生物力学特征范文
时间：2023-11-20 17:55:28
导语：如何才能写好一篇生物力学特征，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。
篇1
关键词：足底压力分布、踝关节、专项运动
生物力学的研究范围包括整个人体，足部生物力学的研究是其中重要的一部分。由于体育运动中，运动损伤的多发性使其成为众多科研项目的焦点内容。其中，踝关节损伤是所有运动损伤中最常见的运动损伤之一。这类损伤经常发生在篮球、排球和足球等通常需要迅速敏捷地跑动、急停和跳起的项目中。因此，不同专项足踝部的伤病发生机制与防治已成为学术界研究的热点。此外，随着专项运动员和教练员对专项运动鞋的防伤能力和功能表现力的要求越来越高，对不同专项动作中足踝部的生物力学特征研究就显得尤为紧迫和重要。本文在阅读大量相关文献的基础上，应用目前最先进的足底压力分布测试系统，对网球、足球2个专项的6名男子大学生运动员进行了2个特征动作的足部的生物力学分析。试图通过不同项目指标的对比分析得出不同专项的足底压力和运动学特征，从而为足踝部损伤研究和运动鞋专项化的相关领域提供实验依据和理论基础。
1.研究方法：
1.1文献资料法
1.2实验法
1.3对比分析法
2.研究对象：本研究选取湖北大学体育学院6名本科生为研究对象，其中三名为足球专项，3名为网球专项。6名受试者均无下肢足底足踝病痛史。
3.实验器材：1.Novel Pedar system （鞋垫式足底压力测量系统）――垂直压力测量/静止状态和运动状态. 2.身高、体重测量器
4.实验步骤：
4.1.进行Novel Pedar system 足底压力分布测试系统的连接和调试。
4.2要求受试者均穿着运动服装、体操鞋，测量受试者身高、体重后登记受试者情况。
4.3选择符合各受试者鞋内底尺码的测试鞋垫，确保测试鞋垫边缘无折痕，鞋垫大小与鞋内底边缘吻合，配戴测试设备后，受试者进行3-5分钟适应性动作练习。
4.4采集网球、足球2个项目运动员各自专项特征动作的足底压力分布数据，共2个特征动作分别是网球项目中网前急停反手截击球（右手执拍）， 足球项目中的急停转身跑左转90度，每人每个动作测试三次，2次动作间隔2分钟。
5.测试指标：
压力峰值：分区内所有传感器在测试阶段内受到的最大合力。
压强峰值：分区内每个传感器在测试阶段内所受压强的最大值。
压力峰值百分比：某分区压力峰值占前中后足的压力峰值总和的百分比。
6.实验数据处理：
6.1采用Excel进行数据分析。
6.2选取网球和足球受试者三次动作取平均值进行分析。
6.3将每只鞋垫分为前足区、中足区、后足区三个分区，这三个分区覆盖了整个足底，此外在定前足区内义了三个特定区域，第一跖趾关节区、趾区、除趾外其他四趾^。
7.实验结果与分析：
7.1网球（网前急停反手截击球）
在网球急停反手截击动作中从跑动、急停到最后的截击步仍然以前足的承载为主趾区的压力峰值尤其显著、后足尤其是支撑脚后足的受力从跑动截击过程有不断增大的趋势，中足几乎不受力，支撑脚的足底压力峰值普遍大于发力脚，急停和截击步足底受力大于跑动步。
7.2足球（急停左转向跑）
由跑动到急停，足球运动员的前足受力面积变小，前足受力集中到前足的局部。
在跑动步离地蹬伸阶段，趾对身体向前移动起着举足轻重的作用，但在急停步的落地缓冲阶段，趾的作用减弱，其他四趾对地的制动作用增大。我们从左脚和右脚的跑动步和急停步对足球急停左转向跑动作的足底压力进行分析可以看出从跑动步到急停步，前足压力峰值明显降低后足的压力峰值明显增大，但前足内侧的压强峰值始终维持较高的水平。
两个项目足底压力分布的对比：
1.第一跖趾关节和趾的足底受力模式。第一跖趾关节区和趾区是前足受力明显的两个特殊区域，这两个位于前足内侧的区域通常是各个动作中前足压力峰值和压强峰值发生的区域。此外，比起缓冲阶段它们在足部主动发力的离地蹬伸阶段起着更重要的推动人体向前的作用。
2.网球运动中，趾区的足底压力峰值表现显著，显示了网球运动中趾作为推动人体重心移动的最后一个小关节，其支撑稳定性和关节力量比起第一跖趾关节更为重要，足球运动中不论是第一跖趾关节区还是趾区都表现出2个项目动作中最大的压强峰值。比较2个项目前足内侧压强峰值情况，可以得到足球项目动作前足内侧压强峰值较大，网球项目动作较小。
3.对比网球急停反手截击球和足球急停转向跑动作，从跑动到急停时后足均有受力增大的变化趋势，因此急停阶段后足明显的受力增大趋势是由于急停阶段为了增大身体重心向后的加速度，运动员必须增大对地受力面积以增大对地反作用力从而达到急停的目的，尽管后足受力增幅较大并且分担了前足载荷的很大部分但是从压力峰值百分比上仍然可以看出，前足依然是急停阶段最主要的承载区域。
8.结论：
8.1足部承担离地蹬伸任务时前足承担主要载荷，中后足受力不显著，足部承担落地缓冲任务时后足和中足受力增大，前、中、后足共同承担身体载荷。
8.2足球项目前足内侧压强峰值最大，网球相对较小。
8.3网球运动中，趾区的压强峰值超过第一跖趾关节区，足球运动中，第一跖趾关节区和趾区压强峰值大。
9.建议：
综上所述我们从运动生物力学的角度出发，对2个专项的运动鞋设计提出以下建议：
9.1网球运动网前截击等动作需要其专项鞋考虑到指在网球特征动作中的重要作用和影响应当增大鞋底跖趾关节部位的灵活性以及趾区域足底支撑的稳定性，以利于趾部位在网球动作中更好的充当最后关节支撑面的作用。
9.2足球运动专项鞋应当具备良好的前足减震缓冲能力并提供稳定性来抵抗踝关节在跖屈位置时的内翻力，通过对鞋面材料进行加厚和加固以增加运动员踢球的舒适度同时提供正常的距下关节灵活性。
参考文献：
[1]王兰美， 郭业民， 潘志国. 人体足底压力分布研究与应用[J]. 机械制造与自动化， 2005， 34（1）：35-38.
篇2
关键词：运动生物力学；膝关节；等速向心收缩；跳高；排球
中图分类号：G804.66 文献标识码：A 文章编号：1006-7116(2009)03-0105-03
膝关节作为人体运动的主要关节，其工作能力和效率往往制约着许多项目的运动水平和良好运动成绩的获得，掌握不同项目运动员膝关节的力学特征，探索在不同速度下肌肉活动的规律，对科学指导力量训练、提高运动员的训练水平等具有非常重要的意义。本文旨在通过应用等速技术对跳高、排球运动员膝关节肌力的测试。找出其主要差异和各自的肌力特征，以了解不同运动项目运动员同一肌群的肌肉工作特点，从而为运动员的选拔及辅助训练手段的使用提供科学依据。
1 实验对象及方法
1.1 实验对象
成都体育学院22名排球运动员和28名跳高运动员，均为一级运动员。
1.2 实验仪器
采用美国Lumex公司的Cybex-6000测力系统进行膝关节屈、伸肌力测试，此测力系统由等速动力仪(Dynamometer)、测试条凳(U.B.X.T)、数据处理计算机、打印机等组成。测试前对测试系统进行常规校正。
1.3 测试方法
测试前对等速测力系统进行常规标定，受试者测试前进行常规10min热身，测试部位为双侧膝关节的股四头肌和绳肌，测试时，受试者坐在测试椅上，双手环抱胸前，上体及大腿均用宽带固定，坐位的角度约为110°，膝关节的轴心与动力臂的轴心一致，动力臂末端的阻力垫固定在踝关节内踝上缘3cm处，设置关节活动范围0°～90°。测试前仪器系统校准。股四头肌、绳肌等速向心收缩测试方案：屈90(O)／s×5，伸90(O)／s×5；屈360(O)／s×30，伸360(O)／s×30。每组测试间隔2.5min。测试时先进行3次练习，然后进行5次正式测试。
相对峰力矩(PT／BM)，即峰力矩与体重的比值、股四头肌与胭绳肌峰力矩比值(H／Q)等。
采用SPSS11.5软件对测试数据进行处理，应用独立样本t检验进行不同组之间测试结果比较。
2 结果及分析
2.1 排球、跳高运动员膝关节屈肌和伸肌相对峰力矩
从表1可知，跳高运动员优势腿、非优势腿股四头肌相对峰力矩在360(O)／s和90(O)／s上均大于排球运动员(P＜0.05)，而排球运动员绳肌相对峰力矩与跳高运动员无明显差异(p＞0.05)。随着测试速度的变化(90～360(O)／s)，相对峰力矩测试值呈下降趋势。
2.2 排球、跳高运动员双侧膝关节肌力差异比较
