Summary
यह प्रोटोकॉल एक परीक्षण प्रणाली प्रस्तुत करता है जिसका उपयोग अति प्रयोग-प्रेरित टेंडिनोपैथी के इन-विवो मॉडल के लिए चूहे अकिलीज़ कण्डरा में मात्रात्मक और नियंत्रित थकान चोटों को प्रेरित करने के लिए किया जाता है। प्रक्रिया में चूहे के टखने को एक संयुक्त एक्ट्यूएटर से सुरक्षित करना होता है जो कस्टम-लिखित MATLAB स्क्रिप्ट के साथ निष्क्रिय टखने के डॉर्सिफ्लेक्सियन का प्रदर्शन करता है।
Abstract
टेंडिनोपैथी एक पुरानी कण्डरा स्थिति है जिसके परिणामस्वरूप दर्द और कार्य की हानि होती है और यह कण्डरा के बार-बार अधिभार और सीमित वसूली समय के कारण होता है। यह प्रोटोकॉल एक परीक्षण प्रणाली का वर्णन करता है जो चक्रीय रूप से चूहे अकिलीज़ कण्डरा के लिए निष्क्रिय डॉर्सिफ्लेक्सियन के माध्यम से यांत्रिक भार लागू करता है। कस्टम-लिखित कोड में फीडबैक कंट्रोल-आधारित चक्रीय थकान लोडिंग रेजिमेंट के साथ लोडिंग प्रोटोकॉल के प्रभावों का आकलन करने के लिए पूर्व और बाद के चक्रीय लोडिंग माप शामिल हैं।
हमने इस अध्ययन के लिए 25 स्प्रैग-डॉली चूहों का इस्तेमाल किया, जिसमें प्रति समूह 5 चूहों को 500, 1,000, 2,000, 3,600, या थकान भार के 7,200 चक्र प्राप्त हुए। हिस्टैरिसीस, पीक स्ट्रेस और लोडिंग और अनलोडिंग मॉड्यूली के पूर्व और बाद के चक्रीय लोडिंग माप के बीच प्रतिशत अंतर की गणना की गई थी। परिणाम दर्शाते हैं कि सिस्टम लागू भार की संख्या के आधार पर अकिलीज़ कण्डरा को नुकसान की अलग-अलग डिग्री को प्रेरित कर सकता है। यह प्रणाली थकान-प्रेरित अति प्रयोग कण्डरा चोट के इन विवो मॉडल के लिए अकिलीज़ कण्डरा के लिए चक्रीय भार की मात्रात्मक और शारीरिक भिन्न डिग्री लागू करने के लिए एक अभिनव दृष्टिकोण प्रदान करती है।
Introduction
चूंकि टेंडन मांसपेशियों को हड्डी से जोड़ते हैं और अपने पूरे जीवनकाल में दैनिक दोहराव वाली गति का अनुभव करते हैं, वे अत्यधिक चोटों के लिए प्रवण होते हैं जो दर्दनाक और सीमित होते हैं और परिणामस्वरूप बिगड़ा हुआ यांत्रिक कार्य होता है, जो 30-50% आबादी को प्रभावित करता है1. टेंडिनोपैथी पुरानी स्थितियां हैं जिन्हें दोहराए जाने वाले थकान गतियों और पूर्व-चोट के स्तर के लिए अपर्याप्त उपचार के कारण अत्यधिक उपयोग की चोटें माना जाता है। ऊपरी और निचले दोनों छोर आमतौर पर प्रभावित होते हैं, जिनमें रोटेटर कफ, कोहनी, अकिलीज़ कण्डरा और पटेलर कण्डरा 2,3,4,5 शामिल हैं। दौड़ने और कूदने से जुड़ी गतिविधियों में अकिलीज़ टेंडिनोपैथी आम है, विशेष रूप से ट्रैक और फील्ड, मध्य और लंबी दूरी की दौड़, टेनिस और अन्य गेंद के खेल में शामिल एथलीट, 7-9% धावकों को प्रभावित करते हैं 6,7. दौड़ने और कूदने से लगने वाली चोटें भी सीमित टखने के डॉर्सिफ्लेक्सियन का कारण बन सकती हैं, जो अकिलीज़ और पेटेलर टेंडिनोपैथियों 8,9,10 के लिए एक जोखिम कारक है। इस प्रकार, टेंडिनोपैथी के बेहतर मूल्यांकन और लक्षण वर्णन की आवश्यकता है, जो यह अध्ययन अति प्रयोग अकिलीज़ कण्डरा चोटों के लिए निष्क्रिय टखने के डोरसिफ्लेक्सियन के चूहे के मॉडल के रूप में प्रदान कर सकता है।
