Summary
Hier presenteren we een protocol om een minimaal invasieve techniek voor knie gewrichts immobilisatie in een rat-model te beschrijven. Dit reproduceerbare protocol, dat zich baseert op de scheidings modus van de spier kloof en de mini-incisie vaardigheid, is geschikt voor het bestuderen van het onderliggende moleculaire mechanisme van verworven gewrichts contractuur.
Abstract
Gezamenlijke contractuur, als gevolg van een langdurige gezamenlijke immobilisatie, is een gemeenschappelijke complicatie in orthopedie. Momenteel is het gebruik van een interne fixatie om knie gewrichts mobiliteit te beperken een algemeen aanvaarde model om experimentele contractuur te genereren. Echter, implanterende toepassing zal onvermijdelijk leiden tot chirurgische trauma aan de dieren. Gericht op het ontwikkelen van een minder invasieve aanpak, combineerden we een spier-kloof scheidings modus met een eerder gemelde mini-incisie vaardigheid tijdens de chirurgische ingreep: twee mini huid incisies werden gemaakt op de laterale dij en been, gevolgd door het uitvoeren van spier-gap scheiding om het botoppervlak bloot te leggen. Het Rat kniegewricht werd geleidelijk geïmmobiliseerd door een voorgebouwde interne fixatie bij ongeveer 135 ° knie flexon zonder storende essentiële zenuwen of bloedvaten. Zoals verwacht, deze eenvoudige techniek maakt snelle postoperatieve revalidatie bij dieren mogelijk. De juiste positie van de interne fixatie werd bevestigd door een x-ray of micro-CT scan analyse. Het bewegingsbereik was significant beperkt in het geïmmobiliseerde kniegewricht dan dat waargenomen in de contralaterale kniegewricht aantonen van de effectiviteit van dit model. Bovendien onthulde histologische analyse de ontwikkeling van de vezelafzetting en adhesie in de posterior-superieure knie gewrichtscapsule na verloop van tijd. Dit mini-invasieve model kan dus geschikt zijn voor het nabootsen van de ontwikkeling van geïmmobiliseerde kniegewricht contractuur.
Introduction
Gewrichtscontracturen worden gedefinieerd als een beperking van het passieve bewegingsbereik (ROM) van een diarthrodial gewricht1,2. De huidige therapieën gericht op het voorkomen en behandelen van gezamenlijke contractuur hebben succes bereikt3,4. Het onderliggende moleculaire mechanisme van verworven gezamenlijke contractuur blijft echter grotendeels onbekend5. De etiologie van gezamenlijke contracturen in verschillende sociale gemeenschappen is zeer divers en omvat genetische factoren, posttraumatische toestanden, chronische ziekten en langdurige immobiliteit6. Het wordt algemeen aanvaard dat immobiliteit een kritieke kwestie is bij de ontwikkeling van verworven joint contractuur7. Mensen die lijden aan grote gezamenlijke contractuur kunnen uiteindelijk resulteren in lichamelijke handicap8. Zo is een stabiel en reproduceerbaar diermodel noodzakelijk voor het onderzoeken van de mogelijke pathofysiologische mechanismen van verworven gewrichts contractuur.
De momenteel gebouwde immobilisatie-geïnduceerde kniegewricht contractuur modellen worden meestal bereikt door gebruik te maken van niet-invasieve werpt, externe bevestigingen, en interne fixaties. Watanabe et al. meldde de mogelijkheid van het gebruik van cast immobilisatie op rat kniegewrichten9. Door het dragen van een speciale jas, één kant van de onderste ledematen gewricht van de rat wordt geïmmobiliseerd door een cast. Het Rat kniegewricht kan volledig worden gebogen zonder chirurgische trauma10,11. Echter, zowel de heup en enkel gezamenlijke bewegingen worden ook beïnvloed door deze vorm van immobilisatie, die kan verhogen de mate van spieratrofie in de quadriceps musculus femoris of gastrocnemius12. Bovendien moeten oedeem en congestie van de achterledematen worden vermeden door de cast op ingestelde tijdstippen te vervangen, wat de continuïteit van immobiliteit kan aantasten. Een andere geaccepteerde methode voor de oprichting van een kniegewricht contractuur model is het gebruik van externe chirurgische fixatie. Nagai et al. gecombineerde Kirschner draad en staaldraad in een externe fixator, die het kniegewricht geïmmobiliseerd tot ongeveer 140 ° van flexie13. Bij deze methode wordt een hars gebruikt om het oppervlak te bedekken om krassen op de huid te voorkomen. Hoewel externe fixatie immobilisatie robuust en betrouwbaar is14,15, percutane Kirschner Wire PIN tracks kunnen verhogen het risico van infectie16. In onze eigen ervaring kan het gebruik van de externe fixatie techniek de dagelijkse activiteit van ratten verminderen als gevolg van een toename van het geconditioneerde lik gedrag.
