膝关节制动对髌韧带力学特性影响的实验研究

探讨膝关节制动对髌韧带力学特性和影响。我们将兔膝关节伸直位制动６周。然后对制动前后髌韧带的本构方程、极限强度、弹性模量、极限载荷等力学性进行研究．结果显示：正常组与制动组间髌韧带的应力－应变关系理论曲线有明显不同,其材料常数亦有显著差异;制动组髌韧带的极限强度张弹性模校正常组均有明显下降,其极限载荷下降不明显。上述结果表明膝关节制动使得髌韧带所受应力下降,为适应这种改变,组织将进行重塑,从而导致其     

兔髌韧带的非线性本构关系

目的：探讨免髌韧带的非线性本构关系。方法：对髌骨－髌韧带－胫骨组合体标本进行拉伸试验，根据实验数据类型，导出髌韧带的本构方程。结果：兔髌韧带的应力－应变关系可用指数函数来描述，其二个材料常数的值分别为：X1（MPa）＝0．1916±0．055、X2（无量纲）＝114．1930±23．0550，根据其本构方程所作的应力－应变关系理论曲线与实验数据之间拟合良好。结论：结果表明此本构方程是有效的，并可为今后的进一步研究提供必要的实用参数。     

保存时间对兔髌韧带压缩力学性能的影响

目的 研究保存时间对兔髌韧带压缩力学性能的影响,以期为韧带的离体保存提供参考信息。方法 通过万能拉伸试验机,测试兔髌韧带在-20℃下经不同保存时间(36 d内)后的压缩力学性能,通过扫描电镜观察胶原纤维的微观形态,差示扫描量热法检测胶原纤维的热焓和变性温度。结果 随着保存时间的增加,髌韧带在40%应变下压应力由19 kPa增至112 kPa,随后降至57 kPa。扫描电镜下观察发现,胶原纤维交联先增强后减弱。差示扫描量热法结果显示,热焓由59.47 J/g增至67.10 J/g,随后降至54.43 J/g;而变性温度由67.62℃增至77.28℃,随后降至64.10℃。结论 兔髌韧带在-20℃下保存,随着保存时间的增加,韧带的抗压强度先增强后减弱。该变化可能是胶原纤维的交联程度差异所致,胶原纤维的交联越强,压缩力学性能越强。     

非周期大强度运动训练对兔关节软骨压凹特性的影响

引言竞技体育运动员在大强度训练后出现关节的疼痛、僵硬、酸软等临床症候。一般认为长期大强度训练将增加骨关节炎的危险[1] 。已有的研究表明长期小至中等强度的周期性运动对关节软骨的结构和生物力学特性无明显影响[2～ 4 ] ,但长期大强度周期性运动则会引起关节软骨剪切模量下降[5] 。但是对于非周期性运动项目 ,特别是篮、排、足球等跑跳项目 ,由于其非周期运动的特点 ,关节软骨将承受冲击、扭转和剪切等载荷 ,长期从事这些运动项目将增加关节软骨损害的发生。因此 ,本研究将采用大强度动物跑跳训练模型 ,观察短期大强度训练对关节软骨…     

肌肉电刺激联合肌力训练对髌股关节痛患者膝关节生物力学特征的影响

目的 探讨6周肌肉电刺激联合肌力训练对髌股关节痛（patellofemoral pain,PFP）患者膝关节生物力学特征的影响。方法 招募46名PFP患者,随机分为肌力训练组（muscle strength training,MST）和肌肉电刺激联合肌力训练组（electrical muscle stimulation,EMS）,进行为期6周、每周3次的干预。通过膝前痛量表（anterior knee pain scale,AKPS）测试患者膝痛程度,通过红外动作捕捉系统、测力台以及表面肌电测试仪采集受试者干预前后落地起跳动作中膝关节运动学、动力学以及表面肌电数据,采用2×2混合设计方差分析确定两组干预前后各因变量之间的差异。结果 与干预前相比,EMS组AKPS评分、股内侧肌激活程度、股内外侧肌肌肉激活比值、膝屈曲最大角度和伸膝力矩峰值在干预后均显著增加,膝最大外展、外旋角度和力矩在干预后显著降低;MST组AKPS评分、膝屈曲最大角度和伸膝力矩峰值在干预后均显著增加,膝最大外展、外旋力矩在干预后显著降低;干预后组间比较发现,EMS组AKPS得分、股内侧肌激活程度和股内外侧肌肌肉激活比值均显著高于MST组,且膝外展最大角度显著低于MST组。结论 肌肉电刺激联合肌力训练有助于更好地平衡股内外侧肌肌肉激活,纠正跳跃落地动作时膝关节产生过大的外展角度,进而可能更有助于改善PFP患者的疼痛及下肢功能。     