छोटे पशु मॉडल का उपयोग करके पिछला काम टेंडिनोपैथी के विकास और मार्करों का अध्ययन करने के उद्देश्य से किया गया है। इनमें ट्रेडमिल व्यायाम, दोहराव पहुंच, प्रत्यक्ष कण्डरा लोडिंग, कोलेजनेज इंजेक्शन, सर्जरी और इन विट्रो अध्ययन 11,12,13,14,15,16 शामिल हैं। यद्यपि साहित्य को इन टेंडिनोपैथी मॉडल को नियोजित करने से क्षति मार्करों की पहचान से लाभ हुआ है, सीमाओं में गैर-शारीरिक रूप से प्रासंगिक संयुक्त गतियों में कण्डरा को लोड करना शामिल है, जैसा कि कण्डरा के प्रत्यक्ष लोडिंग के मामले में, सीधे लागू भार को मापने के लिए नहीं, जैसे ट्रेडमिल अध्ययन के लिए, और शारीरिक अति प्रयोग का उपयोग नहीं करना, जैसा कि कोलेजनेज इंजेक्शन के मामले में है, दूसरों के बीच में। उस अंत तक, इस अध्ययन का उद्देश्य एक ऐसी प्रणाली विकसित करना है जो टेंडिनोपैथी के लिए पहले से विकसित छोटे पशु मॉडल में अंतराल को भरने के लिए अति प्रयोग-प्रेरित टेंडिनोपैथी अध्ययन के लिए आवेदन के साथ एच्लीस कण्डरा को मात्रात्मक भार लागू करता है। हमने यह प्रदर्शित करने के लिए एक पायलट अध्ययन किया कि सिस्टम लोडिंग चक्रों की एक श्रृंखला पर यांत्रिक गुणों में प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिवर्तनों को प्रेरित करता है। यह प्रणाली शारीरिक रूप से प्रासंगिक गति और लोडिंग को अति प्रयोग को प्रेरित करने में सक्षम बनाती है, साथ ही लोडिंग आहार के दौरान कण्डरा द्वारा लागू और अनुभव किए गए बलों को मापती है और मापती है।
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
यह अध्ययन बेथ इज़राइल डेकोनेस मेडिकल सेंटर में संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति (आईएसीयूसी) अनुमोदन के अनुसार आयोजित किया गया था। जानवरों को प्रेरण के लिए 5% आइसोफ्लुरेन और रखरखाव के लिए 2.5% का उपयोग करके संवेदनाहारी किया गया था, और हाइपोथर्मिया से बचने के लिए देखभाल की गई थी।
1. परीक्षण प्रणाली की स्थापना
- लगातार रोटेशन और टोक़ लागू करने के लिए एक स्टेपर मोटर द्वारा निष्क्रिय टखने रोटेशन को नियंत्रित करें। एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ स्टेपर मोटर को नियंत्रित करें। रोटेशन की डिग्री को चिह्नित करने के लिए 3 डी स्थिति और अभिविन्यास प्रणाली से इनपुट का उपयोग करें। यदि थ्रेशोल्ड की सीमा तक नहीं पहुंचा है तो डोरसिफ्लेक्सियन के कोण को बढ़ाने के लिए फीडबैक नियंत्रण प्रदान करने के लिए टॉर्क सेंसर से आउटपुट का उपयोग करें।
- शुरू करने के लिए, माइक्रोकंट्रोलर, टॉर्क सेंसर, 3डी इलेक्ट्रोमैग्नेटिक पोजिशनिंग और ओरिएंटेशन सिस्टम को कंप्यूटर और बिजली की आपूर्ति से कनेक्ट करें। इन-हाउस विकसित MATLAB कोड (चित्रा 1) का उपयोग करके कस्टम-निर्मित सिस्टम को नियंत्रित करें। GitHub से MATLAB कोड फ़ाइलें डाउनलोड करें और GitHub पृष्ठ निर्देशों (https://github.com/Nazarian-Lab/PassiveAnkleDorsiflexionSystem) से कोड चलाने के लिए विशिष्ट निर्देशों का पालन करें।
