骨质疏松症患者脊柱胸腰段椎体力学稳定性变化与椎体压缩性骨折风险预测的有限元分析

目的:通过有限元分析骨质疏松症（OP）患者的脊柱胸腰段椎体在不同运动状态下椎体力学稳定性变化,与人体正常模型进行对比分析,针对椎体是否存在压缩性骨折的风险进行预测,为干预性策略标准化建立和完善提供理论和生物力学依据。方法:选择没有脊柱胸腰段椎体伤病史的健康志愿者男女各1人;选择2例住院老年OP女性患者胸腰椎CT及MRI扫描资料。建立T11~L2骨质疏松性椎体的三维有限元模型并验证有效性。在正常生理载荷分析不同运动状态下的生物力学变化,对两组模型之间椎体、关节突关节、终板、纤维环、松质骨、椎间盘、髓核的Von Mises应力及椎体最大位移进行比对分析,同时对应力云图进行比对,分析其生理与病理关节应力变化。结果:正常人体与OP患者脊柱椎体的材料属性、弹性模量、刚度、强度以及所处的力学生物学环境变化进行分析结果表明,OP患者在脊柱前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转、轴向7种不同运动状态下与正常人体脊柱胸腰段相比较,椎体、关节突关节、椎间盘、终板、纤维环、髓核的Von Mises应力有明显降低趋势,椎体最大位移呈现增大趋势。此外本研究对OP模型的建立并非采用文献中降低正常皮质骨、松质骨、终板弹性模量的模型,而是采用临床中根据CT数据、临床症状、骨密度等明确诊断的OP患者数据,与目前文献所提供的模型数据对比,更符合临床OP患者真实的脊柱胸腰段椎体与附属结构的生物力学特性和属性变化。与正常人体模型相比较,从筋骨系统进行分析,骨与肌肉、韧带所代表的动静力变化都有明显降低,这也印证了临床真实数据的变化。结论:OP患者脊柱胸腰段椎体应力分布不均匀、应力的集中趋势导致脊柱胸腰段椎体、椎间盘、髓核、纤维环、关节突及周围附属结构应力异常变化,即骨弹性模量的异常改变、周围附属结构的束缚力下降,引起筋骨系统平衡失常和长期稳定性下降,进而增加脊柱胸腰段椎体骨折的退变过程和风险,通过有限元分析针对椎体压缩性骨折风险建立标准化预防策略,提供理论和生物力学依据。     

从筋骨并重理论探讨三步三位手法治疗脊柱慢性筋骨疾患的生物力学机制

“三步三位手法”是我国已故骨伤科专家宋贵杰教授所创治疗脊柱及相关疾病的具有西部陇原特色正骨理筋手法,是根据人体脊柱生理和病理变化特点结合脊柱的解剖结构和生物力学特性,以“顺生理、逆病理”为理论基础,通过多年临床实践,综合临床疗效分析,不断传承创新发展基础上系统总结的一套完整的正骨理筋手法。对此手法在治疗脊柱慢性筋骨疾患的生物力学作用机制的研究尚不清楚,由此从“筋骨并重”探讨三步三位手法治疗脊柱慢性筋骨疾患的生物力学作用机制尤为重要,这将明确三步三位手法治疗脊柱慢性筋骨疾患所体现的“筋骨并重”“筋骨平衡”理论与生物力学作用机制,进一步丰富和发展中医理筋正骨手法治疗骨伤科各类疾病“筋骨并重”理论体系,对中医理筋正骨手法的创新发展具有深远意义。     

功能复位椎体强化治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的有限元分析

目的：针对骨质疏松性椎体压缩骨折椎体强化治疗过程中椎体高度不能恢复到解剖复位但疗效满意的现象,结合中医骨伤功能复位理论,利用有限元分析寻找生物力学依据。方法：采用四例T12椎体骨质疏松性椎体压缩骨折（Osteoporotic vertebral compres?sion fracture,OVCF）患者影像资料,构建T12椎体高度为0-3级（Genant半定量法）T11-L1节段三维有限元模型各一例。运用有限元分析方法,模拟施加垂直、屈曲、左侧屈、右侧屈四个不同状态的载荷后,观察椎体强化术后T12椎体的应力。结果：T12椎体强化术不同椎体高度之间应力差异没有统计学意义（P > 0.05）。结论：中医功能复位的标准适用于指导椎体强化术的临床治疗,即骨质疏松性椎体压缩骨折椎体强化治疗并不要求绝对追求伤椎椎体高度的恢复。     

