Summary

Мини-инвазивных внутренней фиксации Техника для изучения иммобилизации индуцированной колено Flexion Контрактура у крыс

Published: May 20, 2019
doi:

Summary

Здесь мы представляем протокол для описания минимально инвазивной техники для обездвижить коленного сустава в модели крысы. Этот воспроизводимый протокол, основываясь на методе разделения мышц и навыке мини-разреза, подходит для изучения базового молекулярного механизма приобретенного совместного контрактуры.

Abstract

Совместная контрактура, в результате длительной совместной иммобилизации, является распространенным осложнением в ортопедии. В настоящее время использование внутренней фиксации для ограничения подвижности коленного сустава является широко признанной моделью для создания экспериментальной контрактуры. Тем не менее, имплантация приложение неизбежно вызовет хирургическую травму животных. Стремясь разработать менее инвазивный подход, мы объединили мышечный разрыв разделения modus с ранее сообщалось мини-разрез мастерство во время хирургической процедуры: Два мини разрезы кожи были сделаны на боковой бедра и ноги, а затем выполнения мышечного разрыва разделения, чтобы разоблачить поверхность кости. Крыса коленного сустава постепенно обездвижены предварительно построенной внутренней фиксации примерно на 135 “колено сгибания без вмешательства основных нервов или кровеносных сосудов. Как и ожидалось, эта простая методика позволяет быстро послеоперационную реабилитацию у животных. Правильное положение внутренней фиксации было подтверждено рентгеновским или микро-КТ-анализом. Диапазон движения был значительно ограничен в обездвижении коленного сустава, чем наблюдается в контралатеральном коленном суставе, демонстрируя эффективность этой модели. Кроме того, гистологический анализ выявил развитие волокнистых осаждений и сливок в задней-superior капсулы коленного сустава с течением времени. Таким образом, эта мини-инвазивная модель может быть подходящей для имитации развития обездвиженного коленного сустава.

Introduction

Совместные контрактуры определяются как ограничение в пассивном диапазоне движения (ROM) диартродиальной стык1,2. Текущие методы лечения, направленные на профилактику и лечение совместного контрактуры добились определенного успеха3,4. Тем не менее, основной молекулярный механизм приобретенного совместного контрактура остается в значительной степени неизвестным5. Этиология совместных контрактур в различных социальных сообществах очень разнообразна и включает всебя генетические факторы, посттравматические состояния, хронические заболевания и длительную неподвижность 6. Широко признано, что неподвижность является важнейшим вопросом в разработке приобретенных совместных контрактов7. Люди, которые страдают от основных совместных контрактуры может в конечном итоге привести к физической инвалидности8. Таким образом, стабильная и воспроизводимая модель животного необходима для исследования потенциальных патофизиологических механизмов приобретенного совместного контрактуры.

В настоящее время построен иммобилизации индуцированных коленных совместных моделей контрактуры в основном достигается за счет использования неинвазивных гипсовые слепки, внешние фиксации, и внутренние фиксации. Watanabe и др. сообщили о возможности использования гипсовой литой иммобилизации на крысиных коленных суставах9. Надев специальную куртку, одна сторона нижней конечности сустава крысы обездвижен литые. Крыса коленного сустава может оставаться полностью согнуты без каких-либо хирургических травм10,11. Однако, как тазобедренного и голеностопного сустава движения также зависит от этой формы иммобилизации, которые могут увеличить степень атрофии мышц в четырехглавой феморис или гастрокнемия12. Кроме того, отеки и скопления задних конечностей следует избегать, заменяя гипс в установленные временные моменты, что может повлиять на непрерывность неподвижности. Другой принятый метод для создания коленного совместного контрактуры модели является использование внешней хирургической фиксации. Nagai et al. объединили проволоку Киршнера и стальную проволоку в внешний фиксатор, который обездвижил коленный сустав примерно до 140 градусов сгибания13. В этом методе смола используется для покрытия поверхности, чтобы предотвратить царапины кожи. Хотя внешняя фиксация иммобилизации является надежным и надежным14,15, percutaneous Киршнер проволоки контактный треков может увеличить риск заражения16. По нашему собственному опыту, использование внешней техники фиксации может снизить ежедневную активность крыс за счет увеличения условного лизать поведение.

