Usando um artrômetro de joelho para avaliar as contribuições de tecido-específica para contratura de flexão do joelho em ratos

Resumo

O objetivo do protocolo é medir a amplitude de extensão do movimento do joelho rato. Os efeitos de várias doenças que aumentam a rigidez da articulação do joelho e a eficácia dos tratamentos podem ser quantificados.

Resumo

Faixa de joelho normal de movimento (ROM) é fundamental para o bem-estar e permite realizar atividades básicas como andar, subir escadas e sentado. ROM perdido é chamado uma contractura articular e resulta em aumento de morbilidade. Devido à dificuldade de inversão estabelecida joelho contraturas, deteção adiantada é importante, e, portanto, conhecer os fatores de risco para o seu desenvolvimento é essencial. O rato representa um bom modelo com o qual pode ser estudado o efeito de uma intervenção, devido à semelhança da anatomia do joelho rato dos humanos, habilidade do rato para tolerar a longa duração da imobilização do joelho em flexão, e porque os dados mecânicos podem ser correlacionados com análise histológica e bioquímica do tecido no joelho.

Usando um artrômetro automatizado, vamos demonstrar um método validado, preciso, reprodutível, usuário independente de medir a extensão ROM de rato a articulação do joelho em torques específicos. Este artrômetro pode ser usado para determinar os efeitos das intervenções no joelho mista ROM no rato.

Introdução

Ter amplitude total de movimento (ROM) das articulações é fundamental para saúde e bem-estar¹. Uma perda em ROM passiva conjunta é chamada uma contratura². Contraturas conjuntas podem surgir de várias condições, incluindo repouso prolongado, paralisia, artroplastia conjunta, queimaduras, infecção e condições neurológicas^1,3,4,5. Uma contratura do joelho pode ser incapacitante, pois acelera a degeneração articular, aumenta o risco de quedas e prejudicialmente afeta a capacidade da pessoa para realizar tarefas básicas funcionais, incluindo caminhadas, sentado e subir escadas^{6, 7}.

Uma vez estabelecida, contraturas do joelho são difíceis de tratar, e, portanto, determinar quais pacientes estão em maior risco de desenvolver esta condição é essencial para a prevenção e evitar a morbidade associada a contratura⁸. Experimentos são projetados para avaliar 1) as condições causando ou influenciando contraturas de articulação de joelho, 2) e a severidade de contraturas, 3) sua progressão temporal, 4) os tecidos envolvidos na contratura, 5) sua reversibilidade, bem como 6) a utilidade das várias intervenções preventivas e curativas no joelho mista ROM. Para todas estas experiências, um método válido, objectivo, preciso e reprodutível para medir a ROM é crítico. Outras medidas auxiliares (gasto de energia, Histomorfometria, conteúdo de expressão e da proteína do gene) são marcadores úteis para entender a fisiopatologia de contraturas conjuntas, mas a limitação mecânica é o que limita o paciente e conduz à deficiência. Alguns dos desafios nesta área de pesquisa inclui os métodos heterogêneos pelo qual joelho ROM pode ser testado experimentalmente, bem como a falta de dados quantitativos⁹. O uso de uma variedade de diferentes métodos experimentais leva a resultados que não são comparáveis de laboratório para laboratório. Isto levou a controvérsia sobre as condições (tais como a artroplastia de imobilização ou articulação) que causar contraturas comum¹⁰. Um método automatizado de medir experimentalmente ROM comum após uma intervenção, por conseguinte, é necessário.

Aqui, descrevemos um protocolo independente de usuário, válido, preciso e reprodutível para avaliar o joelho de rato ROM usando um Custom-Built artrômetro ligado a uma câmera digital para medir precisamente o ROM de joelho em extensão. Nós testamos o efeito de vários períodos de imobilização no joelho ROM. Em seguida, descrevemos os métodos de medição ROM em torques previamente especificado nas imagens digitais resultantes usando fixos Marcos ósseos. Em geral, esses métodos confiável medem joelho rato ROM e fornecem dados quantitativos.

Protocolo

O modelo de imobilização do joelho rato usado foi aprovado pela Universidade de Ottawa Animal cuidados serviço veterinário e o Comitê de ética local.

1. preparação animal

1. No final do período de imobilização predeterminado, eutanásia em ratos pela administração de dióxido de carbono.
   Nota: Aqui usamos um modelo de imobilização com uma placa e 2 parafusos (um inserido no fêmur proximal e a outra na tíbia distal), que evita a violação de qualquer joelho mista estruturas e mantém uma posição joelho-flexionados de 135° conforme descrito anteriormente⁶ . Durante um período de tempo, isto produz uma flexão de joelho contratura¹¹.
2. Cobrir a área dentro e ao redor da superfície que será colocado sobre o artrômetro com almofadas de proteção absorvente, à prova de água. Use luvas, avental e proteção para os olhos, enquanto completava o experimento.
3. Usando um bisturi, dividir a pele para expor a placa e parafusos (ver a nota seguinte etapa 1.1); Insira o parafuso mais proximal no fêmur proximal e insira o parafuso mais distal na tíbia distal. Palpe para localizar os parafusos. Uma vez que as cabeças dos parafusos são acessíveis, remova o parafuso com uma chave de fenda.
   Nota: Durante o período de imobilização, as cabeças dos parafusos podem tornar-se coberta por tecidos moles. Se isso ocorrer, use o bisturi suavemente remover o tecido e descobrir as cabeças dos parafusos.
4. Uma vez que os parafusos são removidos, retire a placa manualmente ou usando fórceps de um kit de dissecação.
5. Usando uma tesoura e pinça, cortar a extremidade inferior para remover a pele da fáscia subjacente.

