Summary
Hier stellen wir ein Protokoll zur Beschreibung einer minimalinvasiven Technik zur Immobilisierung von Kniegelenken in einem Rattenmodell vor. Dieses reproduzierbare Protokoll, das auf dem Modus der Muskel-Lücken-Trennung und der Mini-Inzisionsfähigkeit basiert, eignet sich für die Untersuchung des zugrunde liegenden molekularen Mechanismus der erworbenen Gelenkkontraktur.
Abstract
Die gemeinsame Kontraktur, die aus einer längeren Gelenkimmobilisierung resultiert, ist eine häufige Komplikation in der Orthopädie. Derzeit ist die Verwendung einer internen Fixierung zur Einschränkung der Kniegelenksbeweglichkeit ein weithin akzeptiertes Modell, um experimentelle Kontraktur zu erzeugen. Die Implantation wird jedoch unweigerlich zu chirurgischen Traumata für die Tiere führen. Mit dem Ziel, einen weniger invasiven Ansatz zu entwickeln, kombinierten wir einen Muskel-Lücken-Trennungsmodus mit einer zuvor gemeldeten Mini-Inzisionsfähigkeit während des chirurgischen Eingriffs: Zwei Mini-Hautschnitte wurden an seitlichem Oberschenkel und Bein gemacht, gefolgt von einer Muskellücke Trennung, um die Knochenoberfläche freizulegen. Das Kniegelenk der Ratte wurde nach und nach durch eine vorkonstruierte innere Fixierung bei ca. 135° Kniebeugung immobilisiert, ohne wesentliche Nerven oder Blutgefäße zu stören. Wie erwartet, ermöglicht diese einfache Technik eine schnelle postoperative Rehabilitation bei Tieren. Die korrekte Position der internen Fixierung wurde durch eine Röntgen- oder Mikro-CT-Scananalyse bestätigt. Der Bewegungsumfang war im immobilisierten Kniegelenk deutlich eingeschränkt als im kontralateralen Kniegelenk, das die Wirksamkeit dieses Modells demonstrierte. Außerdem ergab die histologische Analyse die Entwicklung von faseriger Ablagerung und Haftung in der hinteren-überlegenen Kniegelenkkapsel im Laufe der Zeit. Somit kann dieses Mini-invasive Modell geeignet sein, um die Entwicklung von immobilisierten Kniegelenkkontrakturen nachzuahmen.
Introduction
Gemeinsame Kontrakturen sind definiert als eine Beschränkung im passiven Bewegungsbereich (ROM) eines Diaarthrodialgelenks1,2. Die aktuellen Therapien zur Vorbeugung und Behandlung von Gelenkkontrakturen haben einige Erfolge erzielt3,4. Der zugrunde liegende molekulare Mechanismus der erworbenen gemeinsamen Kontraktur bleibt jedoch weitgehend unbekannt5. Die Ätiologie der gemeinsamen Kontrakturen in verschiedenen sozialen Gemeinschaften ist sehr vielfältig und umfasst genetische Faktoren, posttraumatische Zustände, chronische Krankheiten und anhaltende Immobilität6. Es ist allgemein anerkannt, dass Immobilität ein kritisches Thema bei der Entwicklung der erworbenen gemeinsamen Verträge7ist. Menschen, die unter größeren gemeinsamen Verträgen leiden, können letztlich zu einer körperlichen Behinderung führen8. Daher ist ein stabiles und reproduzierbares Tiermodell notwendig, um die möglichen pathophysiologischen Mechanismen der erworbenen Gelenkkontraktur zu untersuchen.
Die derzeit aufgebauten Immobilisierungs-induzierten Kniegelenkkontrakturmodelle werden meist durch den Einsatz nicht-invasiver Gipsabgüsse, externer Fixierungen und interner Fixierungen erreicht. Watanabe et al. berichteten über die Möglichkeit der Verwendung von Gipsguss-Immobilisierung auf Rattenkniegelenke9. Durch das Tragen einer speziellen Jacke wird eine Seite des unteren Gelenks der Ratte durch einen Guss immobilisiert. Das Kniegelenk der Ratte kann ohne chirurgisches Trauma vollständig gebeugt bleiben10,11. Jedoch, sowohl die Hüft- und Knöchelgelenkbewegungen sind auch von dieser Form der Immobilisierung betroffen, die den Grad der Muskelatrophie bei Quadrizeps femoris oder Gastrocnemius12erhöhen kann. Darüber hinaus müssen Ödeme und Staus der Hinterbeine vermieden werden, indem die Umwandlung zu festgelegten Zeitpunkten ersetzt wird, was die Kontinuität der Unbeweglichkeit beeinträchtigen kann. Eine weitere akzeptierte Methode zur Etablierung eines Kniegelenk-Kontrakturmodells ist die Verwendung externer chirurgischer Fixierung. Nagai et al. kombinierten Kirschnerdraht und Stahldraht zu einem externen Fixator, der das Kniegelenk auf ca. 140° Flexion13immobilisierte. Bei dieser Methode wird ein Harz verwendet, um die Oberfläche zu bedecken, um Hautkratzer zu verhindern. Obwohl die externe Fixierungsimmobilisierung robust und zuverlässig ist14,15, perkutane Kirschner Drahtstiftspuren können das Infektionsrisiko erhöhen16. Nach unserer eigenen Erfahrung kann die Verwendung der externen Fixierungstechnik die tägliche Aktivität von Ratten aufgrund einer Zunahme des konditionierten Leckverhaltens reduzieren.
