骨的生物力学特性
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骨的生物力学特性范文第1篇
【摘要】 目的 建立次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（HGPRT）基因缺陷型骨肉瘤细胞系LM9，进行细胞形态、生长特性及致瘤性等生物学特性检测。方法 应用N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍（MNNG）诱导骨肉瘤细胞系LM8突变，用8-单杂鸟嘌呤（8-AG）筛选HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞系LM9；观察细胞形态、细胞核型分析、细胞生长周期等生物特性，接种C3h鼠观察致瘤性。结果 突变后细胞仍具有典型的成骨肉瘤细胞特征，细胞异型性明显，染色体众数为64-66，接种鼠具有成瘤性，成瘤率为100%。结论 本实验建立了HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞系LM9，具有典型的鼠源性骨肉瘤细胞特征，可用于杂交瘤、肿瘤疫苗等多方面的研究，是一个较好的实验工具。
【关键词】 次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶基因缺陷型 骨肉瘤 细胞系
The establishment of hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase-genedefect osteosarcomma cell lineage and assessment of its biological characteristics
【Abstract】 Objective To establish the HGPRT-defect osteosarcoma cell lineage，and determine the ability of sarcomagenesis and fusion.Methods N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine(MNNG) was used to induce the mutation of an osteosarcoma cell lineage(LM8)，then culturing mixed with 8-azaguanine killed those cells of HGPRT positive，We got the HGPRT-defect osteosarcoma cell lineage LM9. The LM9 cells were observed on cells biology characteristic such as morphous and cell cycles biology inoculated into mice and their growths were surveyed in the mice.Results The LM9 cell lineage has typical characteristics of osteosarcoma cells and it is sarcomagenic to C3h mice.Conclusion The LM9 cells lineage was obtained by method of mutation， it is typical of osteosarcoma cells characteristics and has a prospect of being used in tumor vaccine and other researches.
【Key words】 HGPRT-defect osteosarcoma cell lineage
