生物力学测试方法范文

导语：如何才能写好一篇生物力学测试方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一、问题导学法的特点

1.以提出问题作为教学的开始

1938年，爱因斯坦在《物理学的进化》中说：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许是一个数学上或实验上的技巧问题。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”与其他学科相比较，生物学科兼有文、理科二者特点，是一门综合性质的学科。学生读懂了书上每个章节并不能完全彻底地掌握所学知识，关键还要对知识进行有条理的整合，在实验的基础上做一些练习题，在综合练习中慢慢强化知识体系才能学好。在生物学科的教学中，教师不但要注重培养学生分析、解决问题的能力，而且要注意培养学生的质疑能力。从古至今，善于独立思考，善于质疑的人就具有较强的创造力。所以说，增强生物课教学实效关键在于培养学生的质疑能力，激发学生的求知探究欲。

2.以探究问题作为有效教学的主线

引导学生对所学知识不断质疑，学生的求知欲就会被激发出来，也有利于培养学生的创造性思维能力。问题导学法的特点是围绕问题慢慢呈现出课本知识，而这个过程中学生对课本知识就能达到慢慢地理解和消化，最后真正内化为自己的知识。例如，在《光合作用》一节课的讲授中，教师可以结合学生的生活经验提问：“植物的发芽成长需要哪些物质？这些物质来源于哪里？植物进行光合作用需要哪些原料？在什么条件下进行？光合作用的产物是什么？植物的叶子有哪些结构与光合作用相适应？光合作用对生物界乃至整个自然界有着什么重要的意义？所以，在整个教学中使用问题导学方法，教师都在引导学生循序渐进地探究知识，教学活动始终围绕着解决问题而不断展开，当一堂课结束了，学生就基本掌握了所学的知识。

3.以解决问题作为教学实效的增强

教学的最终目的是提高学生的素质，培养学生解决问题的能力。问题导学法就是让学生在初步解决问题的基础上发现新的问题，使自己的创造性思维得到培养。例如，在《植物的主要类群》的教学中，有怎样区别不同的植物的内容。在实施问题导学法中，教师可以选择合作小组学习方式。首先把学生分成若干小组，让每个小组从生活中寻找一些实验需要的材料带到学校。诸如，海带、葫芦藓或墙藓、铁钱蕨、带球果的松枝、蚕豆花及果实中选择一到两种，在课堂上教师可以指导学生用放大镜观察带来的实验材料，并让学生区分、比较不同的植物的主要特征，小组讨论区分、比较的结果，教师巡视、指导并参与学生的讨论探究，待观察结束后，各小组将各种植物把讨论达成共识的结果写出来。老师最后总结，得出结论。

二、问题导学法中问题创设的实施过程

1.创设情景，设置问题

“问题导学法”的中心环节是设置问题。学生学习的兴趣和课堂的实效都会因问题设置的好坏而变化。问题情景设置得比较好，学生的兴趣往往能够被强烈地激发出来，学生也会积极地思考，并努力想办法解决问题，这样学生自主学习能力自然而然地就得到了培养。如果问题设置得不当，那么，一切都会向相反的方向发展。因此，在问题导学法实施的过程中，教师应当精心备课，吃透教材，将课本内容具体为许多个问题，通过问题的不断抛出，从而推进和展开教学过程，实现课本内容的讲授。如，《动物的主要类群》的教学，笔者用多媒体剪辑了一段“丰富多彩的动物世界”录像片在课堂上作为导入播放，在播放之前我就告诉学生录像中有诸多问题，要认真看，笔者要提问。学生听了就认真观看录像片，不但被录像中丰富多彩的动物世界所吸引，而且带着问题观看情景，激发了他们探究的欲望。而这一段录像中就讲到了自然界中的动物大约有多少种？什么动物种类最多？什么动物最小？什么动物最大？……学生兴致勃勃观看后笔者就对这些问题做了提问，在学生回答完提问之后，笔者就带领学生进入对动物进行分类的教学内容。

2.自主探索，讨论问题

问题导学法是教师要不断引导学生进入“问题”。所以，教师课下要为学生的质疑做好准备，这样才能充分调动学生的积极性，学生才会根据教师提出的问题积极思考。在对动物进行分类的教学中，笔者也是先通过多媒体播放了蚯蚓、蜗牛、虾、蛙、兔、丹顶鹤、海龟、北极熊等动物的图片。这些动物有的我们身边就可以见到，但有的只是在电视或者电影中见过，并不是很熟悉。笔者首先根据教学安排，要求学生根据自己了解的情况对这些动物进行简单的分类。然后提出以下问题：

（1）能否根据生活环境合理地将这些动物分成不同类群？

（2）能否根据生活方式将上述动物合理地分为不同的类群？

（3）能否根据形态结构的不同将他们分为不同的类群？

（4）无脊椎动物和脊椎动物或者有骨动物和无骨动物还能否进一步分类？

（5）你认为将上述动物合理划分的依据是什么？

以上“问题”具有一定难度，但我们的目的是不断引导学生积极参与教学。所以，在提问之后要做好教学的导向作用，并留给学生一定的时间，让学生积极地去思考。

3.提问检查，巩固问题

学习效果到底如何？这是我们教师很关心的一个问题。检验学习效果的最好教学方法也是使用提问的方式来解决。对学生进行提问很容易，但回答问题的对象教师要做到心中有数，否则会打击学生学习的积极性。一般情况下，教师可以让基础不够好或者学习成绩不够理想的学生回答一些较容易的问题；有一定难度的问题，可以让学习成绩优秀的学生回答。同时，教师要做好评价。对学生正确的回答，及时肯定和表扬；对局部正确者应肯定其正确部分，并加以适当鼓励。

4.掌握方法，解决问题

提问检查中我们总会发现一些问题学生掌握得不够好。因此，我们教师就要对学生普遍没有理解的问题进行再次辅导。同时，教师要给学生适当地介绍一些学习方法以及相关的思维方式、手段等，使学生不由自主地对比、检查自己的学习方法还存在什么问题，从而有效培养学生的自主学习能力。

三、问题导学法中问题创设的原则

在教学活动中，问题导学法作为一种教学方法，教师主要以此为线索，创设问题情境，目的是引起学生积极思考，从而独立地解决问题，发展其自主学习的能力。因此，教师在应用“问题导学法”进行教学时，应遵循以下基本原则：

1.探究性原则

在教学中使用“问题导学法”，教师要从培养学生学习兴趣，激发学生探求欲望着手。所以，在整个“问题导学法”实施中，教师要根据学生现有的知识水平以及学习能力，吃透教材，把课本知识转化为一些精心准备的“问题”而实施教学。“问题导学法”的目的是让学生通过质疑掌握解决问题的方法，我们就要以“质疑”为基础而展开教学，这样才能让学生产生强烈的好奇心，并在这种好奇心的驱使下，自己去不断思考、探索，解决问题。所以，“问题导学法”实施中，教师创设疑问情境一定要注意探究性，情境设计的探究性强，长期锻炼培养，学生探究问题的能力就会得到提高。

2.启发性原则

众所周知，人的兴趣、求知欲望以及好奇心实际是人表现出来的一种积极的主观生活态度或者学习态度，在平时的教学中，学生的问题多起码说明学生在积极思考。所以，在教学过程中，教师要注意培养学生的兴趣，激发学生的好奇心。“问题导学法”的实质是设置问题，但也是启发学生积极思考的过程。所以，教师创设的问题情境要具有一定的启发性。问题情境启发性强，设计得巧妙，就能让学生随着老师的思路不断思考，这样学生也才能得到较大进步。如果教师的问题具有很大的启发性，那么，学生接受知识就自然而然地主动了。所以，问题导学法一定要坚持问题设计的启发性原则，这样对于实现教学的实效性具有很大帮助。

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    【摘要】  目的  研究人髌腱密度与其生物力学的关系,寻找能于前交叉韧带重建术前检测髌腱移植物生物力学性质的方法。方法  对20例不成对人体髌腱(男10例,女10例)进行单轴拉伸试验,来研究供者性别及髌腱密度对其生物力学性质的影响, 髌腱密度根据其所测得体积和质量计算出。结果  髌腱的生物力学性质基于性别上的差异均无显着性, 而与其密度呈正相关。密度>1.68g/cm3(n=8)的髌腱的最大抗张强度比质量密度<1.68g/cm3(n=12)者明显要高。结论  髌腱密度可以用来评价该髌腱的质量, 因此,可利用术前测量活体内髌腱的密度来决定该前交叉韧带重建是用异体移植物还是自体移植物。

    【关键词】  髌腱;密度;移植物质量;生物力学性质

    The mechanical properties of the human patellar tendon correlated to its mass density

    【Abstract】  Objective  To study the effects of tissue mass density on the mechanical properties of the patellar tendon and find out predictors of the mechanical properties of the patellar tendon, used as grafts in anterior cruciate ligament reconstruction surgeries.Methods  Uniaxial tension tests were performed to determine the effects of donor sex and mass density of the tissue on the mechanical properties of twenty unpaired human patellar tendons(10 male and 10 female).Mass density of the patellar tendon was determined by measuring its volume and mass.Results  No evidence of sex-based differences in any of the mechanical properties of the patellar tendon was found.The mechanical properties of the patellar tendon were significantly correlated to its mass density.The tensile strength were significantly higher for those patellar tendons having a mass density greater than 1.68g/cm3.Conclusion  The mass density of the patellar tendon may be considered as an indicator of mechanical properties of the patellar tendon or graft quality.In vivo measurement of the mass density of the patellar tendon,prior to surgery,can be used to decide if a particular ACL reconstruction should be carried out with an allograft or an autograft.

    【Key words】  patellar tendon;mass density;graft quality;mechnical properties

    自体髌腱复合体曾被作为移植重建前交叉韧带的金标准,目前仍为外科医生重建手术的首选。学者们对髌腱的生物力学性质进行了广泛研究,希望找到能于移植前有效评价移植腱质量的客观变量,为临床选择肌腱提供依据。笔者对人髌腱的密度及其生物力学性质进行研究,希望确定供体髌腱密度对其生物力学性质的影响。

    1  资料与方法

    1.1  一般资料  从国人新鲜尸体中获取20例不成对的膝关节(男10例,女10例),冷冻在-20℃,直到试验日为止。膝关节均在供者死亡后12h内冷冻。冷冻时间1~12个月不等。死者排除以下情况:(1)年龄>50岁;(2)骨骼未发育完全者(女性<16岁,男性<19岁);(3)有膝关节手术史;(4)有膝关节炎病史。在取髌腱标本之前,先将膝关节在室温中解冻。将髌腱连同全部髌骨和胫骨的一部分(包含有胫骨结节)从膝关节中分割出来。胫骨部分修整成楔形,取髌腱的中央部分(平均5mm宽),用手术刀沿着腱束的长轴将腱的内外侧修理成直的平面。小心操作以避免将腱束横行切断。用游标卡尺在不同截面测量髌腱的宽和厚,取其均值,并测量髌腱的长,用以计算髌腱的体积。

    1.2  使用仪器  将样本安装在DCS-25T电子万能试验机(日本岛津)上,进行单轴拉伸试验,拉伸速度为30mm/min。以3033型X-Y函数记录仪(四川仪表制造厂)记录载荷―变形曲线,并进行分析,得出最大载荷、衰竭应变及弹性模量。

