Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

מערכת בדיקת דורסיפלקסיה פסיבית בקרסול למודל In Vivo של טנדינופתיה הנגרמת על ידי שימוש יתר

Published: March 1, 2024 doi: 10.3791/65803
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1, 1, 1, 1,3, 1,3, 1,2,3,4
1Musculoskeletal Translational Innovation Initiative, Carl J. Shapiro Department of Orthopaedic Surgery, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, 2Mechanical Engineering Department, Boston University, 3Carl J. Shapiro Department of Orthopaedic Surgery, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, 4Department of Orthopaedic Surgery, Yerevan State Medical University

Summary

פרוטוקול זה מציג מערכת בדיקה המשמשת לגרימת פציעות עייפות ניתנות לכימות ומבוקרות בגיד אכילס של חולדה עבור מודל in-vivo של טנדינופתיה הנגרמת על ידי שימוש יתר. ההליך מורכב מהצמדת קרסול החולדה למפעיל מפרק המבצע דורסיפלקסיה פסיבית של הקרסול עם סקריפט MATLAB בהתאמה אישית.

Abstract

טנדינופתיה היא מצב גידים כרוני הגורם לכאבים ולאובדן תפקוד ונגרם כתוצאה מעומס יתר חוזר ונשנה של הגיד וזמן החלמה מוגבל. פרוטוקול זה מתאר מערכת בדיקה המפעילה באופן מחזורי עומסים מכניים באמצעות דורסיפלקסיה פסיבית על גיד אכילס של החולדה. הקוד הכתוב בהתאמה אישית מורכב ממדידות טעינה לפני ואחרי מחזוריות כדי להעריך את ההשפעות של פרוטוקול הטעינה יחד עם משטר העמסת עייפות מחזורית מבוסס בקרת משוב.

במחקר הזה השתמשנו ב-25 חולדות של ספראג-דולי, כאשר 5 חולדות בכל קבוצה קיבלו 500, 1,000, 2,000, 3,600 או 7,200 מחזורים של עומסי עייפות. חושבו ההבדלים באחוזים בין מדידות ההעמסה לפני ואחרי ההעמסה המחזורית של ההיסטרזיס, שיא הלחץ ומודולי ההעמסה והפריקה. התוצאות מראות כי המערכת יכולה לגרום דרגות שונות של נזק לגיד אכילס בהתבסס על מספר העומסים המופעלים. מערכת זו מציעה גישה חדשנית להפעלת דרגות שונות ופיזיולוגיות של עומסים מחזוריים על גיד אכילס עבור מודל in vivo של פגיעה בגיד כתוצאה מעייפות.

Introduction

מכיוון שגידים מחברים שריר לעצם וחווים תנועות חוזרות ונשנות מדי יום במהלך חייהם, הם נוטים מאוד לפציעות שימוש יתר שהן כואבות ומגבילות וגורמות לתפקוד מכני לקוי, המשפיעות על 30-50% מהאוכלוסייה1. טנדינופתיות הן מצבים כרוניים הנחשבים לפציעות שימוש יתר עקב תנועות עייפות חוזרות ונשנות וריפוי לקוי לרמות שלפני הפציעה. הן הגפיים העליונות והן התחתונות מושפעות בדרך כלל, כולל השרוול המסובב, המרפק, גיד אכילס וגיד הפטלר 2,3,4,5. טנדינופתיה אכילס נפוצה בפעילויות הכוללות ריצה וקפיצה, במיוחד ספורטאים המעורבים באתלטיקה קלה, ריצה למרחקים בינוניים וארוכים, טניס וענפי ספורט כדור אחרים, ומשפיעה על 7-9% מהרצים 6,7. פציעות מריצה וקפיצה עלולות לגרום גם לדורסיפלקסיה מוגבלת בקרסול, המהווה גורם סיכון לאכילס וגידי פטלר 8,9,10. לפיכך, יש צורך בהערכה ואפיון טובים יותר של גידים, אשר מחקר זה יכול לספק כמודל חולדה של דורסיפלקסיה פסיבית בקרסול עבור שימוש יתר בגיד אכילס.