肿瘤的免疫治疗是以激发和增强机体的免疫功能，以达到控制和杀灭肿瘤细胞的目的。常将其作为一种辅助疗法与手术、化疗、放疗等常规疗法联合应用。先用常规疗法清扫大量的肿瘤细胞后，再用免疫疗法清除残存的肿瘤细胞，可提高肿瘤治疗的效果［1］。建立各种肿瘤细胞系是研究肿瘤细胞生物学特性有力工具，本文构想建立一种HGPRT基因突变型的骨肉瘤细胞系，它具有原亲本瘤细胞的免疫原性而在代谢上有较大的改变［2］，根据这一特性，可利用它更有效的进行细胞融合，筛选及制备肿瘤表面抗原多肽疫苗。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 骨肉瘤细胞 LM8细胞系购自Rich cell bank ，系C3h鼠源性骨肉瘤细胞系，含100ml/L小牛血清的RPMI 1640完全培养液放在37℃，50ml/L CO2孵箱中培养，对数生长期时，用2.5mg/L的胰酶（含2mg/L的EDTA）消化、离心、调整细胞数后传代、接种。
1.1.2 动物及饲养 4～6周龄C3h鼠8只（第四军医大学实验动物中心提供），雌性，体重17～25g。
1.2 方法
1.2.1 致突变及筛选 LM8系细胞取对数生长期1.0×106/瓶，单层，培养基为RPMI 1640，向瓶中加入2μg/ml的MNNG完全培养液作用15h后，除去致突变液，用PBS冲洗，胰蛋白酶(0.05%)+EDTA(0.02%)1:1混合消化，制备细胞悬液，接种1×103/瓶，培养10天，细胞生长汇合后，传代，以3×103数/瓶密度继续接种，24h后，向培养液中加10μg/ml的8-AG培养液，培养24h待细胞汇合，传代，更换不含8-AG的筛选液培养基继续培养，细胞接近半汇合时，冻存。
1.2.2 突变细胞系LM9鉴定 取对数生长期细胞LM8和LM9接种于培养瓶中，次日加入1% HAT完全营养筛选液，用倒置显微镜观察细胞的生长情况。
细胞形态观察：收集对数生长期细胞0.01M的PBS洗2次2000rpm×10min离心收集细胞，弃上清，以4%的pH7.4的戊二醛固定，按电镜标本常规制备方法，进一步固定，包埋，超薄切片，铅-铀染色JEM-2000型投射电镜观察。
1.2.3 细胞生长特征 调整突变细胞浓度按1×104接种于24孔板，置37．5℃ 5%孵箱培养，每个样品重复3次，连续计数8天，以培养时间为横坐标，细胞数为纵坐标，绘制细胞的生长曲线。
1.2.4 流式细胞仪分析细胞周期测定 培养细胞以0.1M PBS液(pH7.4)洗2次，悬溶于190μg结合缓冲液中调整细胞浓度为1×106/ml，加10μl异硫氰酸荧光素(PTIC)标记的连接素(Amexin)和10μl的20mg/L的普匹碘氨（PI），混合均匀，避光室温孵育10min，结合缓冲液洗1次后用 Couter Elite流式细胞仪（Coulter 公司）进行分析细胞周期情况。
1.2.5 体内致瘤性观察 调整细胞浓度为5×105接种于10只小鼠右下肢皮下待皮下出新肿瘤结节时，按文献［3］测量肿瘤大小并观察动物存活情况。
2 结果
2.1 HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞筛选 培养瓶中细胞经突变筛选后细胞呈明显多角形态，细胞个体大而丰满、整齐，有个别巨大的细胞，可见有核分裂相，细胞生长良好。
2.2 HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞形态特征 光镜下培养的细胞为多角形，核大可见分裂相，相差显微镜下细胞形态呈上皮样排列，生长的单层细胞有重叠生长的能力，细胞成圆形或椭圆形，核大，胞浆深染，且相对较少，核1～2个，细胞异型性明显，核丝分裂偶见，细胞呈弥散分布，组织属恶性肿瘤（图1）。
图2 电镜观察细胞核大有异型性，核眼明显，染色质分散，稍聚于核膜，胞浆较长，富含线粒体，溶酶体，线粒体肿大并增多，少量的粗面内质网，胞浆内有丰富的游离核糖体，细胞间排列紧密
