Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att beskriva en minimalt invasiv teknik för knäled immobilisering i en råtta modell. Detta reproducerbara protokoll, basera på muskel-gap separation modus och mini-incision skicklighet, är lämplig för att studera den underliggande molekylära mekanismen för förvärvade gemensamma kontraktur.
Abstract
Gemensam kontraktur, som en följd av en långvarig gemensam immobilisering, är en vanlig komplikation i ortopedi. För närvarande använder en intern fixering för att begränsa knäleds rörlighet är en allmänt accepterad modell för att generera experimentell kontraktur. Men implantera ansökan kommer oundvikligen att orsaka kirurgiska trauma till djuren. Syftar till att utveckla en mindre invasiv strategi, kombinerade vi en muskel-gap separation modus med en tidigare rapporterat mini-incision skicklighet under det kirurgiska ingreppet: två mini hud snitt gjordes på den laterala lår och ben, följt av att utföra muskel-gap separation för att exponera benytan. Råtta knäleden var gradvis immobiliseras av en förkonstruerad intern fixering vid cirka 135 ° knä flexion utan att störa viktiga nerver eller blodkärl. Som väntat möjliggör denna enkla teknik snabb postoperativ rehabilitering hos djur. Den korrekta positionen för den interna fixering bekräftades av en röntgen-eller mikro-CT scanning analys. Rörelseomfång var signifikant begränsad i immobiliserade knäleden än den som observerats i kontralaterala knäleden visar effektiviteten av denna modell. Förutom, histologisk analys avslöjade utvecklingen av fibrösa deposition och vidhäftning i den bakre-överlägsen knäled kapseln över tiden. Sålunda, denna mini-invasiv modell kan vara lämplig för att imitera utvecklingen av immobiliserade knäled kontraktur.
Introduction
Gemensamma kontrakturer definieras som en begränsning i passiv rörelseomfång (Rom) av en diarthrodial gemensamma1,2. De nuvarande terapier som syftar till att förebygga och behandla gemensamma kontraktur har uppnått viss framgång3,4. Den underliggande molekylära mekanismen för förvärvad joint kontraktur är dock fortfarande i stort sett okänd5. Etiologi gemensamma kontrakturer i olika sociala samhällen är mycket varierande och omfattar genetiska faktorer, posttraumatiska stater, kroniska sjukdomar, och långvarig orörlighet6. Det är allmänt accepterat att orörlighet är en kritisk fråga i utvecklingen av förvärvade joint kontraktur7. Personer som lider av större gemensam kontraktur kan i slutändan resultera i fysisk funktionsnedsättning8. Sålunda, en stabil och reproducerbar djurmodell är nödvändig för att undersöka de potentiella patofysiologiska mekanismerna för förvärvad gemensam kontraktur.
Den för närvarande byggda immobilisering-inducerad knäleden kontraktur modeller uppnås främst genom att använda noninvasiv kastar, externa fixeringar och interna fixeringar. Watanabe et al. rapporterade möjligheten att använda gjutna immobilisering på råtta knä lederna9. Genom att bära en speciell jacka, immobiliseras ena sidan av den nedre extremiteten hos råtta med en gjuten. Råtta knäleden kan förbli helt böjd utan kirurgiska trauma10,11. Emellertid, både höft och vrist gemensamma rörelser påverkas också av denna form av immobilisering, vilket kan öka graden av muskelatrofi i quadriceps femoris eller gastrocnemius12. Dessutom, ödem och trängsel i bakbenen måste undvikas genom att ersätta rösterna vid fastställda tidpunkter, vilket kan påverka kontinuiteten i orörlighet. En annan accepterad metod för inrättandet av en knäleds kontraktur modell använder extern kirurgisk fixering. Nagai et al. kombinerade Kirschner Wire och Steel Wire i en extern fixator, som immobiliserade knäleden till ca 140 ° av flexion13. I denna metod, en harts används för att täcka ytan för att förhindra hud repor. Även extern fixering immobilisering är robust och tillförlitlig14,15, perkutan Kirschner tråd stift spår kan öka risken för infektion16. I vår egen erfarenhet, med hjälp av extern fixering teknik kan minska den dagliga aktiviteten hos råttor på grund av en ökning av den konditionerade slicka beteende.
