Aşırı Kullanıma Bağlı Tendinopatinin In Vivo Modeli için Pasif Ayak Bileği Dorsifleksiyon Test Sistemi
Summary
Bu protokol, aşırı kullanıma bağlı tendinopatinin in vivo bir modeli için bir sıçan Aşil tendonunda ölçülebilir ve kontrollü yorgunluk yaralanmalarını indüklemek için kullanılan bir test sistemi sunar. Prosedür, sıçanın ayak bileğini, özel olarak yazılmış bir MATLAB komut dosyası ile pasif ayak bileği dorsifleksiyonu gerçekleştiren bir eklem aktüatörüne sabitlemekten oluşur.
Abstract
Tendinopati, ağrı ve fonksiyon kaybı ile sonuçlanan kronik bir tendon rahatsızlığıdır ve tendonun tekrar tekrar aşırı yüklenmesi ve sınırlı iyileşme süresinden kaynaklanır. Bu protokol, sıçan Aşil tendonuna pasif dorsifleksiyon yoluyla mekanik yükleri döngüsel olarak uygulayan bir test sistemini açıklar. Özel olarak yazılmış kod, geri besleme kontrolüne dayalı döngüsel yorulma yükleme rejimi ile birlikte yükleme protokolünün etkilerini değerlendirmek için döngü öncesi ve sonrası yükleme ölçümlerinden oluşur.
Bu çalışma için 25 Sprague-Dawley sıçan kullandık ve grup başına 5 sıçan 500, 1,000, 2,000, 3,600 veya 7,200 döngü yorgunluk yükü aldı. Histerezis, pik gerilme ve yükleme ve boşaltma modüllerinin döngü öncesi ve sonrası yükleme ölçümleri arasındaki yüzde farkları hesaplandı. Sonuçlar, sistemin uygulanan yüklerin sayısına bağlı olarak Aşil tendonunda değişen derecelerde hasara neden olabileceğini göstermektedir. Bu sistem, yorgunluğa bağlı aşırı kullanım tendon yaralanmasının in vivo bir modeli için Aşil tendonuna niceliksel ve fizyolojik değişen derecelerde döngüsel yükler uygulamak için yenilikçi bir yaklaşım sunar.
Introduction
Tendonlar kası kemiğe bağladığından ve yaşamları boyunca günlük tekrarlayan hareketler yaşadığından, ağrılı ve sınırlayıcı olan ve nüfusun %30-50’sini etkileyen mekanik fonksiyonun bozulmasına neden olan aşırı kullanım yaralanmalarına oldukça yatkındırlar1. Tendinopatiler, tekrarlayan yorgunluk hareketleri ve yaralanma öncesi seviyelere yetersiz iyileşme nedeniyle aşırı kullanım yaralanmaları olarak kabul edilen kronik durumlardır. Rotator manşet, dirsek, Aşil tendonu ve patellar tendon 2,3,4,5 dahil olmak üzere hem üst hem de alt ekstremiteler yaygın olarak etkilenir. Aşil tendinopatisi, koşu ve atlamayı içeren aktivitelerde, özellikle atletizm, orta ve uzun mesafe koşuları, tenis ve diğer top sporlarıyla uğraşan sporcularda yaygındır ve koşucuların %7-9’unu etkiler 6,7. Koşma ve zıplamadan kaynaklanan yaralanmalar da Aşil ve patellar tendinopatiler için bir risk faktörü olan sınırlı ayak bileği dorsifleksiyonuna neden olabilir 8,9,10. Bu nedenle, bu çalışmanın aşırı Aşil tendonu yaralanmaları için pasif ayak bileği dorsifleksiyonunun bir sıçan modeli olarak sağlayabileceği tendinopatinin daha iyi değerlendirilmesine ve karakterizasyonuna ihtiyaç vardır.
Küçük hayvan modellerini kullanan önceki çalışmalar, tendinopatinin gelişimini ve belirteçlerini incelemeyi amaçlamıştır. Bunlar arasında koşu bandı egzersizi, tekrarlayan uzanma, doğrudan tendon yüklemesi, kollajenaz enjeksiyonları, cerrahi ve in vitro çalışmalar 11,12,13,14,15,16 yer alır. Literatür, bu tendinopati modellerinin kullanılmasından kaynaklanan hasar belirteçlerinin tanımlanmasından yararlanmış olsa da, sınırlamalar, tendonun doğrudan yüklenmesi durumunda olduğu gibi, fizyolojik olarak ilgili olmayan eklem hareketlerinde tendonun yüklenmesini, koşu bandı çalışmalarında olduğu gibi uygulanan yüklerin doğrudan ölçülmemesini ve kollajenaz enjeksiyonlarında olduğu gibi fizyolojik aşırı kullanımın kullanılmamasını içerir. diğerleri arasında. Bu amaçla, bu çalışma, tendinopati için daha önce geliştirilmiş küçük hayvan modellerindeki boşlukları doldurmak için aşırı kullanıma bağlı tendinopati çalışmaları için uygulama ile Aşil tendonuna noninvaziv olarak niceliksel yükler uygulayan bir sistem geliştirmeyi amaçladı. Sistemin bir dizi yükleme döngüsü boyunca mekanik özelliklerde tekrarlanabilir değişikliklere neden olduğunu göstermek için bir pilot çalışma gerçekleştirdik. Bu sistem, fizyolojik olarak ilgili hareket ve yüklemenin aşırı kullanımı indüklemesini sağlarken, aynı zamanda yükleme rejimi sırasında tendona uygulanan ve tendon tarafından maruz kalınan kuvvetleri ölçer ve ölçer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışma, in-vivo aşırı kullanıma bağlı bir tendinopati modeli için sıçan Aşil tendonunu pasif bir ayak bileği dorsifleksiyon sistemi ile döngüsel olarak yüklemek için bir yöntem sunmaktadır. Sistemin önemi, Aşil tendonunu izole etme, tendona cerrahi olarak erişmeden ölçülebilir yükler uygulama ve in-vivo tendon özelliklerini ölçme yeteneğinde yatmaktadır.