    1.3  计算样本密度  力学测试完毕后将样本的腱性部分从骨的附着点上分离出来,称重。根据前面算出的体积计算出每个样本的密度。

    1.4  统计学方法  采集所有数据,应用t检验来比较不同性别来源的髌腱的力学性质,进行相关性分析来判断髌腱密度与生物力学性质间的关系。将样本根据密度排列,再随机选择其中一个密度作为标准,将其上、下两组样本的生物力学指标用t检验分析,重复这个过程,检验是否存在一个密度值,比这个密度值大的样本与比这个密度值小的样本相比,其生物力学强度要高。

    2  结果

    样本的平均截面积是19.47mm2(SD 8.72),髌腱的平均长度是47.83mm(SD 3.78),男性髌腱平均长49.22mm(SD 3.42),比女性髌腱[平均46.44mm(SD 3.76)]稍长一些(P=0.05)。髌腱组织混合在一起的平均密度是1.61g/cm3(SD 0.47)。男性髌腱的密度(1.68g/cm3)和女性髌腱的密度(1.54g/cm3)之间差异无显着性(P=0.23),所测得密度范围为0.81~2.57g/cm3。

    髌腱的力学性质不依赖于供体的年龄和性别。在最大抗张强度(P=0.62,)、最大应变(P=0.61)、弹性模量(P=0.57)方面基于性别上的差异均无显着性。因为性别和年龄对髌腱力学性质没有任何影响,所以将样本混合起来做密度的相关分析。样本的最大抗张强度与其密度相关(r=0.57, P<0.02)。髌腱的弹性模量也与其密度呈正相关,尽管其相关性较弱,但亦有统计学意义(r=0.44,P<0.05)。衰竭应变与其密度无相关性(r=-0.25,P>0.1)。连续采用t检验分析显示密度>1.68g/cm3(n=8)的髌腱的最大抗张强度比质量密度<1.68g/cm3(n=12)者明显要高。

    3  讨论

    本研究中,组织密度被作为变量进行相关性分析,通过测量其密度,就去除了组织大小对相关性分析的影响。我们发现在髌腱的生物力学性质与密度之间高度相关。较大的组织密度可能意味着较多的胶原堆积在组织中,产生较大的生物力学强度。Woo SL[1]发现经常活动的猪的伸趾肌腱质量和胶原含量增加,其最大抗张强度显着增加。但其未做肌腱生物力学和其质量的相关性研究。我们发现了髌腱组织的一个密度值(1.68g/cm3),大于这个密度的髌腱群体,其生物力学强度显着要高。因为高于或低于这个髌腱密度值的供者的平均年龄非常接近,所以年龄不会导致髌腱的生物力学的差异。这与Flahiff[2]报道的结果一致。

    在以前的研究中,诸如样本大小、组织储藏方法、组织的测试条件、样本的截面积和力学测试方法等因素都被认为是很重要的因素,并且各实验间各不相同[3],因此,难以 做具体数据上的比较。文献报道[3],测试过程中对样本进行盐水浴,让液体从腱组织渗出,能产生更大的强度和硬度。一些研究人员观察了髌腱生物力学的差异,猜测可能有某些内在或外在的因素与此差异性有关。例如,Flahiff[2]认为重量、活动量、健康及饮食能影响髌腱的力学性能,虽然Beynnon[4]陈述软组织内在的未知生物学因素能导致肌腱力学性能的差异。基于我们的研究,髌腱的密度似乎是这种差异的一个原因。

    本研究最有意义的成果是,髌腱密度可以用来评价该髌腱的质量。这个发现在临床上将具有重要意义。有些学者[4]认为,在重建手术进行之前预测自体移植物的生物力学性能很重要。他们报道移植物移植后有不同程度的伸长,导致手术5年后过度的膝关节前后松弛。这些研究人员也主张,因为重建术后难以立即测量移植物的伸长量,所以有一种能预测自体移植物的生物力学性质的简单指示器是非常必要的。基于我们的研究,自体移植物的密度能被用来预测包括弹性模量在内的生物力学性质。现代影像技术如CT扫描能无创测量移植组织的密度。利用一条组织密度与CT值的标准曲线就可以从CT扫描中得到组织密度。因此,可利用术前测量活体内髌腱的密度来决定该前交叉韧带重建是用异体移植物还是自体移植物为好。

    这里得出的结果不能应用到异体移植物。因为重建术前异体移植物经过了射线照射和冻干处理。

    【参考文献】

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摘 要 运动生物力学是研究体育运动中人体的机械运动规律及其应用的科学。文章通过对运动生物力学在体育教学中的运用分析，尤其是在技术教学中运用的阐述，证明了运动生物力学在技术教学中的重要性，对提高学生掌握运动技术动作和教学效果有着积极的意义。

关键词 运动生物力学 体育教学 技术教学

运动生物力学是一门理论与实践密切结合的应用科学，研究人体运动时的力学规律以及运动状态改变的原因，它直接为提高运动员运动技术水平和增强人类的体质服务。作为一门实践性极强的应用学科，体育教师如果能够运用运动生物力学的原理对学生的运动技术动作进行正确评价和传授，便可以使学生的技术动作更合理、更有效，所以在体育教学中已受到众多体育教师的重视和应用。

一、运动生物力学在体育教学中的地位

任何一项身体练习都由一定的动作及动作体系构成，而完成每个动作及整套动作都存在着最适合、最合理的运动技术。合理的运动技术以运动生物力学理论为依据，并富含运动生物力学原理。而运动生物力学又以其分析科学性、结构合理性为体育技术教学提供理论和方法上的指导，通过对形形体育动作千差万别以及引起这些差别原因的分析、探讨获得良好技术的各种力学条件，从而使学生更完善地认识、学习和合理掌握运动技术动作。

要想使学生迅速并正确的掌握技术动作，不仅需要教师正确的讲解和示范，而且需要合理的练习方法。技术教学中由于学生个体身体素质和能力的差异，表现在完成技术动作时或多或少地在各个环节上存在这样或那样的技术问题，教师如能及时向学生传授有关生物力学原理，往往能收到事半功倍的教学效果，这种效果对于具有良好物理学基础的大学生尤为显著。

二、运动生物力学与技术动作的关系

运动生物力学是研究体育运动中人体及器械运动规律及与其他运动形式相互转化规律的一门科学，它以经典力学的理论和方法为主要工具，研究体育运动中的各种力学现象。

人体在从事体育运动时，技术动作是千变万化的，各种动作形式差别很大，包括运动的空间、时间、速度、加速度等方面。空间特征表明运动发生什么地方和运动路程的几何形状，时间、速度和加速度的特征对揭示人体运动的性质是比较重要的，特别是技术性强的运动项目如体操、跳水、田径中的田赛等，对运动员的各方面都提出了极高的要求。运动员完成技术动作是否合理、是否规范、是否发挥其特点，也就是在运动中发挥人体最有效、最经济所作的功，都是运动生物力学的一种表现。所以训练时，如果教练员能掌握这门知识，运用运动生物力学原理，合理分析和建立运动员的技术动作，就会少走弯路，缩短技术动作定型的时间，并找到评价运动员技术优劣的标准，从而更快的提高运动员技术水平和专项运动成绩。

三、运动生物力学对体育技术教学的影响

在技术教学中，及时而有针对性地向学生传授运动生物力学原理，往往能引起学生对学习和掌握运动技术的兴趣，并使复杂的技术问题简单化，从而有利于学生及时纠正自己的错误动作，并防止由于错误动作而带来的运动损伤。

（一）提高学生学习运动技术的兴趣

新的运动技术取代旧的运动技术或高级运动技术取代低级运动技术，缘于新技术、高技术比旧技术更科学、更合理，并且更符合人体运动特点。因此，新技术总能吸引更多的人去研究和学习。在体育技术教学中，如何引起学生对新技术的兴趣是学习的第一动力。比如，我们说背跃式跳高比俯卧式跳高先进，主要是背越式更趋于自然的起跳姿势，摆动腿的屈曲上摆由于转动惯量小，因而比直腿上摆快。因此，背越式是小缓冲的垂直起跳，使起跳的爆发力有可能直接通过人体重心，最后，背越式所形成的背弓过杆，有可能使人体重心远离身体，从而实现身体重心从横杆下面通过的情景，对于同一跳跃能力的人可能提高横杆的高度。如此，通过对技术动作的分析，以及成绩的进步，就会使学生对背越式跳高技术产生浓厚的兴趣，提高勇于实践的欲望，从而在技术教学上就会主动、积极地参与并思考、体会技术细节，进而缩短掌握技术动作地时数，有利于提高技术教学效果。

（二）使复杂的动作技术简单化

在我们以往的教学中，当教师对某一项较为复杂的技术过程讲解时，学生常会因为技术太复杂而影响学习，但如果教师能用适当的力学知识加以分析，往往能使学生“顿悟”，从而激发学生的学习积极性。如：排球飘球是一项较复杂的技术动作，且飘球形成的力学原因也极为复杂，但根据“飘球不转”、“转球不飘”的力学现象，我们只要在击球过程中，保证打击力通过球心，即没有形成使球转动的打击力矩，便为飘球的产生创造了条件。如此讲授，复杂的技术问题简单化了，学生学习发飘球也会格外认真，能极快又好地掌握飘球技术动作，教学效果明显。同样，对足球“香蕉球”也是大学生足球爱好者非常向往的，如果我们在踢球的实施过程中，能保证给球施加极大的偏心力，便可能使足球在向前飞的过程中，因为偏心力使足球高速转动，从而使球体相对应的两侧形成压强差，进而使足球划出香蕉状的弧线轨迹。因此，对复杂的技术动作稍加力学分析，便可使复杂问题简单化，便于学生理解并提高教学效果。

（三）诊断并改进动作技术问题

技术诊断工作在国际上非常普及，许多体育强国都在他们的训练基地装备了生物力学测试仪器，经常性进行技术改进工作并取得了显著的成绩。在我国这一工作正在开展，生物力学技术诊断逐渐成为教练员和运动员科学训练的得力工具，也为体育教师对学生进行动作技术教学提供了科学依据。

运用运动力学的基本原理对技术动作的简单力学分析，可以诊断技术上存在的力学问题，从而对症下药，改进技术，便会收到良好的效果。如：用皮尺、秒表可以测得某学生某次推铅球的远度S，铅球出手高度H和铅球在空中的飞行时间T，用适当的运动学公式可以方便的求得铅球出手速度V和出手角度θ。在一定的出手速度V和出手高度H时存在着某一最佳出手角度θ′，比较实际出手角度θ和最佳出手角度θ′，便可诊断出手角度的合理性，从而指导教学、训练乃至比赛，并提高铅球成绩。

但在运用运动生物力学原理对学生进行动作技术指导的过程中，体育教师应重视学生的个体特点。运动技术的生物力学原理只是从生物力学角度反映了各项动作技术带有共性的普遍规律，而每个学生的身体形态和身体素质不同，因此在动作技术教学过程中，体育教师应经过实践逐步了解每个学生个人身体、素质及心理特点，实施有针对性的教学，这是运用运动生物力学动作技术原理指导体育技术教学的生命力所在。

（四）建立动作技术模式，提高教学效果

结合体育技术教学的需要，将学生按不同水平、不同技术特点分组，选择若干要素，运用生物力学测试方法，获取动作技术数据，经统计学处理，再运用运动生物力学原理分析，找出动作技术的一般规律和完成某个动作技术的合理方法，建立起正确的动作技术模式，并将其运用于一般专项运动训练和体育教学，这将会有利于专项技术和教学水平的提高。

（五）减少运动损伤的概率

合理的运动技术首先应符合人体解剖的结构特征，其次应符合力学原理。由于学生在学习运动技术中常形成一些多余动作乃至错误动作，违反了运动力学原理，从而可能导致运动损伤的出现。如：在掷标枪时，有的学生会出现屈肘或肘低于肩的错误动作，从而给肘关节造成扭转负荷，超出关节周围肌肉群的承受阈，进而使肘关节内侧肌肉等软组织损伤。因此，教学前，教师应对肘关节的结构以及力学负荷加以必要的力学分析，使学生明确合理的动作技术的基本要素，从而避免或减少运动损伤。

四、小结

体育教学不仅是一个学科，更是一门科学。其中的分支——运动生物力学在我们的体育训练和教学工作中更是起着重要的作用，它在体育技术教学中的独特地位，是什么都无法代替的。因为我们参与的每一个技术动作无不可以从力学的角度去分析研究，所以在体育技术教学中不但要知其然，更要知其所以然，只有这样以才可以改进教学水平，提高教学质量，让学生受益，让体育老师教学相长，提高自我、完善自我。

参考文献：

[1] 石玉琴.运动生物力学[M].北京：人民体育出版社.1999.12.