基于网络药理学的中医药治疗股骨头坏死的研究进展

股骨头坏死常表现为髋部疼痛、髋关节功能障碍等症状,是临床上常见的一种难治性、进行性疾病,其治疗方式包括手术、化学药物和中医药治疗,其中化学药物治疗后常发生严重副作用及不良反应,而中医药治疗该疾病有独特优势,但具体作用机制尚未明确阐释。网络药理学作为一种新兴的研究方法,通过构建“药物-靶点-疾病”的生物网络,能够从多角度揭示三者之间复杂的相互作用机制,现已被广泛运用于研究中医药治病的分子机制。本文基于网络药理学方法的研究,对单药、药对和复方防治股骨头坏死的研究进行综述,以期为后续研究提供理论依据。     

有限元分析法在脊柱生物力学中的研究进展

人体脊柱的解剖结构复杂,脊柱与周围神经和动脉等的位置十分接近,各个椎体之间应力的多变,韧带、肌肉连接的相互作用力的不同,为科研工作带来了巨大的挑战。基于有限元法的背景,归纳和整理了近几年有限元法在临床手术及力学分析等方面的研究进展,再结合研究进展探讨有限元法在脊柱生物力学应用中的不足。本文通过对近年来有限元在脊柱生物力学研究的文献进行回顾与展望,为临床医师的临床工作提供参考。     

基于CT影像的骨质疏松性胸腰椎压缩骨折PKP术后三维有限元力学模型的建立与验证

目的:建立胸腰椎（T11-L2节段）的三维有限元模型,并验证其生物力学分析有效性。方法:筛选1名T12椎体骨质疏松性压缩骨折的志愿者为建模对象,利用64排螺旋CT进行连续性扫描,扫描区域为脊柱胸腰段T11-L2节段。将CT数据读盘为DICOM格式,导入Mimics 19.0软件进行原始模型的提取与转化;Geomagic Warp 2017软件进行特征去除、光顺、曲面实体拟合;Solidworks 2017软件进行零件结构的组装与附属结构生成;Ansys Workbench 17.0软件添加材料属性、边界条件、坐标及载荷设定及生物力学分析。结果:成功建立了T12椎体压缩骨折T11-L2节段的经皮椎体后凸成形术（PKP）术后三维有限元模型,并测得其前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转时的角位移分别为8.3°、3.8°、7.8°、7.6°、3.7°、4.0°,与以往力学实验验证结果位移趋势一致。结论:基于有限元建模软件能成功建立骨质疏松性椎体压缩骨折PKP术后有限元数字模型,有效性验证合格,所建模型可靠,具备生物力学测试性能。     

肌肉和骨骼结构适应性重塑的机械化学耦合作用

运动锻炼和重力等机械加载使肌肉和骨骼结构适应性重塑，始终保持动态稳定的状态。但是，在缺乏机械刺激和重力卸载状态下，力学相应细胞和损伤组织会适应性改变重塑机制，甚至慢性炎症引发肌肉和骨髓组织内脂肪浸润，容易导致骨质疏松症、肌肉减少症等退行性疾病；在适应性重塑过程中，机械刺激可通过流体施加的变形应力(拉伸和压缩)或剪切应变来传递，使力学相应细胞中的粘附分子感知机械应变并将其转化为生化反应，通过与其生态位的机械化学耦合作用，从而调节细胞生物学的基本机制，如谱系定型、组织形成和成熟等，最终使细胞外基质成分、粘附分子和细胞骨架的结构变化，从而影响抗断裂性和肌肉力量；最新研究表明，衰老现象与机械刺激和病理改变所致的表观遗传学调控密切相关。基于此，本文综述力学相应细胞的机械化学生态位条件，阐明肌肉和骨骼结构的重塑机制，为疾病和衰老过程的预防和治疗提供新的靶点。