Alternativt, Trudel et al. beskrev en väl accepterad modell av gemensam kontraktur i råtta knäleden baserat på en kirurgisk intern fixering17 (denna metod ändrades från den som används av Evans och kollegor18). Särskilt, denna metod belyser vikten av att använda en mini-incision teknik för att minimera de kirurgiska såren. Den effektiva utvecklingen av joint kontraktur har bevisats i denna modell19. Men protokollet om hur man utför en minimal dissektion för att exponera ben ytan är fortfarande oklart20. Dessutom är den exakta positionen där skruven är borrning inte helt klarlagd. Implantation av den interna fixering genom en subkutan eller submuskulös sätt är fortfarande kontroversiell21. För att lösa dessa problem har vi ändrat denna metod genom att inkludera en lämplig muskel-gap separation modus, som tillåter en mini-invasiv exponering av benytan och placeringen av implantation genom en submuskulös kanal. Detta protokoll ledde till snabb postoperativ rehabilitering hos råttor efter operation. Djuren utvecklade ett begränsat gemensamt rörelseomfång efter gemensam immobilisering, vilket överensstämde med morfologiska förändringar av kapsel adhesionen som erhållits från den histologiska analysen. Vi beskriver också en exakt möjlig placering av de borrade skruvarna som bekräftas av röntgen analys eller mikro-CT-analys. Sålunda, denna studie syftade till att i detalj beskriva en minimal invasiv teknik i en knäleds kontraktur modell som fastställdes av en muskel-gap separation modus kombinerat med en mini-incision metod. Vi tror att minimalt invasiva tekniker kan både minska djur trauma och effektivt efterlikna den patologiska processen av gemensamma flexion kontraktur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla förfaranden genomfördes i enlighet med handledningen för vård och användning av försöksdjur och godkändes av det tredje anslutna sjukhuset Sun Yat-sen University institutionella djuromsorg och användnings kommitté (tillståndsnummer: 02-165-01). Alla djur experiment utfördes enligt riktlinjerna för ANLÄND.
1. preoperativ förberedelse
Anm.: figur 1 visar det kirurgiska ingreppets utformning.
- Stelt immobilisera knäleden med en plastplatta och två metall skruvar på cirka 135 ° flexion.
Anmärkning: utför operationen vid proximala lårbenet och distala skenbenet utan att bryta den gemensamma komponenten. - Förbered material och instrument för intern fixering.
- Konstruera en polypropylen plast plåtar genom att skära en 5 mL spruta (figur 2A) med hjälp av en kirurgisk sax för att passa följande dimensioner: längd, 25 mm; bredd, 10 mm; tjocklek, 1 mm (figur 2b). Släta ut plattans omkrets med en skalpell vertikalt. Skölj plattan med steril saltlösning för att tvätta bort skräpet med tre gånger.
- Sterilisera med 75% etanol för 4 h följt av bestråla med ultraviolett ljus för 3 h.
- Pre-borrning hål i plast plattan: Förbered en handhållen låg hastighet borrmaskin med en hastighet av ca 0-4000 rpm (figur 2C). Borra två hål i båda ändarna av plattan, diametrar är 1 mm och 0,9 mm, respektive (figur 2D). Matcha båda ändarna av plattan med M 1,4 mm x 8 mm och M 1,2 mm x 6 mm stål skruvar, respektive (figur 2e).
- Torka med 75% etanol och sterilisera med UV-ljus för 3 h före användning.
- Konstruera en polypropylen plast plåtar genom att skära en 5 mL spruta (figur 2A) med hjälp av en kirurgisk sax för att passa följande dimensioner: längd, 25 mm; bredd, 10 mm; tjocklek, 1 mm (figur 2b). Släta ut plattans omkrets med en skalpell vertikalt. Skölj plattan med steril saltlösning för att tvätta bort skräpet med tre gånger.
- Förbered kirurgiska instrument: 1 raka mygga-typ hemostatisk Clamp, 1 slät böjda tång, 2 retraktorer ögonlock, 1 nål-Holder, 1 vävnad forceps, 1 sutur sax, 1 microtissue sax och 1 skalpell (figur 2F). Sterilisera de kirurgiska instrumenten genom autoklav vid 121,3 ° c i 20 min och torkning.
