使いすぎ誘発性腱鞘炎の in vivo モデルのための受動的足関節背屈試験システム
Summary
このプロトコルは、酷使誘発性腱炎の 生体内 モデルのために、ラットアキレス腱に定量化可能で制御された疲労損傷を誘発するために使用される試験システムを提示します。この手順は、ラットの足首を、カスタム記述のMATLABスクリプトで受動的な足首背屈を実行する関節アクチュエーターに固定することで構成されます。
Abstract
腱鞘炎は、痛みや機能喪失を引き起こす慢性的な腱の状態であり、腱の繰り返しの過負荷と限られた回復時間によって引き起こされます。このプロトコルは、ラットのアキレス腱に受動背屈を介して機械的負荷を周期的に加える試験システムについて説明しています。カスタム記述のコードは、荷重プロトコルの影響を評価するための繰返し荷重前および繰返し荷重後の測定と、フィードバック制御ベースの繰返し疲労荷重レジメンで構成されています。
この研究では、25匹のSprague-Dawleyラットを使用し、グループあたり5匹のラットに500、1,000、2,000、3,600、または7,200サイクルの疲労荷重を受けました。ヒステリシス、ピーク応力、および載荷および除荷係数の繰返し荷重前および繰返し荷重後の測定値の差の割合を計算しました。この結果は、システムが加えられた荷重の数に基づいてアキレス腱にさまざまな程度の損傷を誘発できることを実証しています。このシステムは、疲労による使いすぎによる腱損傷の in vivo モデルのために、定量的および生理学的にさまざまな程度の周期的な負荷をアキレス腱に適用する革新的なアプローチを提供します。
Introduction
腱は筋肉と骨をつなぎ、生涯を通じて毎日反復運動を経験するため、痛みを伴い、制限され、機械的機能が損なわれ、人口の30〜50%に影響を与える過度の怪我をする可能性が高くなっています1。腱鞘炎は、反復的な疲労運動と怪我前のレベルへの不十分な治癒による使いすぎによる怪我と見なされる慢性疾患です。回旋筋腱板、肘、アキレス腱、膝蓋腱など、上肢と下肢の両方が一般的に影響を受けます2,3,4,5。アキレス腱鞘炎は、ランニングやジャンプを含む活動、特に陸上競技、中長距離走、テニス、その他の球技に関与するアスリートによく見られ、ランナーの7〜9%が罹患しています6,7。ランニングやジャンプによる怪我は、アキレス腱や膝蓋腱炎の危険因子である足首の背屈を制限する可能性もあります8,9,10。したがって、腱鞘炎のより良い評価と特徴付けが必要であり、この研究は、使いすぎのアキレス腱損傷に対する受動的な足首背屈のラットモデルとして提供できます。
小動物モデルを用いたこれまでの研究は、腱鞘炎の発症とマーカーの研究を目的としていました。これらには、トレッドミル運動、反復リーチング、直接腱負荷、コラゲナーゼ注射、手術、および in vitro 研究が含まれます11、12、13、14、15、16。文献は、これらの腱鞘炎モデルを採用することによる損傷マーカーの同定から恩恵を受けていますが、制限には、腱の直接負荷の場合のように、生理学的に関連性のない関節運動で腱に負荷をかけること、トレッドミル研究など、加えられた負荷を直接測定しないこと、およびコラゲナーゼ注射の場合のように生理学的過剰使用を使用しないことが含まれます。 とりわけ。そのために、本研究では、アキレス腱に定量的な負荷を非侵襲的に加え、これまでに開発した小動物モデルの腱鞘炎のギャップを埋めるために、使いすぎによる腱炎研究への応用を目指しました。パイロット研究を実施して、システムがさまざまな負荷サイクルにわたって機械的特性に再現性のある変化を引き起こすことを実証しました。このシステムは、生理学的に適切な動きと負荷を可能にし、過剰使用を誘発すると同時に、負荷レジメン中に腱に加えられ、腱が受ける力を定量化して測定します。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究では、ラットのアキレス腱に受動的な足首背屈系を周期的に負荷をかける方法を提示し、生体 内 使いすぎ誘発性腱炎モデルを構築した。このシステムの重要性は、アキレス腱を分離し、腱に外科的にアクセスすることなく定量化可能な負荷をかけ、 生体内の 腱の特性を測定する能力にあります。
2010年、Fungらは、特注の試験システムを用いてラッ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Joe Fallon Research Fund、Dr. Louis Meeks BIDMC Sports Medicine Trainee Research Fund、学内助成金(AN)は、すべてBIDMC Orthopaedicsから、またNational Institutes of Health(2T32AR055885 (PMW))からの支援により、資金援助をいただいたことに感謝いたします。
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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