人体小腿肌腱生物材料力学特征实验研究

目的:人体小腿肌腱损伤后的防治、修复、人工材料替换等需要大量的生物材料力学特征方面的实验数据作为其参考依据。方法:使用德国产Zwick万能材料实验机,对小腿9种72条成人新鲜小腿肌腱进行"一维拉伸破坏试验",并对实验数据进行统计学处理。结果:(1)当应变为0-5%范围时,形变随拉伸应力改变较小,属于曲线的"坡脚区";当应变为8%-16%范围时,应力随应变增大而增大,属于曲线的"直线区";当应变达到20%左右时,拉伸应力则随应变增大而减小。(2)小腿肌腱之间极限应变没有显著性差异;跟腱极限应力明显小于趾长伸肌腱、趾长屈肌腱、拇长伸肌腱与拇长伸肌腱(P<0.05)。(3)部分小腿肌腱之间拉伸刚度与弹性模量有显著性差异(P<0.05)。结论:(1)小腿肌腱与前臂肌腱均是以规则致密结缔组织为主构成,故其"应力—应变曲线"也呈现基本相同的特征。(2)从小腿各肌腱极限应变指标对比结果差异不明显可以推断小腿肌腱抵抗最大负荷的能力基本相同;跟腱由于其截面积大,应力呈现分散现象,故极限应力最小。(3)跟腱的拉伸刚度较大,从生物材料上保证其能够承受踝关节完成高频率、大强度、较大运动幅度的背屈运动。(4)肌腹强大的肌腱主要通过肌肉收缩力使其产生弹性变形,而肌腹较小的肌腱主要通过自身弹性变形满足承担功能的需要。

人体内、外侧半月板生物材料力学特征及比较的实验研究

目的:通过对人体膝关节内侧半月板与外侧半月板多部位、多切面的力学实验,研究其生物材料力学的特征,对比其差异,有助于分析该结构发生损伤的机理,为损伤后的治疗、修复、人工材料置换等提供实验参考依据。方法:取右侧膝关节无病变,年龄在20～45岁之间的成年男性内、外侧半月板各6块。将半月板分为前角、体部和后角3部分,再对前角与后角进行水平面、额状面冰冻切片,体部进行水平面、矢状面冰冻切片,制作成标准试件。使用上海大学力学实验中心"生物材料力学性能测试系统"完成"一维拉伸试验"和"应力松弛试验"。实验数据经统计学处理,进行:1)内、外侧半月板前角额状面及水平面比较;2)内、外侧半月板后角额状面及水平面比较;3)内、外侧半月板体部矢状面及水平面比较。结果:1)内、外侧半月板瞬时弹性响应比较,前者的前、后角均显著大于后者,前者的体部显著小于后者(P≤0.05);2)内、外侧半月板各部位、各切面应力松弛率比较均无显著性差异(P>0.05);3)外侧半月板不同部位、不同切面中有4项抗拉伸能力指标显著低于内侧半月板(P≤0.05)。结论:1)外侧半月板前角与后角、内侧半月板体部粘弹性较差,抵抗瞬时外力的能力较弱,从生物材料的角度看可能在承受突然较强的负荷时容易发生损伤;2)内、外侧半月板各部位、各切面调整负荷的能力基本相同,运动时若注意关节运动幅度适度、准备活动充分,应能够避免因负荷不均造成的损伤;3)外侧半月板较内侧半月板抗拉伸能力弱,可能是其急慢性损伤更为多见的生物材料力学原因之一。