- Försöksdjur
- Använd specifika patogen gratis (SPF) grade skeletalt mogna manliga Sprague-Dawley (eller Wistar) råttor, som väger mellan 250-350 g i experimentet.
Obs: Välj antingen kvinnliga eller manliga råttor för experimentet. - Placera råttor i burar och hålla i en 12 h ljus/12 h mörkt cykelstyrd laboratorium rum. Ge tillräckligt med mat och vatten.
- Använd specifika patogen gratis (SPF) grade skeletalt mogna manliga Sprague-Dawley (eller Wistar) råttor, som väger mellan 250-350 g i experimentet.
2. kirurgi
- Justera temperaturen. Placera en uppvärmnings dyna på en kirurgisk plattform i ett termostatiskt operationsrum.
- Anestesi och hud beredning
- Väga råtta med en elektronisk skala och rekord.
- Hindra råtta och utföra en intraperitoneal injektion av natrium pentobarbital (30 mg/kg) till inducerad anestesi. Bedöma att djuret är tillräckligt sövda med hjälp av tå nypa22. Administrera ögonen med smörjmedel för att skydda hornhinnan från torkning under kirurgi.
- Raka den nedre kroppen av råtta inklusive de två bakbenen med en elektrisk klippare och desinficera med en tinktur av povidon jod två gånger och 75% etanol tre gånger.
- Placera råtta i sidled, och täck med den kirurgiska drapera utsätta en sida bakbenet och höft.
- Desinficera det kirurgiska området igen med povidon jod.
- Immobilisera knäleden med intern fixering med hjälp av en mini-invasiv teknik.
Obs: Håll snittet ordentligt fuktigt med steril saltlösning under operationen. Operationen kräver vanligtvis två kirurger.- Markera riktningen på hudsnittet. Vid den distala änden av lårbenet större trochanter, dra en linje längs kroppen ytan projektion av muskel gapet mellan vastus lateralis och biceps femoris (figur 3a). Incise hud epidermis längs rit linjen ca 1,5 cm (figur 3b).
- Rent ut dissekera muskel klyftan mellan vastus lateralis och biceps femoris med en vävnad pinps tills lårbensskaftet utsätts för cirka 1 cm i längd (figur 3c). Använd upprullningsdonet för att underlätta kontinuerlig separation av muskel gapet.
- Incise epidermis huden ca 1 cm längs kroppen ytan projektion av muskel gapet mellan tibialis anterior och fibularis longus på distala nedre extremiteten (figur 3D). Rent ut dissekera muskel gapet tills skenbenet exponeras ungefär 1 cm i längd (figur 3e).
- Separera mjukvävnaderna genom upprullningsdonet och de släta tångben, håll vinkelrätt och borra ett hål på 1,0 mm diameter i femurskaftet med en hastighet av 1 500 rpm med hjälp av en borrmaskin (figur 3F). Rätt borr position är ungefär 8 mm under den undre kanten av trochanter. Tryck snabbt på såret för att stoppa blödningen.
Anmärkning: korrekt Borrdiameter kan undvika Intraoperativa frakturer. - Borra en 0,9 mm diameter hål i skenbenet ca 4 mm underkanten av syndesmosis fusion (figur 4a). Utför borrningen noggrant för att förhindra krossning av muskler eller senor.
- Använd den raka Mosquito-typ hemostatisk klämma för att bilda en submuskulös kurs från Tibia hålet till lårbenet hål. Den submuskulös tunneln passerar under gastrocnemius i Tibia slutet och ovanför gluteus medius, under biceps femoris i lårbenet.
- Använd en M 1,4 mm x 8 mm stål skruv för att säkra ena änden av plast plattan (med hålet 1,0 mm diameter) i den proximala lårbenet (figur 4b). Använd en M 1,2 mm x 6 mm stål skruv för att säkra en annan ände av plast plattan (med hålet 0,9 mm diameter) i det distala skenbenet (figur 4c). Säkerställa knäleden utan Varus deformitet.
- Stäng såret: sutur den myofascia, djupa fasciae, och subkutan vävnad med hjälp av 4-0 absorberbara suturer (figur 4D). Stäng huden med Polyamidsuturer (figur 4F).