每次测试中的峰力矩将作为计算双侧肌力差异的参数，双侧肌力差异计算公式：(优势腿峰力矩一非优势腿峰力矩)／优势腿峰力矩×100％，从表2可知，排球运动员双侧股四头肌峰力矩差异程度与跳高运动员相近(p＞0.05)，排球运动员双侧绳肌峰力矩(360(O)／s)差异程度与跳高运动员相近(p＞0.05)，而排球运动员双侧脑绳肌峰力矩(90(O)／s)差异程度显著小于跳高运动员(P＜0.05)。
2.3 排球、跳高运动员膝关节股四头肌与胭绳肌峰力矩比值(H／Q)功比较
从表3可知，排球运动员在90(O)／s的速度下测得的股四头肌与胭绳肌峰力矩比值(H／Q)要显著低于跳高运动员(P＜0.05)，而360(O)／s的速度下测得的股四头肌与胭绳肌峰力矩比值(H／Q)与跳高运动员无明显差异(p＞0.05)。随着角速度的变化(90～360(O)／s)，排球运动员和跳高运动员股四头肌与绳肌峰力矩比值(H／Q)均随之增大(P＜0.05)。
3 讨论
等速技术的发展始于20世纪60年代后期，首先由Hislop和Perrine提出等速运动的概念，被认为是肌力测试和训练的一项革命。目前，国外已普遍将等速测力结果用来作为评价被试者肌肉系统的机能状态的指标。在运动生理学研究中，主要用来评价不同专项运动员完成主要技术动作所需肌肉的功能状况以及受伤肢体的康复状况。等速测试评价指标较多，实际上最常用的是峰力矩(peak torque，PT)，峰力矩指肌肉收缩产生的最大力矩输出，即力矩曲线上最高点处的力矩值。在等速测试中，PT值具有较高的准确性和可重复性，被视为等速肌力测试的黄金指标和参考值。
本研究中跳高运动员优势腿、非优势腿股四头肌相对峰力矩在360(O)／s和90(O)／s上均大于排球运动员，而排球运动员绳肌峰力矩与跳高运动员无明显差异，这提示：跳高运动员伸肌快速和慢速收缩时，其最大肌力均好于排球运动员，分析认为，跳高项目对股四头肌向心收缩肌力要求更高。随着测试速度的增快，跳高、排球运动员的膝关节屈伸肌峰力矩呈下降趋势，原因可能是收缩元中的横桥断开时损失肌力，在收缩过程中再形成横桥时也要损失肌力；而速度的增加造成收缩元和结缔组织中的黏滞阻力增加也会影响屈伸峰力矩的大小。
膝屈伸肌力量的平衡是保持关节稳定的主要因素。膝关节屈肌和伸肌峰力矩比值(H／Q)是评价膝关节屈伸肌力平衡的重要指标，对判断膝关节稳定性有重要意义。一般认为在膝关节康复过程中，除了肌力绝对值恢复外，H／Q值的重建可能是康复及预防再受伤的重要指标。国外学者认为H／Q的正常范围为60％～67％，国内学者认为H／Q一般在50％～60％，H／Q值具有一定的范围可能有以下两方面原因：首先从人类发育史角度来看，股四头肌在克服地心引力、承担肢体重量方面起着重要作用，因此，伸肌力量要大于屈肌力量；其次从膝关节稳定性角度来看，当膝关节伸直以及微屈时，体重作用于膝关节伸屈轴的后面，使膝关节趋向于进一步屈曲，此时便需要股四头肌的收缩来对抗此运动。另一方面，如果膝关节过度伸展，就会很快被膝后关节囊和有关韧带所限制，同时由于此时屈肌受到牵拉而引发肌牵张反射也会抑制膝关节的过度伸展。本研究中跳高运动员在90(O)／s的速度下测得的股四头肌与胭绳肌峰力矩比值(H／Q)要显著高于排球运动员(p＜0.05)。造成这种结果的原因可能是跳高运动员伸肌峰力矩显著大于排球运动员，而屈肌峰力矩与排球运动员无明显差异，所以股四头肌与绳肌峰力矩比值(H／Q)要低于跳高运动员。运动员在进行股四头肌力量训练的同时应加强绳肌力量训练以保持拮抗肌与主动肌力量的平衡，这对提高运动能力、防治运动创伤有重要作用。测试结果还表明，随着角速度的变化(90～360(O)／s)，排球运动员和跳高运动员股四头肌与绳肌峰力矩比值(H／Q)均随之增大。这与吴毅等的研究结果一致。
篇3
关键词：大学生；网络购物；个案研究
中图分类号：C912.6 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2012）22-0090-02
一、问题的提出
一般意义上，网络购物是利用Internet直接购买自己需要的商品或者服务。从专业角度讲，网络购物属于电子商务的一个分支，它由以下若干元素组成：必要元素有卖方、买方、交易商品、网络、购物网站平台；补充元素有邮局/物流、网上银行、支付宝/财付通等[1]。在校大学生已经是成为网络购物的主要消费群体，大学生在享受网络购物带给自己的学习和生活方面便利的同时，也正在被一些问题所困扰。以往对大学生网络购物行为的研究多以问卷调查的形式开展，但是要了解大学生在网络购物过程中的行为特点和消费心理的变化，就必须深入到大学生网购群体当中，选择个案进行跟踪分析。本文采用个案研究的方法对大学生网络购物的行为进行具体剖析，有利于了解大学生网络购物过程中存在的问题，探究网络购物的经济价值、社会价值和文化价值，同时将为良好的大学生网络购物的经济秩序和道德规范的建立提供有益启示。
二、研究方法的选择
本文将针对大学生网络购物这一问题采用质的研究方法进行个案追踪，具体安排如下：一是访谈法：将采用开放式与半开放式访谈相结合的方式选择若干具有代表性的大学生进行访谈，尽量兼顾性别、城乡来源、文理科等比较项；二是叙事分析：对部分大学生在网络购物中的难忘经历采用叙事分析的方法进一步研究。
三、研究对象的确定
陈向明认为，“研究结果的效度不在于样本数量的多少，而在于该样本是否可以比较完整地、相对准确地回答研究者的研究问题。”[2]本着这个原则，笔者选择了如下因素作为确定研究对象的依据：研究对象参与网购的时间长短、网购能力及网购经验，最终选择了兰州大学2007级的肇肇和梦梦两位同学作为研究对象。下面对两位研究对象进行简单介绍：
肇肇：男，22岁，来自辽宁，爱好广泛，喜欢收集军事杂志、野外生存用具、邮票等物品。因为所处的校区在城郊，肇肇只能在网上购买户外运动商品，并且购买的多是“the north face”之类的名牌。他还经常在网络上帮同学代买东西，对于网络购物有自己独到的见解。
梦梦：女，23岁，来自河北，家境优越，热衷网络购物。梦梦有丰富的网络购物经历，使用的所有商品几乎都是从网上购得，身边的许多同学都喜欢向她请教网购的技巧，她被大家称为“网购达人”。
四、研究结论
（一）当网络购物成为一种习惯
和肇肇与梦梦的访谈中，顺理成章地要问到二人进行网络购物的原因，二人开始网购的原因不尽相同，但是后来都不约而同地提到“现在，网络购物已经成为了一种生活习惯”。
肇肇是个风趣健谈的人，嘴上始终挂着可爱的笑容，在问到为什么进行网络购物时，肇肇和笔者有这样一段对话：
L:访谈者
Z:肇肇
L：你是从什么时候开始进行网络购物的？
Z：应该是大二下学期。
L：那你还记得第一次网络购物买的什么东西吗？
Z：嗯，记得，是一本书，是在拍拍网上买的。
L：哦，为什么要在网上买呢？
Z：当时主要是考虑认为自己会用（拍拍），而且那本书在周围的书店里买不到。
L:那你以后仍然进行网络购物，又是出于什么原因呢？
Z:哎，有时候需要许多东西，但是学校这边买不到，不过最大的感觉还是网络购物已经成为了一种生活习惯，成了生活的一部分，没事干的时候、心烦的时候、累的时候都喜欢上上淘宝，呵呵。
肇肇说他开始网购是出于两个原因：一是他已经提前掌握了网购的方法和程序；二是他当时很喜欢一本书，在市面上买不到，这体现了网购的一些要求和优点。我们无法把肇肇的网购的“处子秀”归到成功一类中去，因为这件商品高达600元，这对于大学生来说不是一笔小书目。虽然第一次网购并没有使肇肇尝到甜头，但是后来网购还是成为了他的一种生活习惯。肇肇已经开始依赖网络购物带给他的轻松与舒畅。
梦梦是这样解读自己和网购的第一次亲密接触的：
第一次网购完全出于好奇，第一次在网上买的是一双“卓诗尼”的鞋，当时没跟卖家联系就拍了，第二天卖家跟我联系说暂时没货，她主动给我调了货，当时好感动呢。第一次网购的成功经历成为我继续坚持下去的理由，但是现在网购是我的一种习惯（大笑），融入了我的生活。
梦梦出于好奇开始网络购物是完全可以理解的，毕竟大家都有尝试新鲜事物的想法，何况第一次网购的成功经历也激发了她的动机，这符合心理学中操作性条件反射的原理，但是当后面她和肇肇如出一辙地强调网购是一种习惯的时候，还是着实让人疑惑：是不是网络购物也会成瘾?
