Summary

Medição máxima da Força Tetanica Isométrica do Músculo Tibialis Anterior no Rato

Published: June 26, 2021
doi:

Summary

A avaliação da recuperação motora continua sendo a medida de desfecho de referência em estudos experimentais de nervos periféricos. A medição da força tetanica isométrica do músculo tibialis anterior no rato é uma ferramenta inestimável para avaliar os resultados funcionais após a reconstrução de defeitos do nervo ciático. Os métodos e nuances estão detalhados neste artigo.

Abstract

Lesões nervosas traumáticas resultam em perda funcional substancial e defeitos nervosos segmentais muitas vezes exigem o uso de enxertos nervosos de interposição autólogos. Devido à sua disponibilidade limitada e morbidade lateral associada, muitos estudos no campo da regeneração nervosa focam em técnicas alternativas para preencher uma lacuna nervosa segmental. A fim de investigar os resultados das opções de tratamento experimental cirúrgico ou farmacológico, o modelo de nervo ciático de ratos é frequentemente usado como um bioensaio. Há uma variedade de medidas de desfecho usadas em modelos de ratos para determinar a extensão da regeneração nervosa. A força máxima de saída do músculo alvo continua sendo o resultado mais relevante para a tradução clínica de terapias experimentais. A medição da força isométrica da contração muscular tetanica foi descrita anteriormente como uma técnica reprodutível e válida para avaliar a recuperação motora após lesão nervosa ou reparo em modelos de ratos e coelhos. Neste vídeo, forneceremos uma instrução passo-a-passo deste procedimento inestimável para avaliação da recuperação funcional do músculo tibialis anterior em um modelo de defeito no nervo ciático de rato usando parâmetros otimizados. Descreveremos as preparações pré-cirúrgicas necessárias, além da abordagem cirúrgica e dissecção do nervo peronal comum e do tendão muscular anterior tíibal. A técnica de medição da força tetanica isométrica será detalhada. A determinação do comprimento muscular ideal e da frequência de pulso de estímulo é explicada e a medição da contração muscular tetanica máxima é demonstrada.

Introduction

A perda da função motora após lesão nervosa periférica traumática tem impacto significativo na qualidade de vida e no status socioeconômico dos pacientes1,2,3. O prognóstico dessa população de pacientes permanece ruim devido a melhorias mínimas nas técnicas cirúrgicas ao longo dos anos4. O reparo peridural direto sem tensão forma a reconstrução cirúrgica padrão-ouro. No entanto, nos casos com lacunas nervosas prolongadas, a interposição de um enxerto nervoso autólogo provou ser superior a5,6. A morbidade do local do doador associado e a limitada disponibilidade de enxertos nervosos autólogos impuseram a necessidade de técnicas alternativas7,8.

Modelos experimentais de animais têm sido utilizados para elucidar o mecanismo de regeneração nervosa periférica e avaliar os resultados de uma variedade de opções de tratamento reconstrutivo e farmacológico8,9. O modelo de nervo ciático de rato é o modelo animal10mais usado. Seu pequeno tamanho os torna fáceis de manusear e casa. Devido ao seu potencial neuroregenerativo superlativo, o tempo reduzido entre a intervenção e a avaliação dos desfechos pode resultar em custos relativamente menores11,12. Outras vantagens de seu uso incluem similaridades morfológicas às fibras nervosas humanas e o alto número de estudos comparativos/históricos13. Embora este último deva ser abordado com cautela, uma vez que uma ampla variedade de diferentes medidas de desfecho entre estudos dificulta a comparação dos resultados14,15,16,17,18.

As medidas de desfecho para avaliar a regeneração nervosa variam da eletrofisiologia à histomorfometria, mas esses métodos implicam uma correlação, mas não medem necessariamente diretamente o retorno da função motora14,15. A regeneração das fibras nervosas pode não fazer conexões adequadas que possam causar uma superestimação do número de conexões funcionais14,15,19,20. A melhor e clinicamente mais relevante medida para demonstrar a reinervação correta dos órgãos finais permanece a avaliação da função muscular21,22,23. Criar ferramentas de avaliação de funções motoras para modelos animais é, no entanto, desafiador. Medinaceli et al. descreveram pela primeira vez a análise da pista de caminhada, que desde então tem sido o método mais utilizado para avaliar a recuperação funcional em estudos experimentais de nervo periférico21,24,25,26,27,28. A análise da pista de caminhada quantifica o índice funcional ciático (SFI) com base em medidas de pegadas de ratos ambulantes21,29. Grandes limitações da análise da pista de caminhada, como contraturas de dedos, automutilação, mancha da impressão e má correlação com outras medidas de reinervação, necessitaram do uso de outros parâmetros para quantificação da recuperação funcional30,31.

Em estudos anteriores em ratos de Lewis32 e coelhos neozelandeses33, validamos a medida da força tetanica isométrica (ITF) para o músculo tibialis anterior (TA) e demonstramos sua eficácia na avaliação da recuperação muscular após diferentes tipos de reparação nervosa34,35,36,37,38,39. O músculo TA é bem adequado devido ao seu tamanho relativamente grande, inervação pelo ramo peroneal do nervo ciático e propriedades bioquímicas bem elucidadas40,41,42,43. Quando o comprimento muscular (força de pré-carga) e os parâmetros elétricos são otimizados, o ITF fornece uma variabilidade lado a lado de 4,4% e 7,5% nos ratos32 e coelhos33, respectivamente.