[2] 李建设，顾亮.运动生物力学的研究与展望[J].浙江体育科技.1999（2）.

[3] 马辉，马雪莲等.将运动生物力学融入高校体育教育实践的研究[J].中国成人教育.2009（16）：133-134.

篇4

【关键词】 椎弓根螺钉

摘要：［目的］从生物力学角度评价腰骶椎弓根螺钉翻修及强化固定的稳定性。［方法］采用7具新鲜成人尸体L5S1椎体标本，于L5椎体首先置入5．5mm／45mm椎弓根螺钉，然后再置入7．0mm／55mm螺钉翻修，最后应用骨水泥强化固定；S1椎弓根置入初始螺钉为6．25mm／35mm、翻修螺钉为8．0mm／45mm、最后同样行骨水泥强化固定。在858MiniMTS生物力学实验机上分别测试各状态轴向最大拔出力及最大扭力矩。［结果］(1)在L5，初始、翻修及骨水泥强化固定状态的最大把持力分别为（1680．7±242．8）N、（2410．3±366．1）N、（3273．0±688．5）N(P

关键词：腰椎；骶椎；椎弓根螺钉；翻修；生物力学

Biomechanical stabilization in the revision and augmentation for lumbar and sacral pedicle screws

Abstract：［Objective］ To evaluate the biomechanical stabilization of augmentation and revision of L5 and S1 pedicle screws.［Method］Seven lumbosacral spines from fresh adult cadavers were harvested，and dismembered into single vertebrae before testing. 5.5mm/45mm screws were implanted in L5 pedicles as control initially， then 7.0mm/55mm screws were used for the revision， and finally， the failed pedicles were augmented by cement.The original screws implanting in S1 pedicles were 6.25mm/35mm， the revision screws were 8.0mm/45mm， and also cement was used to salvage failed pedicles finally.The maximum pullout strength and insertional torque in all groups was tested on 858MiniMTS.［Result］（1）For L5 vertebrae， the screw pullout strength in control， revision and augmented groups were （1 680.7±242.8）N， （2410.3±366.1）N and （3273.0±688.5）N，respectively with significant difference(P

Key words：Lumbar vertebrae; Sacram;Pedicle; Revision;Biomechanics

随着经椎弓根内固定技术的广泛应用和发展，改进椎弓根螺钉置入技术及提高椎弓根螺钉翻修术是当前人们探讨的课题之一［1］，而L5S1的椎弓根内固定有其特殊性，翻修术更为困难。本实验拟对腰骶椎弓根螺钉翻修的不同方法进行生物力学评估，为临床应用提供依据。

1 材料与方法

1．1 材料

1．1．1 标本准备

7具新鲜健康青壮年尸体腰骶椎标本，实验前经X线片检查排除先天性畸形、骨折、肿瘤、骨质疏松等脊柱疾患。清除椎体周围的软组织，自椎间盘处离断，L5游离成单个椎体、骶骨修整过程中保留S1椎体的完整，双层塑料袋密封，放入-20℃超低温冰箱中冷冻保存。测试前24h将标本取出，室温下自然解冻。

1．1．2 椎弓根螺钉

华杰豪公司提供，有5．5mm／45mm、7．0mm／55mm、6．25mm／35mm及8．0mm／45mm4种规格，螺钉尾部加长，以利实验中夹具固定。螺纹间距为1．2mm、深度1mm(图1)。

1．1．3 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥

天津市合成材料工业研究所提供，由甲基丙烯酸酯／苯乙烯共聚酚与甲基丙烯酸甲酯单体组成的室温自凝剂。

1．2 方法

1．2．1 椎弓根螺钉生物力学测试

按常规椎弓根进针方法置入螺钉，单个椎体固定于特制夹具，在美国产858Mini-MTS多轴试验机上进行椎弓根螺钉生物力学测试。根据实验设计首先置入不同型号椎弓根螺钉，在末端预留1个螺纹，然后将试件安放到MTS机上完全拧入螺钉，同时记录各时段扭力矩数据、最终获得最大扭力矩；既而进行螺钉拔出实验，设置最大轴向拔出力为4000N，单纯螺钉固定组最大位移为5mm，螺钉加骨水泥固定组最大位移为30mm，沿椎弓根长轴方向以5mm／min加载速率行螺钉拔出，当载荷-变形曲线出现屈服(图2)、达到最大位移或椎体椎弓根破坏后即予停止。

1．2．2 实验分组

腰骶椎分别进行生物力学实验评估。

1．2．2．1 L5实验分组

正常对照组：于7节L5椎体置入5．5mm／45mm椎弓根螺钉。单纯螺钉翻修组：正常对照组实验完成后，置入7．0mm／55mm螺钉翻修。骨水泥强化固定组：前两组实验完成后随机选择一侧椎弓根行5．5mm／45mm螺钉加骨水泥强化固定翻修，另一侧应用7．0mm／55mm螺钉加骨水泥强化固定翻修。

1．2．2．2 S1实验分组

正常对照组：于7节骶椎标本置入6．25mm／35mm椎弓根螺钉。单纯螺钉翻修组：正常对照组实验完成后，置入8．0mm／45mm螺钉翻修；骨水泥强化固定组：前两组实验完成后随机选择一侧椎弓根行6．25mm／35mm螺钉加骨水泥强化固定翻修，另一侧应用8．0mm／45mm螺钉加骨水泥强化固定翻修。

1．2．2．3 观察内容

椎弓根螺钉的轴向最大拔出力、横向最大扭力矩，以及在椎弓根螺钉强化固定翻修后拔出过程中椎骨或椎弓根破坏情况。骨水泥强化固定组拔出实验后，沿椎弓根长轴进行冠状或矢状切割，观察PMMA在椎弓根螺钉周围的分布状况。

1．2．2．4 统计学处理

将实验误差和粗差进行修正处理，将全部数据进行双向分类方差分析(StudentNewmanKeuls法)。各处理组与对照组间、同一组不同直径螺钉间进行随机化配对设计资料均数的t检验，显著性水平设为0．05。

2 结果

2．1 椎弓根螺钉最大把持力

不同组椎弓根螺钉把持力见表1。腰椎：单纯7．0mm／55mm螺钉翻修及应用骨水泥强化固定后，均可获得明显增加的椎弓根螺钉把持力，以骨水泥强化固定增加更为明显应用；其中骨水泥强化固定后，不同直径与长度椎弓根螺钉间的把持力没有显著性差别(P>0．05)。骶椎：单纯8．0mm／45mm螺钉翻修后，椎弓根螺钉把持力与对照组比较没有明显差别；应用骨水泥强化固定后，把持力明显高于正常对照组及单纯螺钉翻修组，不同型号螺钉间把持力亦没有明显差别(P>0．05)。表1 不同分组椎弓根螺钉把持力(略) *表示实验组螺钉把持力与对照组间有统计学差异(P

2．2 椎弓根螺钉最大扭力矩

不同组椎弓根螺钉扭力矩见表2。L5椎弓根单纯7．0mm／55mm螺钉翻修后，扭力矩明显增加；而S1椎弓根单纯8．0mm／45mm螺钉翻修后，扭力矩变化不明显。在腰骶椎，骨水泥强化固定后扭力矩均明显减小(骨水泥固化后仍可较轻松地将螺钉拧出，图3)，且不同直径与长度螺钉间扭力矩没有明显差别(P>0．05)。表2 不同分组椎弓根螺钉扭力矩(略)*表示实验组螺钉扭力矩与对照组间有统计学差异(P

2．3 椎弓根螺钉最大把持力与最大扭力矩相关性分析

实验结果显示单纯螺钉翻修组螺钉把持力与扭力矩大都呈现增加趋势，而骨水泥强化固定组螺钉把持力增加、扭力矩减小。分别将对照组与单纯螺钉翻修组螺钉的最大把持力及最大扭力矩设为自变量与应变量，统计分析得相关系数r=0．85，表明单纯螺钉与骨结合时扭力矩与把持力成正相关。

2．4 椎弓根螺钉拔出时的破坏情况及骨水泥在椎弓根内的分布

因在正常对照组与单纯螺钉翻修组的实验设置中采取了保护性参数，故未观察到椎弓根或椎体的破坏。骨水泥强化固定组中椎弓根螺钉的拔出破坏大都为椎弓根螺钉的抽出，即骨-螺钉界面的剥离；仅2例L5椎弓根骨水泥强化翻修时发生椎弓根和椎体交界区的断裂(图4)。本实验条件下，骨水泥粉和水按2∶3配比混合后较易注入且在椎弓根内分布均匀，螺钉纹理痕迹清晰(图3)。

3 讨论

随着经椎弓根内固定技术在脊柱外科的广泛应用，内固定失败的病例也逐渐增多，Moore等认为［2］退行性滑脱术中及术后螺钉松动退出的发生率近5．5％，而脊柱骨折术后内固定失败率高达9％。近年来，国内外已有关于椎弓根螺钉翻修及强化固定的文章发表，但针对腰骶椎特定解剖结构进行相关评价及比较的生物力学研究却鲜有报道。

3．1 翻修螺钉大小的选择

不同大小的螺钉呈现出不同的生物力学特性，在椎弓根的解剖形态及内固定力学需要的限制内，增加翻修螺钉的直径或长度，可增强螺钉与骨的结合力［3］。拔出的力量与圆柱状骨的表面积有关，决定于螺钉的外径和进入深度。大直径螺钉置入时，椎弓根中心的松质骨被推挤到周边相对密质层，螺纹可置入到周边相对密质层；针对不同直径的椎弓根螺钉进行拔出强度测试，显示直径大的螺钉拔出强度大于直径小的螺钉，拔出强度随外径的增加而增加［4］。螺钉越长，固定强度越大，研究发现螺钉固定强度的60％在椎弓根内，达椎体松质骨后强度增加15%～20％，至前方骨皮质但又未穿透时又增加16％，穿破前方骨皮质则增加20%～25％［5］。Polly等［6］认为直径增加2mm，是椎弓根螺钉翻修的最理想方法；直径增加1mm，长度增加5～10mm，也是可靠的手段。但临床常用的单纯增大螺钉直径以提高稳定性的方法受到椎弓根解剖学条件的严格限制，采用较大直径的椎弓根螺钉还增加了神经根损伤和椎弓根骨折的风险，螺钉外径最大不应超过椎弓根外径80％［7］。笔者认为，螺钉翻修时由于先前钉道已遭破坏，在进针点准确的情况下，同时适当增加螺钉直径及长度应为最佳选择。