（二）网络购物学问多
与二人交流时，自然而然要问到一些与网络购物相关的细节问题，肇肇和梦梦的说法存在诸多差别，比如肇肇与笔者有这样一段对话：
L：你能不能跟我分享一下你网络购物的经验和技巧？
Z：我网购还是比较谨慎的，一般会反复挑选，找比较诚信的卖家，看买家有什么评价。
L：如果同一件东西，有的是网家信誉度好，有的是东西更便宜一些，你会选择哪一家？
Z：我会选择信誉度好的。
在网络购物的技巧、方法方面，梦梦给了我们更多有益的信息：
L:访谈者
M:梦梦
篇4
一、中学生学习物理的心理动态特征
1.学生兴奋与思维障碍的矛盾
奇妙有趣的物理现象使学生对物理学习充满兴奋，但许多学生常常“一听就懂，一学就会，一做就错”。在老师精心设置的情境下，如课堂演示实验、录像、FLASH动画模拟实验和生活生产实际情境，学生都会产生好奇心和心理兴奋，产生学习的动力；当老师引导学生总结概念规律后，学生的兴奋度就明显开始降低；当老师对概念规律的内涵和外延进行讲解，要求学生对规律应用时，学生会产生思维障碍，兴奋度就没了。这种矛盾差不多所有学生都存在。
2.科学知识与生活经验的矛盾
物理学研究的是自然界中的客观物体及其运动规律，学生在生活中不断接触自然，自然会获得有关物理学方面的感性认识，并形成一定的生活观念和心理经验。这些观念有的是正确的，对学习有积极地促进作用；有的是错误的，对概念的形成、规律的正确理解有消极阻碍作用，造成学习障碍。学生在这种知识和经验有矛盾时，心理变化是非常明显的。
3.思想开放和自我意识的矛盾
中学生自我意识极强，普遍存在一种倾向，就是在师长面前“闭索”。他们“闭索”的表现一般都是在师长面前或是一言不发，或是应付了事，他们不愿意主动和师长交流，就是在家里，也不愿意和父母、长辈交流。相反，他们和同龄伙伴却无话不谈，甚至可通宵达旦。
4.学习内驱力与学习困难的矛盾
中学生学习的内驱力大部分来自于好奇心与求知欲，他们已经意识到学习物理对科学素养的提升大有裨益，还有一部分学习内驱力来自于父母的希望、中考的要求。学生在这种学习动力的驱使下，想把物理学好，但物理学习中物理思想的获得总是有这样那样的困难，这就使学生心理发生变化。学习内驱力和学习困难的斗争总是在学生心理发生着。
另外，初中学生还有一些对物理学习产生影响的心理表现如：争强好胜心理、虚荣心理、怯弱心理、消极心理等，都是我们在平时教学中应注意引导和调节的。
二、加强课堂学生活动，促进学生心理“正向”变化
教师利用好学生的心理变化，是提高课堂教学效果的重要途径。在物理教学过程中，教师应做到以下几方面，才能使学生有更好的心理状态学习，从而达到提高课堂效果的目的。
1.课堂导入蓄意性
课堂导入的设计是课堂教学设计的重要组成部分。教师在进行导入设计时要分析知识的逻辑性和学生的认知特点，“蓄意”的采用一些有目的的导入方法，让学生在心理上容易接受教师的导入和教学内容。如在学习一些学生有生活经验的科学概念和规律时，设置形成认知冲突的问题情境导入。
2.知识探究开放性
教师在组织教学时，如果一直去引导学生去探究，时间长了，学生的心理就会厌烦，不去探究了。在探究过程中放开手让学生自主探究，形成开放的探究环境，才能促进学生心理探索欲望的激发。
(1)放手让学生问
爱因斯坦曾说过：“提出一个问题，比解决一个问题更重要。”能积极的提问题，往往是深入探究的结果，教师要善于鼓励学生勇于提问。
(2)放手让学生做
动手操作对于开发学生智力、调节学生的心理有着不可估量的作用。在课堂中，教师要尽量多的设计一些小实验，放手让学生做，这样不仅能加深学生的理解，也能促进学生心理探究欲望。
（3）放手让学生说
学生的“说”是展示学生思维过程的重要途径。开放的教学要求学生思维开放，而“说”则是思维广度和深度的具体显现。因此在课堂中“说”的权利应尽量还给学生。
3.知识应用活动性
学生在积极的心态下完成了知识的探究，总结出物理概念和规律后，学生的思维已有些疲劳，心理某些不安定成分又会发挥作用，这时应进行知识的应用。物理是一门实用性学科，物理学知识的应用是用一些日常生活中的情境，提高学生应用物理的积极性。
4.课堂评价针对性
教师在课堂中给学生的评价是师生间心灵交流的桥梁和纽带。随着新课程标准的实施，赏识教育也被引入物理课堂。然而，在具体实施过程中，教师评价的语言单一性的现象比较普遍，“很好”、“不错”、“非常好”、“你真棒”等在课堂中泛滥。虽然，教师应该学会理解、欣赏和鼓励学生，对学生积极的评价是激发学生情感的有效手段，但是对不同的学生用同一种评价方式，对学生心理的调动是不科学的。中学生已经有自己的逻辑思维能力和自我判断能力，教师千遍一律的评价，会引起学生的反感，产生抵触心理。
篇5
关键词：生物实验；心理障碍；心理特点
中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）01-0034
生物学是一门实验科学，生物实验对于激发学生学习的兴趣、启迪学生思维、培养科学素养和创新精神均能产生积极的作用。了解和把握中学生在实验教学中的心理活动特点，从学生的心理特点出发设计实验教学，把学生对生物实验的认识和态度引导到正确的轨道上，这将为学生今后的学习和工作打下良好的基础。
一、了解学生对生物实验的心理障碍，创设教学情境，引导学生愉快地走进实验室
对大多数农村中学的学生来说，有着不同的背景和生物学习的经历，对生物实验也就有各种不同的看法和体验。因此，教师应该注意到部分学生对生物实验的不正确的认识，或者是不良的体验，分析实验心理障碍形成的原因，在学生进入一个新的环境，对学习、生活有着新的憧憬的时候，运用适当的方法，纠正学生不正确的认识和突破心理障碍，将能对教学起到事半功倍的作用。
1. 对实验的轻视心理
由于传统的考试功能的缺陷，学生往往重视理论而轻实验，重于记忆而轻能力。学生受此影响，认为生物实验并不重要，做不做实验都能学好、考好生物。这些学生对生物实验往往采取敬而远之的态度，做实验时敷衍了事，不严格按照要求操作或袖手旁观，实验现象的记录和分析往往采取主观的判断或抄袭来应付。
对有这种心理的学生，教师应该在教学过程中经常强调。一是说明生物实验能培养自己的科学素养和科学能力，对于今后的学习和工作都有好处。二是介绍近年来中高考中实验题的分值逐年增加的事实，以及中高考实验题的新颖、灵活、综合性强的特点，没有经过严格的实验操作训练，只是凭记忆和背诵是根本考不好这些题目的。通过这样的说理，让学生对于实验课的学习在思想上重视起来。
2. 对实验的恐惧心理
生物课有时需要用到一些化工药品或者试剂，但由于受社会舆论和报刊宣传的影响，认为化工产品都是有毒的或有致癌作用的，所以有些学生认为做生物实验会有危险。此外，做实验时，有时要用到贵重仪器，如显微镜，有些学生听到教师说是贵重仪器，就害怕因使用不当而弄坏仪器，需要他赔偿或被教师批评，从而产生了对实验的恐惧感。另外，有些生物发出的腥臭味和看到令人作呕的样子，也是学生产生恐惧感的一个原因。
恐惧心理属于心理障碍，是外部刺激作用于脑和植物性神经系统的结果，一旦外部刺激弱化或消除，这种心理也将随之淡化并消失。因此，在学生刚刚做生物实验时，教师不要引入新的刺激，并采取一些措施来消除学生的恐惧心理。一是实验室要通风好，要给第一次进入实验室的学生创造良好的环境，改变他们那种认为实验室有毒的、令人作呕的心理。策略是：教师和实验员在新一届学生的第一次实验前，组织学生亲自打扫实验室，打开窗户和排气扇，换进新鲜的空气。教师还应该在实验之前，对一些有腐蚀性的药品或者试剂，要讲明白怎么样去防护，使用贵重物品时要注意什么事项等等。二是多安排一些随堂实验，让他们多试验并能亲身感受到生物实验可以得到其他学科很难得到的体会和乐趣，从而淡化恐惧心理。
3. 做实验时的紧张心理
学生实验操作中的紧张心理往往是因操作不熟练引起的，一些以前没有见过的实验仪器，学生对它很陌生，不会使用，必然有些紧张；有时做了几次没有做好，就更加紧张了。这就要求教师在教学中要重视指导学生课前的预习，以及对生物实验的基本操作的训练，在训练中，教师不要急于求成，而是结合学生实际，由浅入深，循序渐进，让学生反复练习，自己体会，熟能生巧之后，学生在实验中自然就会有自信。
学生独立操作时，他们既希望有人帮助指导，但又怕教师总站在旁边监视，害怕操作错误而被教师批评，从而强化了紧张心理。这就要求教师在辅导学生实验时要有耐心、态度和蔼、话语要轻柔，不要总是站在一个学生的身旁，一般只需适时地给予帮助即可。
二、克服学生的不良实验心理特点，培养学生良好的学习生物实验的习惯和持久稳定的实验研究兴趣
1. 改变把实验当成“变戏法”和“看热闹”的心理，明确实验的目的要求
平时一说到上生物实验课，许多学生往往是带着好奇、新鲜、兴奋的心情来上实验课的。在教师讲解时，他们常常忙于看各种仪器、药品，急于动手做，做出了结果，看到了现象就很高兴和满足了。他们的注意力不在操作的规范上，对实验目的也不是很明确，较多的是“照方子抓药”。他们无论是看教师的演示实验还是自己操作，都是以“变戏法”“看热闹”的心理来对待。长期以这种心情对待实验，不仅对学习实验操作的知识的巩固和能力的培养没有什么作用，而且使学生形成对实验错误的认识。
抓课前准备是解决这一问题的有效方法。一般学生的预习主要是了解实验的内容、步骤及如何操作等，较少想到要了解实验的目的，教师应使学生认识明确实验目的的重要性，具体地了解实验目的对于实验技能、知识、观察能力等诸方面的要求。为把课前准备引向深入，可以提出一两个问题，让学生思考。
