力学加载大小对去势大鼠骨组织形态计量学影响的实验研究

观察不同强度的力学加载对去势大鼠骨组织形态计量学参数的影响。取35只9月龄雌性SD大鼠,随机分为5组,即假手术组,去势对照组,去势加载1N组、去势加载2N组、去势加载4N组。加载组大鼠加载4周后处死,取胫骨上端松质骨进行树脂包埋,不脱钙切片。观察骨组织形态计量学参数。结果表明：加载组大鼠的骨小梁面积百分率、骨小梁厚度、骨小梁数量明显高于去势对照组,骨小梁分离度明显低于去势对照组。动态参数显示,去势组大鼠的骨转换明显高于去势加载组和假手术组。随着载荷的增加,大鼠骨形态计量学的各个参数和骨的微观结构均有所改善。说明力学加载对去势大鼠骨组织微观结构有较大的改善,能够有效地减少骨量的丢失,减缓由于去势引起的骨质疏松的进程。     

力学载荷对骨力学性能影响的研究进展

目的：概述力学载荷影响对骨力学性能的影响。方法：查阅近年来国内外载荷影响骨力学性能的相关文献,探讨载荷影响骨生长的可能机制,对相关方向的最新研究进行总结。结果：骨组织受外部应力的影响,应力对骨生长、Modeling（构建）和Remodeling（重建）起着调节作用。结论：特定的生物力学环境能够对保持骨的结构与强度起到积极作用,合适强度和频率的载荷可以提高骨的力学性能,从而预防骨质疏松的发生及缓解骨质疏松带来的危害。     

不同剂量糖皮质激素对大鼠骨密度和生物力学性能的影响

目的通过双能X射线骨密度仪(dual energy X-ray absorptiometry,DXA)、骨生物力学测试及骨组织计量学等方法研究不同剂量糖皮质激素摄入对正常3月龄大鼠骨骼的影响。方法 31只SPF级3月龄SD雌性大鼠,随机分为正常对照组、地塞米松(Dex)1、2.5、5 mg/kg组,每周尾静脉注射给药2次,共8周,对照组给予生理盐水对照。给药结束后,离体股骨和第3腰椎通过DXA进行骨矿含量(bone mineral content,BMC)、骨矿密度(bone mineral density,BMD)测定,全股骨和第5腰椎分别进行三点弯曲和压缩力学实验,并通过骨组织病理切片观察胫骨近端骨小梁的显微结构并定量分析。结果与正常组相比,所有激素组大鼠体重均明显降低,腰椎BMC、BMD及最大压缩载荷均未明显下降,全股骨BMC均有所降低,但只有Dex 1 mg组全股骨和股骨远端、近端BMD降低;Dex 1 mg组三点弯曲实验断裂载荷、最大载荷和弹性载荷都明显降低,而Dex 2.5 mg、Dex 5 mg组只有弹性载荷仍低于正常对照组。激素组骨小梁有空间密度分布不均现象,骨代谢处于低转换。结论应用糖皮质激素8周对3月龄大鼠骨骼的不利影响股骨较腰椎明显,股骨骨量丢失,力学性能下降,两者均无剂量依赖性。更高剂量Dex并没有增加骨量丢失和力学性能改变。力学性能特别是弹性载荷下降以及骨小梁密度分布不均,提示糖皮质激素更多的是引起骨质量下降。临床上应用糖皮质激素时,应使用多种方法评价其对骨骼的副作用。     

仙珍骨宝干预泼尼松诱发大鼠的骨丢失

背景：仙珍骨宝胶囊由蛇床子、淫羊藿等制成,对糖皮质激素、维甲酸等诱发的骨质疏松有一定的预防作用。 目的：建立泼尼松诱发大鼠骨质疏松模型,通过骨形态计量学和骨生物力学等方法探讨仙珍骨宝对大鼠不同部位骨骼的影响。 方法：32只SD大鼠随机分成对照组、模型组和仙珍骨宝高、低剂量组。后3组给予泼尼松3.5 mg/(kg•d)灌胃建立骨质疏松模型。仙珍骨宝高、低剂量组大鼠在泼尼松灌胃1 h后给予仙珍骨宝胶囊0.95 g/(kg•d)、0.475 g/(kg•d)。 结果与结论：与对照组比较,模型组大鼠股骨骨密度、弹性载荷、最大载荷和断裂载荷均下降,胫骨上段动态参数标记周长百分数、骨表面形成率、骨转换率均降低,但静态参数骨小梁面积百分数、骨小梁数量、骨小梁厚度和骨小梁分离度无明显变化。胫骨中段皮质骨形态计量学参数均无明显变化。与模型组比较,仙珍骨宝高剂量组股骨密度、骨生物力学参数,胫骨上段标记周长百分数、骨表面形成率和骨转换率增加,但胫骨中段的骨形态计量学参数无明显变化。与模型组比较,仙珍骨宝低剂量组各项参数均无明显变化。提示高剂量仙珍骨宝促进骨形成,可预防泼尼松所致大鼠股骨骨密度及生物力学的降低,但对胫骨中段皮质骨无明显影响。     

