מודל עכברי של אי יציבות מפרקים מורכבים בקרסול-סובטאלרי
Summary
המפרק המורכב של הקרסול (ASCJ) הוא ליבת כף הרגל וממלא תפקיד מפתח בבקרת שיווי המשקל בפעילויות יומיומיות. פציעות ספורט מובילות לעיתים קרובות לחוסר יציבות במפרק זה. כאן, אנו מתארים מודל עכברי של חוסר יציבות הנגרמת על ידי טראנסקציה של הרצועה של ASCJ.
Abstract
נקעים בקרסול הם אולי פציעות הספורט הנפוצות ביותר בחיי היומיום, ולעתים קרובות גורמות לחוסר יציבות של המפרק המורכב של הקרסול (ASCJ), ויכולות בסופו של דבר להוביל לדלקת מפרקים ניוונית פוסט טראומטית (PTOA) בטווח הארוך. עם זאת, בשל מורכבות מנגנון הפגיעה והביטויים הקליניים, כגון אקכימוזיס, המטומה או רגישות בכף הרגל הצידית, אין הסכמה קלינית על אבחון וטיפול באי יציבות ASCJ. מאחר שמבנה השלד והשרירים של העצמות והרצועות של כף הרגל האחורית של העכבר דומה לזה של בני אדם, מודל חייתי של חוסר יציבות ASCJ בעכברים נקבע על ידי טרנסקציה של רצועות סביב ASCJ. המודל אומת היטב באמצעות סדרה של מבחנים התנהגותיים וניתוחים היסטולוגיים, כולל בדיקת קרן איזון, ניתוח טביעת רגל (הערכה של רמת פעילות גופנית ויכולת שיווי משקל בעכברים), הערכת נוסיספציה תרמית (הערכה של תפקוד חושי כף הרגל בעכברים), סריקת טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (CT) וצביעת חתך של הסחוס המפרקי (הערכה של נזק לסחוס מפרקי וניוון בעכברים). ההקמה המוצלחת של מודל עכברי של חוסר יציבות ASCJ תספק התייחסות חשובה למחקר קליני על מנגנון הפציעה ותוביל לאפשרויות טיפול טובות יותר לנקע בקרסול.
Introduction
נקעים בקרסול הם אחת מפציעות הספורט הנפוצות ביותר בעולם. ההערכה היא כי 10,000 אנשים נפצעים מדי יום בארה”ב1, מתוכם פציעות הקשורות לספורט מהוות 15%-45%2. העלויות הרפואיות הכרוכות בטיפול בנקעים בקרסול בארצות הברית מסתכמות ב -4.2 מיליארד דולר בשנה 3,4,5. אי יציבות כרונית בכף הרגל היא בעיה נפוצה בעקבות נקעים בקרסול ומופיעה בכ-74% מנקעי הקרסול6, כולל חוסר יציבות בקרסול או תת קרקעי. עם זאת, בשל התסמינים והסימנים הקליניים הדומים, קשה לצוות הרפואי להבחין האם אי יציבות כרונית בקרסול מלווה גם באי יציבות כרונית של המפרק התת-קרקעי במרפאה, וכתוצאה מכך ניתן להחמיץ בקלות אי יציבות תת-קרקעית כרונית. לכן, השכיחות האמיתית של חוסר יציבות כרונית של מפרק תת-קרקעי בקרסול (ASCJ) (סוג מסוים של חוסר יציבות כרונית בכף הרגל הכוללת הן חוסר יציבות כרונית בקרסול והן אי יציבות תת-קרקעית כרונית) עשויה להיות גבוהה יותר מהדיווח 7,8,9. אם לא מטפלים בכך, חוסר יציבות כרוני של המפרק התת-קרקעי עלול לגרום לנקעים חוזרים ונשנים בקרסול, מה שמוביל למעגל קסמים של נקעים בקרסול ולחוסר יציבות כרוני של מורכבות הקרסול. אי יציבות כרונית ארוכת טווח של הקרסול-סובטלרי עלולה להוביל לניוון של ASCJ ולדלקת מפרקים ניוונית פוסט טראומטית, אשר יכולה להשפיע על המפרקים הסמוכים במקרים חמורים10. במחלות אלה, הטיפול הקליני הנוכחי הוא שמרני בעיקרו, בנוסף לשיטות טיפול כירורגיות כגון תיקון רצועות ושחזור רצועות11,12.