עבודה קודמת באמצעות מודלים של בעלי חיים קטנים נועדה לחקור את התפתחות וסמנים של טנדינופתיה. אלה כוללים פעילות גופנית על הליכון, הגעה חוזרת, העמסת גיד ישירה, זריקות collagenase, ניתוח, ומחקרי מבחנה 11,12,13,14,15,16. למרות שהספרות נהנתה מזיהוי סמני נזק משימוש במודלים אלה של טנדינופתיה, המגבלות כוללות העמסת הגיד בתנועות מפרקים שאינן רלוונטיות פיזיולוגית, כמו במקרה של העמסה ישירה של הגיד, אי מדידה ישירה של עומסים מופעלים, כגון במחקרי הליכון, ולא שימוש בשימוש יתר פיזיולוגי, כמו במקרה של זריקות קולגנאז, בין היתר. לשם כך, מחקר זה ביקש לפתח מערכת המפעילה עומסים מכומתים באופן לא פולשני על גיד אכילס עם יישום למחקרי טנדינופתיה הנגרמים על ידי שימוש יתר כדי למלא את הפערים במודלים של בעלי חיים קטנים שפותחו בעבר עבור טנדינופתיה. ביצענו מחקר פיילוט כדי להדגים שהמערכת גורמת לשינויים הניתנים לשחזור בתכונות מכניות על פני טווח של מחזורי טעינה. מערכת זו מאפשרת לתנועה ולהעמסה רלוונטיות מבחינה פיזיולוגית לגרום לשימוש יתר ובו זמנית לכמת ולמדוד את הכוחות המופעלים והנחווים על ידי הגיד במהלך משטר ההעמסה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

מחקר זה נערך בהתאם לאישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) במרכז הרפואי בית ישראל דיקונס. בעלי חיים הורדמו באמצעות 5% איזופלורן לזירוז ו-2.5% לתחזוקה, וננקטה זהירות כדי למנוע היפותרמיה.

1. הקמת מערך הבדיקות

  1. שלוט בסיבוב הקרסול הפסיבי על ידי מנוע צעד כדי להחיל סיבוב ומומנט עקביים. שלוט במנוע הצעד באמצעות מיקרו-בקר. השתמש בכניסות ממערכת המיקום והכיוון התלת-ממדית כדי לסמן את דרגות הסיבוב. השתמש ביציאות מחיישן המומנט כדי לספק בקרת משוב להגדלת זווית הדורסיפלקסיה אם לא מגיעים לגבול הסף.
  2. כדי להתחיל, חבר את המיקרו-בקר, חיישן המומנט, המיקום האלקטרומגנטי התלת-ממדי ומערכת הכיוון למחשב ולאספקת החשמל. שלוט במערכת שנבנתה בהתאמה אישית באמצעות קוד MATLAB שפותח בתוך החברה (איור 1). הורד את קובצי הקוד של MATLAB מ- GitHub ופעל בהתאם להוראות ספציפיות להפעלת הקוד מהוראות הדף של GitHub (https://github.com/Nazarian-Lab/PassiveAnkleDorsiflexionSystem).
  3. פתחו את MATLAB עם קובצי הקוד. פתח את תוכנת PDImfc כדי לחבר את מערכת המיקום והכיוון האלקטרומגנטית התלת-ממדית לתוכנית MATLAB. לחץ על התחבר | P& רציף | StartSockExport(). השאר את היישום פתוח ברקע.

