Name: 一种可重复的软骨冲击模型在兔子中产生创伤后骨关节炎 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-21T12:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 42 s
Description: 了解一种可重复的软骨冲击模型，用于在兔子膝关节负重面诱导急性软骨损伤并建立创伤后骨关节炎模型。该方法通过内侧股骨髁撞击技术评估新型治疗策略，为骨科研究提供可靠的临床前实验平台。

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本研究由美国陆军医学研究采购活动（U.S. ARMY MEDICAL RESEARCH ACQUISITION ACTIVITY）资助，资金来源为国防部同行评审医学研究计划（DoD Peer Reviewed Medical Research Program）——研究者发起研究奖 W81XWH-20-1-0304，以及美国国立卫生研究院（NIH）国家关节肌肉骨骼与皮肤病研究所（NIAMS）R01AR076477 项目、NIH 综合肌肉骨骼 T32 培训项目（AR065971）和 NIH NIAMS 资助项目 R01 AR069657。作者感谢 Kevin Carr 为本项目在机械加工与制造方面提供的专业技术支持，同时感谢 Drew Brown 及印第安纳大学肌肉骨骼健康中心骨组织学核心实验室在组织学分析方面的协助。

本实验方案已获得印第安纳大学医学院机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准。所有存活手术均按照美国国立卫生研究院（NIH）指南所述在无菌条件下进行。通过使用适当的镇痛药和抗生素控制疼痛和感染风险，以优化实验成功率。本研究采用骨骼成熟的雄性新西兰白兔，体重为3.0–4.0 kg。
1. 下落塔的制备
<ol>
	<li>为落塔组件、基座平台以及固定斯坦曼针的装置生成CAD图纸补充图1-14).</li>
	<li>购买市售组分（参见 材料表).</li>
	<li>采购设备的机械部件，或将CAD图纸提供给机械师进行加工。 
	注意：需要具备工模具制造能力的高精度机械师来加工直径为3 mm的撞击头补充图1，第20部分 补充图13、14冲击头的冲击面在矢状面和冠状面上的曲率分别为7.14 mm和5.56 mm，以匹配兔内侧髁的曲率35(补充图13、14).</li>
	<li>将部件组装，使落塔由沿两根垂直导杆运动的滑车构成 通过 固定式直线球轴承，基座平台用于支撑兔子并固定斯坦曼针（Steinman pin）图1 和 图2). 
	注意：该设计的横梁弯曲刚度与之前落塔的弯曲刚度相等38 振动水平在可接受范围内。</li>
</ol>
2. 动物准备
<ol>
	<li>称重兔子，并通过肌肉注射（IM）给予 2.5 mg/kg 的阿法沙龙和 0.15 mg/kg 的咪达唑仑进行麻醉（参见 材料表）。诱导麻醉后，在双眼涂抹眼膏。使用约 2%–3% 的异氟烷维持麻醉。皮下注射（SQ）给予长效布托啡诺（0.1 mg/kg）用于镇痛，以及围手术期恩诺沙星（10 mg/kg）皮下注射。作为布托啡诺的替代，可皮下注射非甾体抗炎药（NSAIDs），如卡洛芬（4 mg/kg）、美洛昔康（0.2–0.3 mg/kg）或酮洛芬（3 mg/kg）。</li>
	<li>剃除兔子从踝关节至后躯的后肢毛发。在去除兔毛时需格外谨慎，以避免切口污染。使用专用的锋利兔用毛发剪至关重要。</li>
	<li>将不锈钢前肢固定块（补充图 1，部件编号 2，以及 补充图 4）置于冲击平台末端，并在平台上覆盖加热垫。将兔子以胸卧位（即俯卧位）放置于加热垫上。在对侧髋部下方放置一个带衬垫的隆起物。
	<ol>
		<li>确保手术侧肢体的膝关节居中并放置在聚乙烯块上（图 2A1）。使用丝质胶带轻轻将尾巴向上并向手术侧肢体对侧牵拉固定。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>用浸有氯己定和 70% 酒精的无菌纱布擦拭手术区域。从膝关节后方开始，以环形向外的方式对手术区域进行刷洗。至少使用新的刷洗材料重复三次，最后用 70% 酒精结束。</li>
	<li>将无菌手套套在手术侧足部直至踝关节，并用无菌自粘绷带包裹固定。</li>
	<li>使用三块无菌手术巾对手术区域进行无菌铺巾：一块直接置于手术侧肢体下方，另外两块覆盖身体其余部分。使用毛巾钳固定手术巾。</li>
</ol>
3. 手术暴露
注意：在手术和撞击之前，应根据特定品系、年龄和性别的兔子，通过实验确定能够引起可见软骨损伤但不导致软骨下骨骨折的重量和下落高度。
<ol>
	<li>在髌骨前方触诊以确定膝关节的位置，膝关节位于髌骨远端。使用15号刀片，在伸直膝关节的后侧沿髌骨上极水平向远端做一3-4 cm的切口。</li>
	<li>通过浅筋膜进行钝性和锐性分离。分离皮肤内侧与腓肠肌内侧头外侧之间的间隙。将自持式Weitlaner拉钩置于该间隙中（参见 材料表).