Alternativ beschrieben Trudel et al. ein gut akzeptiertes Modell der Gelenkkontraktur im Kniegelenk der Ratte auf der Grundlage einer chirurgischen inneren Fixierung17 (diese Methode wurde von der von Evans und Kollegen18verwendeten methode modifiziert). Diese Methode unterstreicht insbesondere die Bedeutung der Verwendung einer Mini-Inzisionstechnik, um die chirurgischen Wunden zu minimieren. Die effiziente Entwicklung der gemeinsamen Auftragsvergabewurde in diesem Modell 19 nachgewiesen. Das Protokoll, wie eine minimale Sezierung zum Belichten der Knochenoberfläche durchgeführt werden soll, ist jedoch noch unklar20. Auch die genaue Position, an der die Schraube bohrt, ist nicht vollständig verstanden. Die Implantation der inneren Fixierung durch eine subkutane oder submuskuläre Weise ist noch umstritten21. Um diese Probleme zu lösen, haben wir diese Methode modifiziert, indem wir einen geeigneten Muskel-Lücken-Trennmodus einbeziehen, der eine mini-invasive Exposition der Knochenoberfläche und die Platzierung der Implantation durch einen submuskulären Kanal ermöglicht. Dieses Protokoll führte zu einer schnellen postoperativen Rehabilitation bei Ratten nach einer Operation. Die Tiere entwickelten nach der gelenken Immobilisierung einen begrenzten Gelenkbewegungsbereich, der mit morphologischen Veränderungen der kapselförmigen Adhäsion aus der histologischen Analyse übereinstimmte. Wir beschreiben auch eine genaue mögliche Position der gebohrten Schrauben, wie durch Röntgenanalyse oder Mikro-CT-Analyse bestätigt. So zielte diese Studie darauf ab, eine minimal-invasive Technik in einem Kniegelenkskontrakturmodell im Detail zu beschreiben, die durch einen Muskel-Lücken-Trennmodus in Kombination mit einer Mini-Inzisionsmethode etabliert wurde. Wir glauben, dass minimalinvasive Techniken sowohl Tiertraumata reduzieren als auch den pathologischen Prozess der gelenken Flexionskontraktur effektiv nachahmen können.
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Protocol
Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt und wurden vom Third Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University institutional animal care and use Committee (Genehmigungsnummer: 02-165-01) genehmigt. Alle Tierversuche wurden nach den ARRIVE-Richtlinien durchgeführt.
1. Präoperative Zubereitung
HINWEIS: Abbildung 1 zeigt das Design des chirurgischen Eingriffs.
- Das Kniegelenk mit einer Kunststoffplatte und zwei Metallschrauben bei ca. 135° Flexion fest immobilisieren.
HINWEIS: Führen Sie die Operation am proximalen Oberschenkelknochen und der distalen Tibia durch, ohne die Gelenkkomponente zu verletzen. - Bereiten Sie Materialien und Instrumente für die interne Fixierung vor.
- Konstruieren Sie eine medizinische Qualität Polypropylen Kunststoffplatten durch Schneiden einer 5 ml Spritze (Abbildung2a) mit einer chirurgischen Schere, um die folgenden Abmessungen zu passen: Länge, 25 mm; Breite, 10 mm; Dicke, 1 mm (Abbildung 2b). Glätten Sie den Umfang der Platte mit einem Skalpell vertikal. Spülen Sie die Platte mit steriler Kochsaline, um den Schmutz um das Dreifache abzuwaschen.
- Sterilisieren Sie mit 75% Ethanol für 4 h, gefolgt von Bestrahlung mit ultraviolettem Licht für 3 h.
- Vorbohren von Löchern in der Kunststoffplatte: Bereiten Sie einen handgehaltenen Elektrobohrer mit einer Geschwindigkeit von etwa 0-4000 Umdrehungen pro Minute vor (Abbildung 2c). Bohren Sie zwei Löcher an beiden Enden der Platte, Durchmesser sind 1 mm bzw. 0,9 mm, bzw. (Abbildung2d). Passen Sie beide Enden der Platte mit M 1,4 mm x 8 mm und M 1,2 mm x 6 mm Stahlschrauben bzw. (Abbildung2e).
