The role of supraspinal excitability in the development of healthy-limb deficits following anterior cruciate ligament injury

In the current study, we examined how supraspinal and spinal excitability were altered bilaterally after unilateral anterior cruciate ligament reconstruction (ACLr). 7 participants with ACLr and 7 healthy controls underwent transcranial magnetic stimulation (TMS) and electrical stimulation. To evaluate supraspinal excitability, resting motor thresholds (RMT) and motor evoked potential (MEP) stimulus response curves (SRC) were used. To measure spinal excitability, H-reflex SRC gain was assessed. Mixed factorial ANOVAs were used to compare measures between limbs and between groups. Cohen’s d was used to assess effect sizes between groups. Data indicated no significant differences between subject groups or between limbs. However, large effect sizes were found between limbs for H-reflex gain and RMTs suggesting that ACLr can have an effect on some of the variables examined. This study identified decreases in strength in the injured limbs and that subjects with an ACL injury exhibited decreases in spinal and supraspinal excitability of the quadriceps compared to Healthy controls.

DEVELOPMENT AND VALIDATION OF THE ANTERIOR CRUCIATE LIGAMENT INJURY-RISK-ESTIMATION QUIZ (ACL-IQ)

Over 2 million Anterior Cruciate Ligament (ACL) injuries occur annually worldwide resulting in considerable economic and health burdens (e.g., suffering, surgery, loss of function, risk for re-injury, and osteoarthritis). Current screening methods are effective but they generally rely on expensive and time-consuming biomechanical movement analysis, and thus are impractical solutions. In this dissertation, I report on a series of studies that begins to investigate one potentially efficient alternative to biomechanical screening, namely skilled observational risk assessment (e.g., having experts estimate risk based on observations of athletes movements). Specifically, in Study 1 I discovered that ACL injury risk can be accurately and reliably estimated with nearly instantaneous visual inspection when observed by skilled and knowledgeable professionals. Modern psychometric optimization techniques were then used to develop a robust and efficient 5-item test of ACL injury risk prediction skill—i.e., the ACL Injury-Risk-Estimation Quiz or ACL-IQ. Study 2 cross-validated the results from Study 1 in a larger representative sample of both skilled (Exercise Science/Sports Medicine) and un-skilled (General Population) groups. In accord with research on human expertise, quantitative structural and process modeling of risk estimation indicated that superior performance was largely mediated by specific strategies and skills (e.g., ignoring irrelevant information), independent of domain general cognitive abilities (e.g., metal rotation, general decision skill). These cognitive models suggest that ACL-IQ is a trainable skill, providing a foundation for future research and applications in training, decision support, and ultimately clinical screening investigations. Overall, I present the first evidence that observational ACL injury risk prediction is possible including a robust technology for fast, accurate and reliable measurement—i.e., the ACL-IQ. Discussion focuses on applications and outreach including a web platform that was developed to house the test, provide a repository for further data collection, and increase public and professional awareness and outreach (www.ACL-IQ.org). Future directions and general applications of the skilled movement analysis approach are also discussed.

Effet d’une supplémentation en vitamine E alimentaire sur l’inflammation et la douleur chez le chien avec arthrose

La vitamine E (VE) est parfois préconisée pour le traitement de l’arthrose chez le chien, par contre aucune étude n’a documenté cette efficacité. L’objectif de cette étude était de déterminer l’effet d’une forte dose de VE alimentaire sur l’inflammation et la douleur arthrosique chez le chien. Deux groupes de chiens avec arthrose provoquée par section du ligament croisé crânial du membre postérieur droit ; un groupe contrôle (n=8) et un groupe supplémenté avec la VE (n=7), ont été suivis selon un design parallèle, randomisé et en aveugle. La supplémentation a été commencée 1 jour après la chirurgie avec une dose de 400 UI/animal/jour par voie orale pendant 56 jours. Les évaluations objectives (activité électrodermique, EDA) et subjectives (VAS, NRS) de la douleur ont été faites avant la chirurgie J0, à J28 et à J55 après chirurgie. La détermination de la concentration synoviale des marqueurs de l’inflammation (IL-1β, PGE2 et NOx) et l’étude lésionnelle ont été faites après l’euthanasie à J56. Une comparaison unilatérale avec un seuil alpha de 10% a été réalisée. Les concentrations synoviales de PGE2 et de NOx étaient faibles chez le groupe supplémenté en VE par rapport au contrôle (P=0,03 et P<0,0001 respectivement). Les valeurs de VAS, NRS et EDA ont montré une tendance constante à l’amélioration de la douleur dans le groupe traité, avec des résultats significatifs obtenus pour VAS à J55 et pour EDA à J28 (P ajusté = 0,07 dans les deux cas). L’analyse histologique du cartilage articulaire a montré une réduction significative des scores lésionnels dans le groupe traité. C’est la première fois qu’une étude menée chez le chien avec arthrose, a montré qu’une forte dose en VE alimentaire permet de réduire les marqueurs de l’inflammation articulaire, les lésions histologiques cartilagineuses et permet aussi d’améliorer les signes de la douleur associe à l’arthrose.

