阿胶强骨口服液对去卵巢骨质疏松大鼠骨密度、生物力学、25-(OH)D_3和1,25-(OH)_2D_3的影响

目的:研究阿胶强骨口服液对去卵巢骨质疏松大鼠骨密度(BMD)、生物力学、25(OH)D3和1,25(OH)2D3的影响,探讨阿胶强骨口服液治疗原发性骨质疏松症的疗效机制。方法:4月龄健康雌性SD大鼠36只,随机分为3组,每组12只,分别为模型组,假手术组,阿胶强骨口服液治疗组。除假手术组外所有大鼠手术摘除双侧卵巢后导致雌激素缺失从而诱导骨质疏松症模型,分别在实验的第4、8、12周采用DEXA法分析股骨头及粗隆部的骨密度,生物力学技术分析股骨头生物力学参数,酶联免疫吸附方法检测25(OH)D3和1,25(OH)2D3的含量。结果:阿胶强骨口服液治疗组与模型组比较,股骨头及粗隆部骨密度明显提高(P<0.05);最大载荷(ML)及最大压应变(MS)等指标明显增强(P<0.05);血液、肝脏和肾脏组织中25(OH)D3和1,25(OH)2D3的含量明显提高,且组间比较差异有统计学意义(P<0.05)。阿胶强骨口服液治疗组与假手术组比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论:阿胶强骨口服液在雌激素缺失早期即可在蛋白水平上调节25(OH)D3和1,25(OH)2D3的表达,激活骨代谢,提高骨密度,增强骨质量,起到预防骨质疏松的作用。

预缝合皮肤伸展术生物力学、组织学研究

目的 :探讨预缝合皮肤伸展术的生物力学及组织学改变 ,为临床应用提供实验依据。方法 :选择白色乳猪为实验动物。检测伸展面积、组织学改变 ,皮肤的应力—应变及切口抗裂开强度等。结果 :直接预缝合皮肤伸展术后随时间增而皮肤面积增加、长度延伸 ;皮肤厚度变薄 ;距牵引缘 1～ 2cm扩展面积最明显 ,被牵引区成纤维细胞粗面内质网有空泡样改变 ;皮肤张力随时间延长逐渐减小。结论 :预缝合术后 ,扩展皮肤来源主要涉及周围组织移位、邻近牵引缘皮肤扩张和组织增生 ;伸展皮肤主要涉及距牵引缘约 5cm左右范围 ;其伤口抗张力强度未降低 ,可以在修复皮肤缺损方面推广应用。

巴戟天多糖对骨质疏松大鼠骨质量、生物力学、β2肾上腺素能受体及OX-LDL水平的影响

目的探讨巴戟天多糖对骨质疏松大鼠骨质量、生物力学及β2肾上腺素能受体(ADRB2)及氧化修饰低密度脂蛋白(OX-LDL)水平的影响。方法选取54只大鼠分为正常组、模型组、西药组和低、中、高剂量组各9只。除正常组外,其余组别均用去双侧卵巢方法建立骨质疏松大鼠模型,建模成功后,模型组与正常组不进行用药,西药组采用普拉芬进行每天喂药干预,低剂量组、中剂量组、高剂量组每日灌胃不同剂量的巴戟天多糖。分别检测各组总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平,骨生物力学和骨质量,ADRB2的表达水平。结果模型组血清中TC、TG、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、LDL-C及OX-LDL、ADRB2蛋白显著高于正常组(P<0.05),西药组、中剂量组及高剂量组上述指标显著低于模型组(P<0.05),高剂量组上述指标显著低于西药组(P<0.05);模型组弹性模量、最大载荷、屈服强度、断裂点载荷、股骨、胫骨骨密度和刚性系数表达显著低于正常组(P<0.05),西药组、中剂量组及高剂量组上述指标显著高于模型组(P<0.05),高剂量组上述指标显著高于西药组(P<0.05)。结论巴戟天多糖对于降低骨质疏松大鼠血清TC、TG和OX-LDL水平、增强骨质量及骨生物力学及平衡肾上腺素(ADRB2)水平方面具有积极影响。

