撞击装置及建立踝前撞击综合征动物模型的方法

摘要

本发明公开了一种撞击装置，包括传导部分、动力部分、撞击部分和控制部分，其中，传导部分包括曲柄、连体杠杆和支撑板；动力部分包括减速电机和交直流变电器，减速电机的电机轴端与曲柄连接，用于带动曲柄的转动；撞击部分包括撞击锤，该撞击锤固定于连体杠杆的一侧端部，用于撞击目标部位；控制部分包括控制器，该控制器与减速电机连接，用于控制减速电机的转速。本发明还公开了建立踝前撞击综合征动物模型的方法。本发明的撞击装置，可用于建立踝前撞击综合征动物模型，该动物模型不仅能准确反映发病机制，且生物特性稳定、可重复性高，为系统、全面地研究踝前撞击综合征的病理生理过程及验证新治疗方法的疗效提供了有效的临床研究平台。

说明书

技术领域

本发明涉及动物实验装置，尤其涉及一种用于制备动物模型的撞击装置及其建立踝前撞击综合征动物模型的方法。

背景技术

踝前撞击综合征(anterior ankle impingement)指踝关节在长期运动、背伸劳作或外力撞击后，由于应力作用出现关节软骨反应性增生或踝关节半脱位，导致踝关节前部关节软骨反应性过度增生，甚至骨赘形成骨性撞击，引起踝关节前方疼痛，当强行背伸时疼痛加重，活动受限(主要是下蹲受限)，关节僵硬。由Morris于1943年首先描述，并被Mc Murray命名为“足球运动员踝”(soccer ankle)。本病为足球运动员中的一种常见运动损伤，据报道足球运动员中患病率可高达80％。踝前撞击综合征也见于体操、篮球、滑雪、举重等运动项目。其发病过程不明显，病后难愈。近年来随着足球运动的发展，赛场对抗日益激烈，发病率也有上升的趋势，严重影响足球运动员技术水平的发挥，缩短了运动员的运动生命。

踝前撞击综合征的病理基础为胫骨和距骨颈前方相对缘形成骨赘，踝关节背伸时骨赘与关节滑膜等软组织相撞，导致瘢痕形成并出现滑膜炎，产生踝关节前方疼痛。该骨赘由浅层的纤维结缔组织、纤维软骨及透明软骨和深层的增生软骨、骨五部分组成。骨赘增生主要来源于深层的血管化、肥大及软骨内化骨，是由踝关节软骨创伤所引起的。踝关节旋后(内翻)损伤最容易导致关节软骨前方及内侧损伤，损伤的关节软骨在修复过程中瘢痕形成、纤维化并最终形成骨刺，由扭伤导致的踝关节不稳或反复强力背伸运动加速这一过程的产生。此外，由于踝关节前方仅有皮下脂肪覆盖关节软骨前缘，直接损伤如踢球时的撞击容易造成局部微创伤，机化后也可形成骨赘。上述损伤机制常见于足球运动员，这就更进一步解释了该人群的好发原因。

现在针对踝前撞击综合征的研究均从临床角度进行，相关动物模型的制备及相关实验还是空白，使得踝前撞击综合征的进一步研究受到了严重限制和制约。制备准确反映发病机制、且稳定可靠的动物模型，在踝前撞击综合征的深入研究中有着非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种撞击装置，该撞击装置可用于建立踝前撞击综合征动物模型。

此外，还需要提供一种建立踝前撞击综合征动物模型的方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现：

在本发明的一个方面，提供了一种撞击装置，包括传导部分、动力部分、撞击部分和控制部分，其中，

传导部分包括曲柄、连体杠杆和支撑板，所述连体杠杆铰接于支撑板上，所述曲柄作用于连体杠杆的一端，该连体杠杆的另一端设置有撞击部分，所述曲柄对连体杠杆的作用力与该连体杠杆的平底垂直；