2. Ex-vivo ופוסט-מורטם

  1. הרדימו שש חולדות ספראג-דולי בנות 13 שבועות באמצעות שאיפתCO2 ושיטה משנית של המתת חסד באמצעות תורקוטומיה. מנתחים את גיד אכילס הימני עם הצומת הקלקניוס והמיוטנדי בשלמותם. יש להקפיא בטמפרטורה של -20°C כדי לבצע בדיקות מכניות במועד מאוחר יותר. לאחר הפשרת הגיד, חתך עדין והכנה לבדיקה מכנית, יש לבצע העמסת מתיחה עד לקבלת חוזק המתיחה האולטימטיבי (UTS) של הגיד (העמסה מוקדמת ל-0.1N, התניה מוקדמת למשך 10 מחזורים מ-0.1 ל-1 N, רמפה לכשל בתזוזה קבועה של 0.1 מ"מ לשנייה). השתמש ב- 15% מה- UTS כקלט עבור המערכת לביצוע התניה מוקדמת לשלב מאוחר יותר, כמתואר בשלב 3.4.
  2. הרדימו קבוצה נוספת של חמישה בעלי חיים עם אותו הליך למדידות זרוע ומאמץ מומנטיות. בצע צילום רנטגן של רגל שמאל עם הקרסול ב 90° dorsiflexion ליד סרגל כהפניה. פתח את תמונת רנטגן בפיג'י, באמצעות הסרגל בתמונה כהפניה, מדוד את זרוע מומנט הגיד ממרכז הסיבוב של מפרק הקרסול לחלק האחורי של הקרסול כדי לשמש קלט בקוד MATLAB כדי להמיר את כוח הקלט עבור התניה מוקדמת המתוארת בשלב 2.1 לערך המומנט המתאים וכן המרה בין מומנט פלט וכוח לניתוח נתונים.
  3. לשתק את הגפה האחורית השמאלית על ידי הקשה על שני סדים כדי למקם את הברך בהארכה מלאה. דורסיפלקס קלות את הקרסול על ידי לחיצה על הבהונות כדי להבטיח שסיבוב הקרסול יתרחש עקב הגיד המבודד ולא מערב רקמות רכות מסביב ונמצא במתח. אם לא במתח או אם יש תנועה בברך, הדביקו מחדש את הסד.
  4. חשוף את הגיד על ידי הסרת העור סביב גיד אכילס. מניחים דבק על חרוז אלומיניום בקוטר 1/32 אינץ', מניחים אותו על הגיד החופשי הקרוב ביותר לצומת המיוטנדי של גיד אכילס, ומשתמשים במקלון צמר גפן עם מי מלח להסרת עודפי דבק. יש למרוח שוב ושוב מי מלח על גיד אכילס לאורך כל ההליך הנותר כדי להבטיח לחות של הרקמה.
  5. מדוד את שטח החתך של הגיד באמצעות קליפר דיגיטלי לפני הפעלת עומס כלשהו. נניח שהגיד הוא אליפסה ומודדים את הרוחב והעובי בטריפליקטים.
  6. הניחו את החולדה על משטח גוף מלא במצב נוטה. הדקו את הקרסול למפעיל המפרק באמצעות אזיקון סביב הקרסול ועוד אחד סביב אצבעות הרגליים, ואבטחו את פיצול הברך באמצעות שני אזיקונים. סובב את הסרן כך שהקרסול יהיה בפלנטרפלקסיה מלאה.
  7. חבר את העט הדיגיטלי של מערכת המיקום והכיוון האלקטרומגנטית התלת-ממדית למחשב והפעל את ספק הכוח.
  8. הפעל את קוד המערכת (המתואר בפירוט רב יותר בשלב 3) עבור מספר המחזורים שצוין (במחקר זה, שש חולדות שעברו המתת חסד קיבלו 7,200 מחזורים).
  9. במחזורים של 0, 500, 1,000, 2,000, 3,600 ו-7,200 למדידות זן ex vivo, יש להשהות את משטר ההעמסה המחזורי ולמדוד את אורך הגיד מהקלקניוס לחרוז האלומיניום במרווחים של 5° מ-0 עד 40° של דורסיפלקסיה (גבול ההפעלה עקב אילוצים פיזיים של המערכת) באמצעות עט דיגיטציה תלת-ממדי בטריפליקטים לסירוגין.
  10. חשב את המאמץ של הגיד בזוויות משתנות באמצעות האורכים המתקבלים משלב 2.9, כאשר האורך ההתחלתי הוא 0° dorsiflexion עבור כל מספר מחזור. בצע התאמה ליניארית כדי לקבל את הקשר בין זווית dorsiflexion ומאמץ בכל מספר מחזור. השתמש בקשר גומלין זה כדי להמיר נתוני זווית גולמיים למאמץ לצורך ניתוח נתונים.
  11. חשב את שטח חתך הגידים באמצעות קליפר דיגיטלי ב 40° dorsiflexion בהנחה של אי דחיסות (נפח קבוע) כאשר אורך הגיד מודד ב 0° ו 40° ואת שטח החתך הנמדד ב 0°. השתמש באזור חתך זה בכל מספר מחזורים כדי להמיר כוח ללחץ לצורך ניתוח נתונים (מתח = כוח / שטח חתך).