2. 克服单凭兴趣做实验的心理，培养科学实验的严谨态度
兴趣是一个人力求认识某种事物或从事某项活动的心理倾向。生物实验能使学生得到从其他方面难以体会到的快乐和兴趣，但是学生正处于青春发育期，他们的兴趣往往不能持久，容易漂移。以单纯兴趣观点做实验的学生，只是追求个人感情上的某种需要或者刺激，学习只是跟着感觉走，对学习的艰苦性没有准备，当实验操作需要多次进行时，他们就会感觉到枯燥乏味而转移兴趣；当在实验中受到纪律的约束时，他们也会把兴趣转移；当受到教师的批评，或者不喜欢教师的形象或语言特征时，他们也会把兴趣转移。
对此，我们要想办法把他们最初对实验的热情，转化为对生物实验的持久稳定的兴趣上，培养其科学实验的严谨态度。首先，可以通过向学生介绍伟大科学家的事例，如居里夫人用手工劳动苦战1300天从8吨铀沥青矿渣中提炼出1/10克氯化镭，并初步测定镭的相对原子质量为225，从而获得1903年的诺贝尔物理奖的事例，激励学生要艰苦学习，以苦为乐。其次，可以通过开展研究性实验的学习活动，有意识地把实验所带来的直觉兴趣引导到对实验的因果关系或对实验的本质的研究中去，使他们不仅成为做好生物实验的兴趣动力，也成为促进学生心理品质良好发展的重要因素。再次，在实验中教师要做到多一点宽容，少一点不必要的约束；多一点鼓励，少一点指责；多一点严格，少一点严厉；多一点引导，少一点干涉。最后，做教师的要加强自身的修养，做到衣着整洁、美观，语言生动亲切，在实验室中应保持适宜的情绪状态，演示实验操作时应尽量规范、熟练、灵巧、现象鲜明，给人以美的享受，对实验中的意外事件，要果断处理，但又能处之泰然，这样才可以使学生能“亲其师而信其道”。
三、把握学生良好的心理特点出现的时机，培养学生的创新思维能力
1. 抓住学以致用的心理，开展与生活联系的实验
应用是创新和社会发展的动力，也是学生学习的动力。中学生物教材中的实验是以训练基本操作和验证所学知识为主的，实验的理论性较强，开始时学生会有较高的热情和兴趣，做多了，学生就会想，这些知识除了考试需要外还会与我的生活实际有什么关系呢？如果这个问题长期得不到回答，就会使学生形成生物实验是与生活无关的“科学”，部分学生就会因此对生物实验失去兴趣。
对生物实验进行情境化处理和适时增加趣味性、实用性的实验，将能很好地满足学生这样的心理需求，甚至会取得意想不到的教学效果。如：“制作细胞模型”这一实验材料中的琼脂不容易取得，需要量相对较多。在实验前，笔者让学生考虑“可以用什么材料来代替琼脂，有无更好的方法，做到既经济又实惠呢？”有的学生就想到了用果冻代替琼脂，在制作过程中，果冻壳做细胞膜，绿豆作叶绿体，花生做细胞核。这样，一个既经济又有观赏价值的细胞模型就做好了。
2. 激发设计实验的心理，培养创新的能力
学生做多了教材中明确列出的实验步骤与实验用品和用量的实验后，会由于自己的主动性无从发挥而产生厌倦的心理；另外，学生通过自己实验和验证实验，逐步地认识到，实验是研究生物的结构与功能，揭示生命本质的一种手段，也是用来解决生活中实际问题的重要手段，到了一定时候就会激起自己设计实验和运用所学的知识来解决一些简单问题的意向性心理需要。
总之，重视根据学生的心理特点来设计实验教学，纠正学生的不良心理障碍，培养健康的实验心理，有利于学生知识的掌握和技能的形成，促进学生能力的发展，提高实验教学质量。
篇6
（安徽理工大学能源与安全学院，安徽 淮南 232001）
【摘要】采矿专业大学生就业去向以艰苦行业为主,就业形势总体较为平衡,专业对口率较高。采矿专业近年需求较旺但区域不平衡，就业区域相对比较集中。指导采矿专业大学生成为综合能力强、专业技术高的复合型人才，要求针对采矿专业具体情况创新就业指导形式，实现毕业生充分和高质量就业。本文结合我校采矿专业就业具体情况进行分析并初步探讨提出对策。
关键词 安徽理工大学；采矿专业；就业特征；就业指导与服务
近年来，随着普通高校招生规模的不断扩大，高等教育逐渐从“精英教育”转向“大众教育”。高校毕业生人数倍增，导致面临就业和待就业的大学生群体不断膨胀，大学生就业问题成为全社会普遍关注的问题。
煤炭主体专业近年需求较旺但区域不平衡，就业存在扎堆现象。从总体来看，毕业生竞争力不强，结构性、摩擦性失业并存，就业矛盾比较突出[1]。采矿专业大学生在思维态度、素质特征等方面有别于其他学科的大学生，从而形成独有的特色，因此有必要建立一套适合采矿专业大学生就业特征的就业指导与服务模式, 以提高大学生就业指导科学化水平。以安徽理工大学能源与安全学院采矿系近两年就业情况为基础，对采矿专业大学生就业指导与服务的研究，为实现高校毕业生更加充分和更高质量的就业提供了一个新的思路。
1 采矿专业大学生就业特征
1.1 就业去向以艰苦行业为主，专业对口率高
根据世界能源国际组织和能源专家的预测，21世纪煤炭作为主要基础能源的地位不会改变[2]。采矿专业学生承担推进采矿技术的发展，提升采矿工程质量水平等重要职责。
当代大学生多为独生子女，很少有机会经历艰苦生活的磨炼，选择工作时更倾向于追求安逸，而采矿专业毕业生需要到采煤一线工作，井下工作环境恶劣，从事的行业比较艰苦，甚至比较危险。相比2012年，2013年采矿专业学生毕业后选择艰苦行业就业的比例有下降的趋势，但仍然是采矿专业毕业生最主要的流向。
20世纪90年代煤炭工业低谷时期，煤炭高校煤炭主体专业发展受阻，纷纷减少招生或转变专业方向，采矿专业毕业生少，进入煤炭行业的更少，再加上行业人才流失等，煤炭行业人才短缺，采矿专业毕业生一直是各煤炭企业的香饽饽，供求比不断增加，就业率普遍较高。我院2013年和2013年采矿专业毕业生就业率分别为100%和95.36%，专业对口率分别为99.16%和98.73，高于全国平均值77%，高于全国“985”和“211”工程院校平均值69%[3]。
1.2 就业区域集中，就业去向以地级市为主
采矿专业毕业生就业就业区域相对比较集中，主要分布在安徽省内和煤炭资源丰富的山西、河南、山东、宁夏几个省份。安徽省内以淮南市和淮北市为主，具体主要集中在大型煤矿企业，如淮南矿业集团，国投新集能源股份有限公司和淮北矿业（集团）有限责任公司等。
采矿专业2012届、2013届毕业生就业主要集中在我国的地级市，占毕业生的比例都在70%以上，在省会城市就业的，占毕业生的比例分别为8.86%和13.27%,在县级市就业的，占毕业生的比例分别为18.99%和13.72%。
2 就业指导与服务
近年来煤炭行业供需关系与长远战略发展的矛盾凸显，加之煤炭行业在工作环境特殊、经济基础薄弱和众多安全因素影响下，已然影响采矿专业毕业生就业。
采矿专业的学生由于其专业的特殊性，在就业中往往还面临着其他特殊的问题，比如：工作环境艰苦，对本专业忠诚度不高；人云亦云，盲目跟风考研；过分低估自己，信心不足等。针对采矿专业学生状况，除通用的一些就业促进措施外，笔者认为还应着力从以下几个方面加强工作，更好做好采矿专业就业指导与服务。
2.1 加强就业价值观教育，增强采矿专业学生为采矿事业奋斗的决心
结合采矿专业及煤炭行业特点，做好入学教育，加强专业思想教育，通过就业指导课、形势报告会、经验交流会等途径，让大学生转变就业观念，认清行业发展前景，引导他们及早做好适合自己的职业生涯规划，及时调整就业心态和期望值，树立“先就业，后择业”的观念[4-5]。同时，要使他们了解我国煤炭行业快速发展与人才短缺的现象，帮助学生树立信心，使他们具有学习热情，坚定选择采矿行业就业的决心。
2.2 加强采矿专业大学生实践能力培养
通过对我校采矿专业毕业生跟踪调查发现，社会用人单位普遍反映目前采矿专业毕业生具备较好的基础理论知识和专业知识，但动手能力差，实践能力薄弱，难以较快适应矿山工作的需要，毕业年后仍不能独立胜任矿山生产技术和管理工作。针对这一状况，在教学过程中优化专业培养方案，改善硬件环境，增加实践性教学学时，具体从课程设计、实习、实验、科研创新、社会实践、毕业设计环节建立完备的实践教学体系[6]。提升采矿专业学生能力、素质、创新意识和初步创新能力，缩短采矿专业学生独立胜任矿山生产技术和管理工作的周期。
2.3 有效拓宽实习、就业渠道，实现“走出去”战略
有关就业部门积极主动联系或实地考察毕业生实习单位，在各类实习实践环节，带学生深入煤炭企业一线，尤其是省外的煤炭企业，假期多进行进煤炭企业社会实践等；大力开拓就业市场，进一步加强同煤炭勘探、建设、生产、设计、煤机等煤炭行业单位合作，邀请其来校招聘，同时，利用好校友资源，创造条件，拓宽就业渠道，充分挖掘煤炭行业就业潜力；加大与非煤矿企业、建筑、铁路等行业联系，开拓就业市场；鼓励、引导学生考研深造不仅可以培养煤炭行业更高级的专业技术人才，同时也一定程度缓解就业压力；引导学生结合自身情况考公务员和事业单位、自主创业、应征入伍拓宽就业途径。
2.4 增强学生人文素质教育，提升大学生就业能力
基本工作能力、专业技能、求职技能构成了大学生就业的核心能力[7]，从就业能力的角度，采矿专业学生由于其专业特殊性，普遍知识面较窄，与人沟通交流机会相对较少，第二课堂参与度不高，表现在就业能力上主要为表达能力差、组织管理和人际沟通能力差、综合知识能力差，除此之外，还有自我推销能力、发展能力等方面优势不足。以上的不足与缺陷可以通过增强学生人文素质来提升就业能力[7]，具体通过开设人文素质教育必修和选修课程、丰富第二课堂等方式提高学生综合素质。增强采矿专业学生人文素质教育，改变单一、唯专业论的就业能力机制，培养学生成为综合能力强，专业技术高的复合型人才。
