力学生物学在骨与软骨研究中的应用

随着细胞和分子生物学的发展，生物力学（biomechanics）的研究已从器官、组织水平深入到细胞、分子、基因水平，由此产生了一门新兴的交叉学科——力学生物学（mechanobiolosy）。虽然从字面上看，力学生物学仅改变了生物力学的词序。但是其概念和内涵与生物力学有很大的区别。本文将以骨与软骨为例，概要介绍力学生物学在骨骼肌肉系统方面的研究进展与尚待解决的问题，并对这一新兴研究领域的发展前景作一展望。     

生物力学研究文稿的写作须知

骨伤科生物力学是一门新兴的边缘学科 ,是力学、物理学、解剖学、生理学等多门学科的交叉学科。由于生物力学等边缘学科的迅速发展 ,给骨伤的救治 ,正确、合理、有效地治疗提供可靠的理论依据。为此 ,我刊专设了“生物力学研究”栏目 ,为使该栏目文章便于广大读者阅读和理解 ,要求有关生物力学实验和计算的文章 ,必须有力学实验模型或力学计算模型 (注意说明计算的边界条件和初始条件 ) ;并提供有关实验装置原理的示意图或受力分析图。欢迎赐稿生物力学研究文稿的写作须知@本刊编辑部     

工程化骨组织三维构建中的力学生物学研究进展

骨结构决定骨能承受的载荷,载荷能改变骨的结构和形态.力学生物学已被证实是研究骨组织牛长、重建的一个重要手段.骨生物力学主要研究力学在骨组织运动和结构功能方面所起的作用,而力学生物学是研究骨组织在生长、维持、适应过程中细胞对力学环境的主动响应.     

骨科生物力学的发展现况

近年来,骨科生物力学的相关议题在各领域持续发展,同时亦有许多令人振奋的新发现。由于时代变迁与设备的改良,骨科研究的范围变得相当广泛,议题有小至细胞的力学刺激响应,亦有大至肢体的动作分析。生物学与力学间的关系可谓是近来最热门的课题,而相关的新兴研究报告包含应用骨与软骨病理学的遗传基础探讨骨质疏松及退化性关节炎等常见的病症机制。其它热门探讨的骨骼肌肉相关议题包括组织工程、生物医学材料的应用、肌腱与韧带的修补、人工植入物以及显微组织的力学性质。此外,目前有许多跨领域的骨科相关研究议题,如以不同形态的力学环境刺激细胞,观察其生理变化及回应。而部分新的研究方法包括以计算机(如有限元素模型)模型的模式模拟显微构造(如松质骨架构)的力学机制及一些相对长期的活体研究。骨科生物力学是一门相当广泛的科学,其主要是促进临床手术技术、手术器械以及人工植入物的进步,如骨折固定模式、人工关节组件设计、义肢等方面均是骨科生物力学对于临床的主要贡献。     

力学环境对骨折愈合图式的影响

骨折愈合过程涉及到纤维组织、软骨和成骨等相关基因的有序表达,是一个复杂而高度有序的细胞、分子反应过程,是一个复杂的组织学、生物学、内分泌学问题,其先决条件是有良好反应能力的生物学环境~([1,2]).同时,骨折愈合是一个对力学变化高度敏感的生物学修复过程,这一过程的顺利完成需要有一个理想的生物力学环境~([3]).有众多研究证明,骨折断端优良的力学环境,比如说微动可以促进骨痂的形成和钙化,加速骨折愈合~([4]).然而,什么样的生物学和力学环境是理想的,力学环境对于骨愈合过程的影响机制等问题,长期以来深深地吸引并困扰着研究者和临床医生,迄今为止,我们对其理解还十分有限,需要长期、深入的系统研究~([5,6]).     