	<ol>
		<li>大隐动脉和大隐静脉上方将显露出一层次级筋膜。沿大隐静脉外侧解剖，将血管结构向内侧牵开，将腓肠肌-比目鱼肌后复合体向外侧牵开。 
		注意：务必小心避免损伤此血管系统。若该动脉受损，须妥善结扎，以防术后发生出血性休克。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>向远端解剖，直至在股骨内侧髁后方识别出一个可活动的小豆状骨（fabella）。行关节囊切开术，将豆状骨向上方外侧游离，暴露其下方的股骨内侧髁。通过钝性和锐性解剖轻柔去除软组织，以暴露股骨内侧髁的后方区域。使用Freer和Cricket自持牵开器（见 材料表) 以在此水平回缩软组织。</li>
	<li>在保持髁突暴露的同时，插入一根0.062英寸的Steinman针（参见 材料表在股骨远端进行横断面扫描，起始于股骨内侧髁上缘，中心位于股骨内侧髁前后方向的中点，距髁后缘约5 mm处。
	<ol>
		<li>使用电池驱动的斯氏针驱动器，将钢丝沿与关节面平行的方向横向穿过骨骼及外侧皮肤。通过触诊外上髁以确保斯氏针的正确进针轨迹。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>移除牵开器，并使用3-0 Polysorb缝线缝合皮肤（参见 材料表以跑步的方式缝合切口。用无菌纱布覆盖切口。</li>
</ol>
4. 股骨髁的影响
<ol>
	<li>移除手术肢体下方的无菌巾，将史氏针固定于可定制且高度可调的冲击平台上。首先，将可调高度的史氏针固定装置的下部置于史氏针下方图2A2）。通过调节螺丝高度，确保导线与此平台上的地面平行。
	<ol>
		<li>在确保斯坦曼针与地面平行后，将固定平台顶部基于螺钉的部分放置图 2A3) 到高度可调部件的下部螺纹部分。通过将上部横杆拧入持针平台下部高度可调部分，确保斯氏针被牢固固定。图 2A2).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Steinman 针固定于平台后，移除缝线并重新打开切口。使用自持式 Weitlaner 拉钩和 cricket 拉钩暴露股骨内侧髁。可能需要额外使用 Freer 拉钩将更多软组织从冲击器尖端路径中牵开图2B).</li>
	<li>用经批准的消毒剂擦拭落塔。安装无菌的3 mm撞击头（图 2A4) 固定到落塔载具上。将落塔移至手术肢体上方，并将其底座放置于图 2A6）位于冲击平台下方（图3A).</li>
	<li>轻轻放下撞击器（补充图2第20部分，以及 补充图13) 放置于股骨内侧髁后部中心位置。确保冲击路径上无软组织阻碍。
	<ol>
		<li>根据需要移动兔子或支架，确保撞击头对准股骨内侧髁后部中心图3B每次移动或重新安置兔子时，均应评估手术部位是否存在可能破坏无菌状态的情况，并在必要时对手术区域重新进行消毒灭菌。 </li>
	</ol>
	</li>
	<li>确保路径合适后，使用偏心夹将塔架固定在平台上（图 2A5, 见 材料表).</li>
	<li>在冲击前5-10分钟静脉注射一剂阿法沙龙（0.5-0.7 mg/kg），以实现更深的麻醉，而无需增加吸入麻醉剂用量。 
	注意：眼睑反射、足底退缩反射和耳廓反射的消失表明麻醉程度较深。这种较深的麻醉有助于防止动物在装置中固定及受到冲击时出现肢体反应。 
	警告：若给予过快，阿法沙龙可导致兔短暂性呼吸暂停和缺氧，应缓慢注射，持续1-2分钟。若发生缺氧，须确保充分供氧并待生命体征恢复后方可继续操作。</li>
	<li>将冲击器置于落塔上，使其位于股骨内侧髁上方的预定高度。对于当前包含轴承的滑车组件（质量为1.41 kg），该高度为7 cm。 
	注意：落塔高度是根据对尸体组织的预实验确定的。该高度可导致软骨出现可见损伤，但不会引起本研究中兔子的软骨下骨骨折。</li>
	<li>点击 开始 LabVIEW 数据采集软件上的按钮补充编码文件 1）在松开主轴停止装置之前补充图2，货号 14）以释放载物台，使其在重力作用下下落。 
	注意：数据采集软件将从载荷传感器收集数据（图1，6）位于冲击器与 carriage 之间以及一个加速度计（图1，7）使用连接到数据采集模块的笔记本电脑，以100 kHz频率记录冲击过程中的信号。</li>
	<li>将数据采集软件生成的 txt 文件与 Matlab 数据分析代码放在同一文件夹中（补充编码文件 2并运行数据分析代码以过滤原始数据并计算撞击参数。</li>
	<li>确保识别出最大载荷。对应的时间点被视为最大形变时刻和零速度时刻。 
	注意：数据分析代码将分析文件夹中的所有 txt 文件，并报告每个文件的结果。代码将根据载荷-时间数据的变化确定冲击的起始和结束点。加速度计的数据将通过数值积分计算速度，并再次积分计算位移。数据分析代码将根据以下公式数值计算冲量、功和动能： 