- Mit 75% Ethanol abwischen und vor Gebrauch mit UV-Licht für 3 h sterilisieren.
- Konstruieren Sie eine medizinische Qualität Polypropylen Kunststoffplatten durch Schneiden einer 5 ml Spritze (Abbildung2a) mit einer chirurgischen Schere, um die folgenden Abmessungen zu passen: Länge, 25 mm; Breite, 10 mm; Dicke, 1 mm (Abbildung 2b). Glätten Sie den Umfang der Platte mit einem Skalpell vertikal. Spülen Sie die Platte mit steriler Kochsaline, um den Schmutz um das Dreifache abzuwaschen.
- Bereiten Sie chirurgische Instrumente vor: 1 gerade Moskitostatik-Klemme, 1 glatte gekrümmte Zange, 2 Augenlid-Retraktoren, 1 Nadelhalter, 1 Gewebezange, 1 Nahtschere, 1 Mikrogewebeschere und 1 Skalpell (Abbildung 2f). Sterilisieren Sie die chirurgischen Instrumente durch Autoklavieren bei 121,3 °C für 20 min und Trocknen.
- Versuchstiere
- Verwenden Sie Specific Pathogen Free (SPF) Grade skelettreifen männlichen Sprague-Dawley (oder Wistar) Ratten, die zwischen 250 - 350 g im Experiment wiegen.
HINWEIS: Wählen Sie entweder weibliche oder männliche Ratten für das Experiment. - Legen Sie die Ratten in Käfige und halten Sie sie in einem 12 h licht/12 h dunklen, zyklusgesteuerten Laborraum auf. Versorgen Sie ausreichend Nahrung und Wasser.
- Verwenden Sie Specific Pathogen Free (SPF) Grade skelettreifen männlichen Sprague-Dawley (oder Wistar) Ratten, die zwischen 250 - 350 g im Experiment wiegen.
2. Chirurgie
- Stellen Sie die Temperatur ein. Legen Sie ein wärmendes Pad auf eine chirurgische Plattform in einem thermostatischen Operationssaal.
- Anästhesie und Hautpräparation
- Wiegen Sie die Ratte mit einer elektronischen Waage und Aufzeichnung.
- Halten Sie die Ratte zurück und führen Sie eine intraperitoneale Injektion von Natriumpentobarbital (30 mg/kg) in induzierte Anästhesie durch. Beurteilung, dass das Tier mit der Zehenzange ausreichend beästheisiert ist22. Verabreichen Sie die Augen mit Schmiermittel, um die Hornhaut während der Operation vor dem Trocknen zu schützen.
- Rasieren Sie den Unterkörper der Ratte einschließlich der beiden Hinterbeine mit einem elektrischen Clipper und desinfizieren Sie mit einer Tinktur Povidon Jod zweimal und 75% Ethanol dreimal.
- Legen Sie die Ratte seitlich, und decken Sie mit dem chirurgischen Vorhang, der eine Seite hinter Bein und Hüfte aussetzt.
- Desinfizieren Sie den Operationsbereich erneut mit Povidon-Jod.
- Immobilisieren Sie das Kniegelenk mit interner Fixierung mit einer Mini-invasiven Technik.
HINWEIS: Halten Sie den Schnitt während der Operation richtig feucht mit steriler Saline. Die Operation erfordert in der Regel zwei Chirurgen.- Markieren Sie die Richtung des Hautschnitts. Zeichnen Sie am distalen Ende des Oberschenkelknochens einen größeren Trochanter entlang der Körperoberflächenprojektion des Muskelspalts zwischen vastus lateralis und biceps femoris (Abbildung 3a). Incise die Epidermis Haut entlang der Zeichnungslinie ca. 1,5 cm (Abbildung 3b).
- Sezieren Sie den Muskelspalt zwischen vastus lateralis und biceps femoris mit einer Gewebezange, bis der Oberschenkelschaft etwa 1 cm lang ausgesetzt ist (Abbildung 3c). Verwenden Sie den Retraktor, um die kontinuierliche Trennung des Muskelspalts zu erleichtern.
- Incise die Epidermis Haut ca. 1 cm entlang der Körperoberfläche Projektion des Muskelspalts zwischen dem tibialis anterior und fibularis longus auf die distale untere Extremität (Abbildung 3d). Sezieren Sie den Muskelspalt unverblümt, bis die Tibia etwa 1 cm lang ausgesetzt ist (Abbildung 3e).