Als alternatief Trudel et al. beschreef een goed geaccepteerde model van gezamenlijke contractuur in het Rat kniegewricht op basis van een chirurgische interne fixatie17 (deze methode werd gewijzigd door Evans en collega's18). Met name, deze methode benadrukt het belang van het gebruik van een mini-incisie techniek om de chirurgische wonden te minimaliseren. De efficiënte ontwikkeling van gezamenlijke contractuur is bewezen in dit model19. Het Protocol over het uitvoeren van een minimale dissectie om het botoppervlak bloot te leggen is echter nog onduidelijk20. Ook is de precieze positie waar de schroef boren niet volledig begrepen. De implantatie van de inwendige fixatie via een subcutane of submusculaire manier is nog steeds omstreden21. Om deze problemen op te lossen, hebben we deze methode aangepast door een passende scheiding van de spier kloof te maken, waardoor een mini-invasieve blootstelling van het botoppervlak en de plaatsing van de implantatie door een submusculaire kanaal mogelijk is. Dit protocol leidde tot snelle postoperatieve revalidatie bij ratten na de operatie. Dieren ontwikkelden een beperkt gezamenlijk bewegingsbereik na gewrichts immobilisatie, wat consistent was met morfologische veranderingen van de capsulaire adhesie verkregen uit de histologische analyse. We beschrijven ook een exacte mogelijke locatie van de geboorde schroeven, zoals bevestigd door Röntgen analyse of micro-CT-analyse. Dus, deze studie gericht op gedetailleerd beschrijven een minimale-invasieve techniek in een kniegewricht contractuur model dat werd vastgesteld door een spier-kloof scheidings modus gecombineerd met een mini-incisie methode. Wij zijn van mening dat minimaal invasieve technieken zowel dierlijk trauma kunnen verminderen als effectief het pathologische proces van joint flexie contractuur nabootsen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren en werden goedgekeurd door het derde aangesloten ziekenhuis van de Universiteit voor institutionele dierenverzorging en-gebruik van de Sun Yat-sen University (machtigings nummer: 02-165-01). Alle dier experimenten werden uitgevoerd volgens de richtlijnen voor aankomst.
1. preoperatieve voorbereiding
Opmerking: afbeelding 1 toont het ontwerp van de chirurgische ingreep.
- Het kniegewricht stevig immobiliseren met een kunststof plaat en twee metalen schroeven bij ongeveer 135 ° flexon.
Opmerking: Voer de operatie uit bij het proximale dijbeen en de distale tibia zonder de gewrichts component te schenden. - Materialen en instrumenten voor interne fixatie voorbereiden.
- Bouw een polypropyleen plastic platen van medische kwaliteit door een 5 mL spuit (Figuur 2a) te snijden met behulp van een chirurgische schaar om aan de volgende afmetingen te voldoen: lengte, 25 mm; breedte, 10 mm; dikte, 1 mm (Figuur 2b). Glad de omtrek van de plaat met een scalpel verticaal. Spoel de plaat met een steriele zoutoplossing om het puin drie keer af te spoelen.
- Steriliseren met 75% ethanol voor 4 uur, gevolgd door bestraling met ultraviolet licht gedurende 3 uur.
- Boorgaten in de kunststof plaat: bereid een met de hand gehouden lage-snelheid elektrische boor met een snelheid van ongeveer 0-4000 rpm (figuur 2c). Boor twee gaten aan beide uiteinden van de plaat, diameters zijn 1 mm en 0,9 mm, respectievelijk (figuur 2D). Overeenkomen met beide uiteinden van de plaat met respectievelijk M 1,4 mm x 8 mm en M 1,2 mm x 6 mm stalen schroeven (figuur 2e).
- Veeg met 75% ethanol en steriliseren met UV-licht voor 3 uur voor gebruik.
- Bouw een polypropyleen plastic platen van medische kwaliteit door een 5 mL spuit (Figuur 2a) te snijden met behulp van een chirurgische schaar om aan de volgende afmetingen te voldoen: lengte, 25 mm; breedte, 10 mm; dikte, 1 mm (Figuur 2b). Glad de omtrek van de plaat met een scalpel verticaal. Spoel de plaat met een steriele zoutoplossing om het puin drie keer af te spoelen.
- Bereiden chirurgische instrumenten: 1 rechte mug-type hemostatische klem, 1 gladde gebogen Tang, 2 ooglid oprolmechanismen, 1 naald houder, 1 weefsel Tang, 1 hecht schaar, 1 micro weefsel schaar en 1 scalpel (figuur 2F). Steriliseren de chirurgische instrumenten door autoclaveren bij 121,3 °C gedurende 20 minuten en drogen.
- Proefdieren
- Gebruik specifieke pathogeen vrije (SPF) grade volgroeid skelet rijpe mannetjes Sprague-Dawley (of Wistar) ratten, met een gewicht tussen 250-350 g in het experiment.