聚丙烯延胡索酸酯的合成、交联及生物力学、体外降解检测

目的 合成新型可注射性生物降解材料聚丙烯延胡索酸酯[poly(propylene fumarate), PPF],检测其交联温度、交联时间、生物力学性能和体外降解过程。方法 合成PPF,将PPF和N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinyl pyrrolidinone,N-VP)在过氧化苯甲酰(benzoyl peroxide,BP)催化下交联,并且加入β-磷酸三钙(β-TCP)和氯化钠(NaCl),检测交联温度、时间、生物力学性能,和PMMA骨水泥进行比较。将PPF交联后浸泡于PBS。检测体外降解时质量和力学强度的变化。结果 交联温度在41.2±2.2℃和47.5±1.7℃间,交联时间从8.1±0.8min到63.7±4.4min,PPF的压应力为2.6±0.5MPa到12.0±2.3Mpa,压缩模量为26.6±8.7MPa到252.8±57.6Mpa,体外降解后4周PPF压应力为8.4±1.6Mpa。结论 PPF有合适的交联温度、交联时间和生物力学强度,体外降解过程中力学强度可以维持4周以上,是一个有应用前景的新型可注射生物高分子聚合材料。

猪长骨脱细胞骨细胞外基质的制备及生物力学、组织学性质的初步检测

目的 寻找适合骨移植的骨组织替代物—骨脱细胞细胞外基质 (ABECM )。方法 将猪股骨用组织工程学的方法进行适当的脱细胞处理 ,制成ABECM ,再进行HE染色和扫描电镜、透射电镜观察 ,及纵向压缩的生物力学性质的检测。结果 ABECM未见细胞成分 ,细胞外基质基本结构未被破坏 ;ABECM在生物力学性质上与新鲜股骨无明显差异。结论 ABECM是一种新型的理想的骨替代物 。

两种不同训练模式对大鼠跟腱生物力学、形态结构及生化指标影响的实验研究

目的通过对跑台及力量两种不同训练模式下大鼠跟腱生物力学性能、形态结构及生化指标变化的观察,探讨不同训练模式下跟腱适应性改塑的机制。方法 10周龄雌性随机分为非活动对照组(15只)、跑台训练组(20只)、力量训练组(20只)。大鼠分别做跑台运动和跳跃力量训练。12周训练结束后观察生物力学性能、光镜下形态结构变化和荧光实时定量PCR检测组织前I、III型胶原,转化生长因子-β,结缔组织生长因子基因信使RNA表达的变化。结果训练组大鼠跟腱的最大载荷、刚度、能量吸收均显著高于非运动对照组(P<0.01),而最大载荷下的应力及弹性模量也均高于非运动对照组(P<0.01),而跑台训练组各项指标均值均高于力量训练组,其中刚度及弹性模量均显著高于力量训练组(P<0.05);相较于对照组,训练组大鼠跟腱组织中4项所测目的基因mRNA表达均呈现增高趋势(P>0.05),且跑台训练组大鼠组织目的基因mRNA表达水平均稍高于力量训练组(P>0.05)。光镜下跑台训练组可见较为整齐致密的胶原纤维,功能活跃的腱细胞。力量训练组的跟腱组织中局部胶原纤维则可见局部排列紊乱,且局部可见胶原纤维间有小间隔。结论 (1)跑台训练和力量训练虽然没有对跟腱横截面积造成明显影响,但均可促进跟腱在结构形态上和生物力学性能的良性改善。(2)跑台训练的影响效果好于力量训练,其中,生化指标变化提示此种训练模式下对于跟腱组织细胞代谢活性起到正性积极促进作用。