3．2 腰骶椎弓根螺钉的把持力差异与解剖特点

本实验表明L5椎弓根螺钉翻修时，直径增加1．5mm、长度增加10mm，椎弓根螺钉把持力超出原螺钉强度；S1螺钉的把持力普遍比腰椎小，单纯螺钉翻修结果也不同于腰椎，其把持力仅达到原有螺钉水平。椎弓根螺钉把持力取决于螺纹-骨界面的结合强度，螺钉周围骨的质量成为决定螺钉把持力的关键因素，高质量的骨可获得较大的把持强度。在腰椎，螺钉旋入时将松质骨压缩至坚强的皮质骨上，螺钉周围骨密度相对增高，有较满意的骨质量；粗大螺钉的置入甚至可以切入周边的骨皮质，增加了把持强度。在骶骨，由于其椎弓根明显增宽，松质骨含量多、骨皮质亦不够坚强，螺钉旋入后其周围骨密度偏低、骨强度较低，把持力相对较小，通过有限增加螺钉的直径、长度往往很难获得满意的把持强度。因此，临床上骶骨椎弓根内固定有较多改进方法，如增加螺钉长度以使其穿破前方骨皮质、改变进针方向穿过S1上终板乃至L5下终板或在S2增加附加螺钉等。

3．3 骨水泥强化固定翻修

临床上当椎弓根钉道破坏严重或骨质疏松时，单纯采用大直径螺钉翻修较为困难，常添加生物材料强化椎弓根螺钉稳定性。骨水泥强化后，把持力的实现由骨-螺钉界面转化为较为坚强的骨-黏合剂-螺钉界面［8］，可显著增加椎弓根螺钉把持力，而与螺钉自身结构关系不大，螺钉拔出主要依靠骨水泥骨界面剥脱实现；在使用骨水泥翻修时，螺钉的作用得不到体现，其本身结构已显得不重要，如何调配、注入骨水泥，使之在椎弓根内均匀分布、与螺钉达到最佳结合，成为翻修的关键。临床上成功应用单纯螺钉翻修常假设为较理想的状态，实际情况往往非常复杂，如骨质疏松、钉道破坏严重、进针位置欠佳需另行改道等，单纯采用大直径螺钉翻修较为困难，需添加生物材料强化椎弓根螺钉稳定性。尤其骶椎具有特殊的解剖学结构，椎弓根宽大且松质骨含量多，当初次螺钉固定失败后，螺钉松动致松质骨挤压，使得钉道较原螺钉明显增大，螺钉直径长度的有限增加很难获得足够的把持力，此时骨水泥强化固定在骶椎的翻修中的意义更为显著。因骨-黏合剂-螺钉界面强度均超过脊椎本身结构强度，生物材料的改进应着眼于控制添加物的组织化学反应，过度增加强化材料的黏合强度已没有太大意义。普通骨水泥的临床应用会产生一系列的问题，如聚合热致周围组织(包括脊髓和神经根)损伤、体内长期留置产生毒性和致癌作用等，目前逐渐被新型生物材料所取代［9］。

3．4 椎弓根螺钉把持力与扭力矩的相关性

大多数生物力学实验以轴向拔出力为评定螺钉把持强度的指标，近来研究发现横向加载往往是螺钉早期松动的主要原因［2］，故将把持力与拔出力相结合更能反映出螺钉的把持强度。本实验结果显示螺钉把持力与扭力矩不呈现绝对的一致，不同螺钉结合界面，把持力与扭力矩间的相关性有很大差异。单纯骨-螺钉界面结合强度与扭力矩间具有明显的相关性，这与既往研究是一致的(相关系数为0．83～0．925)［10］；而实际操作时，医师同样习惯通过扭力矩判断椎弓根螺钉的把持强度，具有一定临床实用性。骨水泥强化固定为螺钉-水泥-骨界面，螺钉置入时骨水泥尚未固化，此时扭力矩没有意义。当骨水泥固化后，骨-水泥间为牢固结合，而螺钉-水泥间结合不够紧密，故螺钉仍可较容易扭动；螺钉的把持力主要依靠骨水泥固化后与螺纹镶嵌吻合获得，取决于骨水泥本身强度及骨-水泥结合强度。

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篇5

【关键词】 脱钙骨基质颗粒

关键词: 脱钙骨基质颗粒;骨水泥;生物力学;犬 中图号:R687.3 文献标识码:A

摘 要:目的 研究不同质量比的犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料的生物力学性能，为临床应用该复合材料修复骨缺损提供理论依据. 方法 按Urist等方法制备犬脱钙骨基质颗粒后，再与骨水泥混合制成含骨粒质量比为0，400，500和600mg・g-1 的脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料，对其抗压极限强度、抗弯极限强度、抗扭转极限强度进行测定. 结果 含脱钙骨基质颗粒质量比为0，400，500和600mg・g-1 的复合材料的抗压极限强度分别为（81.0±3.0），（50.4±5.9），（48.8±2.0）和（33.8±3.6）MPa;抗弯极限强度分别为（65.3±6.7），（42.9±8.1），（37.2±2.9）和（25.0±2.4）MPa;抗扭转极限强度分别为（35.5±0.8），（16.3±2.2），（13.1±2.0）和（8.0±1.4）MPa. 结论 犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料具有良好的生物力学性能，易于塑形，能根据需要适应不同部位骨缺损的要求，其中含骨粒质量比为500mg・g

-1 的复合材料生物力学性能及骨诱导活性最为适宜，能作为支架材料有效地修复大块骨缺损.

Keywords:decalcified bone matrix;bone cement;biome-chanics;dogs

Abstract:AIM To study biomechanical properties of differ-ent mass ratio materials impregnated decalcified bone matrix（DBM）with bone cement（BC）in dogs，and seek some soli-dified processes to repair bone defects with the compound material.METHODS The DBM particles and the materials im-pregnated0，400，500，600mg・g

-1 mass ratio DBM parti-cles with BC were made according to the methods of Urist.The compound material compressive strength，bending strength and torsional strength were measured.RESULTS In the compound materials，the ultimate compressive strengths were（81.0±3.0）MPa for0mg・g-1 DBM，（50.4±5.9）MPa for400mg・g-1 ，（48.8±2.0）MPa for500mg・g-1 ，（33.8±3.6）MPa for600mg・g-1 .The ulti-mate bending strengths were（65.3±6.7）MPa for0mg・g-1 DBM，（42.9±8.1）MPa for400mg・g-1 ，（37.2±2.9）MPa for500mg・g-1 ，（25.0±2.4）MPa for600mg・g-1 .The ultimate torsional strengths were（35.5±0.8）MPa for0mg・g-1 DBM，（16.3±2.2）MPa for400mg・g-1 ，（13.1±2.0）MPa for500mg・g-1 ，（8.0±1.4）MPa for600mg・g-1 .CONCLUSION DBM impregnated with BC has better biomechanical properties and perfect plastic property，which could be used to repair large bone defects when it con-tains DBM of500mg・g-1 .

0 引言

研制理想的人工生物材料作为骨移植替代材料用于修复骨缺损，是当前骨科领域研究的主要课题之一.脱钙骨基质颗粒（decalcified bone matrix，DBM）用于骨缺损的修复临床上已多有报道［1-3］ ，由于DBM中含有骨形成蛋白而具有诱导成骨作用，但却因矿盐被去除，只留下有机部分骨基质，造成机械强度下降，不能承受应力，因此无法替代骨骼负重功能.骨水泥（bone cement，BC）是一种高分子聚合物，具有一定的生物力学强度，临床上早已被用作人工关节固定材料及骨缺损充填材料［4，5］ ，但单纯骨水泥填充骨缺损为机械填充，材料不能降解，且与骨界面间存在力学差异等缺陷.为使骨缺损修复材料有较好的生物力学性能，具备良好的骨传导和骨诱导能力，我们将犬脱钙骨基质颗粒与骨水泥按一定的比例复合制成生物性复合材料用于骨缺损的修复.我们报道这种复合材料的生物力学性能，为复合材料在临床的应用提供一定的科学依据.

1 材料和方法

1.1 材料

犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料的制备按Urist等［6］ 方法，取健康杂种家犬的四肢长骨，去除骨髓及软组织，砸成碎片，流水冲洗4～5h，用5倍于骨片体积的无水乙醇脱水2h，乙醚脱脂1h，室温下干燥过夜后置-80℃冰柜冻存，取出后用磨碎机将骨片粉碎研磨成骨粒，分样筛过筛筛取直径400～800μm的骨粒.骨粒室温下用0.5mol・L-1 盐酸脱钙3h（按1g骨粒比50mL盐酸），脱钙后骨粒流水冲洗2h，再用5倍于骨粒体积的无水乙醇浸泡1h，乙醚浸泡30min后通风处干燥过夜，制得脱钙骨基质颗粒.将脱钙骨基质颗粒与适量的骨水泥均匀混合，制备成含脱钙骨基质颗粒质量比分别为0，400，500和600mg・g-1 的复合材料，待骨水泥呈面团状时立即用力塞入5mL的注射器针筒内，并用最大力量推压以使复合材料在针筒内紧密接触，待复合材料聚合定型后取出，即制成含不同质量比的脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料样本（骨水泥为天津合成材料工业研究所研制）.生物力学测试样本［7］ 标准抗压试件为直径d=12mm，高度h=24mm的圆柱体，含0，400，500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个，另截取犬的新鲜股骨标本10个，用砂轮磨平加工成直径d=12mm，高度h=30mm的圆柱体，所有试件两端光滑平整，上下同心.标准抗弯试件为直径d=12mm，长度L=60mm的圆柱体，含0，400，500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个，另截取犬的新鲜股骨标本10个，用砂轮磨平加工成直径d=12mm，长度L=80mm的圆柱体.标准抗扭转试件为直径d=12mm，长度L=60mm的圆柱体，含0，400，500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个，另截取犬的新鲜股骨标本10个，用砂轮磨平加工成直径d=12mm，长度L=80mm的圆柱体.

1.2 方法

1.2.1 压缩试验

在材料力学综合试验台上，用生物力学测试装置进行测定.该装置由加载部分、压力和位移传感器、动态应变仪、微型计算机自动记录系统组成，试样测定时统一加载速度为5mm・min-1 .将抗压试件依次放在试验台上，对其施加压缩载荷，直至试件破坏，记下试件破坏时的载荷并算出抗压极限强度.

1.2.2 三点弯曲试验

将抗弯试件置放于综合试验台上，试件跨距为40mm，在其中点加载，直至试件 破坏，记录试件破坏时的载荷并计算抗弯极限强度.

1.2.3 扭转试验

在扭转试验机上，用专用夹具将抗扭转试件的两端分别装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，对其施加扭矩，加载速度为120°・min-1 ，记录试件破坏时的载荷并算出扭转极限强度.

2 结果

经统计学分析，复合材料中含DBM骨粒为400，500和600mg・g-1 的生物力学性能均低于犬正常股骨组及骨水泥组（P

3 讨论

理想的骨移植材料应具备:①良好的生物相容性;②较强的力学性能;③有诱导成骨作用;④能够被吸收替代;⑤有良好的赋形性.DBM骨粒作为生物性骨缺损修复材料，在体内能被吸收替代，又具有成骨诱导活性，是骨缺损修复的最佳替代材料，但DBM骨粒本身不具备支撑能力，因此不宜用于修复承重长骨.骨水泥作为粘接赋形剂，易于塑形，有一定的力学性能，植入骨内起到镶嵌固定作用.我们将DBM骨粒与骨水泥按一定比例均匀复合，制成复合生物性修复材料，探索一条修复大块骨缺损的可行途径.

