Summary
프로토콜의 목표 쥐 무릎의 움직임의 확장 범위를 측정 하는 것입니다. 무릎 관절의 경직과 치료의 효율성을 증가 하는 다양 한 질병의 효과 측정할 수 있습니다.
Abstract
정상적인 무릎 범위 모션 (ROM)의 복지에 중요 한 이며 하나 걷고, 계단을 오르는 앉아 등 기본적인 작업을 수행할 수 있습니다. 분실 된 ROM 공동 contracture 불리고 증가 병 적 결과. 역전 설립된 무릎의 어려움으로 인해 contractures, 조기 발견이 중요, 그리고 그러므로, 그들의 개발을 위한 위험 요소를 알고 필수적 이다. 쥐 나타냅니다 있는 개입의 효과 인간, 쥐의 굴곡, 동원 정지 무릎의 긴 기간을 참을 수의 쥐 무릎 해부학의 유사성으로 인해 공부 될 수 있다 좋은 모델 및 기계 데이터 수 있기 때문에 조직학 및 생화학 분석 무릎 조직의 상관.
자동화 된 arthrometer를 사용 하 여 특정 토크에 공동 쥐 무릎의 확장 ROM 측정의 검증, 정확한, 재현성, 사용자 독립적인 방법을 보여 줍니다. 이 arthrometer는 무릎에 개입의 효과 결정 하기 위해 사용할 수 있는 쥐에 ROM을 공동.
Introduction
관절의 운동 (ROM)의 전체 범위를가지고 하는 것은 건강 및 복지1중요 합니다. 공동 수동 ROM에 손실 contracture2라고 합니다. 공동 contractures 장기간된 침대, 마비, 관절 관절 교체, 화상, 감염, 및 신경학 상 조건1,3,,45를 포함 하 여 수많은 조건에서 발생할 수 있습니다. 무릎의 contracture 공동 변성을 가속화, 폭포의 위험을 증가 하 고 해롭게 걷고 앉아서 등산 계단6, 를 포함 하 여 기본적인 기능 작업을 수행 하는 사람의 능력에 영향을 미치는 비활성화 될 수 있습니다. 7.
무릎의 contractures는 치료, 어렵다, 고 예방과 contracture 관련 사망률8의 소지를 없애기 위해 필수적 이다 따라서 어떤 환자 들은이 조건 개발의 높은 위험에 결정. 실험 1) 조건이 발생 하거나 무릎 관절 contractures, 2) contractures의 심각도, 3) 그들의 시간 진행, 4) 6) 유용성 뿐만 아니라는 contracture, 5) 그들의 반전 기능에 관련 된 조직에 영향을 미치는 평가 하도록 설계 되었습니다. 무릎에 다양 한 예방 및 치료 개입의 공동 rom에 있습니다. 이러한 실험의 모든에 대 한 ROM을 측정 하기 위한 유효한, 객관적인, 정확 하 고 재현 방법을 중요 합니다. 다른 보조 측정값 (에너지 비용, histomorphometry, 유전자 표현과 단백질 콘텐츠) 유용한 마커 공동 contractures 이상 이해를 하지만 기계적 한계는 어떤 환자를 제한 하 고 장애를 리드. 연구의이 분야에서도 전에는 무릎 ROM 수 있습니다 테스트 실험적, 정량적 데이터9의 부족 뿐만 아니라 이기종 메서드를 포함 합니다. 다양 한 다른 실험 방법 사용 하지 않은 비교 연구소에서 실험실 결과 이끌어 낸다. 이 공동 contractures10를 일으키는 원인이 되는 조건 (예: 동원 정지 또는 관절 관절 교체)에 관한 논쟁을 주도하 고 있다. 실험적으로 측정 하는 개입을 다음 공동 ROM의 자동화 된 방법은 따라서 필요 합니다.
여기, 우리가 쥐 무릎 무릎 ROM 확장에 정확 하 게 측정 하는 디지털 카메라에 연결 된 사용자 arthrometer를 사용 하 여 ROM을 평가 하기 위한 사용자 독립, 유효한, 정확 하 고 재현 가능한 프로토콜을 설명 합니다. 우리 무릎 롬에 동원 정지의 다양 한 기간의 효과 테스트 그 결과 디지털 이미지 고정된 뼈 랜드마크를 사용 하 여 미리 지정 된 토크에서 ROM을 측정 하기 위한 방법을 설명 합니다. 전반적으로, 이러한 메서드는 안정적으로 쥐 무릎 ROM을 측정 하 고 정량적 데이터를 제공.