Imagerie multimodale (radiographie numérique, tomodensitométrie, résonance magnétique à 1,5 Tesla) pour l'évaluation des lésions d'ostéoarthrose

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La force de réaction au sol verticale maximale comme témoin d'effets fonctionnels et structuraux chez des modèles canins d'arthrose : potentiel envers le développement thérapeutique

Les modèles animaux d’arthrose permettent d’évaluer le potentiel d’agents thérapeutiques en phase préclinique de développement. Le présent ouvrage tient compte du chien comme modèle d’arthrose naturelle (chez l’animal de compagnie) ou expérimentale (par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial). Au sein des expérimentations, la force de réaction au sol verticale maximale, mesurée lors de l’analyse cinétique de la locomotion, est proposée comme témoin d’effets fonctionnels et structuraux sur ces modèles d’arthrose. Sur un modèle canin d’arthrose naturelle, le seuil de changement minimal détectable a été déterminé. Les changements au dysfonctionnement locomoteur peuvent désormais être cernés en s’affranchissant de la marge d’erreur inhérente à la mesure de la force verticale maximale. Il en découle l’identification de répondants lors d’essais cliniques entrepris chez le chien arthrosique. Une analyse rétrospective a, par la suite, déterminé un taux de répondants de 62.8% et d’une taille d’effet de 0.7 pour des approches thérapeutiques actuellement proposées aux chiens arthrosiques. Cette analyse détermina également que la démonstration d’une réponse thérapeutique était favorisée en présence d’un fort dysfonctionnement locomoteur. Sur un modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial, la force verticale maximale a démontré une relation inverse avec certains types de lésions arthrosiques évaluées à l’aide d’imagerie par résonance magnétique. Également, la sensibilité de la force verticale maximale a été mise en évidence envers la détection d’effets structuraux, au niveau de l’os sous-chondral, par un agent anti-résorptif (le tiludronate) sur ce même modèle. Les expérimentations en contexte d’arthrose naturelle canine permettent de valider davantage les résultats d’essais cliniques contrôlés utilisant la force verticale maximale comme critère d’efficacité fonctionnelle. Des évidences cliniques probantes nécessaires à la pratique d’une médecine basée sur des faits sont ainsi escomptées. En contexte d’arthrose expérimentale, la pertinence d’enregistrer le dysfonctionnement locomoteur est soulignée, puisque ce dernier est en lien avec l’état des structures. En effectuant l’analyse de la démarche, de pair avec l’évaluation des structures, il est escompté de pouvoir établir la répercussion de bénéfices structurels sur l’inconfort articulaire. Cet ouvrage suggère qu’une plateforme d’investigations précliniques, qui combine le modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial à un essai clinique chez le chien arthrosique, soit un moyen de cerner des bénéfices structuraux ayant des impacts fonctionnels. Le potentiel inférentiel de ces modèles canins d’arthrose vers l’Homme serait ainsi favorisé en utilisant la force verticale maximale.

Estenose da fossa intercondilar após estabilização articular com retalho de fáscia lata em cães

Determinaram-se os índices de largura da fossa intercondilar (FI), após transecção do ligamento cruzado cranial em nove cães adultos submetidos à estabilização articular com retalho de fáscia lata. Os joelhos foram alocados em dois grupos, sendo o joelho direito (GI) submetido à incisuroplastia troclear (ITR) e posterior estabilização articular, e o joelho esquerdo submetido somente à substituição ligamentar (GC). Cada grupo foi dividido em três subgrupos correspondentes aos momentos de eutanásia aos 30, 90 e 180 dias de pós-operatório. Os índices de largura da FI foram determinados, macroscópica e radiograficamente, pela mensuração da abertura cranial da FI nos terços cranial, médio e caudal, e indexados em relação à largura epicondilar. Observou-se aumento significativo dos índices macroscópicos e radiográficos nas articulações do GI, sendo estes estatisticamente diferentes daqueles das articulações de GC. Não foi observada estenose intercondilar nos joelhos de GC após a estabilização articular. Conclui-se que a estabilização articular com retalho de fáscia lata preveniu a estenose da fossa intercondilar, e que a ITR promoveu o alargamento permanente dessa estrutura.