	<img alt="冲量方程，\( I = \int_{t_0}^{t_f} F \, dt \)，物理学研究示意图中的公式。" src="/files/ftp_upload/64450/64450eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="公式 1"> 
	<img alt="功的计算公式：\( W = \int_{x_0}^{x_f} F dx \)。数学方程示意图。" src="/files/ftp_upload/64450/64450eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="公式 2"> 
	<img alt="动能公式 KE=1/2mVt²；物理学概念，力学，能量计算" src="/files/ftp_upload/64450/64450eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="公式 3"> 
	其中 F 是负载传感器测得的力， x0 和 t0 分别为冲击开始时的位移和时间， x，以及 tf 为冲击结束时的位移和时间。加载速率将通过计算以下平均值进行数值求解： dσ/dt 在冲击的加载阶段，通过将峰值载荷除以冲击头的接触面积来计算峰值应力。</li>
	<li>对软骨表面进行可视化观察，以确定是否已产生适当的软骨损伤（图 4A).</li>
</ol>
5. 手术部位关闭
<ol>
	<li>将落塔从手术肢体上方移开。将所有使用过的手术器械放置一旁，并更换新的无菌手套。 
	注意：由于落塔并非无菌，因此在冲击前使用的所有器械现应视为已被污染。</li>
	<li>重新为下肢覆盖无菌手术巾，并取用未使用的无菌自持拉钩。</li>
	<li>重新暴露股骨内侧髁，并用50–60 mL无菌生理盐水彻底冲洗手术区域。</li>
	<li>使用5-0 Polysorb缝线缝合关节囊后部，随后使用4-0 Monosorb缝线缝合皮肤（见材料表）。</li>
	<li>在切口周围皮内注射2 mL利多卡因/布比卡因，以实现局部镇痛。</li>
	<li>使用动力驱动装置（见材料表）通过振荡方式拔除斯氏针，以尽量减少软组织损伤。</li>
	<li>用非粘性敷料覆盖伤口，再用胶带固定。对术肢进行X光检查，以确认未发生骨折且钢针位置正确（图4B）。</li>
</ol>
6. 术后管理
<ol>
	<li>将兔子放回笼中，并在加热毯上监测其直至从麻醉中恢复（约25分钟）。</li>
	<li>术后继续密切观察兔子数天，以确保其正常愈合并恢复活动能力。术后给予恩诺沙星（10 mg/kg）连续2天，用于预防感染。术后每2–3天皮下注射一次缓释布托啡诺镇痛剂（0.1 mg/kg），并根据需要追加给药。作为布托啡诺的替代方案，可在术后3–5天内根据需要使用非甾体抗炎药（NSAIDs），如卡洛芬（4 mg/kg，皮下注射，每日一次）、美洛昔康（0.2–0.3 mg/kg，皮下注射，每日一次，最多使用3天）或酮洛芬（3 mg/kg，皮下注射，每日一次）。 
	​注：我们通过在兔子后肢穿戴人类新生儿短裤，成功防止了因兔子舔舐或啃咬导致的术后伤口裂开39。若兔子仍能咬穿短裤，可佩戴伊丽莎白圈（见材料表）以防止其啃咬切口。</li>
</ol>
7. 组织学评估
<ol>
	<li>伤后16周，从安乐死的兔子中取出膝关节，用10%中性缓冲甲醛固定48 h，随后进行石蜡包埋并切片 5 µm 厚切片.</li>
	<li>脱蜡和复水后，按照标准方案用藏红O-快绿对切片进行染色40,41.</li>
	<li>使用TUNEL染色法凋亡检测试剂盒（TUNEL Chromogenic Apoptosis Detection kit），按照制造商说明书对切片进行末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记（TUNEL）实验，并用苏木精复染42 （参见 材料表).</li>
</ol>

罗马·纳托利为AO创伤北美分会讲授课程，并担任某期刊的栏目编辑 当前骨质疏松症报告，且从Morgan and Claypool获得教科书版税。Todd McKinley从Innomed获得版税。其余作者无任何利益冲突披露。

该手术旨在建立一种创伤后骨关节炎（PTOA）模型，通过在兔内侧股骨髁的负重面产生一致的软骨损伤。该手术的一个优点是采用膝关节后入路，可直接完整观察整个后内侧股骨髁，且手术时间约为37分钟（表2）。还应注意，该模型属于开放性损伤模型，除撞击本身外，可能因滑膜和关节囊的潜在损伤而引发超出撞击区域的急性炎症反应17,44。该模型的优缺点总结于表3。手术过程中特别注意避免损伤韧带和半月板结构，以确保关节稳定性。因此，在撞击区域以外的关节腔室（内侧和外侧胫骨平台以及外侧股骨髁）中，撞击肢体与对侧对照肢体之间未检测到差异。