去卵巢联合糖皮质激素诱发兔骨质疏松模型的研究

目的建立去卵巢联合糖皮质激素致兔骨质疏松模型,探讨去卵巢联合糖皮质激素对兔骨代谢的影响。方法将18只新西兰雌兔随机分为3组:假手术组(SHAM,生理盐水5 ml·kg-1·d-1);去卵巢组(OVX,生理盐水5 ml/kg/d);去卵巢联合糖皮质激素组(OVX+GC,地塞米松1 mg·kg-1·d-1)。实验第0、3和6周,检测各组大白兔腰椎(3~6)和右侧股骨的骨密度。实验结束时,取右侧股骨进行生物力学检测;取第3腰椎进行骨组织形态计量学检测。结果与SHAM组相比,OVX+GC组大白兔骨密度、骨生物力学性能(最大载荷、断裂载荷等)、骨小梁面积百分数、骨小梁厚度和骨小梁数量均显著降低(P<0.05),骨小梁分离度显著升高(P<0.05),而OVX组大白兔的均无显著差异。结论去卵巢联合糖皮质激素法建立兔骨质疏松模型切实可行,而且效果优于单纯去卵巢兔骨质疏松模型。     

仙灵骨葆对尾悬吊拟失重大鼠骨量丢失的抑制

背景：以淫羊藿苷为主要成分的中药制剂仙灵骨葆具有促进骨形成的作用。 目的：观察仙灵骨葆对尾悬吊拟失重大鼠骨量丢失的抑制作用及机制。 方法：将SD大鼠随机分为正常对照组、拟失重组、仙灵骨葆组,后两组大鼠采用尾悬吊法模拟失重,仙灵骨葆组悬吊同时灌胃给予仙灵骨葆250 mg/(kg•d),拟失重组悬吊同时灌胃给予双蒸水,4周后取右侧股骨行骨密度、三点弯曲生物力学及骨组织形态计量学检测。 结果与结论：正常对照组骨密度、胫骨近端骨小梁相对体积、骨小梁厚度、骨小梁数量、生物力学最大载荷显著高于拟失重组、仙灵骨葆组(P < 0.05)。仙灵骨葆组胫骨远端1/4骨密度、胫骨近端骨小梁相对体积显著高于拟失重组(P < 0.05),生物力学最大载荷也高于拟失重组,但差异无显著性意义。说明仙灵骨葆灌胃干预可促进松质骨的骨形成,部分阻止拟失重大鼠骨量的丢失。      

中等强度运动训练结合仙灵骨葆胶囊对去势大鼠骨代谢的影响

目的 观察中强度运动训练结合仙灵骨葆胶囊对去卵巢大鼠骨密度（bone mineral density, BMD）、骨代谢及股骨生物力学的影响,为防治骨质疏松提供实验室参考。方法 50只雌性SD大鼠随机分为5组,每组10只。A组为正常对照,B组切除卵巢1周后灌胃给予1 mL生理盐水,C组切除卵巢1周后进行中等强度的运动训练（运动速度为20 m/min,每天持续时间为60 min,连续5 d/周）,D组切除卵巢1周后灌胃给予1 mL仙灵骨葆胶囊［0.4 g/(kg·d)］,E组切除卵巢1周后灌胃给予1 mL仙灵骨葆胶囊+中等强度的运动训练,连续治疗8周后,进行血液生化指标检测,以及股骨、L5椎体BMD、Micro-CT检测与生物力学检测。结果 与B组比较,C～E组的血液生化指标均有不同程度的改善,L5椎体、股骨骨密度升高,股骨（或L5椎体）的骨体积分数、骨小梁数目、骨小梁厚度升高,骨小梁间隙与结构模型指数降低,L5椎体最大载荷、最大挠度及最大应力升高,股骨最大载荷、弹性载荷、弹性挠度、弹性模量、弹性应力、最大应力及弹性挠度升高,其中均以E组效果最明显。结论 中等强度运动训练结合仙灵骨葆胶囊治疗可提升去卵巢大鼠BMD,改善骨代谢与骨微结构,提高骨力学性能,两者具有协同作用。     