Opmerking: Kies een vrouwelijke of mannelijke rat voor het experiment. - Plaats de ratten in kooien en houd in een 12 h licht/12 h donkere cyclus gecontroleerde laboratoriumruimte. Zorg voor voldoende voedsel en water.
- Gebruik specifieke pathogeen vrije (SPF) grade volgroeid skelet rijpe mannetjes Sprague-Dawley (of Wistar) ratten, met een gewicht tussen 250-350 g in het experiment.
2. chirurgie
- Pas de temperatuur aan. Plaats een verwarmend pad op een chirurgisch platform in een thermostatische operatiekamer.
- Anesthesie en huid voorbereiding
- Weeg de rat af met een elektronische weegschaal en record.
- Restrain de rat en voer een intraperitoneale injectie van natriumpentobarbital (30 mg/kg) tot geïnduceerde anesthesie. Beoordeling dat het dier voldoende verdoofd met behulp van de teen pinch22. Dien de ogen met smeermiddel om het hoornvlies te beschermen tegen drogen tijdens de operatie.
- Scheer het onderlichaam van de rat met inbegrip van de twee achterpoten met een elektrische klipper en desinfecteer met een tinctuur van Povidon jodium tweemaal en 75% ethanol drie keer.
- Plaats de rat lateraal, en bedek met de chirurgische draperen bloot aan de ene kant achterpoten en heup.
- Desinfecteer het chirurgische gebied opnieuw met Povidon jodium.
- Immobiliseer het kniegewricht met inwendige fixatie met behulp van een mini-invasieve techniek.
Opmerking: Houd de incisie goed vochtig met steriele zoutoplossing tijdens de operatie. De operatie vereist meestal twee chirurgen.- Markeer de richting van de huid incisie. Teken aan het distale uiteinde van het dijbeen groter Trochanter een lijn langs het lichaam oppervlak projectie van de spier kloof tussen de quadriceps lateralis en biceps musculus femoris (Figuur 3a). Insnijden van de epidermis huid langs de teken lijn ongeveer 1,5 cm (Figuur 3b).
- Deuntly de spier kloof tussen quadriceps lateralis en biceps musculus femoris met een weefsel Tang totdat de femorale schacht ongeveer 1 cm lang is blootgesteld (figuur 3c). Gebruik het oprolmechanisme om een continue scheiding van de spier kloof te vergemakkelijken.
- Incise de epidermis huid ongeveer 1 cm langs het lichaam oppervlak projectie van de spier kloof tussen het tibialis voorste en fibularis Longus op de distale onderste extremiteit (figuur 3D). Deuntly de spier kloof totdat het scheenbeen ongeveer 1 cm lang wordt blootgesteld (figuur 3e).
- Scheid de zachte weefsels door de oprolmechanisme en de gladde Tang, houd loodrecht en boor één 1,0 mm diameter gat in de femorale as met een snelheid van 1.500 rpm met behulp van een elektrische boor (figuur 3F). De juiste boor positie is ongeveer 8 mm onder de onderrand van de grotere Trochanter. Druk snel op de wond om de bloeding te stoppen.
Opmerking: de juiste Boordiameter kan intraoperatieve fracturen voorkomen. - Boor een gat van 0,9 mm diameter in de Tibia ongeveer 4 mm onder de rand van de tibiofibulaire fusie (figuur 4a). Voer het boren zorgvuldig uit om het breken van spieren of pezen te voorkomen.
- Gebruik de rechte mug-type hemostatische klem om een submusculaire koers te vormen van het Tibia-gat tot het dijbeen. De submusculaire tunnel passeert onder het gastrocnemius in het uiteinde van de tibia en boven de Gluteus medius, onder de biceps musculus femoris in het dijbeen.
- Gebruik één M 1,4 mm x 8 mm stalen schroef om één uiteinde van de kunststof plaat te beveiligen (met het gat van 1,0 mm diameter) in het proximale dijbeen (figuur 4b). Gebruik één M 1,2 mm x 6 mm stalen schroef om een ander uiteinde van de kunststof plaat te beveiligen (met het gat van de 0,9 mm diameter) in de distale tibia (figuur 4c). Zorg voor het kniegewricht zonder Varus-vervorming.
- Sluit de wond: hecht aan de myofascia, diepe fasciae en het onderhuidse weefsel met behulp van 4-0 absorbabele hechtingen (figuur 4D). Sluit de huid met polyamide hechtingen (figuur 4F).
3. postoperatieve leiding
- Breng postoperatieve analgesie aan via subcutane injectie van buprenorfine (0,03 mg/mL) bij 0,05 mg/kg. Voeg 5 mg/mL neomycine toe aan drinkwater gedurende 5 dagen na de operatie.
- Injecteer het analgesie mengsel (buprenorfine en carprofen) respectievelijk op 0,05 mg/kg en 5 mg/kg subcutaan tweemaal daags gedurende ten minste 72 uur na de operatie.