- Trennen Sie die Weichgewebe durch den Retraktor und die glatten Zangen, halten Sie senkrecht und bohren Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 1,0 mm in die Oberschenkelwelle mit einer Geschwindigkeit von 1.500 Umdrehungen pro Minute mit einem elektrischen Bohrer (Abbildung3f). Die richtige Bohrposition beträgt ca. 8 mm unter dem unteren Rand des größeren Trochanters. Drücken Sie schnell die Wunde, um die Blutung zu stoppen.
HINWEIS: Der richtige Bohrdurchmesser kann intraoperative Frakturen vermeiden. - Bohren Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 0,9 mm in die Tibia ca. 4 mm unterhalb des Rands der tiiofibulären Fusion (Abbildung 4a). Führen Sie das Bohren sorgfältig durch, um das Zerkleinern von Muskeln oder Sehnen zu verhindern.
- Verwenden Sie die gerade Moskitostatikklemme, um einen submuskulären Kurs vom Tibialoch zum Oberschenkelknochenloch zu bilden. Der submuskuläre Tunnel verläuft unterhalb des Gastrocnemius im Tibia-Ende und oberhalb des Gluteus medius, unterhalb des Bizeps femoris im Oberschenkelknochenende.
- Verwenden Sie eine M 1,4 mm x 8 mm Stahlschraube, um ein Ende der Kunststoffplatte (mit dem Loch mit 1,0 mm Durchmesser) im proximalen Oberschenkelknochen zu befestigen (Abbildung 4b). Verwenden Sie eine M 1,2 mm x 6 mm Stahlschraube, um ein weiteres Ende der Kunststoffplatte (mit dem Loch 0,9 mm Durchmesser) in der distalen Tibia zu sichern (Abbildung 4c). Stellen Sie das Kniegelenk ohne Varusdeformität sicher.
- Schließen Sie die Wunde: Naht der Myofaszie, tiefe Faszien und subkutanes Gewebe mit 4-0 resorbierbaren Nähten (Abbildung 4d). Schließen Sie die Haut mit Polyamid-Nähten (Abbildung 4f).
3. Postoperatives Management
- Tragen Sie die postoperative Analgesie durch subkutane Injektion von Buprenorphin (0,03 mg/ml) bei 0,05 mg/kg auf. Fügen Sie 5 mg/ml Neomycin 5 Tage nach der Operation in Trinkwasser ein.
- Injizieren Sie das Analgesiegemisch (Buprenorphin und Carprofen) jeweils mit 0,05mg/kg und 5 mg/kg zweimal täglich für mindestens 72 Stunden nach der Operation.
- Prüfen Sie, ob die Hintergliedmaße bei Gefäßverletzungen ein Überödem hatte. Stellen Sie sicher, dass die Ratten im Falle einer Nervenverletzung während der Operation normal laufen können.
4. Postoperative Untersuchung
- Beobachten Sie die Heilung des chirurgischen Schnitts und untersuchen Sie das Kniegelenk körperlich, um frühe Anzeichen einer Infektion jeden zweiten Tag postoperativ zu bewerten. Überprüfen Sie den Grad der Schwellung des Knöchels und des metacarpophalangealen Gelenks bei kontinuierlichen Ödemen.
HINWEIS: Eine frühe postoperative Infektion kann zu Wundexut, Beinschwellung und verzögerter Wundheilung führen. - Führen Sie eine Röntgenaufnahme des Hinterteils durch, um sicherzustellen, dass die Schrauben am ersten postoperativen Tag korrekt platziert werden.
HINWEIS: Eine Micro-CT-Scananalyse ist eine weitere Alternative, um die richtige Position und die Richtung der Stahlschrauben anzuzeigen. - Messen Sie den passiven Bewegungsbereich (ROM), um die Entwicklung von Kontrakturen zu bewerten. Nehmen Sie eine Kniegelenk ROM-Messung zu verschiedenen Zeit Kohorten postoperativ wie zuvor beschrieben20.
- Kurz gesagt, euthanisieren Sie die Ratten und Haut die Hinterbeine. Entfernen Sie die Wegfahrsperre und messen Sie den Kniegelenkwinkel mit einem mechanischen Arthrometer bei zwei Drehmomenten (667 oder 1.060 g/cm)23.
- Berechnen Sie das ROM als Ergebnis der Gesamtkontraktur, der myogenen Kontraktur und der arthrogenen Kontraktur getrennt auf der Grundlage der Untersuchungsziele24.
HINWEIS: Legen Sie verschiedene Zeitkohorten (d. h. 1, 2, 4, 8, 16 und 32 Wochen) entsprechend den Forschungszielen fest. Das kontralaterale Kniegelenk (nicht-operativ oder scheinbetätigt) kann als Kontrolledienen 2.
- Histologische Analyse der hinteren Kniegelenkkapseln.
