Ex vivo Carga mecánica del tendón

Me llamo David Rempel. Soy profesor en el Departamento de Bioingeniería en la Universidad de California en Berkeley. El experimento que verá consiste en estirar tendones y, en realidad, su propósito es tratar de subrayar y comprender el mecanismo subyacente de los trastornos tendinosos en la muñeca y el codo.

Estos trastornos tendinosos son comunes entre atletas y trabajadores que realizan tareas repetitivas con las manos. Krish Sundi, uno de los estudiantes de doctorado en nuestro laboratorio, demostrará varias características del sistema, específicamente la medición del área transversal del tendón. Él cargará los tendones en los actuadores.

Él demostrará el sistema cargando el tendón cíclicamente durante un período de 24 horas y luego retirará el tendón del sistema. Bien, este es el sistema de carga que hemos diseñado y construido. Como puede ver, consta de seis actuadores.

Estos son actuadores de alta precisión, capaces de aplicar un desplazamiento de un micrómetro; en serie con el actuador se encuentra una celda de carga para registrar las cargas aplicadas a los tendones. En serie con la celda de carga hay estas pinzas que se extienden lo suficientemente lejos como para poder sumergirlas en medio, con el fin de mantener los tendones viables. Todo este sistema se colocaría luego en un baño de agua para mantener el medio a 37 grados Celsius.

Lo que voy a mostrarle ahora es cómo cargaría un tendón en este sistema. El primer paso que debemos realizar es medir el área de la sección transversal del tendón para poder aplicar los esfuerzos adecuados. ¿Me puede pasar el tubo con el tendón?

Ahora, estos tendones se han obtenido de un conejo blanco de Nueva Zelanda. Acaban de ser traídos, por lo que aún están frescos, en menos de dos horas desde que el conejo fue sacrificado. Una porción del tendón, cuya área de sección transversal estoy midiendo, se encuentra en la parte más delgada del tendón.

Esto se debe a que este es el punto donde se generarán los mayores esfuerzos, como resultado del área transversal más pequeña y baja. ¿Puede colocar ahora el peso encima del pistón? Ahora esperamos 30 segundos para leer el espesor, que indica 1.3.

¿Puede levantar el pistón y volver a colocar el tendón en el medio? Y voy a desmontar el actuador en el que voy a cargar el tendón. Ahora voy a montar un tendón en las abrazaderas.

Aquí podemos tener una vista de cerca del actuador. Puede observarse el actuador mismo, la celda de carga y las abrazaderas, que se extienden hacia afuera. Estas almohadillas causan almohadillas. Cortaría aproximadamente media pulgada a tres cuartos de pulgada de ancho y aproximadamente una pulgada y media de largo.

Luego tome estas gasas y sumérjalas en el medio para humedecerlas. Esto facilita el proceso de enrollado. Coloque estas tiras de gasa enrolladas en las ranuras de estas pinzas serpenteantes. Ahora voy a retirar el tendón del medio.

Este extremo es el sitio de inserción del tendón flexor en el extremo del dedo del conejo. Esta región es una zona de fibrocartílago. El tendón se coloca en una posición tal que la región de fibrocartílago queda sujeta dentro de la pinza proximal.

A continuación, se sujeta el tendón y, nuevamente, los tornillos se ajustan a un newton metro. Luego se corta el exceso de tendón, de modo que ahora el actuador queda fijado en la montura y todo el tendón junto con las abrazaderas se sumerge. En medios modificados, se utilizaría el mismo procedimiento para montar tendones en actuadores subsiguientes.

Como puede observarse, tenemos un total de seis, por lo que podemos hacerlo con seis tendones individuales. Todo este sistema se levanta y coloca luego en un baño de agua para mantener el medio a 37 grados. Ahora vamos a aplicar una carga cíclica al tendón entre 0,5 y cinco megapascales.

El software que utilizamos es LabVIEW y está escrito personalizado. Lo primero que hacemos es acondicionar el tendón. Aplicamos 20 ciclos de carga cíclica entre 0,5 megapascales y dos megapascales.

En cuanto al espesor medido, introdúzcalo utilizando los cuatro micrómetros suministrados. El programa calculará automáticamente el área de la sección transversal. Luego, el programa instruirá al actuador para que aumente el desplazamiento hasta que se aplique una carga de dos megapascales al tendón.

Aquí, lo que estamos siguiendo es la traza morada. Una vez que se aplica una carga de dos megapascales al tendón, el programa aplicará entonces una carga de 0,5 megapascales al tendón. Y cuando se hayan alcanzado estas dos cargas, el programa oscilará cíclicamente entre ellas, actualizando continuamente la posición entre estas dos cargas deseadas.

Esta carga se realiza a 10 megapascales por segundo con una frecuencia de 0,5 hercios. Una vez que hemos acondicionado el tendón, buscamos entonces una carga de 0,5 newtons. Definimos la longitud del tendón bajo una carga de 0,5 newtons como la longitud de referencia del tendón.

Una vez que el programa ha encontrado esta carga, leemos la posición del actuador y esta posición, que actualmente indica seis mil ochocientos veinticinco, es la longitud de referencia del tendón. Después de haber registrado la longitud de referencia del tendón, volvemos entonces al programa de carga cíclica, ingresamos nuestros valores deseados de cinco megapascales y 0,5 megapascales, introducimos el número total de ciclos al que deseamos someterlo y, nuevamente, ejecutamos el mismo programa para cargar cíclicamente el tendón entre 0,5 y cinco megapascales. Nuevamente, esta carga se realiza a 10 megapascales por segundo con una frecuencia de 0,5 hercios.

Entonces, después de haber sido sometido a cargas cíclicas, generalmente durante 24 horas, el actuador se retira del sistema y a partir de aquí el tendón puede cortarse y procesarse según se desee. Bueno, acaban de ver nuestros tendones que fueron extraídos estérilmente de conejos. El proceso que han visto fue un proceso semiestéril, pero permitió la aplicación de cargas cíclicas sobre los tendones durante un período de 24 horas.

Los tendones se analizan posteriormente mediante R-T-P-C-R para la expresión génica. También estamos analizando los tendones en busca de otros cambios, cambios estructurales y otros marcadores histológicos. En última instancia, el objetivo de este experimento es determinar qué efecto tienen diferentes patrones de carga sobre los mecanismos subyacentes de lesión en los tendones, que podrían estar asociados con tendinopatías y tendinitis.