本方案最关键的步骤是在股骨髁上制造一个孤立的软骨损伤。斯氏针的进针轨迹对该方法的成功至关重要。如果导针与关节面不平行，或相对于内侧股骨髁中心位置过于偏后，可能导致股骨髁的骨软骨骨折（图5）。外侧上髁是一个始终可触及的解剖标志，可用于...

创伤后骨关节炎（PTOA）是全球范围内导致残疾的主要原因之一，占症状性骨关节炎（OA）的12%–16%1。目前，终末期OA治疗的金标准是全膝关节和全髋关节置换术2，或在终末期胫距关节或距下关节关节炎情况下进行关节融合术。尽管关节置换术总体成功率较高，但仍可能带来昂贵且具有较高发病率的并发症3。此外，对于50岁以下的患者而言，关节置换术并非理想选择，因其假体无翻修存活率仅为77%–83%4,5。目前尚无经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的用于预防或延缓PTOA进展的治疗方法。
PTOA 影响整个关节，包括滑膜组织、软骨下骨和关节软骨。其特征表现为关节软骨退变、滑膜炎症、软骨下骨重塑以及骨赘形成6,7。PTOA 的表型通过关节软骨、滑膜和软骨下骨之间复杂的相互作用过程而发展。目前认为，软骨损伤会导致细胞外基质（ECM）成分（如 II 型胶原蛋白（COL2）和聚集蛋白聚糖（ACAN））的释放。这些 ECM 成分片段具有促炎性，可引起 IL-6、IL-1β 和活性氧（ROS）的产生增加。这些介质作用于软骨细胞，导致基质金属蛋白酶（MMPs）如 MMP-13 上调，从而降解关节软骨，同时减少基质合成，最终导致关节软骨处于整体分解代谢环境8。此外，在原发性骨关节炎和 PTOA 中均有证据显示软骨细胞凋亡增加9,10。在软骨受到超生理负荷后会发生线粒体功能障碍11,12,13,14，这可能导致软骨细胞凋亡增加12,15。增强的软骨细胞凋亡与蛋白聚糖耗竭和软骨分解代谢增加相关，并已被证实早于软骨及软骨下骨重塑的变化16,17,18。
与大多数人类疾病一样，为了进一步理解创伤后骨关节炎（PTOA）的病理生理机制并测试新的治疗方法，需要建立可靠且具有转化价值的疾病模型。大型动物（如猪和犬）已被用于关节内骨折和撞击型PTOA模型17,19，但其成本较高。小型动物模型（如小鼠、大鼠和兔子）&#160;成本较低，常用于研究通过关节失稳诱导的PTOA，这类模型通常涉及前交叉韧带（ACL）的手术切断和/或内侧半月板的破坏20,21,22,23,24,25。尽管关节创伤可能导致多种后果，包括韧带损伤26，但在几乎所有情况下，软骨都会发生机械性超负荷。 
越来越多的证据表明，韧带不稳定（如前交叉韧带横断）和急性软骨损伤后发生创伤后骨关节炎（PTOA）的病理机制存在差异27。因此，建立直接损伤软骨的模型具有重要意义。目前，可用于在大鼠和小鼠中产生骨软骨或软骨损伤的冲击模型数量有限28,29。然而，小鼠软骨并不适合制备孤立的软骨缺损模型，因为小鼠关节软骨仅厚3–5层细胞，缺乏人类及较大动物所具有的结构清晰的表层、辐射层和过渡层软骨区，也无较厚的钙化软骨层。此外，小鼠模型中的部分软骨缺损可自发修复30,31。因此，我们选择兔作为该冲击模型的实验动物，因其软骨厚度和组织结构与人类相似，且是能够实现稳定软骨冲击并诱发PTOA的最小动物模型。既往在兔中建立股骨髁冲击的开放手术模型曾采用摆锤装置32、手持式弹簧加载软骨冲击器33以及可定制兔专用冲击头的落塔装置34。然而，这些研究缺乏in vivo数据。其他研究报道了基于摆锤35、气动36和弹簧加载37的冲击装置的in vivo数据10，但这些方法在峰值应力和加载速率方面表现出较高的变异性。目前，该领域仍缺乏一种可重复、可靠地在in vivo条件下模拟急性软骨创伤的统一方法。
本方案采用基于落塔的系统，对兔膝关节内侧后髁施加一致的冲击。通过膝关节后侧入路暴露股骨内侧后髁。随后将一根斯氏针从内侧至外侧穿过股骨髁，与关节面平行，并将其固定在平台上。固定后，对股骨内侧后髁施加负荷。该方法可对兔股骨远端&#160;负重面软骨造成一致的损伤。

