggede immobilisering-induceret knæ joint kontraktur modeller er for det meste opnås ved at udnytte ikke-invasive kaster, eksterne fikseringer, og interne fikseringer. Watanabe et al. rapporterede muligheden for brug af støbt immobilisering på rotte knæ leddene9. Ved at bære en speciel jakke, er den ene side af den nedre lemmer joint af rotten immobiliseret af en støbt. Rotte knæleddet kan forblive fuldt bøjet uden kirurgiske traumer10,11. Men, både hofte og ankel fælles bevægelser påvirkes også af denne form for immobilisering, som kan øge graden af muskelatrofi i quadriceps rectus eller gastrocnemius12. Desuden skal ødem og overbelastning af bagbenene undgås ved at udskifte støbt på indstillede tidspunkter, hvilket kan påvirke kontinuiteten af immobilitet. En anden accepteret metode til etablering af et knæ fælles kontraktur model er ved hjælp af ekstern kirurgisk fiksering. Nagai et al. kombinerede Kirschner wire og stål wire i en ekstern fixator, som immobiliserede knæet til ca. 140 ° flekon13. I denne metode anvendes en harpiks til at dække overfladen for at forhindre ridser i huden. Selv om ekstern fiksering immobilisering er robust og pålidelig14,15, perkutan Kirschner wire PIN spor kan øge risikoen for infektion16. I vores egen erfaring, ved hjælp af den eksterne fiksering teknik kan reducere den daglige aktivitet af rotter på grund af en stigning i konditioneret slikke adfærd.
Alternativt beskrev Trudel et al. en velaccepteret model af fælles kontraktur i rotte knæleddet baseret på en kirurgisk intern fiksering17 (denne metode blev ændret fra den, der anvendes af Evans og kolleger18). Især denne metode fremhæver betydningen af at udnytte en mini-incision teknik til at minimere de kirurgiske sår. Den effektive udvikling af fælles kontraktur er blevet bevist i denne model19. Men protokollen om, hvordan man udfører en minimal dissektion at udsætte knogleoverfladen er stadig uklart20. Desuden er den præcise position, hvor skruen borer, ikke fuldt forstået. Implantation af den interne fiksering gennem en subkutan eller submuskuløs måde er stadig kontroversiel21. For at løse disse problemer, har vi ændret denne metode ved at medtage en passende muskel-Gap adskillelse modus, som tillader en mini-invasiv eksponering af knogleoverfladen og placeringen af implantationen gennem en submuskuløs kanal. Denne protokol førte til hurtig postoperative rehabilitering i rotter efter operationen. Dyrene udviklede en begrænset fælles vifte af bevægelse efter fælles immobilisering, hvilket var i overensstemmelse med morfologiske ændringer af kapsulær adhæsion opnået fra den histologiske analyse. Vi beskriver også en nøjagtig mulig placering af de borede skruer som bekræftet af røntgen analyse eller Micro-CT analyse. Således, denne undersøgelse har til formål at beskrive i detaljer en minimal-invasiv teknik i en knæet joint kontraktur model, der blev etableret ved en muskel-Gap adskillelse modus kombineret med en mini-incision metode. Vi mener, at minimalt invasive teknikker både kan reducere dyre traumer og effektivt efterligne den patologiske proces med fælles flekpå kontraktur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne undersøgelse har til formål at belyse en trin-for-trin knæ fælles immobiliserings metode ved hjælp af en mini-invasiv teknik, der tillader hurtig postoperative rehabilitering i dyr efter operationen. Konventionelt, musklen-Gap adskillelse tilgang menes at være en minimalt invasiv teknik i ortopædisk kirurgi. Som forventet, vi fandt, at rotter kan vende tilbage til en normal kost og aktiviteter bare en dag postoperativt, hvilket var i overensstemmelse med den tidligere undersøgelse. Desuden, ingen arterien e…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af tilskud fra National Natural Science Foundation i Kina (no. 81772368), Natural Science Foundation i Guangdong-provinsen (no. 2017A030313496), og Guangdong Provincial Science and Technology plan Project (no. 2016A020215225; No. 2017B090912007). Forfatterne takker Dr. Fei Zhang, M.D. fra departementet for ortopædkirurgi, det ottende tilknyttede Hospital for Sun Yat-sen University for hans tekniske assistance under modifikation.
Materials
| Anerdian | Shanghai Likang Ltd. | 310173 | antibacterial |
| Buprenorphine | Shanghai Shyndec Pharmaceutical Ltd. | / | analgesia |
| Carprofen | MCE | HY-B1227 | analgesia |
| Cross screwdriver | STANLEY | PH0*125mm | tighten the screws |
| Electric drill | WEGO | 185 | drill hole(with stainless steel drill 0.9mm;1.0mm) |
| Microsurgical instruments | RWD | / | Orthopaedic surgical instruments for animals |
| Neomycin | Sigma | N6386 | antibacterial |
| Sodium pentobarbital | Sigma | P3761 | anaesthetize |
| Stainless Steel screws | WEGO | m1.4*8; m1.2*6 | screw(part of internal fixation) |
| Syringe | WEGO | 3151474 | use for plastic plate(part of internal fixation) |
| μ-CT | ALOKA | Latheta LCT-200 | in vivo CT scan |
References
- Akeson, W. H., Amiel, D., Woo, S. L. Immobility effects on synovial joints the pathomechanics of joint contracture. Biorheology. 17 (1-2), 95-110 (1980).
