Ex vivo Carico meccanico del tendine

Mi chiamo David Rempel. Sono un docente del Dipartimento di Bioingegneria presso l'Università della California a Berkeley. L'esperimento che vedrete prevede lo stiramento dei tendini e ha essenzialmente lo scopo di evidenziare e comprendere il meccanismo alla base dei disturbi tendinei al polso e al gomito.

Questi disturbi tendinei sono comuni tra gli atleti e i lavoratori che svolgono attività ripetitive con le mani. Krish Sundi, uno degli studenti dottorandi del nostro laboratorio, illustrerà diverse caratteristiche del sistema, in particolare la misurazione dell'area della sezione trasversale del tendine. Caricherà i tendini negli attuatori.

Dimostrerà il caricamento ciclico del tendine da parte del sistema per un periodo di 24 ore e successivamente rimuoverà il tendine dal sistema. Ok, questo è il sistema di caricamento che abbiamo progettato e costruito. Come potete vedere, è composto da sei attuatori.

Questi sono attuatori di alta precisione, in grado di applicare uno spostamento di un micrometro; in serie con l'attuatore è posizionata una cella di carico per registrare i carichi applicati ai tendini. In serie con la cella di carico sono presenti queste pinze, che si estendono a sufficienza per poter essere immerse nel mezzo, in modo da mantenere i tendini vitali. L'intero sistema verrebbe quindi collocato in un bagno termoregolato per mantenere il mezzo a 37 gradi Celsius.

Ciò che ti mostrerò ora è come procederei a caricare un tendine in questo sistema. Il primo passo che dobbiamo fare è misurare l'area della sezione trasversale del tendine, in modo da poter applicare gli sforzi appropriati. Puoi passarmi il tubo con il tendine?

Ora, questi tendini sono stati prelevati da un coniglio bianco di Nuova Zelanda. Sono stati appena trasferiti, quindi sono ancora freschi, meno di due ore dal momento dell'eutanasia del coniglio. Una porzione del tendine, la cui area della sezione trasversale sto misurando, corrisponde alla parte più sottile del tendine.

Ciò accade perché in questo punto si avranno le maggiori sollecitazioni, dovute alla minore area della sezione trasversale. Può ora posizionare il peso sulla parte superiore del pistone? Ora aspettiamo 30 secondi per leggere lo spessore, che risulta essere 1,3.

È possibile sollevare il pistone e reinserire il tendine nel mezzo? E ora procederò a smontare l'attuatore in cui caricherò il tendine. A questo punto, monterò il tendine nelle pinze.

Qui possiamo avere un'immagine ravvicinata dell'attuatore. Si vedono l'attuatore stesso, la cella di carico e le pinze, che si estendono verso l'esterno. Queste sono le guarnizioni. Taglierei delle fette larghe circa mezzo pollice fino a tre quarti di pollice e lunghe circa un pollice e mezzo.

Quindi prendere queste garze e immergerle nel mezzo per inumidirle. Ciò rende più facile il processo di arrotolamento. Posizionare questi strisce di garza arrotolate nelle scanalature di queste pinze serpentine. Ora procederò a rimuovere il tendine dal mezzo.

Questo estremo è il sito di inserzione del tendine flessore all'estremità del dito del coniglio. Questa regione qui è una zona di cartilagine fibrosa. Il tendine viene posizionato in modo tale che la regione di cartilagine fibrosa sia bloccata all'interno della pinza prossimale.

Il tendine viene quindi serrato e nuovamente le viti vengono avvitate fino a un newton metro. Successivamente il tendine in eccesso viene tagliato, quindi l'attuatore viene fissato nell'ortesi e l'intero tendine con le relative fascette viene immerso. In un mezzo modificato, lo stesso procedimento verrebbe utilizzato per montare i tendini su attuatori successivi.

Come si può vedere, abbiamo un totale di sei, quindi possiamo eseguire questa procedura con sei tendini singoli. L'intero sistema viene quindi sollevato e posizionato in un bagno d'acqua per mantenere il mezzo a 37 gradi. Ora applicheremo un carico ciclico al tendine compreso tra 0,5 e cinque megapascal.

Il software che utilizziamo è LabVIEW ed è stato sviluppato su misura. La prima operazione che effettuiamo è il precondizionamento del tendine. Applichiamo 20 cicli di carico ciclico compresi tra 0,5 megapascal e 2 megapascal.

Per quanto riguarda lo spessore misurato, utilizzarlo mediante i quattro micrometri forniti per inserire tale valore. Il programma calcolerà automaticamente l'area della sezione trasversale. Successivamente, il programma istruirà l'attuatore ad aumentare lo spostamento fino a quando sul tendine non verrà applicato un carico di due megapascal.

Qui stiamo seguendo l'andamento viola. Una volta applicato un carico di due megapascal al tendine, il programma applicherà quindi un carico di 0,5 megapascal al tendine. E una volta determinati questi due carichi, il programma effettuerà cicli tra i due valori, aggiornando continuamente la posizione tra questi due carichi desiderati.

Questo carico viene applicato a 10 megapascal al secondo con una frequenza di 0,5 hertz. Una volta precondizionato il tendine, si cerca un carico di 0,5 newton. Definiamo la lunghezza del tendine sotto un carico di 0,5 newton come la lunghezza di riferimento del tendine.

Una volta che il programma ha individuato questo carico, leggiamo la posizione dell'attuatore e questa posizione, che attualmente indica sei ottocentoventicinque, corrisponde alla lunghezza di misura del tendine. Dopo aver registrato la lunghezza di misura del tendine, torniamo al programma di carico ciclico, inseriamo i nostri valori desiderati di cinque megapascal e 0,5 megapascal, impostiamo il numero totale di cicli a cui vogliamo sottoporre il campione e ripetiamo lo stesso programma per caricare ciclicamente il tendine tra 0,5 e cinque megapascal. Anche in questo caso, il carico viene applicato a 10 megapascal al secondo con una frequenza di 0,5 hertz.

Dopo essere stato sottoposto a carico ciclico, tipicamente per 24 ore, l'attuatore viene quindi rimosso dal sistema e da questo punto il tendine può essere sezionato e processato secondo necessità. Ebbene, avete appena visto i nostri tendini prelevati in modo sterile da conigli. Il processo che avete osservato era un processo semi-sterile, ma ha portato a un carico ciclico dei tendini per un periodo di 24 ore.

I tendini vengono successivamente analizzati mediante R-T-P-C-R per l'espressione genica. Stiamo inoltre analizzando i tendini per altri cambiamenti, come alterazioni strutturali e altri marcatori istologici. L'obiettivo finale di questo esperimento è determinare quale effetto abbiano diversi schemi di carico sui meccanismi sottostanti alle lesioni dei tendini, che potrebbero essere associati a tendinopatie e tendiniti.