2.4 HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞鉴定 加入HAT后LM8 细胞生长良好，呈对数生长，第四天达到高峰，LM9 细胞在24h后即出现死亡，72h后细胞全部死亡。
2.5 HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞生长曲线 见图3。细胞第四天进入对数生长期，生长迅速。
2.6 HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞生长周期 流式细胞仪测得细胞G1=53.5，G2=19.5，G1/G2=1.837，为亚三倍体细胞，符合肿瘤细胞的特点。
2.7 HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞体内致瘤性 接种5×105的HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞后肿瘤的生长如图4，小鼠体内14天时全部成瘤，成瘤率为100％，随着时间延长肿瘤体积不断增加。
图4 接种LM9细胞后C3h鼠肿瘤的生长情况
3 讨论
肿瘤的免疫治疗是以激发和增强机体的免疫功能，以达到控制和杀灭肿瘤细胞的目的。虽然目前已经建立了多种免疫方法，但治疗的效果尚需进一步提高，给机体输入具有抗原性的瘤苗，刺激机体免疫系统产生抗肿瘤免疫以治疗肿瘤。该法应用的前提是肿瘤抗原能刺激机体产生免疫反应［4～6］。由于人肿瘤相关抗原的免疫原性很弱，不足以有效地刺激机体的免疫应答，因此单纯用自身或同种肿瘤细胞作瘤苗治疗肿瘤的效果不好。肿瘤免疫应答的主要效应细胞是TC细胞，TC细胞识别肿瘤表面的肽抗原（peptide）与MHCⅠ类分子的复合物，必需要有第二信号才能活化。这个第二信号可以由TC细胞表面的CD28分子与粘附分子B7的结合来提供。B7分子主要存在于活化的B细胞和抗原呈递细胞表面。大多数肿瘤细胞由于没有B7分子，因此肿瘤细胞虽具有肽抗原与MHCⅠ类分子的复合物，但由于不能提供第二信号，所以不能活化TC细胞［7，8］。因此肿瘤细胞与抗原提呈细胞的融合可以提供T细胞活化通路，这就为肿瘤疫苗的研制展示了光明的前景。
人和啮齿类细胞的HGPRT基因位于X染色体上，该基因在两性细胞中都呈半合子状态（单倍性），它的基因产物为次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT），由2～4个蛋白亚单位组成，该酶能促次黄嘌呤和鸟嘌呤与磷酸核糖焦磷酸(PRPP)间的转磷酸核糖基作用而生成一磷酸次黄苷(IMP)，这是细胞合成的补救途径，但此酶特异性不强，也能把嘌呤拟似物6-巯基嘌呤(6-MP)和8-氮杂鸟嘌呤(8-AG)掺入DNA中引起细胞死亡，因此，当HGRPT基因突变时，细胞就表现为对6-MP或8-AG的抗性，在有6-MP或8-AG的条件下，它们能够生存，而野生型细胞即能够摄取6-MP或8-AG而死亡，以上特点是构成HGRPT突变细胞筛选的理论基础［3］。
本实验所筛选的突变细胞系，仍具有典型肿瘤细胞的生物学特性，细胞个体大而丰满，整齐，有个别巨大的细胞，可见有核分裂相，细胞生长良好。细胞核异型性明显，加入HAT后细胞在24h后即出现死亡，72h后细胞全部死亡。细胞周期G1/G2=1.837，为亚三倍体细胞，符合肿瘤细胞的特点。接种C3H小鼠体内14天后全部成瘤，成瘤率为100％。
HGPRT基因缺陷型骨肉瘤细胞由于HGRPT表达缺失，对HAT不敏感，能用HAT筛选出来。因此，在骨肉瘤细胞的免疫治疗研究中可作为一种简便的分离筛选手段。这种筛选方法以用于骨肉瘤细胞的融和，以筛选杂交瘤细胞，导致免疫学特性的变化，将有利于肿瘤细胞的更进一步的研究及研制更为有效的杀灭肿瘤细胞的生物治疗方法。
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骨的生物力学特性范文第2篇
