Met behulp van een knie-Arthrometer om te evalueren van weefsel-specifieke bijdragen aan knie flexie contractuur in de Rat

Samenvatting

Het doel van het protocol is voor het meten van de uitbreiding-bereik van de beweging van de knie van de rat. De effecten van verschillende ziekten waardoor de stijfheid van het kniegewricht en de effectiviteit van behandelingen kunnen worden gekwantificeerd.

Samenvatting

Normale knie scala van motion (ROM) is essentieel voor het welzijn en maakt het mogelijk om uit te voeren fundamentele activiteiten zoals wandelen, traplopen en zitten. Verloren ROM heet een gezamenlijke contractuur en resulteert in verhoogde morbiditeit. Als gevolg van de moeilijkheid van het achteruitrijlicht gevestigde knie contracturen, vroegtijdige opsporing is belangrijk, en daarom weten risicofactoren voor hun ontwikkeling is essentieel. De rat vertegenwoordigt een goed model waarmee het effect van een interventie kan worden bestudeerd vanwege de gelijkenis van de rat knie anatomie aan die van de mens, de rat kunnen tolereren van lange duur van immobilisatie van de knie in flexie, en omdat mechanische gegevens kunnen gecorreleerd met histologische en biochemische analyse van weefsel van de knie.

Met behulp van een geautomatiseerde arthrometer, we laten zien een gevalideerde, precies, reproduceerbaar, gebruiker-onafhankelijke methode voor het meten van de extensie ROM van de rat kniegewricht op specifieke koppels. Deze arthrometer kan worden gebruikt voor het bepalen van de effecten van interventies op knie gezamenlijke ROM in de rat.

Inleiding

Met volledige scala van motion (ROM) van de gewrichten is essentieel voor de gezondheid en welzijn¹. Een verlies in gezamenlijke passieve ROM heet een contractuur². Gezamenlijke contracturen kunnen voortvloeien uit talrijke voorwaarden, met inbegrip van langdurige bedrest, verlamming, gezamenlijke artroplastiek, brandwonden, infectie en neurologische omstandigheden^1,,^3,,^4,5. Een Contractuur van de knie kan worden uit te schakelen als het gezamenlijke degeneratie versnelt, het gevaar van valpartijen verhoogt en leefbaarheid iemands vermogen beïnvloedt voor het uitvoeren van functionele basistaken zoals lopen, zitten en klimmen trappen^{6, 7}.

Zodra vastgesteld, contracturen van de knie zijn moeilijk te behandelen, en dus om te bepalen welke patiënten op het hoogste risico voor het ontwikkelen van deze aandoening is essentieel voor de preventie en het vermijden van contractuur-geassocieerde morbiditeit⁸. Experimenten zijn ontwikkeld om 1) de voorwaarden veroorzaken of beïnvloeden knie gezamenlijke contracturen, 2) de ernst van contracturen, 3) hun temporele progressie, 4) de weefsels die betrokken zijn bij de contractuur, 5) hun omkeerbaarheid evenals 6) het nut van diverse preventieve en curatieve interventies op knie gezamenlijke ROM. Voor al deze experimenten is een geldige, objectieve, nauwkeurige en reproduceerbare methode voor het meten van de ROM van cruciaal belang. Andere bijkomende maatregelen (energie-uitgaven, histomorphometry, gen-expressie en eiwit inhoud) zijn nuttige markeringen te begrijpen de pathofysiologie van gezamenlijke contracturen, maar de mechanische beperking is wat de patiënt beperkt en leidt tot handicaps. Enkele van de uitdagingen op het gebied van onderzoek de heterogene methoden waarmee ROM knie kan worden getest experimenteel, evenals een gebrek aan kwantitatieve gegevens⁹bevat. Het gebruik van een verscheidenheid van verschillende experimentele methoden leidt tot resultaten die niet vergelijkbaar van het laboratorium naar het laboratorium zijn. Dit heeft geleid tot de controverse over de voorwaarden (zoals immobilisatie- of gewrichts-artroplastiek) die leiden gezamenlijke contracturen^{10 tot}. Daarom is een geautomatiseerde methode voor experimenteel meten gezamenlijke ROM na een ingreep nodig.

Hier beschrijven we een gebruiker-onafhankelijke, geldig, nauwkeurige en reproduceerbare protocol voor de evaluatie van de rat knie ROM met behulp van een custom-built arthrometer gekoppeld aan een digitale camera voor het juist meten van de knie ROM in extensie. We testten het effect van verschillende periodes van immobilisatie op knie ROM. Vervolgens beschrijven we de methoden voor het meten van ROM op vooraf opgegeven koppels op de resulterende digitale beelden met behulp van vaste bony monumenten. Globaal, deze methoden betrouwbaar meten van rat knie ROM en kwantitatieve gegevens verstrekken.