- कोड फाइलों के साथ MATLAB खोलें। 3D इलेक्ट्रोमैग्नेटिक पोजिशनिंग और ओरिएंटेशन सिस्टम को MATLAB प्रोग्राम से जोड़ने के लिए PDImfc सॉफ्टवेयर खोलें। कनेक्ट पर क्लिक करें | सतत पी एंड ओ | StartSockExport() का उपयोग करें। एप्लिकेशन को पृष्ठभूमि में खुला रखें।
2. पूर्व विवो और पोस्टमार्टम
- सीओ2 साँस लेना और थोरैकोटॉमी के माध्यम से इच्छामृत्यु की एक माध्यमिक विधि के माध्यम से छह 13 सप्ताह पुराने स्प्रैग-डॉली चूहों को इच्छामृत्यु दें। सही Achilles कण्डरा को कैल्केनस और मायोटेंडिनस जंक्शन के साथ विच्छेदित करें। बाद में यांत्रिक परीक्षण करने के लिए -20 डिग्री सेल्सियस पर फ्रीज करें। कण्डरा के पिघलने के बाद, ठीक विच्छेदित और यांत्रिक परीक्षण के लिए तैयार किया जाता है, कण्डरा की अंतिम तन्यता ताकत (यूटीएस) प्राप्त करने में विफलता के लिए तन्यता लोडिंग करें (0.1 एन पर प्रीलोड, 0.1 से 10 चक्रों के लिए प्रीकंडीशनिंग) - 1 एन, रैंप 0.1 मिमी / एस के निरंतर विस्थापन पर विफलता के लिए)। यूटीएस के 15% का उपयोग सिस्टम के लिए इनपुट के रूप में बाद के चरण के लिए प्रीकंडीशनिंग करने के लिए करें, जैसा कि चरण 3.4 में वर्णित है।
- पल हाथ और तनाव माप के लिए एक ही प्रक्रिया के साथ पांच जानवरों के एक और समूह Euthanize. एक संदर्भ के रूप में एक शासक के बगल में 90 डिग्री dorsiflexion में टखने के साथ बाएं पैर का एक एक्स-रे प्रदर्शन. फिजी में एक्स-रे छवि खोलें, एक संदर्भ के रूप में छवि में शासक का उपयोग करके, टखने के जोड़ के रोटेशन के केंद्र से टखने के पीछे तक कण्डरा क्षण हाथ को मापें ताकि MATLAB कोड में इनपुट के रूप में उपयोग किया जा सके चरण 2.1 में वर्णित पूर्व शर्त के लिए इनपुट बल को इसी टोक़ मूल्य के साथ-साथ आउटपुट टोक़ और डेटा विश्लेषण के लिए बल के बीच रूपांतरण में परिवर्तित किया जा सके।
- घुटने को पूर्ण विस्तार में रखने के लिए दो स्प्लिंट्स को टैप करके बाएं हिंद को स्थिर करें। पैर की उंगलियों पर धक्का देकर टखने को हल्के से डॉर्सिफ्लेक्स करें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि टखने का रोटेशन आसपास के नरम ऊतकों को शामिल करने के बजाय पृथक कण्डरा के कारण होता है और तनाव में है। यदि तनाव में नहीं है या यदि घुटने में गति है, तो स्प्लिंट को फिर से दोहराएं।
- अकिलीज़ कण्डरा के आसपास की त्वचा को हटाकर कण्डरा को बेनकाब करें। 1/32-इंच एल्यूमीनियम मनका पर गोंद रखें, इसे एच्लीस कण्डरा के मायोटेंडिनस जंक्शन के निकटतम मुक्त कण्डरा पर रखें, और अतिरिक्त गोंद को हटाने के लिए खारा के साथ एक कपास झाड़ू का उपयोग करें। ऊतक की नमी सुनिश्चित करने के लिए शेष प्रक्रिया के दौरान अकिलीज़ कण्डरा पर बार-बार खारा लागू करें।