- Bereiten Sie das Gelenkgewebe vor. Sezieren Sie das Kniegelenkgewebe und fixieren Sie es mit 4% Paraformaldehyd. Entkalken und einbetten Sie es in Paraffin, wie zuvor berichtet25. Schneiden Sie die Abschnitte (5 m) auf der medialen Midkondylar-Ebene in der sagittalen Ebene.
HINWEIS: Wählen Sie verschiedene Bewertung Färbung einschließlich HE, Aldehyd-Fuchsin-Masson Goldner (AFMG), Elastica-Masson, oder Immunhistochemie Färbung für histologische Studie in der Gelenkkapsel auf der Grundlage Ihrer Studienziele15, 26. - Beobachten Sie histomorphometrische Veränderungen in den hinteren Kniegelenkkapseln. Fotografieren Sie den hinteren Bereich des Kniegelenks. Beobachten Sie faserige Ablagerungen und Haftänderungen zwischen der Diaphysen-Synovium-Kreuzung und dem Meniskus6.
HINWEIS: Pathologische Veränderungen der Gelenkkapsel gelten als pathogener Faktor für die Kontraktur der Kniegelenke. Messen Sie die Länge, die Dicke und die Kapselbereiche der hinteren Kapsel, wie zuvor gemäß dem Forschungsinhalt27beschrieben.
- Bereiten Sie das Gelenkgewebe vor. Sezieren Sie das Kniegelenkgewebe und fixieren Sie es mit 4% Paraformaldehyd. Entkalken und einbetten Sie es in Paraffin, wie zuvor berichtet25. Schneiden Sie die Abschnitte (5 m) auf der medialen Midkondylar-Ebene in der sagittalen Ebene.
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Representative Results
Wir beobachteten, dass Ratten, die minimal-invasive Operationen erhielten, nur einen Tag nach der Operation zur regulären Ernährung zurückkehren können. Insbesondere hat sich der chirurgische Schnitt ohne Exulat vernarbt (Abbildung 5a). Die Schwellung des Knöchels und der metacarpophalangealen Gelenke im operativen Hinterglied ist zwei Tage postoperativ fast vollständig verschwunden (Abbildung 5b) im Vergleich zur kontralateralen Seite (Abbildung 5c). Keines der Anzeichen einer frühen Infektion wurde bei den Ratten gefunden. Ratten können regelmäßig stehen und trainieren (Abbildung 5d). Die chirurgischen Wunden waren am zwölften Tag postoperativ vollständig verheilt (Abbildung 5).
Optisch wurde das immobilisierte Kniegelenk nach vier Wochen Immobilisierung sausiert, während die Mini-invasive Operation keine sichtbare Wirkung auf die kontralaterale Extremität hatte (Abbildung 6a). Das Röntgenbild zeigt die korrekte Platzierung der Stahlschrauben im Oberschenkel oder in der Tibia (Abbildung 6b), obwohl es nicht die Position der Kunststoffplatte zeigte. Wir haben auch einen hochauflösenden Mikro-CT-Scanner eingesetzt, um die immobilisierte untere Extremität abzubilden. Die 3D-Rekonstruktionsanalyse zeigte, dass die Schrauben seitlich gebohrt wurden (Abbildung 6c). Die Bohrposition beträgt ca. 8 mm unterhalb des unteren Rands des größeren Trochanters am proximalen Oberschenkelknochen und nur (ca. 4 mm) unterhalb des Rands der tibiofibulären Fusion an der distalen Tibia (Abbildung 6c).
Wir haben sechs Ratten am Ende von zwei Malen (28 Tage bzw. 56 Tage) gemessen, um die arthrogenen ROM-Defizite am immobilisierten Kniegelenk und auf der kontralateralen Seite nach Myotomien der transartikulären Muskeln20zu vergleichen. Das kontralaterale Kniegelenk (nicht-operativ) dient als Kontrolle. Nach 28 Tagen Immobilisierung betrugen die durchschnittlichen arthrogenen Defizite in der Verlängerung ROM 29,4 x 3,3° für das immobilisierte Kniegelenk, deutlich höher als das unter Kontrolle stehende (4,8 x 2,8°, P< 0,05). Die arthrogenen Defizite in ROM stiegen während der Immobilisierung zeitabhängig, was durch die durchschnittlichen arthrogenen Defizite von 40,7 x 4,3° für das immobilisierte Kniegelenk, deutlich größer als das unter Kontrolle, 11,2 bis 3,8° an den 56 Tagen Immobilisierung (p < 0,05) (Abbildung 7).
