Denne protokollen presenterer et testsystem som brukes til å indusere kvantifiserbare og kontrollerte utmattingsskader i en akillessene hos rotter for en in vivo-modell av overforbruksindusert tendinopati. Prosedyren består i å feste rottens ankel til en leddaktuator som utfører passiv ankeldorsifleksjon med et spesialskrevet MATLAB-skript.
Tendinopati er en kronisk senetilstand som resulterer i smerte og tap av funksjon og skyldes gjentatt overbelastning av senen og begrenset restitusjonstid. Denne protokollen beskriver et testsystem som syklisk påfører mekaniske belastninger via passiv dorsifleksjon på akillessenen hos rotter. Den skreddersydde koden består av før- og ettersykliske lastmålinger for å vurdere effekten av lastprotokollen sammen med det tilbakekoblingskontrollbaserte sykliske utmattingsbelastningsregimet.
Vi brukte 25 Sprague-Dawley-rotter for denne studien, med 5 rotter per gruppe som mottok enten 500, 1,000, 2,000, 3,600 eller 7,200 sykluser av tretthetsbelastninger. De prosentvise forskjellene mellom pre- og postsykliske belastningsmålinger av hysterese, toppspenning og laste- og lossemoduli ble beregnet. Resultatene viser at systemet kan forårsake varierende grad av skade på akillessenen basert på antall påførte belastninger. Dette systemet tilbyr en innovativ tilnærming for å anvende kvantifiserte og fysiologiske varierende grader av sykliske belastninger på akillessenen for en in vivo-modell av tretthetsindusert overbelastningsseneskade.
Ettersom sener forbinder muskler til bein og opplever daglige repeterende bevegelser gjennom hele livet, er de svært utsatt for overbelastningsskader som er smertefulle og begrensende og resulterer i nedsatt mekanisk funksjon, som påvirker 30-50% av befolkningen1. Tendinopatier er kroniske tilstander som anses som overbelastningsskader på grunn av repeterende tretthetsbevegelser og utilstrekkelig helbredelse til pre-skadenivåer. Både øvre og nedre ekstremiteter er ofte påvirket, inkludert rotator mansjett, albue, akillessene og patellar sene 2,3,4,5. Achilles tendinopati er vanlig i aktiviteter som involverer løping og hopping, spesielt idrettsutøvere involvert i friidrett, mellom- og langdistanseløping, tennis og andre ballsporter, noe som påvirker 7-9% av løperne 6,7. Skader fra løping og hopping kan også forårsake begrenset ankeldorsifleksjon, som er en risikofaktor for akilles- og patellartendinopatier 8,9,10. Det er derfor behov for en bedre utredning og karakterisering av tendinopati, noe denne studien kan gi som rottemodell av passiv ankeldorsifleksjon ved overforbruk av akillesseneskader.
Tidligere arbeid med smådyrmodeller har vært rettet mot å studere utviklingen og markørene for tendinopati. Disse inkluderer tredemølletrening, repeterende rekkevidde, direkte senebelastning, kollagenaseinjeksjoner, kirurgi og in vitro-studier 11,12,13,14,15,16. Selv om litteraturen har hatt nytte av identifisering av skademarkører ved bruk av disse tendinopatimodellene, inkluderer begrensninger belastning av senen i ikke-fysiologisk relevante leddbevegelser, som i tilfelle direkte belastning av senen, ikke direkte måling av påførte belastninger, som for tredemøllestudier, og ikke bruk av fysiologisk overforbruk, som i tilfelle for kollagenaseinjeksjoner, blant andre. For dette formål hadde denne studien som mål å utvikle et system som ikke-invasivt bruker kvantifiserte belastninger på akillessenen med søknad om overforbruksinduserte tendinopatistudier for å fylle hullene i tidligere utviklede smådyrmodeller for tendinopati. Vi utførte en pilotstudie for å demonstrere at systemet induserer reproduserbare endringer i mekaniske egenskaper over en rekke lastesykluser. Dette systemet muliggjør fysiologisk relevant bevegelse og belastning for å indusere overforbruk samtidig som det kvantifiserer og måler kreftene som påføres og oppleves av senen under lasteregimet.
Denne studien presenterer en metode for syklisk belastning av akillessenen hos rotter med et passivt ankeldorsifleksjonssystem for en in vivo overforbruksindusert tendinopatimodell. Betydningen av systemet ligger i dets evne til å isolere akillessenen, påføre kvantifiserbare belastninger uten kirurgisk tilgang til senen, og måle in vivo seneegenskaper.
I 2010 presenterte Fung et al. en utmattingsmodell for rottepatellarsene med et spesialbygd testsystem…
The authors have nothing to disclose.
Vi ønsker å anerkjenne vår finansiering støtter: Joe Fallon Research Fund, Dr. Louis Meeks BIDMC Sports Medicine Trainee Research Fund, og en intramural stipend (AN), alle fra BIDMC Ortopedi, sammen med støtte fra National Institutes of Health (2T32AR055885 (PMW)).
1/32'' Aluminum beads | |||
2.5% isoflurane | |||
3D digitizing pen | Polhemus, Vermont, NH, USA | ||
3D electromagnetic positioning and orientation sensor | Polhemus, Vermont, NH, USA | ||
5% isoflurane | |||
Customized device: 1) Assembly, sensors, 3D printed animal bed and ankle mount actuator | Assembled as described in manuscript | ||
MATLAB code | MATLAB, Natick, MA, USA | ||
Microcontroller | Ivrea, Italy | Arduino UNO, Rev3 | |
Nose cone | |||
Scalpel and scalpel holder | No. 11 scalpel | ||
Sprague-Dawley rats | Charles River Laboratories, Wilmington, MA, USA | 11-13 weeks old | |
Stepper driver | SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503 | DM542T | |
Stepper motor | SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503 | 23HE30-2804S | |
Straight forceps | |||
Torque sensor assembly | Futek Inc., Irvine, CA, USA | FSH03985, FSH04473, FSH03927 | |
Water heating pad |