用于过度使用诱导的肌腱病 体内 模型的被动踝关节背屈测试系统

摘要

该协议提出了一种测试系统，用于在大鼠跟腱中诱导可量化和受控的疲劳损伤，用于过度使用诱导的肌腱病 的体内 模型。该过程包括将大鼠的脚踝固定到关节致动器上，该致动器使用定制编写的 MATLAB 脚本执行被动踝关节背屈。

摘要

肌腱病是一种慢性肌腱疾病，会导致疼痛和功能丧失，由肌腱反复超负荷和恢复时间有限引起。该协议描述了一种测试系统，该系统通过被动背屈对大鼠跟腱周期性地施加机械载荷。定制编写的代码包括循环加载前和循环加载后测量，以评估加载协议以及基于反馈控制的循环疲劳加载方案的影响。

我们使用了 25 只 Sprague-Dawley 大鼠进行这项研究，每组 5 只大鼠接受 500、1,000、2,000、3,600 或 7,200 个循环的疲劳负荷。计算了滞后、峰值应力和加载和卸载模量的循环加载前和循环加载后测量值之间的百分比差异。结果表明，该系统可以根据施加的载荷数量对跟腱造成不同程度的损伤。该系统提供了一种创新方法，可将量化和生理上不同程度的循环载荷应用于跟腱，用于疲劳引起的过度使用肌腱损伤 的体内 模型。

引言

由于肌腱将肌肉与骨骼连接起来，并在其一生中经历日常重复运动，因此它们极易出现过度使用性损伤，这些损伤是疼痛和限制性的，并导致机械功能受损，影响 30-50% 的人口¹。肌腱病是一种慢性疾病，由于重复的疲劳运动和愈合不足到受伤前的水平而被认为是过度使用性损伤。上肢和下肢均常受累，包括肩袖、肘部、跟腱和髌腱^{2、3、4、5}。跟腱病常见于涉及跑步和跳跃的活动中，尤其是参与田径、中长跑、网球和其他球类运动的运动员，影响 7-9% 的跑步者 ^6,7。跑步和跳跃造成的损伤也可能导致踝关节背屈受限，这是跟腱和髌腱病的危险因素 ^8,9,10。因此，需要更好地评估和表征肌腱病，本研究可以将其作为过度使用性跟腱损伤的被动踝背屈的大鼠模型。

以前使用小动物模型的工作旨在研究肌腱病的发展和标志物。这些....

研究方案

这项研究是根据机构动物护理和使用委员会 （IACUC） 在贝丝以色列女执事医疗中心的批准进行的。使用5%异氟醚麻醉动物进行诱导，2.5%异氟醚维持，并注意避免体温过低。

1. 设置测试系统

1. 通过步进电机控制被动踝关节旋转，以施加一致的旋转和扭矩。使用微控制器控制步进电机。使用 3D 位置和方向系统的输入来标记旋转度数。使用扭矩传感器的输出提供反馈控制，以便在未达到阈值限制时增加背屈角度。
2. 首先，将微控制器、扭矩传感器、3D 电磁定位和定向系统连接到计算机和电源。使用内部开发的 MATLAB 代码控制定制系统（图 1）。从 GitHub 下载 MATLAB 代码文件，并按照 GitHub 页面说明 （https://github.com/Nazarian-Lab/PassiveAnkleDorsiflexionSystem） 中运行代码的具体说明进行操作。
3. 使用代码文件打开 MATLAB。打开 PDImfc 软件，将 3D 电磁定位和定向系统连接到 MATLAB 程序。单击 “连接”|”连续 P&O |StartSockExport（）中。使应用程序在后台保持打开状态。

2. 离体和死后

....

讨论

本研究提出了一种使用被动踝关节背屈系统循环加载大鼠跟腱的方法，用于 体内 过度使用诱导的肌腱病模型。该系统的重要性在于它能够隔离跟腱，在不通过手术进入肌腱的情况下施加可量化的载荷，并测量 体内 肌腱特性。

2010 年，Fung 等人提出了大鼠髌腱疲劳模型，并建立了定制测试系统¹⁴。他们的研究提出了一种通过暴露肌腱直接加载髌.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1/32'' Aluminum beads
2.5% isoflurane
3D digitizing pen	Polhemus, Vermont, NH, USA
3D electromagnetic positioning and orientation sensor	Polhemus, Vermont, NH, USA
5% isoflurane
Customized device: 1) Assembly, sensors, 3D printed animal bed and ankle mount actuator			Assembled as described in manuscript
MATLAB code	MATLAB, Natick, MA, USA
Microcontroller	Ivrea, Italy	Arduino UNO, Rev3
Nose cone
Scalpel and scalpel holder			No. 11 scalpel
Sprague-Dawley rats	Charles River Laboratories, Wilmington, MA, USA		11-13 weeks old
Stepper driver	SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503	DM542T
Stepper motor	SparkFun Electronics, Niwot, CO 80503	23HE30-2804S
Straight forceps
Torque sensor assembly	Futek Inc., Irvine, CA, USA	FSH03985, FSH04473, FSH03927
Water heating pad