ASCJ הוא מבנה הליבה של כף הרגל ושומר על איזון הגוף במהלך תנועה13. מחקר מקיף נערך על מבנה מפרק הקרסול והמפרק התת קרקעי בנפרד14,15,16,17. עם זאת, מחקר על כל מפרק הקרסול-subtalar הוא נדיר. כרבע מהמקרים של פגיעה בקרסול קשורים לפגיעה במפרק תת-קרקעי18. בשל מנגנון הפציעה המורכב של חוסר יציבות ASCJ, אין הסכמה על אבחון וטיפול בו במסגרת הקלינית. בהתחשב במצב הנוכחי של פציעות קרסול במרפאה, יש צורך בשיטה מדעית יותר כדי לחקור את הקרסול ואת המפרק subtalar בכללותו, ובכך לספק הבנה חדשה לחקר מחלות כף הרגל.
מכיוון שהמבנה האנטומי של כף הרגל האחורית של העכבר ברמת השלד והשרירים דומה לזה של כף הרגל האנושית 19, במספר מחקרים כבר יושמו מודלים של עכברים לחקר כף הרגל/קרסול10,19. Chang et al.19 פיתחו בהצלחה שלושה מודלים עכבריים שונים של דלקת מפרקים ניוונית בקרסול. בהשראת הביסוס המוצלח של אי יציבות הקרסול במודל העכבר, ביססנו מודל עכברי לאי-יציבות מורכבת תת-קרקעית של הקרסול, והנחנו כי הטרנסקציה של הרצועות החלקיות בכף הרגל האחורית של העכבר תגרום לאי יציבות מכנית של ASCJ, מה שיוביל לדלקת מפרקים ניוונית פוסט-טראומטית (PTOA) של ASCJ. מודל בעלי החיים של חוסר יציבות ASCJ יכול לשמש לטיפול הן באי יציבות הקרסול והן באי יציבות תת-קרקעית, אשר תואמת יותר את המצב הקליני בפועל מאשר מודל אי יציבות הקרסול הפשוטהמשמש כיום 7,8,9,19. כדי לבחון השערה זו, תוכננו שני מודלים עכבריים של חוסר יציבות הנגרמת על ידי מעבר רצועה של ASCJ. התוצאות עבור התפקוד החושי-מוטורי – בדיקת קרן האיזון, ניתוח טביעת הרגל והערכת נוסיספטציה תרמית – שימשו להערכת היתכנות המודל, וטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (CT) וצביעה היסטולוגית שימשו להערכת הנזק וההתנוונות של הסחוס המפרקי של העכבר. ההקמה המוצלחת של מודל עכברי של חוסר יציבות ASCJ לא רק מספקת הבנה חדשה לחקר מחלות כף הרגל, אלא גם מספקת התייחסות רבת ערך למחקר קליני על המנגנונים הקשורים לפציעה, מספקת אפשרויות טיפול טובות יותר לנקעים בקרסול, ומועילה למחקרים נוספים על המחלה.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, שני מודלים עכבריים של חוסר יציבות ASCJ נבנו בהצלחה על ידי transecting CL + ATFL או CL + DL. הזמן עבור העכברים לעבור דרך קרן שיווי המשקל גדל באופן משמעותי לאחר 8 שבועות ו -12 שבועות לאחר הניתוח, אשר דומה לתוצאות שהתקבלו על ידי צוות האברד-טרנר על ידי חיתוך הרצועה הצידית של מפרק הקרסול23,24<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המלגות הממשלתית של מחוז ג’יאנגסו ותוכנית אקדמית מועדפת לפיתוח מוסדות להשכלה גבוהה בג’יאנגסו (PAPD).
