Summary
プロトコルの目的は、拡張子ラット膝関節の可動域を測定することです。膝継手の剛性との治療効果を高めるさまざまな病気の影響を定量化することができます。
Abstract
膝関節運動 (ROM) の範囲の幸福に重要です、歩く、階段を上る、座っているなどの基本的なアクティビティを実行することができます。失われた ROM を示し増加罹患率、関節拘縮と呼びます。逆転の確立された膝の難しさのため拘縮、早期発見が重要であり、したがって、彼らの開発のリスク要因を知ることが不可欠です。ラットをヒト、ラットの膝屈曲、固定の長い期間を容認する能力のラット膝の解剖学の類似性による介入の効果を学ぶことができる良いモデルを表す力学的データをすることができますので、膝の組織の組織学的および生化学的解析と相関した.
自動 arthrometer を用いて、検証、正確、再現性の高い、ユーザーに依存しない特定のトルクでラット膝関節の拡張 ROM の測定法を示す.この arthrometer は、膝の上の介入の効果を決定する使用ことができますラット関節可。
Introduction
関節の運動 (ROM) の全範囲を持っていることは、健康と幸福1にとって重要です。関節の他動的 ROM の損失は、拘縮2と呼ばれます。関節拘縮は長期 bedrest、麻痺、人工関節置換術、火傷、感染症、神経疾患1,3,4,5など多数の条件から生じる可能性があります。関節の変形を加速する、転倒のリスクが増大し、悪影響歩き、座って、そして登山階段6,を含む基本的な機能上のタスクを実行する人の能力に影響を与える膝の拘縮を無効にすることができます。7。
いったん確立すれば、膝の拘縮治療困難な予防や拘縮に関連する罹患率8の回避が不可欠ですしたがって患者さんは、この条件を開発する高いリスクを決定します。1) 原因や膝関節拘縮、2) 拘縮の重症度、3) その時間の進行、4) 6) の有用性と同様、拘縮、5) その可逆性に関与する組織に影響を及ぼすの条件を評価する実験、設計されています膝の上の様々 な予防と治療介入のロマを共同します。これらの実験のすべての有効な客観的、正確かつ再現可能な ROM の測定法は重要です。その他の補助的な対策 (エネルギー消費量、強度、遺伝子発現とタンパク含量) は関節拘縮の病態生理を理解する有用なマーカーですが、機械的な制限は何が患者を制限し、障害に 。研究のこの分野の課題のいくつかは、膝 ROM がテストする実験的、定量的データ9の欠如だけでなく、異種の方法が含まれています。さまざまな実験方法の使用は、研究室から研究室が比較できない結果につながります。これは、関節拘縮10を引き起こす (関節の固定や関節形成術) などの諸条件に関する論争につながっています。したがって実験的介入、次合同 ROM の測定の自動化された方法が必要です。
ここでは、ラット膝関節膝の ROM 拡張を正確に測定するデジタル カメラにリンクされている特注 arthrometer を使用して ROM を評価するためのユーザーに依存しない、有効な正確かつ再現可能なプロトコルについて述べる。我々 はローマの膝の上への固定化の様々 な期間の効果をテスト我々 は、固定骨ランドマークを使用して結果のデジタル画像をあらかじめ指定されたトルクで ROM の測定方法を説明します。全体的にみて、これらのメソッドは確実にラット膝関節 ROM を測定し、定量的なデータを提供します。
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Protocol
使用されるラット膝関節固定化モデルは、大学オタワ動物の世話、獣医サービスとローカル倫理委員会によって承認されています。
1. 動物の準備
- あらかじめ決められた固定期間の終わりに、二酸化炭素の投与によるラットを安楽死させます。
注意: ここでを使用して固定モデル板と、膝の違反を回避 2 ネジ (大腿骨近位部と遠位脛骨の他に挿入された 1 つ) の節理構造と、膝屈曲の位置を保持前述 135 ° の6.時間にわたって、膝屈曲拘縮11が生成されます。 - 吸水性、防水保護パッドに置かれる、arthrometer 表面の前後の両方の領域をカバーします。手袋、白衣、実験を完了している間の眼の保護具を着用します。
- メスを使用して、プレートを公開する皮膚を分割し、ネジ (1.1 のステップの後ろにあるメモを参照)。大腿骨近位部のより近位スクリューし脛骨遠位端のより遠位のスクリューを挿入します。ネジを見つけることを触診します。ネジの頭があります、一度は、ドライバーを使用してネジを外します。
注: 固定の期間中にネジの頭は軟部組織の対象になる場合があります。このような場合は、優しく組織を削除し、ネジの頭を明らかにメスを使用します。 - ねじを取り外したら、プレートを手動で削除または解剖キットから鉗子を使用します。
- はさみやピンセットを使用して、基になる筋膜から皮膚を削除する下肢を deglove します。
2. 動物モーター駆動 Arthrometer の位置決め