中药治疗兔胫骨疲劳性骨膜炎的生物力学、放射学和组织学研究

通过对兔胫骨疲劳性骨膜炎模型施以不同治疗方法的生物力学、放射学和组织学研究,发现中药有明显抑制骨膜反应的作用,运动后骨组织可以骨膜反应形式加强骨的负荷能力。

miR-152基于Hedgehog信号通路对骨质疏松大鼠骨生物力学、骨重建平衡的影响

目的分析调控微小RNA-152(miR-152)对骨质疏松大鼠模型骨生物力学、骨重建平衡及骨组织Hedgehog信号通路的影响。方法40例SPF级SD大鼠,10只作为正常组,其余大鼠行维甲酸灌胃建立骨质疏松大鼠模型,分为模型组、过表达组、沉默组各10只。做miR-152慢病毒载体构建,行miR-152转染。观察大鼠病理组织学、股骨骨密度值、骨矿物质含量、骨生物力学、骨重建平衡指标水平、骨组织Hedgehog信号通路蛋白及骨重建平衡相关蛋白BMP-2、RUNX2、OPG、RANKL表达情况。结果与正常组比较,模型组、过表达组、沉默组股骨骨密度值、骨矿物质含量、股骨最大荷载、刚度、CBF-α1、PINP、CTX-Ⅰ、OC表达、BMP-2、RUNX2、OPG、SHH、GLI1蛋白表达量均显著降低(P<0.05)。与模型组比较,过表达组股骨骨密度值、骨矿物质含量、股骨最大荷载、刚度、CBF-α1、PINP、CTX-Ⅰ、OC表达、BMP-2、RUNX2、OPG、SHH、GLI1蛋白表达量均显著降低,沉默组股骨骨密度值、骨矿物质含量、股骨最大荷载、刚度、CBF-α1、PINP、CTX-Ⅰ、OC表达、BMP-2、RUNX2、OPG、SHH、GLI1蛋白表达量均显著升高(P<0.05)。与过表达组比较,沉默组股骨骨密度值、骨矿物质含量、股骨最大荷载、刚度、CBF-α1、PINP、CTX-Ⅰ、OC表达、BMP-2、RUNX2、OPG、SHH、GLI1蛋白表达量均显著升高(P<0.05)。与正常组比较,模型组、过表达组、沉默组RANKL蛋白表达量显著升高(P<0.05)。与模型组比较,过表达组RANKL蛋白表达量显著升高,沉默组RANKL蛋白表达量显著降低(P<0.05)。与过表达组比较,沉默组RANKL蛋白表达量显著降低(P<0.05)。结论骨质疏松经沉默miR-152处理后骨代谢明显改善,其可能经作用于Hedgehog信号通路发挥其增强骨生物力学,促进骨重建平衡的作用。

调控miR-152对骨质疏松大鼠模型骨生物力学、骨重建平衡及骨组织Hedgehog信号通路的影响

目的:探讨调控微小RNA-152(miR-152)对骨质疏松大鼠模型骨生物力学、骨重建平衡及骨组织Hedgehog信号通路的影响。方法:将32只SD大鼠分为四组,对照组8只(正常大鼠),其他大鼠建立骨质疏松模型,按miR-152表达,分为模型组(8只)、过表达组(8只)及沉默组(8只),比较四组大鼠骨生物力学、骨重建平衡及骨组织Hedgehog信号通路改变情况。结果:与对照组相比,建立骨质疏松模型后大鼠血钙、碱性磷酸酶(ALP)表达明显下降,血磷明显升高,股骨密度值、骨矿物质含量均明显降低(均P<0.05),其中沉默组股骨密度值、骨矿物质含量、ALP表达高于模型组、过表达组,血钙、血磷低于模型组、过表达组(均P<0.05)。建立骨质疏松模型后大鼠成骨特异性转录因子(CBF-α_(1))、Ⅰ型前胶原氨基酸前肽(PINP)、骨吸收标记物(CTX-Ⅰ)、蛋白音猬因子(SHH)、胶质瘤相关癌基因1蛋白(GLI-1)表达以及最大荷载、刚度、骨保护蛋白(OPG)、骨形态发生蛋白2(BPM-2)表达均明显下降,其中沉默组高于模型组、过表达组(均P<0.05)。结论:miR-152通过调控骨组织Hedgehog信号通路,起到增加骨生物力学,促使骨重建平衡的作用。

