Ganganalyse im Mausmodell : Einfluss des Alters und der Frakturheilung auf den Bewegungsablauf der Maus

Abstract

Obwohl die Maus als Versuchstier in zahlreichen Studien zur Untersuchung der Frakturheilung verwendet wird, wurden Studien zur Ganganalyse, insbesondere während der Frakturheilung, bis dato nicht durchgeführt. Ziel dieser Arbeit war es daher, den Einfluss des Alters sowie der Frakturheilung auf das Gangbild der Maus zu analysieren. In dem ersten Abschnitt der Studie erfolgte die Ganganalyse in gesunden jungen (3 Monate), mittelalten (10 Monate) und alten Mäusen (16 Monate) zu einem definierten Zeitpunkt. In dem zweiten Abschnitt der Studie wurde das Gangbild nach Fakturierung des Femurs und geschlossener Stabilisierung mit einer intramedullären Zugschraube in jungen (3 Monate) und alten Mäusen (16 Monate) verglichen. Das Gangbild wurde präoperativ und zu verschiedenen Zeitpunkten während der Frakturheilung (1, 3, 7, 10, 14, 21, 28, 35 Tage) untersucht. Zur Analyse wurde das CatWalk-System, ein videobasiertes Echtzeitganganalyse-System, verwendet. Beim Vergleich der unterschiedlichen Altersgruppen der gesunden Mäuse zeigte sich, dass die alten Mäuse die längste Standzeit, einen signifikant längeren Schwung der einzelnen Pfoten, einen längeren Schrittzyklus und eine längere Laufdauer im Vergleich zu den jungen Versuchstieren aufwiesen. Nach Fakturierung und Stabilisierung des Femurs war die Laufdauer in der frühen Phase der Frakturheilung in alten Mäusen signifikant länger als in den jungen Mäusen. Die Laufdauer wurde von Tag 1 bis zum Tag 14 kontinuierlich kürzer. Es zeigten sich eine kürzere Stand und Schwungphase sowie ein kürzerer Schrittzyklus bei den jungen Tieren. Der Abstand der Hinterpfoten zeigte sich nach Osteosynthese in beiden Gruppen bis Tag 35 verbreitert. Die jungen Versuchstiere zeigten eine größere Kontaktfläche und eine höhere Intensität der nichtoperierten sowie der operierten Pfoten im Vergleich zur älteren Versuchsgruppe. Wir konnten zeigen, dass jüngere Tiere im Vergleich zu den älteren Tieren schneller ein physiologisches Gangbild aufweisen. Unsere Studie konnte erstmals zeigen, dass das Gangbild der Maus durch das Alter sowie durch die Frakturheilung signifikant beeinflusst wird. Somit könnte die Ganganalyse als zusätzliches Tool zur Analyse der Frakturheilung angewandt werden.

Although the mouse has become a preferred model to study fracture healing, studies analyzing gait patterns of different aged mice or during bone healing does not exist. Therefore, the aim of this study was to report the change of motion pattern in different aged mice and during fracture healing in young and old mice. In the first part of the study we analyzed gait patterns in young (3 month), middle aged (10 month) and aged mice (16 month) at one time point. In the second part of the study we analyzed gait patterns after femur fracture and stabilization with an intramedullary screw in young mice (3 month) and aged mice (16 month). Dynamic gait analysis was performed before fracture and at day 1, 3, 7, 10, 14, 21, 28, 35 after surgery. We used an established video based system method for dynamic gait analyses in rodents, the CatWalk XT. Comparing the different aged mice swing time, stand time, step cycle and run duration in old mice were significantly longer compared to that in young mice. After fracture, the run duration in the early phase of fracture healing was longer in old mice compared to young mice. During fracture healing, the run duration was shorten from day 1 to 14. Stand time, swing time and step cycle were shorter in young mice compared to old mice. After fracture, both groups showed a higher hind paw distance. Young mice showed a greater contact area and higher intensity of the hind paws when compared to old mice. In addition, young mice reached earlier a physiological gait than old mice. Our study demonstrates distinct alterations of the gait in different aged mice and after femur fracture and stabilization. Our results support that gait analysis can be used as an additional tool to study fracture healing.