Este artigo fornece um protocolo detalhado da medição da ITF no modelo de nervo ciático de ratos, incluindo uma descrição completa do necessário planejamento pré-cirúrgico, abordagem cirúrgica e dissecção do nervo peronal comum e do tendão muscular distal. Utilizando valores predeterminados para a intensidade e duração do estímulo, será definido o comprimento e a frequência de pulso de estímulo ideal. Com esses quatro parâmetros, o ITF pode ser posteriormente medido de forma consistente e precisa.

Protocol

Todos os procedimentos animais foram realizados com aprovação do Comitê Institucional de Atenção e Uso de Animais (IACUC A334818). 1. Calibração do transdutor de força Certifique-se de que o computador está devidamente conectado ao dispositivo de aquisição de dados de I/O multifuncional USB-6009 (DAQ), que por sua vez deve ser conectado ao transdutor de força.NOTA: Outras cepas de ratos e espécies podem exigir um transdutor de força de célula de carga diferente, po…

Representative Results

Cinco parâmetros são usados para medir a medição itf. Estes incluem tensão muscular (força de pré-carga), intensidade de estímulo (tensão), frequência de pulso de estímulo, duração de estímulo de 0,4 ms e um atraso de 2 ms. Antes de medir o ITF, a tensão muscular ideal deve ser determinada usando duas contrações musculares de contração única a uma intensidade de 2 V durante o teste do parâmetro. Esses estímulos causam dorsiflexão da pata e produzem um sinal de saída no gráfico no VI (<strong clas…

Discussion

Este protocolo descreve um método previamente validado para a aquisição de medições máximas de ITF precisas do músculo TA no modelo de rato32. A recuperação da força máxima após tratamentos experimentais de reconstrução nervosa é de interesse primário no cenário clínico, pois prova que o nervo não só se regenerou, mas também fez conexões de trabalho com o músculo alvo. O ITF pode ser usado em um pequeno modelo de lacuna nervosa, como o modelo de nervo ciático de rato<sup cl…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

A pesquisa relatada nesta publicação contou com o apoio do Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e AVC dos Institutos Nacionais de Saúde sob o Prêmio Número RO1 NS 102360. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais dos Institutos Nacionais de Saúde.

Materials

0.9% Sodium Chloride Baxter Healthcare Corporation, Deerfield, IL, USA G130203
1 mm Kirshner wires Pfizer Howmedica, Rutherford, NJ N/A
Adson Tissue Forceps ASSI, Westbury, NY, USA MTK-6801226
Bipolar electrode cables Grass Instrument, Quincy, MA N/A
Bipolar stimulator device Grass SD9, Grass Instrument, Quincy, MA N/A
Cotton-tip Applicators Cardinal Health, Waukegan, IL, USA C15055-006
Curved Mosquito forceps ASSI, Westbury, NY, USA MTK-1201112
Force Transducer MDB-2.5 Transducer Techniques, Temecula, CA N/A
Gauze Sponges 4×4 Covidien, Mansfield, MA, USA 2733
Ground cable Grass Instrument, Quincy, MA N/A
Isoflurane chamber N/A N/A Custom-made
Ketamine Ketalar, Par Pharmaceutical, Chestnut, NJ 42023-115-10
LabView Software National Instruments, Austin, TX
Loop N/A N/A Custom-made
Microsurgical curved forceps ASSI, Westbury, NY, USA JFA-5B
Microsurgical scissors ASSI, Westbury, NY, USA SAS-15R-8-18
Microsurgical straight forceps ASSI, Westbury, NY, USA JF-3
Retractor ASSI, Westbury, NY, USA AG-124426
Scalpel Blade No. 15 Bard-Parker, Aspen Surgical, Caledonia, MI, USA 371115
Slim Body Skin Stapler Covidien, Mansfield, MA, USA 8886803512
Subminiature electrode Harvard Apparatus, Holliston, MA N/A
Surgical Nerve Stimulator Checkpoint Surgical LCC, Cleveland, OH, USA 9094
Terrell Isoflurane Piramal Critical Care Inc., Bethlehem, PA, USA H961J19A
Testing platform N/A N/A Custom-made
Tetontomy Scissors ASSI, Westbury, NY, USA ASIM-187
Traceable Big-Digit Timer/Stopwatch Fisher Scientific, Waltham, MA, USA S407992
USB-6009 multifunctional I/O data acquisition (DAQ) device National Instruments, Austin, TX 779026-01
Vacuum Base Holder Noga Engineering & Technology Ltd., Shlomi, Isreal N/A Attached clamp is custom-made
Weight (10 g) Denver Instruments, Denver, CO, USA 820010.4
Weight (20 g) Denver Instruments, Denver, CO, USA 820020.4
Weight (50 g) Denver Instruments, Denver, CO, USA 820050.4
Xylazine Xylamed, Bimeda MTC Animal Health, Cambridge, Canada 1XYL002

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Bedar, M., Saffari, T. M., Friedrich, P. F., Giusti, G., Bishop, A. T., Shin, A. Y. Maximum Isometric Tetanic Force Measurement of the Tibialis Anterior Muscle in the Rat. J. Vis. Exp. (172), e61926, doi:10.3791/61926 (2021).

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