Mit Elastica-Masson-Staining analysierten wir die hintere, überlegene Kniegelenkskapsel an drei Punkten. Am ersten Tag der Immobilisierung wurde keine Haftung im Gelenkraum zwischen der postero-superior Gelenkkapsel und dem Oberschenkelknochen im immobilisierten oder dem kontralateralen seitlichen Kniegelenk beobachtet (Abbildung 8a,d). Wir beobachteten jedoch, dass sich Fibro-Fettgewebe ablagerte und sich nach 28 Tagen Immobilisierung eine Adhäsion im Gelenkraum entwickelt hatte (Abbildung 8e). Die Fasergewebe ersetzten diese Ablagerung nach 56 Tagen Immobilisierung sogar teilweise (Abbildung 8f), während diese Art der Haftung auf der kontralateralen Seite zu verschiedenen Zeitpunkten nicht beobachtet wurde (Abbildung 8 a,b,c).
Abbildung 1: Grafische Darstellung einer seitlichen Ansicht des Kniegelenks, das mit einer internen Fixierung bei 135° Flexion immobilisiert ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Entwerfen Sie die Polypropylen-Kunststoffplatte zu einer internen Fixierung. (a-b) Eine Polypropylen-Kunststoffplatte wurde aus der Spritze geklammert. Die gepunkteten Linien stellen den ungefähren Plattenbereich dar. Die Platte hat die folgenden Abmessungen: Länge, 25 mm; Breite, 10 mm; Dicke, 1 mm. (c) Foto des elektrischen Handbohrers. (d) Bohrer mit einem Durchmesser von 0,9 mm und 1,0 mm an jedem Ende der Platte. Die Spezifikation der Schraube ist 1,4 x 8 mm bzw. 1,2 x 6 mm. (e) Die endgültige Form einer vorkonstruierten internen Fixierung. (f) Die chirurgischen Instrumente. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Makrographien der chirurgischen Exposition des mittleren Oberschenkelknochens und der distalen Tibia mit der Mini-invasiven Technik. (a) Eine schwarze Linie zeigt den Hautschnitt zwischen dem Vastus lateralis (obere markierte Fläche) und bizeps femoris (untere markierte Fläche). Die gepunkteten Linien stellen den ungefähren Muskelbereich dar. (b) Der chirurgische Schnitt zwischen den Muskeln wird veranschaulicht. Der Schnitt ist weg vom Ischiasnerv. Die schwarze Linie stellt die Ausrichtung des Ischiasnervs dar. (c) Die Exposition des Oberschenkelmittelschafts durch Muskel-Lücken-Trennung mit dem vastus lateralis und capput vertebralis angegeben. (d-e) Die Exposition der Tibia wird in Bezug auf den Fibularis longusgezeigt. (f) Das Bohrloch im Oberschenkelschaft ist mit dem vastus lateralis und Capput vertebralis indiziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Implantation der internen Fixierung. (a) Das Loch in der Tibia ist mit dem Fibularis longus und dem Flexor digitorum profundis dargestellt. (b-c) Die in das Bohrloch eingeschraubte Kunststoffplatte ist in Bezug auf die caput vertebralis (b) und den Fibularis longus (c) dargestellt. (d-e) Wundverschluss mit Vicryl-Nähte. Die gepunktete Linie (e) stellt den ungefähren Kunststoffplattenbereich dar. (f) Postoperative Gesamtansicht des Minischnitts. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Beobachtung der chirurgischen Schnittheilung. (a) Der chirurgische Schnitt hat zwei Tage postoperativ vernarbt. (b-c) Die Schwellung des Knöchels und der metacarpophalangealen Gelenke in der postoperativen Gliedmaße (b) ist zwei Tage postoperativ fast vollständig verschwunden. Pfeilspitzen zeigen die Sprunggelenke an. (d) Eine Ratte kann normal stehen. (e-f) Die Wunde ist zwölf Tage nach der Operation vollständig verheilt. Schwarze Pfeile weisen auf einen chirurgischen Heilungsschnitt hin. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Bewertung der Kniegelenksimmobilisierung. (a) Das makroskopische Bild zeigt eine Kontraktion des linken Kniegelenks nach vier Wochen Immobilisierung. (b) Das Röntgenbild zeigt insgesamt die Platzierung der Schrauben. (c) Mikrocomputed-Tomographie-Analyse des immobilisierten Kniegelenks. Die weißen Pfeile stellen die festen Schrauben dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 7: Analyse arthrogener Defizite im gelenken Erweiterungsbereich (ROM). Die Daten werden als Mittelwert dargestellt: SEM (n = 6 pro Gruppe). Die arthrogenen Defizite in der Verlängerung ROM der immobilisierten Kniegelenke sind deutlich höher als die der kontralateralen, nichtoperativen Seite (als Kontrollgruppe dienen). Die Beschränkung in ROM stellt eine Gelenkimmobilisierung dar, die eine typische Knieflexionskontraktur induzierte. Statistische Analyse: Die Gleichheit der