2010 yılında, Fung ve ark. özel yapım bir test sistemi14 i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Finansman desteklerimizi kabul etmek isteriz: Joe Fallon Araştırma Fonu, Dr. Louis Meeks BIDMC Spor Hekimliği Stajyer Araştırma Fonu ve okul içi hibe (AN), tümü BIDMC Ortopedi’den ve Ulusal Sağlık Enstitüleri’nden (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
- Kaux, J. F., Forthomme, B., Goff, C. L., Crielaard, J. M., Croisier, J. L. Current opinions on tendinopathy. J Sports Sci Med. 10 (2), 238-253 (2011).
- Maffulli, N., Longo, U. G., Kadakia, A., Spiezia, F. Achilles tendinopathy. Foot Ankle Surg. 26 (3), 240-249 (2020).
- Teunis, T., Lubberts, B., Reilly, B. T., Ring, D. A systematic review and pooled analysis of the prevalence of rotator cuff disease with increasing age. J Shoulder Elbow Surg. 23 (12), 1913-1921 (2014).
- von Rickenbach, K. J., Borgstrom, H., Tenforde, A., Borg-Stein, J., McInnis, K. C. Achilles tendinopathy: evaluation, rehabilitation, and prevention. Curr Sports Med Rep. 20 (6), 327-334 (2021).
- Aicale, R., Oliviero, A., Maffulli, N. Management of Achilles and patellar tendinopathy: what we know, what we can do. J Foot Ankle Res. 13 (1), 59 (2020).
- Jarvinen, T. A., et al. Achilles tendon injuries. Curr Opin Rheumatol. 13 (2), 150-155 (2001).
- Silbernagel, K. G., Hanlon, S., Sprague, A. Current clinical concepts: conservative management of Achilles tendinopathy. J Athl Train. 55 (5), 438-447 (2020).
- Tayfur, A., et al. Are landing patterns in jumping athletes associated with patellar tendinopathy? A systematic review with evidence gap map and meta-analysis. Sports Med. 52 (1), 123-137 (2022).
- Malliaras, P., Cook, J. L., Kent, P. Reduced ankle dorsiflexion range may increase the risk of patellar tendon injury among volleyball players. J Sci Med Sport. 9 (4), 304-309 (2006).
- Backman, L. J., Danielson, P. Low range of ankle dorsiflexion predisposes for patellar tendinopathy in junior elite basketball players: a 1-year prospective study. Am J Sports Med. 39 (12), 2626-2633 (2011).
- Glazebrook, M. A., Wright, J. R., Langman, M., Stanish, W. D., Lee, J. M. Histological analysis of achilles tendons in an overuse rat model. J Orthop Res. 26 (6), 840-846 (2008).
- Carpenter, J. E., Flanagan, C. L., Thomopoulos, S., Yian, E. H., Soslowsky, L. J. The effects of overuse combined with intrinsic or extrinsic alterations in an animal model of rotator cuff tendinosis. Am J Sports Med. 26 (6), 801-807 (1998).
- Gao, H. G., et al. Increased serum and musculotendinous fibrogenic proteins following persistent low-grade inflammation in a rat model of long-term upper extremity overuse. PLoS One. 8 (8), e71875 (2013).
- Fung, D., et al. Early response to tendon fatigue damage accumulation in a novel in vivo model. J Biomech. 43 (2), 274-279 (2010).
- Ueda, Y., et al. Molecular changes to tendons after collagenase-induced acute tendon injury in a senescence-accelerated mouse model. BMC Musculoskelet Disord. 20 (1), 120 (2019).
- Bloom, E., et al. Overload in a rat in vivo model of synergist ablation induces tendon multi-scale structural and functional degeneration. J Biomech Eng. 145 (8), 081003 (2023).
- Williamson, P. M., et al. A passive ankle dorsiflexion testing system to assess mechanobiological and structural response to cyclic loading in rat Achilles tendon. J Biomech. 156, 111664 (2023).
- Oliveira, L. F., Peixinho, C. C., Silva, G. A., Menegaldo, L. L. In vivo passive mechanical properties estimation of Achilles tendon using ultrasound. J Biomech. 49 (4), 507-513 (2016).