注: すべてのテストは、室温で実行する必要があります。ここで、arthrometer は、標準的な北アメリカの 120 V 入力によって駆動されます。アダプター出力は 12 V、500 mA。
- 実験的脚 (テストする脚) との側でテストされる動物の位置 (図 2) を上向きします。
- Arthrometer の実装段階に統合されている溝の金属クランプで大腿骨を固定します。精密ドライバーを使用して大転子に遠位クランプを置き、大腿骨を固定する筋肉に穴をパンチします。Arthrometer (図 1、 2) の回転の中心に、大腿骨外側顆を調整します。
- 可動腕脚、受動的な拡張に膝をプッシュする、踵にだけ優れての後ろに 2 つの直立した記事で一度電気モーターの位置をアクティブにするとします。
- その基部が固定されるまで、16 進数のキーを使用して大腿骨クランプを締めます。
- カメラ ドライバーを使用して arthrometer に正しくマウントされていることをマニュアル フォーカスにことを確認します。大腿骨の顆部にピントします。
- テストされている ROM 膝の方向とラットの位置によって arthrometer (時計回りまたは反時計回り) の方向の設定を選択します。
- 電源とスタートボタンを押すと同時に arthrometer モーターをアクティブにします。
注: 電源とスタート ボタンを同時に押すことの必要性は、偶発的な活性化を防ぐことができますデバイスの安全機能です。- 観察 arthrometer モーターを 6.6 RPM の速度で移動し、2.1 のため停止して最初の事前に設定トルク到達時に s。
- 注: 最初のトルクに達すると、対応する LED が点灯します、デジタル カメラは自動的に膝の画像になります。
注: 写真を撮影すると、一度、arthrometer、引き続き次より高いプリセット トルク。4 つのトルクを適用した後、arthrometer は停止します。ラットは、arthrometer に配置されている、テストが開始されると、1 つの膝のテストの合計時間が約 18.8 一回関節拘縮の状態によって多少異なります。撮影した画像は、各トルクで延長の測定に使用されます。
3 モーター駆動 Arthrometer を用いた膝伸展の角度を取り込む
注: 各負荷トルクのモーターが停止、一度写真を撮るデジタル カメラがトリガーされます。テストされていると大腿骨の顆部に焦点を当てて膝継手の真上でそのフレームのカメラの位置します。
- 同じ動物からは、さまざまな状況は、例えば、拘縮の不動 (非筋肉) コンポーネントを分離へ後部弓間筋肉の筋切離術を実行したら同じ膝や膝からのテストを続行します。他の動物。
- 括約筋切開を完了したときは、カプセルを切らないように膝関節に十分な近位の筋を解剖します。
注意: 拡張子、トルク設定 4 (17.53 N ・ cm) のアプリケーションを次の足が括約筋切開を完了する最も簡単なです。手順 2.1 3.1 を通じてを繰り返します。
- 括約筋切開を完了したときは、カプセルを切らないように膝関節に十分な近位の筋を解剖します。
- 一度両方の足は、すべての条件でテストされている (などの前後に括約筋切開)、動物の死骸、次の機関のプロトコルすべての汚染物質の処分および、arthrometer をクリーンアップします。
4. 膝の ROM 測定分析
- ImageJ を使用して ROM を分析します。
注: ここでバージョン 1.45 s を使用されました。 - ラット arthrometer に搭載するカメラで撮影したデジタル画像を含むファイルを開きます。
注: 動物 (例えば制御対固定化) の実験グループに分析を実行する人を盲目にする必要があります。 - メイン ツールバーから角度ツールを選択し、(大腿骨骨幹、図 2と一致)、外側顆、外側から脛骨線大腿骨クランプの中央から大腿のラインを描画することによって大腿脛骨角をトレース(図 2) の外側のくるぶしに大腿骨の顆部。
注: 大腿脛骨角は、各プリセット トルクに達した膝伸展最大角度に対応します。 - 測定ツールを使用して、分析をクリックして |メジャー上記 2 線によって生成される計算された角度を表示します。完全な拡張子を意味する 0 ° の規則を使用します。
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Representative Results
膝伸展の不動のさまざまな期間の特定の量不動の期間を増加させるためまとめます、次の固定化の増加の長さより重度の拘縮が生成されたことを示します。ImageJ を用いた代表的な結果は、図 3のとおりです。
データのバイアスを減らす有効な正確な再現性の高い、ユーザーに依存しない方法でラットの膝の最大延長を測定する機能。例で提供、次の 7 ラットに 16 週間固定最大膝関節伸展を評価した非固定化対側肢に固定化 (実験的) 肢の比較。次に 1 匹のラットから交互に固定の選択肢 (例えばラット 1 いた右膝の固定化、ラット 2 左)。調査官、角度の測定は、測定中に固定された側を盲目だった。結果は、図 3に掲載されています。固定膝の延長の最大の能力は、対側と比較して減った。弓間筋肉部は屈曲拘縮の筋原性コンポーネントを排除します。括約筋切開の後、実験および対側膝伸展機能の増加;しかし、実験の膝は、屈曲拘縮 (図 3) を実証する続けた。
