脊柱生物力学研究的回顾与展望

脊柱生物力学研究是认识脊柱功能、脊柱发病机制和选择脊柱治疗手段的重要基础.从脊柱的基本构成单位椎骨、椎间盘、韧带、脊柱功能单位以及整体脊柱5个层面总结归纳这些领域的生物力学基本研究进展和成果,包括人体标本的体内和体外试验、动物标本的体内和体外试验以及数学模型等不同研究方法的结果.同时,凝练部分了解尚不充分的生物力学数据...     

C2-3、T10-11和L3-4椎间盘段弯曲力学特性

预防和治疗椎间盘脱出等退行性改变需要了解C2-3、T10-11、L3-4椎间盘与相邻椎体的弯曲力学特性,本文对人体C2-3、T10-11、L3-4椎间盘与相邻椎体进行弯曲试验,为临床提供生物力学参数.实验标本取自正常人新鲜尸体脊柱标本,男性,年龄20～30岁,人死后1h内解剖尸体取出C1-S1脊柱标本,以线锯切取C2-3、T10-11、L3-4椎间盘与相邻椎体各13个标本,在日本岛津电子万能测试机上以5 mm/min的实验速度进行弯曲实验,得出C2-3、T10-11、L3-4组标本的最大载荷、最大弯矩、最大应力等力学参数.实验结果得出,C2-3组标本最大载荷、最大弯矩小于T10-11组和L3-4组,有显著性差异（p〈0.05）;C2-3组标本最大应力小于T10-11组,有显著性差异（p〈0.05）;L3-4组最大应力大于T10-11组和C2-3组,有显著性差异（p〈0.05）.此结果说明C2-3、T10-11、L3-4椎间盘与相邻椎体具有不同的抗弯曲力学特性,可对了解腰椎间盘的损伤机理提供生物力学参.     

正常国人腰间盘纤维软骨粘弹性实验研究

研究了正常国人急性外伤致死的成人新鲜尸体10个腰间盘L3-4、14-5纤维软骨的力学性质。以一维拉伸的方法得出了L3-4、L4-5腰间盘纤维软骨的破坏载荷、伸长比、Lagrange张应力、Lagrange张应变等数据。以多项式，用回归分析方法得出椎间盘L3-4、L4-5纤维软骨的应力-应变关系表达式及应力-应变曲线。还对椎间盘L3-4、L4-5纤维软骨进行拉伸应力松弛、蠕变实验。得出了椎间盘L3-4、L4-5纤维软骨的归一化应力松弛函数、蠕变函数G(t)、J(t)表达式。以冯元桢教授的软组织大变形准线性理论，构建了L3-4、L4-5椎间盘纤维软骨的松弛函数K(λ，t)=G(t)T^(e)(λ)的表达式，对实验结果进行分析讨论。     

从生物力学角度看腰椎手术发展

外科手术作为腰椎退行性疾病(lumbar degenerative diseases,LDDs)的重要治疗手段,其进展依赖于人们对脊柱生物力学理念的理解与革新.充分认识腰椎衰老退变过程中生物力学改变是理解LDDs发病过程、改革LDDs手术策略,进而采用针对性更强、更微创治疗方法的重要基础.本文阐述LDDs与椎体、椎间盘...     

可控牵张力对山羊腰椎间盘退变的影响

目的 探讨轴向牵张力对山羊椎间盘退变（intervertebral disc degeneration, IDD）的影响。方法 选取24只6~8月龄雄性山羊,采用弹性应力装置以40 N轴向压缩力诱导,构建山羊IDD模型,在IDD模型构建完成后,随机分为6组（A~C组为对照组,D~F组为实验组）,并将压缩力转换为牵张力,A~C组牵张力0 N,D~F组牵张力40 N,牵张持续时间分别为4、6、8周。利用影像学（X线、磁共振成像）及病理组织学（HE染色、免疫组化）评估椎间盘退变及再水化程度。结果 随着牵张时间的延长,实验组椎间隙高度指数（disc height index, DHI）增加;Pfirrmann分级提示在牵张6周时,实验组退变程度最低;HE染色提示椎间盘内髓核细胞增多;免疫组化显示髓核Ⅰ型胶原呈先减少后增多的变化趋势,髓核Ⅱ型胶原呈先增多后减少的变化趋势。结论 在合适的时间内,一定的牵张力能够促进山羊IDD修复及其再水化。研究结果为临床牵引治疗IDD性腰痛提供新的思路和理论依据。     

