Orthopädische Traumata sind für 25 % aller Verletzungen verantwortlich, die jedes Jahr weltweit von fast 500 Millionen Menschen erlittenwerden 1,2,3. Orthopädische Traumata können mit komplexen Muskel-, Knochen-, Nerven- und Bindegewebsschäden einhergehen, die einen Krankenhausaufenthalt und eine Operation erforderlich machen, um eine angemessene Genesung zu gewährleisten 3,4. Akute und chronische Schmerzen nach einem orthopädischen Trauma können zu erheblichen physischen, psychischen und finanziellen Belastungen führen, die die Lebensqualität des Patienten beeinträchtigen 1,4. Darüber hinaus ist die orthopädische Chirurgie zur Stabilisierung und Fixierung von Frakturen auch mit starken akuten und chronischen postoperativen Schmerzen verbunden 5,6,7,8,9.
Die Mechanismen, die akuten und chronischen traumabedingten Schmerzen zugrunde liegen, müssen besser verstanden werden, um bessere Behandlungen zu entwickeln. Um dies zu erreichen, sind zuverlässige, reproduzierbare und klinisch relevante präklinische Modelle erforderlich. Da die meisten Tiermodelle für orthopädische Traumata keine gleichzeitige Verletzung mehrerer Gewebetypen (Knochen, Muskeln, Nerven) beinhalteten, waren sie nicht wirklich repräsentativ für komplexe orthopädische Traumata des Menschen, z. B. Traumata nach Stürzen, Autounfällen oder kriegsbedingten Verletzungen10,11. Aus diesem Grund haben wir das Tibiafraktur-Pin-Mausmodell entwickelt, um die wichtigsten Manifestationen solcher Verletzungen zu untersuchen, einschließlich Knochen- und Muskelgewebeschäden sowie akuter und chronischer Schmerzen11. Das Tibiafraktur-Pin-Modell besteht aus einer einseitigen offenen Tibiafraktur mit IMN-interner Fixation und gleichzeitiger TA-Muskelverletzung. Histologische Schnitte der TA zeigen eine Verletzung des Muskels, bei der sich bereits 2 Wochen nach der Verletzung eine dichte Fibrose mit einem damit verbundenen Verlust großer, reifer Muskelfasern entwickelt. Darüber hinaus ist der Frakturkallus 4 Wochen nach der Verletzung in der Mikrocomputertomographie (microCT) sichtbar und wird weiterhin umgebaut11.
Verschiedene reflexive und nichtreflexive Verhaltensassays können verwendet werden, um die sensorischen und affektiven Komponenten des Schmerzes im Tibiafraktur-Pin-Modell zu bewerten. Zum Beispiel kann man die Von-Frey-Filamente verwenden, um mechanische Überempfindlichkeit in diesem Modell zu demonstrieren. Tatsächlich entwickeln Mäuse nach einer Tibiafraktur-Pin-Operation eine lang anhaltende mechanische Überempfindlichkeit in der ipsilateralen Hinterpfote11. Ein weiteres besonders nützliches Verhaltensparadigma ist der Hot-Plate-Assay, der traditionell die Latenz bis zum Rückzug der Pfote zu einem thermischen Reiz misst. Obwohl dieser Assay seit Jahrzehnten verwendet wird12 und damit ein echter Goldstandard in der präklinischen Schmerzforschung ist, hat die Messung des reflexiven Verhaltens allein seine Grenzen13. Als Ergebnis haben wir ein modifiziertes Heizplattenparadigma entwickelt, das Elemente sowohl reflexiver als auch nichtreflexiver Reaktionen in der Einstellung eines thermischen Reizeserfassen kann 14.
Dieser modifizierte Heizplatten-Assay bestimmt die anfängliche Ansprechlatenz wie im ursprünglichen Heizplattentest und einen erweiterten Beobachtungszeitraum, um zusätzliches nozifensives Verhalten aufzuzeichnen. Durch die Kategorisierung dieser ausgedehnten Verhaltensweisen in verschiedene Kategorien (Zucken, Lecken, Bewachen, Springen) kann die nichtreflexive Reaktion auf den thermischen Reiz erfasst werden. Zucken ist das schnelle Entfernen der Pfote und/oder das Spreizen der Finger, aber das Glied wird schnell wieder auf die heiße Platte gelegt. Sowohl das Lecken als auch das Beißen der Hinter- und Vorderpfoten werden zu Analysezwecken als Lecken definiert. Guarding ist das fortgesetzte Anheben der Extremität über das Ende der afferenten nozizeptiven Information hinaus. Schließlich ist das Springen das Entfernen aller vier Gliedmaßen von der Heizplattenoberfläche. Diese Verhaltensweisen können einzeln analysiert und mit besonderer Sorgfalt gruppiert werden, um die anfängliche Reaktionslatenz zu notieren.