2. o animal posicionando sobre o artrômetro motorizado

Nota: Todos os testes devem ser realizado à temperatura ambiente. Aqui o artrômetro é alimentado por um padrão norte americano 120 V de entrada. A saída do adaptador é 12 V e 500 mA.

1. Posicionar o animal a ser testado em seu lado com a perna experimental (a perna a ser testado) virada para cima (Figura 2).
   1. Segura o fêmur no grampo metal sulcado integrado para a fase de montagem do artrômetro. Fazem furos através do músculo usando uma chave de fenda de precisão Coloque a pinça distal para o grande trocanter e proteja o fêmur. Ajuste o côndilo femoral lateral sobre o centro de rotação do artrômetro (Figura 1, 2).
   2. Posição o movable braço com dois bornes eretos por trás a perna, apenas superior ao calcâneo, para empurrar o joelho em extensão passiva, uma vez o motor elétrico é ativada.
   3. Aperte a braçadeira de fêmur em sua base, usando uma chave de hex, até que ele é seguro.
2. Certifique-se a câmera está correctamente montada sobre o artrômetro usando uma chave de fenda e está no Foco Manual. Foco da câmera sobre o côndilo femoral.
3. Selecione a configuração de direção com o artrômetro (no sentido horário ou anti-horário), dependendo da direção do joelho ROM sendo testado e a posição do rato.
4. Ative o artrômetro motor pressionando simultaneamente o botão Power e começar .
   Nota: A necessidade de empurrar o poder e botão iniciar simultaneamente é uma característica de segurança do dispositivo, o que impede o acionamento acidental.
   1. Observe que o motor artrômetro irá mover a uma velocidade de 6,6 RPM e depois parar para 2.1 s, ao atingir o primeiro torque pré-estabelecido.
   2. Nota: que quando o primeiro torque é alcançado, o LED correspondente acenderá e a câmera digital vai tirar uma foto do joelho automaticamente.
      Nota: Uma vez que a foto é tirada, o artrômetro vai continuar para a próxima, mais torque predefinido. Foram aplicados os torques de quatro, o artrômetro irão parar. Uma vez que o rato está posicionado sobre o artrômetro e o teste é iniciado, o tempo total para testar um joelho é aproximadamente 18,8 vezes s. podem variar ligeiramente, dependendo da condição da contractura articular. As imagens captadas são usadas para medir a extensão em cada binário.

3. capturar o ângulo de extensão do joelho usando o artrômetro motorizado

Nota: Uma vez que o motor tenha parado em cada torque aplicado, uma câmera digital é acionada para tirar uma foto. A câmera está posicionada no frame que está diretamente acima da articulação do joelho sendo testado e incidiu sobre o côndilo femoral.

1. Continuar com os testes com o mesmo joelho do mesmo animal, mas em uma situação diferente, por exemplo, depois de um myotomy da musculatura posterior transarticular é executada para isolar o componente de arthrogenic (não-muscular) de uma contratura, ou com um joelho de um outro animal.
   1. Quando completar a myotomy, disse o músculo proximal o suficiente para o joelho para garantir que a cápsula não é cortada.
      Nota: É mais fácil completar o myotomy quando a perna em extensão, após a aplicação do torque configuração 4 (17.53 N-cm). Em seguida, repita os passos 2.1 através de 3.1.
2. Uma vez que ambas as pernas foram testadas em todas as condições (por exemplo, antes e depois da myotomy), alienar a carcaça animal e todos os materiais de risco biológico, seguindo o protocolo institucional e limpar o artrômetro.

4. joelho ROM medição análise

1. Analise a ROM usando o ImageJ.
   Nota: Aqui versão 1.45 s foi usado.
2. Abra o arquivo que contém a imagem digital, tirada pela câmera montada sobre o artrômetro de rato.
   Nota: A pessoa que realizar a análise deve ficar cego para o agrupamento experimental do animal (por exemplo, imobilizada contra controle).
3. Selecione a ferramenta ângulo na barra de ferramentas principal e traçar o ângulo de malrotação desenhando uma linha femoral do meio da braçadeira do fêmur para o côndilo lateral (alinhado com a diáfise femoral, Figura 2) e uma linha da tíbia de lateral côndilo femoral para o maléolo lateral (Figura 2).
   Nota: O ângulo fêmoro-tibial corresponde ao ângulo máximo de extensão do joelho em cada binário predefinido.
4. Use a ferramenta de medição clicando Analyze | Medida para mostrar o ângulo calculado produzido pelas 2 linhas desenhadas acima. Use a Convenção de 0° para significar a extensão completa.

Resultados

A quantidade de extensão do joelho, determinada por vários períodos de imobilidade são resumidas para aumentar a duração da imobilidade e mostrar que contraturas mais graves foram produzidas seguindo crescentes comprimentos de imobilização. Resultados representativos usando o ImageJ são mostrados na Figura 3.

A capacidade de medir a extensão máxima dos joelhos de rato de forma válida, pr...

Discussão

O artrômetro de joelho do rato foi desenvolvido para reproducibly e confiantemente determinar a extensão máxima do joelho rato após uma intervenção. Vantagens deste dispositivo incluem a geração consistente de torque através de articulação com uma força constante de braço de comprimento e extensão do joelho. Outra vantagem inclui a habilidade de ajustar o torque em um nível que permite repetitivo de teste na mesma articulação para avaliar a influência de diferentes estruturas articulares no joelho ROM, ...

Materiais

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