- Controleer of de achterledemaat had over-oedeem in geval van vasculaire letsel. Zorgde ervoor dat de ratten normaal kunnen lopen in het geval van zenuw letsel tijdens de operatie.
4. postoperatieve behandeling
- Observeer de genezing van de chirurgische incisie en onderzoek het kniegewricht fysiek om vroege tekenen van infectie om de andere dag postoperatief te evalueren. Controleer de mate van zwelling van de enkel en metacarpophalangeale gewricht in geval van continu oedeem.
Opmerking: vroege postoperatieve infectie kan wond exsudaat, zwelling van het been en vertraagde wondgenezing veroorzaken. - Voer röntgenbeelden van de achterledemaat uit om ervoor te zorgen dat de schroeven op de eerste postoperatieve dag correct worden geplaatst.
Opmerking: een micro-CT-scan analyse is een andere alternatieve optie om de juiste locatie en de richting van de stalen schroeven weer te geven. - Meet het passieve bewegingsbereik (ROM) om de ontwikkeling van contractuur te evalueren. Neem een kniegewricht ROM-meting op verschillende tijd cohorten postoperatief zoals eerder beschreven20.
- In het kort, euthanceren de ratten en de huid de achterpoten. Verwijder de Immobilizer en meet de knie gewrichts hoek met behulp van een mechanische gelede meter bij twee koppels (667 of 1.060 g/cm)23.
- Bereken de ROM als gevolg van de totale contractuur, de myogenic contractuur, en de arthrogenic contractuur afzonderlijk op basis van de onderzoeksdoelstellingen24.
Opmerking: Stel verschillende tijd cohorten in (d.w.z. 1, 2, 4, 8, 16 en 32 weken) volgens de onderzoeksdoelstellingen. De contralaterale kniegewricht (niet-operatieve of Sham-bediend) kan dienen als een controle2.
- Histologische analyse van de posterieure knie gewrichts capsules.
- Bereid de gewrichtsweefsels voor. Ontleden het gewrichtsweefsel van de knie en fixeer het met 4% Paraformaldehyde. Decalcify en insluiten in paraffine zoals eerder gemeld25. Snijd de secties (5 μm) op mediale midcondylar niveau in het sagittale vlak.
Opmerking: Kies ervoor om verschillende evaluatie-kleuring uit te voeren, waaronder HE, aldehyde-fuchsin-Masson Goldner (AFMG), Elastica-Masson of immunohistochemie voor histologisch onderzoek in de gewrichtscapsule op basis van uw studie doelstellingen15, 26. - Observeer histomorphometrische veranderingen in de achterste kniegewricht capsules. Foto van de achterste regio van het kniegewricht. Houd rekening met vezelig afzetting en adhesie veranderingen tussen de diaphysis-synovium Junction en de meniscus6.
Opmerking: pathologische veranderingen van gewrichtscapsule worden beschouwd als een pathogene factor voor kniegewricht contractuur. Meet de lengte, de dikte en de capsulaire gebieden van de achterste capsule zoals eerder beschreven op basis van het onderzoek inhoud27.
- Bereid de gewrichtsweefsels voor. Ontleden het gewrichtsweefsel van de knie en fixeer het met 4% Paraformaldehyde. Decalcify en insluiten in paraffine zoals eerder gemeld25. Snijd de secties (5 μm) op mediale midcondylar niveau in het sagittale vlak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
We hebben geconstateerd dat ratten minimaal invasieve chirurgie kregen, kunnen slechts één dag na de operatie terugkeren naar het reguliere dieet. In het bijzonder heeft de chirurgische incisie littekens zonder exsudaat (figuur 5a). De zwelling van de enkel en metacarpophalangeale gewrichten in de operatieve achterledemaat is bijna volledig verdwenen twee dagen postoperatief (Figuur 5b) in vergelijking met de contralaterale kant (figuur 5c). Geen van de tekenen van vroege infectie werden gevonden bij de ratten. Ratten kunnen regelmatig staan en bewegen (figuur 5d). De chirurgische wonden waren volledig op dag twaalf genezen (Figuur 5).
Visueel werd het geïmmobiliseerde kniegewricht gecontracteerd na vier weken van immobilisatie, terwijl de mini-invasieve chirurgie geen zichtbaar effect had op de contralaterale ledemaat (Figuur 6a). De X-Ray afbeelding toont de juiste plaatsing van de stalen schroeven in het dijbeen of de tibia (Figuur 6b), hoewel het niet de locatie van de kunststof plaat te tonen. We hebben ook een micro-CT-scanner met hoge resolutie gebruikt om de geïmmobiliseerde onderste ledemaat te beeld. De 3D-reconstructie analyse toonde aan dat de schroeven lateraal werden geboord (figuur 6c). De boor positie is ongeveer 8 mm onder de onderrand van de grotere Trochanter bij het proximale dijbeen en gewoon (ongeveer 4 mm) onder de rand van de tibiofibulaire fusie bij de distale tibia (figuur 6c).