Кроме того, Trudel et al. описал хорошо принятую модель совместного контрактуры в коленном суставе крысы на основе хирургической внутренней фиксации17 (этот метод был изменен с той, которая использовалась Эвансом и коллегами18). Примечательно, что этот метод подчеркивает важность использования метода мини-разреза, чтобы свести к минимуму хирургические раны. Эффективное развитие совместной контрактной работы доказано в этой модели19. Тем не менее, протокол о том, как выполнить минимальное вскрытие подвергать поверхность кости до сих пор неясно,20. Кроме того, точное положение, где винт бурения не до конца понял. Имплантация внутренней фиксации через подкожный или субмышечный путь по-прежнему спорным21. Чтобы решить эти проблемы, мы модифицировали этот метод, включив соответствующий метод разделения мышечного разрыва, который позволяет мини-инвазивного воздействия костной поверхности и размещения имплантации через субмышечный канал. Этот протокол привел к быстрой послеоперационной реабилитации у крыс после операции. После совместной иммобилизации у животных развился ограниченный диапазон движения суставов, что соответствовало морфологическим изменениям капсульной адгезии, полученным в результате гистологического анализа. Мы также описываем точное возможное расположение пробуренных винтов, что подтверждается рентгеновским анализом или микро-КТ-анализом. Таким образом, это исследование было направлено на подробное описание минимально-инвазивной техники в коленном суставе контрактуры модели, которая была создана мышцы разрыв разделения modus в сочетании с мини-разрез метод. Мы считаем, что минимально инвазивные методы могут как уменьшить травмы животных, так и эффективно имитировать патологический процесс контрактуры сгибания суставов.

Protocol

Все процедуры были проведены в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных и были одобрены Третьей аффилированной больницесунского университета Сунь Ят-сен институционального ухода за животными и комитета по уходу за животными (номер разрешения: 02-165-01)…

Representative Results

Мы заметили, что крысы получили минимально инвазивной хирургии может вернуться к регулярной диете только один день после операции. В частности, хирургический разрез получил шрамы без эксцессов(рисунок 5а). Отек голеностопного сустава и метакарпофалан?…

Discussion

Это исследование направлено на разъяснение шаг за шагом колено сустава иммобилизации метод с использованием мини-инвазивной техники, которая позволяет быстропослеоперационной реабилитации у животных после операции. Условно, мышечный разрыв разделения подход считается минимально и?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана грантами Национального фонда естественных наук Китая (No 81772368), Фонда естественных наук провинции Гуандун (No 2017A030313496) и проекта провинциального научно-технического плана Гуандун (No 2016A0202152225; No 2017B090912007). Авторы благодарят д-ра Фай Чжана, доктора наук из Кафедры ортопедической хирургии, Восьмой аффилированной больницы Университета Сунь Ятсена за его техническую помощь во время модификации.

Materials

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Wong, K., Trudel, G., Laneuville, O. Noninflammatory Joint Contractures Arising from Immobility: Animal Models to Future Treatments. BioMed Research International. 2015, 848290 (2015).
  7. 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).
  8. Dehail, P., et al. Joint contractures and acquired deforming hypertonia in older people: Which determinants?. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. , (2018).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).

Play Video

Cite This Article
Jiang, S., Yi, X., Luo, Y., Yu, D., Liu, Y., Zhang, F., Zhu, L., Wang, K. A Mini-Invasive Internal Fixation Technique for Studying Immobilization-Induced Knee Flexion Contracture in Rats. J. Vis. Exp. (147), e59260, doi:10.3791/59260 (2019).

View Video