胸腰段后凸畸形的病因主要有先天性脊柱畸形、胸腰段脊柱骨折、强直性脊柱炎、Scheuermanns病、老年性脊柱后凸、脊柱结核椎体破坏、椎体肿瘤、软骨发育不全等〔1、2〕，除了脊柱本身的因素外，胸腰段后凸畸形可由腹部肿瘤引起〔3〕。脊柱曲度正常时，身体重力线应通过各节段生理弯曲的交界处。胸腰段以上重心位于胸椎的前部，胸腰段后凸畸形所造成的成角的或短弧形后凸畸形使损伤平面以上躯体的重心更趋前移，必将进一步加重后凸畸形〔4〕。随着我国进入老龄化社会，胸腰段后凸畸形的患者不断增多，胸腰段后凸畸形常出现局部不稳定，脊柱支撑功能丧失，从而引发腰痛，且多并发上腰椎的失稳及加速腰椎间盘退变，从而给患者造成极大的痛苦，有些患者通过保守治疗无效，常需要手术治疗，给患者家庭和社会造成了巨大的负担。下面笔者就目前国内外胸腰段后凸畸形影响腰椎诸节段矢状面稳定性的研究情况进行综述。
1 脊柱胸腰段及腰骶椎的解剖及生物力学特点
胸腰椎移行部与腰椎及腰骶椎相比其形态和生物力学特性大不相同。该部位是后凸的胸椎与前凸的腰椎的移行区，生理弧度变直，这一区域恰好位于活动度较小、稳定性较强的胸椎与活动度较大、稳定性相对较差的腰椎之间；T11、12肋骨为浮肋，抵止在相应的椎体上而不是椎体间，不参与垂直载荷；从T10～12L1关节突关节的关节面的倾斜则发生很大变化，即左右旋转和左右侧屈的ROM大大降低，而前后屈曲ROM较胸椎明显增大；正常情况下，该部脊柱前方的垂直载荷分担率远远大于后方。在T11及T12胸椎，上关节突表现为胸椎上关节突的形态特征，而下关节突的形态特征却与腰椎相近，其前、后方无胸肋关节和肋横突关节的加强，且仅与一个椎体相关节，这些均构成了胸腰椎容易损伤的解剖学基础〔5〕。因此，脊柱的压缩性或爆裂性骨折常发生在胸腰段，从而造成胸腰段后凸畸形。从胸腰椎至腰骶椎，前后屈曲ROM逐渐增大，腰骶椎髂腰韧带的存在使该部位的运动和稳定性与L4、5以上有所不同〔6〕。
Abumi等〔7〕通过人尸体腰椎节段的破坏模型证实，棘上韧带、棘间韧带损伤甚至双侧关节突关节内侧半部分切除难以造成腰椎失稳，而单侧或双侧关节突关节完全切除则可导致椎间旋转和屈曲的失稳。椎间孔部的减压易导致关节突间（峡部）的分离。单侧时由于有椎弓的存在，两侧关节突关节还可发挥其功能。
2 目前利用动物脊柱标本进行的生物力学研究
王新伟等〔8〕利用出生1周以内的小牛胸腰椎新鲜标本，研究了小牛胸腰椎前路模型中的相关解剖，并与人体相关数据进行比较，发现：与人体相比，小牛脊柱椎体及椎间盘更接近圆柱状，椎间盘高度占脊柱高度的比例更大。又进行了生物力学实验，测试屈曲、伸展及侧屈状态下的载荷-应变、载荷-位移关系、最大载荷时的应力强度及屈曲、伸展、侧屈及扭转状态下的轴向刚度，最后进行极限力学性能测试。发现出生1周内的小牛胸腰椎标本在人生理载荷范围内，呈线形变化，与人体一致。
王向阳等〔9〕收集12具新鲜猪T10～L4节段胸腰椎脊柱标本，制造不同程度前中柱骨折模型，分为2组，分别安放椎弓根螺钉内固定器和内固定加前路植骨重建，每种状态依次在CMT4104多功能力学试验机上进行轴向压缩和前屈压缩测试，分别计算每组的完整标本、骨折内固定标本和植骨内固定标本的轴向压缩刚度和前屈压缩刚度。发现：胸腰椎前中柱骨折后经椎弓根螺钉系统固定不能使其恢复至原来的力学性能，椎体骨折累及范围越大，固定后力学性能越差；前中柱重建是减少后路内固定器械承载的关键。
周有礼等〔10〕利用羊的整条脊柱标本，对胸腰椎爆裂骨折后的局部载荷进行了研究。发现：在胸腰椎结合区域有较大的应变值表示该区域局部所承受的力量较大，在实验上脊柱承受牵引时，在胸腰椎接合之区域会承受较大的拉力。
3 利用在体动物模型进行的研究
Oda等〔11〕利用在体羊脊柱腰段后凸畸形模型，研究脊柱损伤和后凸畸形对相邻运动节段的影响，他们将活体羊分为对照组、L3～5原位融合组及L3～5Cobbs角为30°的后凸畸形融合组，进行了影像学、生物力学及组织学的研究分析，结果证实：脊柱后凸畸形导致头侧邻近节段的后方韧带复合结构的前凸性挛缩；L2椎板在屈伸活动下所承受的应力在后凸畸形组更为明显，提示更多的载荷转移向后柱；后凸畸形组邻近的头侧关节突关节有明显的退变性骨关节病改变，邻近的尾侧关节突关节亦有轻微的退变性骨关节病改变，而在原位融合组退变轻微。