3. postoperativ hantering
- Applicera postoperativ analgesi genom subkutan injektion av buprenorfin (0,03 mg/mL) vid 0,05 mg/kg. Tillsätt 5 mg/mL neomycin i dricksvatten i 5 dagar efter operationen.
- Injicera analgesiblandningen (buprenorfin och karprofen) med 0,05 mg/kg och 5 mg/kg subkutant två gånger dagligen i minst 72 timmar efter operationen.
- Kontrollera om Hind lem hade över-ödem i händelse av vaskulär skada. Gjorde säker på att råttorna kan gå normalt i fallet med nervskada under operationen.
4. postoperativ undersökning
- Observera läkning av det kirurgiska snittet och fysiskt undersöka knäleden för att utvärdera tidiga tecken på infektion varannan dag postoperativt. Kontrollera graden av svullnad av fotleden och metacarpophalangeal gemensamma i händelse av kontinuerligt ödem.
Anmärkning: tidig postoperativ infektion kan orsaka sår exudat, ben svullnad, och fördröjd sårläkning. - Utför röntgenundersökningar av bakbenen för att säkerställa att skruvarna på den första postoperativa dagen placeras korrekt.
Obs: en mikro-CT Scan analys är ett annat alternativ för att visa rätt plats och riktningen på stål skruvarna. - Mät passiv rörelseomfång (ROM) för att utvärdera utvecklingen av kontraktur. Ta en knäled ROM-mätning vid olika tidkohorter postoperativt som beskrivits tidigare20.
- I korthet, euthanize råttorna och huden bakbenen. Ta bort stöldskyddet och mät knäleden vinkel med hjälp av en mekanisk arthrometer på två vridmoment (667 eller 1 060 g/cm)23.
- Beräkna ROM som en följd av den totala kontrakturen, den myogena kontrakturen, och den arthrogenic kontrakturen separat baserat på utredningens mål24.
Notera: Ställ in olika tids kohorter (d.v.s. 1, 2, 4, 8, 16 och 32 veckor) enligt Forskningsmålen. Den kontralaterala knäleden (icke-operativ eller simulerad) kan fungera som en kontroll2.
- Histologisk analys av de bakre knäled kapslarna.
- Förbered de gemensamma vävnaderna. Dissekera knäleden vävnad och fixa det med 4% PARAFORMALDEHYD. DECALCIFY och bädda in den i paraffin som tidigare rapporterats25. Skär sektionerna (5 μm) på mediala midcondylar nivå i sagittal planet.
Obs: Välj att utföra olika utvärdera färgning inklusive han, aldehyd-Fuchsin-Masson Goldner (AFMG), Elastica – Masson, eller immunohistokemi färgning för histologisk studie i ledkapseln baserat på dina studie mål15, 26. - Observera histomorphometriska förändringar i de bakre knäled kapslarna. Fotografera den bakre regionen av knäleden. Observera fibrös deposition och vidhäftnings förändringar mellan Diaphysis-synoviumkorsningen och menisken6.
Obs: patologiska förändringar av LED kapsel anses vara en patogena faktor för knäleds kontraktur. Mät längden, tjockleken och kapsel områdena i den bakre kapseln som tidigare beskrivits enligt forskningsinnehållet27.
- Förbered de gemensamma vävnaderna. Dissekera knäleden vävnad och fixa det med 4% PARAFORMALDEHYD. DECALCIFY och bädda in den i paraffin som tidigare rapporterats25. Skär sektionerna (5 μm) på mediala midcondylar nivå i sagittal planet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi observerade att råttor fick minimalt invasiv kirurgi kan återvända till den vanliga kosten bara en dag postoperativt. I synnerhet har det kirurgiska snittet ärrade utan exudat (figur 5a). Svullnad av fotleden och metacarpophalangeal lederna i den operativa bakbenen har nästan helt försvunnit två dagar postoperativt (Figur 5b) jämfört med den kontralaterala sidan (figur 5c). Ingen av tecknen på tidig infektion hittades i råttor. Råttor kan stå och motionera regelbundet (figur 5D). De kirurgiska såren hade läkt helt på dag tolv postoperativt (figur 5).
