تقنية تثبيت داخلي مصغرة الغازية لدراسة التقلص المرن الركبة الناجمعن التعطيل في الفئران
Summary
هنا، نقدم بروتوكول لوصف تقنية طفيفة التوغل لشل مفصل الركبة في نموذج الفئران. هذا البروتوكول القابل للاستنساخ، استنادا إلى طريقة فصل الفجوة العضلية ومهارة الشق المصغر، هو مناسبة لدراسة الآلية الجزيئية الكامنة وراء تقلص المفاصل المكتسبة.
Abstract
التقلص المشترك، الناجم عن تجميد المفاصل لفترات طويلة، هو تعقيد شائع في جراحة العظام. حاليا، استخدام تثبيت داخلي لتقييد حركة مفصل الركبة هو نموذج مقبول على نطاق واسع لتوليد التقلص التجريبي. ومع ذلك، فإن زرع التطبيق يسبب حتما صدمة جراحية للالحيوانات. تهدف إلى تطوير نهج أقل الغازية، ونحن الجمع بين طريقة فصل الفجوة العضلية مع مهارة شق صغير ذكرت سابقا خلال العملية الجراحية: تم إجراء اثنين من شقوق الجلد مصغرة على الفخذ الجانبي والساق، تليها أداء الفجوة العضلية الفصل لفضح سطح العظام. تم تعطيل مفصل ركبة الفئران تدريجيا من قبل تثبيت داخلي مسبق البناء في ما يقرب من 135 درجة مرونة الركبة دون التدخل في الأعصاب الأساسية أو الأوعية الدموية. كما هو متوقع، تسمح هذه التقنية البسيطة بإعادة التأهيل السريع بعد العملية الجراحية في الحيوانات. وقد تأكد الموقف الصحيح للتثبيت الداخلي من خلال تحليل الأشعة السينية أو التصوير المقطعي المحوسب الدقيق. تم تقييد نطاق الحركة بشكل كبير في مفصل الركبة المعطلة من تلك التي لوحظت في مفصل الركبة الغير الأضلاع مما يدل على فعالية هذا النموذج. إلى جانب ذلك، كشف التحليل النسيجي تطور الترسيب الليفي والتصاق في كبسولة مفصل الركبة الخلفية متفوقة مع مرور الوقت. وهكذا، قد يكون هذا النموذج المصغر الغازية مناسبة لتقليد تطوير التقلص المشترك الركبة المعطلة.
Introduction
يتم تعريف التقلصات المشتركة على أنها تقييد في النطاق السلبي للحركة (ROM) من المفصل الدياري1،2. وقد حققت العلاجات الحالية التي تهدف إلى منع وعلاج التقلص المشترك بعض النجاح3،4. ومع ذلك، فإن الآلية الجزيئية الكامنة وراء التقلص المشترك المكتسبة لا تزال غير معروفة إلى حد كبير5. ومسببات التقلصات المشتركة في مختلف المجتمعات الاجتماعية متنوعة للغاية وتشمل العوامل الوراثية، وحالات ما بعد الصدمة، والأمراض المزمنة، والجمود لفترات طويلة6. ومن المقبول على نطاق واسع أن الجمود مسألة حاسمة في تطوير العقد المشترك المكتسب7. الأشخاص الذين يعانون من تقلص مشترك كبير قد يؤدي في نهاية المطاف إلى الإعاقة البدنية8. وبالتالي، فإن وجود نموذج حيواني مستقر وقابل للاستنساخ ضروري للتحقيق في الآليات الباثولوجية المحتملة للتقلص المشترك المكتسب.