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Protocol
사용 되는 쥐 무릎 immobilization 모델 오타와 동물 관리 및 수의학 서비스 및 로컬 윤리 위원회의 대학에 의해 승인 되었습니다.
1. 동물 준비
- 미리 결정 된 동원 정지 기간의 끝에, 이산화탄소의 행정에 의해 쥐를 안락사.
참고: 여기 우리가 사용 immobilization 모델 한 접시와 함께 하 고 2 나사 (1 근 위 대 퇴 골 및 다른 원심 경골에 삽입), 모든 무릎의 위반을 방지 구조, 공동 무릎 근육이 수축 위치 이전 설명으로 135 °의6 유지 . 시간의 기간 동안이 무릎 굴곡 contracture11을 생성합니다. - 모두와 그 주변에 arthrometer 흡수 성, 방수 보호 패드 위에 놓일 것 이다 표면 영역을 커버. 장갑, 실험실 외 투, 및 실험을 완료 하는 동안 눈 보호를 착용 하십시오.
- 메스를 사용 하 여 분할 피부 플레이트와 나사 (다음 단계 1.1 참고 참조); 근 위 대 퇴 골에 더 인접 하는 나사를 삽입 하 고 원심 경골에 더 원심 나사를 삽입. 나사를 찾으려고 만져. 나사 머리 액세스할 수 있습니다, 일단 드라이버를 사용 하 여 나사를 제거 합니다.
참고: 동원 정지의 기간에, 나사 머리는 부드러운 조직에 의해 적용 될 수 있습니다. 이 경우, 메스를 사용 하 여 부드럽게 제거 하는 조직 고 나사 머리를 폭로. - 나사 제거 되 면 제거 하십시오 수동으로 또는 해 부 키트에서 집게를 사용 하 여.
- 가 위와 집게를 using, 기본 근 막에서 피부를 제거 하는 낮은 말단 deglove.
2. 동물 모터 구동 Arthrometer에 위치
참고: 모든 테스트 실 온에서 수행 해야 합니다. 여기는 arthrometer 표준 북미 120 V 입력에 의해 구동 됩니다. 어댑터 출력은 12 V 500 mA.
- 동물 실험 다리 (테스트할 다리) 옆에 테스트할 위치 (그림 2)을 위쪽으로 향하게.
- 보안 홈이 있는 금속 클램프는 arthrometer의 설치 단계에 통합 되어 있는 대 퇴 골. 펀치 구멍을 클램프 큰 trochanter 원심 대 퇴 골 확보 정밀 스크루 드라이버를 사용 하 여 근육을 통해. Arthrometer (그림 1, 2)의 회전 중심에 측면 대 퇴 관절 돌기를 조정 합니다.
- 위치는 움직이는 팔 다리, 수동 확장으로 무릎을 밀어 calcaneus에 그냥 우수한 뒤에 두 개의 수직 게시물 한번 전기 모터 활성화 됩니다.
- 그것은 확보 될 때까지 16 진수 키를 사용 하 여 그것의 자료에서 대 퇴 골 클램프를 조입니다.
- 카메라 드라이버를 사용 하 여 arthrometer에 올바르게 장착 된 수동 초점에 확인 합니다. 대 퇴 관절 돌기에 카메라 초점을.
- ROM 테스트 되 고 무릎의 방향과 쥐의 위치에 따라 arthrometer (시계 방향 또는 시계 반대 방향)에서 방향 설정을 선택 합니다.
- 동시에 전력 및 시작 버튼을 누르면 arthrometer 모터를 활성화 합니다.
참고: 전원 및 시작 버튼을 동시에 추진의 필요성을 실수로 활성화 방지 장치의 안전 기능입니다.- Arthrometer 모터 6.6 RPM의 속도로 이동 하 고 다음 2.1에 대 한 중지를 관찰 시 첫 번째 사전 설정된 토크 도달 s.
- 참고: 첫 번째 토크에 도달 하면 해당 LED 점등 됩니다 그리고 디지털 카메라는 자동으로 무릎의 사진의 찍을 것입니다.