Nielsen LW等〔12〕利用幼年猪制作了Scheuermanns病的脊柱后凸畸形模型，利用病理学、放射影像学、血液生化等方法进行研究，发现猪的Scheuermanns病胸腰段后凸畸形模型，与人Scheuermanns病导致的胸腰段脊柱后凸畸形有可比性。
Lowe TG〔13〕等利用未成年羊的Scheuermanns病模型，进行了一项在体实验，他将羊的胸腰段至下腰椎用椎弓根钉和聚乙烯绳在后面进行拴系，不融合，进行了13个月的观察后，处死羊，取其脊柱进行生物力学研究，发现模型矢状面上的非融合调整，能有效地减少椎体楔形变的程度，此方法可能成为治疗青少年Scheuermanns病的一种可行办法。
4 利用人的尸体新鲜脊柱标本进行的研究
Birnbaum等〔14〕利用11具新鲜尸体躯干标本（含胸廓），制造了胸椎后凸畸形模型，对前路松解前、后的矢状面矫形效果进行了解剖学及生物力学研究，结果发现：单纯前路松解（开放或经胸腔镜辅助）矫形效果良好，且能有效地改善矢状面平衡。
赵必增等〔15〕利用新鲜尸体胸腰椎标本，探讨了椎体成形强化后对邻近椎间盘、椎体的力学影响，发现强化椎体后，对邻近椎体造成的应力集中很小，而对邻近椎间盘有一定的影响。
5 利用三维有限元分析进行胸腰段后突畸形研究
有限元素法（FEM）是一个求偏微分方程式的数值方法。随着个人计算机功能的完善，有限元素法的使用也越来越简单，在医用生物力学方面应用更是越来越普遍〔16〕。
Liebschner MA等〔17〕对19例人的尸体胸腰段椎体标本进行CT扫描，建立三维有限元模型，进行有限元分析；同时对标本实体进行解剖学测量以及生物力学试验分析，最后将二者测得的数据进行对比研究，进行统计学分析，发现：用恒定0.35层厚和457 MPa有效模量，结合CT重建的椎体几何模型与骨小梁特性，进行椎体外壳的建模，能精确的预测整个椎体的生物力学特性。
程立明等〔18〕就胸腰段后突畸形对相邻椎间盘力学影响进行了三维有限元分析研究。他们选取结构正常的脊柱作为实验材料，通过CT扫描获取脊柱的二维图像，然后进行三维重建，转化为有限元模型（FEM），利用Free Form成形软件构建胸椎后凸畸形模型，分别对正常结构和胸椎后凸的脊柱有限元模型进行载荷试验，分别比较椎间盘和小关节应力分布情况，总结出以下结论：脊柱胸腰段后凸畸形改变了相应椎间盘的载荷应力应变分布，这可能加快椎间盘退变及使后方纤维环易受损破坏。
6 利用影像学进行的临床研究
Seel EH等〔19〕使用Oxford Cobbometer对椎体骨折导致胸腰段后凸畸形的Cobbs角进行测量，发现与传统的测量方法相比，其测量的结果更简便、准确、可行。
吉立新等〔20〕收集12例具备胸腰椎和腰骶椎正侧位X线片的胸腰段后凸畸形病例，与20例正常对照组进行相应比较，进行分析研究。发现患病组平均腰椎前凸角度与正常对照组相比有极显著性差异。患病组单节段腰椎前凸角度以上腰椎变化更为明显。从而认为：胸腰段的后凸畸形，使病损平面以上躯体的重心更趋前移，增加了致畸负荷，必将进一步加重后凸畸形。为维持直立下躯干重心的平衡，就需要调整头、颈、胸和腰部的曲度甚至髋部和膝部的位置使重心后移，其中最主要是通过腰椎的前凸加大来实现这一目的。腰段所发生的代偿性改变比腰骶段更为明显，而腰段的代偿性改变又更多地集中在上腰椎，而且椎体的后滑移也发生在上腰椎，表明胸腰段后凸畸形对上腰椎有更大的影响。
陈仲强等〔21〕测量14例后凸畸形截骨手术治疗前后的胸腰段后凸角和腰椎的前凸角以及椎体滑移情况，对所得结果与正常组进行对比分析。发现：胸腰段后凸畸形可导致腰椎过度前凸及椎体向后方滑移，尤其在上腰椎更为明显，可能是引发腰背疼痛的重要原因之一：矫正胸腰段后凸畸形可减小腰椎的过度前凸和椎体滑移倾向，可明显减轻患者的腰背疼痛；前后方联合截骨更安全，矫正后凸畸形效果更好。
7 问题与展望