2.5 认清国内矿山企业的实际情况，引导学生合理流向
毕业生就业受经济动因、社会动因和毕业生价值取向等影响较大[8]。学生在安徽度过四年大学时光，老师授课大多以两淮煤田为例，实习基地和就业资源也多建于两淮地区，从我校毕业生就业情况看，2012年我校采矿专业毕业生毕业后选择在安徽工作的比例为54.21%，2013年为48.53%。
我国煤炭分布呈“西多东少”的格局，全国煤炭行业需要人才，而安徽两淮地区煤炭企业人才基本饱和，西部一些省市急缺人才。要让学生改变传统观念，引导学生了解西部煤炭企业，鼓励学生到西部去，到祖国最需要的地方去建功立业。
参考文献
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篇7
摘 要 文章通过分析膝关节解剖结构特点和生物力学特征，结合篮球技术动作特点，确定了膝关节各部位运动损伤的发生机制。并提出通过掌握运动员膝关节的运动生物力学特征，对科学指导训练、提高运动员的训练水平以及预防膝关节运动损伤发生等具有非常重要的意义。
关键词 膝关节生物力学 运动损伤 力量训练
运动生物力学根据人体的形态机能特点结合对运动场地器材的改进，研究最合理、最有效的运动技术；通过改善训练手段增加运动训练的适应性；通过研究运动损伤发生机制、改善不合理的运动技术，在训练中改善神经肌肉系统功能和强化运动器官承受能力，达到预防损伤的目的[1]。作者通过参阅大量文献，阐述篮球运动员膝关节运动生物力学特征，提出其指导膝关节科学训练和预防膝关节损伤依据。
一、膝关节结构及生物力学特征
（一）膝关节是人体结构最复杂的关节，由两个包在同一关节囊内的关节组成，即股-髌关节为滑车关节和股-胫关节为椭圆形关节。膝关节周围的肌肉、肌腱、前方髌韧带、内外侧副韧带、前后十字韧带以及内外侧半月板共同维持膝关节的稳定性[2]。
（二）膝关节的侧副韧带位于关节囊的外面，有内侧副韧带和外侧副韧带两条，其主要作用是使膝关节不能产生内收与外展运动，并且限制膝关节过度发生旋转的活动。[这两侧韧带在膝关节伸直时被拉紧起固定作用，此时小腿不能做内旋及外旋动作。当屈膝时，这两侧韧带松弛，小腿可做小幅度的内、外旋动作[3]。在篮球运动中膝关节屈曲，小腿突然内收内旋，或大腿突然外展外旋可能发生外侧副韧带损伤。常见持球突破，急停跳起投篮或跳起抢篮板等动作。
（三）半月板由致密环状纤维所组成，其中含少量软骨组织，具有一定的弹性，它们的主要功能是使股骨与胫骨两者的关节面更加吻合，增加膝关节的稳定性，并且有缓冲股、胫骨之间冲击力的作用[4]。
（四）膝关节囊内共两条十字韧带，主要功能是限制胫骨过度前移或后移。膝关节处于半屈曲位突然完成旋转及内收、外展是重要的损伤机制，常合并内侧副韧带或半月板损伤。
股四头肌腱大部分止于髌骨上缘，一部分越过髌骨上缘止于髌骨表面，股四头肌在膝屈30°时，4个头的合力最大，加上这时髌股间的力矩最大[5]。
（五）膝关节稳定性生物力学
膝关节是全身最大的负重关节，同时它又缺乏固有的内在稳定性，韧带、关节囊和提供的静力和动力性稳定作用起着特别重要作用[6]。
（六）篮球运动的基本技术动作生物力学分析
膝关节主要功能是屈伸运动，在半屈或屈90°时有轻微的旋转运动。篮球运动中的特点是膝关节于半蹲位滑步、进攻、防守、制动、踏跳与上篮、落地缓冲等。这些动作都要求膝于半屈曲位屈伸与扭转，以实现快速变向、伸膝发力的要求。
二、膝关节力量训练
根据膝关节运动生物力学原理，力求膝关节在运动中稳定性和灵活性相统一，力量、速度和耐力相统一。所以对膝关节周围肌肉韧带的力量训练尤为重要。使膝关节适应篮球运动技术特点的力学要求，同时保护关节避免损伤发生。通过对关节周围肌肉力量训练经过力的传递结构强化至肌腱、韧带以及骨。
（一）肌肉力量训练相关理论
“训练适应”是反映运动员机体在长期训练和外界环境（指自然环境与训练、比赛环境、其中主要是训练负荷）刺激的作用下所产生的生物学方面的“动态平衡”（指能量消耗与补充的动态平衡）。这种适应能满足竞技比赛所需要的各种机能能力，并按照“刺激—反应—适应—再刺激—再反应—再适应”的规律变化。运动训练的任务就是通过合理的训练负荷，打破机体原有的生物适应与平衡，使机体在新的水平上产生新的生物适应与平衡[7-8]。
（二）方法
1.固定阻力负荷练习
又称静力性练习。是指人体用力时，各运动环节无运动状态的变化，此时，肌肉产生张力但不发生长度变化。如静止负杠铃半蹲等。
2.动力性冲击负荷训练
是指肌肉先进行离心收缩、紧接着迅速进行向心收缩的练习方法。是利用肌牵张反射会产生超大力量的原理，是在一次练习中增大肌肉训练效果的较好练习形式。
3.等动练习器械训练
该种练习是借助专门的等动力量练习器进行，在练习中，练习的阻力与运动员的用力相适应，从而保证了肌肉在收缩过程中始终按恒速或接近恒速的方式进行。
三、结论
膝关节是人体结构最复杂关节，本身内在不稳定。篮球运动员膝关节运动专项技术动作又处于关节生物力学的薄弱点。所以运动损伤发病率高，篮球技术动作要求膝关节适应其速度力量及耐力要求。在充分了解膝关节生物力学，掌握其力学规律，根据人体形态机能特点，进行科学训练，不断改进运动技术，提高运动成绩。同时的预防运动损伤及康复都具有重要意义。
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篇8
【摘要】 目的 观察辛伐他汀对骨质疏松大鼠骨代谢和股骨生物力学的影响。 方法 将SD大鼠随机分成假手术组(SHAM)、卵巢切除组(OVX)、卵巢切除加辛伐他汀组(OVX+SIM)，每组16只。适应性喂养1周后手术，术后8周给药，OVX+SIM组给予辛伐他汀5 mg·kg-1·d-1，其余2组用等量生理盐水灌服。用药后第4、12周分2批各处死半数大鼠，取血观察各组大鼠的骨源性碱性磷酸酶(BALP)、骨钙素(BGP)的代谢情况。分离股骨进行三点弯曲试验，检测股骨最大载荷、弹性载荷、最大桡度、弹性桡度等生物力学性能。 结果 (1)用药4周，BALP水平OVX+SIM组较OVX组升高(P
【关键词】 辛伐他汀; 股骨; 生物力学; 疾病模型， 动物; 骨质疏松; 骨钙素; 碱性磷酸酶
辛伐他汀对去势大鼠骨代谢和股骨生物力学影响骨质疏松症(osteoporosis， OP)是以低骨量、骨组织微结构退变、骨脆性增加从而导致发生骨折的危险性升高为特征的一种全身性疾病，其主要危害是骨折，骨骼生物力学性能的降低是骨折发生的主要原因之一。近年发现他汀类药物具有促进骨形成和加速骨折愈合的作用[1-2]。去卵巢大鼠可以较好地模拟妇女绝经后骨质疏松状态，笔者以去卵巢大鼠建立绝经后OP模型，给予辛伐他汀(simvastatin，Simv)灌胃，取血观察大鼠骨代谢的变化，取股骨标本进行三点弯曲试验测定骨生物力学指标[3]。以评价Simv对去卵巢大鼠骨代谢及骨生物力学性能的影响，进一步探讨Simv的抗骨质疏松作用。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 动物与分组 选用雌性SD大鼠48只，3～4月龄，体质量240~300 g[上海斯莱克实验动物有限责任公司，动物许可证号：SCXK(沪)2003-0003]，适应性喂养1周后，随机区组设计分为：假手术组(sham-ovariectomized rats， SHAM)，卵巢切除组(ovariectomized rats， OVX)，卵巢切除加Simv组(OVX+SIM)，每组16只。
1.1.2 试剂与仪器 Simv片(杭州默沙东制药有限公司，进口药品注册证号：H20030704，批准文号：国药准字号J20040032);大鼠血清骨源性碱性磷酸酶(BALP)、大鼠血清骨钙素(BGP)，均为美国ADL公司;电子万能生物力学试验机(CSS-44100型，英国INSTRON公司);全自动生化仪(chemix 180，日本Sysmex公司)。
1.2 方法
1.2.1 造模 1%戊巴比妥纳(4 mL/kg)腹腔注射麻醉。取仰卧位，常规消毒后打开腹腔，切除双侧卵巢。SHAM组以同样术式在卵巢附近切取与卵巢大小相近的脂肪组织。动物自由进食饮水，自然光照。
1.2.2 给药方法 卵巢切除8周后，OVX+SIM组以Simv 5 mg·kg -1·d-1灌胃，(Simv用生理盐水配制成1 mg/mL的混悬液，用前摇匀)，连续12周;SHAM组及OVX组予同等体积生理盐水灌胃。用药4周随机处死半数大鼠，12周处死全部大鼠。
1.2.3 血清生化指标测定 各组大鼠处死前摘除眼球取血5 mL，离心分离血清，-80 ℃保存备用。BALP、BGP测定ELISA定量。
1.2.4 三点弯曲实验 将股骨标本自然解冻置于万能电子生物力学试验机上，保持其湿度，测试温度为23 ℃，以股骨中点为加力点，支座跨距23 mm，加载速度1 mm/min，载荷测量精度为0.01 N，挠度测量精度为0.001 mm，匀速加载至标本断裂。加载时注意股骨标本横截面短轴的方向与加载的力的方向一致;支座及加载压头的形状应加工成马鞍形，可控制长骨试件在加载的过程中基本不发生滚动以减少系统误差。计算机描记出载荷-变形(桡度)曲线，分析实验数据并经过换算得出最大载荷、弹性载荷、最大桡度、弹性桡度。