骨的生长及骨小梁的构建是根据Wolff定律，按机体生长的需要的应力分布排列，因此骨的生物力学特性较为复杂.修复骨缺损不仅要恢复骨形态的连续，更重要的是重建骨的支撑功能.这就要求骨移植材料的生物力学性能应达到正常皮质骨的力学性能，而不同的部位和不同程度的骨缺损修复要求不尽相同.本组实验中复合材料的生物力学性能低于犬正常股骨组，提示应用复合材料修复承重长骨骨缺损时，肢体应在保护下负重以分散部分载荷.在复合材料中随DBM骨粒所占的质量比增加，材料的抗压极限强度、抗弯极限强度和抗扭转极限强度均呈下降趋势，这是因随材料中DBM骨粒增加，材料间的孔隙及通道增多，造成材料的生物力学性能下降.我们既往在制作复合材料标准试件时［8］ ，模具中的材料不予加压使成自然裂隙状态下测定试件的生物力学性能，其结果为BC的抗压极限强度为（59.3±2.2）MPa、抗弯极限强度为（64.3±3.7）MPa;含DBM骨粒400mg・g-1 组的抗压极限强度为（19.3±1.6）MPa、抗弯极限强度为（13.3±1.4）MPa.与模具中材料尽量加压塞紧后测定的力学性能（Tab1）有显著差异.提示临床上修复骨缺损填入复合材料时应尽量加压塞紧，以减少骨粒间的裂隙，便于提高复合材料的机械强度.

含骨粒为400mg・g-1 组及500mg・g-1 组的生物力学性能均高于600mg・g-1 组，P

由于复合材料具有一定的孔隙和较强的生物力学性能，它在修复骨缺损时可作为支架发挥骨传导作用，又因DBM骨粒具有诱导成骨活性，故此种生物源性复合材料有可能成为很有发展前景的骨移植替代材料.我们在动物实验的基础上［9］ ，已将复合材料应用于临床治疗肿瘤性骨缺损和长骨大段骨缺损，取得了令人鼓舞的疗效［10，11］ ，但其材料在体内的力学性能及吸收降解等问题尚有待于进一步研究.

致 谢 数据的统计学处理得到本校统计学教研室尚 磊的指导.

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篇6

【摘要】 目的 构建一种精确模拟椎体骨折的测试模型，通过试验比较椎管创伤后产生不同的变化和各自的特点，为临床手术提供科学依据。方法 研究在人脊椎标本应用冲击试验机测量标本，分别测出不同冲击力的椎管直径的试验参数并进行分析。结果 在产生最小的脊柱破裂后增加冲击力和椎管骨质破裂应变有交互作用(R2=0.85，P

【关键词】 骨折;椎管;脊柱;生物力学;增量法

Abstract： Objective To construct an accurate simulation of vertebral fractures of the test model and to compare the spinal canal through the trial after the trauma of change and their different characteristics，so as to provide a scientific basis for clinical surgery.Methods Human spinal samples for measurement of impact test specimens were studied and test parameters of the spinal canal diameter with different impact were measured and analyzed.Results There was interaction between the smallest increase in spinal fracture after the impact and the spinal bone fracture strain(R2=0.85，P

Key words：fracture;spinal canal;spine;biomechanics;incremental trauma approach

脊柱外伤经常发生，在所有外伤中占37.5%~55.2%[1]，其中15%是椎管破裂[1，2]。欧美发生的比例更高，达50%~60%[3]。载荷运动下的脊柱试验是测量脊柱生物力学的一个重要方法，实验性生物力学研究设计并且进行临床脊柱椎管骨质破裂的相关研究是其中的热点之一[4-6]。我们通过建立脊柱椎管破裂模型，采取增量创伤法从特定高度开始标准重量，由一个侧向X射线精确监测结果，实验方法简便可靠。材料与方法

1 一般资料

本组取8具新鲜尸体脊柱标本，男性5例，女性3例;年龄21~74岁。剔除椎旁的软组织，保留韧带及小关节囊完整，双层塑料袋密封，-40℃低温冰箱保存，实验前24小时室温下解冻。所有标本均无破损及畸形。每个脊柱标本用X线检查保证无损伤并有正常的相对应年龄的生理退变。肌肉组织被仔细剔除，韧带和椎间盘正常。实验前，脊柱标本用圆柱形契子嵌入S3上部的一半和L3下部的一半，并保持L1 脊椎水平。另外，为保护脊椎，S4和L2脊椎用环氧树脂紧密包裹(图1)。

2 仪器

MTS858双轴液压生物材料试验机(西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室提供);移动X线机(Italray，型号：BASIC 4003)。

3 测试方法

标本置入冲击试验机进行测试，撞击方向来自脊柱中线正上方。椎管周围用两排直径为2.0mm小钢珠嵌入，一排嵌入后纵韧带，另一排嵌入黄韧带平面(图2)，椎管直径由两排小钢球的位置距离测定，每次实验测量并记录。放置单排小钢球彼此接近，做到既能确定脊椎管外形，又不影响测量结果。小钢球从L1~L2椎间盘放置，利用逐步增量标准化负荷，X线测定脊柱标本外伤后的变化，测量记录椎间管直径的变化。应变(L)为实验后的椎管直径减去其原直径结果并除以原直径。

数学公式表达：L%=(Ln-L0)÷L0

Ln和L0分别代表原椎管直径和实验后的椎管直径(图2)。

测试过程中适当用生理盐水喷洒防止标本干燥。标本每次加载测试完毕后，卸载一定时间，预载、调正，再进行下一次加载测定。逐步增量法在初始的冲击力定为28.5N，每次增加17.2N，每次实验后，X线拍取，计算机计算(图3)。如果结果没有达到设计要求，重复增量17.2N，直到出现等同或者大于实验设计要求。力学测试记录结果、观察内容：冲击速度(m/s)、撞击力量(N)、脊柱受损变形、各临界点的试验参数(表1)。表1 各组脊柱在不同载荷运动状态下载荷应变比值变化(单位，%)

4 统计学分析

本实验数据以线性回归(最小二乘法)、方差分析、t检验加以处理，采用统计软件SPSS 10.0分析完成，设定P

实验仪器由电脑控制，有以下特点(图2)：以5.24m/s速度下降，重量可调节，仪器后面有挡杆以防止破坏脊柱标本;由计算机控制电-磁性分离装置。

结 果

1 本试验产生的椎管骨折阈值是28.5~149.2N(平均88.85N，SD)，椎管初始骨折的直径也发生改变(4.5%~47.1%，平均23.1N，SD 11.7%)，椎管的直径变化和冲击力之间未发现相关性(R2=0.27)(图4)。

2 根据观察数据分析，从第一次椎管骨折后增加的冲击力和增加的椎管应变之间，回归分析的数据显示有高度相关(R2=0.85，P

讨 论

脊柱生物力学实验的主要目的是研究脊柱骨折力学因素，以便进行相应临床研究[7]。建立脊柱骨折模型，一直是热点、难点，目前采用的基本测量方法为重物高处坠落法。这种方法有很多弊端，因为标本差异、密度与脊柱周围肌肉、韧带等原因[8]，因此难以掌握控制骨折程度。本实验在寻找脊柱骨折规律的研究中，设计出了一种新的、有效而精确的可产生脊柱骨折的模型，其设计方法具有自主知识产权，可在医学等领域中广泛应用。在研究脊柱骨折的过程中，发现能得到精确测量脊柱骨折阈值的方法，揭示脊柱骨折微量变化的超高分辨率方法并得以解决。目前国外大部分学者研究脊柱骨折也都采用了类似方法[7]。本实验采用控制试验的外力，逐步增量的冲击力，椎管被严密观测，直至骨折产生。

本实验发现在人脊柱标本发生初始的椎管破裂骨折平均冲击力是88N，因此也代表脊柱椎管骨折阈值。同时发现一组人体脊椎骨标本不仅可以模仿产生唯一接近伤害阈值初始的椎管骨折，也可以模仿不同程度的椎管骨折发展变化。产生初始的椎管骨折，其撞击力从28.5~149.2N，在产生初始的椎管骨折以后，逐步增量冲击力和椎管变形之间相关变化非常显著。本实验在人体脊椎骨脊柱标本中模拟产生不同程度的椎管骨折成为可能。逐步增量法遵循椎管初始破裂骨折和各种椎管骨折可以精确地模拟这一规律。尽管人体脊椎骨存在大量的变异性，但是按照一定设计要求，椎管骨折的破坏程度是可以模拟产生的。分析认为，脊柱骨折后，通过韧带轴向复位，虽可使与韧带相连的骨块重新排列复位并恢复伤椎外形，但复位后椎体呈“蛋壳”样改变，这种变化非常小。但本实验用小钢球模拟椎管直径，X线分析以达微量准确的检测，则可以避免该微量变化不被检测到。

本实验设计偏心加载力线在躯干的重力线上，同时用小钢球模拟椎管直径，以达到理想的效果。另外，本实验对脊柱所加载荷是模拟人直立行走时腰椎负载的峰值变化(10～16 N)的增量值，符合临床实际情况。本实验采用测量椎管间应变，反映了椎管受损程度，着重研究了外力和椎管间应变关系，通过比较各个运动参数，得出在脊柱骨折发现了在产生最小的脊柱破裂后增加冲击力和椎管骨质破裂应变有交互作用的初步结论， 这项技术使建立更精确的椎体骨折模型成为可能。尽管本实验所采用爆裂性骨折模型的制作方法在生物力学实验中能够被广泛应用，并且也考虑到神经肌肉等稳定结构对脊柱的稳定效果，但是由于体外实验也只能评价机体阶段性局部的状况，仍不能评价整体远期效果。因此，本研究也存在一定局限性，还需临床及生物力学进一步观察及研究 。

参考文献

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篇7

关键词：膝关节；交叉韧带；腓骨长肌腱；生物力学

Abstract：Objective To compare the peroneus longus tendon and hamstring tendon（gracilis tendon，semitendinosus）anatomic morphology and biomechanical properties，proof of the peroneus longus tendon can be used as a single strand and reconstruction of ACL，PCL，（ACL，PCL）ideal graft. Methods 16 cases of 19 to 56 years of age for some reason thigh in the lower part of the amputation of fresh specimens，take the tendon to remove the fibular long tendon， hamstring tendon （femur tendon， semitendinosus tendon）ACL，PCL，measuring the length of the tendon，with 0.02 precision vernier caliper width，thickness.Tendon at both ends of the stitching，each with 3 threads，suture length of 3 cm，tensile testing machine test.Results There were no significant differences in the data of anterior and posterior cruciate ligament，hamstring tendon（femur tendon，semitendinosus tendon），peroneus longus tendon length，width，thickness and anterior and posterior cruciate ligament.There were no significant differences in the ultimate tensile strength between the anterior and posterior cruciate ligament，the hamstring tendon（the femoral tendon and the semitendinosus tendon），the maximal tendon of the peroneus and the maximal deformation data.Conclusion The maximum deformation of the peroneus longus tendon single strand，the ultimate tensile strength and hamstring tendon，posterior cruciate ligament are compared，the difference was not significant.It shows that the single strand of the long peroneal tendon can be cut off from the middle and can serve as an ideal graft for the simultaneous reconstruction of ACL and PCL.

