Pasywny system do testowania zgięcia grzbietowego stawu skokowego dla modelu in vivo tendinopatii wywołanej przeciążeniem

Nasza praca dotyczy czynników mechanobiologicznych zaangażowanych w inicjację i progresję tendinopatii wywołanej nadużywaniem. Pytania, na które staramy się odpowiedzieć, obejmują to, jakie czynniki ćwiczeń, takie jak częstotliwość, wielkość i czas trwania obciążenia, wpływają na reakcję ścięgna na kontuzję? Obecne narzędzia, takie jak pomiary mechaniczne, histologia i testy biologiczne do oceny miar wyników, są skoncentrowane i ograniczone do pobierania tkanek na końcu etapu.

Dzięki temu modelowi możemy badać ciągłe pomiary in vivo za pomocą narzędzi takich jak ultradźwięki i rezonans magnetyczny. W terenie modele in vivo obciążają ścięgno w fizjologicznie istotny sposób, podczas gdy modele ex vivo pozwalają na pomiar biologicznych reakcji na urazy. Nasz protokół łączy te dwie miary do bezpośredniego pomiaru naprężeń i naprężeń ścięgien podczas urazów i związanych z nimi zmian biologicznych.

Opracowaliśmy system adaptacyjny do wywoływania urazów ścięgien, który pozwala na jednoczesną eksplorację czynników mechanicznych i biologicznych. Po ustaleniu tego modelu, przyszłe kierunki obejmują ocenę różnych parametrów, dróg terapeutycznych i środków rehabilitacyjnych. Aby rozpocząć, podłącz mikrokontroler, czujnik momentu obrotowego, elektromagnetyczny system pozycjonowania i orientacji 3D do komputera.

Włącz elektromagnetyczny system pozycjonowania i orientacji 3D. Teraz włącz komputer, uruchom MATLAB i załaduj pliki kodu. Uruchom oprogramowanie PDIMFC, aby połączyć system pozycjonowania elektromagnetycznego 3D, orientacji i program MATLAB.

Kliknij opcję Połącz i kontynuuj ciągłe P i O, a następnie rozpocznij funkcję eksportu zapasów. Przymocuj i włącz element grzejny na bazie wody do platformy, aby utrzymać temperaturę. Aby unieruchomić lewą tylną kończynę, przyklej dwie szyny, aby ustawić kolano w pełnym wyprostu.

Lekko zegnij kostkę grzbietową, naciskając na palce, aby upewnić się, że rotacja kostki następuje z powodu izolowanego ścięgna, a nie z powodu otaczających tkanek miękkich i napięcia. Następnie przymocuj znieczulone zwierzę w pozycji leżącej na platformie całego ciała. Za pomocą nasadki do stożka nosowego podaj 2,5% izofluranu w celu podtrzymania znieczulenia.

Użyj opasek zaciskowych, aby przymocować kostkę do siłownika stawu. Przymocuj kolejną opaskę zaciskową wokół palców. Zabezpiecz rozcięcie kolana za pomocą dwóch opasek zaciskowych i wyreguluj oś, aby ustawić kostkę w pełnym zgięciu podeszwowym.

Włącz zasilanie. Aby uruchomić kod systemu, kliknij przycisk Uruchom w programie MATLAB dla każdej sekcji kodu odpowiadającej określonemu testowi obciążeniowemu. Teraz przekręć kostkę 50 razy, poddając ją obciążeniu odpowiadającemu 15% ostatecznego naprężenia rozciągającego w oparciu o testy ex vivo ścięgna Achillesa od momentu zerwania do uszkodzenia.

Wykonaj wstępną kalibrację ścięgna, zginając je grzbietowo trzykrotnie pod kątem 12 stopni. Stopniowo zginaj kostkę grzbietowo do rosnących kątów, aż zostanie osiągnięty wykładniczy obszar krzywej lub zostanie osiągnięty maksymalny kąt 40 stopni. Wykonaj pięć cyklicznych pomiarów mechanicznych pod końcowym uzyskanym kątem dla linii bazowej obciążenia wstępnego.

Wykonaj schemat cyklicznego obciążenia zmęczeniowego przez żądaną liczbę cykli. Obliczyć nachylenie części obciążeniowej krzywej histerezy co 50 cykli. Następnie przeprowadź pięć cyklicznych pomiarów mechanicznych napięcia wstępnego pod początkowo wybranym kątem, aby zmierzyć właściwości mechaniczne ścięgien przed cyklicznym obciążeniem.

Ostrożnie odczep opaski zaciskowe i szynę od zwierzęcia. Bezpiecznie przenieś zwierzę z powrotem do komory rekonwalescencji i stale je monitoruj, aż odzyska odpowiednią przytomność. Gdy zwierzę odzyska przytomność, załóż je z powrotem do klatki.

Przedstawione krzywe naprężenie-odkształcenie zmniejszyły właściwości mechaniczne ścięgien in vivo wraz ze wzrostem liczby stosowanych cykli. Hematoksylina, eozyna i trychromowe obrazy próbek ścięgien Massona wykazały, że zwiększenie liczby zastosowanych cykli skutkuje bardziej zaokrąglonymi komórkami, hiperkomórkowością, rozerwaniem włókien i karbowaniem włókien.