Materials
| 5-0 Surgical Nylon Suture | Ningbo Medical Needle Co., Ltd. | 191104 | |
| Acidic ethanol differentiation solution (1%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R20778 | |
| Adhesive slides | Jiangsu Shitai Company | ||
| Ammonia solution (1%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R20788 | |
| Anhydrous ethanol | Shanghai Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. | ||
| Aqueous acetic acid (1%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R20773 | |
| Black cube cassette | Shanghai Yizhe Instrument Co., Ltd. | ||
| Centrifuge tube 15ml | Beijing Soleibo Technology Co., Ltd. | YA0476 | |
| Centrifuge tube 50ml | Beijing Soleibo Technology Co., Ltd. | YA0472 | |
| Cover glass | Jiangsu Shitai Company | ||
| CTAn software | Blue scientific | micro-CT analysis software | |
| Dataview software | AEMC instruments | commercial data analysing software | |
| Disodium ethylenediaminetetraacetate (EDTA-2Na) | Beijing Soleibo Technology Co., Ltd. | E8490 | |
| Electric incubator | Suzhou Huamei Equipment Factory | ||
| Embedding paraffin | Leica, Germany | 39001006 | |
| Eosin staining solution (alcohol soluble, 1%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R30117 | |
| Fast green staining solution | Sigma-Aldrich, USA | F7275 | |
| Gait paper | Baoding Huarong Paper Factory | ||
| GraphPad Prism 8.0 | Graphpad software | online statistical analysis tools | |
| Iodophor cotton balls | Qingdao Hainuo Bioengineering Co., Ltd. | ||
| Leica 818 blade | Leica, Germany | ||
| Micro-CT | Skyscan, Belgium | SkyScan 1176 | |
| Micromanipulation microscope | Suzhou Omet Optoelectronics Co., Ltd. | ||
| Mimics software | Materialise | 3D medical image processing software | |
| Modified Harris Hematoxylin Stain | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R20566 | |
| Mouse anti-mouse type II collagen | American Abcam Company | ||
| NaOH | Shanghai Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. | ||
| N-butanol | Shanghai Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. | ||
| Neutral formalin fixative (10%) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | ||
| Neutral resin | Sigma-Aldrich, USA | ||
| Nrecon reconstrcution software | Micro Photonics Inc. | ||
| Oaks hair clipper | Oaks Group Co., Ltd. | ||
| Paraffin Embedding Machine | Leica, Germany | ||
| PH meter | Shanghai Leitz Company | ||
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | American Biosharp | ||
| Physiological saline (for mammals, sterile) | Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd. | R22172 | |
| Safranin O-staining solution | Sigma-Aldrich, USA | HT90432 | |
| Saline (0.9%) | Shanghai Baxter Medical Drug Co., Ltd. | 309107 | |
| Shaker | Haimen Qilin Bell Instrument Manufacturing Co., Ltd. | 2008779 | |
| SPSS 23 | IBM | online statistical analysis tools | |
| Tablet machine | Leica, Germany | ||
| Tissue slicer | Leica, Germany | ||
| Ugo Basile | Ugo Basile Biological Research Company | ||
| Upright fluorescence microscope | Zeiss Axiovert, Germany | ||
| U-shaped plastic channel | Shanghai Yizhe Instrument Co., Ltd. | ||
| Veterinary eye ointment | Pfizer | ||
| Xylene | Shanghai Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. | ||
| YLS-10B Wheel Fatigue Tester | Jinan Yiyan Technology Development Co., Ltd. |
References
- Waterman, B. R., Belmont, P. J., Cameron, K. L., Deberardino, T. M., Owens, B. D. Epidemiology of ankle sprain at the United States Military Academy. American Journal of Sports Medicine. 38 (4), 797-803 (2010).
- Fong, D. T., Chan, Y. Y., Mok, K. M., Yung, P. S., Chan, K. M. Understanding acute ankle ligamentous sprain injury in sports. Sports Medicine Arthroscopy Rehabilitation Therapy & Technology. 1 (1), 14 (2009).
- Herzog, M. M., Kerr, Z. Y., Marshall, S. W., Wikstrom, E. A. Epidemiology of ankle sprains and chronic ankle instability. Journal of Athletic Training. 54 (6), 603-610 (2019).
- Medina McKeon, J. M., Hoch, M. C. The ankle-joint complex: A kinesiologic approach to lateral ankle sprains. Journal of Athletic Training. 54 (6), 589-602 (2019).