3. פרוטוקול העמסה מכני

  1. בחלק זה של המחקר השתמשנו ב-25 נקבות של חולדות בנות 11 שבועות מספראג-דוולי, כאשר כל אחת מהן חולקה באופן אקראי לקבלת 500, 1,000, 2,000, 3,600 או 7,200 מחזורים של העמסת עייפות.
    הערה: ההתניה המוקדמת, הכיול הראשוני והמדידה לפני ואחרי המדידה אורכים כ-15 דקות, ומשטר העמסת העייפות המחזורית אורך שנייה אחת בכל מחזור. לפיכך, הזמן הארוך ביותר שהחולדה נמצאת תחת הרדמה הוא כשעתיים, אשר בוצע תחת פרוטוקולים שאושרו על ידי IACUC.
  2. חבר את המיקרו-בקר, חיישן המומנט, המיקום האלקטרומגנטי התלת-ממדי ומערכת ההתמצאות למחשב ולספק הכוח. שלוט במערכת שנבנתה בהתאמה אישית באמצעות קוד MATLAB שפותח בתוך החברה (איור 1).
  3. הפעל את המחשב ופתח את MATLAB עם קבצי הקוד. פתח את תוכנת PDImfc כדי לחבר את מערכת המיקום והכיוון האלקטרומגנטית התלת-ממדית לתוכנית MATLAB. לחץ על התחבר | P& רציף | StartSockExport(). השאר את היישום פתוח ברקע.
  4. יש להשרות הרדמה עם איזופלורן 5% באמצעות שאיפה בתא אינדוקציה. לאחר הזירוז, אבטחו את בעל החיים על מצע גוף מלא עם גוף חימום על בסיס מים המחובר כדי לשמור על הטמפרטורה ולקיים הרדמה עם 2.5% איזופלורן באמצעות חיבור חרוט אף. השתמש משחה רטובה על העיניים כדי למנוע יובש במהלך ההרדמה.
  5. הניחו את החולדה על משטח גוף מלא במצב נוטה. הדקו את הקרסול למפעיל המפרק באמצעות אזיקון סביב הקרסול ועוד אחד סביב אצבעות הרגליים, ואבטחו את פיצול הברך באמצעות שני אזיקונים. סובב את הסרן כך שהקרסול יהיה בפלנטרפלקסיה מלאה.
    הערה: יש לוודא שהאזיקונים אינם גורמים להתכווצות או לנגעים, יש להקפיד על הידוק ובמידת הצורך להניח גזה בין האזיקון לעור לקבלת שכבת הגנה.
  6. לשלבים הבאים הכרוכים בהפעלת קוד המערכת, לחצו על 'הפעל ב- MATLAB' עבור כל מקטע בקוד המתאים לבדיקת הטעינה הספציפית.
  7. סובב את הקרסול 50 פעמים עד 15% מלחץ המתיחה האולטימטיבי בהתבסס על הערך של לחץ המתיחה האולטימטיבי של גיד אכילס ממשיכה, ex vivo לבדיקות כישלון כפי שנמדד על בסיס שלב 2.1.