참고: 일단 사진 촬영은 arthrometer 계속 다음, 더 높은 미리 설정 된 토크. 4 토크에 적용 된 arthrometer 중지 됩니다. 쥐에는 arthrometer에 배치 되 고 테스트를 시작, 일단 한쪽 무릎을 테스트 하기 위한 전체 시간은 약 18.8 s. 번 공동 contracture의 상태에 따라 약간 다를 수 있습니다. 촬영 한 이미지는 각 토크에 확장을 측정 하는 데 사용 됩니다.
3. 모터 구동 Arthrometer를 사용 하 여 무릎 확장의 각도 캡처
참고: 모터 각각 적용된 토크에서 중지 되었습니다, 일단 사진을 디지털 카메라 실행 됩니다. 그것은 테스트 되 고 대 퇴 관절 돌기에 초점을 맞춘 무릎 관절 위에 바로 그런 카메라 프레임에 배치 됩니다.
- 같은 동물 하지만 다른 상황, 예를 들어, 후부 transarticular 근육의 myotomy contracture의 arthrogenic (비 근육) 구성 요소를 격리 하기 위해 수행 된 후에 동일한 무릎 또는 무릎에서 테스트 계속 다른 동물입니다.
- myotomy를 완료 하는 때에 무릎 관절 캡슐 하지 절단 되도록 하는 근 위 근육 해 부.
참고: 그것은 쉬운 다리 확장, 토크 4 (17.53 N-cm) 설정의 응용 프로그램을 다음과 같은 경우는 myotomy 완료. 그런 다음, 단계 3.1 통해 2.1 반복 합니다.
- myotomy를 완료 하는 때에 무릎 관절 캡슐 하지 절단 되도록 하는 근 위 근육 해 부.
- 일단 두 다리는 모든 조건에서 테스트 되었습니다 (예: 전후 myotomy), 동물 시체와 기관 프로토콜을 따르는 모든 유해 자료의 처리 및 청소는 arthrometer.
4. 무릎 ROM 측정 분석
- ImageJ를 사용 하 여 ROM을 분석 합니다.
참고: 여기 버전 1.45s 사용 되었다. - 쥐 arthrometer에 장착 된 카메라에 의해 촬영 하는 디지털 이미지를 포함 하는 파일을 엽니다.
참고: 분석을 수행 하는 사람 (예를 들어, 제어 대 움직일) 동물의 실험적인 그룹에 멀게 한다. - 주 도구 모음에서 각 도구 를 선택 하 고 (대 퇴 diaphysis, 그림 2와 정렬), 측면 관절 돌기 하는 측면에서 tibial 라인 대 퇴 골 클램프의 중간에서 대 퇴 선을 그려 femorotibial 각도 추적 대 퇴 관절 돌기 옆 malleolus (그림 2)에.
참고: femoro tibial 각도 각 미리 설정 된 토크에 도달 무릎 확장의 최대 각도에 해당 합니다. - 측정 도구를 사용 하 여 분석을 클릭 하 여 | 측정 위에 그려진 2 라인에 의해 생산 계산 된 각도 표시. 전체 확장을 의미 하는 0 °의 규칙을 사용 합니다.
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Representative Results
무릎 확장 부동의 다양 한 기간에 대 한 결정의 금액 기간 부동의 증가 대 한 요약 하 고 더 심각한 contractures 동원 정지의 증가 길이 따라 생산 했다. ImageJ를 사용 하 여 대표 결과 그림 3에 나와 있습니다.
쥐 무릎의 최대 확장 데이터에서 편견을 감소 시키는 유효한, 정확 하 게 재현, 사용자 독립적인 방식으로 측정 하는 능력. 예제에 제공, 우리는 다음 7 쥐에 대 한 동원 정지의 16 주 최대 무릎 확장 평가, 비 움직일 contralateral 사지를 고정된 (실험) 다리 비교. 다음 한 쥐에서 가끔 하는 동원 정지를 위해 선택 하는 사지 (예를 들어, 쥐 1 했다 쥐 2 움직일, 오른쪽 무릎 왼쪽). 각도 측정 하는 조사는 측면은 측정 동안 움직일 수 눈을 멀게 했다. 결과 그림 3에 표시 됩니다. 고정된 무릎에 대 한 최대 확장에 대 한 능력은 contralateral에 비해 감소 했다. Transarticular 근육의 굴곡 contracture의 조직적 구성 요소를 제거합니다. Myotomy 다음, 실험 및 contralateral 무릎에 대 한 최대한 확장 능력 증가; 그러나, 실험 무릎 굴곡 contracture (그림 3)를 설명 하기 위해 계속 했다.
