髌骨软骨拉伸应力松弛蠕变实验研究

目的　研究正常国人 8具新鲜尸体髌骨软骨的力学性质 ,为临床提供生物力学参数。方法　对正常国人新鲜尸体髌骨软骨一维拉伸力学性能和拉伸应力松弛、蠕变粘弹性力学性质进行实验研究。结果　获得了髌骨软骨一维拉伸的破坏载荷、伸长比、张应力、张应变等测试结果 ,以多项式用最小二乘法对拉伸实验数据进行拟合 ,得出了半月板的应力 -应变关系表达式和应力 -应变曲线。还得出了应力松弛、蠕变数据、曲线和归一化应力松弛函数、归一化蠕变函数数据、曲线。对实验数据以最小二乘法进行处理 ,得出了G(t)表达式 ,根据准线性理论得出了半月板的松弛函数K(λ、t)=G(t)T(e) (λ)的表达式。结论　髌骨软骨单向拉伸最大载荷为 3 8.5 4± 4.1 8N ,伸长比为 1 .3 1 2± 0 .0 1 8,张应力为 6.65± 0 .83MPa ,应变为 3 4.0± 3 .6%。应力松弛曲线是以对数关系变化的 ,蠕变曲线是以指数关系变化的     

胫股关节半月板松弛函数的实验研究

目的　研究正常国人急性外伤致死的成人新鲜尸体半月板的力学性质 ,为临床提供生物力学参数。方法　对 5具正常国人新鲜尸体胫股关节半月板的一维拉伸力学性能和拉伸应力松弛粘弹性力学性质进行测试。结果　得出了半月板一维拉伸的破坏载荷、伸长比、Lagrange张应力、La grange张应变等实验数据。以多项式用最小二乘法对拉伸实验数进行拟合 ,得出了半月板的应力 应变关系表达式和应力 应变曲线。获得了半月板应力松弛曲线和数据 ,归一化应力松弛函数数据和曲线 ,以及半月板的G(t)表达式。根据准线性理论还得出了髌骨软骨的松弛函数K(λ、t) =G(t)T(e) (λ)的表达式。结论　髌骨软骨单向拉伸最大载荷为 40± 3N ,伸长比为 1 .3 69± 0 .0 48,张应力为 7.2 7± 0 .5 9MPa ,应变为 43 .8± 6.6%。应力松弛主要发生在 1 2 0 0s以内。应力松弛曲线是以对数关系变化的。     

肩髋膝关节软骨生物力学特性

研究了正常国人急性外伤致死的成人新鲜尸体肩髋膝关节软骨的力学性质.以一维拉伸的方法得出了肩髋膝关节软骨的破坏载荷、伸长比、Lagrange应力、Cauchy应变等.用最小二乘法对拉伸实验数据进行拟合,得出了肩髋膝关节的应力-应变关系表达式和应力-应变曲线;对肩髋膝关节软骨进行一维拉伸应力松弛实验,得出了应力松弛以及归一化后应力松弛函数数据和曲线,应用最小二乘法得出了肩髋膝关节的G(t).并对实验结果进行分析讨论.     

骨性关节炎对膝关节软骨力学性质影响的实验研究

目的 研究正常国人新鲜尸体膝关节软骨和骨性关节炎膝关节软骨的生物力学性质,为临床提供生物力学参数。方法 取正常和病变的膝关节软骨在ShimadzuAUTOGRAPH电子万能试验机上进行一维拉伸实验。结果 得出了关节软骨最大载荷、伸长比、应力、应变等数据;用最小二乘法处理应力鄄应变数据,得出了其应力鄄应变关系表达式,拟合出了应力鄄应变曲线。结论 病变组各项力学性质指标均明显低于正常组。     

