Ein Mausmodell der Gelenkinstabilität des Knöchel-Subtalar-Komplexes
Summary
Das Knöchel-Subtalar-Komplex-Gelenk (ASCJ) ist der Kern des Fußes und spielt eine Schlüsselrolle bei der Gleichgewichtskontrolle bei täglichen Aktivitäten. Sportverletzungen führen häufig zu einer Instabilität in diesem Gelenk. In dieser Arbeit beschreiben wir ein Mausmodell der Banddurchtrennungs-induzierten Instabilität des ASCJ.
Abstract
Knöchelverstauchungen sind vielleicht die häufigsten Sportverletzungen im täglichen Leben, die häufig zu einer Instabilität des Knöchel-Subtalar-Komplex-Gelenks (ASCJ) führen und langfristig zu einer posttraumatischen Arthrose (PTOA) führen können. Aufgrund der Komplexität des Verletzungsmechanismus und der klinischen Manifestationen wie Ekchymose, Hämatom oder Druckempfindlichkeit im Seitenfuß gibt es jedoch keinen klinischen Konsens über die Diagnose und Behandlung der ASCJ-Instabilität. Da die muskuloskelettale Struktur der Knochen und Bänder des Mausrückfußes mit der des Menschen vergleichbar ist, wurde durch die Durchtrennung der Bänder um den ASCJ ein Tiermodell der ASCJ-Instabilität bei Mäusen etabliert. Das Modell wurde durch eine Reihe von Verhaltenstests und histologischen Analysen gut validiert, darunter ein Schwebebalkentest, eine Fußabdruckanalyse (eine Bewertung des Trainingsniveaus und der Gleichgewichtsfähigkeit bei Mäusen), eine thermische Nozizeptionsbewertung (eine Bewertung der sensorischen Funktion des Fußes bei Mäusen), eine Mikro-Computertomographie (CT) und eine Schnittfärbung des Gelenkknorpels (eine Bewertung der Schädigung und Degeneration des Gelenkknorpels bei Mäusen). Die erfolgreiche Etablierung eines Mausmodells der ASCJ-Instabilität wird eine wertvolle Referenz für die klinische Forschung zum Verletzungsmechanismus darstellen und zu besseren Behandlungsmöglichkeiten bei Knöchelverstauchungen führen.
Introduction
Knöchelverstauchungen gehören zu den häufigsten Sportverletzungen weltweit. Es wird geschätzt, dass in denVereinigten Staaten täglich 10.000 Menschen verletzt werden1, von denen 15 % bis 45 % auf sportbedingte Verletzungen zurückzuführen sind2. Die medizinischen Kosten für die Behandlung von Knöchelverstauchungen in den Vereinigten Staaten belaufen sich auf 4,2 Milliarden US-Dollar pro Jahr 3,4,5. Chronische Fußinstabilität ist ein häufiges Problem nach Knöchelverstauchungen und tritt bei etwa 74 % der Knöchelverstauchungenauf 6, einschließlich Knöchel- oder subtalarer Instabilität. Aufgrund der ähnlichen klinischen Symptome und Anzeichen ist es für das medizinische Personal jedoch schwierig zu unterscheiden, ob eine chronische Sprunggelenkinstabilität in der Klinik auch mit einer chronischen subtalaren Gelenkinstabilität einhergeht und daher eine chronische subtalare Instabilität leicht übersehen werden kann. Daher kann die tatsächliche Inzidenz der chronischen Knöchel-Subtalar-Komplex-Instabilität (ASCJ) (eine spezifische Form der chronischen Fußinstabilität, die sowohl die chronische Knöchelinstabilität als auch die chronische subtalare Instabilität umfasst) höher sein als berichtet 7,8,9. Unbehandelt kann die chronische Gelenkinstabilität des Sprunggelenks-Subtalar-Komplexes zu wiederholten Knöchelverstauchungen führen, was zu einem Teufelskreis aus Knöchelverstauchungen und chronischer Knöchel-Subtalar-Komplex-Instabilität führt. Eine langfristige chronische Instabilität des knöchel-subtalaren Komplexes kann zu einer Degeneration des ASCJ und einer posttraumatischen Arthrose führen, die in schweren Fällen die angrenzenden Gelenke betreffen kann10. Bei diesen Erkrankungen ist die derzeitige klinische Behandlung neben chirurgischen Behandlungsmethoden wie Bänderreparatur und Bandrekonstruktion überwiegend konservativ11,12.
