Мышиная модель нестабильности голеностопно-подтаранного сустава
Summary
Голеностопно-подтаранный сустав (ASCJ) является ядром стопы и играет ключевую роль в контроле равновесия в повседневной деятельности. Спортивные травмы часто приводят к нестабильности в этом суставе. В данной работе мы описываем мышиную модель нестабильности ASCJ, вызванной транссекцией связок.
Abstract
Растяжение связок голеностопного сустава является, пожалуй, наиболее распространенной спортивной травмой в повседневной жизни, часто приводящей к нестабильности голеностопно-подтаранного сустава (ASCJ) и в конечном итоге может привести к посттравматическому остеоартриту (PTOA) в долгосрочной перспективе. Однако из-за сложности механизма травмы и клинических проявлений, таких как экхимоз, гематома или болезненность в боковой части стопы, не существует клинического консенсуса по диагностике и лечению нестабильности ASCJ. Поскольку костно-мышечная структура костей и связок задней стопы мыши сопоставима с таковой у человека, животная модель нестабильности ASCJ у мышей была установлена путем рассечения связок вокруг ASCJ. Модель была хорошо валидирована с помощью серии поведенческих тестов и гистологических анализов, включая тест с балансиром, анализ отпечатка ноги (оценка уровня физической нагрузки и способности к равновесию у мышей), оценку тепловой ноцицепции (оценка сенсорной функции стопы у мышей), микрокомпьютерную томографию (КТ) и окрашивание срезов суставного хряща (оценка повреждения и дегенерации суставного хряща у мышей). Успешное создание мышиной модели нестабильности ASCJ предоставит ценный справочник для клинических исследований механизма травмы и приведет к лучшим вариантам лечения растяжения связок голеностопного сустава.
Introduction
Растяжение связок голеностопного сустава является одной из самых распространенных спортивных травм во всем мире. По оценкам, 10 000 человек ежедневно получают травмы в Соединенных Штатах1, из которых 15-45% приходится на травмы, связанные со спортом. Медицинские расходы, связанные с лечением растяжений связок голеностопного сустава в Соединенных Штатах, составляют 4,2 миллиарда долларов в год. Хроническая нестабильность стопы является распространенной проблемой после растяжения связок голеностопного сустава и возникает примерно в 74% случаев растяжения связок голеностопногосустава6, включая нестабильность голеностопного сустава или подтаранного сустава. Однако из-за схожих клинических симптомов и признаков медицинскому персоналу в клинике сложно определить, сопровождается ли хроническая нестабильность голеностопного сустава хронической нестабильностью подтаранного сустава, и, как следствие, хроническую подтаранную нестабильность можно легко пропустить. Таким образом, истинная частота хронической нестабильности голеностопно-подтаранного сустава (ASCJ) (специфический тип хронической нестабильности стопы, который включает в себя как хроническую нестабильность голеностопного сустава, так и хроническую подтаранную нестабильность) может быть выше, чем сообщалось 7,8,9. При отсутствии лечения хроническая нестабильность голеностопно-подтаранного сустава может привести к повторным растяжениям связок голеностопного сустава, что приводит к порочный круг растяжений связок голеностопного сустава и хронической нестабильности голеностопно-подтаранного комплекса. Длительная хроническая нестабильность голеностопно-подтаранного комплекса может привести к дегенерации АСКЖ и посттравматическому остеоартрозу, который в тяжелых случаях может поражать соседние суставы10. Для этих заболеваний в настоящее время клиническое лечение в основном консервативно, в дополнение к хирургическим методам лечения, таким как восстановление связок и реконструкция связок11,12.
ASCJ является основной структурой стопы и поддерживает равновесие тела во время движения13. Проведено обширное исследование строения голеностопного сустава и подтаранного сустава по отдельности14,15,16,17. Тем не менее, исследования всего голеностопно-подтаранного сустава проводятся редко. Около четверти случаев травмы голеностопного сустава связаны с повреждением подтаранного сустава18. Из-за сложного механизма повреждения нестабильности ASCJ не существует единого мнения по поводу диагностики и лечения этого заболевания в клинических условиях. Учитывая современную ситуацию с травмами голеностопного сустава в клинике, необходим более научный метод изучения голеностопного и подтаранного суставов в целом, тем самым обеспечивая новое понимание для изучения заболеваний стопы.
Поскольку анатомическое строение задней стопы мыши на уровне опорно-двигательного аппарата сопоставимо с таковым у стопы человека 19, в нескольких исследованиях уже были реализованы мышиные модели для исследования стопы/голеностопного сустава10,19. Chang et al.19 успешно разработали три различные мышиные модели остеоартрита голеностопного сустава. Вдохновленные успешным установлением нестабильности голеностопного сустава в мышиной модели, мы создали мышиную модель нестабильности голеностопно-подтаранного комплекса, предположив, что рассечение частичных связок в задней части стопы мыши приведет к механической нестабильности ASCJ, что приведет к посттравматическому остеоартриту (PTOA) ASCJ. Животная модель нестабильности ASCJ может быть использована для лечения как нестабильности голеностопного, так и подтаранной нестабильности, что больше соответствует фактической клинической ситуации, чем используемая в настоящее время простая модель нестабильности голеностопного сустава 7,8,9,19. Для проверки этой гипотезы были разработаны две мышиные модели нестабильности ASCJ, индуцированной транссекцией связок. Результаты сенсомоторной функции — тест на равновесие, анализ отпечатков ног и оценка термической ноцицепции — были использованы для оценки осуществимости модели, а микрокомпьютерная томография (КТ) и гистологическое окрашивание были использованы для оценки повреждения и дегенерации суставного хряща мыши. Успешное создание мышиной модели нестабильности ASCJ не только обеспечивает новое понимание для изучения заболеваний стопы, но и предоставляет ценный справочник для клинических исследований механизмов, связанных с травмой, предоставляет лучшие варианты лечения растяжений связок голеностопного сустава и полезен для дальнейших исследований этого заболевания.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании две мышиные модели нестабильности ASCJ были успешно построены путем разрезания CL + ATFL или CL + DL. Время, необходимое мышам для прохождения через балку, значительно увеличивалось через 8 недель и 12 недель после операции, что аналогично результатам, полученным командой Хаб…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано стипендиальной программой правительства провинции Цзянсу и Приоритетной академической программой развития высших учебных заведений провинции Цзянсу (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).
