骨组织电学特性及其临床应用

对骨组织而言，正常的生理活动可导致骨骼的局部变形(应变)、微观损伤、压电电位、骨小管内液体流动和流动电位。骨内电现象主要包括压电效应、动电效应和生物电，这些电生理特性被广泛的应用于骨的治疗。文章对骨组织电学特性的临床应用进行了综述，包括电(电磁)刺激成骨和压电膜成骨。     

猪降主动脉腹侧与背侧组织力学性能的实验研究

动脉组织的力学性能对于维持心血管健康具有重要意义,并与心血管相关疾病的发生发展密切相关。主动脉腹侧和背侧组织力学性能之间存在显著差异,但缺乏量化的力学性能参数,且其成因尚不清楚。本文以猪降主动脉腹侧与背侧组织为研究对象,通过双轴拉伸方法获取应力-应变曲线,分析组织正交各向异性,采用Gasser-Ogden-Holzapfel型应变能函数描述动脉组织力学性能参数,采用Elastic Van Gieson(EVG)法和天狼星红染色法观测动脉组织弹性纤维和胶原纤维显微结构。结果表明,与降主动脉腹侧组织相比,降主动脉背侧组织表现出更明显的正交各向异性,且在周向上的弹性模量明显大于降主动脉腹侧组织。降主动脉腹侧和背侧组织的超弹本构参数之间差异均无统计学意义,但几乎所有降主动脉组织的纤维角度都小于0.785 rad(45°),胶原纤维的排列更趋于周向。EVG和天狼星红染色显示降主动脉腹侧外-中膜弹性纤维层密度明显高于背侧组织,外-中膜胶原纤维背侧多于腹侧。结果提示,猪降主动脉背侧组织与腹侧组织之间的力学性能差异与外-中膜组织中的微观结构有关。在相对较小的应变范围内,可忽略降主动脉腹侧与背侧组织力学性能的差异;当应变较高时,则需区别对待。本研究结果可为动脉疾病(如动脉夹层)的成因以及人工血管设计等提供数据参考。     

细胞骨架生物力学模型

细胞骨架力学问题是细胞生物力学发展中出现的一个新领域。细胞骨架模型的建立是理解力在细胞内传播和分布对生化事件调控及力对细胞功能调节的重要手段。细胞骨架也是力和信息传递的介质,作用力通过细胞骨架内外肌动蛋白网架的相连介导化学反应和信号转导。作者详细介绍了基于力学和生物学的三种细胞骨架模型的理论、方法和关键性研究成果。     

黄韧带致压颈脊髓的生物力学实验研究

目的观察不同姿势下黄韧带致压颈脊髓时,不同压缩比和不同压缩面积与硬膜囊前后方压力变化的关系。方法C4-C5间钻圆形骨孔,设计一致压棒穿过该骨孔来模拟黄韧带突出物的致压作用。最大压缩比为椎管前后径的60%。同时用压力传感器通过前方开孔记录前方压力变化,改变颈椎姿势后重复实验。结果当压缩比较小时(10%～20%),压缩力在左弯(30°)时最大,当压缩比较大时(50%～60%),压缩力在前屈(30°)时最大。前方测得的压力大约是后方压力的27.8%,且随着压缩头直径的增大而增大。结论硬膜囊上所受的压力同压缩比、压缩头直径以及颈椎姿势关系密切。已受压的颈脊髓在全前屈及全后伸运动中更容易受到伤害。     

正弦波刺激对人肺腺癌细胞粘弹性的影响

目的通过FX-4000柔性基底加载系统研究正弦波拉伸培养对体外人肺腺癌A549细胞粘弹性的影响。方法采用微管吸吮技术考察A549细胞的粘弹性特性,将不同拉伸幅度培养下的A549细胞与对照组细胞粘弹性进行对照,选择三参数标准线性固体模型拟合实验结果并用三个粘弹性系数比较各组A549细胞的力学性质。结果在胶原蛋白基底膜上,正弦波、频率0.5Hz、加载4h时,与对照组比较,15%的拉伸应变组A549细胞的粘弹性系数k_1、k_2和μ值均有所降低;与1.5%的拉伸应变组A549细胞的粘弹性系数比较无明显差异。结论15%的拉伸应变刺激培养后A549细胞更容易变形,细胞刚性有所减小。癌细胞粘弹性的改变可能影响到浸润和转移特性以及癌细胞与其微观力学环境的相互作用。     