Key words：Knee joint；Cruciate ligament；Long peroneal tendon；Biomechanics；

膝关节交叉韧带损伤损伤多用N绳肌腱、骨-髌腱-骨（B-PT-B）、同种异体肌腱等材料进行重建[1]。自体腓骨长肌腱重建交叉韧带的报道较少。从1988年陈展辉采用腓骨长肌腱转位重建交叉韧带以来，许多学者[2]对腓骨长肌腱的形态、血液供应、生物力学进行了报道，但目前仍缺乏腓骨长肌腱与ACL、PCL在解剖形态与生物力学等方面的对比研究。本文对16例大腿中下段以上截肢的新鲜标本进行研究，为腓骨长腱移植同时重建ACL、PCL提供解剖和生物力学基础。

1资料与方法

1.1一般资料 16例19～56岁因不同原因行大腿中下段以上截肢的标本，取腱器取下腓骨长肌腱、N绳肌腱（股薄肌腱、半腱肌腱），前后交叉韧带，进行分析对比。

1.2方法

1.2.1解剖学形态测量

1.2.1.1N绳肌腱按以下方法测量 股薄肌、半腱肌长度：肌腹长度：测量肌腹实际长度。肌腹宽：测量肌块上中1/3相交处横径。肌腹厚：在测量肌腹宽的中点处用直角规测量。肌腱长度：测量下端肌腱实际长。肌腱宽：测量肌腱最宽处横径。肌腱厚：在肌腱最宽处中点用直角规测量。N绳肌腱：半腱肌和股薄肌编织缝合后二者合并测量。

1.2.1.2腓骨长肌腱按以下方法测量 腓骨长肌腱：解剖出腓骨长、短肌腱，在近端切口拉动两肌腱，观察远端切口肌腱连带滑动情况，浅侧粗大者为腓骨长肌腱，取出其近端，远端在距离第五跖骨基底（因为临床手术只需解剖到此位置即可，这样把损伤减少到最小）1 cm。

1.2.1.3交叉韧带按以下方法测量 交叉韧带的测量：用精度0.02的游标卡尺测出ACL、PCL中心线在膝关节屈曲90°的长度和韧带中点的宽度、厚度。

1.2.2生物力学的测试 肌腱两端锁边缝合，每端用3根丝线，缝合长度为3 cm，拉力试验机测试。

1.3统计学处理 用SPSS软件进行方差分析及两两比较，数据均用（x±s）表示，显著差异用t检验。

2结果

前后交叉韧带、N绳肌腱（股薄肌腱、半腱肌腱）、腓骨长肌腱长度、宽度、厚度、极限拉伸强度、最大变形与前后交叉韧带数据对比差异无统计学意义，见表1、表2。

3讨论

交叉韧带断裂后不能愈合，需重建手术，N绳肌腱、髌韧带是常用的移植物，但它们均在患膝关节周围，而且是构成膝关节稳定结构的重要结构，切取后对膝关节的功能和稳定性有一定的影响[3-4]，当膝关节ACP、PCL同时断裂进行重建手术时，切取单侧的上述移植物不能满足ACL、PCL同时重建的需要，而取健侧膝关节的组织，又会对健侧的膝关节产生不良的影响。

腓骨长肌腱作为移植物不会影响膝关节力学平衡，特别是对于ACL损伤伴有内侧副韧带（MCL）损伤的患者，如果再从同侧膝关节取半腱肌腱、股薄肌腱重建ACL，很容易影响膝关节稳定性，而保留半腱肌腱、股薄肌腱，对膝关节内侧稳定性有着重要的作用，鹅足区有皮肤、软组织损伤的患者亦无法切取N绳肌腱[5-8]。

N绳肌腱的长度可以只重建前交叉韧带或后交叉韧带，但不能同时重建ACL、PCL。腓骨长肌腱有效长度一般为28 cm，将肌腱平均分为两部分，每段长度14 cm，能同时重建ACL、PCL。腓骨长肌腱的上段的极限拉伸强度与最大变形与后交叉韧带比较无显著性差异，腓骨长肌腱的下段的极限拉伸强度与最大变形与前交叉韧带比较无显著性差异。所以，腓骨长肌腱是同时重建ACL、PCL的理想移植物，为临床上把单股腓骨长肌腱作为同时重建ACL、PCL的自体移植物提供了解剖及生物力学基础。

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篇8

关键词：可注射性磷酸钙骨水泥；骨质疏松性椎体压缩骨折；生物力学

骨质疏松症（Osteoporosis，OP），是目前世界人口老龄化重点防治的病症。可注射磷酸钙骨水泥因其良好生物相容性、可降解性、骨传导性及可塑形性等优点已应用于临床床骨缺损的修复与重建与修复，骨质疏松的治疗[1]。本实验拟比较可注射性磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）与聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）对骨质疏松性椎体压缩性骨折椎体成形术后的生物力学影响，从而为其防治骨质疏松椎体压缩性骨折提供实验依据。

1 资料与方法

1.1一般资料 12只胸腰段（T6-L5）脊柱标本（均来自湖北医药学院人体解剖学教研室用于局解教学的尸体）。

1.2主要仪器 CPC（上海瑞邦生物材料有限公司）；S-2型PMMA（晨光医用高分子制药厂）；CSS-44300型电子万能试验机（长春试验机研究所）。

1.3实验分组 实验分组：所有标本均摄X线片，以排除先天性畸形、骨折、肿瘤。采用法国DMS公司生产的CHRONOS型双能X线吸收骨密度仪，测定每具标本椎体的骨密度，证实为骨质疏松。12只脊柱标本随机编号平均分成两组，每组6只，实验组：植入CPC组；对照组，植入PMMA组。随机选择腰椎椎体节段，以消除不同的椎体可能造成的生物学差异。

1.4模型制备与实验方法 将椎体从冰箱中取出，室温下解冻24h，将各椎体放置在微机控制CSS-44300型电子万能试验机测试平台上.以距椎体前缘5mm为加载点。先用载荷90 N预载2 min，然后采用位移控制方式加载，速度5mm/min，当载荷位移曲线出现最高点时停止压缩，均在前屈方向造成腰2椎体压缩骨折模型，获得最大载荷和刚度数据。椎体出现塌陷或压缩性骨折的标准是载荷一位移曲线出现了最高点即椎体的抗压力开始出现下降。试验机的载荷信号由计算机记录，并由相应的测试分析软件计算椎体的抗压强度（载荷一位移曲线最高处的载荷数值）和刚度（载荷为弹性范围内曲线的斜率）。力学模型建立后，然后进行正式试验。椎体成形术：直视下采用16G针头经椎弓根穿刺，事先在椎体上方用画线笔标线，以确定进针方向与深度，经右侧椎弓根穿刺至椎体前l，3的中线侧方。选用国产的PMMA和CPC，PMMA按粉（g）、液（rm）比l：l调配，CPC按照粉（g）、液（rm）比l：2调配。在粥状期将其按预设的量用力注入椎体共4ml。所有椎体标本注射后，用生理盐水纱布包裹，放置于密封塑料袋中。室温下放置24h，行生物力学性能测试，获得骨水泥固化后椎体的最大载荷和位移，明确其刚度。

1.5统计学分析 采用SPSS19.0软件处理，计量资料比较采用x±s及t检验，以P

2 结果

两组术后刚度、最大载荷、最大位移比较：术后两组刚度、最大载荷、最大位移与术前相比，均有所改善，差异具有统计学意义（P

3 讨论

普通骨水泥，即聚甲基丙烯酸甲酯，是现行最常用于强化椎体成形术的材料，经PMMA强化后，椎体的最大载荷可提高至原来的2～3倍[2]。但是，PMMA在聚合反应是发热反应，局部温度可高达100℃以上，如果发生渗漏存在引起脊髓、神经受损等的严重后果的可能；还有PMMA会以永久性异物的形成存留于体内，不可降解[3-4]，加之已有采用大量的PMMA作压缩性骨折椎体成形术强化的研究文献报道[5]，故在本实验设计中纳入PMMA强化组作对照。本实验中所用的强化材料是采用独特的生物工程工艺所合成的新型可注射性磷酸钙骨水泥CPC，其主要是用于骨缺损修复与重建。选用这种材料作为椎体强化材料，在于材料兼具可注射性、生物可降解、骨传导及成骨等优点，以期规避PMMA的部分缺点。

本实验研究结果显示，在术前两组的椎体高度、刚度、最大载荷、最大位移均无明显差别，而手术后，CPC组椎体高度、刚度、最大载荷、最大位移较PAMA组比较均明显改善，说明与聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，注射性磷酸钙骨水泥可以更有效地恢复骨质疏松性椎体压缩性骨折术后力学性质。

本实验在实施过程中也有不足之处，如虽然强化材料的注射剂量采用了统一的4ml，提高了组间的可比性，但与临床实践中尽量多注的实际是不相符的，存在低估材料的强化效应的可能。同时，鉴于本实验室条件所限及临床和实际需要，只做了椎体的生物力学实验，以后的研究中我们会进一步做椎体的的扭骨形态及骨质量等实验。但是，CPC具体通过何种机制和途径作用于骨质疏松症椎体力学重建。

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篇9

【关键词】 骨质疏松

摘要：目的 探讨中药骨康宁治疗骨质疏松大鼠的效果。方法 5-6月龄雌性SD大鼠，维甲酸复制骨质疏松模型后，给予中药骨康宁治疗。用影像学、骨病理组织学、形态计量学、骨生物力学等实验技术，观察骨康宁的治疗效果。结果 经骨康宁治疗后，骨质疏松大鼠的平均骨小梁数、平均骨小梁宽、骨皮质指数、股骨骨密度、股骨的最大变形能力等增加，并明显高于骨质疏松组(P

关键词：骨质疏松；骨康宁；维甲酸；影像

ABSTRACT: Objective To understand the effect of Gukangning capsule on the osteoporotic model of the rats. Methods Female SD rats， 5-6 months after birth， were chosen to duplicate the osteoporotic model induced by retinoic acid and treated with Gukangning capsule. The effect of Gukangning capsule on osteoporosis was evaluated by radiology， morphometry， BMD and biomechanics of bone. Results After oral administration of Gukangning capsule， the mean trabecular plate density， the mean trabecular plate thickness and the trabecular bone volume， BMD and maximum strain of the rats， were significantly increased more than that of the osteoporotic model (P

KEY WORDS: osteoporosis; Gukangning capsule; retinoic acid; image

以骨量减少为主要特征，骨组织的显微结构发生改变，并伴随骨质脆性增加和骨折危险度升高的一类全身性骨骼疾病称为骨质疏松症。随着老年人群的迅速增长，骨质疏松症已成为一个引起全世界关注的公共健康问题。骨康宁含有补骨脂、骨碎补等复方中药，具有壮肾健骨、健脾益气、活血通络等功效。本实验以大鼠为实验对象，用维甲酸复制骨质疏松模型，骨康宁治疗后采用影像学、骨病理组织学、形态计量学等方法，观察其对大鼠骨质疏松的治疗效果。

1 材料与方法

1.1 实验动物与分组 选用45 只雌性SD大鼠，5-6月龄(本院实验动物中心提供)，按体重随机分为正常对照组(正常组，10只)和骨质疏松模型组(35只)。以维甲酸80mg/(kg・d)(上海第六制药厂)灌胃15d，诱导骨质疏松。骨质疏松模型组大鼠处死7只证实骨质疏松模型复制成功后，剩余大鼠再随机分为骨质疏松模型组(9只)、骨康宁治疗组(骨康宁组，10只)和雌激素治疗阳性对照组(9只)3组。正常组大鼠继续观察。骨质疏松模型组给予常规饲料、蒸馏水；骨康宁组给予0.8g/(kg・d)骨康宁混悬液，1次/d灌胃；雌激素组腹腔注射苯甲酸雌二醇50μg/只，每周3次。治疗期为60d。