不同角度载荷下股骨头骨小梁的生物力学特性

目的 探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法 利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登（Garden）对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数（BV/TV）、骨表面积/骨体积（BS/BV）、骨小梁平均厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁间距（Tb.Sp）等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果 加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。     

不同角度载荷下股骨头骨小梁的生物力学特性

目的探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登(Garden)对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数(BV/TV)、骨表面积/骨体积(BS/BV)、骨小梁平均厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。     

不同角度载荷下股骨头骨小梁的生物力学特性

目的 探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法 利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登（Garden）对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数（BV/TV）、骨表面积/骨体积（BS/BV）、骨小梁平均厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁间距（Tb.Sp）等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果 加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。     

松质骨骨小梁的微观构筑对骨质力学强度影响的实验研究

目的　观察骨质疏松和非骨质疏松状态的松质骨的三维微观结构对其骨强度的影响。方法　16只雌性成年绵羊随机分为去势(OVX)组（8只）和假手术(Sham)组（8只）。OVX组行双侧卵巢切除术，假手术组仅显露双侧卵巢，术前测定腰椎竹密度(BMD)。术后12个月处死动物，测定腰椎的BMD，用环钻钻取椎体松质骨，并行MicroCT分析及生物力学测试。结果　去势12个月后，OVX组的BMD较Sham组显著降低。松质骨的骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)较Sham组显著降低，表面积体积比(BS/BV)和骨小梁分离度(Tb.Sp)较对照显著增高。生物力学测试表明，去势12个月后，OVX组松质骨的力学强度显著下降。骨小梁的力学强度与骨小梁厚度(r=0.945，R^2=0.886)、骨体积分数(r=0.783，R^2=0.586)及面积体积比(r=0.643，R^2=0.372)呈线性相关。结论　骨小梁的三维微观结构改变可以影响松质骨的力学强度，两者之间具有一定的线性关系。     

各向异性松质骨弹性性能有限元分析

骨质疏松会导致松质骨细化从而降低松质骨力学性能。为了评估椎体松质骨的力学特性,文中采用有限元参数化建模,利用十四面体模型模拟棒状小梁骨的微结构,对各向异性松质骨的弹性性能进行了计算分析。通过控制输入参数Tb.Th、Tb.Sp、E0模拟不同骨质疏松程度的松质骨。计算结果表明,松质骨模量与骨体积分数呈平方律关系;随着各向异性比的增加,松质骨纵、横向模量间的比值呈线性增加,而横向两个模量保持基本一致。结果说明该微结构模型较好地反映了松质骨的横观各向同性性质,并能较好地反映受载松质骨的应力分布。     

骨质疏松患者股骨头不同区域骨结构与生物力学分析

目的探讨老年股骨颈骨折病人的股骨头样本各个区域的结构和生物力学性能差异,研究不同区域显微结构和生物力学特征及其对内固定物的影响。方法收集20个老年股骨颈骨折病人关节置换术后股骨头标本,以股骨头表面解剖标志点为参照,将股骨头按平分方法分为外侧、内侧、中间三部分。确定环钻的位置和钻取方向,用环钻于不同区域钻取直径10 mm、高10 mm圆柱形松质骨柱。通过Micro-CT系统扫描分析,分析不同区域内松质骨柱数据,包括骨体积分数(BVF)、骨小梁间隙(Tb.Sp)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)、骨表面积体积比(BS/BV)、结构模型指数(SMI)。应用微有限元计算不同区域骨组织的力学差异。结果老年股骨头颈内骨质含量下降,显微结构和生物力学性能区域变化明显,中间区域的骨结构和力学性能明显优于内侧和外侧。结论股骨头中间部位骨骼结构和力学强度明显优于内侧和外侧,在临床治疗骨质疏松股骨颈骨折的时候需要充分考虑内固定的部位。     

卵巢切除及雌二醇对大鼠腰椎松质骨微结构的作用及其生物力学性能的分析

应用micro-CT获得腰椎松质骨微结构的三维参数,分析卵巢切除术与雌二醇干预对大鼠松质骨微结构及整体骨生物力学性能的作用,初步讨论松质骨微结构的改变对生物力学性能的影响.6月龄未交配雌性SD大鼠30只,随机分成3组(每组10只):假手术对照组(Sham)、去卵巢组(OVX)和去卵巢 补充雌二醇组(EBT).术后相同条件饲养5个月,取第3腰椎进行生物力学压缩试验,第4腰椎行micro-CT扫描.结果表明,与相应的Sham组比较,OVX组的BV/TV、Tb.N均明显下降,Tb.Sp和SMI明显增高.EBT组的BV/TV、Tb.N和Tb.Th均大于OVX组,Tb.Th和SMI明显小于OVX组.骨力学性能检测显示OVX组腰椎松质骨E、Fmax和σmax均明显降低,而EBT组上述骨生物力学参数均明显改善.通过micro-CT获得的骨微结构参数并结合骨力学性能检测能为合理评价骨质疏松及抗骨质疏松药物药效研究提供较好的实验依据.     