<table><tbody><tr><td>平头螺钉</td><td>McMaster-Carr</td><td>92210A194</td><td>不锈钢六角驱动平头螺钉，8-32，1/2&quot;</td></tr><tr><td>#15 手术刀片</td><td>McKesson</td><td>1029066</td><td>McKesson 15号手术刀片，不锈钢/塑料经典握柄，无菌一次性使用</td></tr><tr><td>1/2&amp;rdquo;-20 螺纹杆</td><td>McMaster-Carr</td><td>99065A120</td><td>1/2&amp;rdquo;-20 螺纹杆</td></tr><tr><td>10 mL 注射器</td><td>McKesson</td><td>1031801</td><td>用于冲洗；McKesson 通用注射器，10 mL， blister pack 包装，鲁尔锁扣接头，无安全装置</td></tr><tr><td>3 mL 注射器</td><td>McKesson</td><td>1031804</td><td>用于利多卡因/布比卡因注射；McKesson 通用注射器，3 mL，blister pack 包装，鲁尔锁扣接头，无安全装置</td></tr><tr><td>3-0 Polysorb</td><td>Ethicon</td><td>J332H</td><td>3-0 Vircryl，CT-2，1/2 圆弧，26 mm，锥形针</td></tr><tr><td>4-0 Monosorb</td><td>Ethicon</td><td>Z397H</td><td>4-0 PDS II，FS-2，3/8 圆弧，19 mm，切割刃</td></tr><tr><td>5-0 Polysorb</td><td>Med Vet International</td><td>NC9335902</td><td>Med Vet International 5-0 ETHICON 涂层 Vicryl C-3</td></tr><tr><td>加速度计</td><td>Kistler</td><td>8743A5</td><td>加速度计</td></tr><tr><td>Adson-Browns 镊子</td><td>World precision tools</td><td>500177</td><td>Adson-Brown 镊子，12 cm，直型，TC 齿状夹头，7 x 7 齿</td></tr><tr><td>阿法沙龙</td><td>Jurox</td><td>49480-002-01</td><td>Jurox Alfaxan 多剂量：10 mg/mL</td></tr><tr><td>布托啡诺</td><td>Par Pharmaceuticals</td><td>42023-0179-05</td><td>盐酸布托啡诺注射液：0.3 mg/mL</td></tr><tr><td>布托啡诺&amp;nbsp;</td><td>Zoetis</td><td>54771-2033</td><td>Zoetis 布托啡诺酒石酸盐&amp;nbsp;10 mg/mL</td></tr><tr><td>氯己定手部消毒液</td><td>BD</td><td>371073</td><td>BD E-Z Scrub 107 外科刷/海绵，含 4% CHG，红色</td></tr><tr><td>夹头</td><td>STRYKER</td><td>14023</td><td>Stryker 4100-62 导丝夹头 0.28-0.71''</td></tr><tr><td>无线驱动手柄</td><td>STRYKER</td><td>OR-S4300</td><td>Stryker 4300 CD3 无线驱动器 3 手柄</td></tr><tr><td>Cricket 拉钩</td><td>Novosurgical</td><td>G3510 21</td><td>2× Heiss（Holzheimer）交叉动作拉钩</td></tr><tr><td>分离剪</td><td>Jorvet labs</td><td>J0662</td><td>Aesculap AG，Metzenbaum 剪，直型，5 3/4&amp;Prime;</td></tr><tr><td>伊丽莎白圈</td><td>ElizaSoft</td><td>62054</td><td>ElizaSoft 伊丽莎白康复圈</td></tr><tr><td>恩诺沙星</td><td>Custom Meds</td><td></td><td>Custom Meds 配制的恩诺沙星</td></tr><tr><td>眼膏</td><td>Pivetal&amp;nbsp;</td><td>46066-753-55</td><td>Pivetal 人工泪液——近期已召回</td></tr><tr><td>端面固定轴套</td><td>McMaster-Carr</td><td>5631T11</td><td>端面固定轴套</td></tr><tr><td>快绿</td><td>Millipore