动力部分包括减速电机和交直流变电器，所述减速电机的电机轴端与曲柄连接，用于带动曲柄的转动，所述交直流变电器与减速电机连接，用于为减速电机提供适合的电压；

撞击部分包括撞击锤，该撞击锤固定于连体杠杆的一侧端部，用于撞击目标部位；

控制部分包括控制器，该控制器与减速电机连接，用于控制减速电机的转速。

在本发明中，术语“铰接”是指连接的两杆件可以有相对的转角，可以自由的转动。本发明撞击装置的连体杠杆与支撑板之间可以自由转动。

所述撞击锤包括实心撞击锤、或由可调式砝码和橡胶撞击锤组成的撞击锤。优选的，所述撞击锤为可调式砝码和橡胶撞击锤组成的撞击锤，可根据需要选择合适重量的砝码。

所述控制器主要由计时器和频率调节器组成，所述撞击锤的振动频率由计时器和频率调节器控制。

本发明的撞击装置工作时，减速电机旋转一周，撞击锤抬起一次，落下一次，完成一次完整的撞击动作。减速电机的转速为0～60圈/分钟，撞击锤的振动频率为15～30次/分钟。

在本发明的另一方面，还提供了一种建立踝前撞击综合征动物模型的方法，包括以下步骤：

将动物一侧的踝关节固定后，用上述的撞击装置撞击该踝关节，直至获得踝前撞击综合征动物模型。

优选的，还包括步骤：在将动物一侧的踝关节固定之前，让动物在跑台上进行跑动，可以准确模拟运动员在剧烈运动中前踝关节撞击的病理过程。

在本发明的另一方面，还提供了一种上述撞击装置在制备动物模型中的应用。

本发明的撞击装置除了用于建立踝前撞击综合征动物模型之外，还可用于建立其他的动物模型，例如肘关节、膝关节、肩关节、腕关节撞击综合征动物模型。

本发明的撞击装置，可用于建立踝前撞击综合征动物模型，该动物模型能准确反映发病机制，且生物特性稳定、可重复性高，为系统、全面地研究踝前撞击综合征的病理生理过程及验证新治疗方法的疗效提供了有效的临床研究平台，进一步推动了踝前撞击综合征研究的深度和广度，对踝前撞击综合征的研究有重要意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明撞击装置的结构示意及工作状态图；

图2是本发明撞击装置建立的踝前撞击综合征动物模型的组织学观察结果图。

具体实施方式

为了克服目前尚没有踝前撞击综合征动物模型的技术问题，通过反复实验研制出了本发明撞击装置，该装置对实验动物踝关节局部施以机械撞击，经反复刺激，可以模拟运动员在剧烈运动中前踝关节撞击的病理过程。

如图1所示，本发明撞击装置，包括传导部分、动力部分、撞击部分和控制部分，其中，

传导部分包括曲柄1、连体杠杆2和支撑板3，所述连体杠杆2铰接于支撑板3上，所述曲柄1作用于连体杠杆2的一端，该连体杠杆2的另一端设置有撞击部分，所述曲柄1对连体杠杆2的作用力与该连体杠杆2的平底垂直；

动力部分包括减速电机4和交直流变电器，所述减速电机4的电机轴端与曲柄1连接，用于带动曲柄1的转动，所述交直流变电器与减速电机4连接，用于为减速电机4提供适合的电压；

撞击部分包括撞击锤5，该撞击锤5固定于连体杠杆2的一侧端部，用于撞击目标部位；

控制部分包括控制器，该控制器与减速电机连接，用于控制减速电机4的转速。

所述撞击锤5包括实心撞击锤、或由可调式砝码和橡胶撞击锤组成的撞击锤。优选的，所述撞击锤为可调式砝码和橡胶撞击锤组成的撞击锤，可根据需要选择合适重量的砝码。

所述控制器主要由计时器和频率调节器组成，所述撞击锤的振动频率由计时器和频率调节器控制。

本发明的撞击装置工作时，减速电机4转动一圈，带动电机轴端连接的曲柄1，曲柄1将一部分时间挤压连体杠杆2，使撞击锤5抬起(见图1A)，另一部分时间离开连体杠杆2，撞击锤5靠自重落下击打撞击固定点(见图1B)，因此，减速电机4旋转一周，撞击锤5抬起一次、落下一次，完成一次撞击动作。减速电机以0～60圈/分钟的转速，将传动经曲柄连杆机构转换成撞击锤的上下运动，撞击锤上下运动的振动频率为15～30次/分钟，如此上下往返撞击固定位置。