  8. בצע כיול ראשוני של הגיד על ידי dorsiflexing אותו שלוש פעמים עד 12°. השתמש בשיפוע האזור הליניארי של אזור הטעינה של עקומת ההיסטרזיס כדי לחשב את האזור המעריכי של העקומה.
  9. בהדרגה dorsiflex הקרסול בזוויות עולות עד לקבלת האזור המעריכי של העקומה על ידי חישוב שיפוע שיא אזור ההעמסה של העקומה (מחושב באמצעות קוד MATLAB שפותח בתוך החברה) או עד שהוא מסובב ל 40°, המוקדם מביניהם.
  10. בזווית הסופית שהתקבלה, בצע חמש מדידות מכניות מחזוריות כבסיס טעינה מראש.
  11. בצע את משטר העמסת העייפות המחזורית עבור מספר מסוים של מחזורים (במחקר זה, עבור 500, 1,000, 2,000, 3,600 או 7,200 מחזורים).
  12. כל 50 מחזורים, חשב את שיפוע חלק ההעמסה של עקומת ההיסטרזיס (מחושב באמצעות קוד MATLAB שפותח בתוך החברה) כדי לוודא שהוא עדיין באזור המעריכי. הגדל את זווית הדורסיפלקסיה ב- 1° אלא אם כן היא כבר ב- 40° עד להשגת אזור מעריכי זה.
  13. לאחר השלמת משטר ההעמסה המחזורי, בצע חמש מדידות מכניות מחזוריות כמדידות לאחר העמסה בזווית שנבחרה בתחילה למדידת התכונות המכניות של הגידים.
  14. הסירו את האזיקונים ואת הסד. החזירו את בעל החיים לחדר ההתאוששות. החיה אינה נותרת ללא השגחה עד שהיא חוזרת להכרה מספקת, ולאחר מכן היא מוחזרת לכלוב שלה. עקוב אחר בעלי החיים מדי יום עבור כל סימנים קליניים שליליים ואם קיים, לנהל buprenorphine במינון של 1.2 מ"ג / ק"ג תת עורית אחת כל 72 שעות או לבצע המתת חסד מוקדמת. יש להרדים את בעלי החיים לאחר 7 ימים של פעילות בכלוב באמצעות שאיפתCO2 ואמצעי משני להמתת חסד באמצעות תורקוטומיה.
    הערה: יישום ההעמסה המחזורית והמדידות המכניות התקבלו באמצעות ג'יג בהתאמה אישית המורכב מחיישן מומנט, מפעיל מפרק קרסול מודפס בתלת-ממד ומיטת בעלי חיים, מערכת מיקום וכיוון אלקטרומגנטית תלת-ממדית, ומנוע צעד המסובב פיר כדי להשיג דורסיפלקסיה, כפי שדווח בעבר על ידי הקבוצה שלנו17. מערכת זו נשלטת על ידי סקריפט MATLAB המוזכר בשלב 1.2. חיישן המומנט ומערכת המיקום והכיוון לוכדים נתוני מומנט ומיקום לאורך פרוטוקול הטעינה של המערכת.