1.2 取材 实验60d时，各组以200g/L苯巴比妥溶液(5mL/kg)麻醉下处死动物。取双后肢及胸腰椎骨，40g/L多聚甲醛固定。

1.3 钼靶摄影 随机取每组实验大鼠一侧胫骨及股骨，在同一电压电流下行钼靶摄影。

1.4 骨病理组织学观察 取股骨上段中1/2段，经40g/L多聚甲醛固定，80g/L的中性EDTA脱钙液脱钙40d，常规石蜡包埋，用90g/L的多聚赖氨酸处理载玻片，切片，片厚6μm，伊红苏木素染色(HE)。

1.5 骨组织形态计量学 股骨的石蜡切片经HE染色后应用半自动彩色图像分析系统分析测量。以关节软骨下1mm以外的松质骨区域，每张切片测量3个视野(放大倍数×40)，取平均值，测量平均骨小梁密度、平均骨小梁宽度、骨小梁面积百分比、平均骨小梁间距；测量股骨中段皮质骨面积、皮质骨面积百分比、骨髓腔面积百分比。

1.6 骨矿密度(BMD)测定 用QDR2000型HOLOJAC双光子骨密度仪测量四肢骨与胸腰部椎体骨矿密度，变异系数≤ 3 %。测量时，将各离体骨按一定顺序放入有机玻璃盒内，注入蒸馏水(以刚好盖过所有骨面为宜)进行扫描。使用Regional high resolution QDR 4500小动物分析软件。

1.7 骨生物力学测定 右股骨用微机控制电子万能试验机进行三点力学试验，观察最大应力。当外力作用于骨时，骨以形变产生内部的阻抗来抗衡外力，即骨产生的应力，用最大负荷力表示，单位为g/cm2。应变是指骨在外力作用下的变形，大小等于骨受力后长度的变化量，用最大负荷表示，单位为cm。测量时，调整两个约束支架相距20mm，将两个大鼠股骨比较均匀的部位放在两个约束支架上，股骨的短轴与垂直方向平行，逐级加压直至屈服，读取导致屈服的负荷的数据。待测试件用生理盐水保持湿润，荷载测量精度为0.1N(牛顿)，变形测量精度为0.001mm。

1.8 血清降钙素(CT)质量浓度测定 应用放免分析测定法。

1.9 统计学处理 所有数据输入计算机，用SPSS 10.0统计软件进行t检验和方差分析，结果以均值±标准差(±s)表示，检验水准α＝0.05，P

2 结

果

2.1 维甲酸诱导大鼠骨质疏松模型的结果

2.1.1 骨病理组织学 光镜下皮质骨变薄，骨髓腔扩大，骨纹理变稀、变细；松质骨骨小梁密度降低，骨小梁面积百分比减少；皮质骨面积百分比降低，说明松质骨、密质骨骨量均减少，发生了骨质疏松(图1)。图1 实验各组骨小梁（略）

2.1.2 钼靶X线片在解剖镜下观察的结果 正常对照组10例，左胫骨及股骨骨皮质骨密度均匀致密，骨髓腔不宽，松质骨骨纹理粗细均匀(图2A)。骨质疏松模型组9例，左胫骨及股骨骨皮质菲薄，部分吸收，骨髓腔增宽，松质骨骨纹理稀疏、变细(图2B)。骨康宁组10例，左胫骨及股骨骨皮质骨密度不均匀，变薄有分层，骨髓腔稍增宽，松质骨骨纹理稀疏而粗细不均(图2C)。雌激素组9例，左胫骨及股骨骨皮质变薄，骨髓腔稍增宽，松质骨骨纹理稀疏而粗细不均(图2D)。图2 各组大鼠胫骨及股骨钼靶X线观察结果（略）

2.2 骨康宁治疗骨质疏松的效果

2.2.1 光镜下骨病理组织学 与治疗前相比，治疗后骨康宁组和雌激素组大鼠股骨下端松质骨骨小梁数增多，骨小梁增宽，骨小梁间隙缩小，而骨质疏松模型组骨小梁数和骨小梁间隙变化不明显(图1略)。

2.2.2 骨组织形态计量学指标 松质骨：治疗前与治疗后相比，正常组、骨康宁组和雌激素组股骨下端松质骨的平均骨小梁数、骨小梁宽度和骨小梁面积百分比均显著增加，而骨小梁间隙显著缩小。治疗60d后，骨康宁组平均骨小梁数、骨小梁宽度、骨小梁面积百分比与雌激素组、正常组比较无显著性差异，但均高于骨质疏松模型组(表1)。表1 治疗后60d各组大鼠松质骨形态学测量结果（略）

皮质骨：治疗后，骨康宁组和雌激素组的皮质骨面积、皮质骨面积百分比增加，骨髓腔面积百分比减少，与正常组相比无显著性差异。骨康宁组的骨髓腔面积百分比与正常组和雌激素组间无显著性差异，但低于骨质疏松模型组(表2)。表2 治疗60d后各组皮质骨组织形态测量比较（略）

2.2.3 钼靶X线(解剖镜下) 与骨质疏松模型组相比，治疗后骨康宁组和雌激素组大鼠胫骨和股骨骨皮质骨密度增高，有分层，骨髓腔缩小，松质骨骨纹理粗细不均；无措施组大鼠胫骨X线表现与治疗前相比，无明显变化。

2.2.4 骨密度 股骨骨密度测试结果表明，治疗后骨康宁组显著高于骨质疏松模型组，与正常对照组及雌激素组相比无显著性差异。椎骨骨密度测试结果表明，治疗后骨康宁组与正常对照组及雌激素组相比，无显著性差异，且均高于骨质疏松模型组(表3)。表3 各组大鼠骨密度检测结果（略）

2.2.5 骨生物力学 药物治疗2个月后，大鼠左股骨结构力学及材料力学的变化如表4。最大应力为骨材料力学特性，本实验表明，骨康宁治疗组与骨质疏松模型组相比较有显著性差异(P

2.2.6 血清降钙素(CT) 各组大鼠喂养60d后，骨康宁治疗组血清降钙素质量浓度与骨质疏松模型组相比较有显著性差异(P0.05，表4)。表4 各组大鼠骨生物力学和血清降钙素(CT)测量结果（略）

3 讨

论

骨质疏松模型的方法较多，由于维甲酸诱导具有操作简单、成功率高和骨质疏松表现典型、易于进行给药观察等优点而被较广泛使用。目前认为维甲酸主要是通过激活破骨细胞的分化、增殖，损伤大鼠卵巢，雌激素分泌减少，雌激素对破骨细胞的抑制作用减弱，促进骨吸收作用而诱导大鼠骨质疏松。本实验大鼠维甲酸灌胃15d后，股骨松质骨骨小梁密度降低、稀疏，小梁面积百分比减少，骨髓腔扩大；皮质骨厚度呈减低趋势，皮质骨面积百分比降低，表明松质骨、皮质骨骨量减少，大鼠骨质疏松模型复制成功。

目前，骨质疏松症的常用诊断方法有X线照相法、X线吸收法、光子吸收法、骨组织形态计量学方法、超声诊断法、骨生物力学法等，它们各自有优缺点。一般的X线片，只有在骨量减少达到骨总量的30%-40%时才能显示骨质疏松的征象，因此单纯X线检查对早期诊断骨质疏松的意义不大，但是当骨质疏松发展到一定程度时，根据目测脊柱形态、骨质密度、皮质厚薄及骨小梁的形态等，仍可做出诊断依据。骨密度的测定常被用于评定骨脆性和对骨折危险性进行预测，但大量的动物实验和临床研究的结果表明，单纯骨矿物盐含量的增加，骨质量并不一定相应的增加，有时反而降低。骨生物力学是生物力学的分支，它以工程力学的理论为基础，研究骨组织在外界作用下的力学特性和骨在受力后的生物学效应，是对骨质量进行评定的一种较可靠方法。因此，在骨质疏松的诊断中应采用多种方法综合判断。本研究采用多种方法，观察骨康宁治疗维甲酸诱导骨质疏松的效果，结果显示：X线检查表现为骨康宁组大鼠骨皮质较骨质疏松模型组增厚，骨小梁增多；骨组织计量学分析显示骨康宁组平均骨小梁数、骨小梁面积百分比和皮质骨面积百分比显著高于骨质疏松模型组，而平均骨小梁间隙和髓腔面积百分比显著低于骨质疏松模型组；股骨和椎骨骨密度测试结果表明，骨康宁组显著高于无措施组，而与正常对照组及雌激素组相比无显著性差异；骨生物力学结果提示中药骨康宁可明显提高大鼠左股骨骨结构力学及材料力学特性，客观地反映了中药骨康宁治疗维甲酸诱导骨质疏松的效果。

降钙素(CT)由甲状腺C细胞(滤泡旁细胞)产生，降钙素对骨的作用是抑制破骨细胞的数量和活性，直接抑制骨质吸收。降钙素可直接作用于破骨细胞受体，使细胞内Ca2+转入线粒体，抑制破骨细胞的活性，还能抑制大单核细胞转变为破骨细胞，从而减少骨吸收。降钙素的这种抑制骨吸收的作用，在整体动物和骨细胞培养实验中均已得到证实。从本实验结果可知，骨康宁能明显增加大鼠血清降钙素的质量浓度，说明中药骨康宁能通过增加血清降钙素质量浓度而发挥抑制骨吸收的作用。

综合上述，本研究采用影像与病理对照研究，观察骨康宁治疗维甲酸诱导骨质疏松的效果，结果表明骨康宁对大鼠骨质疏松有一定的防治作用，其分子生物机制将有待于进一步的研究。

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篇10

【摘要】

目的 评价踝关节骨折修复下胫腓前韧带的生物力学稳定性。方法 采集国人新鲜足标本一具，截取踝关节以上15 cm下肢小腿横行截断，暴露下胫腓前韧带。载荷实现分级加载，选用小腿极限载荷(踝关节负重力为4.5 BW)20％作为生理载荷，即以0、100、200、300、400、500 N为分级载荷。万能材料试验机(WD5)的加载速率为1.40 mm/min，以准静态方式加载，载荷施加于下肢胫腓骨上。并模拟足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动状况，正常足及切除下胫腓前韧带测定踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度数据。结果 标本在正常足及切断下胫腓前韧带的不同功能位上，踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度，统计学有显著性差异(P＜0.05)。结论 在对内、外踝满意固定后，下胫腓前韧带的修复能更好恢复踝关节的生物弹性，最大限度恢复其原来的结构和功能，避免晚期创伤性关节炎的发生。

【关键词】 下胫腓前韧带 生物力学 踝关节骨折

Abstract：Objective To evaluate the biomechanical stability of restoration of anterior lower tibiofibular ligament in ankle fracture.Methods Collect a fresh foot sample of Chinese，cut off transversely of the shank 15 cm above the ankle joint，operate carefully around the ankle joint as per the clinic procedures，to expose the anterior lower tibiofibular ligament，calcaneofibular ligament，anterior and posterior talofibular ligament for the test.The entire structural simulation is based on the fresh foot sample of normal human corpse and in the phased loading，with 20％ of the shank limit load(the bearing capacity of ankle joint at 4.5 BW) as the physiological load，i.e.the phased load of 0，100，200，300，400 and 500N.The loading rate of the universal material tester (WD5) is 1.40 mm/min，and with the quasistatic loading mode.The load is applied on tibiofibular bone of the shank to simulate the 4 physiological movement status of the foot，i.e.neutral position，metastarsal bending position(30°)，posterior bending position(20°) and esternally rotated position.The normal foot and amputation of anterior lower tibiofibular ligament was used to test the stress change of ankle joint，displacement and axial rigidity of astragalus.Results The sample is placed in the different functional positions of the normal foot and when cutting off anterior lower tibiofibular ligament，it is significantly different in the stress change of ankle joint，displacement and axial rigidity of astragalus and in 2 status(normal foot and cutting off anterior lower tibiofibular ligament)(P＜0.05).Conclusion Upon the satisfactory fixation of the interior and exterior ankle，restoration of anterior lower tibiofibular ligament can better restore the biological flexibility of the ankle joint，maximally recover its original structure and function and avoid the occurrence of late traumatic arthritis.