1.3 统计学处理 数据以x±s表示，采用SPSS 12.0 for windows进行检验及分析，多组间比较采用方差分析，P
2 结 果
2.1 血清生化指标测定结果 (1)用药4周，12周OVX+SIM组BALP较OVX组均明显增加(P
2.2 大鼠股骨三点弯曲实验结果 用药4周，最大载荷SHAM组较OVX组明显增加(P
SHAM：假手术组;OVX：卵巢切除组;OVX+SIM：卵巢切除加辛伐他汀组. BALP：血清骨源性碱性磷酸酶;BGP：大鼠血清骨钙素. 与OVX组同时间点比较，：P
SHAM：假手术组;OVX：卵巢切除组;OVX+SIM：卵巢切除加辛伐他汀组. 与OVX组同时间点比较，：P
3 讨 论
BGP是成骨细胞分泌的一种肽类物质，可促进骨钙盐沉积，增加骨细胞的矿化速度，其含量变化直接反映成骨细胞的活性，也直接反映骨形成率或骨转换率。BALP是成骨细胞的一种胞外酶，其含量变化能够直接反映成骨细胞活性。
在骨质疏松发生早期，由于体内雌激素水平降低，机体处于一种高骨转换率的状态，此时体内骨形成和骨吸收均会增高，因此OVX组BLAP水平可维持较高水平，故用药4周，OVX组与SHAM组无明显差异;用药12周，OVX组的血清BALP与SHAM组比较明显下降(P
用药4周，OVX+SIM组大鼠的血清BALP增高，与OVX及SHAM组比较均有差别(P
生物力学特性是反映骨的生长代谢情况的一个重要指标，它是骨量、骨结构连续性、骨皮质厚度及骨的材料特性的综合反映[9]。用药4周，OVX组股骨最大载荷和最大桡度均小于SHAM组，差异均有显著性。最大荷载直接反映松质骨骨小梁的骨质、结构的连续性，皮质骨的强度，最大桡度反映骨组织的变形能力。本实验结果说明OVX组大鼠股骨断裂前所能承受的最大载荷以及股骨发生断裂时，股骨中性线偏离原始位置的最大位移均小于SHAM组，表明去卵巢造成股骨强度和整体抗骨折能力下降，符合骨质疏松后骨生物力学性能的本质特征。分析原因可能为去卵巢后，由于体内雌激素分泌减少，机体处于一种高骨转换率的状态，此时体内的骨吸收和骨形成均会增高，两者的净效应表现为骨丢失。而骨质疏松早期主要是松质骨受累，骨小梁变细、断裂，骨小梁减少，骨髓腔变大，导致骨最大载荷和最大桡度下降。
用药4周，OVX+SIM组股骨最大载荷和最大桡度与OVX组差别无统计学意义。说明4周时虽然Simv能使成骨细胞活性增加，促进成骨，但不能防止去势大鼠的骨丢失，可能其成骨作用微弱，也可能其既促进骨形成同时也促进骨吸收。Sirola等的临床研究表明早期Simv并不能防止骨丢失[10]，Frans等报道小剂量的Simv早期促进骨形成也促进骨吸收，使骨量减少[11]。用药12周，OVX+SIM组股骨最大载荷和弹性载荷较4周时明显增加，且为组间最大，差异具有显著性。表明随着时间的延长，Simv的促进成骨作用明显增加，提高了断裂前能承受的最大载荷以及股骨不发生永久形变所能承受的最大载荷，明显改善了股骨的强度。
笔者认为，Simv具有促进骨形成的作用，随时间延长成骨作用加强，能提高股骨的强度，降低骨折发生，为临床骨质疏松的防治增添了实验依据。其促进成骨的作用可能与BLAP和BGP水平密切相关。至于该药物对骨质疏松大鼠股骨力学性能影响的详细机制及药物浓度、作用时间对力学性能的影响，还有待进一步研究。
参考文献
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篇9
自1969年Hamdi首次报道L2浆细胞瘤和转移性腺癌行椎体肿瘤切除、假体替代以来，经过近四十年的发展，人工椎体作为一类有效的椎体替代物在临床上得到广泛应用，目前报道的人工椎体模型，经过一系列生物力学测试和临床应用发现，对不同脊柱节段的椎体骨折、不同类型的人工椎体的选择、术中放置人工椎置的差异〔1〕，乃至辅加不同类型的内固定物，均可对脊柱重建术后的稳定性产生不同的影响。因此本文对近年来生物力学应用在人工椎体上的研究进行如下的综述。
1 生物力学在人工椎体置换术评价中的应用
1.1 人工椎体置换术的应用
人工椎体目前运用最广泛的是脊柱转移性肿瘤病灶切除后的重建，童元等认为椎体肿瘤的手术适应证应该综合考虑患者全身的情况、手术能否解决主要问题以及病程发展的快慢等因素。王新伟等〔2〕运用可调式中空人工椎体治疗脊柱严重粉碎性骨折（附9例报告），认为对严重粉碎的椎体骨折，无法行自体骨重建者，人工椎体不失为一种选择，但应严格掌握适应证。近来，王群波等〔3〕运用纳米羟基磷灰石／聚酰胺66复合人工椎体治疗胸腰椎椎体肿瘤14例，结果显示复合人工椎体具有良好的生物相容性，植入融合率高，牢固可靠，是理想的骨移植替代材料。
1.2 人工椎体置换的生物学设计要求
脊柱椎体次全切除术至少破坏2个脊柱功能单元的完整性，起支撑、承载及缓冲功能的前柱连续性中断，同样导致后柱结构不稳，极易造成损伤。因而，行椎体切除术后无一例外的都要进行重建前柱的结构及生物力学的稳定性。故人工椎体的生物学设计是否合理对术后融合有着重要的影响，杨明亮等〔4〕从外科技术角度评价内锁式人工颈椎间体，认为其设计符合颈椎的解剖学特点，生物力学上能有效稳定颈椎。特别适合陈旧的屈曲压缩骨折及颈椎后突畸形矫形。杨瑞甫等〔5〕采用六铝四钒钛合金（Ti6Al4V）为材料，设计一种中空可调式、自固定式的人工椎体，用于治疗脊柱肿瘤和椎体爆裂性骨折，实验证明该人工椎体具有良好的即时稳定性和远期稳定性，且勿需联合使用前路或后路内固定器。综上述，生物力学设计必须考虑以下几个方面：（1）术后即刻稳定性与脊柱生理曲度的恢复程度;（2）与椎体远期融合率;（3）有良好的生物相容性;（4）植入方便。
2 人工椎体生物力学测试的方法
2.1 屈服强度试验
采用轴向压缩荷载或屈曲压缩荷载，加载至失稳，目的在于研究人工椎体在某种载荷下的承载强度，强度试验需要加载直至材料破坏为止，通过荷载-位移曲线获得生物力学参数。
2.2 内置椎体疲劳试验
对内置人工椎体施加周期性的荷载（cyclic loading），观察其疲劳强度，以失败的周期数定义疲劳强度。
2.3 内固定物稳定性试验
与前面两种破坏性试验不同，稳定性试验是非破坏性的。目的在于研究内置物在非破坏性的载荷下的内固定强度与各种生理载荷的相关关系。
3 生物力学测试实验模型的选择
3.1 生物模型
目前常用的生物模型有尸体标本、活体及犬、牛、猪、猴、羊等动物模型，这几种生物模型各有其优缺点。人尸体标本广泛运用于生物力学测试的离体研究，其优点是能直接、精确测量脊柱各节段的运动，缺点在于新鲜的尸体受数量的限制，且其离体标本的测试亦在一定程度上改变了生理状态下脊柱的力学特点；人的活体研究主要运用于临床脊柱功能检测，还需考虑很多社会因素。目前对于在几种动物模型，是否与人类脊柱具有共性尚需进一步探索，Kumar等〔6〕研究发现四足动物脊柱的解剖学和形态学与人相似，他认为从四足动物的标本上得出的结论可运用到人的标本上。Goel等利用有限元模型分析比较肯定了狗作为脊柱腰段生物力学研究模型的可靠性。牛椎体虽偏大，但因其与人椎体具有相同的运动学特征，故其运用较多〔7〕。
3.2 非生物模型
3.2.1 有限元模型
1974年Belytschko首先将有限元分析方法应用于脊柱力学研究，使脊柱有限元模型成为最早建立的脊柱非生物模型。通过对有限元法的生物力学研究与实体的生物力学实验进行比较分析发现，其结果是可靠、有效的。具有能够获得实体实验中无法得到的许多重要参数，能任意改变某一参数以观察其产生的影响，能进行前瞻性研究并直接指导临床实践。随着人们对组织力学特性的认识，有限元分析软件在国内外不断开发与应用，不但促进了有限元技术的发展，而且推动着脊柱生物力学更深入的发展。
3.2.2 数学相关模型
随着Chu等将数学相关方法运用到力学研究中，近年来，数学相关模型已成为未来生物力学发展的一大方向〔8〕。其实质上是采用先进的图像处理技术与设备，通过被测对象的原始图像字灰度进行直接的数字处理，由计算机控制整个系统的工作和一些图像处理运算，再把图像信息转变成电信号，实现物体变形场的测量。对采集对象、测量环境要求较低。具有自动、非接触式的、运用范围广等优点。
4 稳定性实验的设计及其测试方法
4.1 稳定性实验的设计
主要要解决离体脊柱标本测试时的运动必须模拟脊柱的自然运动和任意脊柱结构平面负载的均衡性这两个方面的问题。Panjabi提出的稳定性试验模型是一种非损伤性生理载荷模式，通过加载夹具对试验对象分别施加6对大小相等、方向相反、互为平行的“纯力矩”，产生相应的前屈、后伸，左右侧屈，左右旋转6种运动方式。Niosi等〔9〕在此基础上，测量时加用光电子照相技术，使结果更精确。
4.2 稳定性实验的测试方法
4.2.1 光学测量法
光学测量法包括光干涉效应直接测量法、光学杠杆延伸扩大位移法和光学遥测法〔10〕。立体的光学系统由2个互成角度的平面光学测量系统构成的，利用动作分析系统记录受试者运动时的皮表标记坐标，经过计算机重建三维运动，确定脊柱的空间坐标位置。其优点是立体重建、定位精确、可以非接触多节段测量。Pflugmacher等〔11〕对成人尸体胸腰椎标本用4种可调节与不可调的人工椎体附加内固定后进行生物力学性能测试，利用的是光学系统，分别在T12和L2椎体上安装非线性二极管，通过PCReflex运动分析系统，得出载荷-位移曲线，试验显示：可调节人工椎体与不可调节椎体在体外的力学性能方面没有显著差异，但联合前后路内固定后，其强度和稳定性最大。