4. ניתוח נתונים

  1. טענו את הנתונים לפני ואחרי המדידה בנפרד לתוך MATLAB.
  2. המר את המומנט ללחץ בהתבסס על זרוע המומנט הנמדדת משלב 2.2 ושטח החתך שנמדד במספר העומסים שצוין שהופעל המתקבל משלב 2.11 באמצעות משוואות (1) ו- (2):
    Equation 1(1)
    Equation 2(2)
  3. המר את הזווית למאמץ בהתבסס על ההמרה שהתקבלה משלב 2.10.
  4. חשב את ממוצע ההיסטרזיס (השטח בין עקומות ההעמסה והפריקה), שיא הלחץ (ערך הלחץ המרבי של המחזור) ומודולי הטעינה והפריקה (התאמה ליניארית של 50% האחרונים של ההעמסה ו-60% הראשונים של עקומות הפריקה) עבור מחזורי המדידה לפני ואחרי המדידה.
  5. חשב את אחוז השינוי בתכונות המכניות משלב 4.4 בין מחזורי המדידה שלפני ואחרי המדידה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עם המספר ההולך וגדל של מחזורים מיושמים, חלה ירידה גדולה יותר בתכונות המכניות של גיד in vivo . הייתה ירידה נמוכה משמעותית בהיסטרזה ובמודולי ההעמסה והפריקה בקבוצת 500 המחזורים בהשוואה לקבוצות המחזור 3,600 ו-7,200 (p < 0.05) (תרשים 2). בעוד שחלה ירידה משמעותית בלחץ השיא למחזור מקבוצת 500 לקבוצת 3,600 מחזורים, לא הייתה ירידה משמעותית בין קבוצות 500 ל-7,200 מחזורים. חלה ירידה עקבית באחוזים בהיסטרזיס, מתח שיא ומודולים של העמסה ופריקה עבור 3,600 ו-7,200 קבוצות מחזור. תמונות מוכתמות של Hematoxylin ו-eosin ו-Masson של דגימות גידים אימתו רמות גבוהות יותר של נזק מיקרו-מבני עם מחזורים גבוהים יותר של dorsiflexion עם תאים מעוגלים יותר, hypercellularity, הפרעה בסיבים והתכווצות סיבים (איור 3). התוצאות במאמר זה מראות כי מחזורים גבוהים יותר של דורסיפלקסיה גורמים לרמות מוגברות של נזק לגיד אכילס.

Figure 1
איור 1: מערכת בדיקת דורסיפלקסיה פסיבית בקרסול. (A) ספק כוח, (B) מיקרו-בקר, (C) מנוע צעד, (D) חיישן מומנט, (E) חיישן מיקום וכיוון אלקטרומגנטי תלת-ממדי, (F) תושבת קרסול מודפסת בתלת-ממד, (G) מיטת בעלי חיים מודפסת בתלת-ממד, (H) מחזיק חרוט אף מודפס בתלת-ממד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: עקומות עומס מאמץ מחזוריות מייצגות. עקומות ההיסטרזיס במחזורים 0, 500, 1,000, 2,000, 3,600 ו-7,200. החץ מציין ירידה בלחץ השיא עם מספר גדל והולך של מחזורים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: תמונות מוכתמות היסטולוגית מייצגות של דגימות גידים. Hematoxylin ו-Eosin (משמאל) ו-Masson's Trichrome (מימין) צבעו תמונות של גידים עבור 500, 1,000, 2,000, 3,600 ו-7,200 קבוצות מחזוריות עבור מחקר זה שהראו כי הגדלת מספר המחזורים המופעלים גורמת לתאים מעוגלים יותר, תאיות יתר (כוכבים), הפרעה בסיבים והתכווצות סיבים (חיצים). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מחקר זה מציג שיטה להעמסה מחזורית של גיד אכילס של חולדה עם מערכת דורסיפלקסיה פסיבית של הקרסול עבור מודל in-vivo המושרה על ידי שימוש יתר בגידים. חשיבותה של המערכת טמונה ביכולתה לבודד את גיד אכילס, להפעיל עומסים הניתנים לכימות ללא גישה כירורגית לגיד ולמדוד תכונות של גיד in-vivo .

בשנת 2010, Fung et al. הציגו מודל עייפות גיד פטלרי של חולדה עם מערכת בדיקהמותאמת אישית 14. המחקר שלהם הציג שיטה להעמסה ישירה של גיד הפטלר על ידי חשיפת הגיד. בעוד ששיטה זו החילה גם עומסי עייפות הניתנים לכימות על הגיד, הפעלה ישירה של עומסים עשויה להכניס תגובת ריפוי פצעים דלקתית נוספת לחתך העור ולסגירה לאחר מכן. בשיטה שלנו, העומסים המיושמים באופן לא פולשני מבטיחים שכל תגובה ביולוגית נמדדת נובעת לחלוטין מפרוטוקול ההעמסה ולא מגורמים חיצוניים כלשהם.

