Un modèle murin d’instabilité de l’articulation complexe cheville-sous-talienne
Summary
L’articulation complexe cheville-sous-talienne (ASCJ) est le noyau du pied et joue un rôle clé dans le contrôle de l’équilibre dans les activités quotidiennes. Les blessures sportives entraînent souvent une instabilité de cette articulation. Nous décrivons ici un modèle murin d’instabilité de l’ASCJ induite par la transsection ligamentaire.
Abstract
Les entorses de la cheville sont peut-être les blessures sportives les plus courantes dans la vie quotidienne, entraînant souvent une instabilité de l’articulation complexe cheville-sous-talienne (ASCJ), et peuvent éventuellement conduire à l’arthrose post-traumatique (PTOA) à long terme. Cependant, en raison de la complexité du mécanisme de la lésion et des manifestations cliniques, telles que l’ecchymose, l’hématome ou la sensibilité du pied latéral, il n’y a pas de consensus clinique sur le diagnostic et le traitement de l’instabilité de l’ASCJ. Étant donné que la structure musculo-squelettique des os et des ligaments de l’arrière-pied de la souris est comparable à celle de l’homme, un modèle animal d’instabilité de l’ASCJ chez la souris a été établi par la section des ligaments autour de l’ASCJ. Le modèle a été bien validé par une série de tests comportementaux et d’analyses histologiques, y compris un test de poutre d’équilibre, une analyse de l’empreinte (une évaluation du niveau d’exercice et de la capacité d’équilibre chez la souris), une évaluation de la nociception thermique (une évaluation de la fonction sensorielle du pied chez la souris), une micro-tomodensitométrie (TDM) et une coloration de section du cartilage articulaire (une évaluation des lésions et de la dégénérescence du cartilage articulaire chez la souris). La mise en place réussie d’un modèle murin d’instabilité de l’ASCJ fournira une référence précieuse pour la recherche clinique sur le mécanisme de la blessure et se traduira par de meilleures options de traitement de l’entorse de la cheville.
Introduction
Les entorses de la cheville sont l’une des blessures sportives les plus courantes dans le monde. On estime que 10 000 personnes sont blessées chaque jour aux États-Unis1, dont 15 à 45 % pour les blessures liées au sport2. Les coûts médicaux associés au traitement des entorses de la cheville aux États-Unis s’élèvent à 4,2 milliards de dollars par an 3,4,5. L’instabilité chronique du pied est un problème courant à la suite d’entorses de la cheville et survient dans environ 74 % des entorses de la cheville6, y compris l’instabilité de la cheville ou sous-talienne. Cependant, en raison des symptômes et des signes cliniques similaires, il est difficile pour le personnel médical de distinguer si l’instabilité chronique de la cheville s’accompagne également d’une instabilité chronique de l’articulation sous-talienne en clinique et, par conséquent, l’instabilité sous-talienne chronique peut facilement passer inaperçue. Par conséquent, l’incidence réelle de l’instabilité chronique de l’articulation complexe cheville-sous-talienne (ASCJ) (un type spécifique d’instabilité chronique du pied qui comprend à la fois l’instabilité chronique de la cheville et l’instabilité sous-talienne chronique) peut être plus élevée que celle rapportée 7,8,9. Si elle n’est pas traitée, l’instabilité chronique de l’articulation complexe cheville-sous-talienne peut provoquer des entorses répétées de la cheville, conduisant à un cercle vicieux d’entorses de la cheville et d’instabilité chronique du complexe cheville-sous-talaire. L’instabilité chronique à long terme du complexe cheville-sous-talaire peut entraîner une dégénérescence de l’ASCJ et une arthrose post-traumatique, qui peut affecter les articulations adjacentes dans les cas graves10. Pour ces maladies, le traitement clinique actuel est principalement conservateur, en plus des méthodes de traitement chirurgical telles que la réparation et la reconstruction ligamentaire11,12.
L’ASCJ est la structure centrale du pied et maintient l’équilibre du corps pendant le mouvement13. Des recherches approfondies ont été menées sur la structure de l’articulation de la cheville et de l’articulation sous-talienne séparément14,15,16,17. Cependant, les recherches sur l’ensemble de l’articulation cheville-sous-talienne sont rares. Environ un quart des cas de blessure à la cheville sont associés à une lésion de l’articulation sous-talienne18. En raison du mécanisme complexe de l’instabilité de l’ASCJ, il n’y a pas de consensus sur le diagnostic et le traitement de l’instabilité en milieu clinique. Compte tenu de la situation actuelle des blessures à la cheville en clinique, une méthode plus scientifique est nécessaire pour étudier la cheville et l’articulation sous-talienne dans son ensemble, fournissant ainsi une nouvelle compréhension pour l’étude des maladies du pied.
Étant donné que la structure anatomique de l’arrière-pied de la souris au niveau musculo-squelettique est comparable à celle du pied humain 19, dans plusieurs études, des modèles murins pour la recherche pied/cheville ont déjà été mis en œuvre10,19. Chang et al.19 ont développé avec succès trois modèles murins différents d’arthrose de la cheville. Inspirés par l’établissement réussi de l’instabilité de la cheville dans le modèle murin, nous avons établi un modèle murin pour l’instabilité du complexe cheville-sous-talaire, en émettant l’hypothèse que la section des ligaments partiels de l’arrière-pied de la souris entraînerait une instabilité mécanique de l’ASCJ, ce qui conduirait à l’arthrose post-traumatique (PTOA) de l’ASCJ. Le modèle animal d’instabilité ASCJ pourrait être utilisé pour le traitement de l’instabilité de la cheville et de l’instabilité sous-talienne, ce qui est plus conforme à la situation clinique réelle que le modèle d’instabilité simple de la cheville actuellement utilisé 7,8,9,19. Pour tester cette hypothèse, deux modèles murins d’instabilité de l’ASCJ induite par la transection ligamentaire ont été conçus. Les résultats de la fonction sensori-motrice – le test de la poutre d’équilibre, l’analyse de l’empreinte et l’évaluation de la nociception thermique – ont été utilisés pour évaluer la faisabilité du modèle, et la micro-tomodensitométrie (TDM) et la coloration histologique ont été utilisées pour évaluer les dommages et la dégénérescence du cartilage articulaire de la souris. La mise en place réussie d’un modèle murin d’instabilité de l’ASCJ fournit non seulement une nouvelle compréhension pour l’étude des maladies du pied, mais fournit également une référence précieuse pour la recherche clinique sur les mécanismes liés aux blessures, offre de meilleures options de traitement pour les entorses de la cheville et est utile pour d’autres études sur la maladie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette étude, deux modèles murins d’instabilité ASCJ ont été construits avec succès en transectant CL + ATFL ou CL + DL. Le temps nécessaire aux souris pour passer à travers la poutre d’équilibre a augmenté de manière significative à 8 semaines et 12 semaines après la chirurgie, ce qui est similaire aux résultats obtenus par l’équipe Hubbard-Turner en coupant le ligament latéral de l’articulation de la cheville23,24. Dans le test de gl…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été financée par le programme de bourses d’études du gouvernement provincial du Jiangsu et le développement du programme académique prioritaire des établissements d’enseignement supérieur du Jiangsu (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. |
Referências
- 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).
