DOI: https://doi.org/10.1111/vsu.14252
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40195612
تاريخ النشر: 2025-04-07
المؤلف: Parisa Mazdarani وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب البيطرة والعظام والأعصاب
نظرة عامة
كان الهدف من هذه الدراسة هو قياس تأثيرات زيادة الأحمال المحورية وطرق تثبيت الفخذ المختلفة على قوى عضلات الرباعية والساق المحاكية. أجريت كدراسة تجريبية غير عشوائية، خارج الجسم، استخدمت البحث جهاز ضغط أطراف مخصص لتطبيق أحمال محورية تتراوح من 10% إلى 40% من وزن الجسم على 24 طرفًا من 12 قطة، مقسمة إلى ثلاثة نماذج تثبيت: واحد يسمح بحرية حركة الورك بالكامل، وواحد بتثبيت فخذي صلب، وواحد يسمح بحركة انثناء-تمديد الورك. تضمنت النتائج الرئيسية المقاسة قوى العضلات المعدلة حسب وزن الجسم ونسبها، بالإضافة إلى زوايا الأطراف الشعاعية وموقع القدم النسبي للنموذجين الصلب والانثناء-التمديد.
أشارت النتائج إلى أن قوى الرباعية المعدلة زادت بشكل ملحوظ مع الحمل المحوري في نماذج حركة الورك (1 و 3) مقارنة بنموذج التثبيت الصلب (2) (p = .04). على العكس، كانت قوى الساق المعدلة أكبر في نموذج التثبيت الصلب مقارنة بالنموذجين الآخرين (p = .009). بينما ظلت نسب القوة غير متأثرة بالحمل المحوري (p = .4)، أظهر النموذج 2 نسبًا أقل من النماذج 1 و 3 (p = .007). بالإضافة إلى ذلك، انثنت كل من مفاصل الركبة والكاحل مع زيادة الحمل (p < .001)، على الرغم من أن زاوية الفخذ لم تتغير بشكل ملحوظ مع الحمل أو النموذج (p = .1 و p = .9، على التوالي). خلصت الدراسة إلى أن الحفاظ على حركة انثناء-تمديد الورك في تثبيت الفخذ ينتج قوى رباعية تمثل بشكل أفضل الظروف داخل الجسم، مما يشير إلى تحسينات محتملة لنماذج خارج الجسم في الإعدادات السريرية.
مقدمة
تناقش المقدمة فائدة نماذج ضغط الأطراف لدراسات خارج الجسم لمفصل الركبة، خاصة في سياق جراحة الرباط الصليبي الأمامي في القطط. تسمح هذه النماذج بإجراء تحقيقات محكومة تحت أحمال محورية وظروف عضلية محاكية، وهو أمر ضروري لتقييم تقنيات الجراحة التي تهدف إلى استقرار مفصل الركبة. ومع ذلك، فإن الصلاحية الفسيولوجية لهذه النماذج أمر حاسم لتلبية مبادئ 3R للاستبدال والتقليل والتنقيح في الأبحاث قبل السريرية. أظهرت الدراسات السابقة أن تقنيات قطع العظام الشائعة، مثل تقدم نتوء الساق وقطع مستوى الساق، فشلت في توفير الاستقرار في مفصل الركبة القطط الذي يعاني من نقص الرباط الصليبي الأمامي، مما يتناقض مع النتائج في نماذج الكلاب.
يبرز المؤلفون وجود تباين كبير بين الأحمال الفسيولوجية المبلغ عنها داخل الجسم للقطط السائرة وتلك التي تم تحقيقها في نماذج ضغط الأطراف الحالية. على وجه التحديد، بينما تشير الدراسات داخل الجسم إلى أحمال الرباط الرضفي بحوالي 80 نيوتن خلال المرحلة المبكرة، كانت الأحمال المحاكية في نماذج القطط أقل بكثير، مما قد يفسر نقص الاستقرار الملحوظ في الاختبارات خارج الجسم. تهدف الدراسة إلى التحقيق في كيفية تأثير الأحمال المحورية المتغيرة وطرق تثبيت الفخذ القريبة على الأحمال العضلية المحاكية في نماذج ضغط الأطراف للقطط. تفترض الفرضية أن التثبيت الفخذي الصلب قد يؤدي إلى أحمال رباعية أقل من المتوقع، بينما قد يؤدي السماح بحركة الورك إلى أحمال عضلية تعكس الظروف الفسيولوجية بشكل أفضل، مع قوى رباعية وساق معدلة تقارب 1.8 و 0.64، على التوالي.