يتم تحقيق نماذج التقلص المشترك في الركبة التي تم بناؤها حاليًا باستخدام قوالب الجص غير الغازية، والتثبيتات الخارجية، والتثبيتات الداخلية. وذكرت واتانابي وآخرون إمكانية استخدام الجص يلقي تجميد على مفاصل الركبة الفئران9. من خلال ارتداء سترة خاصة، يتم تعطيل جانب واحد من مفصل الطرف السفلي من الفئران من قبل المدلى بها. يمكن أن يبقى مفصل ركبة الفئران مُثنيًا تمامًا دون أي صدمة جراحية10و11. ومع ذلك ، تتأثر حركات مفصل الورك والكاحل أيضا ً بهذا الشكل من الجمود ، مما قد يزيد من درجة ضمور العضلات في الفيمور الرباعيأو الجهاز الهضمي12. وبالإضافة إلى ذلك ، يجب تجنب وذمة واحتقان الأطراف الخلفية عن طريق استبدال المدلى بها في نقاط زمنية محددة ، مما قد يؤثر على استمرارية الجمود. طريقة أخرى مقبولة لإنشاء نموذج تقلص مفصل الركبة هو استخدام التثبيت الجراحي الخارجي. ناغاي وآخرون الجمع بين أسلاك كيرشنر والأسلاك الفولاذية في المثبت الخارجي، الذي شل مفصل الركبة إلى ما يقرب من 140 درجة من flexion13. في هذه الطريقة، يتم استخدام الراتنج لتغطية السطح لمنع خدوش الجلد. على الرغم من أن تجميد التثبيت الخارجي قوي وموثوق به14،15، قد تزيد المسارات دبوس الأسلاك Kirschner عن طريق الجلد خطر العدوى16. في تجربتنا الخاصة، قد يؤدي استخدام تقنية التثبيت الخارجي إلى تقليل النشاط اليومي للفئران بسبب زيادة سلوك اللعق المشروط.
بدلا من ذلك، وصف Trudel وآخرون نموذجا مقبولا جيدا من التقلص المشترك في مفصل الركبة الفئران على أساس التثبيت الداخلي الجراحي17 (تم تعديل هذه الطريقة من تلك التي يستخدمها إيفانز والزملاء18). وتجدر الإشارة إلى أن هذه الطريقة تسلط الضوء على أهمية استخدام تقنية الشق المصغر لتقليل الجروح الجراحية إلى أدنى حد. وقد ثبت التطوير الفعال للتقلص المشترك في هذا النموذج19. ومع ذلك، فإن البروتوكول حول كيفية إجراء تشريح الحد الأدنى لفضح سطح العظام لا يزال غير واضح20. أيضا، لا يفهم تماما موقف دقيق حيث المسمار هو الحفر. زرع التثبيت الداخلي من خلال طريقة تحت الجلد أو دون عضلي لا يزال مثيرا للجدل21. لحل هذه المشاكل، قمنا بتعديل هذه الطريقة من خلال تضمين طريقة فصل فجوة العضلات المناسبة، والتي تسمح بالتعرض المصغر ة الغازية لسطح العظام ووضع الغرس من خلال قناة دون عضلية. أدى هذا البروتوكول إلى إعادة التأهيل السريع بعد الجراحة في الفئران بعد الجراحة. وضعت الحيوانات مجموعة محدودة مشتركة من الحركة بعد تجميد المفاصل، والتي كانت متسقة مع التغيرات المورفولوجية من التصاق القبعات التي تم الحصول عليها من التحليل النسيجي. كما نقوم بوصف الموقع المحتمل الدقيق للمسامير المحفورة كما يؤكد تحليل الأشعة السينية أو تحليل التصوير المقطعي المحوسب. وهكذا، تهدف هذه الدراسة إلى وصف بالتفصيل تقنية الحد الأدنى من الغازية في نموذج تقلص مفصل الركبة التي تم إنشاؤها من قبل طريقة فصل الفجوة العضلية جنبا إلى جنب مع طريقة شق صغير. ونحن نعتقد أن تقنيات طفيفة التوغل يمكن أن تقلل من الصدمة الحيوانية وتحاكي بشكل فعال العملية المرضية للتقلص المرن المشترك.