Visuellt var immobiliserade knäleden kontrakterade efter fyra veckors immobilisering, medan den mini-invasiva kirurgi hade ingen synlig effekt på kontralaterala extremiteterna (figur 6a). Röntgenbilden visar korrekt placering av stål skruvarna i lårbenet eller skenbenet (figur 6b), även om den inte visade placeringen av plast plattan. Vi använde också en högupplöst mikro-CT-skanner för att avbilda den immobiliserade nedre extremiteten. 3D-rekonstruktion visade att skruvarna borrades i sidled (figur 6c). Borr positionen är cirka 8 mm under den nedre kanten av den större trochanter vid proximala lårbenet och bara (cirka 4 mm) underkanten av syndesmosis fusion vid distala tibia (figur 6c).
Vi mätt sex råttor i slutet av två gånger (28 dagar och 56 dagar), respektive, att jämföra den arthrogenic ROM underskott på immobiliserade knäleden och den kontralaterala sidan efter myotomier av transartikulär muskler20. Den kontralaterala knäleden (icke-operativ) fungerar som en kontroll. Efter 28 dagars immobilisering var de genomsnittliga argeniska underskotten i förlängningen ROM 29,4 ± 3,3 ° för den immobiliserade knäleden, betydligt högre än den i kontroll (4,8 ± 2,8 °, P< 0,05). De argeniska underskotten i ROM ökade under immobilisering på ett tidsberoende sätt, vilket framgår av de genomsnittliga argeniska underskotten på 40,7 ± 4,3 ° för den immobiliserade knäleden, betydligt större än den i kontroll, 11,2 ± 3,8 ° på 56 dagar immobilisering (p < 0,05) (figur 7).
Med hjälp av elastica-Masson-färgning analyserade vi den posteriora-överlägsna knäled kapseln vid tre tidpunkter. På dag ett immobilisering observerades ingen vidhäftning i det gemensamma utrymmet mellan postero-överlägsen ledkapseln och lårbenet i immobiliserade eller den kontralaterala sidan knäleden (figur 8a, d). Vi konstaterade dock att det fanns fibro-adipose vävnad deponeras och vidhäftning hade utvecklats i det gemensamma utrymmet efter 28 dagars immobilisering (figur 8e). Den fibrösa vävnader även delvis ersatt denna deposition efter 56 dagar av immobilisering (figur 8F) medan denna typ av vidhäftning inte observerades i kontralaterala sidan vid olika tidpunkter (figur 8 a, b, c).
Figur 1: grafisk illustration av en lateral bild av knäleden immobiliserad med en intern fixering vid 135 ° av flexion. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: designa plast plattan av polypropen till en intern fixering. (a-b) En plastplatta av polypropen har klyvs från sprutan. De streckade linjerna representerar det ungefärliga plattintervallet. Plattan har följande mått: längd, 25 mm; bredd, 10 mm; tjocklek, 1 mm. c) fotografi av den handhållna borrmaskinen. dborrar med diametern 0,9 mm och 1,0 mm i vardera änden av plattan. Specifikationen av skruven är 1,4 x 8 mm och 1,2 x 6 mm respektive. e) den slutgiltiga formen av en färdigkonstruerad intern fixering. f) de kirurgiska instrumenten. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Makrografer av kirurgisk exponering den mellersta lårbenet och den distala skenbenet med hjälp av mini-invasiv teknik. (a) en svart linje indikerar hudsnittet mellan vastus lateralis (övre markerat område) och biceps femoris (nedre markerade området). De streckade linjerna representerar det ungefärliga muskel intervallet. (b) det kirurgiska snittet mellan musklerna illustreras. Snittet är borta från ischiasnerven. Den svarta linjen representerar inriktningen av ischiasnerven. c) exponeringen av lår bens midaxeln genom muskel gap separation med den angivna vastus lateralis -och capput-vertebralis . (d-e) Exponeringen av skenbenet visas i förhållande till fibularis longus. fborrhålet i lårbensskaftet illustreras med vastus lateralis och capput-vertebralis anges. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: implantation av intern fixering. (a) hålet som gjorts i skenbenet illustreras med fibularis longus, och flexor digitorum Profundis anges. (b-c) Plast plattan skruvas in i borrhålet illustreras i förhållande till caput vertebralis (b) och fibularis longus (c). (d-e) Sår stängning med Vicryl sutur. Den prickade linjen (e) representerar den ungefärliga plast plattans räckvidd. f) postoperativ helhetssyn på Mini-snittet. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: observation av kirurgisk snitt läkning. (a) det kirurgiska snittet har ärrade två dagar postoperativt. (b-c) Svullnad av fotleden och metacarpophalangeal lederna i postsurgical lem (b) har nästan helt försvunnit två dagar postoperativt. Pilspetsar indikerar vristlederna. d) en råtta kan stå normalt. (e-f) Såret har helt läkt tolv dagar postoperativt. Svarta pilar indikerar kirurgiskt helande snitt. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: utvärdering av knäled immobilisering. (a) den makroskopiska bilden illustrerar en sammandragning av vänster knäled efter fyra veckors immobilisering. (b) total röntgenbild visar placeringen av skruvarna. c) mikrodatortomografi analys av den immobiliserade knäleden. De vita pilarna representerar de fasta skruvarna. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: analys av Argent underskott i den gemensamma förlängningen av rörelseomfång (Rom). Data presenteras som medelvärde ± SEM (n = 6 per grupp). Den arthrogenic underskott i förlängningen ROM av immobiliserade knä lederna är betydligt högre än den kontralaterala, nonoperative sidan (fungera som en kontrollgrupp). Begränsning i ROM representerar gemensam immobilisering inducerade en typisk knä flexion kontraktur. Statistisk analys: jämställdhet mellan varianserna utfördes med Levenes test, ROM skillnader mellan kontralaterala och immobiliserade grupper jämfördes vid två-tiden punkt (28 och 56 dagar) med två svansar Students t test. Signifikansdifferensen bestämdes av *P < 0,05 från kontrollen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: histologiska förändringar i den posteriora-överlägsna knäled kapseln som analyserades av elastica-Masson-färgning vid olika tidpunkter. Representativa bilder av den posteriora-överlägsna ledkapseln i kontralaterala knäleden (icke-operativ, övre paneler), och immobiliserade knäleden (operativa, nedre paneler) på dag 1, 28, och 56 under led immobilisering. Efter en dag av immobilisering, synovialvätskan var tjock, och ingen vidhäftning observerades i det gemensamma utrymmet mellan postero-överlägsen ledkapseln och lårbenet (indikeras av asterisker i en vänsterrad). Efter 28 dagar av immobilisering, det fanns fibro-adipose vävnad deponeras i det gemensamma utrymmet och vidhäftning hade utvecklats mellan postero-överlägsen LED kapsel och lårbenet (indikeras av pilspets). På dagar 56 av immobilisering, fyndigheterna fortfarande fanns, och det fanns fibrös vävnad alltmer dök upp (indikeras med pil). Den svarta gränsen i det nedre vänstra hörnet representerar den förstorade bilden av det gemensamma utrymmet mellan postero-överlägsen ledkapseln och lårbenet. F: lårbenet; T: Tibia; M: menisken, den bakre hornet; JS: gemensamt utrymme. Skalstapel = 50 μm. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Denna studie syftade till att belysa en steg-för-steg knäled immobilisering metod med hjälp av en mini-invasiv teknik som möjliggör snabb postoperativ rehabilitering hos djur efter operationen. Konventionellt, den muskel-gap separation tillvägagångssätt tros vara en minimalt invasiv teknik i ortopedisk kirurgi. Som väntat, vi fann att råttor kan återgå till en normal kost och aktiviteter bara en dag postoperativt, vilket var förenligt med den tidigare studien. Dessutom, ingen artär eller nervskada inträffade efter operationen, bevis för att muskel gapet separation modus säkerställde en adekvat och säker ben exponeringsmetod. Även om de invasiva kirurgiska effekterna kan reduceras med hjälp av kastar, möjligheten att ödem förekomst i bakbenen kan påverka kontinuiteten i orörlighet. I denna studie, fotleden eller tå svullnad orsakad av kirurgiska ingrepp försvann helt efter två dagar postoperativt. Dessa resultat belyser en tillförlitlig och stabil gemensam immobilisering modell som skapats av en mini-invasiv teknik i linje med principen om snabb återhämtning. Kliniskt, den flexion kontraktur som orsakas av immobilisering är närmare en icke-inflammatorisk kurs6. Ödem kan leda till frisättning av inflammatoriska mediatorer4. Därför, med hjälp av gjutningar till inducerad gemensam kontraktur kan faktiskt inte vara ofarliga. I den nuvarande studien utfördes två separata små snitt (av 1-1,5 cm) på femorala respektive Tibia sidor. Snitt längderna liknade storleken på snittet som krävs för K-tråds borrning. Därför är den mini-invasiva effekten av denna metod mer gynnsam för att minska trauma till den externa fixering. Förutom, en tidigare randomiserad kontrollerad studie visade en möjlig korrelation mellan tillämpningen av extern fixering (perkutant) och den ökade risken för infektion i extremiteten16. Med tanke på det inga råttor hade en tidig infektion tecken i forskningen, vi antog att muskel gapet separation teknik är nyckeln till denna modell eftersom det kan minska blödning och onödig skärning. Dessutom var den interna fixatorn trimmas ner från sprutan, det är låg kostnad och viktigast av allt, giftfri för djur. Även om både laterala och mediala kirurgiska metoder kan etablera en effektiv råtta modell av knä flexion kontraktur28, denna liten invasiv teknik, dock, kan endast genomföras med hjälp av den laterala metoden snarare än att använda mediala Strategi.
