Een mini-invasieve interne fixatie techniek voor het bestuderen van immobilisatie-geïnduceerde knie Flexion contractuur bij ratten
Summary
Hier presenteren we een protocol om een minimaal invasieve techniek voor knie gewrichts immobilisatie in een rat-model te beschrijven. Dit reproduceerbare protocol, dat zich baseert op de scheidings modus van de spier kloof en de mini-incisie vaardigheid, is geschikt voor het bestuderen van het onderliggende moleculaire mechanisme van verworven gewrichts contractuur.
Abstract
Gezamenlijke contractuur, als gevolg van een langdurige gezamenlijke immobilisatie, is een gemeenschappelijke complicatie in orthopedie. Momenteel is het gebruik van een interne fixatie om knie gewrichts mobiliteit te beperken een algemeen aanvaarde model om experimentele contractuur te genereren. Echter, implanterende toepassing zal onvermijdelijk leiden tot chirurgische trauma aan de dieren. Gericht op het ontwikkelen van een minder invasieve aanpak, combineerden we een spier-kloof scheidings modus met een eerder gemelde mini-incisie vaardigheid tijdens de chirurgische ingreep: twee mini huid incisies werden gemaakt op de laterale dij en been, gevolgd door het uitvoeren van spier-gap scheiding om het botoppervlak bloot te leggen. Het Rat kniegewricht werd geleidelijk geïmmobiliseerd door een voorgebouwde interne fixatie bij ongeveer 135 ° knie flexon zonder storende essentiële zenuwen of bloedvaten. Zoals verwacht, deze eenvoudige techniek maakt snelle postoperatieve revalidatie bij dieren mogelijk. De juiste positie van de interne fixatie werd bevestigd door een x-ray of micro-CT scan analyse. Het bewegingsbereik was significant beperkt in het geïmmobiliseerde kniegewricht dan dat waargenomen in de contralaterale kniegewricht aantonen van de effectiviteit van dit model. Bovendien onthulde histologische analyse de ontwikkeling van de vezelafzetting en adhesie in de posterior-superieure knie gewrichtscapsule na verloop van tijd. Dit mini-invasieve model kan dus geschikt zijn voor het nabootsen van de ontwikkeling van geïmmobiliseerde kniegewricht contractuur.
Introduction
Gewrichtscontracturen worden gedefinieerd als een beperking van het passieve bewegingsbereik (ROM) van een diarthrodial gewricht1,2. De huidige therapieën gericht op het voorkomen en behandelen van gezamenlijke contractuur hebben succes bereikt3,4. Het onderliggende moleculaire mechanisme van verworven gezamenlijke contractuur blijft echter grotendeels onbekend5. De etiologie van gezamenlijke contracturen in verschillende sociale gemeenschappen is zeer divers en omvat genetische factoren, posttraumatische toestanden, chronische ziekten en langdurige immobiliteit6. Het wordt algemeen aanvaard dat immobiliteit een kritieke kwestie is bij de ontwikkeling van verworven joint contractuur7. Mensen die lijden aan grote gezamenlijke contractuur kunnen uiteindelijk resulteren in lichamelijke handicap8. Zo is een stabiel en reproduceerbaar diermodel noodzakelijk voor het onderzoeken van de mogelijke pathofysiologische mechanismen van verworven gewrichts contractuur.
