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
Summary
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。
Abstract
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。
Introduction
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。这些包括跑步机运动、重复伸展、直接肌腱负荷、胶原酶注射、手术和体外研究 11,12,13,14,15,16。尽管文献受益于使用这些肌腱病模型来识别损伤标志物，但局限性包括在不生理相关的关节运动中加载肌腱，例如肌腱的直接加载，不直接测量施加的负载，例如跑步机研究，以及不使用生理过度使用，例如胶原酶注射， 除其他外。为此，本研究旨在开发一种系统，该系统可无创地将量化负荷施加到跟腱上，并应用于过度使用诱导的肌腱病研究，以填补先前开发的肌腱病小动物模型的空白。我们进行了一项试点研究，以证明该系统在一系列加载周期内会引起机械性能的可重复变化。该系统使生理相关的运动和负荷能够诱发过度使用，同时量化和测量在负荷方案中施加在肌腱上和承受的力。
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们要感谢我们的资金支持：Joe Fallon 研究基金、Louis Meeks 博士 BIDMC 运动医学实习生研究基金和校内赠款 （AN），均来自 BIDMC 骨科，以及美国国立卫生研究院的支持 （2T32AR055885 （PMW））。
Materials
| 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 |
Riferimenti
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