综上所述，对于胸腰段后凸畸形，国内外学者从解剖、动物标本模型、在体模型、人尸体标本模型、有限元分析模型及影像学临床等不同角度出发，进行了生物力学及其他方面的研究。研究更多的是解剖、标本模型、有限元分析及影像学方面。解剖学属于形态学范畴，研究历史较长；动物标本易于取材，但与人的生物力学特性还是有差异的；相对实验分析而言，有限元分析的优点在于它对分析参数控制的绝对性和简易性，及完整多样的结果数据。现阶段有限元素分析，必须要配合恰当的实验数据或临床现象比对，结合有经验的临床及力学人员，有限元素分析才能发挥它最大的功效。而由于受各方面条件的限制，在体动物生物力学模型与人新鲜尸体生物力学模型的研究，国内外报道的很少，尤其是利用人新鲜尸体对胸腰段后凸畸形影响腰椎诸节段矢状面稳定性进行生物力学的研究，目前国内外尚是一个空白，这方面还有很大的研究空间。 【参考文献】
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骨的生物力学特性范文第3篇
【摘要】 目的观察中药复方红苓肝宝对酒精致小鼠骨丢失的预防作用。方法昆明种小鼠50只随机分组，除对照组外，各组予50%（V/V）酒精按4 g·kg-1·d-1灌胃，药物预防组分别在酒精灌胃前给予中药低剂量（HLGB-L），高剂量（HLGB-H）和西药对照，60 d后处死取左侧胫骨上段不脱钙骨切片进行骨组织形态计量学参数测量，腰椎及股骨测定骨生物力学指标。结果酒精组小鼠骨小梁面积百分数(%Tb.Ar）明显降低(-66%，P
【关键词】 红苓肝宝； 酒精致骨丢失； 骨组织形态计量学； 骨生物力学； 小鼠
Abstract：ObjectiveTo study the protective effects of Hongling Ganbao(HLGB) on bone loss induced by alcohol in mice.MethodsFifty six-week-old KM mice， were randomly pided into 5 groups except for the control group. 50%(V/V) alcohol was given to the model mice according to the dosage of 4g/（kg·d).Low dose（HLGB-L）and high dose of HLGB（HLGB-H）were given to mice respectively before the alcohol was consumed in preventive groups. After 60 days， all mice were killed and their left tibial metaphysis were processed in undecalcified sections for bone histomorphometric analysis. The tested biomechanical properties of vertebra and femccr were tested. ResultsCompared with normal group， cancellous bone area (%Tb.Ar) was decreased obviously(-66%) in alcohol group， bone formation rate BFR/TV was decreased（-35%， P
Key words：Alcohol; Hongling Ganbao; Bone histomorphometry; Bone biomechanics; Mice
饮酒是严重的公共卫生问题，酒精干扰骨代谢、甚至引起骨量丢失、骨质疏松等不利作用一直以来未得到足够重视［1］。有证据表明，长期饮酒即使是中等剂量（30～50 g/d），也是骨质疏松的危险因素之一［2］，因此对于酒精性骨质疏松症的防治就显得极为必要。
本课题组自行研制的一种中药复方（已获得国家发明专利，专利号：ZL00128705.2）是由红花、茯苓、甘草、红枣4种药食两用的中药组成，其中多种成分均有提高机体的免疫能力及解毒作用。本实验通过骨组织形态计量学结合骨生物力学方法，探讨中药复方红苓肝宝对酒精致骨丢失的预防作用及其作用机制。
1 材料
1.1 药物无水乙醇，批号2004042601，广州化学试剂二厂产品，100%分析纯，加蒸馏水配制成50％（V/V）的酒精溶液；阿伦膦酸钠（固邦），10 mg/片，石家庄制药集团有限公司产品，批号031201；特乐定（每片含有效成分134.4 mg），罗达研究实验室股份有限公司产品，批号020101；中药复方红苓肝宝由红花、茯苓、甘草、红枣4种药食两用的中药组成复方，浓缩至含生药2 g/ml，由本校开发中心药厂提供。
1.2 动物及分组 清洁级6周龄昆明种小鼠50只，体重25～35 g，雌雄各半，由本院实验动物中心提供。随机分成5组，正常对照组以蒸馏水10 ml/kg每日灌胃；酒精组（模型组），红苓肝宝低剂量组（HLGB -L），高剂量组（HLGB-H），50％酒精按剂量4 g·kg·d-1灌胃，中药组在给予酒精溶液前2 h分别给予红苓肝宝水提液5，15 g·kg-1·d-1；固邦+特乐定+酒精组：固邦1.5 mg·kg-1·d-1，特乐定7.84 mg·kg-1·d-1，均按0.1 ml/10 g灌胃，间段单独给药，如第1个星期给固邦，第2个星期就给特乐定，给予药物2 h后给予酒精。所有小鼠自由摄水、摄食，每周称体重2次，根据体重调整用药量，共60 d。
2 方法
2.1 检测方法及观察指标 处死后取一侧胫骨经低速锯暴露骨髓腔，上段进行不脱钙骨包埋，并分别切成5 μm和10 μm的骨片。薄片Goldner染色后测量破骨细胞，厚片直接封片后经骨组织形态计量学软件测量骨代谢相关指标，其测算参数及含义参见文献［3］。骨生物力学测定：将保存的腰椎和股骨经材料测试系统（MTS 858 Mini Bionix 型，USA）检测和分析其生物力学性能（由南方医科大学生物力学国家重点实验室协助完成），腰椎进行凹入实验，股骨颈进行侧摔实验。
2.2 统计分析 采用统计学软件SPSS 11.0进行方差分析，再进行组间两两比较。
3 结果
3.1 乙醇对生长期小鼠骨代谢的影响结果见表1。与正常组相比，酒精组的各参数值骨小梁面积百分率（%Tb.Ar），骨小梁数量(Tb.N)，荧光周长（L.Pm），骨形成率(BFR/TV)等均明显降低。骨小梁分离度（Tb、Sp）增加。骨吸收参数单位骨小梁周长破骨细胞数（Oc.N/Tb.Pm）各组间没有统计学差异。HLGB-L与酒精组相比没有明显差异，HLGB-H与酒精组和低剂量组比较，各参数值均有显著差异，与阳性药物组的效果相当，但%Tb.Ar没有达到正常组的水平。表1 乙醇对小鼠胫骨上段松质骨的影响与正常组比较，*P
3.2 乙醇对小鼠腰椎抗压性能及股骨颈结构强度的影响 见表2。表2 乙醇对小鼠腰椎抗压性能及股骨颈结构强度的影响与正常组比较，*P
酒精组各指标值均有下降，HLGB-L与酒精模型组没有改善，HLGB-H与酒精组和低剂量组比较，各参数值均有显著差异，与阳性药物组的效果相当，但没有达到正常组的水平。
4 讨论
骨组织形态计量学可直接观察骨组织的微观形态并进行定量分析，骨生物力学指标则有助于对骨质量进行直接评价，两者结合可对骨的“质”和“量”进行综合的评价。椎体凹入实验主要用于测量松质骨的生物力学强度，敏感性相对较高，能表示抵抗外力的最大载荷［4］。股骨颈侧摔实验是一种模拟人的股骨颈骨折的发生机制而进行的实验方法，能更真实地反映外力作用于标本造成骨折时的骨力学特性。
本实验中由松质骨的形态计量参数可知道，喂食酒精的小鼠，松质骨骨量减少，骨的微观结构变差：骨小梁稀疏，变细。动态参数的结果可以解释主要是因为骨形成率的下降而导致骨量的减少。生物力学指标腰椎抗压性能和股骨颈结构强度均明显下降，说明小鼠已经出现骨质疏松的表现，骨质量下降。乙醇对骨的影响的机制研究目前认为主要是由于酒精中的乙醇及其代谢产物对成骨细胞的直接毒性作用，实验表明酒精抑制成骨细胞的活性和增殖，抑制其前体细胞的形成［5］；近年来更深入的研究发现，乙醇抑制骨髓间叶干细胞的分化，下调胶原I的基因表达，减少其分泌并抑制矿化结节形成；还可诱导骨髓基质细胞向脂肪细胞分化，减少向成骨细胞分化［6］，最终导致骨形成率降低。酒精对骨吸收也有影响，有报道称酒精可能是通过IL-6介导增加核因子kB受体活化因子配体（RNAKL）mRNA的表达，从而促进骨吸收，加速骨丢失。