- किसी भी लोड को लागू करने से पहले एक डिजिटल कैलिपर का उपयोग करके कण्डरा के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को मापें। मान लें कि कण्डरा एक दीर्घवृत्त है और चौड़ाई और मोटाई को तीन प्रतियों में मापें।
- एक प्रवण स्थिति में पूर्ण शरीर मंच पर चूहे रखें. टखने के चारों ओर एक ज़िप टाई और पैर की उंगलियों के चारों ओर एक और के साथ संयुक्त एक्ट्यूएटर पर टखने को सुरक्षित करें, और दो ज़िप संबंधों के साथ घुटने के विभाजन को सुरक्षित करें। धुरी को घुमाएं ताकि टखने पूर्ण प्लांटारिफ्लेक्सन पर हो।
- 3 डी विद्युत चुम्बकीय स्थिति और अभिविन्यास प्रणाली के डिजिटाइज़िंग पेन को कंप्यूटर से कनेक्ट करें और बिजली की आपूर्ति चालू करें।
- निर्दिष्ट संख्या में चक्रों के लिए सिस्टम कोड (चरण 3 में और विस्तार से वर्णित) चलाएं (इस अध्ययन में, छह इच्छामृत्यु चूहों को 7,200 चक्र प्राप्त हुए)।
- पर 0, 500, 1,000, 2,000, 3,600, और 7,200 पूर्व विवो तनाव माप के लिए चक्रीय लोडिंग आहार को रोकें और कैल्केनस से एल्यूमीनियम मनका तक कण्डरा की लंबाई को मापें 5 डिग्री से 0 से 40 डिग्री डॉर्सिफ्लेक्सियन (सिस्टम की भौतिक बाधाओं के कारण सक्रियण की सीमा) वैकल्पिक फैशन में तीन प्रतियों में 3 डी डिजिटाइज़िंग पेन का उपयोग करना।
- चरण 2.9 से प्राप्त लंबाई का उपयोग करके अलग-अलग कोणों पर कण्डरा तनाव की गणना करें, जहां प्रारंभिक लंबाई प्रत्येक चक्र संख्या के लिए 0 ° पृष्ठीय पर है। प्रत्येक चक्र संख्या पर dorsiflexion कोण और तनाव के बीच संबंध प्राप्त करने के लिए एक रैखिक फिट प्रदर्शन. डेटा विश्लेषण के लिए कच्चे कोण डेटा को तनाव में बदलने के लिए इस संबंध का उपयोग करें।
- 40 डिग्री डॉर्सिफ्लेक्सियन पर एक डिजिटल कैलिपर का उपयोग करके कण्डरा क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र की गणना करें, 0 डिग्री और 40 डिग्री पर कण्डरा लंबाई माप के साथ असंपीड्यता (निरंतर मात्रा) मानते हुए और 0 डिग्री पर मापा गया क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र। डेटा विश्लेषण (तनाव = बल / क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र) के लिए बल को तनाव में बदलने के लिए चक्रों की प्रत्येक संख्या पर इस क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र का उपयोग करें।
3. मैकेनिकल लोडिंग प्रोटोकॉल
- अध्ययन के इस खंड के लिए, हमने 25 मादा स्प्रैग-डॉली 11-सप्ताह के चूहों का उपयोग किया, जिसमें 5 चूहों को 500, 1,000, 2,000, 3,600, या थकान लोडिंग के 7,200 चक्र प्राप्त करने के लिए यादृच्छिक रूप से आवंटित किया गया था।
नोट: पूर्व शर्त, प्रारंभिक अंशांकन, और पूर्व और बाद माप को चलाने के लिए लगभग 15 मिनट लगते हैं, और चक्रीय थकान लोडिंग आहार प्रति चक्र 1 सेकंड लेता है। इस प्रकार, सबसे लंबे समय तक चूहा संज्ञाहरण के तहत है 2 घंटे के आसपास है, जो IACUC द्वारा अनुमोदित प्रोटोकॉल के तहत किया गया था. - माइक्रोकंट्रोलर, टॉर्क सेंसर, 3डी इलेक्ट्रोमैग्नेटिक पोजिशनिंग और ओरिएंटेशन सिस्टम को कंप्यूटर और बिजली की आपूर्ति से कनेक्ट करें। इन-हाउस विकसित MATLAB कोड (चित्रा 1) का उपयोग करके कस्टम-निर्मित प्रणाली को नियंत्रित करें।
