Utilizzando un ginocchio Kt1000 per valutare tessuto-specifici contributi alla contrattura della flessione del ginocchio nel ratto

Riepilogo

L'obiettivo del protocollo è quello di misurare la gamma di estensione di movimento del ginocchio del ratto. Gli effetti di varie malattie che aumentano la rigidità dell'articolazione del ginocchio e l'efficacia dei trattamenti possono essere quantificati.

Abstract

Ginocchio normale gamma di movimento (ROM) è fondamentale per il benessere e permette di svolgere attività di base come camminare, salire le scale e seduta. Persi ROM è chiamato una contrattura e si traduce in un aumento della morbilità. A causa della difficoltà di inversione ginocchio stabilito contratture, diagnosi precoce è importante, e quindi, conoscendo i fattori di rischio per il loro sviluppo è essenziale. Il topo rappresenta un buon modello con cui può essere studiato l'effetto di un intervento a causa della somiglianza di anatomia del ginocchio del ratto a quello degli esseri umani, la capacità del ratto di tollerare lunghi periodi di immobilizzazione del ginocchio in flessione, e perché possono essere dati meccanici correlato con l'analisi istologica e biochimica del tessuto al ginocchio.

Utilizzando un KT1000 automatizzato, dimostriamo un metodo convalidato, preciso, riproducibile, utente-indipendente di misurazione l'estensione ROM del ginocchio del ratto alle specifiche coppie di serraggio. Questo arthrometer può essere utilizzato per determinare gli effetti degli interventi sul ginocchio congiunta ROM nel ratto.

Introduzione

Gamma completa di movimento (ROM) delle articolazioni è fondamentale per salute e benessere¹. Una perdita nella ROM passivo congiunto è chiamata una contrattura². Contratture articolari possono derivare da numerose condizioni, tra cui più bedrest prolungata, paralisi, artroprotesi, ustioni, infezioni e condizioni neurologiche^1,3,4,5. Una contrattura del ginocchio può essere invalidante in quanto accelera la degenerazione articolare, aumenta il rischio di cadute e dannosamente influisce sulla capacità di una persona di eseguire attività funzionale di base tra cui camminare, seduto e arrampicata scale^{6, 7}.

Una volta stabilito, contratture del ginocchio sono difficili da trattare, e quindi determinare quali pazienti sono a più alto rischio di sviluppare questa condizione è essenziale per prevenire ed evitare di contrattura-collegato morbosità⁸. Gli esperimenti sono destinati per valutare 1) le condizioni che causano o che influenzano contratture articolari del ginocchio, 2) la gravità delle contratture, 3) la loro progressione temporale, 4) i tessuti coinvolti nella contrattura, 5) la loro reversibilità, nonché 6) l'utilità di vari interventi preventivi e curativi su ginocchio congiunta ROM. Per tutti questi esperimenti, un metodo valido, obiettivo, preciso e riproducibile per la ROM di misurazione è fondamentale. Altre misure di accompagnamento (dispendio energetico, istomorfometria, contenuto della proteina e di espressione genica) sono indicatori utili per capire la patofisiologia di contratture articolari, ma la limitazione meccanica è quello che limita il paziente e conduce alla disabilità. Alcune delle sfide in questo settore di ricerca include i metodi eterogenei con cui ginocchio ROM può essere verificato sperimentalmente, come pure una mancanza di dati quantitativi⁹. L'uso di una varietà di metodi sperimentali porta a risultati che non sono paragonabili da laboratorio a laboratorio. Ciò ha portato a polemica per quanto riguarda le condizioni (ad esempio di immobilizzazione o joint arthroplasty) che causano contratture articolari¹⁰. Pertanto è necessario un metodo automatizzato di misurare sperimentalmente congiunta ROM in seguito ad un intervento.

Qui, descriviamo un protocollo utente indipendente, valido, preciso e riproducibile per valutare il ginocchio di ratto ROM usando un custom-built KT1000 collegato a una fotocamera digitale per misurare con precisione il ginocchio ROM in estensione. Abbiamo testato l'effetto dei vari periodi di immobilizzazione ginocchio ROM. Descriviamo quindi i metodi per la misurazione ROM pre-specificato coppie sulle immagini digitali risultante utilizzando punti di riferimento fissi ossute. Nel complesso, questi metodi in modo affidabile misurano ginocchio ratto ROM e forniscono dati quantitativi.