Key words：anterior lower tibiofibular ligament；biomechanics；ankle fracture

踝关节骨折、脱位是创伤骨科常见的一种损伤［1］。目前认为，三角韧带、下胫腓全部韧带及部分骨间膜同时损伤时可出现下胫腓分离、距骨向外脱位。然而，临床上占多数的WeberB(旋后外旋)型踝关节骨折，在距骨的强力外旋下，首先产生的是下胫腓前韧带损伤，随后产生外踝的螺旋骨折。由此看来下胫腓前韧带对踝关节的稳定作用是不容忽视的。

我院自1999年以来，对该类骨折在内、外踝的坚强固定基础上，常规探查修复下胫腓前韧带，取得了良好效果。在此基础上进行针对下胫腓前韧带的生物力学研究。本研究对下胫腓前韧带在完整和损伤踝关节标本上进行生物力学实验［2］，观察下胫腓前韧带的损伤，对踝关节稳定性的影响，为临床提供可靠的科学依据。

1 材料与方法

1.1 标本来源及制作 采集国人新鲜足标本1具，截取踝关节以上15 cm下肢小腿横行截断。大体测量标本尺寸(见表1)。并进行X线正侧位摄片，确认无疾病，无踝关节损伤、先天性畸形、骨折、严重退行性变等病理性变化，在小腿上部切除肌肉暴露胫腓骨并用骨水泥固定做上端夹具。按照临床方法在踝关节周围小心行手术，暴露下胫腓前韧带、跟腓韧带、距腓前韧带和后韧带备用。同时制作足踝运动夹具，固定足底，能达到足的三维运动允许进行伸、屈、旋转和外翻活动。

标本制作完成后立即进行生物力学实验，实验结束或转换另一实验需维持新鲜状态，用双层塑料袋在－30℃冰柜内保存。在下一实验前，需24 h解冻后进行其他实验，注意冷冻保持足始终维持中立位状态。表1 新鲜国人下肢尸体标本的一般资料

1.2 实验力学模型的建立 所有实验标本在结构模拟、载荷、高度、材料力学性质、加载方式上均保持一致，以提供精度［3］。全部结构模拟均以正常人尸体新鲜足标本为标准，载荷实现分级加载，选用小腿极限载荷(踝关节负重力为4.5 BW)20％作为生理载荷，即以0、100、200、300、400、500 N为分级载荷。万能材料试验机(WD5)的加载速率为1.40 mm/min，以准静态方式加载，载荷施加于下肢胫腓骨上，并模拟足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动状况，正常足及切除下胫腓前韧带观察踝关节失稳情况。

标本实验前，应对标本的踝关节结构中距骨、胫骨远端、腓骨远端进行材料力学性质测量［3］，测量结果如表2所示。在测试时用等渗盐水纱布湿敷，以免标本干燥。踝关节的位置模拟步态站立相的中期(约为步态周期的28％)，此时为单肢负重中期，踝关节处于中立位(90°)，负重约为一倍体重左右(设60 kg)，加载每次持续5 s。

实验前在内踝、胫腓骨远端前方、外踝和胫腓骨远端后方A、B、C、D四处粘贴电阻应变片，用以测量踝关节内外踝负重应变变化规律，并在踝关节胫骨、腓骨、距骨设测量位移标记点a、b、c。所有这些应变测试和位移测试应进行应变温度补偿、防潮处理，以保证每具标本具有良好的传导性和高灵敏度。表2 踝关节距骨、胫腓骨的材料力学性质测量结果

1.3 生物力学测试 一切准备就绪后，将应变片接入YJK14数字式电阻应变仪，实验前应予载50N以消除骨的时间效应，即骨的松弛、蠕变等粘弹性影响。实验时依次加载100 N等级，控制好机器速率1.40 mm/min，按不同生理运动情况循环加载，依次切断踝关节相关韧带，测量踝关节的应变、移位变化和稳定性［4］。

1.4 数据处理 将所有数据通过统计学方法计算各参数均值及标准差，用统计分析软件SPSS 11.0方差分析进行评价，确定P＜0.05为有显著性差异。

2 结

果

标本在正常足及切断下胫腓前韧带两种状态下的不同功能位上，踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度，均有统计学的显著性差异(P＜0.05)。详细情况见表3～6。

3 讨

论

3.1 实验结果分析

3.1.1 踝关节在不同功能位下的应力变化 正常足在中立位时内、外踝上的应变分别为(21±1.30) uε和(189±12.28) uε，胫腓前、后关节上应变分别为(142±9.23) uε和(78±5.09) uε。当足处于背屈20°状态下，内、外踝上应变比中立位分别增加29％和34％，在胫腓前、后关节上分别增加5％和38％。当足处于跖屈30°状态，内踝应变比正常中立位增加78％，外踝应变未增加，而在胫腓前、后处，特别在后部应变表3 正常踝关节不同生理运动位置时应变值情况表4 下胫腓前韧带损伤情况下踝关节不同生理运动位置时应变值情况表5 踝关节下胫腓前韧带损伤时不同功能位的距骨移位变化情况 表6 踝关节在不同功能位下胫腓前韧带损伤时的轴向刚度情况增加78％，有明显变化。当足处于旋后外旋状态时，内踝应变增加74％，外踝应变反而减小，在胫腓联合前、后处应变增加明显，达到72％。这说明此状态踝关节受力增大，应变增加明显，容易导致失稳。

手术切断下胫腓前韧带后，足在不同功能位上的应力变化比正常足在功能位上的应变起了明显的变化。此时在中立位，内外踝的应变增加不明显，而在胫腓前后联合处应变比正常时分别增加了38％和69％(P＜0.05)，增加很明显。当足处于背屈20°状态下，内外踝上应变增加同样不明显，相反有所下降，而在胫腓联合前后处分别增加48％和69％(P＜0.05)，应变增加十分明显。当足处于跖屈30°状态，同样内外踝上应变变化不明显，而在胫腓联合前后处应变分别增加50％和29％(P＜0.05)，增加明显。当足在内翻外旋位时，这时对外踝应变影响明显，应变增加74％(P＜0.05)，而内踝影响不明显(仅10％)，在胫腓联合处前后应变反而减小26％和18％(P＜0.05)，但均有所影响。此时踝关节处于半失稳状态。

3.1.2 踝关节在不同功能位下胫腓前韧带损伤距骨的移位变化 在正常足负重时，即踝关节500 N作用下，足处于中立位时，踝关节距骨的移位，即距骨的纵向垂直移位和水平方向移位分别为(1.86±0.12) mm和(0.26±0.02) mm；当足处于背屈20°时，其移位分别比中立位大5％和7％；当足处于跖屈30°时，其移位分别比中立位大6％和76％。但当足在旋后外旋位时，其距骨移位分别达到(2.07±0.17) mm和(1.30±0.11) mm，比中立位分别高10％和80％，距骨来回晃动在水平方向比较大。

当下胫腓前韧带损伤之后，使距骨与胫骨接触不再十分密切，间隙增大，增大了距骨产生水平移动和垂直移动引起的转动。在损伤状态下，足处于中立位时，其距骨的位移分别为(2.04±0.16) mm和(0.29±0.02) mm，比足踝韧带完好无损状态下的中立位位移增大9％和10％(P＜0.05)，背屈20°时比正常足背屈20°时的位移分别增大8％和18％(P＜0.05)，跖屈30°时比正常足的位移分别增加8％和26％(P＜0.05)，在旋后外旋状况下，比正常足的位移分别增加11％和20％(P＜0.05)，位移明显增大足踝关节开始处于不稳定状态，以实验中观察到距骨运动范围明显增大。

3.1.3 踝关节的轴向刚度 正常足踝关节的轴向刚度在中立位时为(268.81±17.50) N/mm，背屈20°时为(284.09±19.90) N/mm，跖屈30°时为(252.53±19.22) N/mm，旋后外旋位时为(241.55±19.40) N/mm，此时的轴向刚度完全能满足人体各种功能运动所需的刚度要求，足踝关节是相当稳定、坚固。

但当下胫腓前韧带切除之后，踝关节的轴向刚度有了变化，明显出现下降趋势。这表示它抵抗变形能力衰减，即使在中立位时轴向刚度也下降了9％，其他不同功能位下降了8％～11％，与正常相比有一定的差异(P＜0.05)。

3.2 WeberB踝关节骨折现有术式及优缺点 在20世纪60年代，学者们认为构成踝穴的内踝极其重要，因此在治疗时，把重点放在内踝上。20世纪70年代起，人们逐渐觉察到外踝是治疗关节损伤的关键。随着对踝关节骨折的深入研究，腓骨的重要性也更加明显［5］。踝关节的稳定，需要结构完整的踝穴，而踝穴又依赖下胫腓联合保持其完整性。此外证实腓骨骨折后的短缩和外侧移位是发生骨关节炎最常见的原因。目前优先整复腓骨骨折的移位，然后再整复内踝和下胫腓韧带联合，已成为手术的常规程序［6］。荣国威等［7］通过尸体标本分别观察下胫腓韧带、骨间膜、腓骨、内踝和三角韧带等损伤与下胫腓联合分离的关系，结果表明形成下胫腓分离必须具备三个条件，即内踝或三角韧带损伤、下胫腓韧带损伤、腓骨与骨间膜在同一水平的损伤。将内踝与腓骨内固定以后，即使施加外翻、外旋应力，也不会出现下胫腓分离。因此，如果内侧损伤是内踝骨折所致，可将内踝与腓骨行内固定治疗，而不需要进行下胫腓联合固定。

目前广泛接受的观点是，下胫腓联合分离不应当行坚强固定，以往曾流行的下胫腓关节融合或者用拉力螺钉固定下胫腓联合都是不可取的。因为这将限制腓骨相对于胫骨干的位移和旋转，从而影响踝穴对距骨的顺应性调节［8］。WeberB型踝关节骨折即LangeHansen分型的旋后－外旋型，距骨的外旋使外踝受到向后向外的应力，使下胫腓前方的韧带受力最大。下胫腓前方的分离是下胫腓联合的部分断裂，就像展开一本书一样［9］。外踝的解剖复位固定，必然使下胫腓联合复位，经距骨受伤时的惯性外旋依然作用于下胫腓前韧带，势必造成距骨的轻度外移及踝关节不稳定。因为距骨外移1 mm能减少20％～40％胫距关节负重面的作用，移位5 mm能减少80％的作用，关节负重时会疼痛，长时间导致创伤性关节炎［10，11］。

3.3 WeberB踝关节骨折修复下胫腓前韧带的临床意义 通过临床实践及生物力学研究，作者认为在对内、外踝满意固定后，下胫腓前韧带的修复能更好恢复踝关节的生物弹性，最大限度恢复其原来的结构和功能，避免晚期创伤性关节炎的发生。