骨科生物力学研究的测量方法学专家共识

骨科生物力学是以骨骼肌肉系统为对象,利用生物力学的方法将工程原理,尤其是机械力学原理应用于临床医学来解决骨科所遇到的问题的一门生物力学领域中相当重要的分支学科。骨科生物力学研究中常通过测试和测量骨、骨骼肌、肌腱和韧带、关节、脊柱等骨骼肌肉系统的力学特性参数,对标本进行综合评价。骨科生物力学测试测量方法包括机械测试方法、接触式测量方法以及非接触式测量方法。机械测试方法包括拉压试验、弯曲试验、扭转试验、纯剪切试验、疲劳试验、拔出试验、阻力矩试验、微力学试验等。接触式力学测量方法包括电阻应变测量方法、硬度测试方法等。非接触式力学测量方法包括光测法、声测法以及磁测法等。此外,还有计算机三维图像重建和有限元分析方法、分子生物力学研究方法以及三维捕捉和步态分析方法。上述方法在骨科生物力学研究的测试和测量中有各自的应用范围以及各自的优点以及不足。本文通过对这些方法的原理、应用范围以及优缺点的介绍,给相关领域研究者们提供方法学的指引,以便于在骨科生物力学研究中选择合适的测量方法。     

基础骨生物力学(一)

基础骨生物力学（一）崔伟，刘成林骨生物力学是生物力学的分支，它以工程力学的理论为基础，研究骨组织在外界作用下的力学特性和骨在受力后的生物学效应，是对骨质量进行评定的一种可靠方法。虽然骨密度的测定常常被用于评定骨脆性和对骨折危险性进行预测，但大量的动物...     

新书速递

骨骼衰老与骨质疏松症:生物力学和力学生物学(对力学生物学、组织工程学和生物材料的研究)Silva MJ,Guo XE编著ISBN-10:3642180523ISBN-13:978-3642180521Springer出版社2011年8月出版$139.00300页本书重点关注与衰老和骨质疏松症相关的骨骼脆性力学,主要包括:与年龄相关的骨小梁结构和强度改变     

周围神经的生物力学研究进展

医用生物力学是把生物力学的研究范围限定在病理、生理及临床诊断、治疗过程中遇到的各种与力学有密切关系的问题。近年来 ,在微循环力学、肌肉力学、心脏力学、血液动力学等方面部有重要进展 ,周围神经是具有特殊生物力学性质的软组织 ,目前对其生物力学性能还缺少定量的依据 ,研究方法没有公认的标准。现对近年来的研究现状进行综述。1.周围神经的生物力学特性正常周围神经具有不同程度的抗拉性能 ,且具有弹性。其应力 应变关系不遵从胡克定律 ,在有限变形时 ,具有非线性的应力 应变特征。Liu采用张力仪测定了神经张力和延长量后首先描…     

2010上海国际骨科生物力学研讨会会议通知

由中国力学学会中国生物医学工程学会生物力学专业委员会主办、上海市骨科内植物重点实验室暨上海交通大学附属第九人民医院骨科承办的2010上海国际骨科生物力学研讨会将于2010年7月23—25日在上海举行,会议邀请了美国、加拿大等国家和地区的十余位国际知名生物力学专家,同绕人工关节设计和临床应用的生物力学问题、骨力学强度分析和力学建模方法、骨的力学适应性和骨细胞的调节作用、细胞生长和分化的力学生物学调节等主题展开研讨。     

生物力学知识在创伤骨科带教中的应用

生物力学是研究力学定律应用于生物结构以及力作用于生物结构的科学。骨骼系统的生物力学是医学生物力学研究非常重要的一个领域．越来越多的人已认识到生物力学理论在骨科临床与实验研究中的重要作用。笔者作为教学医院的医生,经过创伤骨科理论学习、见习、实习和临床工作以后．结合自己的教学体会．认为创伤骨科学习不仅需要良好的解剖学基础．而且需要必备的生物力学知识。因此有必要将生物力学知识融入到创伤骨科的教学中去,以获得更好的教学效果。     

Indian hedgehog在软骨细胞力学信号转导作用的研究进展

软骨细胞力学是近几年生物力学发展的新领域,是细胞工程和组织工程学的基础,细胞的形态、结构、功能及其新陈代谢、分化都与力学有着密切的关系。力学对维持软骨细胞生物学功能必不可少,机械应力联合其他化学分子共同调节关节软骨的生理和病理变化[1]。软骨细胞通过细胞骨架、细胞外基质、离子通道、细胞膜受体等来感受力学信号,并且结合基因表达来调控自身的代谢活动[2]。近年来研究发现Indian hedgehog为力学敏感性的基因[3]。本文主要对软骨细胞力学生物学转导机制以及与Indian hedgehog信号通路进行综述。     