《现代社会中的体育》世界科学大会第三部分——生物学、生物力学、生物化学、医学和生理学介绍

1980年第二十二届奥运会前在苏联第比利斯举行了关于《现代社会中的体育》的世界科学大会,有40多个国家和地区的约1200名代表参加。大会报告分四个部分。第三部分为运动医学,现介绍如下。

运动生物力学、运动生物化学

G804.6 20016407运动生物力学研究新世纪展望[刊,中,A]/卢德明//国家体育总局体育科学研究所论文选集.-2000.-24-26(TY)

游泳生物力学、技巧与技术探究

克服水中阻力和提高游泳动力是游泳运动员所必须具备的两大游泳素质。游泳生物力学是研究游泳运动员运动规律的体育科学,通过对其进行深入研究,本文将从重心平衡、游泳姿势和心理素质这三个方面,讨论游泳的技术方法,以期达到提高运动员游泳效率,帮助运动员获得成功的目标。

有限元法在脊柱胸腰段骨折生物力学分析中的应用及发展方向

背景:脊柱骨折最高发部位是胸腰段,其症状为后背部疼痛、后凸畸形、活动受限,或伴脊髓神经损伤引发下肢疼痛、麻木甚至截瘫等并发症。有限元法是一种数字化的计算机建模技术,能真实模拟实物模型并进行受力分析。目的:综述有限元法在脊柱胸腰段骨折中的应用。方法:在中英文文献数据库PubMed、Web of Science、中国知网中检索2024年3月之前发表的有限元分析法在脊柱胸腰段骨折中应用的相关文献,中英文检索词为“有限元分析法(finite element analysis methods)”“生物力学(biomechanical phenomena)”“应力分析(stress analysis)”“胸腰椎骨折(thoracolumbar fractures)”“脊柱骨折(spinal fractures)”,最终纳入55篇文献。结果与结论:①通过有限元法对不同病因(骨质疏松性、创伤性、病理性)导致的胸腰椎骨折进行探索,有利于对各种类型胸腰椎骨折的生物力学特征有更加深刻的认识,完善对胸腰椎骨折的个性化和精细化治疗;②单一样本或数量较少样本的有限元分析具有偶然性,未来的有限元分析需要更大的样本数量来减少样本偶然性带来的误差;③仅骨骼的刚性结构不能满足实物的完整性所具有的生物力学工况,未来的有限元模型需要尽可能纳入实物的所有结构(例如肌肉、韧带等软组织);④有限元法在骨质疏松性和创伤性胸腰椎骨折方面的研究较多,未来需要进行更加深入的研究;病理性胸腰椎骨折领域的研究较少,未来研究范围较广。

