Ex Vivo Patomecanica modelului Canine Pond-Nuki
Antonio Pozzi
1 Laborator de biomecanică ortopedică comparată, Departamentul de științe clinice la animale mici, Universitatea din Florida, Gainesville, Florida, Statele Unite ale Americii,
Stanley E. Kim
1 Laborator de biomecanică de ortopedie comparată, Departamentul de științe clinice la animale mici, Universitatea din Florida, Gainesville, Florida, Statele Unite ale Americii,
Bryan P. Conrad
2 Laborator de biomecanică de ortopedie comparată, Departamentul de ortopedie și reabilitare, Universitatea din Florida, Gainesville, Florida, Statele Unite ale Americii,
MaryBeth Horodyski
2 Laborator de biomecanică de ortopedie comparată, Departamentul de ortopedie și reabilitare, Universitatea din Florida, Gainesville, Florida, Statele Unite ale Americii,
Scott A. Banks
3 Laborator de biomecanică ortopedică comparată, Departamentul de inginerie mecanică și aerospațială, Universitatea din Florida, Gainesville, Florida, Statele Unite ale Americii,
Conceput și proiectat experimentele: AP SK SB BC. Au efectuat experimentele: AP SK BC. Analiza datelor: AP SK MBH. Reactivi/materiale/instrumente de analiză contribuite: SB MBH. A scris lucrarea: AP SK.
Abstract
fundal
Tranșația ligamentului încrucișat cranian canin (CCL) este un model de osteoartrita bine stabilit (OA). Efectul pierderii CCL asupra presiunii de contact și a alinierii articulațiilor nu a fost cuantificat pentru încărcarea înăbușită în picioare. Scopul studiului a fost de a măsura zonele și tensiunile de contact femorotibiale și alinierea articulațiilor după tranziția CCL într-un model ex vivo. Am emis ipoteza că tranziția CCL ar duce la cinematică anormală, precum și la modificări ale mecanicii de contact ale articulației femorotibiale.
Metodologie/Constatări principale
Opt membre posterioare canine au fost testate într-o mașină de testare a materialelor servo-hidraulice folosind un dispozitiv femural personalizat. Măsurători ale suprafeței de contact și ale presiunii, precum și rotații și translații femorotibiale au fost măsurate în stângul normal și în deficitul CCL atât în unghiurile de flexie în picioare, cât și în cele profunde.
Am constatat că, la unghiul în picioare, tranziția CCL a provocat translarea craniană și rotația internă a tibiei cu o deplasare concomitentă caudală a zonei de contact, o creștere a presiunii de vârf și o scădere a zonei de contact. Aceste modificări nu au fost observate în flexia profundă. În picioare, pierderea CCL a provocat o redistribuire a presiunii articulare, regiunea caudală a compartimentului fiind supraîncărcată, iar restul articulației fiind subîncărcat.
Concluzie
În modelul Pond-Nuki, modificările alinierii articulațiilor sunt corelate cu deplasarea punctelor de contact în zonele încărcate rar din platoul tibial. Rezultatele acestui studiu sugerează că acest model cadaveric Pond-Nuki simulează modificările biomecanice raportate anterior în modelul Pond-Nuki in-vivo.
Introducere
Transecția ligamentului încrucișat cranian unilateral (CCL) a fost cel mai frecvent utilizat model pentru producerea osteoartritei (OA), deoarece a fost descris pentru prima dată de Pond și Nuki la începutul anilor 1970 [1]. Diferite grade de modificări ale cartilajului, formarea osteofitelor și fibrilația meniscală apar în urma tranziției CCL [2], [3], [4], [5]. Un studiu in vivo, pe termen lung, care a evaluat cinematica tridimensională la câini, a raportat un model consistent de translație tibială craniană și instabilitate în plan frontal imediat după tranziția CCL, care nu s-a îmbunătățit cu timpul [6]. Fără stabilitatea oferită de CCL, condilii femurali alunecă pe platoul tibial înclinat caudal, rezultând deplasarea craniană a tibiei în raport cu femurul [7]. Funcția articulară dinamică anormală ca urmare a pierderii integrității CCL se pretinde a contribui la dezvoltarea OA prin influențarea mecanobiologiei cartilajului articular, deși relația exactă nu a fost clarificată [8]. Un studiu recent efectuat pe câini cu deficit de CCL a arătat că interacțiunile anormale ale suprafeței articulare pot fi un mecanism care inițiază dezvoltarea OA [9].
Cauzele degenerării cartilajului articular sunt complexe și implică căi biologice, mecanice și structurale interdependente [10], [11], [12]. Patomecanica ex vivo a OA a fost descrisă de Andriacchi ca un cadru împărțit într-o fază de inițiere și progresie [13]. Faza de inițiere este caracterizată de modificări cinematice asociate cu o schimbare a regiunilor portante, în timp ce faza de progresie apare pe măsură ce boala progresează mai rapid cu sarcini crescute [13], [14]. Metabolismul cartilajului este dependent de menținerea stimulilor mecanici pentru care sunt adaptate condrocitele [11], [15]. Prin urmare, OA poate fi declanșat prin încărcarea redusă, care activează frontul de creștere subcondrală prin reducerea presiunii fluidului sau prin încărcarea crescută provocând daune mecanice la suprafețele articulate [13]. O înțelegere a modului în care cinematica articulației și mecanica de contact a stifleului sunt modificate prin tranziția CCL poate fi importantă pentru a relaționa biomecanica aberantă cu procesul de degenerare observat în modelul Pond-Nuki [1]. Dacă factorii mecanici asociați cu OA pot fi identificați la scurt timp după dezvoltarea instabilității articulare, poate că se pot dezvolta strategii de tratament pentru a opri progresia OA în faza incipientă a bolii.
Efectul modificării conformaționale a osteotomiei tibiale asupra mecanicii de contact și a alinierii articulațiilor au fost studiate recent într-un model cadavric canin [16]. În timp ce datele preliminare privind efectul tranziției CCL au fost colectate în acel studiu, s-a efectuat o osteotomie simulată înainte de colectarea datelor. Ar fi important să se măsoare în mod specific efectul transecției CCL asupra sufocării canine, fără interacțiunea cu alte tratamente. Scopul studiului a fost de a evalua efectele transecției CCL asupra zonelor de contact femorotibiale și a tensiunilor și a alinierii articulațiilor în sufocare. Am emis ipoteza că tranziția CCL ar duce la modificări ale mecanicii de contact ale articulației femorotibiale secundare subluxației craniene și rotației interne a tibiei.
Materiale și metode
Declarație de etică
Acest studiu a fost realizat în strictă conformitate cu recomandările din Ghidul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator de la Institutele Naționale de Sănătate. Toate procedurile din studiu au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea din Florida (numărul IACUC: E810). Membrele posterioare utilizate în acest studiu au fost obținute de la câini care au fost eutanasiați în cadrul unui alt proiect (numărul IACUC: 200902382). IP al acestui studiu a obținut permisiunea de a folosi câini eutanasiați la adăpostul local. Eutanasia a fost efectuată uman folosind soluție de pentobarbital și fenitoină.