Un sistema di test di flessione dorsale passiva della caviglia per un modello in vivo di tendinopatia indotta da uso eccessivo
Summary
Questo protocollo presenta un sistema di test utilizzato per indurre lesioni da fatica quantificabili e controllate in un tendine d’Achille di ratto per un modello in vivo di tendinopatia indotta da uso eccessivo. La procedura consiste nel fissare la caviglia del ratto a un attuatore articolare che esegue la flessione dorsale passiva della caviglia con uno script MATLAB scritto su misura.
Abstract
La tendinopatia è una condizione tendinea cronica che provoca dolore e perdita di funzionalità ed è causata da un sovraccarico ripetuto del tendine e da tempi di recupero limitati. Questo protocollo descrive un sistema di test che applica ciclicamente carichi meccanici tramite flessione dorsale passiva al tendine d’Achille del ratto. Il codice personalizzato consiste in misurazioni di carico pre e post-ciclico per valutare gli effetti del protocollo di carico insieme al regime di carico di fatica ciclico basato sul controllo di retroazione.
Per questo studio sono stati utilizzati 25 ratti Sprague-Dawley, con 5 ratti per gruppo che hanno ricevuto 500, 1.000, 2.000, 3.600 o 7.200 cicli di carichi di fatica. Sono state calcolate le differenze percentuali tra le misure di carico pre e post-ciclico dell’isteresi, della sollecitazione di picco e dei moduli di carico e scarico. I risultati dimostrano che il sistema può indurre vari gradi di danno al tendine d’Achille in base al numero di carichi applicati. Questo sistema offre un approccio innovativo per applicare diversi gradi quantificati e fisiologici di carichi ciclici al tendine d’Achille per un modello in vivo di lesione tendinea da uso eccessivo indotta dalla fatica.
Introduction
Poiché i tendini collegano il muscolo all’osso e subiscono movimenti ripetitivi quotidiani per tutta la loro vita, sono altamente inclini a lesioni da uso eccessivo che sono dolorose e limitanti e provocano una compromissione della funzione meccanica, colpendo il 30-50% della popolazione1. Le tendinopatie sono condizioni croniche considerate lesioni da uso eccessivo a causa di movimenti di affaticamento ripetitivi e guarigione inadeguata ai livelli pre-lesione. Sia gli arti superiori che quelli inferiori sono comunemente colpiti, tra cui la cuffia dei rotatori, il gomito, il tendine d’Achille e il tendine rotuleo 2,3,4,5. La tendinopatia del tendine d’Achille è comune nelle attività che coinvolgono la corsa e il salto, in particolare gli atleti coinvolti nell’atletica leggera, nella corsa di media e lunga distanza, nel tennis e in altri sport con la palla, colpendo il 7-9% dei corridori 6,7. Le lesioni dovute alla corsa e al salto possono anche causare una limitata flessione dorsale della caviglia, che è un fattore di rischio per tendinopatie achille e rotulee 8,9,10. Pertanto, c’è bisogno di una migliore valutazione e caratterizzazione della tendinopatia, che questo studio può fornire come modello di ratto di flessione dorsale passiva della caviglia per lesioni del tendine d’Achille da uso eccessivo.
Il lavoro precedente che ha utilizzato modelli animali di piccole dimensioni è stato finalizzato allo studio dello sviluppo e dei marcatori della tendinopatia. Questi includono esercizi su tapis roulant, allungamento ripetitivo, carico tendineo diretto, iniezioni di collagenasi, chirurgia e studi in vitro 11,12,13,14,15,16. Sebbene la letteratura abbia beneficiato dell’identificazione di marcatori di danno derivanti dall’impiego di questi modelli di tendinopatia, le limitazioni includono il carico del tendine in movimenti articolari non fisiologicamente rilevanti, come nel caso del carico diretto del tendine, la non misurazione diretta dei carichi applicati, come per gli studi sul tapis roulant, e il non utilizzo di un uso eccessivo fisiologico, come nel caso delle iniezioni di collagenasi. tra gli altri. A tal fine, questo studio mirava a sviluppare un sistema che applica in modo non invasivo carichi quantificati al tendine d’Achille con l’applicazione di studi di tendinopatia indotta da uso eccessivo per colmare le lacune nei modelli di piccoli animali precedentemente sviluppati per la tendinopatia. Abbiamo condotto uno studio pilota per dimostrare che il sistema induce cambiamenti riproducibili nelle proprietà meccaniche in una serie di cicli di carico. Questo sistema consente al movimento e al carico fisiologicamente rilevanti di indurre un uso eccessivo, quantificando e misurando contemporaneamente le forze applicate e sperimentate dal tendine durante il regime di carico.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo studio presenta un metodo per caricare ciclicamente il tendine d’Achille del ratto con un sistema di flessione dorsale passiva della caviglia per un modello di tendinopatia indotta da uso eccessivo in vivo . L’importanza del sistema risiede nella sua capacità di isolare il tendine d’Achille, applicare carichi quantificabili senza accedere chirurgicamente al tendine e misurare le proprietà del tendine in vivo .
Nel 2010, Fung et al. hanno presentato un modello di fat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo riconoscere i nostri sostegni finanziari: il Joe Fallon Research Fund, il Dr. Louis Meeks BIDMC Sports Medicine Trainee Research Fund, e una sovvenzione intramurale (AN), tutti da BIDMC Orthopaedics, insieme al supporto del 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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