实验性近视眼巩膜生物力学特征研究

目的利用凹透镜诱导的试验方法获得动物模型近视眼,并对获得的豚鼠近视眼模型进行生物力学研究,同时辅以组织学研究。方法选用出生后3周龄的豚鼠,实验眼眼前固定-10.0 D凹透镜,实验前后进行一系列生物力学测量,豚鼠喂养45 d后,摘除双眼球制作巩膜条带试件,在Instron-5544生物力学实验机上进行力学实验。部分样本置于4%甲醛中固定,予常规HE组织染色,显微镜下观察巩膜显微结构。结果豚鼠经过45 d的凹透镜诱导,实验眼与对照眼比较,诱导出(-8.95±0.60)D的相对近视,眼轴延长了(0.60±0.12)mm,前后变化差异有显著性。病理学观察结果:实验测量试验眼后部巩膜厚度为(0.32±0.11)mm,对照眼后部巩膜厚度为(0.43±0.05)mm,对数据进行分析,差异有显著性(P<0.05);近视眼巩膜尤其是后极部巩膜发生了退行性变化。生物力学研究结果:实验眼巩膜弹性模量小于对照眼,差异有显著性(P<0.05);实验眼蠕变率大于对照眼,差异有显著性(P<0.05);实验眼的最大载荷、最大应力均小于对照眼,实验眼的最大应变均大于对照眼,差异有显著性(P<0.05)。结论①凹透镜诱导可以引起幼豚鼠眼轴变长,发生明显轴性近视。②通过组织学观察可见,实验性近视眼后极部巩膜变薄,胶原纤维发生退行性变化。这是近视眼巩膜弹性差、容易发生变形、具有较低的承载能力的病理基础。③通过多个生物力学指标测量说明,实验性近视眼巩膜较正常眼巩膜弹性差,具有较低的承载能力,易发生变形。④预拉伸实验对于巩膜的拉伸实验研究是非常必要的。     

人体眼球的运动模型及相应的动力学方程组

本文根据眼球的解剖与运动生理特点 ,提出了眼球在全部六条动眼肌作用下的三维运动模型。在该模型中 ,眼球的运动可看做是刚体的定点运动 ;眼球转动的阻力矩与其转动的速度大小成正比、方向相反 ;每条眼外肌用从起点到止端弧上的三个点的三条连线来代表 ,每条连线的作用用修正后的骨骼肌模型给出。由此导出了眼球运动的动力学方程组。并用本模型对眼球水平扫描运动进行了模拟计算。     

性别和动作对排球运动员前交叉韧带损伤危险因素的影响

目的 研究性别和动作对排球运动员前交叉韧带（anterior cruciate ligament, ACL） 损伤危险因素的影响。方法 采集排球运动员急停起跳、起跳垂直落地和急停变向跑时的运动生物力学数据,运用蒙特卡罗模拟得到运动员ACL损伤概率和损伤试跳的生物力学参数。采用2×3混合设计的双因素方差分析验证性别和动作对损伤危险因素的影响。结果 不论男女,变向跑ACL损伤危险性最大（P＜0.001）。变向跑和急停起跳时,女子比男子运动员ACL损伤危险更大（P＜0.001）。垂直落地时,男子比女子运动员更易发生损伤（P＜0.001）。排球运动员ACL损伤危险因素均受性别和动作的显著性交互作用（P＜0.001）。结论 变向跑时,男子运动员由于膝关节屈角小、小腿趋于前倾以及足跟着地而增加ACL负荷,女子运动员倾向于由于较大地面反作用力和膝关节伸展力矩而增加损伤风险。膝关节屈角小是运动员急停起跳的主要损伤因素,且男子因素更繁杂。垂直落地时,女子运动员损伤危险因素是地面反作用力、膝关节外翻和伸展力矩及足跟着地等;较小的膝关节屈角是男子运动员损伤危险因素。研究结果可为排球运动员ACL损伤风险评价、个性化损伤预防方案制定、临床与康复治疗等提供依据。     

滑车组织在眼球内旋运动时维持眼外肌力学优势的模拟研究

目的 研究眼外肌滑车系统在眼球大幅度内旋时的生物力学作用。方法 结合文献报道的眼外肌坐标参数,根据眼球运动的力学平衡原理,建立主动滑车力学模型,并以无滑车模型作为对照,模拟眼球在30°~45°范围内的内旋运动。结果 在内直肌对眼球内旋运动的贡献方面,无滑车模型的内直肌提供的作用力大于主动滑车模型,且内直肌力值明显大于生理安全极限值（约0.5 N）。在模拟眼球内旋的最大角度45°处,主动滑车模型和无滑车模型模拟得到的内直肌力分别为0.508、0.782 N,后者超过生理阈值约56%。在控制眼球运动方面,主动滑车模型消耗的能量远小于无滑车模型。结论 滑车组织的存在,使得眼外肌能够以较低的耗能控制眼球运动,加强了眼外肌对眼球的牵引作用。而且,在眼球大幅度内旋运动时,主动滑车模型维持着内直肌的力学优势。     

肌肉力量的FUNCTIONAL RATIO:释义与应用

<正>人体在做某一动作时,需要由多块肌肉协调配合才能完成。一个动作是否能够准确、协调地完成,不仅取决于原动肌的力量大小及神经对肌肉精确的调控能力,而且也与拮抗肌的力量和协调伸展能力有关。在完成某一具体动作过程中,原动肌往往进行向心收缩产生力量加速肢体运动,而拮抗肌则进行离心收缩来缓冲原动肌收缩产生的力量以及肢体带来的惯性,避免关节因过分伸展而发生损伤[1]。