- Jones, M. H., Amendola, A. S. Acute treatment of inversion ankle sprains: immobilization versus functional treatment. Clinical Orthopaedics and Related Research. 455 (463), 169-172 (2007).
- Anandacoomarasamy, A., Barnsley, L. Long term outcomes of inversion ankle injuries. British Association of Sport and Medicine. 39 (3), 14 (2005).
- Ringleb, S. I., Dhakal, A., Anderson, C. D., Bawab, S., Paranjape, R. Effects of lateral ligament sectioning on the stability of the ankle and subtalar joint. Journal of Orthopaedic Research. 29 (10), 1459-1464 (2011).
- Mittlmeier, T., Wichelhaus, A. Subtalar joint instability. European Journal of Trauma and Emergency Surgery. 41 (6), 623-629 (2015).
- Barg, A., et al. Subtalar instability: Diagnosis and treatment. Foot & Ankle International. 33 (02), 151-160 (2012).
- Liu, P., et al. A mouse model of ankle-subtalar joint complex instability induced post-traumatic osteoarthritis. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 16 (1), 541 (2021).
- Lui, T. H. Modified arthroscopic Brostrom procedure with bone tunnels. Arthroscopy Techniques. 5 (4), 775-780 (2016).
- Wang, W., Xu, G. H. Allograft tendon reconstruction of the anterior talofibular ligament and calcaneofibular Ligament in the treatment of chronic ankle instability. BMC Musculoskeletal Disorders. 18 (1), 150 (2017).
- Yang, N., Waddington, G., Adams, R., Han, J. Age-related changes in proprioception of the ankle complex across the lifespan. Journal of Sport and Health Science. 8 (6), 548-554 (2019).
- Michels, F., et al. Searching for consensus in the approach to patients with chronic lateral ankle instability: Ask the expert. Knee Surgery Sports Traumatology Arthroscopy. 26 (7), 2095-2102 (2017).
- Kamada, K., Watanabe, S., Yamamoto, H. Chronic subtalar instability due to insufficiency of the calcaneofibular ligament: A case report. Foot & Ankle International. 23 (12), 1135-1137 (2002).
- Kato, T. The diagnosis and treatment of instability of the subtalar joint. The Journal of Bone and Joint Surgery. 77 (3), 400-406 (1995).
- Meyer, J. M., Garcia, J., Hoffmeyer, P., Fritschy, D. The subtalar sprain. A roentgenographic study. Clinical Orthopaedics and Related Research. (226), 169-173 (1988).
- Mittlmeier, T., Rammelt, S. Update on subtalar joint instability. Foot and Ankle Clinics. 23 (3), 397-413 (2018).
- Chang, S. H., et al. Comparison of mouse and human ankles and establishment of mouse ankle osteoarthritis models by surgically-induced instability. Osteoarthritis & Cartilage. 24 (4), 688-697 (2016).
- Naito, K., et al. Evaluation of the effect of glucosamine on an experimental rat osteoarthritis model. Life Sciences. 86 (13-14), 538-543 (2010).
- Pritzker, K. P. H., et al. Osteoarthritis cartilage histopathology: Grading and staging. Osteoarthritis Cartilage. 14 (1), 13-29 (2006).
- Glasson, S. S., et al. The OARSI histopathology initiative – Recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse. Osteoarthritis and Cartilage. 18, 17-23 (2010).
- Hubbard-Turner, T., Wikstrom, E. A., Guderian, S., Turner, M. J. Acute ankle sprain in a mouse model. Medicine & Science in Sports & Exercise. 45 (8), 1623-1628 (2013).
- Wikstrom, E. A., Hubbard-Turner, T., Guderian, S., Turner, M. J. Lateral ankle sprain in a mouse model: Lifelong sensorimotor dysfunction. Journal of Athletic Training. 53 (3), 249-254 (2018).
- Bell-Krotoski, J. A., Fess, E. E., Figarola, J. H., Hiltz, D. Threshold detection and Semmes-Weinstein monofilaments. Journal of Hand Therapy. 8 (2), 155-162 (1995).
- Wieland, H. A., Michaelis, M., Kirschbaum, B. J., Rudolphi, K. A. Osteoarthritis – An untreatable disease. Nature Reviews Drug Discovery. 4 (4), 331-344 (2005).
