Medição máxima da Força Tetanica Isométrica do Músculo Tibialis Anterior no Rato

Summary

A avaliação da recuperação motora continua sendo a medida de desfecho de referência em estudos experimentais de nervos periféricos. A medição da força tetanica isométrica do músculo tibialis anterior no rato é uma ferramenta inestimável para avaliar os resultados funcionais após a reconstrução de defeitos do nervo ciático. Os métodos e nuances estão detalhados neste artigo.

Abstract

Lesões nervosas traumáticas resultam em perda funcional substancial e defeitos nervosos segmentais muitas vezes exigem o uso de enxertos nervosos de interposição autólogos. Devido à sua disponibilidade limitada e morbidade lateral associada, muitos estudos no campo da regeneração nervosa focam em técnicas alternativas para preencher uma lacuna nervosa segmental. A fim de investigar os resultados das opções de tratamento experimental cirúrgico ou farmacológico, o modelo de nervo ciático de ratos é frequentemente usado como um bioensaio. Há uma variedade de medidas de desfecho usadas em modelos de ratos para determinar a extensão da regeneração nervosa. A força máxima de saída do músculo alvo continua sendo o resultado mais relevante para a tradução clínica de terapias experimentais. A medição da força isométrica da contração muscular tetanica foi descrita anteriormente como uma técnica reprodutível e válida para avaliar a recuperação motora após lesão nervosa ou reparo em modelos de ratos e coelhos. Neste vídeo, forneceremos uma instrução passo-a-passo deste procedimento inestimável para avaliação da recuperação funcional do músculo tibialis anterior em um modelo de defeito no nervo ciático de rato usando parâmetros otimizados. Descreveremos as preparações pré-cirúrgicas necessárias, além da abordagem cirúrgica e dissecção do nervo peronal comum e do tendão muscular anterior tíibal. A técnica de medição da força tetanica isométrica será detalhada. A determinação do comprimento muscular ideal e da frequência de pulso de estímulo é explicada e a medição da contração muscular tetanica máxima é demonstrada.

Introduction

A perda da função motora após lesão nervosa periférica traumática tem impacto significativo na qualidade de vida e no status socioeconômico dos pacientes^1,2,3. O prognóstico dessa população de pacientes permanece ruim devido a melhorias mínimas nas técnicas cirúrgicas ao longo dos anos⁴. O reparo peridural direto sem tensão forma a reconstrução cirúrgica padrão-ouro. No entanto, nos casos com lacunas nervosas prolongadas, a interposição de um enxerto nervoso autólogo provou ser superior a^5,6. A morbidade do local do doador associado e a limitada disponibilidade de enxertos nervosos autólogos impuseram a necessidade de técnicas alternativas^7,8.

Modelos experimentais de animais têm sido utilizados para elucidar o mecanismo de regeneração nervosa periférica e avaliar os resultados de uma variedade de opções de tratamento reconstrutivo e farmacológico^8,9. O modelo de nervo ciático de rato é o modelo animal¹⁰mais usado. Seu pequeno tamanho os torna fáceis de manusear e casa. Devido ao seu potencial neuroregenerativo superlativo, o tempo reduzido entre a intervenção e a avaliação dos desfechos pode resultar em custos relativamente menores^11,12. Outras vantagens de seu uso incluem similaridades morfológicas às fibras nervosas humanas e o alto número de estudos comparativos/históricos¹³. Embora este último deva ser abordado com cautela, uma vez que uma ampla variedade de diferentes medidas de desfecho entre estudos dificulta a comparação dos resultados^{14,15,16,17,18}.

As medidas de desfecho para avaliar a regeneração nervosa variam da eletrofisiologia à histomorfometria, mas esses métodos implicam uma correlação, mas não medem necessariamente diretamente o retorno da função motora^14,15. A regeneração das fibras nervosas pode não fazer conexões adequadas que possam causar uma superestimação do número de conexões funcionais^14,15,19,20. A melhor e clinicamente mais relevante medida para demonstrar a reinervação correta dos órgãos finais permanece a avaliação da função muscular^21,22,23. Criar ferramentas de avaliação de funções motoras para modelos animais é, no entanto, desafiador. Medinaceli et al. descreveram pela primeira vez a análise da pista de caminhada, que desde então tem sido o método mais utilizado para avaliar a recuperação funcional em estudos experimentais de nervo periférico^{21,24,25,26,27,28}. A análise da pista de caminhada quantifica o índice funcional ciático (SFI) com base em medidas de pegadas de ratos ambulantes^21,29. Grandes limitações da análise da pista de caminhada, como contraturas de dedos, automutilação, mancha da impressão e má correlação com outras medidas de reinervação, necessitaram do uso de outros parâmetros para quantificação da recuperação funcional^30,31.