- कंप्यूटर चालू करें और कोड फ़ाइलों के साथ MATLAB खोलें। 3D इलेक्ट्रोमैग्नेटिक पोजिशनिंग और ओरिएंटेशन सिस्टम को MATLAB प्रोग्राम से जोड़ने के लिए PDImfc सॉफ्टवेयर खोलें। कनेक्ट पर क्लिक करें | सतत पी एंड ओ | StartSockExport() का उपयोग करें। एप्लिकेशन को पृष्ठभूमि में खुला रखें।
- एक प्रेरण कक्ष में साँस लेना के माध्यम से 5% isoflurane के साथ संज्ञाहरण प्रेरित करें. प्रेरण के बाद, तापमान बनाए रखने और नाक शंकु लगाव के माध्यम से 2.5% isoflurane के साथ संज्ञाहरण को बनाए रखने के लिए संलग्न एक पानी आधारित हीटिंग तत्व के साथ पूर्ण शरीर मंच पर पशु सुरक्षित. संज्ञाहरण के दौरान सूखापन को रोकने के लिए आंखों पर एक गीले मरहम का प्रयोग करें।
- एक प्रवण स्थिति में पूर्ण शरीर मंच पर चूहे रखें. टखने के चारों ओर एक ज़िप टाई और पैर की उंगलियों के चारों ओर एक और के साथ संयुक्त एक्ट्यूएटर पर टखने को सुरक्षित करें, और दो ज़िप संबंधों के साथ घुटने के विभाजन को सुरक्षित करें। धुरी को घुमाएं ताकि टखने पूर्ण प्लांटारिफ्लेक्सन पर हो।
नोट: सुनिश्चित करें कि ज़िप संबंध कसना या घावों का कारण नहीं बनते हैं, कसने में ध्यान रखें, और यदि आवश्यक हो, तो सुरक्षा की एक परत के लिए ज़िप टाई और त्वचा के बीच धुंध रखें। - सिस्टम के कोड को चलाने से जुड़े निम्नलिखित चरणों के लिए, विशिष्ट लोडिंग परीक्षण के अनुरूप कोड के प्रत्येक अनुभाग के लिए MATLAB पर रन पर क्लिक करें।
- चरण 2.1 के आधार पर मापा गया विफलता परीक्षणों के लिए पूर्व विवो पुल से अकिलीज़ कण्डरा के अंतिम तन्यता तनाव के मूल्य के आधार पर अंतिम तन्यता तनाव के 50 गुना से 15% तक टखने को साइकिल करें।
- कण्डरा को तीन बार 12° तक डॉर्सिफ्लेक्स करके कण्डरा का प्रारंभिक अंशांकन करें। वक्र के घातांकी क्षेत्र की गणना करने के लिए हिस्टैरिसीस वक्र के लोडिंग क्षेत्र के रैखिक क्षेत्र के ढलान का उपयोग करें।
- वृद्धिशील रूप से बढ़ते कोणों पर टखने को तब तक डॉर्सिफ्लेक्स करें जब तक कि वक्र के घातीय क्षेत्र को वक्र के लोडिंग क्षेत्र के शिखर के ढलान की गणना करके प्राप्त नहीं किया जाता है (इन-हाउस विकसित MATLAB कोड का उपयोग करके गणना की जाती है) या जब तक इसे 40 ° तक घुमाया नहीं जाता है, जो भी पहले होता है।
- अंतिम प्राप्त कोण पर, प्रीलोडिंग बेसलाइन के रूप में पांच चक्रीय यांत्रिक माप करें।
- चक्रों की एक निर्दिष्ट संख्या के लिए चक्रीय थकान लोडिंग आहार करें (इस अध्ययन में, 500, 1,000, 2,000, 3,600, या 7,200 चक्रों के लिए)।
- प्रत्येक 50 चक्र, हिस्टैरिसीस वक्र के लोडिंग हिस्से की ढलान की गणना करें (इन-हाउस विकसित MATLAB कोड के माध्यम से गणना की जाती है) यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह अभी भी घातीय क्षेत्र में है। डॉर्सिफ्लेक्सियन कोण को 1 ° तक बढ़ाएं जब तक कि यह पहले से ही 40 ° पर न हो जब तक कि यह घातीय क्षेत्र प्राप्त न हो जाए।
