Met behulp van een knie-Arthrometer om te evalueren van weefsel-specifieke bijdragen aan knie flexie contractuur in de Rat
Summary
Het doel van het protocol is voor het meten van de uitbreiding-bereik van de beweging van de knie van de rat. De effecten van verschillende ziekten waardoor de stijfheid van het kniegewricht en de effectiviteit van behandelingen kunnen worden gekwantificeerd.
Abstract
Normale knie scala van motion (ROM) is essentieel voor het welzijn en maakt het mogelijk om uit te voeren fundamentele activiteiten zoals wandelen, traplopen en zitten. Verloren ROM heet een gezamenlijke contractuur en resulteert in verhoogde morbiditeit. Als gevolg van de moeilijkheid van het achteruitrijlicht gevestigde knie contracturen, vroegtijdige opsporing is belangrijk, en daarom weten risicofactoren voor hun ontwikkeling is essentieel. De rat vertegenwoordigt een goed model waarmee het effect van een interventie kan worden bestudeerd vanwege de gelijkenis van de rat knie anatomie aan die van de mens, de rat kunnen tolereren van lange duur van immobilisatie van de knie in flexie, en omdat mechanische gegevens kunnen gecorreleerd met histologische en biochemische analyse van weefsel van de knie.
Met behulp van een geautomatiseerde arthrometer, we laten zien een gevalideerde, precies, reproduceerbaar, gebruiker-onafhankelijke methode voor het meten van de extensie ROM van de rat kniegewricht op specifieke koppels. Deze arthrometer kan worden gebruikt voor het bepalen van de effecten van interventies op knie gezamenlijke ROM in de rat.
Introduction
Met volledige scala van motion (ROM) van de gewrichten is essentieel voor de gezondheid en welzijn1. Een verlies in gezamenlijke passieve ROM heet een contractuur2. Gezamenlijke contracturen kunnen voortvloeien uit talrijke voorwaarden, met inbegrip van langdurige bedrest, verlamming, gezamenlijke artroplastiek, brandwonden, infectie en neurologische omstandigheden1,,3,,4,5. Een Contractuur van de knie kan worden uit te schakelen als het gezamenlijke degeneratie versnelt, het gevaar van valpartijen verhoogt en leefbaarheid iemands vermogen beïnvloedt voor het uitvoeren van functionele basistaken zoals lopen, zitten en klimmen trappen6, 7.
Zodra vastgesteld, contracturen van de knie zijn moeilijk te behandelen, en dus om te bepalen welke patiënten op het hoogste risico voor het ontwikkelen van deze aandoening is essentieel voor de preventie en het vermijden van contractuur-geassocieerde morbiditeit8. Experimenten zijn ontwikkeld om 1) de voorwaarden veroorzaken of beïnvloeden knie gezamenlijke contracturen, 2) de ernst van contracturen, 3) hun temporele progressie, 4) de weefsels die betrokken zijn bij de contractuur, 5) hun omkeerbaarheid evenals 6) het nut van diverse preventieve en curatieve interventies op knie gezamenlijke ROM. Voor al deze experimenten is een geldige, objectieve, nauwkeurige en reproduceerbare methode voor het meten van de ROM van cruciaal belang. Andere bijkomende maatregelen (energie-uitgaven, histomorphometry, gen-expressie en eiwit inhoud) zijn nuttige markeringen te begrijpen de pathofysiologie van gezamenlijke contracturen, maar de mechanische beperking is wat de patiënt beperkt en leidt tot handicaps. Enkele van de uitdagingen op het gebied van onderzoek de heterogene methoden waarmee ROM knie kan worden getest experimenteel, evenals een gebrek aan kwantitatieve gegevens9bevat. Het gebruik van een verscheidenheid van verschillende experimentele methoden leidt tot resultaten die niet vergelijkbaar van het laboratorium naar het laboratorium zijn. Dit heeft geleid tot de controverse over de voorwaarden (zoals immobilisatie- of gewrichts-artroplastiek) die leiden gezamenlijke contracturen10 tot. Daarom is een geautomatiseerde methode voor experimenteel meten gezamenlijke ROM na een ingreep nodig.
Hier beschrijven we een gebruiker-onafhankelijke, geldig, nauwkeurige en reproduceerbare protocol voor de evaluatie van de rat knie ROM met behulp van een custom-built arthrometer gekoppeld aan een digitale camera voor het juist meten van de knie ROM in extensie. We testten het effect van verschillende periodes van immobilisatie op knie ROM. Vervolgens beschrijven we de methoden voor het meten van ROM op vooraf opgegeven koppels op de resulterende digitale beelden met behulp van vaste bony monumenten. Globaal, deze methoden betrouwbaar meten van rat knie ROM en kwantitatieve gegevens verstrekken.