膝关节三维重建及其应用的研究进展

膝关节作为人体最复杂的关节,保护结构相对较少,容易损伤。因此,膝关节解剖结构及其生物力学分析一直是国内外研究的焦点。三维重建是目前对膝关节进行建模的主流方法之一,能客观真实地展现膝关节的解剖结构。该方法结合了计算机、医学、材料学、力学等学科中诸多技术,其结果可应用于生物力学分析、手术评估、假体设计等领域。笔者将结合近期国内外相关文献,综合介绍该研究的进展和应用。     

成骨细胞应力加载方式及生物力学特性的研究进展

成骨细胞是参与骨的生长、重建和修复的关键细胞,力学刺激与成骨细胞的生长发育和修复功能有密切关系。体内骨组织力学环境复杂,而体外培养成骨细胞进行离体实验可以有效排除临床实验及动物实验的各种复杂干扰因素,同时可以通过设计特定的加载方式以控制应力的各种变量（力的加载方式、大小、频率、时间等）,以观察细胞对力学刺激的响应。因此,在体外培养成骨细胞及分子水平上研究不同应力加载对成骨细胞的生物学及生物力学特性的影响,对细胞生物力学实验技术、临床疾病的诊断和治疗以及组织工程学都有重要意义。本文就近年来成骨细胞应力刺激的加载方式,以及应力刺激下成骨细胞生物学及生物力学特性的相应改变进行综述。     

有限元分析与髋关节研究进展

髋关节具有独特的解剖学特点及复杂的生理功能,其生物力学研究日益受到重视.对人体髋关节力学结构进行研究时力学实验主要通过动物模型模拟,在人体直接进行力学实验几乎不可能.有限元分析是计算机力学分析的重要方法之一,可在一定程度上替代生物力学实验,模拟人体生物力学情况.有限元分析在全髋关节置换术前术后应力分布和应力遮挡研究、骨水泥残余应力分析、假体的优化设计、假体表面磨损和术后脱位原因等方面取得了很大进展.有限元分析已成为儿童髋关节发育不良研究的新领域.     

计算机辅助外科的现状和前景

现代科学技术的高速发展体现在多门学科的相互交叉和渗透。虚拟手术(virtual surgery，VS)是指利用各种医学影像数据，运用虚拟现实技术在计算机中建立一个模拟环境，医生借助虚拟环境中的信息进行手术计划、训练，以及在实际手术过程中引导手术的新兴技术，是计算机辅助外科(computer—assisted surgery，CAS)的一种形式，是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机械力学、材料学、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。     

点穴的力学测试与治疗效果分析

点穴是中医传统治疗疾病的一种手法。力学是用现代生物力学这门边缘分支科学,来对古老的点穴治疗手法的用力程度及达到治疗效果的一项测试。     

再生医学与干细胞在美容整形外科的研究与应用

笔者于2008年报道了"无创或微创美容医学技术的最新进展"[1],其中主要包括物理方面、化学方面和生物学方面.笔者现将生物学方面再生医学--脂肪来源干细胞这一项微创技术的研究与应用进展进行报道.再生医学即再生一个有生命力的组织、器官以修复各种原因引起的受损组织和器官,继而延续生命的医学,是当今新兴的一门跨学科领域的医学.     

精神科女病房护理管理

精神科护理管理是精神医学的重要组成部分,是研究和实施对精神障碍患者的一门应用性科学.是以精神医学、生物学、行为学、护理学为理论基础,研究精神病患者心理活动、行为表现以探索精神科护理科学的护理方式、人性化护理技巧的一门科学[1].精神疾病的特殊性、女病人的特殊生理特点及性格特征决定了精神科女病房护理管理更有其特殊性.因此只有采取行之有效的护理管理措施才会更好服务于患者、确保护理质量的提高.     

半月板有限元分析的研究进展

对半月板生物力学研究一直是医学科研热点之一。有限元分析法(FEA)提供了一种新的思路和方法。通过建立半月板有限元模型,利用软件分析可获得正常半月板的应力应变分布特点,也可模拟半月板撕裂、半月板切除、以及膝关节各组织损伤,研究半月板力学特性的改变,为临床疾病的预防治疗以及康复提供理论力学依据。但目前的有限元分析法存在其局限性,未来建立高质量的有限元模型,使模型更真实反应半月板的解剖特点,以及将有限元分析法运用到更多的膝关节损伤中应是研究的方向。