人脊柱棘间韧带与黄韧带应力松弛实验的研究

从应力松弛力学特性角度对棘间韧带和黄韧带进行定量分析,为人工韧带材料研究和韧带损伤吻合手术提供应力松弛力学参数。将标本装夹于软组织夹具中,之后装夹于电子万能试验机夹头内,驱动机器以1%/s的应变增加速度对标本施加拉应变,在36.5℃温度场下进行实验,采集90个数据,实验结束后计算机自动输出7 200 s之间应力松弛数据和曲线。棘间韧带组7 200 s应力松弛量为1.06 MPa,黄韧带组7 200s应力松弛量为1.62 MPa。棘间韧带和黄韧带具有不同的应力松弛力学特性。     

模拟腰椎前路、后路间盘摘除术T12-L5腰段脊柱应力松弛蠕变实验研究

研究了18例新鲜尸体T12－L5腰段脊柱应力松弛，蠕变特性。测定了完整脊柱（正常组）及模拟前路（对照1组），后路手术（对照2组）腰段脊柱的应力松弛和蠕变效应，得出了在恒应变，应力条件下应力－时间曲线及数据，用回归分析的方法处理实验数据，得出了归一化应务松弛，蠕变函数及曲线，对前路间盘摘除术与后路间盘摘除术对脊柱粘弹性的影响进行分析讨论。     

增强型体外反搏对早期动脉粥样硬化斑块局部应力环境影响的实验与仿真研究

采用动物实验与数值仿真相结合的方法,研究增强型体外反搏（EECP）对发生早期粥样硬化斑块动脉的局部应力水平的影响,评价临床中该疗法增加粥样硬化斑块失稳的风险。首先以35月龄左右雄性猪2头为实验体,进行反搏前后状态的基础血流动力学在体测量,反搏压介于0.025～0.04MPa;进而建立血流动力学数值仿真模型,模拟斑块出现及生长过程中,EECP对其局部应力水平及应力震荡特性的影响。模拟计算结果显示,EECP使动脉的应力水平及应力震荡特性均有显著增加;早期小规模斑块的存在令局部应力水平进一步提升,但将降低应力的震荡水平。EECP使两实验体的动脉内压峰值水平最高提升10.62%及16.18%,此时若动脉存在斑块（H=0.2D）,其局部壁面切应力（WSS）峰值水平将分别提高135.54%及235.71%,震荡剪切指数（OSI）达到0.083及0.069。由于反搏产生的高舒张压明显提升了斑块的局部应力水平,同时反搏的“双脉冲”作用模式使动脉的OSI水平大幅增加,我们推测其慢性作用可能会促进斑块本身疲劳的进程,从而对斑块的稳定性产生不利影响;但EECP对心动周期里壁面切应力水平的提升可能对斑块本身的发展具有抑制作用。     

大鼠自体动、静脉移植的血管黏弹性实验研究

通过建立大鼠的颈总动脉原位移植、颈外静脉-颈总动脉自体移植模型,比较自体动、移植后静脉粘弹性力学性质;并将碱性成纤细胞生长因子(bFGF)经静脉给予自体静脉移植模型的大鼠,研究小剂量bFGF对血管粘弹性力学性质的影响.实验结果表明自体动脉移植后的应力松弛蠕变量均高于自体静脉移植组;给予小剂量外源性bFGF自体静脉移植组,应力松弛,蠕变量均大于未给予小剂量bFGF自体静脉移植组.     

中药髓复康对脑脊髓损伤大鼠血液流变性的实验研究

目的:观察中药髓复康(SFK)对实验性脑脊髓损伤大鼠血液流变性的影响。方法:雄性SD大鼠80只,通过脑缺血再灌注和脊髓半横断损伤实验,观察SFK对于脑水肿和脊髓损伤后血液流变性和基因表达谱的影响。结果:①脑缺血再灌注损伤后,大鼠全脑含水量明显增加,SFK干预后仅轻微增加;②脑脊髓损伤后血液由低凝转为高凝,SFK干预后使高凝转为低凝;③基因芯片检测发现,脊髓损伤后出现众多的差异表达基因,SFK干预可以调节某些基因表达的,如上调脂皮素、载脂蛋白CI-II、半胱氨酸蛋白酶和纤溶酶原,下调弹性蛋白酶和血管内皮粘附分子。结论:SFK能纠正脑脊髓损伤早期的血液流变性和基因表达异常。     

冠脉可降解支架介入的血管力学特性数值模拟与实验研究

目的 探究可降解支架在动态降解过程中,血管应力变化对内皮功能恢复以及血管再狭窄抑制作用的影响.方法 拟合超弹性血管本构关系的材料参数,通过数值模拟计算支架介入前以及动态降解过程中血管内膜应力分布;采用体外培养实验,设置硅胶腔体拉伸率分别为0％、5％、10％、15％,模拟不同降解阶段的力学环境,探究不同拉伸率下对内皮细胞...