Protocol
Representative Results
Discussion
تهدف هذه الدراسة إلى توضيح طريقة تجميد مفصل الركبة خطوة بخطوة باستخدام تقنية صغيرة الغازية التي تسمح بإعادة التأهيل السريع بعد الجراحة في الحيوانات بعد الجراحة. تقليديا، ويعتقد أن نهج فصل الفجوة العضلية أن تكون تقنية طفيفة التوغل في جراحة العظام. كما هو متوقع، وجدنا أن الفئران يمكن أن تع?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذا العمل بمنح من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 81772368)، ومؤسسة العلوم الطبيعية لمقاطعة قوانغدونغ (رقم 2017A030313496)، ومشروع خطة العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة قوانغدونغ (رقم 2016A020215225)؛ رقم 2017B090912007). ويشكر المؤلفون الدكتور فاي زانغ، دكتوراه في إدارة جراحة العظام، المستشفى الثامن التابع لجامعة صن يات سين على مساعدته التقنية أثناء التعديل.
Materials
| Anerdian | Shanghai Likang Ltd. | 310173 | antibacterial |
| Buprenorphine | Shanghai Shyndec Pharmaceutical Ltd. | / | analgesia |
| Carprofen | MCE | HY-B1227 | analgesia |
| Cross screwdriver | STANLEY | PH0*125mm | tighten the screws |
| Electric drill | WEGO | 185 | drill hole(with stainless steel drill 0.9mm;1.0mm) |
| Microsurgical instruments | RWD | / | Orthopaedic surgical instruments for animals |
| Neomycin | Sigma | N6386 | antibacterial |
| Sodium pentobarbital | Sigma | P3761 | anaesthetize |
| Stainless Steel screws | WEGO | m1.4*8; m1.2*6 | screw(part of internal fixation) |
| Syringe | WEGO | 3151474 | use for plastic plate(part of internal fixation) |
| μ-CT | ALOKA | Latheta LCT-200 | in vivo CT scan |
References
- Akeson, W. H., Amiel, D., Woo, S. L. Immobility effects on synovial joints the pathomechanics of joint contracture. Biorheology. 17 (1-2), 95-110 (1980).
- Trudel, G., Uhthoff, H. K., Brown, M. Extent and direction of joint motion limitation after prolonged immobility: an experimental study in the rat. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 80 (12), 1542-1547 (1999).
- Arsoy, D., et al. Joint contracture is reduced by intra-articular implantation of rosiglitazone-loaded hydrogels in a rabbit model of arthrofibrosis. Journal of Orthopaedic Research. , (2018).
- Glaeser, J. D., et al. Anti-Inflammatory Peptide Attenuates Edema and Promotes BMP-2-Induced Bone Formation in Spine Fusion. Tissue Engineering. Part A. , (2018).
- Fergusson, D., Hutton, B., Drodge, A. The epidemiology of major joint contractures: a systematic review of the literature. Clinical Orthopaedics and Related Research. 456, 22-29 (2007).
- Wong, K., Trudel, G., Laneuville, O. Noninflammatory Joint Contractures Arising from Immobility: Animal Models to Future Treatments. BioMed Research International. 2015, 848290 (2015).
- Clavet, H., Hebert, P. C., Fergusson, D., Doucette, S., Trudel, G. Joint contracture following prolonged stay in the intensive care unit. CMAJ : Canadian Medical Association Journal. 178 (6), 691-697 (2008).
- Dehail, P., et al. Joint contractures and acquired deforming hypertonia in older people: Which determinants?. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. , (2018).
- Watanabe, M., Kojima, S., Hoso, M. Effect of low-intensity pulsed ultrasound therapy on a rat knee joint contracture model. Journal of Physical Therapy Science. 29 (9), 1567-1572 (2017).