Sigma</td><td>F7258</td><td>快绿</td></tr><tr><td>Freer 剥离器</td><td>Jorvet labs</td><td>J0226Q</td><td>Freer 抬举器</td></tr><tr><td>头部螺钉 -1</td><td>McMaster-Carr</td><td>91251A197</td><td>黑色氧化合金钢内六角头螺钉，8-32，3/4&quot;</td></tr><tr><td>头部螺钉 -2</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A194</td><td>不锈钢内六角头螺钉，8-32，1/2&quot;</td></tr><tr><td>头部螺钉 -3</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A146</td><td>不锈钢内六角头螺钉，8-32，1/2&quot;</td></tr><tr><td>头部螺钉 -4</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A151</td><td>不锈钢内六角头螺钉，6-32，3/4&quot;</td></tr><tr><td>苏木精溶液，Gill No. 1</td><td>Millipore Sigma</td><td>GHS132-1L</td><td>苏木精溶液，Gill No. 1</td></tr><tr><td>六角螺母</td><td>McMaster-Carr</td><td>91841A007</td><td>不锈钢六角螺母，6-32</td></tr><tr><td>压紧式杠杆夹具</td><td>McMaster-Carr</td><td>5126A71</td><td>压紧式杠杆夹具</td></tr><tr><td>冲击装置</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>定制制作</td></tr><tr><td>冲击平台</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>定制制作</td></tr><tr><td>Kirschner 钢丝（K-wires）</td><td>Jorvet Labs</td><td>J0250A</td><td>JorVet 髓内 Steinman 针，Trocar-Trocar 型，1/16&quot; × 7&quot;</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td>n/a</td><td>n/a</td></tr><tr><td>测力传感器</td><td>Kistler</td><td>9712B5000</td><td>测力传感器</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>The MathWorks Inc.</td><td>n/a</td><td>n/a</td></tr><tr><td>显微镜</td><td>Leica</td><td>DMi-8</td><td>Leica DMi8 显微镜，配备 LAS-X 软件</td></tr><tr><td>咪达唑仑</td><td>Almaject</td><td>72611-749-10</td><td>Almaject 盐酸咪达唑仑注射液：5 mg/mL</td></tr><tr><td>铣床深度限位器</td><td>McMaster-Carr</td><td>2949A71</td><td>夹装式铣床深度限位器</td></tr><tr><td>移动式C型臂</td><td>Philips</td><td>718095</td><td>BV&amp;nbsp;Pulsera，移动式C型臂</td></tr><tr><td>安装式直线滚珠轴承</td><td>McMaster-Carr</td><td>9338T7</td><td>安装式直线滚珠轴承</td></tr><tr><td>持针器</td><td>A2Z Scilab</td><td>A2ZTCIN39</td><td>TC Webster 持针器，光滑夹头，5&quot;，高级型</td></tr><tr><td>戊巴比妥</td><td>Vortech</td><td>0298-9373-68</td><td>Vortech 戊巴比妥 390 mg/mL</td></tr><tr><td>番红O</td><td>Millipore