그림 1 : 쥐 무릎 arthrometer. (A) 전체 기구 (B) arthrometer (C) 전자 디스플레이 및 클램프 arthrometer에 대 한 동물의 대표 이미지. (D) 전자 디스플레이의 확대 이미지. 숫자 표시 다양 한 적용 토크: 1 = 2.53 토크 토크 2 = 7.53 토크 3 = 12.53 N-c m, N cm 토크 4 = 17.53 N N cm-클램프 대 퇴와 tibial 추진 기구의 cm. (E) 확대 이미지. 대 퇴 클램프 단계에 고정 됩니다. Tibial 움직이는 팔이 2 똑바로 게시물을 원심 낮은 말단을 수정 하 고 확장으로 무릎을 이동 했다. 화살촉을 쉐 브 론 대 퇴 골 클램프와 움직일 수 있는 팔을 각각 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : Arthrometer 및 평가 위한 실험 쥐. (A) 무릎 후부 다리의 확장 측면 발목, 대 퇴 골 클램프의 중간 측면 관절 돌기에서 그린 퇴 선 측면 대 퇴 관절 돌기에서 그린 tibial 선을 사용 하 여 측정 됩니다. 화살촉을 쉐 브 론 대 퇴 골 클램프와 움직일 수 있는 팔을 각각 나타냅니다. 대 퇴 관절 돌기 및 옆 malleolus의 (C) 높은 확대의 (B) 높은 확대 이미지.
그림 3 : 16 주 동원 정지 다음 모션의 고정 및 contralateral 쥐 무릎 범위. 모든 관절 구조 그대로 무릎 확장 테스트 후 두 무릎에 대 한 (n = 7), 트랜스 관절 근육의 myotomy 롬 데이터에 arthrogenic 제한으로 뜻도 전체 확장에서 표시 됩니다 확인 하기 위해 수행 되었다 (사용 하는 대회 0 ° = 전체 확장) 표준 편차를 나타내는 오차 막대와 함께. * p < 0.01 독립 샘플 T-검정을 사용 하 여 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
쥐 무릎 arthrometer reproducibly 하 고 확실 하 게 결정 개입 다음 쥐 무릎의 최대 확장 개발 되었다. 이 장치의 장점 일정 팔 길이 확장 힘으로 공동 무릎에 걸쳐 토크의 일관 된 생성을 포함합니다. 또 다른 장점은 무릎 ROM, 근육, 캡슐, 또는 인 대와 같은 다른 관절 구조의 영향을 평가 하기 위해 동일한 합동에 테스트 반복 수 있는 수준에서 토크를 설정 하는 기능을 포함 합니다. 예를 들어 다음 완전히 그대로 관절, 근육은 분할 될 수 있는 후부 transarticular 무릎 및 arthrometer 확장 제한11arthrogenic 기여를 결정 하기 위해 반복 테스트의 테스트.
측정 정확도 및 정밀도 최적화 하는 arthrometer의 특정 기계적 기능 홈된 클램프 (그림 1)를 테스트 하는 동안 대 퇴 골의 회전을 방지 하도록 설계 된 포함. 원심 두 금속 수직 게시물 확장을 시계 방향으로 무릎을 밀어 뒤로, 다리를 참여 하 고 (그림 1)를 테스트 하는 동안에 대 퇴 골 경골의 후부 전위의 위험을 최소화. 게시물 상단 똑바로 링크의 앞쪽 오버행의 높이 경골 게시물 벗어 버리는 하지 않습니다 확인 합니다. 회전 하는 calcaneus에 그냥 근 위 경골에 그들의 위치를 유지 하려면 똑바로 게시물의 능력 일정 토크를 보장 합니다. 4 토크 순서로 테스트: 7.53 N-c m, N cm 2.53 12.53 N-cm, 및 17.53 N-c m. 최고 토크 수준의 모든 transarticular 근육의 후 capsular 실패 정상 (unoperated) 쥐 무릎 관절 (즉, 0 °를 능가 하는 확장) 시킨 힘의 양이 되도록 결정 되었다. 낮은 토크 정상적인 쥐 무릎 관절에 측정 가능한 금액 바로 위에 각도 모션을 점 이었다. 중간 두 토크는 최고 및 최저 토크의 약 중간 되도록 설정 했다.