膝关节后交叉韧带损伤对侧副韧带生物力学的影响

背景：目前对膝关节后交叉韧带损伤后的研究多集中于软骨、后外侧结构及关节的松弛度等方面。 目的：观察后交叉韧带断裂对膝关节内、外侧副韧带生物力学的影响。 方法：取12具正常成人新鲜尸体膝关节标本,在200 N载荷下,测试膝关节屈曲0°,30°,60°,90°位时,内、外侧副韧带中点的应变,后将12具标本的后交叉韧带全部切断再进行相同的测试。 结果与结论：膝屈曲0°和30°位时,后交叉韧带断裂前后内、外侧副韧带中点的应变均为压应变,且差异无显著性意义 (P > 0.05);膝屈曲30°~90°位时,内侧副韧带中点的应变随着角度增加而逐渐增大;膝屈曲60°和90°位时,后交叉韧带断裂后拉应变较断裂前明显增大(P < 0.05),其中内侧副韧带中点的应变均为拉应变,而外侧副韧带中点的应变在后交叉韧带完整情况下膝屈曲60°时为压应变。说明后交叉韧带完全断裂对30°内的膝关节运动无明显影响,但是随着屈曲角度的增加,内、外侧副韧带受到的影响逐渐增大。     

不同股骨止点对内侧髌股韧带重建后髌股关节应力影响的三维有限元分析

背景：髌股韧带重建有多种手术方式,其中股骨止点选取对手术实施影响较大,目前针对股骨止点的选取有多种方式,但无定论。目的：通过三维有限元软件分析膝关节不同屈曲状态下内侧髌股韧带（MPFL）股骨重建止点位置改变对髌股关节应力的影响,从而选择出合理准确的股骨重建止点。方法：获取成年人正常膝关节CT数据,导入Mimics、Geomagic及Soildworks软件进行提取模具、添加韧带,其中韧带的股骨止点选择分别为股骨内上髁与内收肌结节连线的中点、股骨内上髁、内收肌结节、股骨髁间窝顶部向内髁投射点和内收肌结节下10 mm,再将添加韧带后的模具导入机械软件Ansys,对不同股骨止点重建后髌股关节应力进行生物力学的有限元分析。结果与结论：（1）在膝关节屈曲0°和30°时,选取任一股骨止点产生的髌股关节应力大于其他屈曲角度（60°,90°,120°）;无论采取哪种位点作为股骨端止点,当膝关节屈曲超过30°时,髌股关节间的接触应力大小基本无差别;（2）在膝关节屈曲0°和30°时,以内收肌结节为止点的髌股接触压力最大,以股骨内上髁与内收肌结节连线的中点为止点的接触力最小;在膝关节屈曲30°时,股骨内上髁...     

顺轴疲劳运动对兔髌股关节软骨损伤的影响

背景:以髌股关节软骨损伤为主要特征的疾病临床发病率高,但目前的研究对其病因认识不足。过度活动是临床广泛认可的病理机制之一,对认识髌股关节损伤的发生与发展有重要的意义。目的:观察顺轴疲劳运动对髌股关节软骨的影响,探究疲劳运动对兔髌股关节软骨造成的损害,为了解过度活动对髌股关节软骨病变的影响提供实验依据。方法:将8只新西兰大耳白兔适应性饲养1周后,选取右后膝为实验侧,将右后膝固定于造模机上进行顺轴疲劳运动,活动角度设置为0°-95°,活动频率为60次/min,每天活动90 min,持续2周;左后膝不做处理。造模结束后采集动物膝关节MRI图像,之后麻醉处死动物并取材,对髌股关节进行软骨组织切片观察以及软骨Mankin评分。结果与结论:(1)实验侧髌骨软骨出现明显的损害;(2)顺轴疲劳运动2周后,实验侧髌骨软骨颜色晦暗、可见裂隙存在,髌骨软骨面粗糙,髌骨-股骨接触面边缘增生;对照侧没有发现明显的软骨退变;(3)膝关节MRI结果显示,实验侧髌骨软骨信号不均匀;(4)苏木精-伊红染色后,光镜下观察实验侧软骨表面不光滑,可见软骨细胞增殖,排列紊乱,多条潮线;实验侧Mankin评分明显高于对照侧,差异...     