Sigma</td><td>HT90432</td><td>番红O</td></tr><tr><td>小型电池组</td><td>STRYKER</td><td>NS014036</td><td>6212 小型电池组 - 9.6 V</td></tr><tr><td>钢杆，2&amp;rsquo;</td><td>McMaster-Carr</td><td>89535K25</td><td>钢杆，2&amp;rsquo;</td></tr><tr><td>无菌生理盐水</td><td>ICU Medical</td><td>6139-22</td><td>AquaLite 溶液倾倒瓶，250 mL</td></tr><tr><td>Stryker 6110-120 System 6 电池充电器</td><td>STRYKER</td><td>OR-S6110-120</td><td></td></tr><tr><td>外科手套</td><td>McKesson</td><td>1044729</td><td>McKesson Perry 外科手套，6.5 号，无菌配对，乳胶，加长袖口，光滑棕色，非化疗认证</td></tr><tr><td>手术衣</td><td>McKesson</td><td>1104452</td><td>非加强型手术衣，带毛巾布，McKesson 大号，蓝色，无菌，AAMI 3 级，一次性使用</td></tr><tr><td>缝合剪</td><td>Jorvet Labs</td><td>J0910SA</td><td>Super Cut 剪，Mayo 型，直型，5 1/2&amp;Prime;</td></tr><tr><td>TUNEL 染色试剂盒</td><td>ABP Bioscience</td><td>A049</td><td>TUNEL 显色法细胞凋亡检测试剂盒</td></tr><tr><td>Weitlaner 拉钩</td><td>Fine Science Tools</td><td>17012-11</td><td>2× Weitlaner-Locktite 拉钩</td></tr></tbody></table>

一种可重复的兔膝关节软骨撞击模型以诱导创伤后骨关节炎

A Reproducible Cartilage Impact Model to Generate Post-Traumatic Osteoarthritis in the Rabbit

创伤后骨关节炎（PTOA）占美国所有骨关节炎病例的12%。PTOA可由单次创伤事件引发，例如作用于关节软骨的高冲击载荷，或由关节不稳引起，如前交叉韧带断裂时所发生的情况。目前尚无有效的治疗方法可预防PTOA。建立可靠的PTOA动物模型对于深入理解软骨损伤的发生机制以及探索缓解或阻止PTOA进展的新型治疗策略至关重要。本方案描述了一种开放式的、基于落塔装置的兔股骨髁冲击模型，用于诱导软骨损伤。该模型产生的峰值载荷为579.1 ± 71.1 N，峰值应力为81.9 ± 10.1 MPa，达到峰值载荷的时间为2.4 ± 0.5 ms。受冲击的股骨内侧髁（MFC）关节软骨中凋亡细胞的比例更高（p = 0.0058），其Osteoarthritis Research Society International（OARSI）评分为3.38 ± 1.43，显著高于未受冲击的对侧MFC（0.56 ± 0.42）以及受冲击膝关节的其他软骨表面（p &lt; 0.0001）。在未受冲击的各关节软骨表面之间，OARSI评分无显著差异（p &gt; 0.05）。

手术医生在撞击后立即通过观察髁突来监测该手术的成功情况（图4A），并进行放射影像学检查以确认未发生骨折（图4B）。存在因撞击失败而导致髁突术中骨折的风险，这种情况通常由斯氏针放置不当引起（图5）。在本模型中，因术中骨折导致的失败率为9.0%（67例手术中6例）。平均峰值冲击应力为81.9 ± 10.1 MPa（变异系数 = 12.3%），平均加载速率为36.6 ± 11.0 MPa/ms（变异系数 = 30.1%）。其他参数也保持一致，变异系数范围为5%–23.5%（表1）。
膝关节的番红O-快绿染色组织切片 n 采用国际骨关节炎研究学会（OARSI）评分系统对8只兔子的软骨退变和骨关节炎病理进行评估43对侧未受伤的股骨髁中未观察到软骨损伤 (图6A...

兔内侧股骨髁开放撞击模型是研究创伤后骨关节炎（PTOA）及减缓PTOA进展的新型治疗策略的可靠模型。本方案利用基于滑车的落塔装置配合撞击头，在兔后内侧股骨髁上制造孤立的软骨缺损。

创伤后骨关节炎（PTOA）占美国所有骨关节炎病例的12%。PTOA可由单次严重创伤...