激光全息-散斑干涉法是将激光全息干涉与散斑干涉结合在一起的一种三维位移测量技术，对人工椎体和椎间盘均能获得高质量的全息干涉条纹图和散斑条纹图，通过图像可计算出椎体和椎间盘的刚性位移和应变。Vahldiek等〔12〕对新鲜冰冻尸体脊柱（T12~L4）行T2椎体切除后，用碳纤维材料的人工椎体代替，并分别附加前路固定、后路固定及前后路联合固定，加载不同的负荷，用一个带有可发射非线性红外线二极管的光电测量系统，记录载荷-位移曲线，得出结果示椎体替代物植入后仅附加前路内固定与完整的椎体相比移动度较大，特别是轴向扭转。
4.2.2 电应变法
电应变式传感器可通过电子仪器直接转化为位移〔13〕，Lowe等〔15〕运用MTS 809双轴液压随动生物力学测试系统（biaxial servohydraulic biomechanical testing system）测量其可以承受的最大加载载荷大小，研究终板的抗压缩强度。实验表明:终板后外侧抗压缩强度最大，中间部分最小，抗中空植入物临界压缩强度明显高于抗实体植入物的装置。对临床上人工椎体的类型及放置位置的选择具有一定的指导意义。
4.2.3 影像学法
影像学检测手段已经从早期简单的静态平片发展到双平片及三维动态X线检测。静态片因其片子质量、标定不一等因素，误差较大。Lee等〔16〕描述了一种用于腰椎三维运动实时测量旋转式X线照相装置。该系统通过整合获得三维方向的角度率。所获数据和实时展示通过与计算机相连的电子单元加工处理。能提供脊柱位置的实时信息，有利于及时做出临床检测和评价。Wang等〔16〕采用的Zebirs CMS 70P系统是一种运动分析脊柱的三维分析仪，利用了超声反射定位的原理，测定脊柱的三维空间位置，具有无创性、立体性、可靠和可重复性等优点。
5 生物力学评价指标
5.1 载荷-位移曲线
反映了内固定结构的稳定性随载荷变化的趋势。Glazer等以6~8个样本测量值进行统计学处理及相关分析；由载荷-位移曲线可以得到以下指标（参数）：
运动范围（range of motion，ROM）：指在载荷最大时脊柱运动的节段间的角度变化和节段间的位移量。由于每个标本的生物力学性质不同，为了直接进行定量的比较，把各试验组的运动范围均与同一完整脊柱标本的运动范围作比较，得出相对运动范围（relative range of motion，RROM）。
硬度／稳定性和柔韧度／不稳定性：可用硬度系数／稳定性系数和柔韧系数／不稳定性系数表示，是所施加的载荷除以椎体间所产生的运动大小。
伸展-屈曲中性区（NZ）：为中性区到实际加载荷时的位移，伸展中性区用-NZ表示，屈曲中性区用+NZ表示。
伸展-屈曲弹性区：是弹性位移阶段，从0载荷时的位移到最大载荷位移。伸展弹性区用-EZ表示，屈曲弹性区用+EZ表示。
5.2 载荷-圈数疲劳曲线
屈服强度和疲劳强度试验样本量小，常以个体值或中位数加以比较。Huang等〔17〕选择几个大小不同的载荷量重复实验，获得载荷-圈数疲劳曲线。
以上2个指标均适用于离体标本的测量使用。对于在体的人工椎体的生物力学评价指标，可运用运动测量方法，利用光学原理或者影像学方法，立体重建、定位精确，并结合神经功能恢复情况（Frankel分级），综合得到人工椎体移位及重建节段骨融合情况。
6 生物力学评价促进了人工椎体在脊柱重建术中的应用及发展前景
一种新的脊柱内固定装置在运用之前，除了要对器械本身的材料学测试外，大部分的器械还均以非破坏性试验进行生物力学评价，生物力学研究的发展，大大缩短了内固定器械应用于临床的周期，因而在近20年来，脊柱新器械包括人工椎体的发展速度空前提高。有很多学者认为目前的人工椎体置换既应具有术后的即刻稳定性，亦应注重其对脊柱生理曲度的恢复以及兼顾远期的融合功能。王新伟等〔18〕应用万能力学试验机对牛胸腰椎进行力学测试，得出结果显示任何内固定都不能替代人体骨骼本身行使脊柱的力学性能。从远期效果看，人工椎体的作用是融合而不是支撑。因此生物力学的评价已经成为人工椎体置换术适应证及手术后效果评估不可或缺的一部分。
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篇10
脊柱椎体的压缩性骨折是骨质疏松患者最常见的并发症，严重的椎体压缩性骨折保守治疗5 a内死亡率可达23％～34％，目前常用的手术治疗包括椎体撑开后单纯植骨固定和（或）同时进行坚强内固定材料进行固定等，手术创伤大，并发症也多。经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP）与后凸成形术（percutaneous kyphoplasty，PKP）是脊柱外科近来发展迅速的一项新型微创外科技术，通过经皮向压缩骨折椎体内直接注入（PVP）或者先通过球囊扩张再注入（PKP）骨水泥等填充物，从而增强病变椎体的力学稳定性，临床应用证实其有稳定可靠、迅速有效的治疗效果，且并发症少，但到目前为止长期临床随访资料还不足，椎体成形术后脊柱生物力学的研究也发现了一些问题，椎体成形技术还需要不断的改进和探索，特别是材料的发展对减小椎体成形术的并发症发生率和改善术后脊柱的生物力学特性起着关键的作用。
1 PVP和PKP的充填材料研究进展
应用于椎体成形的充填材料主要包括注射型聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）、复合骨水泥如玻璃陶瓷强化复合骨水泥（Orthocomp）、Cortoss（Orthovia）、Hydroxyapatite composite resin（Kuraray）以及可生物降解的骨水泥如天然珊瑚骨替代物和磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）等。
11 PMMA
具有粘稠度低，容易灌注，能快速提供需要的椎体强度和刚度，价格较便宜等优点，现在仍是目前临床上椎体成形术较常用的材料，但其有一定的局限性：（1）粘滞性较低，渗漏是最常见的并发症，向后方渗漏入椎管可压迫脊髓，严重时可渗漏入血管沿静脉回流引起肺栓塞，甚至导致患者死亡；（2）放热反应：PMMA聚合时产热可对周围组织造成热烧伤，有研究显示骨水泥聚合时的温度在椎体前部达44～113 ℃，在椎体中心达49～112 ℃，椎管内达39～57 ℃，而温度超过50 ℃的滞留时间分别可达55、8min和25 min〔1〕；（3）缺乏骨传导性和生物活性，无法生物降解，后期可出现骨水泥与骨质界面的松动；（4）PMMA注射后的椎体与临近椎体的力学强度差异大，易导致临近椎体的骨折;（5）有毒单体的释放和PMMA碎屑的作用使细胞的生长、DNA的合成和糖代谢受到抑制而具有细胞毒性，其单体毒性可引起患者血压骤降，从而引起患者猝死的可能。另外，还有致敏、局部组织抗感染能力降低、致肿瘤等不良反应。为了提高其机械性能和生物相容性，近年已有将具有生物活性的无机颗粒或纤维增强的高分子骨粘合剂加入PMMA来提高其生物相容性的报道，但仍然不满意，其机械强度降低较快。
12 复合骨水泥
如Orthocomp、Cortoss、Hydroxyapatite composite resin（Kuraray）等与PMMA具有相似的基本性质，但较PMMA有更合适的粘稠度、X线的不透射性、硬化快、产热低、具有更好的力学性能、生物活性及骨诱导性等优点。Cortoss是一种新型合成骨腔填充物，容易弥散进入松质骨，弹性模量与骨相近。Orthocomp是一种玻璃陶瓷增强的多种基质复合物骨水泥，虽然为不可吸收材料，但其具有亲水性的表面，使骨水泥可以通过化学键与松质骨连结。Jasper等研究发现Orthocomp的强度和刚度是PMMA骨水泥的2倍左右〔2〕。Belkoff等也研究表明Orthocomp对椎体的强度和刚度都有较好的恢复。Lu等介绍了一种含锶羟基磷灰石粉末和BisGMA（bisphenol A diglycidylether dimethacrylate）的复合骨水泥，在动物实验模型中进行30 000和20 000次的疲劳载荷测试后，骨水泥成形椎体的刚度与对照组相比分别下降75％和56％，平均抗压极限载荷分别为5 056 N和5 301 N〔3〕。
13 磷酸钙类骨水泥（CPC）
CPC具有任意塑形、自行固化、生物相容、逐步降解等特性，较PMMA有更好的生物相容性、骨传导性和粘滞度。新骨的替代方式由CPC的表面向深层逐渐推进，6个月时平均长入深度为6 mm，12个月时为114 mm。CPC可能是椎体成形术更好的注入材料，但在体内的应用及长期生物力学和生物效应还需要进一步的研究〔4、5〕。Heini和Lim等〔6、7〕研究认为CPC及改良的CPC在体内成形过程中产热明显减少，并且具有良好的弥散能力，可以明显增强骨质疏松椎体的抗压强度和刚度。其本身的强度低于正常椎体，但高于骨质疏松椎体，在成形术后可以减小因椎体的刚度变化而导致上下缘椎体骨折的几率〔8〕。CPC固化后的微孔结构具有引导新骨形成能力，但无诱导成骨活性，生物活性CPC利用其固化过程温和的特性，将骨形态生长蛋白BMP与CPC均相负荷，使材料在充填修复的同时加速CPC的降解和促进成骨作用。然而，Heini等认为CPC的生物降解也会导致相应的问题，治疗骨质疏松椎体压缩骨折时，骨水泥快速吸收会削弱椎体并导致其进一步塌陷〔9〕。
