Ex vivo טוען מכני של גיד

שמי דייוויד רמפל. אני חבר סגל במחלקה להנדסה ביובית באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. הניסוי שתראו כולל מתיחת גידים, ומטרתו היא לנסות להבין את המנגנון הבסיסי להפרעות בגידים בשורש כף היד ובמרפק.

הפרעות גידיים אלו נפוצות בקרב ספורטאים ועובדים המבצעים פעולות חזרתיות בידיהם. קריש סונדי, אחד מדוקטורנטים במעבדה שלנו, ידגים מספר מאפיינים של המערכת, ובמיוחד את מדידת שטח החתך של הגיד. הוא יטען את הגידים אל המפעילים.

הוא ידגים את טעינת הגיד במערכת באופן מחזורי לאורך תקופה של 24 שעות, ולאחר מכן יוציא את הגיד מהמערכת. אוקיי, זוהי מערכת הטעינה שעיצבנו ובנינו. כפי שניתן לראות, היא מורכבת משש אקטואטורים.

אלו הם מפעילים (actuators) בעלי דיוק גבוה, המסוגלים להחיל הסטה של מיקרומטר אחד; בטור עם המפעיל מותקן תא שקילה (load cell) להקלטת העומסים המופעלים על הגידים. בטור עם תא השקילה נמצאים תופסנים המוארכים מספיק כדי שניתן יהיה לשקוע אותם בתוך מצע, וזאת על מנת לשמור על חיוניות הגידים. מערכת זו כולה תמוקם לאחר מכן באמבט מים כדי לשמור על המצע בטמפרטורה של 37 degrees Celsius.

כעת אראה לכם כיצד אני ניגש לטעינת גיד למערכת זו. השלב הראשון שעלינו לבצע הוא מדידת שטח החתך של הגיד, כדי שנוכל להפעיל את המאמצים המתאימים. תוכל להעביר לי את המבחנה עם הגיד?

כעת, גידים אלו נלקחו מארנב לבן מניו זילנד. הם הובאו זה עתה, ולכן הם עדיין טריים, תוך פחות משעתיים מרגע ההמתה של הארנב. חלק מהגיד שאת שטח החתך שלו אני מודד נמצא לאורך החלק הדק ביותר של הגיד.

זאת משום שבנקודה זו יתרכזו המאמצים הגבוהים ביותר, כתוצאה משטח החתך הקטן ביותר. האם תוכל כעת להניח את המשקולת על גבי הבוכנה? כעת נמתין 30 שניות על מנת לקרוא את העובי, 1.3.

האם תוכל להרים את הבוכנה ולהחזיר את הגיד למצע? כעת אני אפרק את המפעיל שבו אטען את הגיד. עכשיו אני אמקם גיד בתוך התפסנים.

כאן ניתן לראות תגריר של המפעיל. ניתן להבחין במפעיל עצמו, בתא העומס ובמהבקי, הנשירים החוצה. את הרפידות הללו אגזור לרוחב של כחצי אינץ' עד שלושת רבעי אינץ', ולאורך של כמעמשה וחצי אינץ'.

לאחר מכן, קחו את רפידות הגזה וטבלו אותן במצע על מנת להרטיב אותן. פעולה זו מקלה על תהליך הגלגול. הניחו את רצועות הגזה המגולגלות בחריצים של תפסני הסרפנטין. כעת אני אסיר את הגיד מהמצע.

קצה זה הוא אתר ההחדרה של הגיד הכופל אל קצהו שלו של האצבע של הארנב. אזור זה הוא אזור של סחוס סיבי. הגיד ממוקם כך שאזור הסחוס הסיבי מהודק בתוך התפס proximal.

לאחר מכן מהדקים את הגיד, ושוב, מהדקים את הברגים עד למומנט של 1 newton meter. לאחר מכן חותכים את שארית הגיד, כך שהמפעיל (actuator) מעוגן כעת בתוך הסד וכל הגיד והמהדקים טבולים בתוך מדיום משונה. אותו הליך ישמש להרכבת גידים על מפעילים נוספים.

כפי שניתן לראות, יש לנו סה"כ שישה, כך שניתן לבצע זאת עם שישה גידים בודדים. לאחר מכן, כל המערכת מורמת ומונחת באמבט מים כדי לשמור על המדגם בטמפרטורה של 37 °C. כעת נחיל עומס מחזורי על הגיד בין 0.5 ל-5 megapascals.

התוכנה שבה אנו משתמשים היא LabVIEW והיא נכתבה באופן מותאם אישית. השלב הראשון הוא ביצוע התנייה מוקדמת (preconditioning) לגיד. אנו מפעילים 20 מחזורי עומס מחזורי בין 0.5 megapascals ל-2 megapascals.

בנוגע לעובי שנמדד, השתמשו בארבעת המיקרומטרים שסופקו כדי להזין אותו. התוכנה תחשב באופן אוטומטי את שטח החתך. לאחר מכן, התוכנית תנחה את המפעיל להגדיל את ההעתקה עד להפעלת עומס של 2 megapascal על הגיד.

כאן אנו עוקבים אחר העקבה הסגולה. ברגע שיופעל עומס של 2 megapascal על הגיד, התוכנה תחיל עומס של 0.5 megapascal על הגיד. לאחר מציאת שני העומסים הללו, התוכנה תבצע מחזורים בין שני העומסים, תוך עדכון רציף של המיקום בין שני העומסים הרצויים הללו.

טעינה זו מבוצעת בקצב של 10 megapascals לשנייה בתדר של 0.5 hertz. לאחר שביצענו התנייה מוקדמת לגיד, אנו שואפים להגיע לעומס של 0.5 newton. אנו מגדירים את אורך הגיד תחת עומס של 0.5 Newton כאורך המדידה (gauge length) של הגיד.

ברגע שהתוכנית מזהה את העומס הזה, אנו קוראים את מיקום המפעיל (actuator), ומיקום זה, שערכו כעת שש אלף שמונה מאות עשרים וחמישה, הוא אורך המדידה (gauge length) של הגיד. לאחר שתיעדנו את אורך המדידה של הגיד, נחזור לתוכנית ההעמסה המחזורית, נזין את הערכים הרצויים של 5 megapascals ו-0.5 megapascals, נזין את מספר המחזורים הכולל שבו אנו מעוניינים להעמיס, ושוב, נריץ את אותה התוכנית כדי להעמיס את הגיד באופן מחזורי בין 0.5 ל-5 megapascals. שוב, העמסה זו מבוצעת בקצב של 10 megapascals לשנייה בתדר של 0.5 hertz.

לאחר טעינה מחזורית, בדרך כלל למשך 24 שעות, מוציאים את המפעיל מהמערכת, ומנקודה זו ניתן לחתוך ולעבד את הגיד לפי הרצוי. כפי שראיתם, אלו הם הגידים שנאספו באופן סטרילי מערנבים. התהליך שראיתם היה תהליך חצי-סטרילי, אך הוא הוביל לטעינה מחזורית של הגידים לאורך תקופה של 24 שעות.

לאחר מכן, הגידים מנותחים באמצעות R-T-P-C-R לבדיקת ביטוי גנים. אנו מנתחים את הגידים גם כדי לבחון שינויים אחרים, שינויים מבניים וסמנים היסטולוגיים נוספים. בסופו של דבר, מטרת ניסוי זה היא לקבוע מהי ההשפעה של דפוסי העמסה שונים על המנגנונים הבסיסיים של פגיעה בגידים, שעשויים להיות קשורים לטינדופתיה ולדלקת בגידים (tendonitis).