Protocol

De rat knie immobilisatie model gebruikt is goedgekeurd door de Universiteit van Ottawa Animal Care en veterinaire dienst en de lokale ethische commissie.

1. dierlijke voorbereiding

1. Aan het eind van de vooraf bepaalde immobilisatie-periode, de ratten te euthanaseren door administratie van kooldioxide.
   Opmerking: Hier wordt gebruikt een immobilisatie-model met een plaat en 2 schroeven (één ingevoegd in het proximale dijbeen en de andere in de distale tibia), die voorkomt van schending van een knie gezamenlijke structuren, en handhaaft een knie-gebogen positie van 135° zoals eerder beschreven⁶ . Over een periode van tijd levert dit een knie flexie contractuur¹¹.
2. Bedek het gebied zowel op en rond de oppervlakte die de arthrometer zal worden geplaatst op met absorberend, waterdichte bescherming pads. Draag handschoenen, laboratoriumjas en veiligheidsbril, terwijl het voltooiing van het experiment.
3. Met behulp van een scalpel, verdeel de skin om te bloot van de plaat en schroeven (Zie de opmerking na stap 1.1); de meer proximale schroef in het proximale dijbeen invoegen en invoegen van de meer distale schroef in de distale tibia. Palperen om te zoeken van de schroeven. Zodra de schroefkoppen toegankelijk zijn, verwijder de schroef met een schroevendraaier.
   Opmerking: Tijdens de periode van immobilisatie, de koppen van de schroeven worden overbrugd door zacht weefsel. Als dit gebeurt, kunt de scalpel zachtjes het weefsel te verwijderen en de schroefkoppen ontdekken.
4. Zodra de schroeven zijn verwijderd, de plaat handmatig verwijderen of het gebruik van pincet uit een dissectie-kit.
5. Met behulp van schaar en pincet, deglove de onderste extremiteit Schakel huid van onderliggende fascia.

2. dier positionering op de Motor aangedreven Arthrometer

Opmerking: Alle tests moet worden uitgevoerd bij kamertemperatuur. Hier wordt de arthrometer aangedreven door een standaard North American 120 V-ingang. De output van de adapter is 12 V en 500 mA.

1. Positie van het dier worden getest op zijn kant met de experimentele been (het been te beproeven) naar boven (Figuur 2).
   1. Beveilig het dijbeen in de gegroefde metalen klem die is geïntegreerd in de fase van de montage van de arthrometer. Punch gaten door middel van de spier met behulp van een precisie-schroevendraaier de klem aan de grotere trochanter distale plaatsen en beveiligen van het dijbeen. Het aanpassen van de laterale femur condyle boven het midden van de rotatie van de arthrometer (Figuur 1, 2).
   2. Standpunt de movable arm met twee rechtop berichten achter de poot, alleen superieur is aan het hielbeen, de knie in extensie passieve duwen zodra de elektromotor wordt geactiveerd.
   3. Draai de dijbeen-klem op het basis een hexadecimale sleutel gebruiken totdat het is beveiligd.
2. Zorgen voor de camera correct is gemonteerd op de arthrometer met behulp van een schroevendraaier en Manual Focusbrandt. De camera richten op het femur condyle.
3. Selecteer de instelling die richting op de arthrometer (met de klok mee of tegen de klok in) afhankelijk van de richting van de knie ROM wordt getest en de positie van de rat.
4. De arthrometer motor door het gelijktijdig indrukken van de macht en Start knop activeren
   Opmerking: De noodzaak van het duwen van de macht en start-knop tegelijk is een veiligheidsfunctie van het apparaat, dat ongewenste activering voorkomt.
   1. Vaststellen dat de arthrometer motor zal op een snelheid van 6,6 RPM bewegen en dan voor 2.1 stoppen s bij het bereiken van het eerste vooraf ingestelde koppel.
   2. Opmerking: dat wanneer het eerste koppel is bereikt, de corresponderende LED zal oplichten en de digitale camera zal neem een foto van de knie automatisch.
      Opmerking: Zodra de foto is genomen, de arthrometer zal doorgaan naar de volgende, hogere vooraf ingestelde koppel. Nadat de vier koppels hebben toegepast, stopt de arthrometer. Zodra de rat is geplaatst op de arthrometer en testen wordt gestart, is de totale tijd voor het testen van één knie ongeveer 18.8 s. tijden kunnen enigszins variëren afhankelijk van de conditie van de gezamenlijke contractuur. De opnamen worden gebruikt voor het meten van de extensie op elk koppel.

