《Journal of Orthopaedic Research》：A Novel Surgical Approach to Induce an Ankle Joint Contracture in Rats
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本研究的主要目的是建立一种新型外科固定方法，以在Wistar大鼠中诱导持续性的踝关节跖屈挛缩。研究人员在实验动物中置入不锈钢缝线，并将其在跟骨与膝关节之间拉紧，从而限制背屈（dorsal-flexion），同时仍允许有限的踝关节跖屈、肌肉活动及负重。该固定方法
本研究的主要目的是建立一种新型外科固定方法，以在Wistar大鼠中诱导持续性的踝关节跖屈挛缩。研究人员在实验动物中置入不锈钢缝线，并将其在跟骨与膝关节之间拉紧，从而限制背屈（dorsal-flexion），同时仍允许有限的踝关节跖屈、肌肉活动及负重。该固定方法耐受性良好；不良事件有限且可处理。4周后，通过剪断缝线解除固定。固定4周后，在5 Nmm被动扭矩下的踝角向跖屈方向偏移48°，在55°踝角下的跖屈扭矩与刚度分别增加4.5倍和8倍。离体（ex-vivo）组织探索性分析显示，内侧腓肠肌（medial gastrocnemius, MG）肌腹显著萎缩，其质量较对照组小34%。在解除固定后4周，于5 Nmm下的踝角、55°角下的扭矩及刚度均未显示恢复迹象。该时间点的形态学与力学评估显示，内侧腓肠肌萎缩持续存在，实验动物的肌肉质量较对照组小19%，远端肌腱长度低30%。此外，与对照组相比，内侧腓肠肌的被动与主动长度-力关系均向更短长度方向偏移，即向跖屈方向偏移。综上，这一新型外科方法能够诱发一种至少持续4周的踝关节跖屈挛缩，从而为干预研究提供时间窗口。该模型可用于加深对关节挛缩后生物力学、形态学及神经学变化的理解，并用于评价治疗性干预。
该论文发表于《Journal of Orthopaedic Research》，研究围绕关节挛缩这一骨科与神经肌肉疾病中的常见并发问题展开。关节挛缩通常表现为关节异常定位、活动范围下降以及被动刚度升高，其本质与跨关节组织，尤其是骨骼肌的病理性缩短和僵硬密切相关。临床上，挛缩可继发于骨折后制动、关节置换术后固定，也可见于脑瘫、卒中、骨关节炎、黏连性关节囊炎及瘢痕形成等慢性疾病。尽管牵伸等康复手段可在一定程度上改善关节活动范围，但长期效果及最佳负荷方案仍不明确。既往动物模型已被用于研究膝关节或踝关节挛缩的生理学、生物力学和神经学改变，但传统非手术固定方式如石膏、Velcro、胶带、合成模具或螺旋钢丝等，常伴随皮肤刺激、血液循环障碍、动物啃咬导致固定松脱及反复更换等问题。另一方面，已有外科固定模型多采用钢板或Kirschner针等刚性装置，完全阻断关节活动，难以模拟临床中患者仍可负重、但单一方向活动受限的真实挛缩状态。因此，开展本研究的必要性在于建立一种既稳定、又更接近临床特征的踝关节挛缩模型。
研究人员在Wistar大鼠中设计并验证了一种新型外科固定方案：通过将单根不锈钢缝线穿过跟骨并绕行于髌腱后方，在膝关节与跟骨之间形成持续牵拉，使踝关节维持于跖屈位，并主要限制背屈活动，同时保留一定程度的跖屈、肌肉收缩与肢体负重。研究的核心目标是从技术层面验证该固定方法能否可靠诱导持续性踝关节跖屈挛缩；同时，研究人员还探索性观察了内侧腓肠肌的形态学变化及肌肉-肌腱单元的力学特性。结果表明，该模型在动物中耐受性良好，缝线未发生失效，且多数不良事件轻微可控。更重要的是，经过4周固定后，大鼠出现了显著且稳定的踝关节跖屈挛缩；而在剪断缝线、解除固定后4周，这种机械学缺陷仍持续存在。研究据此得出结论：该外科固定方法能够有效建立一种具有持续性的踝关节跖屈挛缩大鼠模型，为后续治疗干预研究提供可操作的时间窗口，并可作为研究关节挛缩后生物力学、形态学与神经学重塑的重要实验平台。