Ruptura do ligamento cruzado em cães: estudo retrospectivo da reconstituição com fascia lata

Trata-se de um estudo retrospectivo de 35 casos de ruptura de ligamento cruzado atendidos pelo Serviço de Cirurgia de Pequenos Animais da FMVZ-UNESP-Campus de Botucatu, no período janeiro de 1991 a junho de 1997. Os cães foram submetidos à técnica de PAATSAMA (1952), modificada para reconstituição do ligamento cruzado, que consistiu na passagem do retalho de fascia lata através da articulação do joelho e fixação no côndilo medial da tíbia e epicôndilo medial do fêmur. Pelos resultados obtidos, concluiu-se que esta técnica permite boa estabilização das superfícies articulares, com trans e pós operatório sem complicações, e permite recuperação completa da capacidade funcional do membro afetado.

Estabilidade da fixação antirrotacional lateral com parafuso associada à técnica de avanço de tuberosidade da tíbia

Pós-graduação em Cirurgia Veterinária - FCAV

Evaluation of the marsh deer stifle joint by imaging studies and gross anatomy

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

MRI characteristics and histology of bone marrow lesions in dogs with experimentally induced osteoarthritis

Signal changes within the bone marrow adjacent to osteoarthritic joints are commonly seen on magnetic resonance (MR) images in humans and in dogs. The histological nature of these lesions is poorly known. In this study, we describe the MR imaging of bone marrow lesions adjacent to the stifle joints of dogs with experimental osteoarthritis over 13 months. Histology of the proximal tibia at the end of the study was compared with the last MR imaging findings. In five adult dogs, the left cranial cruciate ligament was transected. Post-operatively, MR imaging was performed at 1, 2, 3, 4, 6, 8, and 13 months. Dogs were euthanised after 13 months and histological specimen of the proximal tibia were evaluated. Bone marrow edema like MR imaging signal changes were seen in every MR examination of all dogs in one or more locations of the proximal tibia and the distal femur. Lesions varied in size and location throughout the whole study with the exception of constantly seen lesions in the epiphyseal and metaphyseal region at the level of the tibial eminence. On histology, hematopoiesis and myxomatous transformation of the bone marrow and/or intertrabecular fibrosis without signs of bone marrow edema were consistent findings in the areas corresponding to the MR imaging signal changes. We conclude that within the bone marrow, zones of increased signal intensity on fat suppressed MR images do not necessarily represent edema but can be due to cellular infiltration. Contrary to humans, hematopoiesis is seen in bone marrow edema-like lesions in this canine model of osteoarthritis.

Ligamentoplastia do ligamento cruzado anterior com enxerto Osso-Tendão-Osso VS Enxerto de Tendões isquiotibiais VS Enxerto Osso-Tendão

Objetivo: com esta revisão bibliográfica pretende-se comparar, tanto a nível funcional como clínico, os três enxertos autólogos atualmente utilizados na reconstrução do ligamento cruzado anterior, de modo a contribuir para a perceção de qual o melhor tipo de enxerto a utilizar.

Apport d’une évaluation biomécanique 3D du genou dans la prise en charge orthopédique de patients ayant une rupture du ligament croisé antérieur

Parmi les blessures sportives reliées au genou, 20 % impliquent le ligament croisé antérieur (LCA). Le LCA étant le principal stabilisateur du genou, une lésion à cette structure engendre une importante instabilité articulaire influençant considérablement la fonction du genou. L’évaluation clinique actuelle des patients ayant une atteinte au LCA présente malheureusement des limitations importantes à la fois dans l’investigation de l’impact de la blessure et dans le processus diagnostic. Une évaluation biomécanique tridimensionnelle (3D) du genou pourrait s’avérer une avenue innovante afin de pallier à ces limitations. L’objectif général de la thèse est de démontrer la valeur ajoutée du domaine biomécanique dans (1) l’investigation de l’impact de la blessure sur la fonction articulaire du genou et dans (2) l’aide au diagnostic. Pour répondre aux objectifs de recherche un groupe de 29 patients ayant une rupture du LCA (ACLD) et un groupe contrôle de 15 participants sains ont pris part à une évaluation biomécanique 3D du genou lors de tâches de marche sur tapis roulant. L’évaluation des patrons biomécaniques 3D du genou a permis de démontrer que les patients ACLD adoptent un mécanisme compensatoire que nous avons intitulé pivot-shift avoidance gait. Cette adaptation biomécanique a pour objectif d’éviter de positionner le genou dans une condition susceptible de provoquer une instabilité antérolatérale du genou lors de la marche. Par la suite, une méthode de classification a été développée afin d’associer de manière automatique et objective des patrons biomécaniques 3D du genou soit au groupe ACLD ou au groupe contrôle. Pour cela, des paramètres ont été extraits des patrons biomécaniques en utilisant une décomposition en ondelettes et ont ensuite été classifiés par la méthode du plus proche voisin. Notre méthode de classification a obtenu un excellent niveau précision, de sensibilité et de spécificité atteignant respectivement 88%, 90% et 87%. Cette méthode a donc le potentiel de servir d’outil d’aide à la décision clinique. La présente thèse a démontré l’apport considérable d’une évaluation biomécanique 3D du genou dans la prise en charge orthopédique de patients présentant une rupture du LCA; plus spécifiquement dans l’investigation de l’impact de la blessure et dans l’aide au diagnostic.

