Экс естественных механические нагрузки сухожилия

Меня зовут Дэвид Ремпель. Я преподаватель кафедры биоинженерии Калифорнийского университета в Беркли. В эксперименте, который вы сейчас увидите, будет применяться растяжение сухожилий; цель данной работы — попытаться раскрыть и понять механизмы, лежащие в основе заболеваний сухожилий запястья и локтя.

Эти заболевания сухожилий часто встречаются у спортсменов и работников, чья деятельность связана с повторяющимися нагрузками на кисти рук. Криш Сунди, один из докторантов нашей лаборатории, продемонстрирует несколько функций системы, а именно измерение площади поперечного сечения сухожилия. Он закрепит сухожилия в актуаторах.

Он продемонстрирует процесс циклического нагружения сухожилия в системе в течение 24 часов, после чего извлечет сухожилие из системы. Итак, перед вами система нагружения, которую мы спроектировали и собрали. Как видите, она состоит из шести актуаторов.

Это высокоточные актуаторы, способные обеспечивать смещение в 1 мкм; последовательно с актуатором установлен датчик силы для регистрации нагрузки, приложенной к сухожилиям. Последовательно с датчиком силы расположены зажимы, которые достаточно вынесены вперед, чтобы их можно было погрузить в среду для поддержания жизнеспособности сухожилий. Вся эта система затем помещается в водяную баню для поддержания температуры среды на уровне 37 °C.

Сейчас я продемонстрирую, как закрепить сухожилие в этой системе. Первым делом нам необходимо измерить площадь поперечного сечения сухожилия, чтобы прикладывать соответствующие механические напряжения. Передайте мне, пожалуйста, пробирку с сухожилием.

Данные сухожилия были получены от новозеландского белого кролика. Образцы были доставлены только что, поэтому они остаются свежими (время с момента эвтаназии кролика составляет менее двух часов). Участок сухожилия, площадь поперечного сечения которого я измеряю, находится в самой тонкой части сухожилия.

Это объясняется тем, что в данной точке будут возникать наибольшие напряжения из-за наименьшей площади поперечного сечения. Теперь положите груз на поршень. Теперь подождем 30 секунд, чтобы считать значение толщины 1.3.

Не могли бы вы поднять поршень и вернуть сухожилие обратно в среду? Теперь я отмонтирую актуатор, в который буду устанавливать сухожилие. После этого я закреплю сухожилие в зажимах.

Здесь представлен крупный план актуатора. Видны сам актуатор, тензодатчик и зажимы, которые выходят за его пределы. Эти прокладки следует вырезать шириной примерно от 1/2 до 3/4 дюйма и длиной около 1,5 дюймов.

Затем возьмите эти марлевые салфетки и окуните их в среду, чтобы смочить. Это облегчит процесс скатывания. Поместите эти скатанные марлевые полоски в пазы этих серпентинообразных зажимов. Теперь я извлеку сухожилие из среды.

Этот конец представляет собой место прикрепления сгибателя к концу пальца кролика. Данная область является зоной фиброзного хряща. Сухожилие располагается таким образом, чтобы зона фиброзного хряща была зафиксирована проксимальным зажимом.

Затем сухожилие зажимают, и снова затягивают винты с моментом 1 ньютон-метр. После этого излишки сухожилия отрезают, так что теперь актуатор закреплен в фиксаторе, а все сухожилие и зажимы погружены в модифицированную среду. Та же процедура будет использоваться для установки сухожилий на последующие актуаторы.

Как видите, всего их шесть, поэтому мы можем провести этот эксперимент с шестью отдельными сухожилиями. Затем вся система поднимается и помещается в водяную баню для поддержания температуры среды на уровне 37 °C. Теперь мы будем прикладывать к сухожилию циклическую нагрузку в диапазоне от 0.5 до 5 МПа.

Мы используем специализированное программное обеспечение, написанное на языке LabVIEW. Первым этапом является предварительная подготовка сухожилия. Мы подвергаем его 20 циклам циклической нагрузки в диапазоне от 0.5 megapascals до two megapascals.

Для ввода измеренной толщины воспользуйтесь четырьмя предоставленными микрометрами. Программа автоматически рассчитает площадь поперечного сечения, после чего подаст команду актуатору увеличивать смещение до тех пор, пока на сухожилие не будет воздействовать нагрузка в 2 MPa.

Здесь мы следим за фиолетовой кривой. После того как к сухожилию будет приложена нагрузка 2 megapascal, программа приложит к нему нагрузку 0.5 megapascal. После установления этих двух значений нагрузок программа будет циклически переключаться между ними, непрерывно обновляя положение для достижения этих двух заданных нагрузок.

Данное нагружение выполняется со скоростью 10 мегапаскалей в секунду при частоте 0,5 герц. После предварительной кондициирования сухожилия мы устанавливаем нагрузку в 0,5 ньютона. Длина сухожилия при нагрузке 0,5 ньютона определяется как расчетная длина сухожилия.

Как только программа обнаружит данную нагрузку, мы считываем положение актуатора; это значение, которое в данный момент составляет шесть восемьсот двадцать пять, является рабочей длиной сухожилия. После записи рабочей длины сухожилия мы возвращаемся к программе циклического нагружения, вводим желаемые значения 5 megapascals и 0.5 megapascals, указываем общее количество циклов нагружения и снова запускаем ту же программу, чтобы подвергнуть сухожилие циклическому нагружению в диапазоне от 0.5 до 5 megapascals. Нагружение выполняется со скоростью 10 megapascals в секунду при частоте 0.5 hertz.

Таким образом, после циклического нагружения, которое обычно длится 24 часа, актуатор извлекается из системы, после чего сухожилие можно отрезать и подвергнуть дальнейшей обработке по своему усмотрению. Итак, вы только что видели наши сухожилия, которые были стерильно извлечены из кроликов. Описанный вами процесс был частично стерильным, но он обеспечил циклическое нагружение сухожилий в течение 24-часового периода.

Затем проводится анализ сухожилий с помощью R-T-P-C-R для определения экспрессии генов. Мы также анализируем сухожилия на предмет других изменений: структурных изменений и других гистологических маркеров. В конечном счете, целью данного эксперимента является определение того, какое влияние различные режимы нагрузки оказывают на основные механизмы повреждения сухожилий, которые могут быть связаны с тендинопатиями и тендинитом.