细胞力学在皮肤科的研究进展

【摘要】 细胞力学是一门新兴的交叉学科，以研究细胞的力学特性与细胞生命活动以及组织、器官、机体生理过程的关系为主。通过对力学信号的感受和响应机制，细胞参与皮肤、骨、眼等多器官组织的生理活动以及疾病的发生发展，包括皮肤组织再生、重建、适应性变化和多种皮肤病的发病，因此成为近年皮肤病研究的热点。本文综述近年来细胞力学的基础研究和其在瘢痕、压疮、白癜风、皮肤肿瘤、毛发疾病等方面的研究和应用进展，为皮肤病治疗提供可能的方法和策略。     

离子造影剂增强Micro-CT扫描对大鼠关节软骨形态的定量分析

利用Micro-CT技术的较高分辨精度,探索一种新的测量小动物关节软骨形态的方法,为进一步利用小动物模型开展关节软骨的损伤和退变等研究提供基础。选择不同浓度的造影剂及Micro-CT扫描条件,通过造影剂对比增强Micro-CT扫描大鼠膝关节,对大鼠股骨远端关节软骨进行手动分割、重建,得到软骨3D模型,利用重建得到的3D模型,对软骨的厚度和体积等形态学参数进行无创定量分析。根据造影剂、软骨和软骨下骨对X射线吸收的平均相对衰减值差异,确定30%的离子造影剂浓度为最佳。利用该浓度对4个不同的正常大鼠关节软骨进行扫描和重建,分析获得关节软骨的体积和厚度,并求得关节软骨体积和厚度的变异系数均方根分别为7.3%和6.1%。结果提示,利用造影剂增强Micro-CT扫描能够对软骨形态重要参数厚度、体积等进行定量评价。     

失水后干豆荚的结构与力学性能

目的研究失水后豆荚的结构与力学性能,探究豆荚扭转开裂而撒射种子的生物力学机制。方法通过组织学、显微结构材料学观察、力学性能测试和高速摄像,分析绿豆荚的分层情况以及各个细胞层细胞尺寸和方向的区别,观察豆荚弹射过程,并总结豆荚弹射的原理。结果豆荚弹射过程是从豆荚的尾部开始出现裂痕,从下往上逐渐裂开。同一个豆荚的不同两片细胞排布相反,每片豆荚分为4层,其中外层上表面和中层细胞互相正交,且在两层正交的细胞层中间有一层细胞壁破裂的细胞。在豆荚成熟失水过程中,外层纤维发生收缩,中层纤维发生拉伸。结论豆荚纤维在正交方向失水收缩,累积弹性能,产生预应力,最终通过豆荚开裂来释放。     

C2～7颈椎振动特性的有限元分析

目的研究正常C2～7颈椎有限元模型的振动特性和颈椎小关节不同程度受损及切除的振动特性变化。方法基于颈椎CT扫描影像,建立正常C2～7颈椎有限元模型并验证有效性,提取前10阶固有频率和振型。颈椎小关节分别为无约束、有约束且摩擦系数分别为0.01、0.1和0.2,模拟颈椎小关节切除以及小关节轻度、中度、重度受损,研究颈椎受损程度不同对固有频率的影响。结果正常C2～7颈椎模型最低固有频率出现在后伸、侧弯振型,约为12Hz,大位移主要出现在寰椎齿凸。小关节有约束模型的固有频率高于无约束模型,小关节摩擦系数不同对颈椎固有频率无影响。结论研究颈椎的固有频率、振型和振幅等参数,是进一步研究颈椎动态特性的基础,对颈椎护理和治疗有重要意义。在生活和颈椎治疗中,应尽量避开12Hz环境,防止共振对颈椎造成大的损伤。     

针对3D打印材料孔洞应力集中计算的映射算法

目的利用映射算法以较小计算成本获得3D打印材料孔洞应力集中分布情况,为3D打印材料疲劳寿命预测及结构优化设计的有限元分析提供新方法。方法提取单个孔洞应力集中影响范围内的节点及应力,并计算出各节点的应力集中系数。以寻找最近点的方式将无孔洞模型相应节点的应力值乘以不同的应力集中系数来体现孔洞的应力集中。若多节点映射到同一节点,则乘以多个应力集中系数的平均值;对距离边界较近的点,则乘以边界影响系数。结果材料内部孔洞的映射结果与实际计算结果误差小于8%;而对于自由边界孔洞聚集的情况,误差小于15%。结论映射算法能够有效表征3D打印材料孔洞的应力集中,以较小的成本获得含孔洞缺陷模型的应力分布。该算法为临床植入体优化设计及疲劳分析提供有限元结果。     