מרכיב קריטי בפרוטוקול טעינה זה הוא לולאת בקרת המשוב. על ידי בדיקת שיפוע עקומת העומס ההיסטרזי והגדלת זווית הדורסיפלקסיה, במידת הצורך, המערכת מעייפת באופן רציף את גיד אכילס. קיבוע הברך הוא שלב קריטי מכיוון שהוא מבטיח שהדורסיפלקסיה רק תאמץ את הגיד במקום להזיז את הברך ורקמות רכות אחרות שמסביב. כדי לבדוק אם הקיבוע נעשה כראוי, הפעילו ידנית את הקרסול לאחר הקיבוע כדי לחוש לגיד נוקשה ועקבו אחר עקומות ההיסטרזיס שנוצרו לפני שלב ההעמסה המחזורית.

אחת המגבלות של מחקר זה היא שערכי הזן גדולים יחסית. עם זאת, הם דומים dorsiflexion פסיבי של גידי אכילס אנושיים יכול להיגרם על ידי התארכות של גיד אכילס ואת שריר gastrocnemius18. מגבלה נוספת היא שההמרות בין מומנט ללחץ מוגבלות לשטח חתך גיד ממוצע שנמדד ex vivo וזרוע מומנט סביב מפרק הקרסול, אשר עשויים להשתנות בין בעלי חיים.

הפתולוגיה והשלבים המוקדמים של טנדינופתיה כרונית טרם הובהרו. יחד עם גיל וגורמי סיכון אחרים, שימוש יתר הוא גורם תורם מרכזי להתפתחות של טנדינופתיה כרונית. ניתן לדמות פציעות שימוש יתר הניתנות לשחזור עם יישומים מרובים של עייפות, התקפי העמסה מחזוריים דרך המערכת שלנו. יתר על כן, האי-פולשניות של מערכת זו מאפשרת להעריך שינויים ביולוגיים ומבניים בנזק לגידים ובתגובות ריפוי לאורך תקופות ארוכות כדי להבין סמנים ביולוגיים קריטיים בגידים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר.

Acknowledgments

ברצוננו להודות על תמיכת המימון שלנו: קרן המחקר של ג'ו פאלון, קרן המחקר למתמחים ברפואת ספורט של ד"ר לואיס מיקס BIDMC, ומענק פנימי (AN), כולם מ- BIDMC Orthopaedics, יחד עם תמיכה מהמכונים הלאומיים לבריאות (2T32AR055885 (PMW)).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Maffulli, N., Longo, U. G., Kadakia, A., Spiezia, F. Achilles tendinopathy. Foot Ankle Surg. 26 (3), 240-249 (2020).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Jarvinen, T. A., et al. Achilles tendon injuries. Curr Opin Rheumatol. 13 (2), 150-155 (2001).
  7. Silbernagel, K. G., Hanlon, S., Sprague, A. Current clinical concepts: conservative management of Achilles tendinopathy. J Athl Train. 55 (5), 438-447 (2020).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Glazebrook, M. A., Wright, J. R. Jr, 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Fung, D., et al. Early response to tendon fatigue damage accumulation in a novel in vivo model. J Biomech. 43 (2), 274-279 (2010).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).

Tags

החודש ב-JoVE גיליון 205
מערכת בדיקת דורסיפלקסיה פסיבית בקרסול למודל <em>In Vivo</em> של טנדינופתיה הנגרמת על ידי שימוש יתר
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chainani, P. H., Williamson, P. M.,… More

Chainani, P. H., Williamson, P. M., Yeritsyan, D., Momenzadeh, K., Kheir, N., DeAngelis, J. P., Ramappa, A. J., Nazarian, A. A Passive Ankle Dorsiflexion Testing System for an In Vivo Model of Overuse-induced Tendinopathy. J. Vis. Exp. (205), e65803, doi:10.3791/65803 (2024).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter