肌肉的生物力学特性范文

导语：如何才能写好一篇肌肉的生物力学特性，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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关键词：髋关节肌肉模型；生物力学；膝关节

引言

人体髋关节的运送生物力学模型研究属于运动生物力学研究范畴，而运动生物力学是运动科学中起步较晚，发展却很迅速的一门学科，其研究范围比较广泛，主要包括生物与测量学、生物力学模型的建立和生物运动机制的电脑模拟等。其中，人体自身的研究是运动生物力学中一个重要的研究方向，主要通过建模来实现。

髋关节是人体最大的一个关节，其结构稳定性与活动度兼备，能够高效地维持人身体的运动和平衡。髋关节是由盆骨和股骨两部分组成，通过股骨头和髋臼连接在一起，大概有二十条肌肉参与了髋关节的运动。近年来，髋关节在生物力学的基础理论研究和骨科临床的应用研究中都是非常受重视的环节。

1 髋关节力学模型和肌肉模型的概况

运动生物力学的能取得长足的进步，是与国内外学者不断的努力换来的结果，从而诞生了许多人体关节模型研究的成熟理论。人体关节力学模型的建立主要包括以下几个部分：肌肉力学的研究、关节周围肌肉的简化、关节肌骨力学模型的建立、模型调试和模型验证。

肌肉张力-长度特性和肌肉张力-速度特性是肌肉得以正常收缩的两个重要关系，两者既相互制约又相互影响。1938年，经典Hill方程的得出，使人们第一次从量的角度认识到了肌肉张力-速度的变化关系。Huxley从横桥和肌动蛋白理论的微观角度得出了横桥模型，其与Hill方程具有很强的相似度。两者的正确性得到了后来学者的研究认同。肌肉是动作的主要肌肉（原动机）、肌肉不是动作的主动肌肉，在运动中被拉伸的这两种形式是肌肉张力-长度特性的两种表现方式。在等张条件下肌肉张力-长度曲线中最大作用力比较大，对应的肌肉比较长，在运动荷载相同的条件下获得的肌肉张力-长度曲线中的最大力与同样情况下用等长条件所获得的的最大力相比有相当大地减少，骨骼肌不同工作条件下获得的数据将不能进行合成。当前的关节的肌骨模型研究瓶颈主要在于完整的肌肉张力-长度-速度模型的建立，而不是将两者孤立起来研究。

现在，研究关于下肢肌肉功能模型越来越多。2000年，一个解剖基人体下肢的生物动力模型有王西十、白瑞蒲所提出，该模型可以在仿真人体下肢运动的基础之上，计算人体下肢的冲击荷载或下肢节作用反力和肌肉群力，基本上堪称一个完整的二维人体下肢解剖模型。

随着人体动力学模型研究的不断深入，人体动力学的建模正在走向由整体到局部、由简单到复杂的发展道路。单纯的肌肉张力-长度或肌肉张力-速度模型以满足不了对肌肉的研究，并且模型中的参数越来越多，越来越精确。

2 肌肉力学模型的建立

2.1 肌肉生理特性分析

人体中的肌有多样性，附着在髋关节周围股骨和骨盆上的肌肉主要为骨骼肌，骨骼肌是髋关节运动的动力。骨骼肌主要由腹肌和福建两部分组成，其中肌腱是肌腹与骨骼的连接部分，结缔组织和肌外膜包裹在肌肉外边，起保护作用。

近似于连锁式的肌细胞排列而成肌纤维，又有多条肌纤维“捆绑”而成纤维素，二纤维素是肌肉产生张力的主要部分。梭形肌或菱形肌，是纤维束与肌长轴方向平行；半羽状肌与羽状肌，是与肌长轴成一定的夹角；这两种类型按纤维束排列方向和与肌长轴关系把肌肉分成了两种类型：单关节肌和多关节肌。单关节肌，顾名思义，即为直接穿过一个关节的肌肉，例如股四头肌中的股中肌、肌内侧肌等。膝关节的伸展与股中肌的伸展有直接关系，双关节肌是穿过两个关节的肌肉。多关节肌中最为常见的是双关节肌，其主要存在于人体的下肢肌肉群中。双关节肌的作用取决于关节中心到肌肉的垂直距离。若该距离较长，则具有较大的作用力臂和力矩。膝关节的功能主要通过股直肌实现，其力矩远比髋关节大，属于膝关节肌群范畴。而髋关节的功能主要表现在大腿的后群肌，后群肌的力臂又大于膝关节，故称之为髋关节肌。关节的角度位置决定着双关节肌的作用效率。股直肌对膝关节的伸膝效率增大，说明髋关节在伸展，如跑步中的后蹬阶段。当髋关节屈时，伸膝运动就会受到抑制。双关节肌在人体的运动过程中起到了储存和释放弹性的功能。起到减少单关节的做工量的主要作用的是下肢肌群中的双关节肌。双关节肌能够利用一个关节做功另一个关节做负功来实现能量的储存。

2.2 肌肉力学模型的分析

肌肉作为动物体最为主要的构成组织，具有极其重要的功能特性，最为主要的是能够接受神经刺激产生收缩，进一步牵引两端的骨骼实现相对运动。生物力学研究发现，影响肌肉张力大小的两个最主要的因素是肌肉纤维的长度变化关系和肌肉纤维的收缩速度变化关系，另外还与许多生理学因素相关。该项发现对肌肉的发力过程研究来说具有十分重大的意义。

随着人们对肌肉力学模型的研究不断深入，运用数学、力学等交叉学科的研究手段对模型的建立和修改发挥着越来越重要的作用。张力-长度特性和张力-速度特性是肌肉运动变化规律中最为重要的两个关系，也是肌肉力学建模中需要处理的两项主要内容。肌肉力学模型的未来发展方向，必将是两者关系的整合体。

3 结束语

综合上述，进一步完善人体肌肉力学模型，使肌肉力学模型能够充分反映肌肉收缩长度、速度和肌肉张力之间的变化关系；通过解剖学、生理学进一步清理髋关节周围肌肉在不同动作、不同位置和同一动作的不同时间段所起到的作用，以及韧带在运动过程中保护作用；将髋关节模型建立一个完善的空间三维模型，并和膝关节、踝关节的研究结合实现人体下肢运动的仿真。

参考文献

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研究对象:115名竞赛运动员,运动水平从二级到运动健将。

一、分析和讨论:

疲劳特征的发现可引导出下面的计算方法:这115名运动员具有一定的运动水平,他们在起跑后速度和技术指标有着密切的相互影响、相互补偿的关系,这样可得出一次方程式,然后填入终点跑速度值,得出可计算的指标数据。比较获得的指标数据和终点跑实际技术指标,就发现结果超出了一般跑的规律性,实际指标或多或少的符合运动员在非疲劳状态下的技术指标。(表1)

计算公式:PTOPM=-5.288+4.38V(+-5.62),R=0.75

PTOPM表示负面力的纵向被加数;V表示跑的速度;R表示相互关系系数。现在把各项距离的终点跑速度值放入公式内,就可得到计算的负面力。(表2)

比较计算值和实际情况看出,在400米跑中实际的力不符合终点跑的速度。超出的力已被展示出来(方程式评价规格误差=5.26)。这是由于疲劳的肌肉能够产生更多有实际意义的力.显然,就象用铁制起跑器测量200米和800米起跑一样,这样的方法能减少制动阶段力学结构中力的丢失,因为腿部力量做功发力大部分还是利用骨骼传递到踝关节。除了这些,这个方法还能帮助减少由于降低身体重心位于制动阶段造成速度的损失,但对蹬地阶段支撑腿收缩肌肉的能力还不能从根本上起到作用。可见,从正面的力和负面消极的力之间的联系可以得出下面的公式:Pot=1.801+1.288Ptopm.(±9.06),r:0.76。

Pot=正面积极力的纵向因素,把负面消极力的影响和400米终点跑实际指标放入公式中,可以得出:正面积极力应该等于34.1Bt/kg。事实上,真正的数值少于38%,等于21.2±7.2 Bt/kg。

从上面的情况得出,对于400米没有疲劳补偿阶段,跑的速度降低。疲劳肌肉低能力的收缩,在这种情况下不可避免的影响能力再生结构―必然加大后蹬能力,显然这种结构能有效的提高活动能力,它表现出与肌肉生物力学特性的联系―肌肉越坚硬有力,拉伸时间越短,就越能更多的利用聚集的机械力。在缩短制动阶段的高速度跑更有利于肌肉其他性能使用的再生结构的出现。这些结构的加强,能有效的提高肌肉弹性能力,如脚底的屈伸运动。相反,运动员在支撑落地阶段,当肌肉拉长的时间增大时,聚集的机械能力很大程度上分散到肌肉中去。

那么,400米跑在过大支撑阶段是否违背了依赖于肌肉的速度―拉伸条件呢?我们注意看实际情况:在终点跑中制动时间提高了38%,达到80+15mc,但计算和反映出来的数据相比较,他们之间不存在实质上的差别,符合等于0.073和0.080。计算公式为:

Ttopm=0.126-0.009V(±0.009),r=-0.83

Ttopm-制动时间。这样可以说明,制动时间符合终点跑的速度,并不是它违背了肌肉速度―拉伸条件。而真正造成终点跑的技术原因是肌肉的生物化学特点而不是动作技术的生物力学结构,在400米跑的最后阶段,根据生物化学的测量结果,由于大量的乳酸积累而造成对神经细胞积极功能性的抑制,大量的降低 ATF和KPF在血液中的含量,而增加ADF的含量。

因此,我们可以更多的了解到,在疲劳状态下支撑腿肌肉拉长和收缩的相互关系,摆在我们面前的许多重要的实际数据证明,提高局部肌肉的紧张强度与中距离跑的运动能力有着密切的关系。根据实验结果得出,局部肌肉性能的提高,可以根据生物力学特性,更多的利用弹性特点有效的延缓跑的速度在终点跑阶段的降落过程.

二、 研究结果:

1.在400米跑中出现的疲劳特征反映出违反了肌肉拉伸和收缩的相互关系。

2.证实提高局部肌肉的工作强度有利于在疲劳状态下跑的运动效果。

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关键词：人体脊柱；跌到冲击载荷；力学响应特性

胸腰段是人体脊柱易发生骨折部位之一，约有79.5%的脊柱损伤为胸腰段骨折，且多由高处坠落所致。由于该处损伤机制十分复杂，治疗费用昂贵，严重增加了患者家庭及社会的经济负担[1]。人体胸腰段有限元研究的主要方向为评价手术内固定与构建脊柱骨折模型，而关于脊柱保护器的研究集中于矫形治疗脊柱侧弯的领域。目前，临床对脊柱保护器的正确运用仍缺乏相应有的有限元研究[2]。本研究通过建立脊柱胸腰段模型，设计并建立脊柱保护器及三维模型，根据生物力学原理分析人体脊柱骨折机制，探讨保护人体胸腰段的有效途径。现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料 选取中国力学虚拟人数据集切片，共9000张图片，格式为冷冻切片。给予三维有限元分析，观察单一样本。

1.2方法 ①建立胸腰段三维模型：经中国力学虚拟人数据库提取软组织、骨等轮廓曲线，通过软件构建人体躯干模型，包括简化的躯干轮廓软组织，骨盆、肋骨、骶骨、脊柱等轮廓曲线，软组织应用Mooney-Rivlin超弹性材料，应用Hypermesh软件将几何面模型划分成网格，建立人体躯干三维仿真模型，截取T11～L12节段模型为观察对象。应用四面体单元划分模型中软组织与松质骨，三角形壳单元划分皮质骨。②建立脊柱护具模型：运用Hypermesh软件构建脊柱保护器模型，其形状贴合腰背部、胸腹部与双侧肩部轮廓，下缘与骶尾部水平持平。选用1 cm厚海绵材料与厚度为3 mm的聚乙烯硬性材料，要求具有韧性。为固定脊柱保护器，模拟束缚带，分别于腰部与肩关节前面两侧施以60N与80N的预紧力。③边界条件与加载：对照组胸腰段模型未使用脊柱保护器，而观察组应用脊柱保护器。两组模型均模仿真人体自高处坠落时坐骨着地情形，重力加速度设为9.8 m/s2，人体落地瞬间速度设为2 m/s，地面与模型之间摩擦系数为0.5。④采样等效应力单元：将胸腰椎横断面分为4个区，为中柱中心、前柱中心、后柱左右侧中心。取4个区域等效应力并计算平均值，予以分析。

1.3观察指标 对两组模型目标单元等效应力及应变进行赋值、加载、运算。

1.4统计学方法 采用SPSS19.0统计软件处理数据，采用Bartlett方差齐性检验模型中T11～L12椎体所受应力，P>0.1为满足方差齐性；采用样本t检验，P

2结果

2.1胸腰椎体所受应力变化情况 观察组各椎体受力较对照组均匀平缓，且各椎体所受应力较对照组均呈不同程度的下降，其中T11椎体降幅最小，T12椎体降幅最大。应用脊柱保护器后总体上减轻了胸腰段椎体所受应力。两组模型应力峰值最大的椎体均为L2，见表1。

2.2成对样本分析 配对t检验发现，T12段与L2段P分别为0.21、0.13，均P0.05，故此处应用脊柱保护器o显著差异，见表2。

3 讨论

胸腰段位于活动的腰椎与固定的胸椎之间，包括T11、T12、L1、L2四个节段。胸椎与腰椎之间关节突关节排列在解剖结构上由冠状位转化为矢状位，椎体受外力作用时其刚度迅速增加[3-4]。脊柱承受躯干与上肢垂直载荷后即刻传至胸腰段生理弯曲，再经骨盆传至双侧下肢，从而形成X形分布的应力，同时应力高度集中的X形中点正是胸腰段部位。由于自上肢传导的有害应力过度集中于胸腰段，无法迅速分散至骨盆及双下肢，故易造成胸腰段骨折[5]。

临床研究表明[6]，正常情况下，人体重心部位是脊柱椎体前缘，依靠后部韧带与肌肉的收缩力及椎体前方重力，形成一个力学天平，且支点为椎体。两端正常条件下处于平衡状态，但躯体受外力作用而导致重心前倾时，必然增加支点与重心之间的力臂，若需维持平衡状态，后部韧带与肌肉需产生强大的力量进行对抗[7]。脊柱保护器可尽量阻止重心前移，同时可增加后部肌肉后伸力量，以最大限度的平衡脊柱力学。本研究中脊柱保护器的主要作用原理如下[8]：①脊柱保护器可通过与腰围良好的贴合，将腰腹区覆盖，并均匀加压周围组织。腹部可作为密闭水囊，起到一定的缓冲作用，从而自椎旁肌分散并吸收由脊柱传导的应力，最终减轻脊柱的应力。②脊柱保护器通过对躯干前倾的有效抑制，促使重心后移，可起到良好的平衡作用。③脊柱保护器可跨过包围腹部的腰围与双肩的肩带，通过预紧力对躯干起到束缚的作用，进而较好的分流应力。本研究发现，两组椎体应力均分布于L2椎体后缘、椎板周缘、双侧上下关节突处及双侧椎弓根处，这与大多数学者关于胸腰段应力集中部位的研究结果相似。另外，观察组各椎体所承受的应力较对照组明显降低，其中T12与L2段降幅最为明显，P均

综上所述，基于有限元的分析结果，对比研究两组模型冲击下载荷力学的响应特性，运用脊柱保护器可有效分散、减小脊柱胸腰段不良应力，能够较好的保护脊柱胸腰段，值得应用。

参考文献：

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关键词： 运动生物力学；骨质疏松症；干预时间

中图分类号： G 804.6 文章编号：1009783X(2012)03028405 文献标志码： A

收稿日期：20100722

作者简介：刘建宇(1978—)，男，湖南岳阳人，硕士，讲师，研究方向为运动医学；刘黎明1955—)，男，重庆人，教授，研究方向为体育教育。

作者单位：重庆三峡学院体育学院，重庆 404000

School of Physical Education,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404000,China. 绝经后骨质疏松症是一种临床上常见的难治性疾病，目前，药物治疗由于价格较昂贵,治疗周期长而副作用多,使用有一定限制[1]。探索安全、方便、经济的治疗方式一直是医学界的一大课题，选用非药物手段预防或延缓骨质丢失越来越受到重视。本实验通过运动干预的方法，观察运动去势大鼠骨质疏松症椎体生物力学性能的影响，验证运动防治原发性骨质疏松症的疗效，并进一步探讨其机理。

1 材料与方法

1.1 实验药物

己烯雌酚片：上海信谊药业有限公司生产，批号：030401。

1.2 实验动物

四川大学实验动物中心提供，共96只3月龄，体重（240±20）g的雌性SD大鼠。

1.3 造模方法

将96只大鼠按体重随机分为A、B 2组，其中A组24只为假手术组（Sham组），B组72只为造模组。各组大鼠均以1%的硫贲妥钠溶液按2.4 mL/kg腹腔注射麻醉。B组大鼠切除双侧卵巢，A组大鼠仅切除卵巢附近一小部分脂肪。术后均给予0.5%碘伏伤口外擦，肌肉注射青霉素钠25万单位/（只/d），连用3 d，以防感染。

1.4 分组

术后1周，将B组72只大鼠按体重随机分为模型组(Model组)、己烯雌酚组(DES组)和运动组(EX组)，每组24只。所有大鼠自由进食、饮水，进食标准饲料由四川大学实验动物中心提供。

1.5 干预措施

己烯雌酚组大鼠每日1次灌胃，按22.5 μg/（kgd）的量给药，质量浓度为2.25 μg/mL，其余各组按体重灌服等量生理盐水。假手术组和模型组仅灌服生理盐水。运动组运动方式参照Bedford[2]的动物负荷标准，运动组大鼠术后第7日起在小动物跑台上开始训练，采取中等强度，即大鼠起始跑速12 m/min，持续时间20 min，隔日增加强度3 m/min，持续时间增加10 min，第2周起跑速达20 m/min，持续60 min将跑台倾斜10°，维持此强度，5 d/w，每天运动分早晚2次。休息日各组照常灌药(水)。

1.6 样品收集及处理

采用不同方式干预各组大鼠后，分别于第8周末、12周末和16周末应用股动脉放血方法随机处死每组大鼠8只，完整取出各组大鼠L3椎体。剪除椎体上下椎间盘、棘突及附件，并用细砂纸打磨成上下平面平行且与纵轴垂直的三棱柱，高度约为60 mm。各标本在制取过程中均用生理盐水纱布包裹。将处理过的骨标本置于-20℃冰箱保存，测试前夜取出解冻。

1.7 观察指标

椎体生物力学测试：椎体压缩试验，将椎体置于Instron万能材料试验机(四川大学高分子材料国家重点实验室提供，美国Instron Co.生产)上，取加载速度1 mm/min进行测试，记录其载荷变形曲线与应力应变曲线；椎体结构力学参数由载荷变形曲线获得，材料力学参数由应力应变曲线获得。

1.8 数据处理

2 实验结果

2.1 第8周各组生物力学参数

2.1.1 第8周各组椎体结构力学参数

2.1.2 第8周各组椎体材料力学参数

3 讨论

应用骨量、骨矿密度及骨质含量（骨矿物质和有机质）的变化来诊断骨质疏松症、评价药物疗效曾被大量采用，并得到了较广泛的公认；但这些指标仅是从“量”的角度描述了骨质的丢失，还不能准确反映骨内在性能的变化，必然存在一定偏差[34]。骨质量则是从“质”的角度对骨骼性能进行描述，它是骨的成分、构筑状态及细微结构的综合性概括[56]；因此，对骨质疏松性症防治和机理研究，必须更加重视骨质疏松骨生物力学变化的影响，本实验即选用骨生物力学性能，如此评价防治骨质疏松症效果更准确，更有说服力。

3.1 雌激素改善椎体生物力学性能的效果

雌激素替代疗法是临床上防治绝经后骨质疏松的主要方法之一，雌激素可抑制骨质疏松的骨转换率[7]，本实验中，各时间段己烯雌酚组大鼠生物力学性能较模型组均有显著变化(P

3.2 运动改善椎体生物力学性能及防治骨质疏松症的效果

运动作为预防骨质疏松的一种手段，在实验及临床研究中已经越来越受到一些学者重视。大量研究证明中等强度的运动有利于骨量、骨强度及骨生物力学性能的提高[811]。本实验结果表明，与假手术组相比，各时间段模型组大鼠椎体结构力学参数明显变化(P

3.3 运动时长对改善椎体生物力学性能的影响

目前，运动时间长短对改善骨质疏松骨生物力学性能的相关报道未查阅到。本实验结果中，随着运动干预时间的延长，运动组多数参数数值上逐渐接近己烯雌酚组，有些参数甚至数值上超过，如破断载荷和破断强度，可部分说明随着运动干预时间的延长，运动对大鼠椎体生物力学性能的影响不断明显，逐渐接近，甚至超过雌激素干预的影响。分析表7和表8可以得出，从第8周到第12周，大鼠椎体结构力学参数和材料力学参数多数数值上有下降趋势，但第16周相比第12周，部分参数数值出现逆转，甚至高于第8周，说明随着时间的延长，去卵巢大鼠椎体的生物力学性能逐渐降低，但随着运动干预时间的延长，大鼠椎体生物力学性能逐渐增强。虽然并无统计学意义，但已经表现出运动对大鼠椎体生物力学性能与时间呈相关关系的趋势，这也为进一步研究运动干预时间的确定提供了方向。

4 结论

1)合理的运动干预能有效抑制去卵巢大鼠椎体生物力学性能下降，减少骨质丢失，减缓骨质量的降低速度。

2)随运动防治骨质疏松症干预时间延长，效果提升，实验结果虽无统计学意义；但明显呈现改善趋势，可能与时长不够有关，有待进一步研究。

3)运动是防治骨质疏松症非药物疗法的重要手段，优势明显，可作为临床防治骨质疏松症的选择。

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【关键词】 脊柱滑脱；，，RF椎弓根螺钉系统，；，，，脊柱融合螺纹骨笼

摘要：目的观察 RF椎弓根螺钉系统联合应用脊柱融合螺纹骨笼治疗脊柱滑脱症的临床效果。方法应用 RF椎弓根螺钉系统和脊柱融合螺纹骨笼治疗脊柱滑脱症32例，观察其复位效果和临床症状的缓解状况，并与37例应用 Steffee钢板复位固定后路植骨融合的病例进行比较。结果32例患者，有26例完全复位，6例部分复位，全部病例随访6~30个月，疗效满意，完全复位率及临床症状缓解率均显著高于 Steffee钢板固定后路植骨融合术的病例 。结论RF系统和骨笼联合应用治疗脊柱滑脱症，符合生物力学固定融合，是比较理想的治疗方法之一，并且椎间植骨融合可能是进一步减少远期并发症的重要方法。

关键词：脊柱滑脱； RF椎弓根螺钉系统 ； 脊柱融合螺纹骨笼

脊柱滑脱症是脊柱外科常见病之一，融合和固定不稳定脊柱部位是治疗的主要原则，随着脊柱生物力学的发展、椎弓根螺钉系统和椎间融合器用于临床，使不稳定脊柱部位的融合和固定更接近于正常的脊柱三维结构和生物力学特性，消除了畸形，提高了治愈率，2000~200402我们采用 RF椎弓根螺钉系统和脊柱融合螺纹骨笼（BAK）联合应用治疗腰椎滑脱32例，效果满意，报告如下。

1 资料与方法

本组患者32例，男19例，女13例；年龄34~69岁，平均47.8岁；滑脱平面L4-57例，L5S125例；滑脱类型：峡部裂29例，退变型3例；2例患者感腰部酸痛不适，易感疲劳，劳累时明显加重，其余病例均有下腰部疼痛，腰部活动受限，单侧坐骨神经痛21例，17例病程较长者存在不同程度的间歇性破行和鞍区麻木症状；按Meyerdig四分类法分度：Ⅰ度1例，Ⅱ度8例，Ⅲ度17例，Ⅳ度6例；其中22例术前摄前屈位和后伸位X线片，了解滑脱平面动态滑移范围，≤2 mm的患者3例，＞2 mm的患者19例；症状较轻的2例患者滑移范围均＜2 mm；32例患者均于复位后行 RF钢板固定和 BAK植骨融合。

回顾我院于1995~2003年应用 steffe钢板治疗腰椎滑脱69例，其中临床资料完整并且获得随访的37例作为对照组，37例患者中，峡部裂33例，退变型4例；按 Meyerdig四分类法分度Ⅰ度4例，Ⅱ度20例，Ⅲ度13例，；后路单纯后方植骨融合9例，后路侧后方横突间植骨融合28例。

数据处理应用 χ2检验和 Fisher精确检验

2 结果

本组32例患者均未出现螺钉放置错误，伤口感染，1例患者出现术后刺激性疼痛，于3周后疼痛缓解；本组患者随访时间6~30个月，患者术后复位情况和术后临床症状的缓解与对比组的比较见附表1。全部病例均未出现永久性神经损害，随访过程中均未出现椎弓根螺钉弯曲或者折断、钉杆角度变小及复位矫正丢失。表1 两组术后复位症状缓解情况（略）

3 讨论

在椎弓根螺钉系统出现以前，腰椎滑脱的治疗大多数采用保守治疗，即使是手术也是减压原位融合，疗程长，假关节发生率高等合并症多。自从 Steffee报告槽式钢板椎弓根钉复位固定系统以来［1］，特别是RF椎弓根螺钉系统的出现，腰椎滑脱的治疗进入了一个崭新的时代。脊柱滑脱的症状与腰椎滑脱的程度不成正比，而与腰椎的可逆性滑脱关系密切［2~4］，因此不论滑脱的程度如何，只要经保守治疗无效或临床症状明显均应采用手术治疗。腰椎滑脱是否复位以及是否应尽量完全复位抑或是仅仅纠正可逆性滑动存在争议，我们认为良好的复位可以恢复正常的脊柱三维结构的连续性和生物力学特性，减少了上下滑脱椎体之间的滑移剪力，有利于脊柱的稳定，有利于防止滑脱的进展［5］，有利于植骨融合成功率的提高，并且可以改善继发性的肌肉、关节囊的病变而缓解下腰部疼痛，本组资料显示 RF椎弓根螺钉系统治疗组的临床症状缓解率明显高于 Steffee钢板治疗组，因此在彻底广泛的减压及牢固固定融合的基础上，应把复位作为一个重要的原则，强调尽可能的完全复位。

Steffee钢板虽然有复位能力，但由于其术中需安装6枚螺钉，需二次安装钢板，增加了手术难度，并且由于其无纵向撑开能力，不能降低滑脱椎体之间的摩擦力，影响了复位效。RF椎弓根螺钉系统是一种较先进的腰椎滑脱治疗器械，RF椎弓根螺钉系统的角度螺钉对重建和维持脊柱弯曲的角度精确而固定，明显优于 AO、Steffee等其它器械［6］。亦有学者认为矫正应力过于集中于角度螺钉的成角部位而有造成断钉的可能［7］，我们认为与其说是应力造成角度螺钉断钉的可能。不如说是由于植骨融合的失败而导致发生断钉的可能。RF椎弓根螺钉系统的撑开提拉复位和重建腰椎生理弯曲的作用，使得其具有良好的三维空间复位重建脊柱稳定性的能力，并且其较少的固定节段，不受平面限制的方便植入，和良好的可调性以及可靠的紧固性，是 Steffee钢板无法比拟的。

稳定脊柱是治疗的根本目的，虽然 RF椎弓根螺钉系统具有良好的坚固性，但器械的固定只是暂时的，只有稳定的骨性融合才是永久的。RF器械的使用目的是复位和维持复位，以利于植骨融合，因为是单纯植骨融合的假关节发生率较高，有报道为18%~81%，植骨融合的方法颇多，理论上同时行前路和后路植骨融合是最好的，但有研究表明单纯前路或后路植骨融合与前路后路同时融合统计学上无明显差异［8］。单纯的后路H形植骨融合由于植骨块吸收不利于后路广泛彻底的去椎扳减压而较少采用，目前应用较多的是后路侧后方植骨和后路椎体间 BAK植骨，两者的应用各有优缺点，应强调的是 BAK利用“撑开-张力带”原理及本身的螺纹减少植骨块的有害运动，植入物可以直接增加脊柱的稳定性，直接承受外来的应力，利于融合，融合后符合生物力学力的传导，能够承受多种力学变化；Chen等通过尸体实验BAK有利于保持或增加椎间隙椎间孔的高度和容量，椎间隙的高度和容量保持有利于术后根性症状的恢复；并且椎间隙的融合符合脊柱生物学原理，保持了正常的生行力学特性，因此有理由认为椎间植骨融合可能是预防远期并发症的重要方法之一。另外，由于植骨的稳定性，患者可早期下床活动，早期生活自理，生活质量得以提高。但是放置 BAK创伤大手术困难，且椎管内操作较多有脊髓神经损伤可能，因此对于高龄患者我们认为采用创伤相对较小的后外侧植骨融合较为稳妥。

因此我们认为，对于脊柱滑脱的治疗，RF椎弓根螺钉系统联合应用脊柱融合螺纹骨笼具有良好的复位、牢固的固定和融合的功能，维持了脊柱三维结构的连续性和正常的生物力学特性，并且脊柱融合螺纹骨笼的应用有可能减少远期并发症的发生，是一种较为理想的治疗脊柱滑脱症方法。

参考文献：

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篇6

【关键词】 髋部骨折；髓内钉；内固定

随着社会人口老龄化的加重，老年髋部骨折发生率呈明显上升趋势，且多数合并有心，肺，脑部疾病和糖尿病等，同时伴有骨质疏松。美国报道每年髋部骨折住院患者约有310000例，且成上升趋势[1]。如行保守治疗并发症多，增加患者痛苦及护理困难。采取积极有效的处理，有利提高患者的生活质量，减少住院时间及费用等。随着内固定材料及手术方法的改进，手术治疗成为首选[2]。辽阳市第三人民医院自2009年5月～2012年10月采用PFNA内固定治疗老年患者股骨粗隆间骨折65例，经过随访，均取得满意的效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本组65例，男性37例，女性28例。年龄在53～85岁间，平均69岁。受伤至手术时间3～10 d，平均6.5 d。致伤原因：跌倒37例，坠落伤13例，车祸15例，合并有内科疾患35例，均有不同程度的骨质疏松。按AO分类， A1 15例，A2 28例，A3 22 例。本组除外多发伤及合并严重内科疾患不能耐受手术的患者。

1.2 治疗方法 入院后行基础护理，下肢行皮牵引，踝泵治疗及肌肉的收缩训练预防下肢深静脉血栓形成，完善术前检查及心肺功能的评估。尤其双下肢静脉有无血栓情况。积极治疗和控制各种内科疾患。保持血压，血糖平稳。BP 140/90 mmHg之下，空腹血糖8 mmol/L水平，患者可耐受手术治疗。

1.3 手术方法 在全麻或连硬外麻醉下仰卧位于牵引床上，在C臂监视下行手法整复，牵引固定，于股骨大粗隆顶点处向近端纵行切开皮肤长约5 cm，钝性分离臀中肌，C臂监视正侧位在顶点前1/3处，开口，入导针至股骨髓腔内，透视骨折位置良好，粗隆髓腔挫扩孔开髓，注意外侧壁的保护和基底部的扩髓。先置入主钉，保持颈干角及前倾角位置良好，经导向器定位，打入旋转刀片至股骨头下方约0.5～1 cm。尖顶距

2 结果

本组65例患者获得随访60例，术后2例半年内因内科疾患死亡，3例失访。随访6～36个月，平均21个月。骨折愈合周期8～16周，平均13周。无骨折不愈合及髋内翻，股骨颈短缩，股骨颈切割等并发症。未出现切口感染，下肢静脉血栓形成，内固定断裂，肺内感染等。关节恢复情况按Harris髋关节评分标准：功能47分，疼痛44分，活动度5分，畸形4分，总分100分。90～100分为优，80～90分为良，70～79分为中，低于70分为差。本组病例术后Harris评分优良率为85.7%，其中优66.7%，良19%，中14.3%，差0。

3 讨论

股骨粗隆间骨折好发于老年人，随着人口老龄化日益加重，该骨折发生率出现逐年上升趋势。且多合并骨质疏松和内科疾患。以往治疗上常采用牵引等保守治疗，增加患者痛苦，生活质量下降，护理困难等。随着内固定材料的不断发展，骨折治疗理念发生变化。由AO向BO发展。股骨转之间骨折逐步由髓外固定改为髓内固定。对于骨质疏松的不稳定型股骨转子间骨折，尤其是股骨外侧壁破坏者，髓内固定更有优势。PFNA作为髓内固定器械因其微创，固定强度高，符合生物力学特性等优点被很多学者采用。

3.1 保守治疗以牵引治疗为主，如骨牵引，皮牵引等，但需要卧床，可导致肺部，泌尿系感染及褥疮，下肢静脉血栓形成等并发症。同时不稳定的固定可造成骨折移位，导致畸形愈合。但对有手术禁忌证的患者是一种有效办法。

3.2 手术治疗 应用到治疗股骨粗隆间骨折的固定系统有多种，各有特点。而内固定物选择不当是导致内固定失败的重要原因[3]。可分为外固定架，钉板系统，髓内系统。

3.2.1 外固定架类和闭合复位多针固定：具有切口小，操作简单，手术时间短，患者痛苦小，并发症少，符合微创原则等。适用于Evans Ⅰ， Ⅱ，Ⅲa等稳定型骨折。但对于Ⅳ，Ⅴ骨折应慎用。同时术后因钉子暴露，有感染、穿衣和活动不便、及固定强度低、负重时间晚等缺点。

3.2.2 钉板类 有DHS，解剖钢板，角钢板，锁定钢板等，适用于大多数骨折，尤其是老年人。有作者对多种粗隆间骨折内固定方法比较后认为，DHS用于稳定型股骨粗隆间骨折能有效承受负重载荷，使患者早期负重。由于其属于偏心固定，当内侧骨质受破坏缺乏支撑时，作用于骨折端的张应力和压应力集中于钢板，从而导致内固定失败。单独用于不稳定性股骨粗隆间骨折，则可能发生扭转和髋内翻畸形，钢板断裂，主钉切割，骨折不愈合等[4]。还有术中切口长、出血多、软组织和骨质剥离范围广泛，术后患者卧床时间长，离床活动和负重时间晚等缺点。

3.2.3 髓内系统 当股骨近端内后侧骨皮质连续性破坏，股骨距不能承担压力时，髓内固定是较好的选择。且符合轴心固定。髓内固定靠近负重力线，利于载荷传导，力臂缩短，更直接，更牢固，有生物力学优点。手术闭合操作，在C臂下骨折复位，有时复位困难可辅以小切口应用器械辅助复位，减少软组织剥离和骨折端暴露，出血量少等优势。目前髓内系统有Gamma钉，PHN，股骨重建钉等。PFNA是AO/ASIF在PFN的基础上进行改进，设计简单，实用。简化了手术操作步骤，更重要的是它符合股骨近端的解剖和生物力学传导方式，具有髓内中心位固定的力学优势。螺旋刀头使骨折端加压，其形状可以增加骨和内固定物之间的接触，阻止或延缓旋转导致的股骨头切割，减少股骨颈内旋，抗拉，抗压能力增加。可不扩髓打入，进入骨质采用自旋方式对骨质有填压作用，骨质得到保留。锁定后不易松动及退出。此外远端锁定与主钉距离较长，可较少股骨干压力集中，减少局部应力遮挡，避免交界处骨折。而PFNA的设计符合亚洲老年人，主钉近端有抗旋转、稳定性好、承载力强等特点。近端6度解剖夹角的设计利于髓内钉插入股骨近端髓腔，又具有操作简单、手术时间短、出血量少等，符合生物力学要求，允许患者早期锻炼及负重，减少骨折的并发症的发生，是治疗复杂股骨近端骨折优势方法，尤其适用于A2，A3型不稳定骨折和骨质疏松的骨折。有文献报道认为髓内固定较适合于老年人的骨质特点，尤其是转之间粉碎骨折[5]。作者在治疗中体会需要注意的是术前影像的评估，预判术中复位难易程度，以便制定合适的手术方案。术中的牵引复位，直接影响到手术的成功。稳定的复位提供有效的术后整体固定。大家接受的标准是Xray正位正常或轻度外翻

作者应用PFNA治疗股骨粗隆间骨折体会，它具有操作简便，骨折固定牢固，符合生物力学，骨折端稳定性好，可早期活动，负重，功能恢复快，减少卧床时间，并发症少等优势，便于护理，可明显提高患者的生活质量。在治疗股骨粗隆间骨折方面，尤其是不稳定的骨折具有独特的优势。

参 考 文 献

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篇7

【摘要】 ［目的］研制一种新型的齿轮撑开式脊柱复位固定板装置（GDP），进行生物力学测试并评价其生物力学性能。［方法］采用医用钛合金制成GDP植入物，用不锈钢制成专用工具。18具新鲜小牛腰椎标本随机分为3组，对GDP组内固定进行载荷－应变、载荷－位移、强度、刚度、扭转强度及极限承载能力测试，并与对照组（CD、Steffee）对比分析。［结果］齿轮撑开式脊柱复位固定板（GDP）组在载荷－应变、载荷－位移、强度、刚度、扭转强度及极限承载能力方面均优于对照组，统计学分析有显著性差异（P

【关键词】 齿轮撑开式； 脊柱复位固定板（GDP）； 内固定； 生物力学

Abstract：［Objective］A new device of geardistraction plate (GDP) for spine reduction and fixation was designed and its biomechanical characteristics was evaluated.［Method］The GDP implants were made of titanium alloy (TC4，Ti6AL4V) and the instruments were made of stainless steel after design.Eighteen fresh calf lumbar specimens were randomly pided into three groups， the GDP group had a biomechanical test contrast to control group(CD， Steffee) in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength.［Result］Results It is better than control group in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength， there was a significant difference between them (P

Key words：gear distraction plate (GDP); fixation plate; internal fixation; biomechanics

目前用来治疗脊柱骨折的后路内固定器械主要以钉棒系统为主，板式结构由于撑开作用差，复位骨折椎体的效果欠佳，因此临床应用者愈来愈少，逐渐处于被淘汰的境地。为克服板式结构不能撑开的难题，作者在复习文献的基础上设计出一种新型的可撑开的脊柱后路复位固定板装置即齿轮撑开式脊柱复位固定板（GDP）装置，并通过离体生物力学对比研究了解GDP的生物力学特性，为临床应用提供依据。

1 器械结构

GDP由带齿条的固定板（带有弧度）、齿状撑开螺帽、椎弓根钉、横向连接杆组成（图1）。（1）固定板：为适应脊柱不同节段固定的需要，根据影像学测量固定板的设计长度为55～85 mm，弧度为－6.5°～20°，根据不同椎体的高度及临床压缩的程度，齿条的设计长度为10～30 mm，固定板厚5 mm，宽14 mm，固定板上有连接横向连接杆的滑动槽;（2）齿状撑开螺帽：为撑开椎体的关键部件，其齿轮与固定板的齿条吻合，中空内径为6 mm，壁厚1 mm，齿高、宽各1 mm;（3）椎弓根螺钉：为锥形，基底部与六角锥面的螺母铸为一体，外径35～70 mm，长度20～55mm;（4）横向连接杆为板式，宽4 mm，厚2 mm，长度25～45 mm，内有槽形孔，可以方便与固定板连接。

2 材料与方法

2.1 实验材料

采用新鲜小牛脊柱（T12～S1)标本共18具，平均年龄2.8个月（2～3个月），雄性13具，雌性5具，均属随机取样，并剔除病理标本，X线片显示为正常标本。

图1 齿轮撑开式脊柱复位固定板装置结构图

2.2 标本制备

截取标本后仔细剔除局部附着肌肉，保留韧带及关节突，然后密封保存在－20℃的冰柜中，测试前逐步解冻，实验标本上下两端浇灌骨水泥平台，以便于精确加载，两平台之间平行度≤1°（图2）。同时在脊柱L3前方（A测试点）和后侧椎弓处（B测试点），按实验力学要求分别粘贴应变式传感器，应变要求预调范围达到2 500 u±2%，灵敏度﹤2 uε，位移测量采用KG－101光栅数显高精度测量仪，精度达到0.01%，并附以千分表监测。

图2 脊柱内固定生物力学测试示意图

2.3 标本分组

将标本分为实验组（GDP）及对照组（CD、Steffee），每组各6具，（三组器械皆为同一厂家相同材料制造，长度相同）。损伤腰椎标本的制作，参照Panjabi［1］方法在标本上造成屈曲型压缩骨折模型，拍摄X线片显示脊柱不稳，然后安装齿轮撑开式脊柱复位内固定板装置加以固定。对照组分别用CD及Steffee钢板固定。

2.4 生物力学测试

标本测试按轴向压缩、前屈、后伸和侧屈4种不同生理工况建立实验力学模型。 腰椎载荷采用分级加载，由0～500 N加生理载荷，以100 N为分级载荷。加载速度应控制在1.4 mm/min的速率，加载重心在腰椎的力学对称轴上。脊柱的垂直及水平位移用KG101高精度数显光栅位移传感器测量，应变由YJ14数字应变仪采集。实验前加预载，以消除脊柱松弛，蠕变等时间效应影响，然后正式测试，30 s内采集一次数据，重复多次以提高精度，试验过程中标本用生理盐水保持湿润新鲜状态。

2.5 数据统计处理

脊柱生物力学试验中的应变、位移、应力、扭矩、扭角等力学量先进行数据处理，从而得到一个满意的估计值和置位区间。然后以线形回归、方差分析，经最小二乘法处理。按数理统计加以检验，计算其相关参数、t检验、精度分析。计算统计分析采用标准的SPSS 10.0软件在计算机上进行，设定显著性水平为P

3 结 果

3.1 脊柱载荷－应变变化

腰椎上A、B测试点在不同载荷下载荷—应变曲线呈线性变化，应变随载荷的增加而增大，卸载后基本恢复原状。腰椎A、B测试点上GDP内固定椎体应变最小，而相应对照组（CD、Steffee）的应变较大，在脊柱不同的生理工况下（垂直压缩、前屈、后伸、侧屈），实验组内固定的平均应变比CD组小13％，比Steffee组小22％。因此GDP器械固定明显占有优势，固定效果最好，并接近于脊柱正常水平，在相同的应变水平下，GDP器械所承受的载荷比其他类型固定要高的多，结果统计具有显著意义（P

3.2 脊柱载荷－位移变化

脊柱在不同内固定器械固定下负荷后，脊柱会发生压缩性位移和水平位移。本实验18具标本在不同生理工况下载荷－位移变化结果发现随着生理载荷的增加，脊柱纵向位移和水平位移呈线性变化增加，卸载后恢复原状。3种不同器械的内固定都能达到牢固固定，引起的位移比较小，GDP组的平均压缩位移比CD组小12％，比Steffee钢板固定组小23％，两两相比有显著性差异（P

3.3 椎体的强度变化

椎体的强度反映在椎体上的应力变化，根据胡克定律：椎体上的应力与应变成正比，而应变值由应变实验而得，如果器械固定好，应力集中小，应力传导通畅，如果固定不好，在椎体上引起的应力集中现象明显且应力很大。本实验中GDP器械组的应力最小，平均7.19 MPa，固定效果最好，最牢固；而CD组8.22 Mpa，Steffee钢板组9.25 MPa，比CD组平均应力小13％，比Steffee钢板组的平均应力小22％，两两相比统计显示具有显著性差异（P

3.4 脊柱的轴向刚度和水平刚度

这里所谓脊柱的轴向刚度是指脊柱在载荷作用下，脊柱抵抗轴向变形能力的大小；同样脊柱的水平刚度是指抵抗水平剪切变形能力的大小。采用GDP器械固定组的轴向刚度最高，而CD固定组相对较差，两者相差15％；与Steffee固定组两者相差23％，两两比较，统计显示两者均显显著性差异（P

3.5 脊柱的扭转力学性能

扭转力学性能是指脊柱扭转强度大小及扭转角大小，它是衡量脊柱扭转力学特性好坏的两个力学变量。不同内固定器械抵抗扭转的强度和刚度各不相同，一般来说，比较好的内固定器械能够具有相当高的扭转强度和刚度，抵抗扭矩能力很强。结果表明，GDP器械内固定在等量扭矩作用下，扭角最小，固定后不容易引起腰椎的扭转变形，它比CD组的扭角变形小10％，比Steffee钢板组的扭角变形小17％，说明GDP器械占有较高的优势，抗变形能力强，抗扭转性能好，统计分析显示具有显著性差异（P

3.6 腰椎的极限力学性能

根据试验可以看到在很大载荷下2000～3000 N，椎体不断压缩变形，椎间盘不断膨出变形，椎体中部向内凹陷，体液不断渗出，在原来骨折处再裂开，发生再骨折，而内固定器械钉杆角明显变小，器械开始变形，螺钉转动发生挛曲变形。而对照组器械松动明显，有的甚至滑动，椎体不断骨折而破坏。结果显示：GDP器械内固定时极限载荷最高为3 750 N，其次是CD组器械的极限载荷为3 050 N，Steffee器械为2 250 N，三者相比互相相差19％和40％，统计显示具有显著性差异（P

4 讨 论

4.1 GDP装置的特点

（1）解决了板式结构撑开困难的缺点，固定板内孔侧壁上有齿条，齿状撑开螺帽在齿条上滚动，螺帽的中孔容纳椎弓根钉的尾部，带动椎弓根钉向一侧移动，这样就实现了板式结构的撑开作用。齿条的长度为撑开间距，根据测量椎体及椎间隙的高度，我们设计齿条的长度为3 cm，保证有足够的撑开间距，这样可充分恢复压缩椎体的高度；（2）固定板本身带有弧度，根据不同脊柱节段，固定板的弧度设计为－5°、0°、5°、10°、15°、20°等多种弧度，使椎弓根钉与固定板之间形成不同的角度即“钉板角”，它对前柱和中柱的纵向撑开复位具有重要的作用。齿状结构及钉板角的设计不仅弥补了以往钉板结构的椎弓根固定器缺乏纵向撑开力的不足，而且改变了以往钉板结构固定器椎弓根钉水平承载为仰角承载，分解了椎弓根钉头端的压缩负荷，这对减少术后弯钉、断钉有重要意义［2］。GDP利用钢板的弧度与脊柱骨折后凸畸形之间的凸面失偶现象，通过椎弓根钉的反牵作用，对脊柱产生一个过伸折顶复位（图3）；加上齿状撑开螺帽的纵向撑开复位作用，两种复合力的结合，使GDP将传统的椎弓根固定器以纵向撑开复位为主改变为折顶复位和纵向撑开复位的联合复位。这种复位机制的改变不仅实现了均称的三柱前凸牵开复位，而且同时降低了在复位过程中椎弓根钉的压缩负荷，减少了术中复位引起的弯钉与钉的疲劳。术后GDP对固定区域的椎体仍产生一个持续向前的推力，增加后伸力矩来抵抗外伤后脊柱后凸所致的前屈力矩，这对防止后凸畸形复发，维持腰椎生理前凸均有重要意义。GDP在骨折椎体的折顶复位着力点并不是在椎板而是在椎弓根。椎弓根是椎体最坚固的部位，堪称为“力核支柱”，一般不易发生骨折，是承受折顶复位的可靠基础。因此对合并椎板骨折或实施椎板减压后并不影响GDP的使用。

4.2 GDP生物力学特点

（1）GDP本身带有圆滑的弧度，使应力传导均匀；固定板与螺钉之间采用嵌入式连接，连接牢固且切迹低，使固定板紧贴脊柱后柱，有利于力的传导；实验证明在相同载荷下其载荷－应变，载荷－位移均较对照组小，而其轴向刚度与水平刚度高于对照组，统计分析显示均有显著性差异（P

本内固定板系统和目前临床上应用的钉棒系统复位原理不尽相同，它不需要折弯和转棒，属于短节段固定器械，固定节段少，保留了脊柱大部分功能活动。

参考文献

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篇8

基金项目：2010年国家社会科学基金重大项目(10ZD&052)。

作者简介：李世昌（1956-），男，教授，博士研究生导师，研究方向：骨组织运动适应的生物学。

摘 要：通过雌性大鼠去卵巢模型来模拟女性绝经后的状态，比较研究跳跃和游泳两种不同方式运动对去卵巢大鼠骨的影响，以期为骨质疏松的预防发现更为有效的运动模式。将32只3月龄SD雌性大鼠随机分为4组：假手术组、安静组、游泳组和跳跃组。其中安静组、游泳组和跳跃组行卵巢摘除手术，假手术组只行假手术(即不摘除卵巢)。8周后，测定各组大鼠体重、骨密度(BMD)、骨生物力学和骨代谢相关指标。结果发现：与安静组比较，跳跃组大鼠股骨BMD、最大载荷、弹性载荷、破坏载荷、能量吸收和弹性应力均显著性升高；跳跃组大鼠血清Ca和抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)水平显著性降低。与安静组比较，游泳组大鼠除了血清Ca水平显著性降低外(P

关 键 词：运动生物化学；运动方式；骨质疏松；骨密度；生物力学；动物实验

中图分类号：G804.7 文献标识码：A 文章编号：1006-7116(2012)02-0132-06

Effects of different ways of exercising on the bone mineral density and

bone biomechanical and metabolic indexes of ovariectomized rats

LI Shi-chang1，JI Liu1，LIU Ti-wei2，MA Tao3，CHEN Xiang-he1

（1.Key Laboratory of Adolescent Health Assessment and Exercise Intervention，Ministry of Education，College of Physical Education and Health，East China Normal University，Shanghai 200241，China；

2.Shanghai Xinhua Private Junior High School，Shanghai 200080，China；

3.Physical Education and Military Department，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China）

Abstract: By using a model of female rat ovariectomy to simulate women’s postmenopausal state, the authors compared and studied the effects of such two different ways of exercising as jumping and swimming on the bones of ovariectomized rats, hoping to find a more effective mode of exercising for preventing osteoporosis. The authors divided 30 3 months old female SD rats randomly into 4 groups: a sham operated group, a calm group, a swimming group and a jumping group, in which the calm group, swimming group and jumping group were operated for ovariectomy, while the sham operated group was just subjected to a sham operation (i.e. no ovariectomy). 8 weeks later, the weight, bone mineral density (BMD), bone biomechanics and bone metabolism related indexes of the rats in various groups were measured. The author revealed the following findings: as compared with the calm group, the BMD, maximum load, elastic load, destructive load, energy absorption and elastic stress of the femur of the rats in the jumping group increased significantly; the levels of blood serum Ca and tartrate-resistant acid phosphatase (STR-ACP) of the rats in the jumping group decreased significantly; as compared with the calm group, except that the blood serum Ca level of the rats in the swimming group decreased significantly (P

Key words: sports biochemistry；way of exercising；osteoporosis；bone mineral density；biomechanics；animal experiment

骨质疏松是老年人中常见的一种慢性骨病，在绝经后的女性中发病率更高。绝经后妇女常发骨质疏松症的原因主要是其卵巢分泌雌激素减少，进而导致一系列的反应所致。流行病学研究发现，体力劳动者骨密度(BMD)高于脑力劳动者，长年卧床者的BMD则会逐渐降低。运动作为一种经济有效的预防骨质疏松症的方法，越来越受到人们的重视。然而体育运动类型多种多样，防治骨质疏松较合理的运动方式是什么？不同运动项目对于骨质疏松的防治效果有什么差别？有关这方面的比较研究目前还不多见，有必要进一步深入研究。

本研究通过大鼠去卵巢模拟女性绝经后的状态，比较游泳和跳跃两种不同的运动方式对于去卵巢大鼠骨代谢的影响，为预防老年人骨质疏松症的发生提供理论上的支持。

1 材料和方法

1.1 实验动物与分组

3月龄雌性SD大鼠32只，购于上海斯莱克实验动物中心，平均体重280 g，随机分为4组，即假手术组、安静组、游泳组和跳跃组。其中安静组、游泳组和跳跃组行卵巢摘除手术，假手术组只行假手术，不摘除卵巢。大鼠在25 ℃恒温下分笼饲养，昼夜比1212，标准小鼠饲料，自由饮水、摄食。运动8周结束后进行相关指标测试。

1.2 大鼠跳跃运动模型的建立[1]

自制的大鼠电刺激箱，将大鼠放在底板上，由生理刺激器给予一定强度的电刺激，让大鼠跳上箱子一侧专门设制的平台，休息20 s，然后以平台的高度垂直将大鼠重新落到底板上。再次给予通电，刺激大鼠再次跳跃，如此循环，直到完成预定的跳跃次数。一般经几次电刺激后，大鼠不需电刺激就会自动跳跃到一侧的高处平台上。

1.3 运动训练安排

所有大鼠手术后适应1周。1周后各组运动情况安排如下：

假手术组和安静组大鼠在饲养笼中自由活动。游泳组大鼠第1周前3 d游泳30 min，后3 d游40 min，从第2周开始每天游泳时间固定为45 min，每周训练6 d，共训练8周，游泳训练的玻璃水池为50 cm×60 cm×90 cm，水深40 cm，水温为(29±1) ℃。跳跃组大鼠适应性训练3 d后，跳跃高度和次数逐渐递增，第3周时跳跃高度达到48 cm(约为大鼠2.3倍的体长)，每天跳跃20次。每周训练6 d，共训练8周。

1.4 动物取材

经8周训练，在最后1次训练完休息24 h后，所有大鼠被断颈椎处死。心脏取血约5~8 mL，置于10 mL离心管中，低温离心机以4 000 r/min离心7 min，温度控制在4 ℃，取血清置于5 mL冻存管内，放置于-80 ℃低温冰箱内保存待测。取右侧股骨及腰椎骨(L1～L5)，去除骨上附着的软组织，用浸透生理盐水的纱布包裹好，放于－20 ℃冰箱保存待测。

1.5 测试指标与方法

1)体重测定。

实验过程中，每周日用电子称测量各大鼠体重，并予以记录。

2)血清生化指标测定[2]。

取出保存于－80 ℃冰箱中的血清，检测血清钙、磷、碱性磷酸酶(ALP)及抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)的含量。试剂盒购自南京建成生物工程研究所，严格按照说明书进行操作。血钙测定利用邻甲酚酞络合酮比色法；血磷利用孔雀绿直接显色法进行测定，血清中ALP和STR-ACP利用酶标法检测。

3)BMD测定。

从－20 ℃冰箱中取出股骨和腰椎骨，室温自然解冻，用Hologic Discovery A骨密度仪扫描股骨和腰椎(L1～L4)BMD。

4)骨生物力学指标的测定。

将股骨放在津岛AG―20KNA万能材料实验机上，各测试样本放置的位置及方向前后保持一致，支点跨距为20 mm，调整上压头接近股骨，以2 mm/min速度进行三点弯曲试验，直至骨折。股骨压断后，用游标卡尺量取股骨断裂处椭圆横截面外层长轴、外层短轴、内层长轴及内层短轴的长度。

用剪刀小心剪除第5腰椎上下椎间盘、椎弓及突起，并用细砂纸打磨成上下平面平行且与纵轴垂直的三棱柱。用游标卡尺测量椎体矢状径、冠状径和高度。然后将椎体置于津岛AG―20KNA万能材料实验机上，调整上压头接近椎骨，以2 mm/min的加载速度进行压缩实验，直至出现椎体塌陷或压缩性骨折时停止操作。

所测生物力学指标包括结构力学指标和材料力学指标，结构力学指标又包括最大荷载、弹性荷载、破坏载荷、最大挠度、弹性挠度、破坏挠度、刚性系数和能量吸收，在载荷-变形曲线上直接读取和计算。材料力学指标包括最大应力、弹性应力、破坏应力、最大应变、弹性应变、破坏应变和弹性模量，通过结构力学指标结合骨的几何形状和尺寸计算得出。

1.6 数据处理

各组参数以均值±标准差表示，使用软件 SPSS11.0进行统计分析，组间差异显著性采用方差分析的LSD(ONE WAY-ANOVA)进行分析，以P

2 结果及分析

2.1 大鼠体重

各组大鼠在实验后体重均有明显增加，尤其是前3周，去卵巢大鼠体重增加的幅度比假手术组明显要大。3周后，各组大鼠体重增长趋于缓慢，甚至有时游泳组和跳跃组大鼠体重出现负增长(如图1)。各组大鼠最终体重比较，安静组((426.67±35.16) g)、游泳组((389.50±13.13) g)和跳跃组((394.67±17.99) g)均显著高于假手术组((347.16±9.43) g)；游泳组和跳跃组均低于安静组，但统计分析，游泳组与安静组大鼠体重差异存在显著性(P0.05)。

2.2 大鼠股骨和腰椎骨(L1～L4)BMD

安静组股骨和腰椎骨BMD明显低于假手术组，且差异有非常显著性(P

2.3 大鼠股骨生物力学指标

在结构力学指标方面，跳跃组大鼠股骨最大载荷、弹性载荷、破坏载荷及能量吸收均明显高于安静组大鼠；跳跃组大鼠股骨弹性载荷和能量吸收明显高于游泳组大鼠；游泳组和假手术组各指标比安静组有所升高，但差异没有显著性 (见表2)。

在材料力学指标方面，跳跃组大鼠股骨弹性应力明显高于安静组大鼠(P

2.4 大鼠血清Ca、P浓度和STR-ACP及ALP酶活力

跳跃组和游泳组血清中Ca浓度均明显低于安静组(P

3 讨论

3.1 建立大鼠骨质疏松模型

Kalu[3]的报道显示，去卵巢大鼠的骨丢失与女性绝经后的骨丢失过程相似。因此，可以将去卵巢大鼠作为女性绝经后骨质疏松模型进行研究，突破了以人做实验的局限性，更有利于骨质疏松深层次的防治和研究。本实验中，与假手术组相比，安静组大鼠股骨和腰椎BMD均明显降低(P

3.2 运动对去卵巢大鼠体重的影响

本研究发现，摘除卵巢后大鼠体重急剧上升，增长速度明显快于假手术组，其中安静组大鼠体重平均比假手术组高22.9%(P

有关研究表明，运动对大鼠去卵巢后体重的增加有一定的抑制作用，但这种抑制不能完全抵消摘除卵巢对体重的影响[5-6]。本研究也得出同样的结果，与安静组相比，跳跃组和游泳组大鼠体重都有所降低，其中游泳组体重平均比安静组降低8.7%(P

3.3 运动对大鼠BMD、生物力学及骨代谢指标的影响

骨密度(BMD)测定对于早期诊断骨质疏松十分重要，是骨矿代谢中骨的量化指标。当BMD减少超过一定范围时就会产生临床上所表现的骨质疏松。如股骨颈BMD每减少一个标准差，其骨折危险性就增加2.6倍[8]。因此，精确检测BMD，对于判断骨量水平，预防骨质疏松造成的骨折具有十分重要的意义。

骨生物力学特性直接反映骨的内在质量和性能，它与骨量、骨体积、皮质骨厚度和松质骨小梁结构有密切关系，是对骨形态结构的综合反映[9－12]。骨是由无机质与有机质两大部分组成，无机质主要由无定形钙磷混合物和钙磷羟灰石晶体构成，有机质主要包括胶原蛋白、骨钙蛋白、骨涎蛋白等。当成骨细胞活性超过破骨细胞时，新骨不断形成，钙不断被沉积到骨上，骨量不断增加。由于破骨细胞代谢，同时又有大量骨细胞被分解，释放钙、磷等矿物质到血液循环中。因此，通过测定血钙、血磷的含量可间接了解骨代谢平衡的状况。血浆中无机磷的含量水平影响骨吸收速率，血磷的稳定是骨生长和矿化的必要条件。由于血钙与血磷浓度有密切关系，当血钙以钙盐形式沉淀时，血钙减少，相应地血磷的浓度会上升。

碱性磷酸酶(ALP)是最常用的评价骨形成和骨转换的指标，是反应成骨细胞的活跃程度的生物标志物之一。ALP由成骨细胞分泌产生，主要存在于血清和骨中，而血清中ALP有50%来源于骨。当成骨活动增强时，成骨细胞分泌大量ALP，一部分参与骨的钙化，一部分释放到血液中。通常认为血液中ALP升高是由代偿性骨形成增强引起的。血浆抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)主要由破骨细胞产生释放，主要存在于骨、前列腺、溶酶体、红细胞、血小板及脾脏中。STR-ACP在骨吸收时对骨基质的溶解起重要作用，当骨吸收活跃时，反映在血中酶活性明显升高。因此血浆中的STR-ACP水平可作为反映破骨细胞活性和骨吸收情况的重要指标。