Protocollo

Modello di immobilizzazione del ginocchio ratto utilizzato è stato approvato dall'Università di Ottawa Animal Care, servizio veterinario e il comitato etico locale.

1. animale preparazione

1. Alla fine del periodo di immobilizzazione predeterminato, eutanasia i ratti con la somministrazione di anidride carbonica.
   Nota: Qui abbiamo usato un modello di immobilizzazione con un piatto e 2 viti (quello inserito nel femore prossimale e l'altra nella tibia distale), che evita la violazione di qualsiasi ginocchio congiunta di strutture e mantiene una posizione flessa del ginocchio di 135° come descritto in precedenza⁶ . Per un periodo di tempo, questo produce una contrattura di flessione del ginocchio¹¹.
2. Coprire l'area sia sulla e intorno la superficie che il KT1000 verranno messi su con pastiglie di protezione assorbente, resistente all'acqua. Indossare guanti, camice da laboratorio e occhiali di protezione, mentre il completamento dell'esperimento.
3. Usando un bisturi, dividere la pelle per esporre la piastra e viti (vedere la nota seguente passaggio 1.1); Inserire la vite più prossimale nel femore prossimale e la vite più distale nella tibia distale. Palpare per individuare le viti. Una volta che le teste delle viti sono accessibili, rimuovere la vite con un cacciavite.
   Nota: Durante il periodo di immobilizzazione, le teste delle viti possono diventare coperta da tessuto molle. In questo caso, è possibile utilizzare il bisturi per rimuovere il tessuto delicatamente e scoprire le teste delle viti.
4. Una volta rimosse le viti, rimuovere la piastra manualmente o usando il forcipe da un kit di dissezione.
5. Con delle forbici, pinze, deglove l'estremità inferiore per rimuovere la pelle da fascia sottostante.

2. animale posizionamento sul Kt1000 motorizzato

Nota: Tutti i test devono essere eseguiti a temperatura ambiente. Qui il arthrometer è alimentato da una V di 120 North American standard di input. L'output dell'adattatore è di 12 V e 500 mA.

1. Posizionare l'animale da testare su un fianco con la gamba sperimentale (la gamba da testare) rivolto verso l'alto (Figura 2).
   1. Fissare il femore nella fascetta metallica scanalata che è integrato con la fase di montaggio dell'arthrometer. Perforare il muscolo con un cacciavite di precisione per posizionare la pinza distale per il grande trocantere e proteggere il femore. Regolare il condilo femorale laterale sopra il centro di rotazione del arthrometer (Figura 1, 2).
   2. Posizione il movable braccio con due montanti dietro la gamba, appena superiore al calcagno, per spingere il ginocchio in estensione passiva una volta il motore elettrico è attivato.
   3. Stringere il morsetto del femore alla sua base utilizzando una chiave a brugola fino a quando non è fissato.
2. Assicurare la fotocamera è correttamente montata su KT1000 utilizzando un cacciavite ed è messa a fuoco Manuale. Mettere a fuoco la fotocamera sul condilo femorale.
3. Selezionare l'impostazione di direzione su arthrometer (in senso orario o in senso antiorario) a seconda della direzione del ginocchio ROM in fase di test e la posizione del ratto.
4. Attivare il motore KT1000 premendo contemporaneamente il pulsante di alimentazione e avviare .
   Nota: La necessità di spingere il pulsante di alimentazione e avviare simultaneamente è una funzionalità di sicurezza del dispositivo, che impedisce l'attivazione accidentale.
   1. Osservare che il motore KT1000 sarà spostare ad una velocità di 6,6 RPM e poi fermarsi per 2.1 s dopo aver raggiunto il primo valore di coppia.
   2. Nota: che quando viene raggiunta la prima coppia, il LED corrispondente si accende e la fotocamera digitale porterà automaticamente in una foto del ginocchio.
      Nota: Una volta che viene scattata la foto, il arthrometer continuerà a quella successiva, maggiore coppia preimpostati. Una volta le quattro coppie sono state applicate, si fermerà il arthrometer. Una volta che il ratto è posizionato sul KT1000 e test viene avviato, il tempo totale per il test di un ginocchio è circa 18,8 volte s. possono variare leggermente a seconda della condizione della contrattura comune. Le immagini scattate sono utilizzate per misurare l'estensione a ogni coppia.