人气管软骨的拉伸力学特性

背景:气管损伤缝合与新型人工气管的研制都需要了解气管软骨的拉伸力学特性以修复、重建气管功能。以往的国内外研究对人工气管的生物力学报道较多,而对人气管软骨生物力学的报道较少。目的:以一维拉伸实验方法观察气管软骨的力学性质。方法:正常人新鲜尸体气管标本2个,标本获取征得家属同意。取出标本,在常温下解冻,以手术刀切取气管软骨试样标本加工成试样长度25mm,宽度5mm,厚度1.8～2.2mm试样20个,在日本岛津电子万能试验机上对20个气管软骨试样进行一维拉伸实验,拉伸实验速度为5mm/min。观察试件拉伸最大载荷、最大位移、最大应力、最大应变、弹性模量、应力-应变曲线。结果与结论:人尸体气管软骨最大载荷为(60.946±10.377)N,最大位移为(1.973±0.159)mm,最大应力为(6.229±1.125)MPa,最大应变为(32.825±2.776)%。气管软骨的应力-应变曲线为指数关系变化的,曲线最初的低坡部分是由于施加拉力的方向与胶原蛋白结构的排列一致,曲线的陡峭部分代表胶原蛋白本身的拉伸刚度。为描述气管软骨一维拉伸中的应力-应变关系,对气管软骨实验数据各取15个点应力-应变数据采用多项式,以最小二乘法进行拟合,得出应力(δ)-应变(ε)关系σ(ε)=-0.1113e5+1.6021e4-7.8216e3+17.9951e2+3.624e式:。实验结果显示,气管软骨具有较强的承受载荷和抵抗变形能力,反映其具有黏性又有弹性的黏弹性力学特性,支持软骨的力学性质与软骨胶原含量呈正相关的观点。     

含裂纹缺损关节软骨的单轴准静态拉伸性能

背景:关节软骨一旦出现裂纹缺损其力学性能会发生改变,而先前研究中针对受损关节软骨的探究多集中在压缩,对于拉伸性能的研究较少。目的:预先在软骨层试样上制造裂纹缺损,测试其单轴准静态拉伸性能。方法:选取新鲜成年猪膝关节的关节软骨,制备含裂纹缺损的软骨试样,在不同应力率下(0.001,0.01,和0.1 MPa/s)测试其拉伸性能,在不同恒定应力下(1,2,3 MPa)测试其蠕变性能。结果与结论:①不同应力速率下的拉伸实验中,随着应力速率的增加,达到相同应变所需的应力逐渐增大,且试件的杨氏模量随应力率的增加而增加;②不同应力速率下含裂纹缺损关节软骨的拉伸应力-应变曲线不重合,说明含裂纹缺损关节软骨的拉伸性能具有率相关性;③不同恒定拉应力水平下的蠕变实验中,蠕变应变随着拉应力水平的提高而增大,蠕变柔量随拉应力水平的提高而降低,并且随着蠕变时间的推移蠕变应变先快速增加后缓慢增加;④结果表明,不同应力率和不同恒定应力对含裂纹缺损关节软骨的拉伸力学性能影响较大,该实验结果可为缺损关节软骨的修复提供力学参考。     

不同结构骨块植入股骨头负重区缺损的力学性能比较

目的股骨头缺血坏死早中期手术中,为防止股骨头的进一步塌陷,常需要植骨填充坏死区。本文研究不同结构植入物填充股骨头负重区缺损后对股骨头力学性能的影响。方法选取人正常股骨近段4例,在股骨头负重区沿压力骨小梁方向制造直径20mm,深30mm的骨缺损,并在缺损区内植入三种不同结构的植入物。Ⅰ组为取自异体股骨头负重区骨块;Ⅱ组为取自异体股骨髁负重区骨块;Ⅲ组为松质骨粒打压植骨。模拟单腿站立相加载,记录股骨头颈结合部的应变分布。结果直径20mm深30mm骨缺损的股骨近段与正常相比,头颈结合部上方拉应变平均增加93.0%,下方压应变平均增加203.4%。植入不同结构的植入物后,Ⅰ组头颈结合部上方应变较正常平均增加6.6%,下方应变平均增加67.6%;Ⅱ组上方应变较正常平均增加33.7%,下方应变平均增加136.9%;Ⅲ组上方应变平均增加150.4%,下方应变平均增加206.1%。结论股骨头负重区的缺损会改变头颈结合部应力分布,其中结合部下方和上方出现应力的集中。植入与缺损区的骨小梁结构相似的异体股骨头骨块后,股骨头下方和上方头颈结合部的应力集中得到缓解,其植入效果优于骨小梁结构不同的股骨髁骨块;松质骨粒打压植骨不能改变股骨头头颈结合部的应变分布。     