3. het vastleggen van de hoek van de extensie van de knie met behulp van de door de Motor aangedreven Arthrometer

Opmerking: Zodra de motor is gestopt bij elke toegepaste koppel, een digitale camera wordt geactiveerd om een foto te nemen. De camera is gepositioneerd op het frame zodat er direct boven het kniegewricht wordt getest en gericht op het femur condyle.

1. Doorgaan met testen met de dezelfde knie van hetzelfde dier, maar in een andere situatie, bijvoorbeeld na een myotomy van de achterste transarticular spieren wordt uitgevoerd om te isoleren van de arthrogenic (niet-musculaire) onderdeel van een contractuur, of met een knie uit een ander dier.
   1. Bij het voltooien van de myotomy, ontleden de spier proximale genoeg om het kniegewricht om ervoor te zorgen dat de capsule niet wordt gesneden.
      Opmerking: Het is het makkelijkst te voltooien de myotomy wanneer de poot in uitbreiding is, na toepassing van koppel 4 (17.53 N-cm) instellen. Herhaal vervolgens stap 2.1 via 3.1.
2. Zodra beide benen zijn getest in alle omstandigheden (bijvoorbeeld voor en na myotomy), beschikken over de dierlijke karkassen en alle biohazardous materialen volgens institutionele protocol en de arthrometer schoon.

4. knie ROM meting analyse

1. Analyseren met behulp van ImageJ ROM.
   Opmerking: Hier versie 1.45s werd gebruikt.
2. Open het bestand met de digitale foto genomen door de camera gemonteerd op de arthrometer van de rat.
   Opmerking: De persoon die de analyse uitvoert moet worden verblind tot de experimentele groep van het dier (bijvoorbeeld geïmmobiliseerd versus controle).
3. Selecteer het gereedschap van de hoek in de hoofdwerkbalk en traceren van de hoek van de femorotibial door een streep femorale uit het midden van de klem van het dijbeen naar de laterale condyle (afgestemd op de femur diaphysis, Figuur 2), en de tibiale lijn van de laterale femur condyle aan de laterale malleolus; (Figuur 2).
   Opmerking: Het femoro-tibiale hoek komt overeen met de maximale hoek van knie-extensie in elke vooraf ingestelde koppel bereikt.
4. Het meetinstrument te gebruiken door te klikken op analyseren | Maatregel te tonen van de berekende hoek geproduceerd door de hierboven geschetste 2 lijnen. Gebruik de Conventie van 0° betekent volledig uittrekbaar.

Resultaten

De hoeveelheid knie extensie bepaald voor verschillende periodes van immobiliteit worden samengevat voor de verhoging van de totale duur van immobiliteit en Toon dat meer ernstige contracturen werden geproduceerd na toenemende lengtes van immobilisatie. Representatieve resultaten met behulp van ImageJ zijn afgebeeld in Figuur 3.

De mogelijkheid om de maximale uitbreiding van rat knieën in een geldig...

Discussie

De rat knie arthrometer werd ontwikkeld om de maximale uitbreiding van de rat knie na een interventie wordt bepaald door reproducibly en betrouwbaar. Voordelen van dit apparaat zijn de consistente generatie koppel over het kniegewricht met een constante arm lengte en extensie kracht. Een ander voordeel biedt de mogelijkheid om het koppel op een niveau waarmee herhaalde testen op het hetzelfde gewricht te evalueren van de invloed van verschillende articulaire structuren op knie ROM, zoals spieren, capsule of gewrichtsband...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Arthrometer	The Ottawa Hospital Rehabilitation Centre - Rehabilitation Engineering	N/A
Camera	Canon	EOS-500D	Bekend als EOS Rebel T1i
ImageJ	National Institutes of Health	Versie 1.45s
Absotbent Onderleggers	VWR	820202-845
Dissectiekit	Fisher	08-855	Kit bevat:  Pincetten: middelpunt, vernikkeld   Schaartjes: 1,5 inch (40 mm) bladen, roestvrij staal   Dissectiemes handvat: vernikkeld   Mesbladen: roestvrij staal, pak van 3   Pipet: glas   Gebogen dissectienet: roestvrij staal met plastic handvat   Recht dissectienet: roestvrij staal met plastic handvat Vinylite liniaal 6 inch (15 cm)
Precisieschroevendraaier	Mastercraft	057-3505-8
Scalpelmesjes - #10	Fine Science Tools	10010-00
Schroevendraaier	Stanley	057-3558-2
Zeskantsleutels	Mastercraft	058-9684-2
Universele AC naar DC poederadapter	RCA	108004951