Lumbar Vertebral Body Bone Microstructural Scaling in Small to Medium‐Sized Strepsirhines

Bone mass, architecture, and tissue mineral density contribute to bone strength. As body mass (BM) increases any one or combination of these properties could change to maintain structural integrity. To better understand the structural origins of vertebral fragility and gain insight into the mechanisms that govern bone adaptation, we conducted an integrative analysis of bone mass and microarchitecture in the last lumbar vertebral body from nine strepsirhine species, ranging in size from 42 g (Microcebus rufus) to 2,440 g (Eulemur macaco). Bone mass and architecture were assessed via µCT for the whole body and spherical volumes of interest (VOI). Allometric equations were estimated and compared with predictions for geometric scaling, assuming axial compression as the dominant loading regime. Bone mass, microarchitectural, and vertebral body geometric variables predominantly scaled isometrically. Among structural variables, the degree of anisotropy (Tb.DA) was the only parameter independent of BM and other trabecular architectural variables. Tb.DA was related to positional behavior. Orthograde primates had higher average Tb.DA (1.60) and more craniocaudally oriented trabeculae while lorisines had the lowest Tb.DA (1.25), as well as variably oriented trabeculae. Finally, lorisines had the highest ratio of trabecular bone volume to cortical shell volume (～3x) and while there appears to be flexibility in this ratio, the total bone volume (trabecular + cortical) scales isometrically (BM^1.23, r² = 0.93) and appears tightly constrained. The common pattern of isometry in our measurements leaves open the question of how vertebral bodies in strepsirhine species compensate for increased BM. Anat Rec, 2013. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.     

骨组织的多层次生物力学特性及本构关系

骨组织是人体主要的承重器官,其承载能力与自身生物力学特性密切相关。作为一种复杂的多层次生物材料,骨组织的生物力学特性由其自身结构和生物学特性等因素共同决定。在不同程度的力学载荷下,骨组织表现出不同的生物力学特性。因此,深入研究骨组织不同层次的生物力学特性,构建能够反映骨组织生物学特性的本构关系,量化骨组织对力学载荷的响应,实现从骨组织生物力学特性到力学生物学特性的研究,为临床治疗提供精确的理论依据,一直以来都是研究者关注的重点。基于骨组织多层次生物力学特性,对近年来骨组织本构方程的相关研究进行归纳总结。     

去卵巢大鼠椎骨组织形态计量学、生物力学特点及相关性研究

采用骨组织形态计量学、骨生物力学和骨矿含量测定等方法研究 10 .5月龄至 16月龄 SD大鼠和双侧卵巢去除术后椎骨的骨质量变化以及它们之间的相关关系。雌性 SD大鼠随机分为 6组 :(1) 10 .5月龄基础组 ;(2 )13月龄假手术组 (sham - 1) ;(3) 13月龄去卵巢组 (OVX- 2 ) ;(4) 16月龄假手术组 (sham - 2 ) ;(5 ) 16月龄去卵巢组(OVX- 2 )和 (6 )雌激素治疗组 :去卵巢 10周后给予雌激素治疗 12周 (OVX- 2 +EE)。所有大鼠在处死前 14、13d和4、3d分别皮下注射四环素和钙黄绿素作体内荧光标记。实验终止时取大鼠第 4腰椎行骨组织形态计量学测量 ,第5腰椎体作试件压缩试验 ,试验后的椎体进行骨矿物元素测定。结果发现 10 .5月龄至 16月龄大鼠椎体骨干重、冠状径、骨小梁面积骨小梁厚度有增加趋势 ,骨的破坏荷载 ,破坏应力和弹性模量也有增加趋势 ,以 13月龄为高峰值。去卵巢 10周后 ,上述指标明显下降 ,2 2周后 ,下降更明显。雌激素治疗后上述指标明显改善。相关研究表明 ,骨小梁面积与骨的破坏应力呈正相关 (P<0 .0 5 ) ,而骨的破坏应力又与骨矿 (主要成分 Ca)含量呈正相关 (P<0 .0 1)。去卵巢后 ,骨小梁面积的下降比骨破坏应力的下降更明显 ,出现的时间更早。本研究表明 ,骨组织形态计量学检测和骨生物力学检