Cunin应用一种具有多孔状结构的天然珊瑚加入骨诱导因子BMP进行研究，认为颗粒状的天然珊瑚具有可注射性、生物相容性和骨诱导性，但其生物力学特性还需进一步研究〔7〕。最近有报道用MMA（methyl methacrylate）处理的SrHAC（strontiumcontaining hydroxyapatite cement）对椎体刚度、压缩强度、弯曲强度和杨氏系数的恢复都具有很好的效果〔10〕。
2 PVP和PKP的生物力学研究
椎体成形术的短期疗效十分令人鼓舞，也推动了PVP和PKP在临床的发展，Garfin等报道了从1998年10月～2000年5月由多家医院参与的临床研究结果，共340例，603个椎体，随访最长18个月，超过90％的患者症状改善。有人对13例经过经皮椎体成形术的患者进行了长达5 a的随访观察，结果临床疗效显著，5 a的长期随访发现VAS（visual analogue scale）评分略升高，但仍然明显低于术前水平，未发现成形椎体的进一步压缩〔11〕。近年来对于椎体成形术后脊柱的生物力学研究显示椎体成形术后对于脊柱整体特别是临近椎体的影响还是显著的。对椎体成形术后脊柱的生物力学研究对于正确应用椎体成形术十分有帮助，并对临床应用进行正确的指导。
21 术后骨折椎体的生物力学性质
PMMA或磷酸钙椎体成形后的生物力学研究证实骨折椎体成形后的稳定性参数显著提高〔12〕，可防止椎体的进一步塌陷和变形。椎体压缩骨折后降低了运动节段的椎体压缩强度，增加后柱的负荷而引起疼痛，通过对尸体模型的测量发现病变椎体后柱的压力负荷在屈曲时增高21％、42％，后伸时增加39％~68％，椎体成形术后则使脊柱屈曲时后柱的压力负荷减小26％，后伸时减小61％，结果示椎体骨折前和成形术后的神经弓压力无明显差异，全部或部分的逆转了后部结构的压力负荷，从而使疼痛症状立即缓解〔13〕。
22 充填材料与骨折椎体生物力学的关系
基于骨水泥注入越多椎体可以得到更好强化的观念，有些临床医生在病变椎体内注入最大剂量的骨水泥来提高其椎体抗压强度，有人报道在尸体标本中可以注入椎体容积70％的骨水泥〔14〕。椎体成形后的强度越大，对上下位椎体的应力也越强，使临近椎体的骨折发生率增高，特别是在高龄骨质严重疏松患者。成形术后临近椎体有抗压缩力下降及椎体间移位等改变，并且临近椎体抗压力下降的程度与成形术时注入的骨水泥量相关〔15、16〕。是否注入的骨水泥量越大，椎体的抗压强度和刚度就越高?Molloy，S等对120个椎体（T6~L5）注入2~8 ml不等量的骨水泥，研究发现注入量与椎体抗压强度和刚度的恢复只有弱相关（r2分别为021和027），抗压强度和刚度的恢复平均只需要注入椎体容积的162％和298％〔17〕。注入的骨水泥量越大，渗漏的几率则越高。Belkog等〔18〕人对骨质疏松女性尸体的椎体建立压缩性骨折模型，用Orthocomp或Simplex P作为充填材料，结果仅需2 ml即可恢复椎体的压缩强度，而椎体刚度的恢复与水泥充填容量缺乏相关关系。减小骨水泥的注入量同时可缩短注入时间，明显降低骨水泥渗漏的危险。也有人报道椎体成形术后椎体刚度的恢复与注入的骨水泥量相关，14％容积的骨水泥就可满足刚度恢复的要求，30％容积的骨水泥注入则可使刚度明显增加，使临近椎体的骨折危险增加〔19〕。
不同的充填材料对椎体生物力学性质的影响也有不同。Belkoff等人先后对Simplex P，Cranoplastic，Osteobond，Orthocomp等不同材料进行椎体成形术后的椎体生物力学研究，结果显示Simplex P、Osteobond及Orthocomp能有效恢复椎体的刚度和压缩强度，而Cranoplastic则仅能增加压缩强度，不能恢复椎体的刚度，且在刚度的恢复程度上Orthocomp优于Simplex P〔20、21〕。新型材料CPC能明显恢复骨质疏松椎体的抗压强度，对刚度的恢复也较好，CPC的微孔结构可以使新骨长入，使其具有更好的生物相容性。对羟基磷灰石骨水泥（HA）充填椎体后的生物力学测试表明其对压缩强度的恢复满意，但对刚度的恢复作用小。MMA处理的SrHAC不仅有利于界面的融合，对椎体刚度、压缩强度、弯曲强度和杨氏系数的恢复都具有很好的效果，而且明显优于单纯的SrHAC〔10〕。
23 PVP和PKP两种术式的生物力学比较
Belkoff等先后两次进行了关于后凸成形术的体外生物力学检测，发现无论在有无载荷的情况下后凸成形术均能部分恢复椎体的高度，恢复椎体的强度。它在无载荷的情况下可以恢复丢失高度的97％，而椎体成形术仅能恢复30％，两种方法都能明显增强椎体的强度。Belkoff对16个椎体随机分为PVP和PKP治疗组，结果显示PKP组能恢复椎体的起始刚度，而PVP则不能，PKP与PVP相比，不仅能有效恢复椎体的高度，而且能恢复椎体的压缩强度和刚度〔22〕。但也有不同观点，Tomita等对30个骨质疏松椎体随机分为4组：（1）PKP+CPC；（2）PKP+PMMA；（3）PVP+CPC；（4）PVP+PMMA，术前及术后对椎体强度和刚度的分析显示各组对椎体强度的恢复都较好，但对椎体刚度的恢复PKP组不及PVP组〔23〕。对于PVP和PKP术后的生物力学差异还有待进一步研究。
24 预防性应用椎体成形术可行性研究
水平骨小梁的丢失和骨小梁间空隙的增大降低了椎体的压缩强度，这与骨矿物质含量和密度高度相关，椎体成形术的确切疗效也仅在骨折疏松性骨折中发现，术后椎体的抗压能力能够通过注入骨水泥而显著增强，但在正常BMD（bone mineral density）的椎体，成形术前后则没有明显差别。Skos Pheumaticos等对4个新鲜脊柱共40个正常椎体进行椎体注入了PMMA与不注入PMMA的生物力学研究显示未进行成形术的椎体最大负荷为（6 72402±3 29170）N，然而注入了PMMA的椎体最大负荷为（5 770504±2 13372）N，两组间统计学上无明显区别。这提醒对有椎体骨折高危患者进行预防性的椎体成形术治疗可能是不可取的〔24〕。在骨折椎体上下缘椎体注入适当的骨水泥来缓解椎体间强度差异，是否可以减少因为椎体间应力不平衡导致的骨折以及是否能够更有效的维持脊柱的生物力学稳定性还有待进一步的研究。但对于有严重骨质疏松患者的椎体压缩性骨折，也有在包括骨折椎体共4个椎体注入PMMA（其中骨折椎体为T6、7，注入骨水泥椎体T6~9）〔25〕。近来陆续有对骨质疏松患者预防性注入骨水泥来提高椎体强度可行性的研究。Sun，K等研究发现，对高危患者注入至少椎体容积20％的骨水泥才能有效减少其骨折风险，而对中等程度危险度患者则需要注入椎体容积5％～15％的骨水泥，而这种预防性治疗和骨折后进行椎体成形术治疗的并发症发生率并无太大区别〔26〕。
25 椎体成形术后临近椎体的生物力学改变
对椎体成形术后的生物力学研究同时发现其不足之处，特别是对上下缘椎体的影响较为明显。椎体成形术的目的为最大程度上的恢复压缩椎体的刚度和抗压强度，但对椎体强度的恢复或增强，可能是临近椎体骨折的重要原因，因其可使上下缘椎体所受压力升高〔27〕。
Bertemann等对10例人体新鲜标本相邻椎体共20对，随机分成2组，一组下缘椎体注射PMMA，另一组设为对照，对上缘椎体负荷的生物力学研究显示，2组上缘椎体在低于临界负荷下与对照组无明显差别，但在临界负荷时实验组压力平均低于对照组19％，在实验组中，骨折总发生在成形椎体的上缘椎体〔28〕。临床上也有椎体成形术后上下临近椎体骨折的报道〔15、29〕。在APerezHigueras等对13例经过经皮椎体成形术的患者进行5 a长期随访观察得出临床疗效显著的同时也发现有2例发生临近椎体骨折〔11〕。对1组平均年龄74岁的椎体成形术后患者研究显示，临近椎体发生骨折概率每年递增66％。其下缘椎体有一个或多个椎体骨折时，第1 a发生骨折的危险性提高了约5倍，在椎体骨折后的1 a里发生新的骨折的概率约192%〔30〕。
如前所述，椎体骨折可能与临近椎体的强度增加有关。对L4、5椎体的研究发现椎体成形术后坚硬的骨水泥对椎体上缘的终板造成约7％的压缩，使椎间盘内压力较正常增高了19％，特别是在脊柱负荷增高时，椎间关节活动度下降11％，上缘椎体下终板内凸增加17％，这可能是导致成形术后临近椎体骨折的原因〔31〕。由于患者术后疼痛的减轻，改变了生活方式，脊柱运动量和负荷增加，也使椎体骨折的几率增加。同时与成形术后椎体临近的椎间盘内压力升高也使椎间盘突出的危险性增加。
不同材料的使用对临近椎体生物力学影响不同。一般而言，松质骨弹性模量为168 MPa，PMMA则为2 700 MPa，CPC弹性模量在180 MPa左右，CPC较PMMA在避免应力遮挡效应和载荷传递异常以及减少相邻椎体继发骨折方面有优越性。有研究显示CPC椎体成形后，相邻椎间盘应力没有明显变化，应力遮挡和异常载荷传递效应甚微，相比PMMA、CPC椎体成形术在降低相邻椎体骨折发生率方面有潜在的优势。
到目前为止，对椎体成形术后与未进行椎体成形术时对临近椎体发生骨折的危险性是否增高还未见完全随机试验的研究，然而临近椎体的骨折也许是严重骨质疏松的自然进程，特别是临近椎体有相似的机械和形态学特征。但近来相继有报道椎体成形术后临近椎体的力学性质下降，可能增加骨折的危险性。填充材料的发展可以有效增强骨折椎体的抗压能力和维持良好的形态学特征，并可能使骨折椎体的生物力学性质恢复到最佳的状态。
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