Varianzen wurde mit Levenes Test durchgeführt, ROM-Unterschiede zwischen der kontralateralen und immobilisierten Gruppen wurden mit zwei Schwänzen Schüler t-Test verglichen. Der Signifikanzunterschied wurde durch *P < 0,05 aus dem Steuerelement ermittelt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 8: Histologische Veränderungen in der hinteren, überlegenen Kniegelenkkapsel, die von Elastica-Masson-Staining zu verschiedenen Zeitpunkten analysiert wird. Repräsentative Bilder der hinteren und überlegenen Gelenkkapsel im kontralateralen Kniegelenk (nicht-operative, obere Paneele) und des immobilisierten Kniegelenks (operative, untere Paneele) am Tag 1, 28 und 56 während der Gelenkimmobilisierung. Nach einem Tag der Immobilisierung war Synovium dick, und es wurde keine Haftung im Gelenkraum zwischen der postero-superior Gelenkkapsel und dem Oberschenkelknochen beobachtet (angezeigt durch Sternchen in einer linken Reihe). Nach 28 Tagen Immobilisierung wurde fibro-fettes Gewebe im Gelenkraum abgelagert und die Haftung zwischen der postero-superior Gelenkkapsel und dem Oberschenkelknochen (angezeigt durch Pfeilspitze) entwickelt. An Den Tagen 56 der Immobilisierung existierten die Ablagerungen noch, und es trat zunehmend Fasergewebe auf (durch Pfeil angezeigt). Der schwarze Rand in der linken unteren Ecke stellt das vergrößerte Bild des Gelenkraums zwischen der postero-superior Gelenkkapsel und dem Oberschenkelknochen dar. F: Oberschenkelknochen; T: Tibia; M: Meniskus, das hintere Horn; JS: gemeinsamer Raum. Skalenbalken = 50 m. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Diese Studie zielte darauf ab, eine schrittweise Methode der Immobilisierung des Kniegelenks mit einer Mini-invasiven Technik aufzuklären, die eine schnelle postoperative Rehabilitation bei Tieren nach einer Operation ermöglicht. Konventionell wird der Muskel-Lücken-Trennungsansatz als minimalinvasive Technik in der orthopädischen Chirurgie angesehen. Wie erwartet, fanden wir heraus, dass Ratten zu einer normalen Ernährung und Aktivitäten nur einen Tag postoperativ zurückkehren können, was mit der vorherigen Studie übereinstimmte. Darüber hinaus traten nach der Operation keine Arterien- oder Nervenverletzungen auf, was darauf hindesteht, dass der Modus der Muskel-Lücken-Trennung eine angemessene und sichere Knochenexpositionsmethode gewährleistete. Obwohl die invasiven chirurgischen Effekte durch die Verwendung von Gipsabgüssen reduziert werden können, kann die Möglichkeit des Auftretens von Ödemen in den Hinterbeinen die Kontinuität der Unbeweglichkeit beeinträchtigen. In dieser Studie verschwand die Durchoperationsoperation verursachte Knöchel- oder Zehenschwellung nach zwei Tagen postoperativ vollständig. Diese Ergebnisse unterstreichen ein zuverlässiges und stabiles Gelenkimmobilisierungsmodell, das durch eine Mini-invasive Technik erstellt wurde, die auf das Prinzip der schnellen Erholung ausgerichtet ist. Klinisch ist die durch Immobilisierung verursachte Flexionskontraktur näher an einem nicht entzündlichen Kurs6. Ödem kann zur Freisetzung von Entzündungsmediatoren führen4. Daher kann die Verwendung von Gipsabgüssen zur induzierten Gelenkkontraktur in der Tat nicht ungefährlich sein. In der vorliegenden Studie wurden zwei getrennte kleine Schnitte (von 1-1,5 cm) auf der femoralen bzw. tibialen Seite durchgeführt. Die Schnittlängen entsprachen der Größe des Einschnitts, der für K-Drahtbohrungen erforderlich ist. Daher ist die mini-invasive Wirkung dieser Methode förderlicher, um Traumata auf die externe Fixierung zu reduzieren. Außerdem zeigte eine vorherige randomisierte kontrollierte Studie eine mögliche Korrelation zwischen der Anwendung der externen Fixierung (perkutan) und dem erhöhten Infektionsrisiko in der Gliedmaße16. Da es keine Ratten hatte ein frühes Infektionszeichen in der Forschung, gingen wir davon aus, dass die Muskellückentrennung Technik ist der Schlüssel zu diesem Modell, weil es Blutungen und unnötige schneiden reduzieren kann. Auch der interne Fixator wurde von der Spritze abgeschnitten, er ist kostengünstig und vor allem für Tiere ungiftig. Obwohl sowohl die lateralen als auch die medialen chirurgischen Ansätze ein effektives Rattenmodell der Knieflexionskontraktur28etablieren können, darf diese kleininvasive Technik jedoch nur mit dem lateralen Ansatz und nicht mit dem medialen sich nähern.