図 1:ラット膝関節 arthrometer。(A) 全体装置 (B) arthrometer (C) 電子ディスプレイと arthrometer のクランプ内にある動物の代表的なイメージ。(D) 電子ディスプレイの拡大画像。数字は様々 なトルクを適用する: 1 = 2.53 をトルク トルク 2 = 7.53 cm、トルク 3 = 12.53 N N cm トルク 4 = 17.53 N N cm-cm。 (E) クランプ大腿骨と脛骨の推進装置の拡大画像。大腿骨のクランプは、ステージに固定されています。脛骨動くアームが 2 直立投稿下肢遠位部を修正し、拡張膝に移動します。矢印、シェブロンは、大腿骨のクランプと可動アームをそれぞれ示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2:Arthrometer と評価のための実験的ラット。(A) 膝外側のくるぶしと外側顆から大腿骨のクランプ部と大腿直線と大腿骨外側顆から脛骨直線を用いて後部肢の延長。矢印、シェブロンは、大腿骨のクランプと可動アームをそれぞれ示します。(B) 大腿骨外側顆と外側くるぶしの (C) 高倍率の高倍率画像。
図 3: 次の 16 週間固定モーションの固定化および対側のラット膝範囲。すべて関節構造そのままで膝伸展をテストした後、両方の膝のため (n = 7)、ロマ データの不動の制限が完全な拡張から、平均度の表示を決定する実行されたトランス関節筋の筋切離術 (を使用して、コンベンション 0 ° = 完全な拡張子) と誤差範囲の標準偏差を表します。* 独立したサンプルの T 検定を用いてp < 0.01 を表します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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Discussion
ラット膝関節 arthrometer は、再現性をもって、確実に次の介入ラット膝関節の最大の拡張子を確認する開発されました。このデバイスの利点には、一定の腕の長さと内線の力で膝関節の間でトルクの一貫した世代が含まれて。別の利点には、繰り返し同じ関節膝関節 ROM、カプセル、筋肉や靭帯などのさまざまな関節構造の影響を評価する上でのテストができるレベルで、トルクを設定する機能が含まれています。たとえば、次の完全にそのままの関節、筋肉を分けることができる後部弓間膝・拡張子制限11不動の貢献を決定するために繰り返しテスト arthrometer テストします。
測定精度と精度を最適化する、arthrometer の特定の機械的な機能には、(図 1) をテスト中に大腿骨の回転を防ぐために設計された溝付きのクランプが含まれます。遠位 2 つの金属の支柱の記事従事脚後方に時計回りの方向に拡張に膝を押すと (図 1) をテスト中に大腿骨の脛骨の後方脱臼のリスクを最小限に抑えます。記事とアッパーの直立したリンクの前方突出部分の高さは、脛骨が記事を入れないことを確認します。回転し、踵骨にちょうど近位脛骨の彼らの位置を維持する直立したポストの能力は、一定トルクを保証します。4 トルクは、シーケンスでテスト: 7.53 N ・ cm、N cm 2.53 12.53 N ・ cm と 17.53 N cm。最高のトルクのレベルは、すべて弓間筋部後通常 (unoperated) ラットの膝関節 (すなわち、 0 ° を越える拡張) の莢膜障害を引き起こした力の量のことに決定されました。最低トルクは、正常ラット膝関節の測定可能な量の真上の角運動への抵抗のポイントだった。中間の 2 つのトルクは、最高と最低のトルクの約中間に設定されました。
特定のトルクで合同 ROM の測定その他の方法は、両方のラットの記載されているし、他の動物モデル12,13,14,,1516。これら他のシステムを介して我々 のモデルの利点のいくつかは特別な設備を必要とせずデバイスのベンチトップ配置を可能にする便利なサイズがあります。他のモデルはまた、ここで紹介するモデルは研究されている肢の離断を必要があります。機械的に、ポストのアークの経路は力アプリケーションの一貫性のある角度を保ちながら、膝の角度の進行に続く下腿遠位部に引張力を適用します。Arthrometer のステージは、すべてその場で関節の構造関節解剖学を違反することがなく失われた ROM に貢献するかもしれないテスト、測定ツールの全体のラットを配置できます。一方、実験室の倫理プロトコルは、生きている動物のテストを除く、適切な鎮痛薬で可能であり、事後テスト プロトコルを犠牲にすることが理論的にこれでしょう。