Till vår bästa kunskap, den exakta skruv borr positionen vid proximala lårbenet eller distala tibia är inte helt klarlagd. Välja att borra ett hål i mittsektionen av skenbenet kan påverka blodtillförseln i skenbenet. De resultat som erhålls från mikro-CT-analysen visade att rätt borr position är ungefär 8 mm under den undre kanten av trochanter och cirka 4 mm underkanten av syndesmosis fusion. Rätt borr position kan bidra till att undvika effekter på den gemensamma komponenten eller blodtillförseln. Emellertid, implantation av den inre fixering genom en subkutan eller submuskulös sätt är fortfarande kontroversiell. Intressant, utför muskel-gap separation tekniken är bekvämt för att placera implantation genom en submuskulös kanal i viss utsträckning.
Resultaten från den gemensamma vinkeln mätningen överensstämde med den histologiska analysen, visar att knäled kontraktur framgångsrikt induceras i immobiliserade bakben. Den genomsnittliga argeniska underskott i förlängningen ROM var 29,4 ± 3,3 °, 40,7 ± 4,3 ° på immobiliserade knäleden i slutet av 28 dagar och 56 dagar av immobilisering, respektive, som var betydligt högre än den i kontroll (P < 0,05). Vi fann också att typisk vidhäftning hade utvecklats mellan i det gemensamma utrymmet mellan postero-överlägsen ledkapseln och lårbenet i immobiliserade sidan knäleden (figur 8e, f), vilket indikerar att använda Mini-invasiv teknik kommer att inte störa förekomsten av gemensam kontraktur. Sammantaget visar forskningen att denna mini-invasiv modell ger stabila resultat och är effektiv i att inducera förvärvade gemensamma flexion kontraktur.
Denna mini-invasiva modellen har fortfarande vissa begränsningar. Första, Tibia sido skruven kommer oundvikligen att irritera närliggande senor, inklusive fibularis longus. För det andra kan borrning i kortikala ben orsaka frakturer. För det tredje finns det fortfarande en risk för fixering misslyckande. Vi tror att användningen av 3D-byggda individualiserade spjälor är ett möjligt alternativ för att bygga en icke-invasiv knäleden kontraktur modell i framtiden29.
Sammanfattningsvis beskriver den aktuella studien en mini-invasiv knäleds kontraktur modell som bygger på en kombination av muskel gapet separation modus och mini-incision metod. Med tanke på att interna kirurgiska fixeringar kan producera en väl accepterad modell av gemensam kontraktur, denna mini-invasiv teknik kan vara användbart i studiet av immobilisering-inducerad knä flexion kontraktur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av bidrag från National Natural Science Foundation i Kina (nr 81772368), Natural Science Foundation i Guangdongprovinsen (nr 2017A030313496), och Guangdong Provincial vetenskap och teknik plan projekt (nr 2016A020215225; Nr 2017B090912007). Författarna tackar Dr FEI Zhang, MD från Institutionen för ortopedisk kirurgi, det åttonde anslutna sjukhuset Sun Yat-sen University för hans tekniska hjälp under modifiering.
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).