腰椎全韧带叠加损伤对腰椎生物力学特性的影响

背景：韧带是稳定腰椎的重要结构,随着年龄的增长韧带容易发生退行性变化,目前关于腰椎韧带的研究较少。目的：探究在一定的韧带损伤顺序下,前屈、后伸、侧弯、扭转4种运动状态时,不同韧带叠加损伤的组合对腰椎生物力学特性的影响。方法：建立L₄-L₅节段腰椎有限元模型,施加相应的力矩模拟前屈、后伸、侧弯、扭转4种运动状态,按顺序进行韧带的组合损伤,得到腰椎的活动度及各个韧带的应力。结果与结论：(1)每去除一根韧带,剩余韧带应力会增加,4种工况下都是关节囊韧带所受应力最大,尤其是前屈时;随着韧带的去除,腰椎活动度也在不断增加;(2)前屈时,去除第一根韧带关节囊韧带后,剩余韧带应力变化平均值最大,其次是去除棘上韧带后;去除关节囊韧带后,腰椎活动度变化率最大,去除后纵韧带后,腰椎活动度变化率最小;(3)后伸时,所有韧带都是在去除关节囊韧带后应力变化率最大,去除关节囊韧带后,腰椎活动度变化率最大,去除后纵韧带后,腰椎活动度变化率最小;(4)侧弯时,棘间韧带的应力变化率在去除横突韧带后减小,棘上韧带此时增加较多,去除关节囊韧带和去除横突韧带后,活动度变化率有较大的...     

有限元法预测运动护膝在不同运动状态下对膝关节韧带的影响

背景：膝关节韧带是维持膝关节运动稳定性的重要组成部分,在人体运动过程中极易受到损伤,运动护膝常用于预防膝关节运动损伤,但其防护性能未能明确。目的：建立健康成年人的膝关节有限元模型及运动护膝模型,运用有限元法预测运动护膝在不同运动状态下对膝关节韧带的影响,以Von Mises等效应力为观察指标,探讨不同材料运动护膝的防护性能。方法：以1名男性健康志愿者的CT影像为数据来源,利用Mimics、Solidworks、Abaqus等软件获得膝关节有限元模型及运动护膝模型;以股骨内外髁中点为参考点施加后向134 N集中力,模拟临床前抽屉实验,获取股骨相对位移及主要韧带的生物力学响应,验证膝关节模型的有效性;给运动护膝施加位移载荷,模拟膝关节直立位穿着护膝的状态,并与服装压力测试结果进行对比,验证膝关节-护膝模型的有效性;分别在无护膝和两种不同材料护膝作用下模拟膝关节屈曲0°,30°,60°运动,分析不同载荷下前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带及外侧副韧带的应力应变情况。结果与结论：(1)在0°,30°,60°屈曲角度下,并且施加320 N垂直压缩力及134 N股骨后向推力后,相较于裸膝,穿着两种...     

递增负荷连续离心训练及中医方法对骨骼肌生物力学特性的影响

作者对兔胫骨前肌（TA），伸趾肌（EDL）连续6天和12天递增负荷离心训练同时施以内服中药，外敷中药，内外联合用药三种恢复方法，通过对连续离心训练的作功和力矩以及EDL流变特性观察，发现中医恢复方法对连续离心训练的肌肉疲劳有一定恢复作用，对离心训练造成的肌肉粘弹性降低有明显恢复作用。     

膝横韧带和板股后韧带的解剖观察

目的 :观测膝横韧带和板股后韧带的起止和大小 ,为临床膝关节疾病的诊治提供解剖学资料。方法 :对 5 6例经福尔马林固定的膝关节进行大体解剖和测量 ,统计学处理数据。结果 :膝横韧带呈圆索状 ,横行连结两侧半月板的前端 ,其出现率为 (64.3± 6.4) %长 (3 8.4± 4.2 )mm ,宽 (4 .2± 0 .3 )mm厚 (3 .2± 0 .2 )mm。板股后韧带起自外侧半月板的后缘 ,沿后交叉韧带的后方 ,斜向内上方 ,止于股骨内侧髁内侧面 ,其出现率为 (85 .7± 4.7) % ,长(2 4.2± 4.4)mm ,宽 (5 .2± 0 .3 )mm ,厚 (4 .2± 0 .2 )mm。结论 :膝横韧带和板股后韧带较为恒定 ,对膝关节的稳定起一定作用 ,临床上应予注意     

髌骨矢状面截骨术对髌骨倾斜病理应力分布的生物力学影响

目的：研究髌骨矢状面截骨术对髌骨倾斜病理应力分布的影响。方法：采用手术方法将七具新鲜人尸体膝关节标本的髌骨外侧支持带紧缩，造成髌骨过度外侧倾斜，然后进行四个不同截骨角的髌骨矢状面截骨术。股四头肌腱加载200N。分别于正常状态、髌骨倾斜、截骨5°、10°、15°、20°六种工况下，应用压敏片测量髌股关节接触压力与面积。摄屈膝45°Merchant髌骨轴位片，测量髌骨倾斜角，了解髌骨倾斜程度。结果与结论：髌骨倾斜后，髌骨内侧接触面积与压力均减少，外例接触面积与压力均增加，屈膝30°时最显著。截骨10°以上，明显改善了髌骨倾斜的应力分布，其中截骨15°改善较为理想。本实验结果为临床上髌骨矢状面截骨术中截骨角的选择提供了可靠依据。     