We afgemeten zes ratten aan het einde van twee keer (28 dagen en 56 dagen), respectievelijk, om te vergelijken de arthrogenic ROM tekorten op de geïmmobiliseerde kniegewricht en de contralaterale kant na myotomies van de transarticulaire spieren20. Het contralaterale kniegewricht (niet-operatief) dient als een controle. Na 28 dagen van immobilisatie was de gemiddelde arthrogenic tekorten in extensie ROM 29,4 ± 3,3 ° voor het geïmmobiliseerde kniegewricht, aanzienlijk hoger dan dat in controle (4,8 ± 2,8 °, P< 0,05). De arthrogenic tekorten in ROM verhoogd tijdens immobilisatie op een tijdafhankelijke manier, aangetoond door de gemiddelde arthrogenic tekorten van 40,7 ± 4,3 ° voor het geïmmobiliseerde kniegewricht, aanzienlijk groter dan die in controle, 11,2 ± 3,8 ° op de 56 dagen van immobilisatie (p < 0,05) (Figuur 7).
Met behulp van Elastica-Masson-kleuring analyseerden we de posterior-superieure knie gewrichtscapsule op drie-tijdpunten. Op dag één immobilisatie werd geen adhesie waargenomen in de gewrichts ruimte tussen de achterste capsule met postero en het dijbeen in de geïmmobiliseerde of de contralaterale kant kniegewricht (figuur 8a, d). Echter, we hebben geconstateerd dat er Fibro-adipeus weefsel gedeponeerd en adhesie had ontwikkeld in de gewrichts ruimte na 28 dagen van immobilisatie (figuur 8e). De vezelachtige weefsels zelfs gedeeltelijk vervangen deze depositie na 56 dagen van immobilisatie (figuur 8F) terwijl dit soort hechting werd niet waargenomen in de contralaterale kant op verschillende tijdstippen (Figuur 8 a, b, c).
Figuur 1: grafische illustratie van een laterale weergave van het kniegewricht geïmmobiliseerd met een inwendige fixatie op 135 ° van Flexion. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 2: ontwerp de polypropyleen kunststof plaat in een inwendige fixatie. (a-b) Een polypropyleen kunststof plaat was gespleten van de spuit. De gestippelde lijnen vertegenwoordigen het geschatte plaat bereik. De plaat heeft de volgende afmetingen: lengte, 25 mm; breedte, 10 mm; dikte, 1 mm. c) foto van de handheld elektrische boor. d) boren met de diameter 0,9 mm en 1,0 mm aan elk uiteinde van de plaat. De specificatie van de schroef is respectievelijk 1,4 x 8 mm en 1,2 x 6 mm. e) de definitieve vorm van een vooraf samengestelde interne fixatie. f) de chirurgische instrumenten. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 3: macro grafieën van chirurgische blootstelling het middelste dijbeen en de distale tibia met behulp van de mini-invasieve techniek. a) een zwarte lijn geeft de huid incisie tussen de quadriceps lateralis (bovenste gemarkeerde gebied) en biceps musculus femoris (lager gemarkeerde gebied). De gestippelde lijnen vertegenwoordigen het geschatte spier bereik. b) de chirurgische incisie tussen de spieren wordt geïllustreerd. De incisie is weg van de sciatische zenuw. De zwarte lijn vertegenwoordigt de oriëntatie van de sciatische zenuw. c) de blootstelling van de middenas van de femur door scheiding van de spier kloof met de aangegeven quadriceps lateralis en capput Vertebralis . (d-e) De blootstelling van de tibia wordt aangetoond in relatie tot de fibularis Longus. f) het boorgat in de femorale schacht wordt geïllustreerd met de quadriceps lateralis en de aangegeven capput Vertebralis . Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 4: implantatie van interne fixatie. a) het gat in de tibia wordt geïllustreerd met de fibularis Longus en de flexor digitorum Profundis geïndiceerd. (b-c) De kunststof plaat in het boorgat geschroefd wordt geïllustreerd met betrekking tot de Caput Vertebralis (b) en de fibularis Longus (c). (d-e) Wondsluiting met vicryl hechtmiddel. De gestippelde lijn (e) staat voor de geschatte kunststof plaat Range. f) postoperatieve totale weergave van de mini-incisie. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 5: observatie van chirurgische incisie genezing. a) de chirurgische incisie heeft twee dagen postoperatief littekens. (b-c) De zwelling van de enkel en metacarpophalangeale gewrichten in de postchirurgische ledemaat (b) is bijna volledig verdwenen twee dagen postoperatief. Pijlpunten geven de enkelgewrichten aan. d) een rat kan normaal staan. (e-f) De wond heeft twaalf dagen postoperatief volledig genezen. Zwarte pijlen geven chirurgische genezing incisie. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 6: evaluatie van de knie gewrichts immobilisatie. (a) het macroscopische beeld illustreert een samentrekking van het linker kniegewricht na vier weken van immobilisatie. b) het totale Röntgen beeld toont de plaatsing van de schroeven. (c) microcomputertomografie analyse van het geïmmobiliseerde kniegewricht. De witte pijlen vertegenwoordigen de vaste schroeven. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 7: analyse van de gelede tekorten in het gezamenlijke uitbreidings bereik van de beweging (ROM). Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SEM (n = 6 per groep). De arthrogenic tekorten in extensie-ROM van de geïmmobiliseerde kniegewrichten zijn aanzienlijk hoger dan die van de contralaterale, niet-operatieve kant (dienen als een controlegroep). Beperking in ROM vertegenwoordigt gezamenlijke immobilisatie geïnduceerde een typische knie flexie contractuur. Statistische analyse: de gelijkheid van varianties werd uitgevoerd met behulp van Levene's test, ROM verschillen tussen de contralaterale en geïmmobiliseerde groepen werden vergeleken op twee-tijdpunt (28 en 56 dagen) door twee staarten student 's t test. Significantie verschil werd bepaald door *P < 0,05 van het besturingselement. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 8: histologische veranderingen in de posterieure superieure knie gewrichtscapsule, geanalyseerd door Elastica-Masson-kleuring op verschillende tijdstippen. Representatieve beelden van de posterieure superieure gewrichtscapsule in het contralaterale kniegewricht (niet-operatieve, bovenste panelen) en het geïmmobiliseerde kniegewricht (operatieve, onderste deelvensters) op dag 1, 28 en 56 tijdens gewrichts immobilisatie. Na een dag van immobilisatie, synovium was dik, en geen hechting werd waargenomen in de gewrichts ruimte tussen de postero-superieure gewrichtscapsule en het dijbeen (aangegeven door sterretjes in een linker rij). Na 28 dagen van immobilisatie was er Fibro-vetweefsel dat in de gewrichts ruimte werd afgezet en de hechting was ontstaan tussen postero-superieure gewrichtscapsule en het dijbeen (aangegeven door pijlpunt). Op dagen 56 van immobilisatie, de deposito's bestond nog steeds, en er was vezelweefsel steeds vaker verschenen (aangegeven door Arrow). De zwarte rand in de linkerbenedenhoek vertegenwoordigt het vergrote beeld van de gewrichts ruimte tussen de achterste capsule met postero en het dijbeen. F: femur; T: Tibia; M: meniscus, de achterste hoorn; JS: gezamenlijke ruimte. Schaalbalk = 50 μm. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Deze studie was gericht op het verhelmaken van een stap-voor-stap kniegewricht immobilisatie methode met behulp van een mini-invasieve techniek die snelle postoperatieve revalidatie in dieren na chirurgie toestaat. Conventioneel wordt gedacht dat de scheiding tussen de spieren en de kloof een minimaal invasieve techniek is in orthopedische chirurgie. Zoals verwacht, ontdekten we dat ratten kunnen terugkeren naar een normaal dieet en activiteiten slechts één dag postoperatief, wat consistent was met de vorige studie. Bovendien, geen slagader of zenuw letsel opgetreden na de operatie, bewijs dat de scheiding van de spier-kloof modus verzekerd van een adequate en veilige botblootstelling methode. Hoewel de invasieve chirurgische effecten kunnen worden verminderd met gietsels, kan de mogelijkheid van oedeem in de achterledematen de continuïteit van immobiliteit aantasten. In deze studie, de enkel of teen zwelling veroorzaakt door chirurgische ingrepen verdwenen volledig na twee dagen postoperatief. Deze resultaten markeren een betrouwbare en stabiele gezamenlijke immobilisatie model gemaakt door een mini-invasieve techniek uitgelijnd met het principe van snel herstel. Klinisch is de flexon contractuur die wordt veroorzaakt door immobilisatie dichter bij een niet-inflammatoire cursus6. Oedeem kan leiden tot het vrijkomen van ontstekingsmediatoren4. Daarom kan het gebruik van afgietsels tot geïnduceerde gewrichts contractuur inderdaad niet onschadelijk zijn. In de huidige studie werden twee afzonderlijke kleine incisies (van 1-1,5 cm) uitgevoerd op respectievelijk de femorale en de tibiale zijde. De incisie lengtes waren vergelijkbaar met de grootte van de incisie die nodig is voor K-Wire boren. Daarom is het mini-invasieve effect van deze methode meer bevorderlijk voor het verminderen van trauma aan die van externe fixatie. Behalve, een eerdere gerandomiseerde gecontroleerde trial toonde een mogelijke correlatie tussen de toepassing van externe fixatie (percutat) en het verhoogde risico op infectie in de ledemaat16. Gezien het feit dat er geen ratten had een vroege infectie teken in het onderzoek, we gingen ervan uit dat de scheiding van de spier kloof techniek is de sleutel tot dit model, omdat het bloeden en onnodig snijden kan verminderen. Ook, de interne fixator werd bijgesneden van de spuit, het is lage kosten en vooral, niet-toxisch voor dieren. Hoewel zowel de laterale als de mediale chirurgische benaderingen een effectief rat-model van knie flexie contractuur28kunnen vestigen, kan deze kleine invasieve techniek echter alleen worden uitgevoerd met behulp van de laterale benadering in plaats van de mediale Aanpak.