ASCJ ist die Kernstruktur des Fußes und hält das Gleichgewicht des Körpers während der Bewegungaufrecht 13. Die Struktur des Sprunggelenks und des Subtalargelenks wurde separat umfassend erforscht14,15,16,17. Untersuchungen am gesamten Sprunggelenk sind jedoch selten. Etwa ein Viertel der Fälle von Sprunggelenksverletzungen sind mit einer Verletzung des Subtalargelenks assoziiert18. Aufgrund des komplexen Verletzungsmechanismus der ASCJ-Instabilität gibt es keinen Konsens über die Diagnose und Behandlung im klinischen Umfeld. In Anbetracht der aktuellen Situation von Sprunggelenksverletzungen in der Klinik ist eine wissenschaftlichere Methode erforderlich, um das Sprunggelenk und das Subtalargelenk als Ganzes zu untersuchen und damit ein neues Verständnis für die Untersuchung von Fußerkrankungen zu liefern.
Da der anatomische Aufbau des Mausrückfußes auf muskuloskelettaler Ebene mit dem des menschlichen Fußes vergleichbar ist 19, wurden in mehreren Studien bereits Mausmodelle für die Fuß-/Knöchelforschung eingesetzt10,19. Chang et al.19 entwickelten erfolgreich drei verschiedene Mausmodelle für Sprunggelenksarthrose. Angeregt durch die erfolgreiche Etablierung der Knöchelinstabilität im Mausmodell etablierten wir ein Mausmodell für die Instabilität des knöchelsubtalaren Komplexes und stellten die Hypothese auf, dass die Durchtrennung der partiellen Bänder im Rückfuß der Maus zu einer mechanischen Instabilität des ASCJ führen würde, die zu einer posttraumatischen Arthrose (PTOA) des ASCJ führen würde. Das ASCJ-Instabilitätstiermodell könnte sowohl für die Behandlung der Sprunggelenkinstabilität als auch der subtalaren Instabilität verwendet werden, was der tatsächlichen klinischen Situation besser entspricht als das derzeit verwendete einfache Sprunggelenksinstabilitätsmodell 7,8,9,19. Um diese Hypothese zu testen, wurden zwei Mausmodelle für die durch Banddurchtrennung induzierte Instabilität des ASCJ entworfen. Die Ergebnisse für die sensomotorische Funktion – der Waagebalkentest, die Fußabdruckanalyse und die Bewertung der thermischen Nozizeption – wurden verwendet, um die Machbarkeit des Modells zu bewerten, und Mikrocomputertomographie (CT) und histologische Färbung wurden verwendet, um die Schädigung und Degeneration des Gelenkknorpels der Maus zu bewerten. Die erfolgreiche Etablierung eines Mausmodells der ASCJ-Instabilität liefert nicht nur ein neues Verständnis für die Untersuchung von Fußerkrankungen, sondern auch eine wertvolle Referenz für die klinische Forschung zu den verletzungsbedingten Mechanismen, bietet bessere Behandlungsmöglichkeiten für Knöchelverstauchungen und ist hilfreich für weitere Studien zur Erkrankung.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie wurden zwei Mausmodelle der ASCJ-Instabilität erfolgreich durch Transektion von CL + ATFL oder CL + DL konstruiert. Die Zeit, die die Mäuse benötigten, um den Schwebebalken zu passieren, erhöhte sich 8 Wochen und 12 Wochen nach der Operation signifikant, was den Ergebnissen ähnelt, die das Hubbard-Turner-Team durch Durchtrennen des seitlichen Bandes des Sprunggelenks erzielte23,24. Im Gleittest des rechten Fußes beobachteten wir, dass die G…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde durch das Stipendienprogramm der Provinzregierung von Jiangsu und die Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD) unterstützt.
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
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