在本发明的一个具体实施方式中，减速电机(6w，12v)在交直流变电器(50w，0-24v)的调控下，以0～60圈/分钟的转速逆时针转动，将传动经曲柄连杆机构转换成撞击锤的上下运动，撞击锤以15～30次/分钟的振动频率，上下往返撞击固定位置，撞击锤由可调式砝码和橡胶撞击锤组成，可调式砝码分为10、15、20、25、50克，橡胶撞击锤底面为圆形，圆柱形设计，无毒橡胶材质。

本发明建立踝前撞击综合征动物模型的方法，包括以下步骤：

将动物一侧的踝关节固定后，用上述的撞击装置撞击该踝关节，直至获得踝前撞击综合征动物模型。

优选的，还包括步骤：在将动物一侧的踝关节固定之前，让动物在跑台上进行跑动，可以准确模拟运动员在剧烈运动中前踝关节撞击的病理过程。

在本发明的另一个具体实施方式中，让大鼠在跑台上跑动后，将大鼠的右侧踝关节固定，采用本发明撞击装置撞击踝关节，撞击锤重量30克，撞击频率30次/分钟，撞击能量4.5焦耳/次，每天30分钟，每周5天，连续30天，获得踝前撞击综合征动物模型。

利用本发明撞击装置建立的踝前撞击综合征动物模型的效果评价：

1.跖、背屈踝关节疼痛试验评分方法

于实验第10、20、30天将动物装进特制的塑料筒内，放于特制的铁架上，两后腿和尾部伸出筒外，稳定30min后进行测定。(1)向脚掌侧缓慢屈曲(跖屈)动物的一侧踝关节，每隔5s进行一次，共5次。跖屈关节时动物若出现嘶叫或短促而明显的缩腿反应则评分为1；无反应评分为0。分别记录其嘶叫和缩腿评分，每侧踝关节每种指标的评分为0～5，两种指标的总评分为0～10。(2)将踝关节向足背侧弯曲，可测得背屈关节疼痛试验评分，评分方法与跖屈关节评分方法相同。

本发明撞击装置建立的踝前撞击综合征动物模型的评分结果见下表1。

表1  跖、背屈踝关节疼痛试验评分结果

2.影像学检查

于实验第10、20、30天将大鼠10％水合氯醛0.4ml/100g腹腔注射麻醉，麻醉后取仰卧位固定于托架，采用G E小动物C T机，对大鼠踝关节进行扫描，建立踝关节骨骼三维成像，观察骨赘的形态和部位。通过影像学检查将踝关节撞击综合征分为三度：0度，软组织撞击，无骨赘形成；I度，骨赘形成不伴有踝关节间隙狭窄；II度，前方骨赘形成同时伴有骨关节炎改变。

本发明撞击装置建立的踝前撞击综合征动物模型的影像学检查结果见下表2。

表2  影像学检查结果

3.病理切片

于实验第10、20、30天每组大鼠分别处死10只，取踝关节骨骼、软骨、附着韧带进行大体观察和组织学观察。

大体观察评估标准：0分：关节面光整，色泽如常；1分：关节面粗糙，有小的裂隙且色泽灰暗；2分：关节面糜烂，软骨缺损深达软骨表中层；3分：关节面溃疡形成，缺损深达软骨深层；4分：软骨剥脱。软骨下骨质暴露。

本发明撞击装置建立的踝前撞击综合征动物模型的大体观察评分结果见下表3。

表3  大体观察评分结果

组织学观察方法：用骨刀将双侧大鼠踝关节离断，胫骨端、肌腱则投入磷酸盐缓冲液(PBS)配制的40g/L多聚甲醛溶液中固定20h备作病理学检查用。切片的制作及甲苯胺蓝染色：将固定好的标本放入PBS配制的0.5mol/L的EDTA溶液(ph＝7.8)中脱钙30d，中间更换脱钙液1次，脱钙完全后用手术刀片取材，垂直于关节软骨面切开，切成1.0cm×0.5cm×0.2cm，自动脱水机梯度脱水，石蜡包埋，常规病理切片，3微米连续切片。常规脱蜡脱水后，苏木精-伊红(HE)染色，快速甲苯胺蓝染色。

本发明撞击装置建立的踝前撞击综合征动物模型的组织学观察结果如图2所示，图2A为正常组，其软骨表面光滑，多层次软骨细胞排列整齐，形态均正常，潮线清晰；图2B为模型组，其软骨细胞变性、坏死，软骨表面剥脱。

以上所述的几种实施方式较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。