桡动脉血管生物力学性质实验研究

研究了正常国人新鲜尸体挠动脉血管的一维拉伸力学性质，得出了桡动脉血管的破坏载荷、伸长比、Lagrange张应力、Lagrange张应变、Euler应力等数据。以多项式用最小二乘法对实验数据进行拟合，得出了桡动脉的应力——应变关系表达式及曲线。得出了一些结论。     

桡动脉血管生物力学性质实验研究

研究了正常国人新鲜尸体桡动脉血管的一维拉伸力学性质，得出了桡动脉血管的破坏载荷、伸长比、Lagrange张应力、Lagrange张应变、Euler应力等数据。以多颈式用最小二乘法对实验数据进行拟合，得出了桡动脉的应力——应变关系表达式及曲线。得出了一些结论。     

小指屈肌腱损伤吻接术拉伸实验研究

目的研究正常国人小指屈肌腱模拟损伤吻接术后的力学特性,为临床提供生物力学参数。方法取急性头部外伤致死成年人新鲜尸体的20个整手标本,解剖暴露小指屈肌腱,采用电子万能试验机进行拉伸实验,直至屈肌腱断裂(Ⅰ组),然后分二组,分别用腱与腱末端编织法吻合(Ⅱ组,10例),和腱与展腱膜末端编织法吻合(Ⅲ组,10例),再进行拉伸实验至断裂,记录断裂时的破坏载荷、应力、应变。结果正常组(Ⅰ组)的破坏载荷为237.4N、应力24.5MPa、应变12.6%,Ⅱ组分别为100.6N、2.4MPa、11.5%。Ⅲ组为63N、12.6MPa、14.7%。结论小指肌腱断裂以腱-腱末端编织法吻合能取得最佳的力学效果,适合临床采用。     

Contiguous development of idiopathic osteonecrosis and osteoarthrosis in ischemia of a femoral head (radiological and morphological study)

In a 67 year-old man, an aseptic necrosis of the right hip joint developed side by side with an early oteoarthrosis characterized by an extensive narrowing of the upper interlinear space. The histological study revealed a diffuse ischemia which had evolved differently in the various regions of the femoral head. A well-limited necrosis appeared in a part of the weight-bearing zone, and osteoarthrosis developed in another one. In contrast with classical osteoarthrosis secondary to malformation, the osteoarthrotic lesions of the weight-bearing zone were caused by the ischemic angio-fibrosis of the bone marrow. At the beginning there was a resorption by the subjacent fibro-vascular tissue of the end-plate and of the deep layer of the cartilage. The osteosclerosis of this zone, in particular the eburnated plate, was formed mostly of fibre bone which rapidly became necrotic. Outside the weight-bearing zone, the subchondral angio-fibrosis and the non-inflammatory vascular pannus modified the articular surface.     

Mild degenerative changes of hip cartilage in elderly patients: an available sample representative of early osteoarthritis

This study investigated the cellular and molecular changes which occur in cartilage from adults with femoral neck fracture (FNF) and osteoarthritis (OA), and explored the similarities in hip cartilage obtained from elderly patients and patients with early OA. Femoral heads were retrieved from 23 female patients undergoing total hip arthroplasty (THA). This group included 7 healthy patients with FNF (hFNF), 8 elderly adults with FNF (eFNF), and 8 elderly patients with hip OA (OA). After high-field MRI T2 mapping, osteochondral plugs were harvested from the weight-bearing area of femoral heads for subsequent macroscopic, histologic, and immunochemical evaluation. Additionally, the contents of cartilage matrix were analyzed, and gene expression was detected. The surface of cartilage from hFNF and eFNF patients appeared smooth, regular, and elastic, whereas it showed irregularities, thinning, and defects in OA patients. Elevated T2 values and decreased accumulation of glycosaminoglycans (GAGs) were detected in cartilage from eFNF patients. Furthermore, type I collagen accumulation was slightly increased and type X collagen concentration was obviously elevated in eFNF patients; however, type II collagen distribution and the contents and anisotropy of collagen fibrils in eFNF patients showed no significant changes. Consistent with histology and immunohistochemical results, aggrecan was downregulated and type X collagen was upregulated, while collagens types I and II showed no significant changes in eFNF patients. The cellular and molecular characteristics of hip cartilage in eFNF patients who showed no symptoms of OA were similar to those in patients with mild OA. Thus, eFNF cartilage can serve as a comparative specimen for use in studies investigating early OA.     