功能性踝关节不稳男性下蹲跳过程中下肢的生物力学特征

背景:踝关节作为人体的末端承重关节,承受着机体自上而下的压力,这导致踝关节在运动中很容易发生损伤,诱发功能性踝关节不稳,对日常生活造成负面影响。研究功能性踝关节不稳患者在下蹲跳过程中的下肢生物力学表现,对实现科学训练、预防踝关节损伤以及伤后临床康复提供理论参考具有重要意义。目的:探究功能性踝关节不稳患者下蹲跳过程中的下肢运动学与动力学特征。方法:于2023年3-9月在苏州大学招募男性功能性踝关节不稳患者与健康人群各15名,年龄22-28岁,所有受试者均完成下蹲跳试验。采用Vicon红外高速运动捕捉系统和Kistler三维测力台对两组受试者在下蹲跳起跳阶段、离地瞬间时刻、初始着地时刻和垂直地面反作用力峰值时刻的下肢运动学和动力学指标进行同步采集及对比分析。结果与结论:(1)离地瞬间时刻,与健康对照组的匹配侧相比,功能性踝关节不稳组患侧显示出了更小的膝关节内旋力矩(P=0.020)、更小的踝关节内旋力矩(P=0.009)。(2)落地瞬间时刻,与健康对照组的匹配侧相比,功能性踝关节不稳组患侧显示出了更小的髋关节屈曲角度(P=0.039);功能性踝关节不稳组相较于健康对照组显示出了更小的髋关节外展角度(P=0.022)、更小的膝关节内翻角度(P=0.010)、更大的膝关节外旋角度(P=0.021)、更小的踝关节内翻角度(P=0.004)、更小的踝关节外旋角度(P=0.008)。(3)垂直地面反作用力峰值时刻,功能性踝关节不稳组相较于健康对照组显示出了更小的踝关节内翻角度(P=0.044);(4)结果说明,功能性踝关节不稳者在下蹲跳动作中相较于健康人群存在异常的下肢生物力学特征,主要表现为离地与落地瞬间时刻,下肢关节在矢状面和额状面的运动学和动力学指标变化。这些改变反映出功能性踝关节不稳人群在执行下蹲跳时采用了僵硬的起跳与着陆模式,倾向于将患侧踝关节负荷转移至下肢其他关节,并显示出健侧下肢的代偿现象。因此,检测和纠正异常生物力学特征应该成为功能性踝关节不稳者康复训练的一部分。

有限元法构建退行性脊柱侧弯模型:病因与治疗中的生物力学分析

背景:退行性脊柱侧弯是指发生在成年之后,脊柱冠状面Cobb角度>10°伴有矢状面畸形和旋转脱位,常常产生脊髓、神经受压症状,如腰疼、下肢疼痛、麻木、无力、神经源性跛行等。有限元法是一种计算机建模的力学分析技术,通过建立数字化网格模型,能真实还原人类脊柱模型并可进行脊柱力学研究。目的:综述有限元法在退行性脊柱侧弯病因及治疗中的应用。方法:在文献数据库中国知网、PubMed、Web of Science中检索2023年10月之前发表的有关有限元分析法在退行性脊柱侧弯中应用的文献,英文检索词为finite element anaysis,biomechanics,stress analysis,degenerative scoliosis,adult spinal deformity,中文检索词为有限元分析法、生物力学、应力分析、退变性脊柱侧凸、成年性脊柱侧凸。最终纳入文献54篇。结果与结论:①运用有限元法构建的退行性脊柱侧弯模型得出的生物力学研究结果,与体内试验研究结果相同,证明有限元法在退行性脊柱侧弯中具有较高的实用价值;②通过有限元法对退行性脊柱侧弯的病因与治疗进行研究,有利于预防其发生、减缓其进展、制定出更合适的治疗方案、减少手术并发症出现、促进患者术后康复等;③有限元法从材料单一的骨性结构逐渐发展到纳入肌肉韧带等软组织的阶段,且小样本含量越来越无法满足研究需要;④有限元法在退行性脊柱侧弯领域有较大的发展空间。