3. catturare l'angolo di estensione del ginocchio tramite il Arthrometer motorizzato

Nota: Una volta che il motore si è fermato a ogni coppia applicata una fotocamera digitale è attivata per scattare una foto. La telecamera è posizionata sul telaio tale che è direttamente sopra l'articolazione del ginocchio viene testato e messo a fuoco sul condilo femorale.

1. Continuare il test con il ginocchio stesso dall'animale stesso, ma in una situazione diversa, ad esempio, dopo una miotomia dei muscoli transarticular posteriore viene eseguita per isolare il componente (non muscolosa) arthrogenic di una contrattura, o con un ginocchio da un altro animale.
   1. Quando il completamento della miotomia, sezionare il muscolo abbastanza prossimale al ginocchio congiunto per garantire che la capsula non è tagliata.
      Nota: È più facile completare la miotomia quando la gamba è in estensione, dopo l'applicazione di impostazione 4 (17.53 N-cm) della coppia. Quindi, ripetere i passaggi 2.1 tramite 3.1.
2. Una volta che entrambe le gambe sono state testate in tutte le condizioni (ad esempio, prima e dopo miotomia), smaltire la carcassa di animale e tutti i materiali a rischio biologico seguendo il protocollo istituzionale e pulire il arthrometer.

4. analisi di misura ginocchio ROM

1. Analizzare ROM usando ImageJ.
   Nota: Qui versione 1.45 s è stata usata.
2. Aprire il file contenente l'immagine digitale scattata con la fotocamera montata sul arthrometer di ratto.
   Nota: La persona che effettua l'analisi dovrebbe essere accecata al raggruppamento sperimentale dell'animale (ad es., immobilizzato contro controllo).
3. Selezionare lo strumento angolo dalla barra degli strumenti principale e tracciare l'angolo femorotibiale tracciando una linea femorale dalla metà del morsetto femore al condilo laterale (allineata con la diafisi femorale, Figura 2) e una linea tibia da laterale condilo femorale al malleolo laterale (Figura 2).
   Nota: L'angolo femoro-tibiale corrisponde all'angolo massimo di estensione del ginocchio raggiunto a ogni coppia preimpostati.
4. Utilizzare lo strumento di misura facendo Analyze | Misura per mostrare l'angolo calcolato prodotto da 2 linee disegnate sopra. Utilizzare la convenzione di 0° per dire estensione completa.

Risultati

La quantità di estensione del ginocchio determinato per vari periodi di immobilità sono riassunti per aumentare le durate di immobilità e mostrare che le contratture più gravi sono state prodotte seguendo aumentante lunghezze di immobilizzazione. Risultati rappresentativi usando ImageJ sono mostrati nella Figura 3.

La capacità di misurare la massima estensione delle ginocchia di ratto in modo v...

Discussione

Il ratto del ginocchio KT1000 è stato sviluppato per riproducibile e affidabile determinare l'estensione massima del ginocchio del ratto dopo un intervento. Vantaggi di questo dispositivo includono la generazione costante di coppia attraverso il giunto con una forza costante braccio di lunghezza ed estensione del ginocchio. Un altro vantaggio include la possibilità di impostare la coppia ad un livello che permette ripetuto test sul giunto stesso per valutare l'influenza delle diverse strutture articolari sul ginocchio ...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Arthrometer	The Ottawa Hospital Rehabilitation Centre - Rehabilitation Engineering	N/A
Camera	Canon	EOS-500D	Commonly known as EOS Rebel T1i
ImageJ	National Institutes of Health	Version 1.45s
Absotbent Underpads	VWR	820202-845
Dissection Kit	Fisher	08-855	Kit Includes:  Forceps: medium points, nickel-plated  Scissors: 1.5 in. (40 mm) blades, stainless steel  Dissecting knife handle: nickel-plated  Knife blades: stainless steel, pack of 3  Dropping pipet: glass  Bent dissecting needle: stainless steel with plastic handle  Straight dissecting needle: stainless steel with plastic handle Vinylite Ruler 6 in. (15 cm)
Precision Screw Driver	Mastercraft	057-3505-8
Scalpel Blades - #10	Fine Science Tools	10010-00
Screwdriver	Stanley	057-3558-2
Hex Keys	Mastercraft	058-9684-2
Universal AC to DC powder adapter	RCA	108004951