劉守堯 ，王云亭 ，蔡蓉蓉，徐前威 ，王榮國

（1.北京中醫(yī)藥大學，北京 100029；2.中日友好醫(yī)院，北京 100029）

應用生物力學方法檢測肌肉的再生情況是驗證肌肉功能恢復程度的重要指標之一[1]。目前在骨骼肌再生后的力學研究，大多以大鼠及家兔腓腸肌鈍器傷模型為研究對象，采用拉伸試驗[2]，檢測拉伸試驗過程中腓腸肌的極限載荷、屈服載荷、楊氏模量等，以此評價腓腸肌的力學性能恢復情況。肌肉拉伸試驗機目前應用較多的有BOSE 3330動態(tài)力學測試平臺[3]、CMT系列萬能材料試驗機[4]、Instron 5569 試驗機[5]、ZWICK 萬能材料試驗機[6，7]等。我們應用不同試驗機、不同夾具進行了多次腓腸肌拉伸試驗，以期為腓腸肌生物力學檢測提供準確的實驗數(shù)據(jù)。

1 資料與方法

1.1 實驗動物

健康成年新西蘭大白兔45只 （2.0～2.5kg，北京芳元緣養(yǎng)殖場，SYXK（京）2009-0029），雌雄不限，普通環(huán)境飼養(yǎng)。按照隨機數(shù)字表法，將45只新西蘭大白兔隨機分為9組，每組5只。

1.2 腓腸肌試樣制備

解剖過程中保持腓腸肌肌膜及肌纖維完整無損傷。為了減少實驗誤差，避免腓腸肌裝載及夾持損傷，保留腓腸肌起止端的股骨遠端和跟骨結節(jié)，在試樣裝載過程中通過夾持殘留的骨端，使腓腸肌牢固固定。

1.3 實驗方法

分別采用BOSE 3330動態(tài)力學測試平臺（BOSE 公司，美國）、CMT5205（MTS Industrial Systems，美國）、ZWICK/Z005萬能材料試驗機（ZWICK Roell，德國）以及冰凍夾具、氣動夾具、機械加壓夾具交替進行腓腸肌拉伸試驗，具體分組如表1，各實驗設備參數(shù)見表2。

拉伸參數(shù)：拉伸速度20mm/min，預載荷2N，腓腸肌80%斷裂時停止試驗。

1.4 統(tǒng)計學方法

應用SAS 8.2統(tǒng)計軟件進行分析總結，各組組間比較釆用單因素方差分析（one-way anova），并運用SNK方法進行組間比較。

2 結果

2.1 BOSE 3330動態(tài)力學測試平臺

應用BOSE 3330動態(tài)力學測試平臺，配備冰凍夾具夾持腓腸肌進行拉伸試驗，拉伸速度20mm/min，預載荷2N。測試過程中夾具夾持不穩(wěn)，a、b兩點出現(xiàn)滑移，導致應變與應力不同步而產(chǎn)生較大的誤差。同樣條件下配備機械加壓夾具，由于此試驗機拉伸范圍固定，最大應變25mm，其拉伸不能達到極限應變條件，故無法測得極限載荷數(shù)據(jù)（表1）。一般情況下，當家兔腓腸肌拉伸應變?yōu)榧∪忾L度的80%時，應變可達40mm以上，故此實驗設備不能滿足家兔腓腸肌拉伸實驗要求。

表1 腓腸肌拉伸試驗分組及極限載荷、屈服載荷檢測情況

表2 實驗設備相關參數(shù)

表3 ZWICK/Z005、CMT5205萬能材料試驗機腓腸肌拉伸試驗數(shù)據(jù)比較（x-±s）

2.2 CMT 5205萬能材料試驗機

應用美國MTS公司生產(chǎn)的CMT 5205萬能材料試驗機（傳感器1KN）配備氣動夾具，安裝式樣后，外置氣泵持續(xù)最小壓力夾持（10KN）。由于夾持力度大，夾持瞬間可見到夾持部位肌纖維出現(xiàn)明顯結構破壞和斷裂，我們采用紗布包裹夾持部位，仍難以避免試樣損毀。

2.3 CMT 5205、ZWICK/Z005萬能材料試驗機和機械加壓夾具

應用CMT 5205、ZWICK/Z005萬能材料試驗機 （傳感器1KN），采用表面有螺紋機械加壓夾具，拉伸速度20mm/min，預載荷2N，進行拉伸試驗。適當加壓固定后，未見腓腸肌纖維有破損情況，并且拉伸過程中夾持穩(wěn)定，未見滑移。從此應力-應變曲線圖可以分析得到準確的楊氏模量、屈服載荷、極限載荷以及相對應的應變值。

通過以上萬能材料試驗機進行腓腸肌拉伸試驗在家兔體重無統(tǒng)計學差異的前提下，通過對2種試驗機采集得到的數(shù)據(jù)進行比較，不論極限載荷、屈服載荷，還是極限應變、屈服應變等，結果相近，均無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）（表 3）。

3 討論

我們將CMT 5205、ZWICK/Z005用于家兔腓腸肌拉伸試驗，得到的極限載荷、屈服載荷、極限應變、屈服應變等數(shù)據(jù)十分接近，組間比較均無統(tǒng)計學差異，結果滿意。

在夾具的選擇方面，我們選擇表面有波紋的機械加壓夾具，其腓腸肌試樣夾持手動控制，適當加壓，在保證試樣不被破壞的情況下，借助波紋摩擦阻擋，能夠基本避免拉伸過程中產(chǎn)生腓腸肌試樣滑移，其輸出應力-應變曲線滿足實驗要求，能將實驗誤差減小到最低；氣動夾具在保持最低壓力條件下，將試樣肌腱附著處及周圍肌纖維組織擠壓變形，瞬間破壞肌組織結構，部分纖維即刻斷裂，拉伸結果誤差較大；冰凍夾具雖是軟性材料，尤其是肌肉拉伸試驗的最佳選擇，如大鼠腓腸肌、腰大肌以及小肌腱等，但由于家兔腓腸肌試樣制作過程中保留股骨遠端及跟骨，夾具機械加壓較小（避免夾持力度過大導致二極管損壞），冰凍難以完全阻擋拉伸過程中的試樣滑移，即使腓腸肌起止點無骨質保留，直接將腓腸肌起止點夾持冷凍，腓腸肌的不規(guī)則形態(tài)也會使其近端夾持困難，難以保持肌纖維受力的均衡性，也不足以滿足家兔腓腸肌拉伸實驗要求。

綜上我們認為，腓腸肌拉伸試驗設備及夾具選擇標準應為：（1）設備：拉伸范圍 10～1000mm，力學傳感器500N、1000N，誤差≤0.5%。（2）夾具：腓腸肌夾持穩(wěn)定，無滑移；無腓腸肌肌纖維夾持損傷或斷裂。所以家兔腓腸肌拉伸試驗應選擇CMT 5205、ZWICK/Z005萬能材料試驗機，其可選量程?。?000N）、拉伸范圍廣（10～1000mm）、精確度高（≥99.5%），而機械加壓夾具因其體積小、操作簡便、經(jīng)濟實惠并且夾持穩(wěn)定、無肌纖維損壞成為首選夾具。

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[4]CMT52055305微機控制萬能試驗機.[2014-02-25].Availabled at：http//www.chem17.com/st 4973/product_1445414.html

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