有限元仿真分析不同矫形方式治疗青少年特发性脊柱侧凸的生物力学特征

背景:青少年特发性脊柱侧凸不对称的生物力学环境会导致椎体进一步楔形变,严重时或可影响心肺功能,压迫神经。不同侧凸程度的青少年特发性脊柱侧凸应进行运动、支具或手术治疗,然而,因患者的个体差异性,选择不同矫形方式的力学机制仍不明确。目的:基于青少年特发性脊柱侧凸患者的脊柱模型,探究不同矫形方式治疗的生物力学机制,为临床治疗方式的选择提供依据。方法:基于1例青少年特发性脊柱侧凸患儿脊柱CT图像,于Mimics软件中三维重建出脊柱侧凸模型(C7-L5),在T8/T9胸廓处施加横向侧推力,在C7椎体上方施加纵向撑开力,力的大小为20,40,60,80,100,120 N,分析两种矫形方式下椎间盘凹凸侧应力、椎体凹凸侧位移和脊柱Cobb角变化。结果与结论:①横向侧推力下,C7T1-T7T8椎间盘应力无明显变化,T7T8-L4L5节段凹凸侧应力随着侧推力的增加先减小后增大,侧推力对T8T9附近节段的矫正效果明显,随着节段延伸至头端和尾端,矫正效果减弱;侧推120 N时,胸部Cobb角由53.2°变为32.5°,腰部Cobb角由50.2°变为43.9°;②纵向撑开力下,胸椎椎间盘应力先减小后增大,腰椎椎间盘应力均减小,C7位移最明显,节段延伸至尾端,矫正效果逐渐减弱;撑开力120 N时,胸部Cobb角由53.2°变为39.4°,腰部Cobb角由50.2°变为47.6°;③提示两种矫形方式均对脊柱侧凸程度有一定改善,胸部矫正大于腰部矫正,同时凹凸侧不对称的应力分布也得到改善,这有助于骨逐渐恢复正常生长;脊柱侧凸Cobb角较大时,适合采用纵向撑开方式,脊柱侧凸Cobb角较小时,适合采用横向侧推方式;研究结果有助于理解脊柱矫形机制并为矫形方式的选择提供理论依据。

颈椎定点旋转手法在体生物力学量化及影响因素分析

背景:颈椎定点旋转手法属于技术要求较高的力学操作,但目前其生物力学还缺少相关量化数据;且颈椎定点旋转手法的影响因素研究包括了众多参数并且存在差异性,需要进一步对其影响因素进行分析,以完善其相关数据。目的:量化颈椎定点旋转手法在体生物力学参数,探讨各生物力学参数之间的相关性,及研究对象个体特征差异对手法力学参数的影响。方法:选取35例颈椎病患者为测试对象,均为广西中医药大学第一附属医院仁爱分院骨伤科门诊就诊者。术者佩戴穿戴式力学测量手套采集手法力学参数,包括拇指预加载力、拇指最大推力、掌心预加载力、掌心旋扳力和掌心旋扳最大作用力。并采集患者个人特征参数,包括年龄、身高、体质量和颈围。对手法操作过程中的关键力学参数进行特征分析及不同个体特征进行量化,对力学指标参数进行Spearman相关性分析;分析不同个体特征参数对生物力学可能存在的影响。结果与结论:(1)双侧力学参数相比,左侧操作与右侧操作无显著差异性(P>0.05)。(2)拇指预加载力均值为(7.21±1.19)N、拇指最大推力均值为(28.40±4.48)N、掌心预加载力均值为(5.67±2.49)N、掌心旋扳力均值为(10.90±5.11)N、掌心旋扳最大作用力均值为(16.00±7.27)N。(3)掌心预加载力和掌心旋扳力存在显著正相关(Rs=0.812,P<0.01);掌心预加载力和掌心旋扳最大作用力存在显著正相关(Rs=0.773,P<0.01);掌心旋扳力和掌心旋扳最大作用力存在显著正相关(Rs=0.939,P<0.01)。(4)患者体质量与拇指预加载力、掌心预加载力、掌心旋扳力及掌心旋扳最大作用力之间存在显著正相关(P<0.05)。(5)结果证实,颈椎定点旋转手法治疗颈椎病操作中生物力学有一定的标准量值。该手法左右侧操作无显著差异性,具有较好的一致性和可重复性。掌心预加载力、掌心旋扳力及掌心旋扳最大作用力3种力之间存在一致性和协调性,对于治疗效果的贡献是相近的。患者的体质量是影响颈椎定点旋转手法重要的因素。