- Trudel, G., Uhthoff, H. K., Brown, M. Extent and direction of joint motion limitation after prolonged immobility: an experimental study in the rat. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 80 (12), 1542-1547 (1999).
- Arsoy, D., et al. Joint contracture is reduced by intra-articular implantation of rosiglitazone-loaded hydrogels in a rabbit model of arthrofibrosis. Journal of Orthopaedic Research. , (2018).
- Glaeser, J. D., et al. Anti-Inflammatory Peptide Attenuates Edema and Promotes BMP-2-Induced Bone Formation in Spine Fusion. Tissue Engineering. Part A. , (2018).
- Fergusson, D., Hutton, B., Drodge, A. The epidemiology of major joint contractures: a systematic review of the literature. Clinical Orthopaedics and Related Research. 456, 22-29 (2007).
- Wong, K., Trudel, G., Laneuville, O. Noninflammatory Joint Contractures Arising from Immobility: Animal Models to Future Treatments. BioMed Research International. 2015, 848290 (2015).
- Clavet, H., Hebert, P. C., Fergusson, D., Doucette, S., Trudel, G. Joint contracture following prolonged stay in the intensive care unit. CMAJ : Canadian Medical Association Journal. 178 (6), 691-697 (2008).
- Dehail, P., et al. Joint contractures and acquired deforming hypertonia in older people: Which determinants?. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. , (2018).
- Watanabe, M., Kojima, S., Hoso, M. Effect of low-intensity pulsed ultrasound therapy on a rat knee joint contracture model. Journal of Physical Therapy Science. 29 (9), 1567-1572 (2017).
- Goto, K., et al. Development and progression of immobilization-induced skin fibrosis through overexpression of transforming growth factor-ss1 and hypoxic conditions in a rat knee joint contracture model. Connective Tissue Research. 58 (6), 586-596 (2017).
- Sasabe, R., et al. Effects of joint immobilization on changes in myofibroblasts and collagen in the rat knee contracture model. Journal of Orthopaedic Research. 35 (9), 1998-2006 (2017).
- Sakakima, H., Yoshida, Y., Sakae, K., Morimoto, N. Different frequency treadmill running in immobilization-induced muscle atrophy and ankle joint contracture of rats. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 14 (3), 186-192 (2004).
- Nagai, M., et al. Contributions of biarticular myogenic components to the limitation of the range of motion after immobilization of rat knee joint. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 224 (2014).
- Matsuzaki, T., Yoshida, S., Kojima, S., Watanabe, M., Hoso, M. Influence of ROM Exercise on the Joint Components during Immobilization. Journal of Physical Therapy Science. 25 (12), 1547-1551 (2013).
- Kaneguchi, A., Ozawa, J., Kawamata, S., Yamaoka, K. Development of arthrogenic joint contracture as a result of pathological changes in remobilized rat knees. Journal of Orthopaedic Research. 35 (7), 1414-1423 (2017).
- Hargreaves, D. G., Drew, S. J., Eckersley, R. Kirschner wire pin tract infection rates: a randomized controlled trial between percutaneous and buried wires. Journal of Hand Surgery. 29 (4), 374-376 (2004).
- Trudel, G. Differentiating the myogenic and arthrogenic components of joint contractures. An experimental study on the rat knee joint. International Journal of Rehabilitation Research. 20 (4), 397-404 (1997).
- Evans, E. B., Eggers, G. W. N., Butler, J. K., Blumel, J. Experimental Immobilization and Remobilization of Rat Knee Joints. Journal of Bone and Joint Surgery. 42 (5), 737-758 (1960).
- Hagiwara, Y., et al. Expression patterns of collagen types I and III in the capsule of a rat knee contracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 315-321 (2010).
- 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).
- Hagiwara, Y., et al. Increased elasticity of capsule after immobilization in a rat knee experimental model assessed by scanning acoustic microscopy. Upsala Journal of Medical Sciences. 111 (3), 303-313 (2006).
- Adelsperger, A. R., Bigiarelli-Nogas, K. J., Toore, I., Goergen, C. J. Use of a Low-flow Digital Anesthesia System for Mice and Rats. Journal of Visualized Experiments. (115), (2016).
- Trudel, G., O’Neill, P. A., Goudreau, L. A. A mechanical arthrometer to measure knee joint contracture in rats. IEEE Transactions On Rehabilitation Engineering. 8 (1), 149-155 (2000).
- Campbell, T. M., et al. Using a Knee Arthrometer to Evaluate Tissue-specific Contributions to Knee Flexion Contracture in the Rat. Journal of Visualized Experiments. (141), (2018).
- Moriyama, H., et al. Alteration of knee joint connective tissues during contracture formation in spastic rats after an experimentally induced spinal cord injury. Connective Tissue Research. 48 (4), 180-187 (2007).
- Onoda, Y., et al. Joint haemorrhage partly accelerated immobilization-induced synovial adhesions and capsular shortening in rats. Knee Surgery, Sports Traumatology, & Arthroscopy. 22 (11), 2874-2883 (2014).
- Trudel, G., Jabi, M., Uhthoff, H. K. Localized and adaptive synoviocyte proliferation characteristics in rat knee joint contractures secondary to immobility. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (9), 1350-1356 (2003).
- Jiang, S., et al. Endoplasmic reticulum stress-dependent ROS production mediates synovial myofibroblastic differentiation in the immobilization-induced rat knee joint contracture model. Experimental Cell Research. 369 (2), 325-334 (2018).
- Pithioux, M., et al. An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur. Journal of Visualized Experiments. (128), (2017).
