家兔腓肠肌拉伸试验设备和夹具的选择

刘守尧 ，王云亭 ，蔡蓉蓉，徐前威 ，王荣国

（1.北京中医药大学，北京 100029；2.中日友好医院，北京 100029）

应用生物力学方法检测肌肉的再生情况是验证肌肉功能恢复程度的重要指标之一[1]。目前在骨骼肌再生后的力学研究，大多以大鼠及家兔腓肠肌钝器伤模型为研究对象，采用拉伸试验[2]，检测拉伸试验过程中腓肠肌的极限载荷、屈服载荷、杨氏模量等，以此评价腓肠肌的力学性能恢复情况。肌肉拉伸试验机目前应用较多的有BOSE 3330动态力学测试平台[3]、CMT系列万能材料试验机[4]、Instron 5569 试验机[5]、ZWICK 万能材料试验机[6，7]等。我们应用不同试验机、不同夹具进行了多次腓肠肌拉伸试验，以期为腓肠肌生物力学检测提供准确的实验数据。

1 资料与方法

1.1 实验动物

健康成年新西兰大白兔45只 （2.0～2.5kg，北京芳元缘养殖场，SYXK（京）2009-0029），雌雄不限，普通环境饲养。按照随机数字表法，将45只新西兰大白兔随机分为9组，每组5只。

1.2 腓肠肌试样制备

解剖过程中保持腓肠肌肌膜及肌纤维完整无损伤。为了减少实验误差，避免腓肠肌装载及夹持损伤，保留腓肠肌起止端的股骨远端和跟骨结节，在试样装载过程中通过夹持残留的骨端，使腓肠肌牢固固定。

1.3 实验方法

分别采用BOSE 3330动态力学测试平台（BOSE 公司，美国）、CMT5205（MTS Industrial Systems，美国）、ZWICK/Z005万能材料试验机（ZWICK Roell，德国）以及冰冻夹具、气动夹具、机械加压夹具交替进行腓肠肌拉伸试验，具体分组如表1，各实验设备参数见表2。

拉伸参数：拉伸速度20mm/min，预载荷2N，腓肠肌80%断裂时停止试验。

1.4 统计学方法

应用SAS 8.2统计软件进行分析总结，各组组间比较釆用单因素方差分析（one-way anova），并运用SNK方法进行组间比较。

2 结果

2.1 BOSE 3330动态力学测试平台

应用BOSE 3330动态力学测试平台，配备冰冻夹具夹持腓肠肌进行拉伸试验，拉伸速度20mm/min，预载荷2N。测试过程中夹具夹持不稳，a、b两点出现滑移，导致应变与应力不同步而产生较大的误差。同样条件下配备机械加压夹具，由于此试验机拉伸范围固定，最大应变25mm，其拉伸不能达到极限应变条件，故无法测得极限载荷数据（表1）。一般情况下，当家兔腓肠肌拉伸应变为肌肉长度的80%时，应变可达40mm以上，故此实验设备不能满足家兔腓肠肌拉伸实验要求。

表1 腓肠肌拉伸试验分组及极限载荷、屈服载荷检测情况

表2 实验设备相关参数

表3 ZWICK/Z005、CMT5205万能材料试验机腓肠肌拉伸试验数据比较（x-±s）

2.2 CMT 5205万能材料试验机

应用美国MTS公司生产的CMT 5205万能材料试验机（传感器1KN）配备气动夹具，安装式样后，外置气泵持续最小压力夹持（10KN）。由于夹持力度大，夹持瞬间可见到夹持部位肌纤维出现明显结构破坏和断裂，我们采用纱布包裹夹持部位，仍难以避免试样损毁。

2.3 CMT 5205、ZWICK/Z005万能材料试验机和机械加压夹具

应用CMT 5205、ZWICK/Z005万能材料试验机 （传感器1KN），采用表面有螺纹机械加压夹具，拉伸速度20mm/min，预载荷2N，进行拉伸试验。适当加压固定后，未见腓肠肌纤维有破损情况，并且拉伸过程中夹持稳定，未见滑移。从此应力-应变曲线图可以分析得到准确的杨氏模量、屈服载荷、极限载荷以及相对应的应变值。

通过以上万能材料试验机进行腓肠肌拉伸试验在家兔体重无统计学差异的前提下，通过对2种试验机采集得到的数据进行比较，不论极限载荷、屈服载荷，还是极限应变、屈服应变等，结果相近，均无统计学差异（P＞0.05）（表 3）。

3 讨论

我们将CMT 5205、ZWICK/Z005用于家兔腓肠肌拉伸试验，得到的极限载荷、屈服载荷、极限应变、屈服应变等数据十分接近，组间比较均无统计学差异，结果满意。

在夹具的选择方面，我们选择表面有波纹的机械加压夹具，其腓肠肌试样夹持手动控制，适当加压，在保证试样不被破坏的情况下，借助波纹摩擦阻挡，能够基本避免拉伸过程中产生腓肠肌试样滑移，其输出应力-应变曲线满足实验要求，能将实验误差减小到最低；气动夹具在保持最低压力条件下，将试样肌腱附着处及周围肌纤维组织挤压变形，瞬间破坏肌组织结构，部分纤维即刻断裂，拉伸结果误差较大；冰冻夹具虽是软性材料，尤其是肌肉拉伸试验的最佳选择，如大鼠腓肠肌、腰大肌以及小肌腱等，但由于家兔腓肠肌试样制作过程中保留股骨远端及跟骨，夹具机械加压较小（避免夹持力度过大导致二极管损坏），冰冻难以完全阻挡拉伸过程中的试样滑移，即使腓肠肌起止点无骨质保留，直接将腓肠肌起止点夹持冷冻，腓肠肌的不规则形态也会使其近端夹持困难，难以保持肌纤维受力的均衡性，也不足以满足家兔腓肠肌拉伸实验要求。

综上我们认为，腓肠肌拉伸试验设备及夹具选择标准应为：（1）设备：拉伸范围 10～1000mm，力学传感器500N、1000N，误差≤0.5%。（2）夹具：腓肠肌夹持稳定，无滑移；无腓肠肌肌纤维夹持损伤或断裂。所以家兔腓肠肌拉伸试验应选择CMT 5205、ZWICK/Z005万能材料试验机，其可选量程小（1000N）、拉伸范围广（10～1000mm）、精确度高（≥99.5%），而机械加压夹具因其体积小、操作简便、经济实惠并且夹持稳定、无肌纤维损坏成为首选夹具。

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