- चक्रीय लोडिंग आहार पूरा होने के बाद, कण्डरा यांत्रिक गुणों को मापने के लिए शुरू में चुने गए कोण पर पोस्ट लोडिंग माप के रूप में पांच चक्रीय यांत्रिक माप करें।
- ज़िप संबंधों और स्प्लिंट को हटा दें। वसूली कक्ष के लिए पशु लौटें. जानवर को तब तक अप्राप्य नहीं छोड़ा जाता है जब तक कि वह पर्याप्त चेतना प्राप्त नहीं कर लेता, जिसके बाद उसे उसके पिंजरे में वापस कर दिया जाता है। किसी भी प्रतिकूल नैदानिक संकेत के लिए दैनिक जानवरों की निगरानी करें और यदि मौजूद हैं, तो हर 72 घंटे में एक बार चमड़े के नीचे 1.2 मिलीग्राम / किग्रा की खुराक पर ब्यूप्रेनोर्फिन का प्रशासन करें या प्रारंभिक इच्छामृत्यु करें। सीओ2 साँस लेना और थोरैकोटॉमी के माध्यम से इच्छामृत्यु के एक माध्यमिक साधन के माध्यम से पिंजरे गतिविधि के 7 दिनों के बाद जानवरों को इच्छामृत्यु दें।
नोट: चक्रीय लोडिंग एप्लिकेशन और यांत्रिक माप एक कस्टम-निर्मित जिग के साथ प्राप्त किए गए थे जिसमें एक टोक़ सेंसर, 3 डी-मुद्रित टखने संयुक्त एक्ट्यूएटर और पशु बिस्तर, एक 3 डी विद्युत चुम्बकीय स्थिति और अभिविन्यास प्रणाली, और एक स्टेपर मोटर घूर्णन शामिल था एक शाफ्ट डॉर्सिफ्लेक्सियन प्राप्त करने के लिए, जैसा कि पहले हमारे समूह17 द्वारा रिपोर्ट किया गया था। इस प्रणाली को चरण 1.2 में उल्लिखित MATLAB स्क्रिप्ट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। टॉर्क सेंसर और स्थिति और अभिविन्यास प्रणाली सिस्टम के लोडिंग प्रोटोकॉल में टोक़ और स्थिति डेटा को कैप्चर करती है।
4. डेटा विश्लेषण
- पूर्व और बाद के माप डेटा को अलग-अलग MATLAB में लोड करें।
- चरण 2.2 से मापा क्षण भुजा के आधार पर टोक़ को तनाव में परिवर्तित करें और समीकरण (1) और (2) का उपयोग करके चरण 2.11 से प्राप्त भार की निर्दिष्ट संख्या पर मापा गया क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र:
(1)
(2) - चरण 2.10 से प्राप्त रूपांतरण के आधार पर कोण को तनाव में बदलें।
- पूर्व और बाद के माप चक्रों के लिए औसत हिस्टैरिसीस (लोडिंग और अनलोडिंग घटता के बीच का क्षेत्र), पीक तनाव (चक्र का अधिकतम तनाव मूल्य) और लोडिंग और अनलोडिंग मॉड्यूली (लोडिंग के अंतिम 50% का रैखिक फिट और अनलोडिंग घटता के पहले 60%) की गणना करें।
- पूर्व और बाद के माप चक्रों के बीच चरण 4.4 से यांत्रिक गुणों में प्रतिशत परिवर्तन की गणना करें।
(1)
(2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