De momenteel gebouwde immobilisatie-geïnduceerde kniegewricht contractuur modellen worden meestal bereikt door gebruik te maken van niet-invasieve werpt, externe bevestigingen, en interne fixaties. Watanabe et al. meldde de mogelijkheid van het gebruik van cast immobilisatie op rat kniegewrichten9. Door het dragen van een speciale jas, één kant van de onderste ledematen gewricht van de rat wordt geïmmobiliseerd door een cast. Het Rat kniegewricht kan volledig worden gebogen zonder chirurgische trauma10,11. Echter, zowel de heup en enkel gezamenlijke bewegingen worden ook beïnvloed door deze vorm van immobilisatie, die kan verhogen de mate van spieratrofie in de quadriceps musculus femoris of gastrocnemius12. Bovendien moeten oedeem en congestie van de achterledematen worden vermeden door de cast op ingestelde tijdstippen te vervangen, wat de continuïteit van immobiliteit kan aantasten. Een andere geaccepteerde methode voor de oprichting van een kniegewricht contractuur model is het gebruik van externe chirurgische fixatie. Nagai et al. gecombineerde Kirschner draad en staaldraad in een externe fixator, die het kniegewricht geïmmobiliseerd tot ongeveer 140 ° van flexie13. Bij deze methode wordt een hars gebruikt om het oppervlak te bedekken om krassen op de huid te voorkomen. Hoewel externe fixatie immobilisatie robuust en betrouwbaar is14,15, percutane Kirschner Wire PIN tracks kunnen verhogen het risico van infectie16. In onze eigen ervaring kan het gebruik van de externe fixatie techniek de dagelijkse activiteit van ratten verminderen als gevolg van een toename van het geconditioneerde lik gedrag.
Als alternatief Trudel et al. beschreef een goed geaccepteerde model van gezamenlijke contractuur in het Rat kniegewricht op basis van een chirurgische interne fixatie17 (deze methode werd gewijzigd door Evans en collega’s18). Met name, deze methode benadrukt het belang van het gebruik van een mini-incisie techniek om de chirurgische wonden te minimaliseren. De efficiënte ontwikkeling van gezamenlijke contractuur is bewezen in dit model19. Het Protocol over het uitvoeren van een minimale dissectie om het botoppervlak bloot te leggen is echter nog onduidelijk20. Ook is de precieze positie waar de schroef boren niet volledig begrepen. De implantatie van de inwendige fixatie via een subcutane of submusculaire manier is nog steeds omstreden21. Om deze problemen op te lossen, hebben we deze methode aangepast door een passende scheiding van de spier kloof te maken, waardoor een mini-invasieve blootstelling van het botoppervlak en de plaatsing van de implantatie door een submusculaire kanaal mogelijk is. Dit protocol leidde tot snelle postoperatieve revalidatie bij ratten na de operatie. Dieren ontwikkelden een beperkt gezamenlijk bewegingsbereik na gewrichts immobilisatie, wat consistent was met morfologische veranderingen van de capsulaire adhesie verkregen uit de histologische analyse. We beschrijven ook een exacte mogelijke locatie van de geboorde schroeven, zoals bevestigd door Röntgen analyse of micro-CT-analyse. Dus, deze studie gericht op gedetailleerd beschrijven een minimale-invasieve techniek in een kniegewricht contractuur model dat werd vastgesteld door een spier-kloof scheidings modus gecombineerd met een mini-incisie methode. Wij zijn van mening dat minimaal invasieve technieken zowel dierlijk trauma kunnen verminderen als effectief het pathologische proces van joint flexie contractuur nabootsen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie was gericht op het verhelmaken van een stap-voor-stap kniegewricht immobilisatie methode met behulp van een mini-invasieve techniek die snelle postoperatieve revalidatie in dieren na chirurgie toestaat. Conventioneel wordt gedacht dat de scheiding tussen de spieren en de kloof een minimaal invasieve techniek is in orthopedische chirurgie. Zoals verwacht, ontdekten we dat ratten kunnen terugkeren naar een normaal dieet en activiteiten slechts één dag postoperatief, wat consistent was met de vorige studie. Bo…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door subsidies van National Natural Science Foundation of China (nr. 81772368), Natural Science Foundation van de provincie Guangdong (nr. 2017A030313496), en Guangdong provinciaal wetenschaps-en technologie plan project (No. 2016A020215225; No. 2017B090912007). De auteurs bedanken Dr. Fei Zhang, M.D. van de afdeling orthopedische chirurgie, het achtste aangesloten ziekenhuis van Sun Yat-sen University voor zijn technische assistentie tijdens de modificatie.
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 |
Referências
- 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).