- Goto, K., et al. Development and progression of immobilization-induced skin fibrosis through overexpression of transforming growth factor-ss1 and hypoxic conditions in a rat knee joint contracture model. Connective Tissue Research. 58 (6), 586-596 (2017).
- Sasabe, R., et al. Effects of joint immobilization on changes in myofibroblasts and collagen in the rat knee contracture model. Journal of Orthopaedic Research. 35 (9), 1998-2006 (2017).
- Sakakima, H., Yoshida, Y., Sakae, K., Morimoto, N. Different frequency treadmill running in immobilization-induced muscle atrophy and ankle joint contracture of rats. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 14 (3), 186-192 (2004).
- Nagai, M., et al. Contributions of biarticular myogenic components to the limitation of the range of motion after immobilization of rat knee joint. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 224 (2014).
- Matsuzaki, T., Yoshida, S., Kojima, S., Watanabe, M., Hoso, M. Influence of ROM Exercise on the Joint Components during Immobilization. Journal of Physical Therapy Science. 25 (12), 1547-1551 (2013).
- Kaneguchi, A., Ozawa, J., Kawamata, S., Yamaoka, K. Development of arthrogenic joint contracture as a result of pathological changes in remobilized rat knees. Journal of Orthopaedic Research. 35 (7), 1414-1423 (2017).
- Hargreaves, D. G., Drew, S. J., Eckersley, R. Kirschner wire pin tract infection rates: a randomized controlled trial between percutaneous and buried wires. Journal of Hand Surgery. 29 (4), 374-376 (2004).
- Trudel, G. Differentiating the myogenic and arthrogenic components of joint contractures. An experimental study on the rat knee joint. International Journal of Rehabilitation Research. 20 (4), 397-404 (1997).
- Evans, E. B., Eggers, G. W. N., Butler, J. K., Blumel, J. Experimental Immobilization and Remobilization of Rat Knee Joints. Journal of Bone and Joint Surgery. 42 (5), 737-758 (1960).
- Hagiwara, Y., et al. Expression patterns of collagen types I and III in the capsule of a rat knee contracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 315-321 (2010).
- 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).
- Hagiwara, Y., et al. Increased elasticity of capsule after immobilization in a rat knee experimental model assessed by scanning acoustic microscopy. Upsala Journal of Medical Sciences. 111 (3), 303-313 (2006).
- Adelsperger, A. R., Bigiarelli-Nogas, K. J., Toore, I., Goergen, C. J. Use of a Low-flow Digital Anesthesia System for Mice and Rats. Journal of Visualized Experiments. (115), (2016).
- Trudel, G., O’Neill, P. A., Goudreau, L. A. A mechanical arthrometer to measure knee joint contracture in rats. IEEE Transactions On Rehabilitation Engineering. 8 (1), 149-155 (2000).
- Campbell, T. M., et al. Using a Knee Arthrometer to Evaluate Tissue-specific Contributions to Knee Flexion Contracture in the Rat. Journal of Visualized Experiments. (141), (2018).
- Moriyama, H., et al. Alteration of knee joint connective tissues during contracture formation in spastic rats after an experimentally induced spinal cord injury. Connective Tissue Research. 48 (4), 180-187 (2007).
- Onoda, Y., et al. Joint haemorrhage partly accelerated immobilization-induced synovial adhesions and capsular shortening in rats. Knee Surgery, Sports Traumatology, & Arthroscopy. 22 (11), 2874-2883 (2014).
- Trudel, G., Jabi, M., Uhthoff, H. K. Localized and adaptive synoviocyte proliferation characteristics in rat knee joint contractures secondary to immobility. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (9), 1350-1356 (2003).
- Jiang, S., et al. Endoplasmic reticulum stress-dependent ROS production mediates synovial myofibroblastic differentiation in the immobilization-induced rat knee joint contracture model. Experimental Cell Research. 369 (2), 325-334 (2018).
- Pithioux, M., et al. An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur. Journal of Visualized Experiments. (128), (2017).