लागू चक्रों की बढ़ती संख्या के साथ, विवो कण्डरा यांत्रिक गुणों में अधिक कमी आई थी। 3,600 और 7,200 चक्र समूहों (पी < 0.05) (चित्रा 2) की तुलना में 500-चक्र समूह के लिए हिस्टैरिसीस और लोडिंग और अनलोडिंग मॉड्यूली में काफी कम कमी आई थी। जबकि 500 चक्र से 3,600 चक्र समूह तक प्रति चक्र चरम तनाव में उल्लेखनीय कमी आई थी, 500 और 7,200 चक्र समूहों के बीच कोई महत्वपूर्ण कमी नहीं थी। 3,600 और 7,200 चक्र समूहों के लिए हिस्टैरिसीस, पीक स्ट्रेस और लोडिंग और अनलोडिंग मॉड्यूली में लगातार प्रतिशत कमी आई थी। हेमेटोक्सिलिन और ईोसिन- और मेसन के कण्डरा नमूनों की ट्राइक्रोम दाग वाली छवियों ने अधिक गोल कोशिकाओं, हाइपरसेल्युलरिटी, फाइबर व्यवधान, और फाइबर crimping(चित्रा 3)के साथ dorsiflexion के उच्च चक्रों के साथ माइक्रोस्ट्रक्चरल क्षति के उच्च स्तर को सत्यापित किया। इस पत्र के परिणाम यह प्रदर्शित करने के लिए दिखाए गए हैं कि डॉर्सिफ्लेक्सियन के उच्च चक्र अकिलीज़ कण्डरा को नुकसान के स्तर में वृद्धि का कारण बनते हैं।
चित्रा 1: निष्क्रिय टखने dorsiflexion परीक्षण प्रणाली. (ए) बिजली की आपूर्ति, (बी) माइक्रोकंट्रोलर, (सी) स्टेपर मोटर, (डी) टोक़ सेंसर, (ई) 3 डी विद्युत चुम्बकीय स्थिति और अभिविन्यास सेंसर, (एफ) 3 डी मुद्रित टखने माउंट, (जी) 3 डी मुद्रित पशु बिस्तर, (एच) 3 डी मुद्रित नाक शंकु धारक। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 2: प्रतिनिधि चक्रीय लोडिंग तनाव-तनाव घटता। हिस्टैरिसीस 0, 500, 1,000, 2,000, 3,600 और 7,200 चक्रों पर घटता है। तीर चक्रों की बढ़ती संख्या के साथ कम शिखर तनाव को इंगित करता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 3: कण्डरा नमूनों के प्रतिनिधि हिस्टोलॉजिकल रूप से दाग वाली छवियां। हेमेटोक्सिलिन और ईओसिन (बाएं) और मेसन के ट्राइक्रोम (दाएं) ने इस अध्ययन के लिए 500, 1,000, 2,000, 3,600 और 7,200 चक्र समूहों के लिए टेंडन की दाग वाली छवियों ने प्रदर्शित किया कि अधिक गोल कोशिकाओं, हाइपरसेल्युलरिटी (सितारों), फाइबर व्यवधान, और फाइबर क्रिम्पिंग (तीर) में लागू चक्रों की संख्या में वृद्धि। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
यह अध्ययन एक इन-विवो अति प्रयोग-प्रेरित टेंडिनोपैथी मॉडल के लिए एक निष्क्रिय टखने डोरसिफ्लेक्सियन सिस्टम के साथ चूहे अकिलीज़ कण्डरा को चक्रीय रूप से लोड करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है। सिस्टम का महत्व एच्लीस टेंडन को अलग करने की क्षमता में निहित है, शल्य चिकित्सा द्वारा कण्डरा तक पहुंचने के बिना मात्रात्मक भार लागू करें, और इन-विवो कण्डरा गुणों को मापें।
2010 में, फंग एट अल ने कस्टम-निर्मित परीक्षण प्रणाली14 के साथ एक चूहा पटेलर कण्डरा थकान मॉडल प्रस्तुत किया। उनके अध्ययन ने कण्डरा को उजागर करके सीधे पेटेलर कण्डरा को लोड करने की एक विधि प्रस्तुत की। हालांकि इस विधि ने कण्डरा पर मात्रात्मक थकान भार भी लागू किया, भार का प्रत्यक्ष अनुप्रयोग त्वचा चीरा और बाद में बंद होने के लिए एक अतिरिक्त भड़काऊ घाव भरने की प्रतिक्रिया पेश कर सकता है। हमारी विधि के साथ, noninvasively लागू भार सुनिश्चित करते हैं कि किसी भी मापा जैविक प्रतिक्रिया पूरी तरह से किसी भी बाहरी कारकों के बजाय लोडिंग प्रोटोकॉल के कारण है.