克氏针和绷带固定对微创术后拇外翻的生物力学影响

目的研究第1跖骨远端截骨后克氏针和绷带固定对拇外翻的作用效果。方法通过拇外翻的医学影像数据建立完整的三维足部有限元模型,此模型包括足骨、籽骨、软骨、韧带、软组织、跟腱等;分别建立克氏针和绷带固定的模型,分析拇外翻平衡站立时的足部受载特点。结果绷带固定下截骨之间的压应力(14.9 MPa)大于克氏针峰值应力(6.71 MPa)。从背侧、跖侧、内侧、外侧来看,克氏针固定对截骨面的稳定作用都优于绷带固定,更有利于截骨面的稳定。结论绷带固定可减少截骨端的愈合时间,有利于临床上拇外翻术后固定方式的优化选择。     

血管内皮细胞糖萼与脂蛋白

血管内皮细胞糖萼是位于内皮细胞表面的一层多糖蛋白复合结构,在内皮细胞表面形成选择性通透屏障。在对糖萼进行概述后,主要针对在流动剪切力作用下,糖萼与物质传输,尤其是与大分子物质如低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)的关系展开论述。其关系体现为:一方面,糖萼的厚度和完整性影响LDL的浓度极化及跨内膜输运;糖萼中的硫酸肝素蛋白聚糖参与残余脂蛋白代谢的全过程。另一方面,LDL的氧化产物ox-LDL会破坏内皮细胞糖萼层的主要成分硫酸肝素。研究糖萼与脂蛋白的关系,将为阐明动脉粥样硬化的发病机理提供新的线索,并为将糖萼作为新的防治靶点提供更多依据。     

血管内皮生长因子对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响

目的探究血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)对废用性骨丢失的影响。方法建立尾吊大鼠的动物模型,并随机平均分为尾吊盐水组、尾吊VEGF组、对照盐水组、对照VEGF组。实验过程中,每周两次对大鼠右腓肠肌注射VEGF或者等量的生理盐水,4周后通过micro-CT对大鼠胫骨近端进行扫描,以松质骨和皮质骨骨密度(bone mineral density,BMD)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)和结构模型指数(SMI)等松质骨微结构参数以及皮质骨厚度作为评价指标,探讨VEGF对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响。结果与对照组大鼠相比,尾吊组大鼠松质骨表观BMD、BV/TV、Tb.N以及皮质骨厚度均显著降低,Tb.Sp与SMI显著升高,尾吊会造成大鼠的骨丢失,而注射VEGF能够缓解尾吊大鼠松质骨的骨丢失。结论血供的改变可能与骨重建之间存在着一定的联系,改善血供有助于对抗废用性的骨丢失。     

人体仰卧位侧翻的动力学仿真及实验验证

仰卧位侧翻是预防长期卧床患者发生压疮的有效措施之一,对其进行动力学研究具有重要意义。基于解剖学理论,建立人体的动力学模型并进行平躺姿态、屈单膝姿态和侧抬单侧上下肢姿态三种常见仰卧位侧翻姿态的动力学仿真,得到三种姿态下侧翻时以胸部力、腰部力和大腿力为代表的驱动力的变化情况。为验证仿真的有效性,进行人体仰卧位侧翻的肌电力测量实验,得到与仿真胸部、腰部和大腿位置接近的胸大肌、腹外斜肌和大腿肌的肌电测量值。实验结果显示实验数据和仿真数据在范围和变化趋势方面一致。面向仰卧位侧翻的动力学仿真及实验研究结果,综合评价了三种姿态下的仰卧位侧翻运动中各个肌肉力的变化,对于人体侧翻运动机制的研究具有重要的意义。     

挤压疗法在血管病中的应用及研究进展

包括心脑血管疾病和下肢外周血管疾病在内的血管病严重威胁着人民生命健康,挤压疗法的出现对有效地预防和治疗这些血管病具有重要意义,其临床效果已经得到许多研究成果的证实。挤压疗法是一类通过挤压装置实现的无创物理疗法,典型的挤压治疗装置有:用于治疗多种缺血性疾病的体外反搏装置、用于治疗多种下肢外周血管疾病的间歇气动加压装置、用于治疗深静脉血栓等的逐级加压袜等。总结这几种典型的挤压疗法及其在心脑血管病和下肢外周血管病中的临床应用,并对其优势与局限性进行相应的分析,探讨开展生物力学研究的必要性和意义。