多种特殊状态下关节软骨缺损修复的组织工程技术

文题释义： 生长板：是位于儿童长骨末端的软骨组织结构,生长板中的软骨细胞可不断增生、成熟、肥大并发生骨化过程,使长骨增长。当长骨生长至一定程度,生长板软骨逐渐被成熟骨组织取代,长骨至此也停止生长。 特殊状态：文章提及的特殊状态即指关节软骨缺损的临床治疗中常见的阻碍因素,即全层软骨缺损及骨软骨缺损、生长板缺损、负重区软骨缺损、炎症状态下(骨性关节炎、风湿性关节炎)的软骨缺损。 背景：应用组织工程学技术可获得良好的关节软骨再生,但多为生理状态下小面积缺损的单纯修复。然而临床上的软骨缺损常伴随骨性关节炎、类风湿性关节炎等基础疾病,且缺损的位置、范围、深度均不确定,给软骨组织修复带来了很大挑战。 目的：总结不同位置和炎症状态下软骨缺损的修复方式。 方法：检索PubMed数据库和CNKI数据库,英文检索词为“cartilage defect regeneration,osteochondral,growth plate,weight-bearing area,inflammatory”,中文检索词为“关节软骨缺损,骨软骨,生长板,负重区,炎症”,检索建库至2019年3月发表的相关文献。共检索到相关文献209篇,按照纳入与排除标准,最终纳入86篇文献进行总结。 结果与结论：针对各种特殊状态下的关节软骨缺损,其修复目标和策略是不同的：全层软骨和骨软骨结构缺损多采用具有多层结构的支架,旨在修复软骨特有的分层结构及软骨下骨结构,同时避免新生软骨内异位骨化的问题;生长板缺损的修复关键在于避免长骨成熟后发生畸形,因此在修复支架内应添加胰岛素样生长因子、骨发生形态蛋白7等生长因子,以持续刺激生长板的修复并发挥骨生长的生理功能;负重区软骨修复则需要修复支架具有良好的力学性能,负重时不会发生严重形变及结构破坏,同时新生的软骨组织具有足够的力学强度以支撑持续的纵向压力和磨损;炎症状态下的软骨缺损则要同时治疗炎症与软骨缺损,间充质干细胞的引入可同时发挥免疫调节及组织再生功能,以使疾病达到彻底治疗的目标。ORCID: 0000-0001-9443-8158(陈劲松) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