الطرق
حصلت الدراسة على موافقة أخلاقية من اللجنة الإدارية المحلية (رقم الموافقة: 2022-16) واستخدمت جثث قطط مملوكة من قبل العملاء تم euthanized لأسباب غير متعلقة بالبحث، مع موافقة خطية لاستخدامها في البحث أو التعليم. تم تحديد اختيار الجثث وفقًا لمعايير استبعاد محددة، والتي تضمنت وجود مرض تقويمي أو عدم نضج هيكلي، كما تم تحديده من خلال اللمس والفحص الشعاعي. ضمنت هذه الطريقة المنهجية سلامة العينة المستخدمة في الدراسة.
النتائج
تشير النتائج إلى أن متوسط الكتل الجسمية للنماذج الثلاثة كانت مختلفة بشكل ملحوظ، حيث أظهر النموذج 1 متوسط كتلة قدرها 3.0 كجم (الانحراف المعياري [SD] = 0.5 كجم)، بينما أظهر النموذج 2 متوسط كتلة قدرها 4.6 كجم (SD = 0.9 كجم)، وقدم النموذج 3 متوسط كتلة قدرها 5.6 كجم (SD = 1.2 كجم). تشير هذه النتائج إلى زيادة تدريجية في الكتلة الجسمية عبر النماذج، مما يبرز التباينات المحتملة في العوامل الأساسية التي تؤثر على الكتلة الجسمية في كل نموذج. قد يكون من الضروري إجراء مزيد من التحليل الإحصائي لاستكشاف أهمية هذه الاختلافات.
المناقشة
تقدم الدراسة تقييمًا شاملاً لجهاز ضغط الأطراف المخصص المصمم لمحاكاة الأحمال العضلية في أطراف القطط تحت أحمال محورية ونماذج تثبيت متغيرة. تشير النتائج إلى أن قوى الرباعية المعدلة في النماذج التي تسمح بحرية حركة الورك بالكامل (النموذج 1) وحركة الانثناء-التمديد (النموذج 3) اقتربت من المستويات الفسيولوجية عند أحمال محورية أعلى (30%-40% من وزن الجسم)، بينما كان نموذج التثبيت الفخذي الصلب (النموذج 2) ينتج باستمرار قوى دون الفسيولوجية. يشير هذا التباين إلى أن تصميم النموذج يؤثر بشكل كبير على دقة نسب قوة العضلات المحاكية، حيث أظهر النموذج 2 تباينًا كبيرًا يثير القلق بشأن موثوقيته للدراسات البيوميكانيكية.
تسلط النتائج الضوء أيضًا على أنه بينما أنتج كل من النموذجين 1 و 3 نسب قوة عضلية كانت أكثر اتساقًا وأقرب إلى القيم داخل الجسم، فإن تصميم النموذج 3 سمح بتلاعب تجريبي أسهل وتوثيق شعاعي، مما يجعله مفضلًا للتحقيقات المستقبلية. تؤكد الدراسة على أهمية مراعاة كل من الحمل المحوري وطريقة تثبيت الفخذ عند تقييم قوى العضلات، حيث يمكن أن تؤثر هذه العوامل بشكل كبير على استقرار المفاصل وقابلية تطبيق النتائج في الممارسة السريرية. يدعو المؤلفون إلى مزيد من الأبحاث باستخدام نماذج تعكس بشكل أكثر دقة الظروف الفسيولوجية لتعزيز فهم تقنيات استقرار الركبة في الطب البيطري.
DOI: https://doi.org/10.1111/vsu.14252
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40195612
Publication Date: 2025-04-07
Author(s): Parisa Mazdarani et al.
Primary Topic: Veterinary Orthopedics and Neurology
Overview
The objective of this study was to quantify the effects of increasing axial loads and different femoral fixation methods on simulated quadriceps and gastrocnemius muscle forces. Conducted as an experimental, non-randomized, ex vivo study, the research utilized a custom limb press to apply axial loads ranging from 10% to 40% of body weight on 24 limbs from 12 cats, divided into three fixation models: one allowing complete hip mobility, one with rigid femoral fixation, and one permitting flexion-extension hip mobility. Key outcomes measured included bodyweight-normalized muscle forces and their ratios, along with radiographic limb angulation and relative foot position for the rigid and flexion-extension models.