Protocol
Representative Results
Discussion
De rat knie arthrometer werd ontwikkeld om de maximale uitbreiding van de rat knie na een interventie wordt bepaald door reproducibly en betrouwbaar. Voordelen van dit apparaat zijn de consistente generatie koppel over het kniegewricht met een constante arm lengte en extensie kracht. Een ander voordeel biedt de mogelijkheid om het koppel op een niveau waarmee herhaalde testen op het hetzelfde gewricht te evalueren van de invloed van verschillende articulaire structuren op knie ROM, zoals spieren, capsule of gewrichtsband…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bedank Joao Tomas voor zijn technische bijstand met het apparaat en de Khaoula Louati voor hulp bij de ontwikkeling van de analysemethoden van de afbeelding.
Materials
| Arthrometer | The Ottawa Hospital Rehabilitation Centre – Rehabilitation Engineering | N/A | |
| Camera | Canon | EOS-500D | Commonly known as EOS Rebel T1i |
| ImageJ | National Institutes of Health | Version 1.45s | |
| Absotbent Underpads | VWR | 820202-845 | |
| Dissection Kit | Fisher | 08-855 | Kit Includes: Forceps: medium points, nickel-plated Scissors: 1.5 in. (40mm) blades, stainless steel Dissecting knife handle: nickel-plated Knife blades: stainless steel, pack of 3 Dropping pipet: glass Bent dissecting needle: stainless steel with plastic handle Straight dissecting needle: stainless steel with plastic handle Vinylite Ruler 6 in. (15cm) |
| Precision Screw Driver | Mastercraft | 057-3505-8 | |
| Scalpel Blades – #10 | Fine Science Tools | 10010-00 | |
| Screwdriver | Stanley | 057-3558-2 | |
| Hex Keys | Mastercraft | 058-9684-2 | |
| Universal AC to DC powder adapter | RCA | 108004951 |
References
- Clavet, H., Hébert, P. C., Fergusson, D., Doucette, S., Trudel, G. Joint contracture following prolonged stay in the intensive care unit. Canadian Medical Association Journal. 178 (6), 691-697 (2008).
- Campbell, T. M., Dudek, N., Trudel, G., Silver, J. K., Frontera, W. R., Rizzo, T. D. . Essentials of Physical Medicine and Rehabilitation: musculoskeletal disorders, pain, and rehabilitation. , (2015).
- Dehail, P., et al. Acquired deforming hypertonia and contractures in elderly subjects: definition and prevalence in geriatric institutions (ADH survey). Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. 57 (3), 11-23 (2014).
- Korp, K., Richard, R., Hawkins, D. Refining the idiom "functional range of motion" related to burn recovery. Journal of Burn Care and Research. 36 (3), 136-145 (2015).
- Elliott, L., Walker, L. Rehabilitation interventions for vegetative and minimally conscious patients. Neuropsychological Rehabilitation. 15 (3-4), 480-493 (2005).
- Campbell, T. M., Reilly, K., Laneuville, O., Uhthoff, H., Trudel, G. Bone replaces articular cartilage in the rat knee joint after prolonged immobilization. Bone. 106, 42-51 (2017).
- Trudel, G., et al. Mechanical alterations of rabbit Achilles’ tendon after immobilization correlate with bone mineral density but not with magnetic resonance or ultrasound imaging. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 88 (12), 1720-1726 (2007).
- Harvey, L. A., et al. Stretch for the treatment and prevention of contractures. Cochrane Database of Systematic Reviews. 1, Cd007455 (2017).
- Trudel, G., Himori, K., Uhthoff, H. K. Contrasting alterations of apposed and unapposed articular cartilage during joint contracture formation. Archives of Physical Medicine Rehabilitation. 86 (1), 90-97 (2005).
- Trudel, G., Uhthoff, H. K., Goudreau, L., Laneuville, O. Quantitative analysis of the reversibility of knee flexion contractures with time: an experimental study using the rat model. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 338 (2014).
- 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).
- Chimoto, E., Hagiwara, Y., Ando, A., Itoi, E. Progression of an arthrogenic motion restriction after immobilization in a rat experimental knee model. Upsala Journal of Medical Sciences. 112 (3), 347-355 (2007).
- Ando, A., et al. Remobilization does not restore immobilization-induced adhesion of capsule and restricted joint motion in rat knee joints. Tohoku Journal of Experimental Medicine. 227 (1), 13-22 (2012).
- Abdel, M. P., et al. Effects of joint contracture on the contralateral unoperated limb in a rabbit knee contracture model: a biomechanical and genetic study. Journal of Orthopaedic Research. 30 (10), 1581-1585 (2012).
- Hildebrand, K. A., Sutherland, C., Zhang, M. Rabbit knee model of post-traumatic joint contractures: the long-term natural history of motion loss and myofibroblasts. Journal of Orthopaedic Research . 22 (2), 313-320 (2004).
- Klein, L., Player, J. S., Heiple, K. G., Bahniuk, E., Goldberg, V. M. Isotopic evidence for resorption of soft tissues and bone in immobilized dogs. Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 64 (2), 225-230 (1982).