특정 토크에 공동 ROM을 측정 하기 위한 다른 방법 두 쥐에 대 한 설명 그리고 다른 동물 모델12,,1314,,1516. 이러한 다른 시스템 우리의 모델의 장점 중 일부는 수의 특별 한 시설에 대 한 필요 없이 장치 벤치탑 배치 편리한 크기 있습니다. 다른 모델도 모델 여기에 제시 하지 않는 동안 공부 되 고 사지의 disarticulation를 요구할 수 있습니다. 기계적으로, 따라서 강제로 응용 프로그램의 일관 된 각도 유지 하는 무릎의 각도 진행에 따라 원심 다리 게시물의 arcing 통로 확장 강제를 적용 됩니다. arthrometer의 단계는 테스트의 모든 현장에서 관절 구조 공동 해부학을 위반 하지 않고 손실된 ROM에 기여할 수 있도록 측정 도구에 전체 쥐의 배치 수 있습니다. 우리 실험실에 대 한 윤리 프로토콜 제외 살아있는 동물에 대 한 테스트를 하는 동안이 이론적으로 가능한 적절 한 진통 및 테스트 후 프로토콜을 희생 것.
arthrometer 몇 가지 단점을 제시지 않습니다. 이동식 팔 다리에서 실수 하지 것 이라고 하 고 다리는 팔에서 실수 하지 것입니다 길이 되도록 성인 쥐 무릎 장치 크기 했다. 젊은 쥐, 또는 작고 큰 종 적절 하 게 크기의 구성 요소에서 도움이 됩니다. 또한,는 프로그래밍의 최적의 순간 팔과 힘 (토크) 해야 할 것 이다. 경우, 예를 들어 큰 또는 작은 동물 사용 되었다, 최적의 토크 도달에 적용 하는 힘의 양을 순간 팔의 길이 조정 해야 합니다. arthrometer의 다른 부분 또한 크기를 조정할 수, 동물의 크기에 따라 해야 합니다. arthrometer의 움직임은 사용자 독립적, 공동 측정 ImageJ를 사용 하 여 인간의 오류 수 있습니다. 그러나 우리는 여기에 제시 하는 방법을 사용 하 여, 거기는 높은 내부-평가자와 0.987 및 0.903, intraclass 상관 관계 계수와 간 평가자 신뢰도 각각 발견 했다. 높은 토크는 종종 테스트 중 관절 구조를 손상, 때문에 동물 배치와는 arthrometer의 활성화에 대 한 유효한 간 평가자 신뢰도 확인 어렵습니다. 더 이상의 조사는 프로토콜의이 부분을 실행 하는 데 연관 될 수 있는 측정 오류를 방지 하려면 같은 탐정 어떤 바이어스는 사이 일관 된 연구 기간 동안는 arthrometer에 쥐를 보호 하는 데 좋습니다. 실험 하 고 무릎을 제어. 때문에 근육 크로스 무릎 및 엉덩이 관절, 골반의 retroversion 토크 1과 myotomy 이전 2에서 테스트 하는 동안 발생할 수 있습니다. 이 실험 모두 무릎 확장 및 제어 무릎이이 토크에 증가에 기여할 수 있습니다. 마지막으로, 결과 프로토콜 보다는 살아있는 동물 안락사 테스트를 개발 했다 진정한 vivo에서 ROM에에서 달라질 수 있습니다.
우리 쥐 무릎 관절에 부동의 효과 평가 하기 위한 장치를 사용 하 여 설명, 하는 동안에 공동 ROM에 영향을 미치는 다른 조건 공부 수 있습니다. 일부는 외상, 중추 모욕, 또는 신경 근육 학 질병에 관련 된 유전 수정 보조 증가 근육 톤의 효과 포함 하는 수많은 보기가 있다. 무릎 관절, 신경 근육 학 교차로 봉쇄, 또는 새로운 치료법을 발견 하는 데 도움이 유전자 요법 치료 줄기 세포 응용 프로그램과 같은 각 개입 수 있을 평가 장치를 사용 하 여.
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Disclosures
저자는 공개 또는 선언 이해 충돌 있다.
Acknowledgments
저자는 이미지 분석 방법 개발에 Khaoula Louati와 그의 기술 지원에 대 한 호 토마스를 감사 하 고 싶습니다.
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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