大量的研究表明，运动对骨具有重要影响，适宜的运动能有效增加骨量，改善骨健康。但不同运动方式和运动强度对骨的影响也不尽相同。一般认为，垂直面上的剪切力对于骨代谢的作用效果优于侧面对骨施加的载荷，在平时的运动训练过程中承重练习和肌肉力量练习均能有效预防骨丢失，增加骨量。本研究中，跳跃组大鼠股骨在运动中有较强的垂直应力刺激作用，实验结果显示：与安静组相比，跳跃组大鼠股骨BMD、最大载荷、弹性载荷、破坏载荷、能量吸收和弹性应力均显著性升高，跳跃组大鼠血清Ca和STR-ACP水平也显著性降低。这说明跳跃运动能提高去卵巢大鼠成骨细胞活性并能较好的抑制破骨细胞的代谢作用，从而抑制了血清STR-ACP水平的增加，有利于去卵巢大鼠骨细胞对钙的吸收，从而降低大鼠血钙的水平，促进骨钙化，增加BMD，最终使骨的内在质量和性能的提高，表现为生物力学指标的改善。

与安静组相比，游泳组大鼠除了血清Ca水平显著性降低外，其他指标虽有相应变化趋势，但不存在显著性差异。这说明游泳运动对于去卵巢大鼠骨的刺激作用没有跳跃运动明显。分析其原因可能有以下两个方面：跳跃时体重对下肢骨作用较大，属于负重运动(WBPA，weight-bearing physical activity)，有纵向机械刺激。而游泳运动，尽管有骨骼肌的不断收缩，肌肉对骨产生不断的牵拉刺激，其刺激效果明显的小于负重对骨的作用，属于非负重运动(NWB，PA non-weight-bearing physical activity)。很多研究表明，WBPA比NWBPA对骨的刺激效果更明显，如Emslander等[13]通过对21名跑步运动员、22名游泳运动员与20名非运动员的对照研究发现，跑步运动员的全身BMD和股骨颈BMD显著高于其他两组，而游泳运动员和非运动员之间没有显著性差别。

跳跃组大鼠下肢骨受到较强的地面反作用力，而游泳对于下肢骨的地面反作用力微乎其微。Pettersson等[14]比较研究了跳绳运动和足球运动对BMD影响的差异，他们发现跳绳运动组和足球运动组的BMD均显著高于对照组，而且发现跳绳组的全身BMD和腰椎BMD均显著高于足球组。以上说明跳跃运动时，骨在垂直面上所承受的载荷明显大于其它运动方式，跳跃运动对于预防和治疗骨质疏松具有良好的效果。

参考文献：

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[2] 郑庆云，李世昌，马涛. 纵跳对生长期大鼠骨密度、骨代谢生化指标的影响[J]. 体育科学，2008，28(8)：45-49.

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[4] 李洪洋. 去势雌鼠固执骨质疏松模型研究[J]. 现代预防医学，1992(19)：1-3.

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篇9

关键词：普拉提；核心肌群；核心力量

随着健美操、瑜伽等大众娱乐健身项目的广为流传，一种新型的健身项目开始备受瞩目――普拉提。这是一种既吸收了东方运动项目（瑜伽、太极）的精髓，也引进了西方运动注重肌肉体能训练的特点，在动静平衡中达到愉悦身心、净化心灵、强身健体、塑造体型等目的，是一项值得推广的健身项目。

一、普拉提运动的概念和原则

1.普拉提运动的概念

狭义的普拉提是指在瑜伽的基础上融入芭蕾舞蹈健美运动、体操，甚至中国的太极等东西方运动精粹发展而来的精准塑形运动。

广义的普拉提指的是一种运动，主要是锻炼人体深层的小肌肉，维持和改善外观正常活动姿势，达到身体平衡、伸展躯干和肢体的活动范围和活动能力，强调对核心肌群的控制，加强人脑对肢体及骨骼肌肉组织的神经感应及支配，再配合正确的呼吸方法所进行的一项全身协调运动。

2.普拉提运动的原则

（1）呼吸原则。呼吸与运动相结合是普拉提运动的核心之一。普拉提采用的是横向呼吸，并强调动作与呼吸的结合，特别强调练习时用流畅有意识的呼吸以达到增强身体控制与平衡，增进核心力量的目的。

（2）专注原则。普拉提不仅是身体的运动也是一种思想运动，练习时每个动作都应该是由头脑控制的有意识的动作，每一个动作都要全神贯注体会肌肉的协调用力。

（3）控制原则。普拉提是有效伸展与施力的运动，所有动作皆来自能量区――身体的控制中枢。有控制才能避免伤害，适当的控制不仅能让肌体进行更大范围的运动，还可以使动作完成得更流畅。

（4）核心原则。普拉提的核心肌群有两种：负责固定作用的局部稳定肌群和负责产生运动的综合运动肌群。局部稳定肌群主要作用是在运动前稳定关节；综合运动肌群主要作用是提供运动并且在产生更大力量时提供整体的稳定性。

（5）精准原则。普拉提所锻炼的部位多为核心精细的内部肌群，这些部位是我们日常生活所锻炼不到和难以体会的。因此，我们要通过大脑有意识的控制，通过精确运动才能产生正确的肌肉顺序和骨骼排列，达到正确练习。

（6）流畅原则。普拉提是完整与优雅的运动，因此只有流畅的动作才能保证我们在完成普拉提的过程中很好地稳定我们的核心，达到运动效果。

二、普拉提运动对于提高核心稳定和核心力量的显著作用

1.核心肌群的概念

核心部位肌群简称“核心肌群”，核心肌群位于身体的中段，包括腹直肌、腹横肌、腹斜肌、背肌、下背肌、竖脊肌以及髋关节周围的臀肌、旋髋肌和股后肌群等。核心肌群的生理机制：腰―骨盆―髋关节周围的肌肉，这些肌群在人体运动中起着稳定重心、传导力量、发力或减力等作用。

2.核心肌群的特性

从解剖学、生理学及力学角度来看，核心肌群主要是指人体的躯干，包括脊柱和骨盆以及附着在脊柱和骨盆上的许多肌肉。生物力学专家Panjabi1992年提出了维持脊椎稳定的三大系统：被动支持系统、主动收缩系统和中枢神经系统主导的动作控制系统。其中，主动收缩系统来自核心肌群，巩固脊椎的基本结构，维持自然正中的生理弯曲曲线。

3.普拉提对于提高核心稳定和核心力量的显著作用

所谓核心稳定是指在运动中控制躯干、骨盆部位肌肉的稳定姿态，为上下肢运动创造支点，并协调上下肢的发力，使力量的产生传递和控制达到最佳化。尽管核心部位的肌肉并不像四肢肌肉那样，视觉上我们可见腿踢得高，动作幅度大，但核心肌群在此过程中担负着稳定重心、环节发力、传导力量等作用，同时也是整体发力的主要环节，对上下肢体的协同工作及整合用力起着承上启下的枢纽作用。

由于核心肌群的肌肉位置深浅不一、大小不等，且工作特点较特殊，往往一般的体育锻炼很难使核心部位的肌肉得到全面均衡的训练。因此，常规性的体育锻炼对核心部位表层的运动肌训练得较多，而对深层稳定肌的训练相对薄弱。在体育锻炼中，普拉提能够在提高本体感觉的基础上，增强核心稳定及力量，具有不可替代的、独特的作用。

综上所述，普拉提运动对于核心肌群的训练具有重要的作用。但不可忽视的是，作为人体的一种训练形式，普拉提训练体系基于解剖学、生物力学等运动人体科学理论基础而建立，而同时，不同的运动项目又有其自身的特点。于是，如何基于不同的运动项目特点和需要来运用普拉提进行辅助训练，则是需要进一步予以全面系统深入研究的问题。

参考文献：

篇10

方法 使用三维有限元方法，建立Tile C型骨盆损伤（右侧骶骨纵行骨折）模型，模拟使用3种骶髂螺钉固定方式进行固定，并在模拟站立位状态下对骨盆后环的竖直稳定性和后旋稳定性进行量化和比较。

结果 S1、S2双层面2枚骶髂螺钉固定组合的稳定性明显优于S1或S2的单层面1枚骶髂螺钉；在S2层面1枚骶髂螺钉固定的稳定性优于S1层面。

结论 针对Tile C型骨盆损伤的单侧骶骨纵行骨折，要尽可能选择双层面骶髂螺钉固定；如果使用单层面单枚骶髂螺钉固定治疗该类骶骨骨折，最好选择S2层面。

【关键词】骨盆；骶骨骨折；骶髂螺钉；稳定性；三维有限元

Comparison of stability of sacroiliac screws in the treatment for unilateral Tile C sacral fractures between different modalities in a 3dimensional finite element model ZHAO Yong， ZHANG Shudong， SUN Tao， WANG Dan， LIAN Wei，LIU Yonghou，TAN Jiangwei，ZOU Dexin.Department of Orthopaedics， Yantaishan Hospital， Yantai 264008，China

Corresponding author：ZHAO Yong，Email：

【Abstract】Objective To study the stability of sacroiliac screws fixation for the treatment of unilateral vertical sacral fractures in order to provide pratical manipulation and reference for rapid insertion of sacroiliac screws in case of emergency. Methods A 3dimensional finite element model of Tile C pelvic ring injury （unilateral type DenisⅡfracture of sacrum）was made in a 36 year of a female patient. The unilateral sacral fractures were fixed in 3 types with sacroiliac screws in models respectively. The shift and angle displacement of the central superior surface of sacrum in the case of upright standing on both feet were measured and compared. Results The stability fixation with two sacroiliac screws for double planes of S1 and S2 segments was markedly superior to fixation with one sacroiliac screw for single plane of S1 or S2 segment； The vertical and rotational stability of sacroiliac screw fixation in S2 was superior to that in S1. Conclusions Fixation with two sacroiliac screws for double planes of S1 and S2 segments should be utilized for the fixation in unilateral sacral fractures of Tile C pelvic ring injury as possible. If only one sacroiliac screw is implanted， the fixation in S2 segment is more recommended than that in S1.