Voor onze beste kennis is de precieze schroef boor positie bij het proximale dijbeen of distale tibia niet volledig begrepen. Kiezen voor het boren van een gat in het middelste deel van de Tibia kan invloed hebben op de bloedtoevoer in de Tibia. De resultaten verkregen uit de micro-CT-analyse gaven aan dat de juiste boor positie ongeveer 8 mm onder de onderrand van de grotere Trochanter is en ongeveer 4 mm onder de rand van de tibiofibulaire fusie. De juiste boor positie kan helpen voorkomen dat effecten op de gezamenlijke component of de bloedtoevoer. De implantatie van de inwendige fixatie via een subcutane of submusculaire manier is echter nog steeds controversieel. Interessant is dat het uitvoeren van de spier-kloof scheidingstechniek is handig voor het plaatsen van de implantatie door een submusculaire kanaal tot op zekere hoogte.
De resultaten van de gezamenlijke hoekmeting waren consistent met de histologische analyse, waaruit bleek dat kniegewricht contractuur met succes werd geïnduceerd in de geïmmobiliseerde hindledemaat. De gemiddelde arthrogenic tekorten in extensie ROM was 29,4 ± 3,3 °, 40,7 ± 4,3 ° op het geïmmobiliseerde kniegewricht aan het einde van 28 dagen en 56 dagen van immobilisatie, respectievelijk, die significant hoger waren dan die in controle (P < 0,05). We constateerden ook dat de typische hechting zich had ontwikkeld tussen de gewrichts ruimte tussen de postero-superieure gewrichtscapsule en het dijbeen in het geïmmobiliseerde zijknie gewricht (figuur 8e, f), wat aangeeft dat het gebruik van de mini-invasieve techniek niet interfereren met het optreden van gezamenlijke contractuur. Samen, het onderzoek geeft aan dat dit mini-invasieve model stabiele resultaten oplevert en is effectief in inducerende verworven joint flexie contractuur.
Dit mini-invasieve model heeft nog steeds een aantal beperkingen. Ten eerste, de Tibia zijschroef zal onvermijdelijk irriteren de nabijgelegen pezen, met inbegrip van de fibularis Longus. Ten tweede kan boren in het corticale bot breuken veroorzaken. Ten derde, er is nog steeds een kans op fixatie mislukking. Wij geloven dat het gebruik van 3D-gebouwde geïndividualiseerde splints een mogelijke optie is voor het bouwen van een niet-invasief kniegewricht contractuur model in de toekomst29.
Concluderend, de huidige studie beschrijft een mini-invasieve kniegewricht contractuur model dat is gebaseerd op een combinatie van de spier kloof scheiding modus en de mini-incisie methode. Gezien het feit dat interne chirurgische fixaties een goed geaccepteerde model van gezamenlijke contractuur kunnen produceren, kan deze mini-invasieve techniek nuttig zijn in de studie van immobilisatie-geïnduceerde knie flexie contractuur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd gesteund door subsidies van National Natural Science Foundation of China (nr. 81772368), Natural Science Foundation van de provincie Guangdong (nr. 2017A030313496), en Guangdong provinciaal wetenschaps-en technologie plan project (No. 2016A020215225; No. 2017B090912007). De auteurs bedanken Dr. Fei Zhang, M.D. van de afdeling orthopedische chirurgie, het achtste aangesloten ziekenhuis van Sun Yat-sen University voor zijn technische assistentie tijdens de modificatie.
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
- Akeson, W. H., Amiel, D., Woo, S. L. Immobility effects on synovial joints the pathomechanics of joint contracture. Biorheology. 17 (1-2), 95-110 (1980).
- Trudel, G., Uhthoff, H. K., Brown, M. Extent and direction of joint motion limitation after prolonged immobility: an experimental study in the rat. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 80 (12), 1542-1547 (1999).
- Arsoy, D., et al. Joint contracture is reduced by intra-articular implantation of rosiglitazone-loaded hydrogels in a rabbit model of arthrofibrosis. Journal of Orthopaedic Research. , (2018).
- Glaeser, J. D., et al. Anti-Inflammatory Peptide Attenuates Edema and Promotes BMP-2-Induced Bone Formation in Spine Fusion. Tissue Engineering. Part A. , (2018).
- Fergusson, D., Hutton, B., Drodge, A. The epidemiology of major joint contractures: a systematic review of the literature. Clinical Orthopaedics and Related Research. 456, 22-29 (2007).