视觉干扰对前交叉韧带重建后运动者下肢生物力学特征的影响

背景:由于本体感觉缺陷,前交叉韧带重建后运动者可能会使用代偿性稳定策略,将感觉重新加权到更可靠的视觉刺激。然而,尚不清楚视觉信息受到干扰时,其下肢生物力学特征会如何改变。目的:探究视觉干扰对前交叉韧带重建后运动者和健康运动者单腿着陆时下肢运动学、动力学特征的影响。方法:招募20名前交叉韧带重建术后运动者和20名健康运动者,随机经历睁眼和视觉干扰2种不同的视觉条件,并分别在2种视觉条件下完成单腿着陆。采用频闪眼镜进行视觉干扰,频率设为3 Hz,即睁眼0.1 s,闭眼0.233 s。应用红外高速运动捕捉系统(200 Hz)采集患侧/优势侧下肢的运动学参数,应用三维测力台(1 000 Hz)采集下肢动力学参数。采用双因素重复测量方差分析确定组别和视觉条件对运动学、动力学变量的影响。结果与结论:(1)与睁眼条件相比,视觉干扰条件下前交叉韧带重建术后运动者和健康运动者在初始着地时刻的膝关节外翻角度(P=0.026)和踝关节内翻角度(P=0.006)显著升高;(2)与睁眼条件相比,视觉干扰增加了前交叉韧带重建术后运动者在膝关节屈曲峰值时刻的膝关节外翻角度(P <0.001),但对健康运动者没有显著影响(P=0.527);(3)与睁眼条件相比,视觉干扰条件下前交叉韧带重建术后运动者和健康运动者在膝屈曲峰值时刻的髋关节伸直力矩显著升高(P=0.047),膝关节伸直力矩显著降低(P=0.001)。结果表明:视觉干扰增加了前交叉韧带重建术后运动者和健康运动者膝关节外翻和踝关节内翻角度,这可能会增加前交叉韧带损伤/二次损伤和踝关节外侧扭伤的风险。此外,视觉干扰使运动者在矢状面表现出负荷向近端转移的代偿策略。

置入微创椎间融合器高度对青少年腰椎间盘突出症患者腰椎生物力学的影响

背景:青少年腰椎间盘突出症是引起青少年腰疼的主要病因,目前绝大多数患者通过保守治疗干预,而当长期的非手术治疗尝试后,患者的症状没有得到充分缓解或者当患者出现神经麻痹或马尾神经受压的症状时,手术可能是防止进一步损伤的必要手段,而选择合适的椎间融合器至关重要。目的:探究青少年腰椎间盘突出症患者置入不同高度微创椎间融合器固定后对腰椎生物力学的影响。方法:采集一名17岁男性青少年腰椎间盘突出症患者(L4-5节段突出)的CT扫描资料,MIMICS三维重建后,选择用与实验对象椎间隙等高和高于椎间隙3 mm椎间融合器进行分析,设计重建两种可膨胀混合材料椎间融合器:融合器L前高11 mm、后高9 mm、宽9 mm、长28 mm;融合器H前高14 mm、后高11 mm、宽11 mm、长28 mm,并对腰椎融合器进行建模。将融合器与腰椎模型经过优化处理,逆向建模后导入ABAQUS并最终得到腰椎融合三维模型。模拟人体腰椎后伸、前屈、右侧弯、左侧弯等生理活动,得到相应应力云图,观察L4-5椎体在7种不同工况下的生物力学特征。结果与结论;(1)两种融合器终板最大应力均在前屈和后伸工况,前屈工况H融合器上、下终板应力值为(18.27±3.80)MPa和(15.02±3.24)MPa;L融合器上、下终板应力值为(9.16±0.05)MPa和(9.17±1.83)MPa;后伸工况H融合器上、下终板应力值为(19.11±4.03)MPa和(16.32±3.72)MPa;L融合器上、下终板应力值为(9.13±0.01)MPa和(4.92±1.01)MPa;(2)除中立位L5上终板,其余不同工况下H型融合器终板应力值均大于L型融合器终板,差异有显著性意义(P<0.05);(3)同一椎间隙中选择高度超过椎间隙高度3 mm的椎间融合器更稳定。