Arthrometer はいくつかの欠点が存在します。デバイスは、成体ラット膝可動腕脚をオフにスリップしないと脚が腕から離れてスリップしないように長さであることを保証する大きさだった。若いラットは、またはより小さくより大きい種コンポーネントの適切なサイズの恩恵。さらに、最適なリプログラミング モーメント アームと力 (トルク) が必要になります。たとえばより大きいまたは小さい動物を使用した場合、モーメント アームや最適なトルクに到達するために適用されるフォースの量の長さの調整は必要かもしれません。Arthrometer の他の部分は動物のサイズによると、サイズを変更する必要もあります。Arthrometer の動作はユーザーに依存しない、ImageJ を用いた関節の測定がヒューマン エラーをされる可能性があります。あるただし、ここに提示されたメソッドを使用すると、ある高再現と評価者間信頼性内相 0.987 0.903、相関係数とそれぞれ。最高のトルクはしばしばテスト中に関節の構造を損傷、ので動物の配置と、arthrometer の活性化のための有効な評価者間信頼性を決定することは困難です。1 つ以上の捜査官がプロトコルのこの部分を実行することに関連があります測定誤差を避けるためには、任意のバイアスが間で一貫して研究の間、arthrometer をラットを確保同じ捜査官を持っていることをお勧めします。実験し、膝を制御します。ハムストリングスは、膝と股関節を横断、ため骨盤の捻、トルク 1 と括約筋切開の前に 2 でのテスト中に発生します。これは、実験の両方の膝伸展およびこれらのトルク制御膝の増加に貢献するかもしれない。最後に、結果は、プロトコルは生きている動物ではなく euthanized をテストするため開発された、真生体内でROM から異なる場合があります。
我々 は、不動のラット膝関節に及ぼす影響を評価するための装置の使用説明、関節の ROM に影響を与えるその他の条件も検討する可能性が。外傷、中枢神経の侮辱、または神経筋疾患に関する遺伝的改変二次増加、筋緊張の影響を含んでいくつかの多数の例があります。膝関節、神経筋接合部遮断、または新しい治療の選択肢を発見に役立つ遺伝子療法の治療に幹細胞アプリケーションなどそれぞれの介入は、デバイスを使用しても評価できます。
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Disclosures
著者情報開示や宣言に利害の対立があります。
Acknowledgments
著者は、画像解析法の開発について、デバイス Khaoula Louati と彼のテクニカル サポートにジョアン ・ トマスを感謝したいです。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Arthrometer | The Ottawa Hospital Rehabilitation Centre - Rehabilitation Engineering | N/A | |
| Camera | Canon | EOS-500D | Commonly known as EOS Rebel T1i |
| ImageJ | National Institutes of Health | Version 1.45s | |
| Absotbent Underpads | VWR | 820202-845 | |
| Dissection Kit | Fisher | 08-855 | Kit Includes: Forceps: medium points, nickel-plated Scissors: 1.5 in. (40 mm) blades, stainless steel Dissecting knife handle: nickel-plated Knife blades: stainless steel, pack of 3 Dropping pipet: glass Bent dissecting needle: stainless steel with plastic handle Straight dissecting needle: stainless steel with plastic handle Vinylite Ruler 6 in. (15 cm) |
| Precision Screw Driver | Mastercraft | 057-3505-8 | |
| Scalpel Blades - #10 | Fine Science Tools | 10010-00 | |
| Screwdriver | Stanley | 057-3558-2 | |
| Hex Keys | Mastercraft | 058-9684-2 | |
| Universal AC to DC powder adapter | RCA | 108004951 |
References
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