全身低载高频振动参数交互作用下松质骨力学行为的模拟研究

目的:研究在全身低载高频振动(low-magnitude high-frequency vibration,LMHFV)参数交互作用下松质骨的力学行为,以为临床治疗废用性骨质疏松提供理论指导。方法:选取股骨中段松质骨通过Mimics软件进行三维重建,并将其导入Comsol软件中建立三维流固耦合有限元模型。设定12种振动方案(振动加速度幅值a为0.015×g、0.02×g、0.03×g,振动频率f为30、45、60、100 Hz)进行模拟研究,分析LMHFV参数交互作用下松质骨的流体力学微环境、应力及变形位移的分布规律。结果:骨小梁表面骨髓流速及其变形位移随a增加而增大,随f增加而减小。在振动方案(0.015×g/0.02×g/0.03×g,30 Hz)下,骨小梁产生的变形位移平均值较高。在LMHFV参数范围(0.02×g~0.03×g,30~35 Hz)内,骨小梁的von Mises应力值较高。结论:全身LMHFV可显著改善松质骨的受力及流体力学环境,临床上可通过合理调控LMHFV参数来提高力介导的成骨细胞生物活性,进而促进骨生成。

低幅高频振动对骨质疏松性骨折合并闭合性动脉损伤的作用

目的利用卵巢切除大鼠建立骨质疏松骨折模型,研究低幅高频振动对骨质疏松性骨折愈合及患肢远端血供的作用。方法 32只6月龄雌性SD大鼠行卵巢切除术,3个月后构建右侧股骨干闭合性横行骨折合并股动脉损伤模型,术后随机平均分为振动组与对照组。每周摄股骨侧位X片以监测外骨痂尺寸及骨折愈合情况。第2、4、8周,应用脉冲多普勒超声测量患肢远端血流速度及阻力指数。Micro-CT扫描重建骨折部位,并作定性定量分析。结果超声检测发现,第2、4周振动组患肢股动脉远端收缩期峰值血流速度较对照组明显增高(P<0.05),阻力指数降低。X片及Micro-CT分析显示,振动组在愈合过程中,骨痂形成、矿化程度、重塑效果、桥接愈合率均显著优于对照组。结论低幅高频振动可有效改善患肢远端血供,促进骨质疏松性骨折愈合。

微振动在骨髓间充质干细胞成骨向分化中的作用机制研究进展

微振动是指系统相对平衡位置幅度很小的周期性偏离,而高频率、低振幅的微振动(low-magnitude high-frequency vibration, LMHFV)对骨骼系统细胞的作用力与肌肉运动时对骨骼产生的力学刺激相似。骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)作为力学敏感细胞,存在于骨髓基质,具有多向分化潜能。在体外适当机械刺激下,BMSCs增殖、分化等生物学特性发生功能性变化,对力学刺激做出适应性应答。LMHFV可促进BMSCs向成骨细胞分化,探明其机制有助于将微振动应用于骨质疏松、骨折、成骨不全症、肥胖症等疾病的治疗以及正畸牙移动的加速等方面。综述微振动对BMSCs成骨向分化的影响以及可能的作用机制,为研究微振动刺激下BMSCs的力学生物学改变提供思路。