Em estudos anteriores em ratos de Lewis³² e coelhos neozelandeses³³, validamos a medida da força tetanica isométrica (ITF) para o músculo tibialis anterior (TA) e demonstramos sua eficácia na avaliação da recuperação muscular após diferentes tipos de reparação nervosa^{34,35,36,37,38,39}. O músculo TA é bem adequado devido ao seu tamanho relativamente grande, inervação pelo ramo peroneal do nervo ciático e propriedades bioquímicas bem elucidadas^40,41,42,43. Quando o comprimento muscular (força de pré-carga) e os parâmetros elétricos são otimizados, o ITF fornece uma variabilidade lado a lado de 4,4% e 7,5% nos ratos³² e coelhos^{33, respectivamente.}

Este artigo fornece um protocolo detalhado da medição da ITF no modelo de nervo ciático de ratos, incluindo uma descrição completa do necessário planejamento pré-cirúrgico, abordagem cirúrgica e dissecção do nervo peronal comum e do tendão muscular distal. Utilizando valores predeterminados para a intensidade e duração do estímulo, será definido o comprimento e a frequência de pulso de estímulo ideal. Com esses quatro parâmetros, o ITF pode ser posteriormente medido de forma consistente e precisa.

Protocol

Todos os procedimentos animais foram realizados com aprovação do Comitê Institucional de Atenção e Uso de Animais (IACUC A334818). 1. Calibração do transdutor de força Certifique-se de que o computador está devidamente conectado ao dispositivo de aquisição de dados de I/O multifuncional USB-6009 (DAQ), que por sua vez deve ser conectado ao transdutor de força.NOTA: Outras cepas de ratos e espécies podem exigir um transdutor de força de célula de carga diferente, po…

Representative Results

Cinco parâmetros são usados para medir a medição itf. Estes incluem tensão muscular (força de pré-carga), intensidade de estímulo (tensão), frequência de pulso de estímulo, duração de estímulo de 0,4 ms e um atraso de 2 ms. Antes de medir o ITF, a tensão muscular ideal deve ser determinada usando duas contrações musculares de contração única a uma intensidade de 2 V durante o teste do parâmetro. Esses estímulos causam dorsiflexão da pata e produzem um sinal de saída no gráfico no VI (<strong clas…

Discussion

Este protocolo descreve um método previamente validado para a aquisição de medições máximas de ITF precisas do músculo TA no modelo de rato³². A recuperação da força máxima após tratamentos experimentais de reconstrução nervosa é de interesse primário no cenário clínico, pois prova que o nervo não só se regenerou, mas também fez conexões de trabalho com o músculo alvo. O ITF pode ser usado em um pequeno modelo de lacuna nervosa, como o modelo de nervo ciático de rato<sup cl…

Materials

0.9% Sodium Chloride	Baxter Healthcare Corporation, Deerfield, IL, USA	G130203
1 mm Kirshner wires	Pfizer Howmedica, Rutherford, NJ	N/A
Adson Tissue Forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	MTK-6801226
Bipolar electrode cables	Grass Instrument, Quincy, MA	N/A
Bipolar stimulator device	Grass SD9, Grass Instrument, Quincy, MA	N/A
Cotton-tip Applicators	Cardinal Health, Waukegan, IL, USA	C15055-006
Curved Mosquito forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	MTK-1201112
Force Transducer MDB-2.5	Transducer Techniques, Temecula, CA	N/A
Gauze Sponges 4×4	Covidien, Mansfield, MA, USA	2733
Ground cable	Grass Instrument, Quincy, MA	N/A
Isoflurane chamber	N/A	N/A	Custom-made
Ketamine	Ketalar, Par Pharmaceutical, Chestnut, NJ	42023-115-10
LabView Software	National Instruments, Austin, TX
Loop	N/A	N/A	Custom-made
Microsurgical curved forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	JFA-5B
Microsurgical scissors	ASSI, Westbury, NY, USA	SAS-15R-8-18
Microsurgical straight forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	JF-3
Retractor	ASSI, Westbury, NY, USA	AG-124426
Scalpel Blade No. 15	Bard-Parker, Aspen Surgical, Caledonia, MI, USA	371115
Slim Body Skin Stapler	Covidien, Mansfield, MA, USA	8886803512
Subminiature electrode	Harvard Apparatus, Holliston, MA	N/A
Surgical Nerve Stimulator	Checkpoint Surgical LCC, Cleveland, OH, USA	9094
Terrell Isoflurane	Piramal Critical Care Inc., Bethlehem, PA, USA	H961J19A
Testing platform	N/A	N/A	Custom-made
Tetontomy Scissors	ASSI, Westbury, NY, USA	ASIM-187
Traceable Big-Digit Timer/Stopwatch	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	S407992
USB-6009 multifunctional I/O data acquisition (DAQ) device	National Instruments, Austin, TX	779026-01
Vacuum Base Holder	Noga Engineering & Technology Ltd., Shlomi, Isreal	N/A	Attached clamp is custom-made
Weight (10 g)	Denver Instruments, Denver, CO, USA	820010.4
Weight (20 g)	Denver Instruments, Denver, CO, USA	820020.4
Weight (50 g)	Denver Instruments, Denver, CO, USA	820050.4
Xylazine	Xylamed, Bimeda MTC Animal Health, Cambridge, Canada	1XYL002