本研究主要采用以下关键技术方法：基于Wistar大鼠队列建立踝关节外科固定模型，分别于基线、固定4周及解除固定后4周测定踝关节被动角度-扭矩关系；采用定制测力装置与伺服电机系统评估踝关节力学；在终点实验中分离内侧腓肠肌肌腱单元，测量主动/被动长度-力关系；并结合肌肉称重、肌腹长度、远端肌腱长度、肌纤维长度、肌小节串联数及生理横截面积（PCSA）等指标，对肌肉形态学进行探索性分析，设置未固定健康对照组作为参照。
在研究结果部分，首先是“3.1 Ankle Mechanics”。研究人员发现，固定后踝关节角度-扭矩曲线整体向左显著移动，即向跖屈方向偏移，且部分动物在固定后与基线状态下的角度范围已不重叠，提示机械限制效应十分明显。与基线相比，固定4周后，5 Nmm被动扭矩对应的踝角平均向180°方向偏移48°，说明关节更趋于跖屈位；同时，在55°踝角或实际可达到的最大角度下，被动跖屈扭矩与刚度分别明显升高。统计分析显示，角度、扭矩和刚度均存在显著条件主效应；基线与固定后、基线与解除固定后4周之间差异均有统计学意义，而固定后与解除固定后4周之间无显著差异。这一结果直接证明，该模型能够在4周内诱导明确的关节活动度下降和被动刚度增加，而且这种异常不会在短期解除固定后自发恢复。
其次是“3.2 Medial Gastrocnemius Morphology”。研究人员比较了固定4周后的实验组与未固定对照组内侧腓肠肌形态学特征。结果显示，标准化后的内侧腓肠肌质量下降34%，提示出现显著肌萎缩。标准化生理横截面积下降28%，虽未达到统计学显著性，但仍显示出肌肉横截面缩减趋势。相比之下，近端、中段和远端肌区的串联肌小节数虽均略低于对照组，但差异均不显著。由此可见，该固定方案对肌肉质量的不良影响较为明确，主要表现为肌萎缩，而在4周时程内对串联肌小节数的影响相对有限。
第三部分是“3.3 Medial Gastrocnemius Mechanics and Morphology”。在解除固定后4周，研究人员进一步分析了内侧腓肠肌肌腱单元的力学与形态学持久改变。结果表明，标准化肌腹长度与对照组无显著差异，但标准化肌肉质量仍显著降低，远端肌腱长度显著缩短，提示解除固定后肌萎缩和肌腱缩短持续存在。更关键的是，主动与被动长度-力关系曲线均整体向更短的肌腱单元长度方向移动，即向左移位。与对照组相比，最适肌腱单元长度和被动松弛长度均显著缩短，说明肌肉-肌腱单元在更短长度处即可产生力或开始承受张力。主动松弛长度、主动发力范围及最优力虽有下降趋势，但未达到统计学显著性。综合这些结果可以看出，解除固定后关节挛缩之所以持续存在，不仅与关节整体力学异常相关，也伴随着内侧腓肠肌-肌腱单元的持续性结构重塑，尤其是远端肌腱缩短及长度-力关系向短长度侧偏移。
在讨论部分，研究人员将该模型与既往刚性固定模型进行了比较。与石膏、Velcro或螺旋钢丝等完全或近完全限制活动的模型相似，本研究同样诱导了关节活动范围降低和被动刚度升高；但与刚性固定相比，本方法导致的适应性改变较温和。这种差异被认为与模型允许一定的踝关节活动和肢体负重有关，也即更接近临床挛缩患者仍保留部分功能的状态。研究人员还指出，本模型仅通过4周固定便可诱导至少持续4周的挛缩，而既往大鼠膝关节刚性固定研究往往需要更长固定时间才出现不可逆挛缩，这说明该方法在研究效率上具有优势。就机制而言，持续存在的关节挛缩与内侧腓肠肌质量下降、远端肌腱缩短、被动与主动长度-力关系向跖屈方向偏移相一致。研究同时诚实指出了局限性，包括肌肉形态学与力学实验样本量较小、性别分布不均、解除固定后形态学数据有限、固定后背屈范围受限可能低估组间力学差异，以及结果主要来源于单羽状肌（uni-pennate muscle）内侧腓肠肌，外推至其他肌肉结构时需谨慎。
研究结论部分可译为：该新型固定方法能够模拟临床关节挛缩的标志性特征，具体表现为被动关节刚度增加和关节活动度降低。该方法的若干关键优势在于：固定缝线耐受性良好，仅需一次外科干预，且易于解除；同时，它只阻断踝关节背屈，而允许有限的跖屈活动。最重要的是，在剪断固定缝线后，机械学缺陷似乎仍可持续4周，从而为治疗干预研究提供了时间窗口。因此，该模型可用于增进对关节挛缩后生物力学、形态学和神经学变化的理解，并用于评估治疗性干预措施。