【Key words】Pelvis； Sacral fracture； Sacroiliac screw； Stability； 3dimensional finite element

高能量骨盆创伤是常见的急诊重症[1]，其中Tile C型的不稳定性骨盆骨折更是必须急诊进行早期固定，从而有利于骨折复位并有效减少骨盆容积，压迫骨折端阻止静脉出血，尽快稳定血流动力学，降低病死率。虽然以Ganz钳和前环外固定架为代表的外固定器操作相对简便、快速，但其固定效果不确切，不便于护理也无法满足患者进行早期功能锻炼，故无法达到骨折的最终复位内固定的效果。然而，对骨盆骨折所合并的重要脏器损伤进行处置的同时往往也延误了骨盆骨折的最终复位内固定，因而在患者生命得以保全的同时错过了最佳的内固定手术时机，从而遗留畸形愈合、下腰痛、跛行等不可逆的骨盆骨折合并症。因此，尽快尽早微创地实施骨盆损伤的内固定治疗具有重大的临床意义。Osterhoff等[2]报道其对刚入院的部分骨盆损伤病例快速进行了骨盆后环的骶髂螺钉固定，并取得了满意的临床疗效。这为急诊一期完成骨盆后环乃至整个骨盆环的稳定性重建提供了可能。如何在现有器械条件、操作技术的基础上充分利用骶髂螺钉，在紧急恢复骨盆容量和减少出血的同时将螺钉固定的生物力学优势最大化，避免内固定失效，便显得颇具意义。基于此，本文以临床多见的单侧骶骨纵行骨折（Tile C型）作为研究对象，应用三维有限元技术对骶髂螺钉固定该类损伤进行研究及生物力学比较，以期找到骶髂螺钉的最佳固定方式，从而预置急诊手术方案，最大限度地缩短术前计划所用时间，并为急诊临床实践的规范化提供参考。

1 资料与方法

模拟Tile C型骨盆骨折，针对不稳定性骨盆后环损伤（右侧骶骨纵行骨折）模型使用骶髂螺钉或其组合（共3种）进行固定，并对后环螺钉复合体的平移和旋转稳定性作出比较。

1.1 一般资料

对一例健康成年女性（36岁）进行X线、B超等检查，排除骨盆损伤、肿瘤、畸形，采用64层螺旋CT（Philips， Netherlands）对其骨盆进行扫描，层厚1 mm，所得DICOM （Digital Imging and Communication in Medicine）数据资料通过工作站刻录光盘。

1.2 三维有限元模型的建立

将CT图像导入Mimics 10.1 （Materialise， Belgium）中，根据图像数据中各种组织的灰度值差异及相关解剖学特征，通过阈值化操作等提取髂骨及骶骨的几何结构，并重建精确的骨盆 3D 表面体模型，并以STL文件格式输出。然后将STL文件格式的骨盆模型导入逆向工程软件Rapidform Xor3 （INUS Inc， Korea）中去除掉噪点，生成无接缝的骨性结构的几何模型。应用骶骨与髂骨之间的区域建立骶髂关节软骨的实体模型，以两侧耻骨间空间填充生成耻骨联合间盘。最后，一并以iges格式导入有限元软件ABAQUS 6.9.1 （SIMULIA Inc， US），并对骶骨与髂骨采用四面体单元进行网格划分，用以代表松质骨，对骶髂关节及耻骨联合采用六面体网格划分。因骨盆皮质的厚度（1～2 mm）相对骨盆的几何尺寸较小，所以在松质骨表面生成一层壳单元用以模型皮质。韧带在维持骨盆的稳定性方面起着重要作用，本研究中采用弹性连接单元模拟韧带，其附着点根据解剖学定位。本研究所涉及的参数[3-8] 如表1表2所示，生成骨盆模型如图1所示。

模拟骶髂螺钉固定的手术方式，在S1、S2两个层面进行固定。两种螺钉均系直径为7.3 mm的空心钉。将经过正常骨盆模型的骶骨右侧骶孔的面定义为骨折面。（模拟DenisⅡ型右侧骶骨骨折）将螺钉分别与骶骨、髂骨、骶髂关节软骨进行布尔运算，生成骨折固定模型。

模拟固定方式如下：①右侧1枚骶髂螺钉对S1进行固定 （S1）、②右侧1枚骶髂螺钉对S2进行固定 （S2）、③S1和S2各1枚骶髂螺钉自右侧进行固定 （S12） 。示意图见图2。

1.3 三维有限元模型的约束与加载

本研究中，将骶骨和髂骨分别与骶髂关节以及双侧耻骨与耻骨联合之间采用绑定约束。在双侧髋关节面与旋转中心耦合，并将中心点的3个方向的平移自由度约束。将耻骨联合与骶骨下缘置于同一水平面上，自骶骨上表面竖直向下加载600 N力载荷，模型站立位的人体体质量加载于骶骨的状态。螺钉的远端和近端分别与骨组织采用绑定连接以模拟完全的骨整合状态，螺钉的光滑杆部分与骨组织之间设定为可滑动磨擦关系。

2 结果

本实验所建立的正常骨盆有限元模型的应力分布特征与文献[9-11]报道相一致，而且应力值范围与文献[4，12]研究结果相近，由此表明本研究中的模型能够有效而可靠地反映骨盆的生物力学特性。

本研究结果显示，双层面2枚骶髂螺钉固定组合的稳定性明显优于单层面1枚骶髂螺钉（即S12明显优于S1、S2）。在竖直稳定性和后旋稳定性方面，S2均优于S1。见表3。

3 讨论

骶髂螺钉是骨盆后环损伤的治疗领域的重大进步，并已经成为不稳定型骨盆后环损伤最终固定的常用微创技术[13]，相比髓外固定，骶髂螺钉固定具有明显的生物力学优势[14]，但多个临床报道显示，骶髂螺钉并不都能达到稳定的固定。Keating等[15]使用骶髂螺钉技术获得了84%的解剖复位或近解剖复位率，但是最终随访发现畸形愈合率高达44%。Griffin等[16]认为，对于纵形骶骨骨折，骶髂螺钉固定更易出现固定失效和复位丢失。因此，如何根据具体伤情、因时因地制宜地快速选择有效的固定方式，最大限度地发挥骶髂螺钉的生物力学优势，降低固定失败率，这对于包括急诊救治在内的骨盆外伤的相应处置就显得尤为重要。

Tile C 型骨盆损伤的前环后环都严重失稳，所以前后两环均需固定，由于后环稳定性占骨盆稳定性的60%，加之骨盆复位固定的顺序为先后环再前环（这是复位能够成功的必要条件），因此后环稳定性的快速重建便显得尤为重要，而骶髂螺钉技术恰好顺应这一临床需求，可经皮透视下微创置入，在不加重原始损伤的同时为急诊一期稳定后环提供了可能，进而急诊完成的后环固定为全身情况改善后二期前环的复位固定又创造了条件。S1S2构成了骶髂关节的基础，伴随骶髂螺钉置入技术的成熟，希望对不同层面骶髂螺钉及其组合的稳定性进行比较研究，以期最省时地确定最佳急诊治疗策略。

需要指出的是，首先，虽然Tile C型骨盆损伤涉及前环不稳且需固定，但鉴于固定方式具有多样性，加之前环的稳定性势必影响后环的稳定性，因此本研究并没有对前环损伤及固定进行模拟，而是保留了正常骨盆的前环状态，虽然这样得出的有关后环稳定性的相关数值均较小，但并不影响针对后环稳定性的多模型间的比较性研究；第二，本研究模拟切除所有肌肉但保留骨盆重要韧带结构的骨盆，从而在最大限度模拟正常骨盆稳定性的前提下，排除不可预见的由肌肉收缩带来的应力，避免影响测量的准确性[17]；第三，本研究所模拟的骨折线系一经过骶孔的直线，这样既便于模型的标准化而利于比较，又能避免因骨折线的不规则而影响网格划分及后续计算的准确性；第四，本研究规定正位观耻骨联合的上缘与骶骨下缘处同一水平面，较为准确地模拟了双足站立的生理实际。

本研究发现，固定状态下的正常完整的骨盆所产生的平移方向主要为受力方向。这与实体研究结果一致[17]。笔者发现，骨盆后环竖直方向的加载导致了其自上而下方向的平移（下移），且下移的主体是位于骶骨骨折线的内侧部分，同时伴随该下移主于矢状面上的向后旋转（后旋），而该主体在前后方向和内外方向的移位几乎为零。因此，通过对3种后环螺钉复合体的竖直稳定性和后旋稳定性的比较可以反映出各种内固定方式的牢固程度。本研究结果显示，双层面2枚骶髂螺钉固定组合的稳定性明显优于单层面1枚骶髂螺钉，这与Yinger等[14]和van Zwienen等[17]的研究结论相似，提示在临床实际工作中针对单侧骶骨骨折要尽可能选择双层面骶髂螺钉（S12）固定。

需要指出的是，本实验结果显示，在S2层面进行固定的竖直稳定性和后旋稳定性均要优于S1层面。因此，笔者建议，如果使用单层面骶髂螺钉固定方式治疗单侧骶骨纵行骨折，最好选择S2层面。笔者所进行的放射解剖学研究显示，正常状态下骶骨的S2螺钉隧道比S1的短，S2的安全置钉空间也比S1小[18]。然而，S2层面的骨性结构呈水平走行，该层面更适合水平置入螺钉，这恰与加长骶髂螺钉的走行是一致的，也恰恰适合Tile C 型的骶骨纵行骨折[19]。而且，在骶骨伴有先天畸形时，骶髂螺钉也更加适合在具有安全置钉空间优势的S2层面上进行固定[20-21]。因此，在Tile C 型骶骨骨折的治疗中S2层面扮演了不可替代的重要角色。

本研究发现，完整骨盆骶骨中部的下移和后旋均明显小于损伤并予固定的骨盆，本研究中任何一种后环螺钉复合体的稳定性都不及正常完整骨盆。因此，笔者认为，即便使用最牢固的固定方式也要尽量避免患部过早承重，从而最大限度地避免因内固定失效而导致的复位丢失。

应该看到，工业器具的结构相对简单规则，而人体结构和生物力学材料特性却复杂得多。因此起源于工业设计领域的有限元软件对复杂结构的建模不可避免地存在简化现象。所以尽管本研究的模型设计和建立能够满足比较性研究的需要，但笔者仍然希望随着有限元相关技术的发展，其仿真程度会变得更高。同时，笔者希冀将来能通过基于新鲜尸体的实体测量研究对本计算生物力学研究进行有效的补充，从而更加有利于解释和指导临床实践，这也同样有益于有限元实验方法的不断完善。

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