इस लोडिंग प्रोटोकॉल का एक महत्वपूर्ण घटक फीडबैक-कंट्रोल लूप है। हिस्टैरिसीस लोडिंग वक्र की ढलान की जांच करके और डॉर्सिफ्लेक्सियन कोण को बढ़ाकर, यदि आवश्यक हो, तो सिस्टम लगातार अकिलीज़ कण्डरा को थका देता है। घुटने की स्प्लिंटिंग एक महत्वपूर्ण कदम है क्योंकि यह सुनिश्चित करता है कि डॉर्सिफ्लेक्सियन घुटने और आसपास के अन्य नरम ऊतकों को हिलाने के बजाय केवल कण्डरा को तनाव देता है। यह जांचने के लिए कि क्या स्प्लिंटिंग सही तरीके से की गई है, एक कठोर कण्डरा के लिए महसूस करने के लिए स्प्लिंटिंग के बाद टखने को मैन्युअल रूप से सक्रिय करें और चक्रीय लोडिंग चरण से पहले उत्पादित हिस्टैरिसीस घटता की निगरानी करें।
इस अध्ययन की सीमाओं में से एक यह है कि तनाव मान अपेक्षाकृत बड़े हैं। हालांकि, वे मानव Achilles tendons के निष्क्रिय dorsiflexion के लिए तुलनीय हैं और Achilles कण्डरा और gastrocnemius मांसपेशी18 के बढ़ाव के कारण हो सकता है. एक और सीमा यह है कि टोक़ और तनाव के बीच रूपांतरण पूर्व विवो मापा औसत कण्डरा पार अनुभागीय क्षेत्र और टखने के जोड़ के आसपास पल हाथ तक सीमित है, जो जानवरों के बीच भिन्न हो सकता है.
क्रोनिक टेंडिनोपैथी के पैथोलॉजी और शुरुआती चरणों को अभी तक स्पष्ट नहीं किया गया है। उम्र और अन्य जोखिम कारकों के साथ, अति प्रयोग क्रोनिक टेंडिनोपैथी के विकास में एक प्रमुख योगदान कारक है। प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य अति प्रयोग चोटों हमारे सिस्टम के माध्यम से थकान चक्रीय लोडिंग मुकाबलों के कई अनुप्रयोगों के साथ अनुकरण किया जा सकता है। इसके अलावा, इस प्रणाली की गैर-प्रभावकारिता टेंडिनोपैथी में महत्वपूर्ण बायोमार्कर को समझने के लिए लंबी अवधि में कण्डरा क्षति और उपचार प्रतिक्रियाओं में जैविक और संरचनात्मक परिवर्तनों के आकलन की अनुमति देती है।
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
लेखकों के पास घोषित करने के लिए हितों का कोई टकराव नहीं है।
Acknowledgments
हम अपने फंडिंग सपोर्ट को स्वीकार करना चाहते हैं: जो फॉलन रिसर्च फंड, डॉ. लुइस मीक्स बीआईडीएमसी स्पोर्ट्स मेडिसिन ट्रेनी रिसर्च फंड, और एक इंट्राम्यूरल ग्रांट (एएन), सभी बीआईडीएमसी ऑर्थोपेडिक्स से, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ (2T32AR055885 (PMW)) के समर्थन के साथ।
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 |
References
- Kaux, J. F., Forthomme, B., Goff, C. L., Crielaard, J. M., Croisier, J. L.
- Maffulli, N., Longo, U. G., Kadakia, A., Spiezia, F.
- 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.
- 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. 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).
- 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).