Modified stabilization method for the tibial tuberosity advancement technique: a biomechanical study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The differential adhesion forces of anterior cruciate and medial collateral ligament fibroblasts: effects of tropomodulin, talin, vinculin, and alpha-actinin.

We have determined the effects of tropomodulin (Tmod), talin, vinculin, and alpha-actinin on ligament fibroblast adhesion. The anterior cruciate ligament (ACL), which lacks a functional healing response, and the medial collateral ligament (MCL), a functionally healing ligament, were selected for this study. The micropipette aspiration technique was used to determine the forces needed to separate ACL and MCL cells from a fibronectin-coated surface. Delivery of exogenous tropomodulin, an actin-filament capping protein, into MCL fibroblasts significantly increased adhesion, whereas its monoclonal antibody (mAb) significantly decreased cell adhesiveness. However, for ACL fibroblasts, Tmod significantly reduced adhesion, whereas its mAb had no effect. mAbs to talin, vinculin, and alpha-actinin significantly decreased the adhesion of both ACL and MCL cells with increasing concentrations of antibody, and also reduced stress fiber formation and cell spreading rate as revealed by immunofluorescence microscopy. Disruption of actin filament and microtubule assembly with cytochalasin D and colchicine, respectively, also significantly reduced adhesion in ACL and MCL cells. In conclusion, both ACL and MCL fibroblast adhesion depends on cytoskeletal assembly; however, this dependence differs between ACL and MCL fibroblasts in many ways, especially in the role of Tmod. These results add yet another possible factor in explaining the clinical differences in healing between the ACL and the MCL.

Força Muscular Isocinética após Reconstrução do Ligamento Cruzado Anterior – Influência do Tipo de Enxerto (Osso-Tendão-Osso/Isquio-Tibiais)

Introdução: É reconhecida a importância do ligamento cruzado anterior (LCA) no funcionamento normal do joelho. Em caso de rotura ligamentar, nomeadamente em desportos com marcada solicitação dos movimentos de rotação do joelho, é justificada a necessidade de reconstrução do LCA na maioria dos casos. Objetivo (s): Avaliar a influência do tipo de enxerto na reconstrução do ligamento cruzado anterior na força muscular isocinética, assim como na funcionalidade e sintomas após 6 meses. Métodos: Estudo transversal analítico, constituído por 20 indivíduos voluntários do sexo masculino, que haviam sido submetidos a uma ligamentoplastia do cruzado anterior, pelo mesmo cirurgião, seguido de uma intervenção individualizada por um fisioterapeuta. Em 10 indivíduos, o procedimento cirúrgico foi realizado com enxerto do tendão rotuliano (grupo OTO), e nos restantes 10 com enxerto do semitendinoso e gracilis (grupo STG). Como forma de avaliar a Força Muscular Isocinética (Peak Torque, Trabalho Total Muscular, ratio Isquiotibiais/Quadricipite), foi utilizado o Dinamómetro Isocinético Biodex. A avaliação foi efectuada apenas aos 6 meses após o procedimento cirúrgico. Para observação da funcionalidade, amplitude de movimento e sintomas, utilizou-se o questionário International Knee Documentation Committee (IKDC). Resultados: Foi possível observar que entre os grupos apenas se observaram diferenças significativas no peak torque de extensão a 180º no membro não lesado (p=0,019). Contudo, foi observada uma tendência para o grupo OTO apresentar um maior défice no peak torque e trabalho total muscular em extensão. Comparativamente ao membro contra-lateral, o membro lesado apresentou valores significativamente inferiores na maioria das variáveis ( p < 0,05). Conclusão: Após 6 meses de pós-cirúrgico com reabilitação de fisioterapia, não foi possível apontar qual o enxerto que garante uma melhor recuperação da força muscular. Aos 6 meses, ambos os grupos ainda apresentaram limitações musculares, quando comparados com o lado contra-lateral. Relativamente ao rácio isquiotibiais/quadricípite, assim como no IKDC, não se observaram diferenças entre os dois tipos de enxertos.