Ein passives Sprunggelenk-Dorsalflexions-Testsystem für ein In-vivo-Modell der Überlastungsinduzierten Tendinopathie
Summary
Dieses Protokoll stellt ein Testsystem vor, das zur Induktion quantifizierbarer und kontrollierter Ermüdungsverletzungen in einer Ratten-Achillessehne für ein In-vivo-Modell der überlastungsinduzierten Tendinopathie verwendet wird. Das Verfahren besteht darin, den Knöchel der Ratte an einem Gelenkaktuator zu befestigen, der mit einem speziell geschriebenen MATLAB-Skript eine passive Knöcheldorsalflexion durchführt.
Abstract
Die Tendinopathie ist eine chronische Sehnenerkrankung, die zu Schmerzen und Funktionsverlust führt und durch wiederholte Überlastung der Sehne und eine begrenzte Erholungszeit verursacht wird. Dieses Protokoll beschreibt ein Testsystem, das zyklisch mechanische Lasten über passive Dorsalflexion auf die Achillessehne der Ratte aufbringt. Der benutzerdefinierte Code besteht aus prä- und postzyklischen Belastungsmessungen, um die Auswirkungen des Belastungsprotokolls zusammen mit dem auf der Rückkopplungsregelung basierenden zyklischen Ermüdungsbelastungsregime zu bewerten.
Wir verwendeten 25 Sprague-Dawley-Ratten für diese Studie, wobei 5 Ratten pro Gruppe entweder 500, 1.000, 2.000, 3.600 oder 7.200 Zyklen Ermüdungsbelastungen erhielten. Die prozentualen Differenzen zwischen den prä- und postzyklischen Belastungsmessungen der Hysterese, der Spitzenspannung und der Be- und Entlademodule wurden berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass das System je nach Anzahl der aufgebrachten Lasten unterschiedliche Schädigungen der Achillessehne hervorrufen kann. Dieses System bietet einen innovativen Ansatz zur Anwendung quantifizierter und physiologisch unterschiedlicher zyklischer Belastungen auf die Achillessehne für ein in vivo Modell der ermüdungsbedingten Überlastungssehnenverletzung.
Introduction
Da Sehnen Muskeln mit Knochen verbinden und sich während ihres gesamten Lebens täglich wiederholende Bewegungen durchlaufen, sind sie sehr anfällig für Überlastungsverletzungen, die schmerzhaft und einschränkend sind und zu einer Beeinträchtigung der mechanischen Funktion führen, von der 30-50 % der Bevölkerung betroffen sind1. Tendinopathien sind chronische Erkrankungen, die aufgrund sich wiederholender Ermüdungsbewegungen und unzureichender Heilung auf das Niveau vor der Verletzung als Überlastungsverletzungen gelten. Sowohl die oberen als auch die unteren Extremitäten sind häufig betroffen, einschließlich der Rotatorenmanschette, des Ellbogens, der Achillessehne und der Patellasehne 2,3,4,5. Eine Achillessehnenentzündung tritt häufig bei Aktivitäten auf, die Laufen und Springen beinhalten, insbesondere bei Sportlern, die an Leichtathletik, Mittel- und Langstreckenlauf, Tennis und anderen Ballsportarten beteiligt sind, und betrifft 7-9% der Läufer 6,7. Verletzungen durch Laufen und Springen können auch zu einer eingeschränkten Dorsalflexion des Knöchels führen, die ein Risikofaktor für Achillessehnen- und Patellatendinopathien ist 8,9,10. Daher besteht ein Bedarf an einer besseren Beurteilung und Charakterisierung der Tendinopathie, die diese Studie als Rattenmodell der passiven Knöcheldorsalflexion bei Überlastungsverletzungen der Achillessehne liefern kann.
Bisherige Arbeiten mit Kleintiermodellen zielten darauf ab, die Entwicklung und die Marker der Tendinopathie zu untersuchen. Dazu gehören Laufbandübungen, wiederholtes Greifen, direkte Sehnenbelastung, Kollagenase-Injektionen, Operationen und In-vitro-Studien 11,12,13,14,15,16. Obwohl die Literatur von der Identifizierung von Schadensmarkern durch die Verwendung dieser Tendinopathie-Modelle profitiert hat, gehören zu den Einschränkungen die Belastung der Sehne bei nicht physiologisch relevanten Gelenkbewegungen, wie im Fall der direkten Belastung der Sehne, die nicht direkt gemessene aufgebrachte Lasten, wie z. B. bei Laufbandstudien, und die Verwendung einer physiologischen Überbeanspruchung, wie dies bei Kollagenase-Injektionen der Fall ist. unter anderem. Zu diesem Zweck zielte diese Studie darauf ab, ein System zu entwickeln, das nicht-invasiv quantifizierte Belastungen auf die Achillessehne aufbringt, mit der Anwendung für überlastungsinduzierte Tendinopathie-Studien, um die Lücken in zuvor entwickelten Kleintiermodellen für Tendinopathie zu schließen. Wir haben eine Pilotstudie durchgeführt, um zu zeigen, dass das System reproduzierbare Änderungen der mechanischen Eigenschaften über einen Bereich von Belastungszyklen induziert. Dieses System ermöglicht es, physiologisch relevante Bewegungen und Belastungen zu einer Überbeanspruchung zu induzieren und gleichzeitig die Kräfte zu quantifizieren und zu messen, die während des Belastungsregimes auf die Sehne ausgeübt und von ihr erfahren werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie wird eine Methode vorgestellt, um die Achillessehne der Ratte zyklisch mit einem passiven Knöchel-Dorsalflexionssystem für ein in-vivo Überlastungs-induziertes Tendinopathie-Modell zu belasten. Die Bedeutung des Systems liegt in seiner Fähigkeit, die Achillessehne zu isolieren, quantifizierbare Lasten aufzubringen, ohne chirurgisch auf die Sehne zugreifen zu müssen, und In-vivo-Sehneneigenschaften zu messen.
Im Jahr 2010 präsentierten Fung et al. ein R…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir möchten uns für unsere finanzielle Unterstützung bedanken: den Joe Fallon Research Fund, den Dr. Louis Meeks BIDMC Sports Medicine Trainee Research Fund und einen intramuralen Zuschuss (AN), alle von BIDMC Orthopaedics, zusammen mit der Unterstützung der National Institutes of Health (2T32AR055885 (PMW)).
Materials
| 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 |
References
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