体内神经生物力学测试：一种用于新生猪模型臂丛神经损伤生物力学分析的操作方法

摘要

来源：Singh, A., 等. 新生仔猪臂丛神经体内生物力学测试方法. J. Vis. Exp. (2019).

在本视频中，我们展示了在猪模型中对臂丛神经进行生物力学测试，以测量神经在受到牵拉时的阈值抗拉强度。该技术有助于确定神经的结构和力学特性。

方案

所有涉及动物模型的实验程序均已通过当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会的审核。

1. 生物力学测试

1. 生物力学测试装置的设置
   注意：设计并制造了一种定制的机械测试装置，用于对臂丛（BP）神经进行体内拉伸（图1）。
   1. 将装置底座固定在推车上。
   2. 使用大型C型夹将电动执行器安装到底座上。该执行器可提供150磅的力、10英寸的行程和15 mm/s的速度。速度可降低至0.2 mm/s并仍能正常工作。
   3. 将200 N的载荷传感器连接到执行器上。
   4. 将一个夹具（螺纹旋入）连接到载荷传感器上，该夹具包含带衬垫的有机玻璃，以防止夹持部位产生应力集中。
   5. 将相机安装在三脚架上。确保相机具备以658 × 4926像素分辨率录制高达120帧/秒视频的能力。
   6. 将来自相机、执行器和载荷传感器的USB线缆连接至计算机，以集成并同步整个装置的所有组件。
   7. 将计算机、执行器和载荷传感器接入电源。
2. 在记录施加载荷前校准载荷传感器。请按以下步骤操作：
   1. 使用可调节手柄将执行器设置为90°角，并用量角器检查角度。
   2. 打开与载荷传感器配套的软件（材料表）。点击开始按钮以显示电压的实时读数。
   3. 从装置上悬挂0–1,000 g范围内的砝码，以100 g为增量，记录测得的电压值。
   4. 通过计算斜率（m）和截距（b），求得电压与重量之间的线性方程。可使用电子表格程序及其内置斜率函数，根据下方公式1计算b值。将下方所示的公式2输入机械装置的控制代码中。
      公式1：b = y – mx
      其中：y为重量，x为电压，m为斜率，b为截距（常数）。
      公式2：y = mx + b
      其中：y为重量，x为电压，m为斜率，b为常数。
3. 测试：通过定制夹具切断并固定BP神经，将其连接至测试装置。
   1. 将一只麻醉后的新生猪仰卧放置，暴露其BP神经。
   2. 使用精细剪刀切断BP神经。
   3. 将BP神经的切断端夹入定制夹具中（图1）。
   4. 手动在夹持的BP神经段上涂抹黑色丙烯酸颜料或印度墨水（图2）。
   5. 在动物体内平放一个校准网格（即1 cm标尺），用于设定数据分析的尺度。
   6. 使用相机软件查看相机是否正对测试段，从而实时监测标记物的运动/位移，并在任意时间点确定实际组织应变。
   7. 记录初始测量数据，如神经从桌面插入身体的高度、夹具距桌面的高度、执行器的角度以及组织的全长。
   8. 打开编程软件（包含图形用户界面[GUI]的表格（图3））。
   9. 点击运行按钮启动GUI。
   10. 点击初始化按钮对系统进行初始化。
   11. 点击去皮按钮对系统进行归零。
   12. 按下开始测试按钮拉伸BP神经段。系统将以设定的500 mm/min速率拉伸组织，直至BP神经任一段发生完全断裂。程序同时保存视频文件、施加的拉伸载荷、组织位移及测试持续时间。
   13. 记录断裂位置，即组织破裂的点。

结果

图1：体内力学测试装置的详细结构，包括致动器、载荷传感器和夹具。

图 2：在骨膜（BP）节段上放置标记，用于记录组织在拉伸过程中所承受的应变。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Omega微型张力传感器 & 压力传感器	Omega	LCM201-200N	200N 负载单元
Basler acA640-120uc 相机	巴斯勒	acA640-120uc	-
反馈线性执行器	Progressive Automations	PA-14P	10" 中风，150磅力，15毫米/秒速度
运动追踪软件	Kinovea	N/A	开源
编程软件 - MATLAB	Mathworks	N/A	版本 2018A
剪刀	Fine Science Tools 公司	14094-11 或 14060-09	-