Results indicated that normalized quadriceps forces increased significantly with axial load in the hip mobility models (1 and 3) compared to the rigid fixation model (2) (p = .04). Conversely, normalized gastrocnemius forces were greater in the rigid fixation model than in the other two (p = .009). While the force ratios remained unaffected by axial load (p = .4), model 2 exhibited lower ratios than models 1 and 3 (p = .007). Additionally, both stifle and hock joints flexed with increasing load (p < .001), although femoral angulation did not vary significantly with load or model (p = .1 and p = .9, respectively). The study concluded that maintaining hip flexion-extension in femoral fixation yields quadriceps forces that are more representative of in vivo conditions, suggesting potential improvements for ex vivo models in clinical settings.
Introduction
The introduction discusses the utility of limb press models for ex vivo studies of the stifle joint, particularly in the context of feline cranial cruciate ligament surgeries. These models allow for controlled investigations under axial loads and simulated muscle conditions, which are essential for evaluating surgical techniques aimed at stabilizing the stifle joint. However, the physiological validity of these models is crucial to meet the 3R principles of replacement, reduction, and refinement in preclinical research. Previous studies have shown that common osteotomy techniques, such as tibial tuberosity advancement and tibial plateau leveling osteotomy, failed to provide stability in the cranial cruciate ligament-deficient feline stifle, contrasting with findings in canine models.
The authors highlight a significant discrepancy between the physiological loads reported in vivo for walking cats and those achieved in existing limb press models. Specifically, while in vivo studies report patellar ligament loads of approximately 80 N during early stance, the simulated loads in feline models have been much lower, potentially explaining the lack of stability observed in ex vivo tests. The study aims to investigate how varying axial loads and proximal femoral fixation methods affect simulated muscle loads in feline limb press models. The hypothesis posits that rigid femoral fixation may lead to lower-than-expected quadriceps loads, while allowing hip mobility could yield muscle loads that better reflect physiological conditions, with normalized quadriceps and gastrocnemius forces approximating 1.8 and 0.64, respectively.
Methods
The study received ethical approval from the local administrative committee (approval number: 2022-16) and utilized client-owned cat cadavers that had been euthanized for reasons unrelated to the research, with written consent for their use in research or teaching. The selection of cadavers was governed by specific exclusion criteria, which included the presence of orthopedic disease or skeletal immaturity, as determined through palpation and radiographic screening. This methodological approach ensured the integrity of the sample used for the study.
Results
The results indicate that the mean body masses for the three models were significantly different, with model 1 exhibiting a mean mass of 3.0 kg (standard deviation [SD] = 0.5 kg), model 2 showing a mean mass of 4.6 kg (SD = 0.9 kg), and model 3 presenting a mean mass of 5.6 kg (SD = 1.2 kg). These findings suggest a progressive increase in body mass across the models, highlighting potential variations in the underlying factors influencing body mass in each model. Further statistical analysis may be warranted to explore the significance of these differences.
Discussion
The study presents a comprehensive evaluation of a custom limb press designed to simulate muscle loads in feline limbs under varying axial loads and fixation models. The findings indicate that normalized quadriceps forces in models with complete hip mobility (Model 1) and flexion-extension mobility (Model 3) approached physiological levels at higher axial loads (30%-40% of body weight), while the rigid femoral fixation model (Model 2) consistently produced subphysiological forces. This discrepancy suggests that the model’s design significantly influences the accuracy of simulated muscle force ratios, with Model 2 exhibiting considerable variability that raises concerns about its reliability for biomechanical studies.
The results also highlight that while both Models 1 and 3 yielded muscle force ratios that were more consistent and closer to in vivo values, Model 3’s design allowed for easier experimental manipulation and radiographic documentation, making it preferable for future investigations. The study underscores the importance of considering both axial load and the method of femoral fixation when assessing muscle forces, as these factors can significantly affect joint stability and the applicability of findings to clinical practice. The authors advocate for further research using models that more accurately reflect physiological conditions to enhance the understanding of stifle stabilization techniques in veterinary medicine.