- Wong, K., Trudel, G., Laneuville, O. Noninflammatory Joint Contractures Arising from Immobility: Animal Models to Future Treatments. BioMed Research International. 2015, 848290 (2015).
- Clavet, H., Hebert, P. C., Fergusson, D., Doucette, S., Trudel, G. Joint contracture following prolonged stay in the intensive care unit. CMAJ : Canadian Medical Association Journal. 178 (6), 691-697 (2008).
- Dehail, P., et al. Joint contractures and acquired deforming hypertonia in older people: Which determinants? Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. , (2018).
- Watanabe, M., Kojima, S., Hoso, M. Effect of low-intensity pulsed ultrasound therapy on a rat knee joint contracture model. Journal of Physical Therapy Science. 29 (9), 1567-1572 (2017).
- Goto, K., et al. Development and progression of immobilization-induced skin fibrosis through overexpression of transforming growth factor-ss1 and hypoxic conditions in a rat knee joint contracture model. Connective Tissue Research. 58 (6), 586-596 (2017).
- Sasabe, R., et al. Effects of joint immobilization on changes in myofibroblasts and collagen in the rat knee contracture model. Journal of Orthopaedic Research. 35 (9), 1998-2006 (2017).
- Sakakima, H., Yoshida, Y., Sakae, K., Morimoto, N. Different frequency treadmill running in immobilization-induced muscle atrophy and ankle joint contracture of rats. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 14 (3), 186-192 (2004).
- Nagai, M., et al. Contributions of biarticular myogenic components to the limitation of the range of motion after immobilization of rat knee joint. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 224 (2014).
- Matsuzaki, T., Yoshida, S., Kojima, S., Watanabe, M., Hoso, M. Influence of ROM Exercise on the Joint Components during Immobilization. Journal of Physical Therapy Science. 25 (12), 1547-1551 (2013).
- Kaneguchi, A., Ozawa, J., Kawamata, S., Yamaoka, K. Development of arthrogenic joint contracture as a result of pathological changes in remobilized rat knees. Journal of Orthopaedic Research. 35 (7), 1414-1423 (2017).
- Hargreaves, D. G., Drew, S. J., Eckersley, R. Kirschner wire pin tract infection rates: a randomized controlled trial between percutaneous and buried wires. Journal of Hand Surgery. 29 (4), 374-376 (2004).
- Trudel, G. Differentiating the myogenic and arthrogenic components of joint contractures. An experimental study on the rat knee joint. International Journal of Rehabilitation Research. 20 (4), 397-404 (1997).
- Evans, E. B., Eggers, G. W. N., Butler, J. K., Blumel, J. Experimental Immobilization and Remobilization of Rat Knee Joints. Journal of Bone and Joint Surgery. 42 (5), 737-758 (1960).
- Hagiwara, Y., et al. Expression patterns of collagen types I and III in the capsule of a rat knee contracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 315-321 (2010).
- Trudel, G., Uhthoff, H. K. Contractures secondary to immobility: is the restriction articular or muscular? An experimental longitudinal study in the rat knee. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 81 (1), 6-13 (2000).
- Hagiwara, Y., et al. Increased elasticity of capsule after immobilization in a rat knee experimental model assessed by scanning acoustic microscopy. Upsala Journal of Medical Sciences. 111 (3), 303-313 (2006).
- Adelsperger, A. R., Bigiarelli-Nogas, K. J., Toore, I., Goergen, C. J. Use of a Low-flow Digital Anesthesia System for Mice and Rats. Journal of Visualized Experiments. (115), (2016).
- Trudel, G., O'Neill, P. A., Goudreau, L. A. A mechanical arthrometer to measure knee joint contracture in rats. IEEE Transactions On Rehabilitation Engineering. 8 (1), 149-155 (2000).
- Campbell, T. M., et al. Using a Knee Arthrometer to Evaluate Tissue-specific Contributions to Knee Flexion Contracture in the Rat. Journal of Visualized Experiments. (141), (2018).
- Moriyama, H., et al. Alteration of knee joint connective tissues during contracture formation in spastic rats after an experimentally induced spinal cord injury. Connective Tissue Research. 48 (4), 180-187 (2007).
- Onoda, Y., et al. Joint haemorrhage partly accelerated immobilization-induced synovial adhesions and capsular shortening in rats. Knee Surgery, Sports Traumatology, & Arthroscopy. 22 (11), 2874-2883 (2014).
- Trudel, G., Jabi, M., Uhthoff, H. K. Localized and adaptive synoviocyte proliferation characteristics in rat knee joint contractures secondary to immobility. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (9), 1350-1356 (2003).
- Jiang, S., et al. Endoplasmic reticulum stress-dependent ROS production mediates synovial myofibroblastic differentiation in the immobilization-induced rat knee joint contracture model. Experimental Cell Research. 369 (2), 325-334 (2018).
- Pithioux, M., et al. An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur. Journal of Visualized Experiments. (128), (2017).