低钙饮食对雌雄大鼠股骨生物力学特性的影响

目的 评价低钙饮食对雌雄大鼠股骨生物力学性能的影响,并比较雌雄大鼠间的差异。方法 3月龄SD雌雄大鼠各30只,按性别随机分成对照组(Ca1.0％)、极低钙组(VLCD)(Ca 0.1％)、低钙组(LCD)(Ca 0.3％)。三月后处死大鼠,取左侧股骨,行股骨三点弯曲实验。结果 VLCD和LCD组雌性大鼠各生物力学指标与对照组相比无显著性差异。雄性大鼠LCD组与对照组差异无显著性,而VLCD组生物力学指标如极限载荷、极限强度、破坏时能量吸收以及刚度系数均较对照组显著降低。结论 低钙饮食对雄性大鼠骨生物力学的     

下胫腓联合分离内固定术式的生物力学研究

目的　探讨下胫腓联合分离采用新型内固定术式———下胫腓钩板固定器 (Hook -platefixation ,HPF)的生物力学特性 ,与螺钉、钢板和带钩固定器三种内固定方式比较 ,为临床提供科学依据。方法　采用新鲜成人尸体足标本 6具 ,运用生物力学实验应力分析方法和压敏片技术 ,测量不同内固定术式的远端胫腓骨强度、应变、负重面积、接触应力和足弓承载能力及踝关节稳定性的变化。结果　新型下胫腓钩板固定器内固定术式无论在胫腓骨强度和刚度、负重面积、接触压力、足弓的变形、移位强度和刚度、承载能力以及踝关节的稳定性方面均优于其它三种内固定术式 ,具有显著性差异 (P <0 .0 1)。结论　实验结果表明 ,采用下胫腓钩板固定器 (HPF) ,既有利于提高生物力学性能 ,又有利于改善踝关节的稳定性 ,与传统手术方式相比可减少一次手术 ,避免了断钉等并发症 ,且能有效地提高足部承载能力 ,是下胫腓联合分离内固定的一种优良术式     

中医推拿间歇拔伸颈椎应力分析及对VBI即时作用观察

本文对中医推拿颈椎间歇性拔伸手法进行了生物力学分析，从理论上证实了该手法对颈椎产生的应力分布符合临床对力学的要求。对椎基底动脉缺血型（ＶＢＩ）颈椎病施行该手法，即时ＴＣＤ检查提示血流参数等有显著性改善，说明间歇性拔伸手法对ＶＢＩ有很好的疗效。     

静脉瓣膜的生物力学特性初探

本文通过不同部位静脉瓣膜的拉伸、滞后、压力松弛实验,表明静脉瓣膜的加载卸栽滞后现象和不同部位静脉瓣膜具有不同的抗张能力,作出对静脉瓣膜的生物力学性质的探索,为人造静脉瓣膜材料选择决定,提供参考指标。     

软骨Ⅱ号方对兔骨关节炎软骨承受压缩载荷的影响

目的：设计关节软骨的单向压缩实验,观察以中医学柔肝为治法的中药软骨Ⅱ号方对实验性家兔骨关节炎关节软骨生物力学性能的影响并探讨本方的作用机制。方法：按Hulth法建立家兔骨关节炎动物模型,并随机分为正常组、模型组、西药组（维骨力）、中药组（软骨Ⅱ号方）。用环氧树脂塑造与关节软骨表面紧密贴切的顶盖与底座,顶盖用以提供机器加载时的施力作用面并消除因关节软骨表面平坦度的差异所带来的随机误差,底座用以限制标本的滑动。测试前揩干软骨表面水份,用电子游标卡尺测算标本平均厚度为1.0mm,设定机器的恒定加载形变为0.5mm,恒定加载时间为2min,在AG－100KNA岛津万能试验机下进行单向压缩实验,同时自动描记形变－载荷曲线。结果:民空白组相比,模型组0.5mm形变对应的载荷值及硬度值明显降低（P＜0.05）,与模型组及西药组相比,中药组0.5mm形变对应的载荷值及硬度值明显升高（P＜0.05）。结论：实验设计体现了关节软骨的生物力学性能,软骨Ⅱ号方明显提高了软骨抗压缩载荷的能力,改善了关节软骨的生物力学性能,其机制可能与改善胶原－蛋白多糖的结构有关。