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25 mm，宽度5 mm，厚度1.8~2.2 mm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5 mm/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。

Tensile mechanical properties of human tracheal cartilage