髋关节软骨高、低负重区微纳结构的力学性质对比

文题释义：微纳层面：相对于宏观层面而言,是对宏观层面的一个补充,由肉眼可见的毫米级别到肉眼不可见的微米、纳米级别。分别使用微米级、纳米级原子力显微镜探针测量软骨微纳弹性模量,以揭示软骨在微纳层面力学性能的特点,以及与宏观层面力学性能的关系。 负重区：在日常活动运动中,由于机体力线等不同,势必造成软骨不同区域负重出现不同,不同的负重也会影响到胶原纤维等物质的重塑重构,引起软骨力学性能的改变。 背景：髋关节软骨具有高、低负重区域,既往研究表明2个区域的宏观弹性模量是不同的。然而在微米和纳米水平上的弹性模量尚不清楚,这些信息对于进一步理解软骨微米和纳米力学性质至关重要。此外,影响软骨2个区域机械性能的微纳结构至今仍有待阐明。 目的：探究微纳层面髋关节软骨高、低负重区力学性质与结构。 方法：取新鲜正常猪股骨头软骨,使用原子力显微镜直径为5 μm的球形尖端测量不同负重区微米级压缩弹性模量,使用曲率半径为5 nm的ScanAsyst-Air探针测量其纳米级压缩弹性模量、纳米结构和胶原纤维直径。扫描电子显微镜用于识别软骨不同负重区微米结构。 结果与结论：①股骨头软骨高负重区微米级弹性模量为(433.05±146.52) kPa,低负重区微米级弹性模量为(331.19±84.88) kPa,高负重区域在微米水平上的压缩弹性模量显著高于低负重区域(P=0.029 8);②股骨头软骨高负重区纳米级弹性模量为(1.24±0.42) GPa,低负重区纳米级弹性模量为(1.28±0.41) GPa,在纳米水平上2个区域的胶原纤维的压缩弹性模量差异无显著性意义(P=0.846 2);③在微米水平上,股骨头软骨高负重区域的胶原纤维排列更规则;在纳米水平上,2个负重区域的胶原纤维直径差异无显著性意义(P=0.926 4);④以上结果表明,股骨头软骨高负重区胶原纤维较低负重区交联更规则,使软骨高负重区微米级压缩弹性模量高于低负重区,与宏观上压缩弹性模量趋势一致,但高负重并没有影响到纳米层面单个胶原纤维。 ORCID: 0000-0001-7971-5372(郭江博) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

股骨转子间骨折植入物内固定后髋内翻的影响因素

背景：股骨转子间骨折患者内固定治疗后易发生髋内翻,关于股骨转子间骨折的文献中,对手术方式的研究较多,而对其内固定后髋内翻的影响因素研究较少。 目的：分析股骨转子间骨折患者内固定治疗后髋内翻的影响因素,探讨有效的预防措施。 方法：选取接受内固定治疗的股骨转子间骨折患者80例。将患者的年龄、性别、体质量指数、骨折分型、骨密度、受伤至内固定时间、内固定方式、小转子复位情况、术后负重时间作为因变量进行赋值,内固定后是否发生髋内翻作为因变量,进行单因素分析,并进行Logistic回归分析。 结果与结论：所有患者内固定后随访6个月以上。共12例患者内固定后发生髋内翻,发生率为15%,发生时间1-4个月。髋内翻角度94°-107°,平均99.1°。分析结果显示,骨折分型、骨密度、内固定后负重时间是股骨转子间骨折患者内固定治疗后髋内翻的影响因素(P < 0.05);年龄、性别、体质量指数、受伤至手术时间、内固定方式、小转子复位情况不是股骨转子间骨折患者内固定治疗后髋内翻的影响因素(P > 0.05)。将患者是否发生髋内翻作为因变量,将骨折分型、骨密度、内固定后负重时间作为自变量进行Logistic回归分析,结果显示骨折分型、骨密度、内固定后负重时间是引起股骨转子间骨折患者内固定治疗后髋内翻的独立危险因素。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

人工髋关节负重面材料的生物特性及其临床应用

背景：人工髋关节假体材料对髋关节置换的成功率及对患者治愈率起到决定性作用。 目的：评价不同组合方式髋关节负重面材料的性能及置入体内与机体的生物相容性。 方法：以“全髋关节置换,人工髋关节,金属,陶瓷,聚乙烯,生物相容性,临床应用;total hip replacement,Artificial hip,prosthetic materials,Biocompatibility,clinical application”为关键词,应用计算机检索2001-01/2011-12万方数据库、PubMed 数据库有关人工髋关节负重面生物材料与宿主生物相容性的文章。 结果与结论：金属-超高分子量聚乙烯组合是目前常用的组合,也是衡量其他组合的金标准,但其磨损颗粒引起周围组织反应导致骨溶解和无菌性假体松动;金属-高交联聚乙烯、金属-金属、陶瓷-陶瓷和陶瓷-聚乙烯组合均在一定程度上减少了磨损,但金属离子毒性、陶瓷脆性、造价高等仍然是需要解决的问题。理想的负重面材料应具有良好生物相容、耐蚀性、耐磨性、耐疲劳性、强韧性好等特点,目前人工髋关节负重面组合材料各有优缺点。因此,临床医师针对不同的患者,采取个体化治疗原则,综合患者病情和经济状况等多方面因素,选择合适假体组合类型,以期达到最佳临床疗效。     