Nach bestem Wissen und Gewissen ist die präzise Schraubbohrposition am proximalen Oberschenkelknochen oder der distalen Tibia nicht vollständig verstanden. Die Entscheidung, ein Loch im mittleren Abschnitt der Tibia zu bohren, kann die Blutversorgung in der Tibia beeinflussen. Die Ergebnisse der Mikro-CT-Analyse zeigten, dass die richtige Bohrposition etwa 8 mm unter dem unteren Rand des größeren Trochanters und etwa 4 mm unter dem Rand der tibiofibulären Fusion liegt. Die richtige Bohrposition kann helfen, Auswirkungen auf die Gelenkkomponente oder die Blutversorgung zu vermeiden. Die Implantation der inneren Fixierung durch eine subkutane oder submuskuläre Weise ist jedoch immer noch umstritten. Interessanterweise ist die Durchführung der Muskel-Lücken-Trennungstechnik praktisch, um die Implantation bis zu einem gewissen Grad durch einen submuskulären Kanal zu platzieren.
Die Ergebnisse der Gelenkwinkelmessung stimmten mit der histologischen Analyse überein, die belegte, dass eine Kniegelenkkontraktur im immobilisierten Hinterglied erfolgreich induziert wurde. Die durchschnittlichen arthrogenen Defizite in der Verlängerung ROM betrugen 29,4 x 3,3°, 40,7 x 4,3° am immobilisierten Kniegelenk am Ende von 28 Tagen bzw. 56 Tagen immobilisierend, die deutlich höher waren als die kontrollierten(P < 0,05). Wir fanden auch heraus, dass sich eine typische Haftung zwischen der postero-superior Gelenkkapsel und dem Oberschenkelknochen im immobilisierten seitlichen Kniegelenk entwickelt hatte (Abbildung 8e, f), was darauf hindeutet, dass die Verwendung der mini-invasiven Technik nicht in das Auftreten gemeinsamer Verträge eingreifen. Zusammengenommen zeigt die Forschung, dass dieses mini-invasive Modell stabile Ergebnisse liefert und effektiv bei der Induktion erworbener Gelenkflexionkontrakturen ist.
Dieses Mini-invasive Modell hat noch einige Einschränkungen. Erstens wird die Tibia-Seitenschraube unweigerlich die nahe gelegenen Sehnen irritieren, einschließlich des Fibularis longus. Zweitens kann das Bohren in den kortikalen Knochen Zubrüchen führen. Drittens besteht immer noch die Möglichkeit, dass die Fixierung scheitert. Wir glauben, dass der Einsatz von 3D-gebauten individualisierten Schienen eine mögliche Option für den Bau eines nicht-invasiven Kniegelenkkontrakturmodells in der Zukunft29ist.
Zusammenfassend beschreibt die vorliegende Studie ein mini-invasives Kniegelenkkontraktionsmodell, das auf einer Kombination des Muskelspalt-Trennmodus und der Mini-Inzisionsmethode basiert. Da interne chirurgische Fixierungen ein gut akzeptiertes Modell der Gelenkkontraktur erzeugen können, kann diese Mini-invasive Technik bei der Untersuchung der immobilisierungsinduzierten Knieflexionskontraktur nützlich sein.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde durch Stipendien der National Natural Science Foundation of China (Nr. 81772368), der Natural Science Foundation der Provinz Guangdong (Nr. 2017A030313496) und des Guangdong Provincial Science and Technology Plan Project (Nr. 2016A02020215225; 2017B090912007). Die Autoren danken Dr. Fei Zhang, M.D. von der Abteilung für Orthopädische Chirurgie, The Eighth Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University für seine technische Hilfe bei der Modifikation.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Anerdian | Shanghai Likang Ltd. | 310173 | antibacterial |
| Buprenorphine | Shanghai Shyndec Pharmaceutical Ltd. | / | analgesia |
| Carprofen | MCE | HY-B1227 | analgesia |
| Cross screwdriver | STANLEY | PH0*125mm | tighten the screws |
| Electric drill | WEGO | 185 | drill hole(with stainless steel drill 0.9mm;1.0mm) |
| Microsurgical instruments | RWD | / | Orthopaedic surgical instruments for animals |
| Neomycin | Sigma | N6386 | antibacterial |
| Sodium pentobarbital | Sigma | P3761 | anaesthetize |
| Stainless Steel screws | WEGO | m1.4*8; m1.2*6 | screw(part of internal fixation) |
| Syringe | WEGO | 3151474 | use for plastic plate(part of internal fixation) |
| μ-CT | ALOKA | Latheta LCT-200 | in vivo CT scan |
References
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