该方法可对兔膝关节的承重面造成急性软骨损伤，并可靠地诱导创伤后骨关节炎。该模型模拟了与临床实践相关的关节创伤，将有助于评估新型治疗手段以减轻创伤后关节炎。主要的技术难点在于将斯氏针准确置入股骨干。位置不当可能导致股骨干骨折。我们建议先在兔尸体上练习该模型。首先，将不锈钢前腿固定块置于冲击平台末端下方，并在平台上覆盖加热垫。将麻醉后的兔子俯卧于加热垫上，在对侧髋部下方放置一个带衬垫的支撑物。使用胶带轻轻将对侧肢体的尾巴向上牵拉。用浸有氯己定和70%酒精的无菌纱布清洁手术区域，从膝关节后方开始，以环形方式向外擦拭。将无菌手套覆盖于手术侧足部直至踝关节，并用无菌自粘绷带包裹。使用三块手术巾覆盖手术区域，其中一块直接置于手术肢体下方，另外两块覆盖身体其余部分。用毛巾钳固定手术巾。于前方触诊髌骨位置，以估计膝关节的位置。使用15号刀片，在伸直的膝关节后侧从髌骨上极水平向下做一道3至4厘米的切口。通过钝性分离和锐性分离切开下方浅筋膜。在形成皮肤内侧与腓肠肌内侧头外侧之间的间隙后，将自动牵开器置于该间隙中。然后向侧方解剖至隐神经血管束，并将血管结构向内侧牵开，腓肠肌-比目鱼肌复合体向外侧牵开。继续向远端解剖，直至在股骨内侧髁后方发现位于其上的小型可活动的豆状骨。行关节囊切开术，将豆状骨向上方外侧游离，暴露其下方的股骨内侧髁。回缩软组织。在保持髁突暴露的同时，将一根直径为0.062英寸的斯蒂曼针（Steinmann pin）置于股骨内侧髁的上方，并在前后方向上对准股骨内侧髁的中心位置，距离髁突后缘约5毫米处。接着，使用电池驱动的斯蒂曼针推进器，将针从骨组织横向穿过，并穿透至外侧皮肤，使其与关节面平行。移除牵开器，使用3-0 Polysorb缝线连续缝合皮肤切口。用无菌纱布覆盖切口。移除手术肢体下方的手术单。调整史蒂曼针钳的下部高度，使其与针的高度一致。通过安装钳子的上部并拧紧螺钉，将史蒂曼针在膝关节两侧固定。移除缝线并重新打开切口。使用自持式韦特兰纳拉钩和蟋蟀拉钩暴露股骨内侧髁。将无菌的3毫米冲击头连接到落塔滑车上。将落塔移至手术侧肢体上方，并将其底座置于冲击平台下方。轻轻将冲击器置于股骨内侧髁后内侧中心。移动兔子或支架，确保冲击器头部对准股骨内侧髁中心。确认路径合适后，使用蝶形夹将支架固定在平台上。接下来，将冲击器置于落塔上，高度为股骨内侧髁上方七厘米处。在实验室视图的数据采集软件中，在释放 spindle stop 以松开载物台并使其在重力作用下自由下落之前，点击开始按钮。进行软骨表面的可视化观察，以确定是否已产生适当的软骨损伤。要使用 MATLAB 代码分析数据，请将传感器中的数据文件移至与 MATLAB 相同的文件夹中，然后运行代码。检查载荷-时间曲线，确保其平滑，表明未发生骨折。将落塔从手术肢体上方移开，并将所有使用过的外科器械放置一旁。戴上新的无菌手套后，重新用无菌巾覆盖下肢。然后再次暴露股骨内侧髁。用 50 至 60 毫升无菌生理盐水彻底冲洗手术部位。使用5-0 Polysorb缝线闭合后囊，随后用4-0 Monosorb缝线缝合皮肤。拆除固定斯氏针的高度可调螺钉装置。使用电动钢丝驱动器将斯氏针从股骨中取出。使用非粘性敷料包扎伤口，再用胶带固定。对术肢进行X射线检查，以确认未发生骨折且克氏针位置正确。通过观察髁部及影像学检查确认无骨折，以评估手术效果。Steinmann 针放置不当导致撞击时发生骨软骨骨折。在该模型中，平均峰值撞击应力为 82 兆帕，平均加载速率为 37 兆帕每毫秒。对侧未受伤的股骨髁未观察到软骨损伤，损伤主要局限于撞击部位。受冲击的16周龄股骨内侧髁（MFC）的OARSI评分高于对照组MFC。此外，受冲击膝关节的MFC的OARSI评分也高于内侧胫骨平台（MTP）、外侧胫骨平台（LTP）和股骨外侧髁（LFC）。相比之下，在对侧未受冲击膝关节的MFC、LTP、MTP和LFC各区域之间，OARSI评分未见差异。受压与非受压的LFC、MTP和LTP关节面之间无显著差异。受压的MFC关节软骨显示出更高的隧道阳性水平，表明与非受压MFC相比，软骨细胞凋亡增加。在手术过程结束时，可追踪兔子的疼痛行为。研究结束后，将使用影像学技术、组织学及其他方法评估创伤后骨关节炎的发展情况。我们正在利用此模型测试旨在减轻创伤后骨关节炎的治疗方法和医疗器械。该模型还可能帮助我们更好地理解该疾病的进展过程。

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