Engineering lubrication in articular cartilage

Despite continuous progress toward tissue engineering of functional articular cartilage, significant challenges still remain. Advances in morphogens, stem cells, and scaffolds have resulted in enhancement of the bulk mechanical properties of engineered constructs, but little attention has been paid to the surface mechanical properties. In the near future, engineered tissues will be able to withstand and support the physiological compressive and tensile forces in weight-bearing synovial joints such as the knee. However, there is an increasing realization that these tissue-engineered cartilage constructs will fail without the optimal frictional and wear properties present in native articular cartilage. These characteristics are critical to smooth, pain-free joint articulation and a long-lasting, durable cartilage surface. To achieve optimal tribological properties, engineered cartilage therapies will need to incorporate approaches and methods for functional lubrication. Steady progress in cartilage lubrication in native tissues has pushed the pendulum and warranted a shift in the articular cartilage tissue-engineering paradigm. Engineered tissues should be designed and developed to possess both tribological and mechanical properties mirroring natural cartilage. In this article, an overview of the biology and engineering of articular cartilage structure and cartilage lubrication will be presented. Salient progress in lubrication treatments such as tribosupplementation, pharmacological, and cell-based therapies will be covered. Finally, frictional assays such as the pin-on-disk tribometer will be addressed. Knowledge related to the elements of cartilage lubrication has progressed and, thus, an opportune moment is provided to leverage these advances at a critical step in the development of mechanically and tribologically robust, biomimetic tissue-engineered cartilage. This article is intended to serve as the first stepping stone toward future studies in functional tissue engineering of articular cartilage that begins to explore and incorporate methods of lubrication.     

Cam型髋关节撞击综合征关节软骨接触力学的有限元分析

目的 通过有限元方法探讨不同严重程度的Cam型髋关节撞击综合征(femoroacetabular impingement,FAI)关节软骨接触力学的变化。方法 建立正常髋关节及不同α角的 Cam型FAI髋关节三维有限元模型,计算行走、坐下、起立等日常活动下的关节软骨接触压力和应力。结果 完整步态周期加载过程中,不同α角的Cam型FAI软骨接触压力分布与正常髋关节接近,无高接触压力和Von Mises应力集中区域;坐下、起立加载过程中,Cam型FAI软骨接触压力均大于正常髋关节,且随α角的增加而增大,其接触区域主要位于髋臼缘前上方,局部出现过高压力和Von Mises应力集中。结论 Cam型FAI软骨接触力学变化的关键影响因素是运动方式,关节软骨过高的接触压力和Von Mises应力,可能是其引起软骨退变并最终导致骨性关节炎的力学原因。     

The relationship between ultra-short telomeres,aging of articular cartilage and the development of human hip osteoarthritis

Introduction

Ultra-short telomeres caused by stress-induced telomere shortening are suggested to induce chondrocyte senescence in human osteoarthritic knees. Here we have further investigated the role of ultra-short telomeres in the development of osteoarthritis (OA) and in aging of articular cartilage in human hips.

Materials and methods

Cartilage was obtained from four different distances of the central weight-bearing area in human femoral heads (14 OA and 9 non-OA). Samples were split into three: one for quantification of ultra-short single telomeres by Universal STELA and mean telomere length measurement by Q-PCR; one for histological grading of OA, and one for immunohistochemical staining.

Results

Load of ultra-short telomeres increased closer to the central weight-bearing area and correlated with cartilage degradation in both OA and non-OA samples. Mean telomere length decreased with decreasing distance to the central weight-bearing area, however, unexpectedly increased in the most central zone. This increase was associated with immunohistochemical findings of cells expressing markers characteristic of progenitor-like cells.

Conclusion

These findings suggest a role of short telomeres in the development of OA and in aging of articular cartilage. Furthermore, progenitor-like cells with long telomeres may be recruited to the most damaged areas of the cartilage.