本方案介绍了一种用于在大鼠跟腱中诱导可量化且可控的疲劳性损伤的测试系统，以建立一种由过度使用引起的跟腱病的体内模型。该操作包括将大鼠踝关节固定于一个关节驱动装置上，通过自行编写的MATLAB脚本控制装置对踝关节进行被动背屈运动。
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本文内容
摘要
摘要
跟腱病是一种慢性肌腱疾病，会导致疼痛和功能丧失，其病因是肌腱反复超负荷以及恢复时间不足。本方案描述了一种通过被动背屈向大鼠跟腱周期性施加机械负荷的测试系统。自主编写的代码包含循环加载前后的测量步骤，用于评估加载方案的效果，同时包含基于反馈控制的循环疲劳加载程序。
本研究使用了25只Sprague-Dawley大鼠，每组5只，分别接受500、1,000、2,000、3,600或7,200次疲劳载荷。计算了滞后环、峰值应力以及加载和卸载模量在循环载荷前后测量值的百分比差异。结果表明，该系统可根据施加载荷次数的不同，在跟腱上诱导出不同程度的损伤。该系统提供了一种创新方法，可对跟腱施加定量且生理范围内的不同强度循环载荷，用于 体内 疲劳诱导的过度使用性肌腱损伤模型。
引言
由于肌腱连接肌肉与骨骼，并在其整个生命周期中经历日常重复性运动，因此极易发生过度使用性损伤，这类损伤具有疼痛性和限制性，会导致机械功能受损，影响30%-50%的人群1。肌腱病是一种慢性疾病，被认为是由于重复性疲劳运动以及未能充分恢复至伤前水平所导致的过度使用性损伤。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，尤其多见于田径、中长跑、网球及其他球类运动项目的运动员，影响约7%-9%的跑步者6,7。跑步和跳跃造成的损伤还可能导致踝关节背屈受限，而这一情况是跟腱和髌腱肌腱病的危险因素8,9,10。因此，亟需更准确地评估和表征肌腱病，本研究通过建立被动踝关节背屈的大鼠模型，为过度使用性跟腱损伤提供研究基础。
既往利用小型动物模型的....
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方案
本研究经贝斯以色列女执事医疗中心机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准后进行。动物麻醉采用5%异氟烷诱导，2.5%异氟烷维持，同时注意避免低体温。
1. 设置测试系统
- 通过步进电机控制被动踝关节旋转，以施加一致的旋转角度和扭矩。使用微控制器控制步进电机。利用三维位置与方向系统的输入信号标记旋转角度。若未达到预设阈值，则根据扭矩传感器的输出信号进行反馈控制，进一步增加背屈角度。
- 开始前，将微控制器、扭矩传感器、三维电磁定位与方向系统连接至计算机和电源。使用实验室自主开发的 MATLAB 程序控制该定制系统（图1）。从 GitHub 下载 MATLAB 代码文件，并按照 GitHub 页面上的说明运行程序（https://github.com/Nazarian-Lab/PassiveAnkleDorsiflexionSystem）。
- 使用代码文件打开 MATLAB。打开 PDImfc 软件，以将三维电磁定位与方向系统连接至 MATLAB 程序。点击 Connect | Continuous P&O | StartSockExport()。保持该应用程序在后台运行。
2. 离体与死后
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结果
随着应用循环次数的增加，减少程度更大 体内 肌腱力学性能。与3,600次和7,200次循环组相比，500次循环组的滞后损失以及加载和卸载模量的降低程度显著更小（p < 0.05）。 < 0.05) (图2）。尽管从500次循环组到3,600次循环组每周期的峰值应力显著降低，但500次循环组与7,200次循环组之间峰值应力的降低无显著差异。在3,600次和7,200次循环组中，滞后性、峰值应力以及加载和卸载模量均呈现一致的百分比下降。苏木精-伊红染色和Masson三色染色的肌腱样本图像证实，随着背屈循环次数的增加，微观结构损伤程度更高，表现为细胞更呈圆形、细胞增多、纤维断裂和纤维屈曲现象增多。图3). 本文结果表明，更多的背屈循环次数会导致跟腱损伤程度增加。
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讨论
本研究介绍了一种利用被动踝关节背屈系统对大鼠跟腱进行周期性加载的方法 体内 过度使用诱导的肌腱病模型。该系统的重要性在于能够分离跟腱，在不进行手术暴露肌腱的情况下施加可量化的负荷，并进行测量 体内 肌腱特性
2010年，Fung等人提出了一种使用自行构建的测试系统的大鼠髌腱疲劳模型14。他们的研究介绍了一种通过暴露肌腱直接对髌腱施加负荷的方法。尽管该方法同样可对肌腱施加可量化的疲劳负荷，但直接施加负荷可能会因皮肤切口及后续缝合而引发额外的炎症性伤口愈合反应。而采用我们的方法，非侵入性施加的负荷可确保所测得的任何生物学反应完全源于加载方案本身，而非任何外部因素。
该加载方案的一个关键组成部分是反馈控制回路。通过检测滞后加载曲线的斜率，并在必要时增加背屈角度，系统可持续使跟腱疲劳。固定膝关节是至关重要的一步，因为它可确保背屈仅对肌腱产生应变，而不是带动膝关节及其他周围软组织移动。为检查固定是否正确，可在固定后手动活动踝关节，感受肌腱是否僵硬，并监.......
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
我们感谢以下资助支持：Joe Fallon 研究基金、Dr. Louis Meeks BIDMC 运动医学培训人员研究基金，以及来自 BIDMC 骨科的院内资助（AN），同时感谢美国国立卫生研究院的支持（2T32AR055885（PMW））。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1/32'' 铝珠 | |||
| 2.5% 异氟烷 | |||
| 3D 数字化笔 | Polhemus，佛蒙特州，新罕布什尔州，美国 | ||
| 3D 电磁定位与方向传感器 | Polhemus，佛蒙特州，新罕布什尔州，美国 | ||
| 5% 异氟烷 | |||
| 定制装置：1）组件、传感器、3D 打印动物床和脚踝固定驱动器 | 按文中所述方式组装 | ||
| MATLAB 代码 | MATLAB，马萨诸塞州，纳提克，美国 | ||
| 微控制器 | 意大利，伊夫雷亚 | Arduino UNO, Rev3 | |
| 鼻罩 | |||
| 手术刀及刀柄 | 11 号手术刀 | ||
| 斯普拉格-道利大鼠（Sprague-Dawley rats） | Charles River Laboratories，马萨诸塞州，威尔明顿，美国 | 11–13 周龄 | |
| 步进电机驱动器 | SparkFun Electronics，科罗拉多州，尼沃特，80503 | DM542T | |
| 步进电机 | SparkFun Electronics，科罗拉多州，尼沃特，80503 | 23HE30-2804S | |
| 直头镊 | |||
| 扭矩传感器组件 | Futek Inc.，加利福尼亚州，尔湾，美国 | FSH03985, FSH04473, FSH03927 | |
| 水循环加热垫 |
参考文献
- Kaux, J. F., Forthomme, B., Goff, C. L., Crielaard, J. M., Croisier, J. L. Current opinions on tendinopathy. J Sports Sci Med. 10 (2), 238-253 (2011).
- Maffulli, N., Longo, U. G., Kadakia, A., Spiezia, F. Achilles tendinopathy. Foot Ankle Surg. 26 (3), 240-249 (2020).
- Teunis, T., Lubberts, B., Reilly, B. T., Ring, D. ....
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