给予中药复方红苓肝宝预防的小鼠，动静态参数都有改善，松质骨骨量增加，微观结构改善，骨形成率增加，红苓肝宝高剂量的效果明显，低剂量完全没有预防骨力学性能下降的作用，高剂量则可明显提高骨力学性能的两项指标，与西药对照组的效果相当，但都没有达到正常组的水平。说明红苓肝宝对酒精造成的骨量丢失有一定的预防作用。红苓肝宝的组方中，红花能活血通经，散瘀止痛，提高机体免疫功能以及抗炎作用，改善骨骼局部血液循环，茯苓中的三萜类有效成分据研究有利尿，增强免疫功能和保肝降酶作用［7］，大枣中的磷酸腺苷，甘草中的甘草酸都具有保肝护肝作用［8］，中药复方可能发挥协同作用，增强机体免疫能力，并增强肝脏清除乙醇的能力，减少对骨骼的损害，这可能是红苓肝宝发挥预防作用的主要原因。由于不能直接对抗乙醇对成骨细胞的作用，所以不能完全阻止骨量的丢失及骨力学性能的下降。
综上所述，酒精摄入能造成生长期小鼠的骨质量下降，中药红苓肝宝有一定的预防作用，但不能完全阻止酒精对小鼠骨量和力学性能的不利影响。
【参考文献】
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骨的生物力学特性范文第4篇
自Branemarkr提出骨结合理论以来，种植义齿已成功地应用于临床，解决了以往传统义齿的固位、舒适等问题，取得较好的修复效果。但临床上仍常出现种植体周围骨组织吸收、种值体断裂、松动、脱落等问题[1，2]。许多学者认为种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿远期成功率的主要因素之一。本文对种植义齿下部结构生物力学研究概况作一综述。
1 种植材料对种植义齿生物力学的影响
Nishihara等[5]通过动物实验研究表明种植体周围骨内的应力分布与种植材料的性质、材料的弹性模量关系不大，而是更多的与种植体的形态、颌骨的形态及结构有关。Rieger等用三维有限元法（finite element method，FEM）分析，也得出相类似的结果。但从生物力学的观点来看，不同材料和不同弹性模量的种植体对应力在种植体骨界面的分布是有影响的。邹敬才等[4]用有限元法在5种不同弹性模量、相同的负荷条件下，对单个螺旋形种植体骨界面的应力分布规律作比较，结果表明种植体的弹性模量越高，种植体颈周骨内应力越小，而根端骨内应力越大；种植体弹性模量越低，种植体与骨界面的相对位移运动就越大。适宜的种植体的弹性模量在70000MPa以上。
目前，由于金属及金属合金材料具有优良的生物力学性能而被广泛应用于种植体的制作，其中钛与钛合金等被认为是最合适的种植材料。近年来许多学者研究了用生物陶瓷作为种植材料[5]，认为生物陶瓷种植体在植入后的始阶段可以获得较钛及其合金更好的生物相容性，但在行使功能后终因生物陶瓷本身力学上的易碎性导致生物陶瓷种植体生物力学的相容性较差，Glantz等[6]通过实验也证实了陶瓷种植体和陶瓷涂层的种植体因生物力学上有较差的相容性导致种植后较高的失败率。
2 种植体的形态对种植义齿生物力学的影响
Victor[7]用三维有限元法对3种不同种植体系统（Branemark系统、Bud系统、IMZ系统）的不同形态的种植体，在不同的加载条件下，种植体周围骨内的应力分布情况进行了研究。结果表明3种不同种植体周围骨内最大应力均位于种植体颈部周围和种植体翼的下方，且越近种植体根尖部，骨内应力越小。种植体的翼可以减少应力在种植体及其周围骨内的分布，去掉翼不但增大种植体颈部骨的应力，而且将改变整个应力分布的情况。在其他因素不变的情况下，增大种植体颈部直径，种植体周围皮质骨内应力大大降低，故认为种植体颈部的直径对种植体周围的应力分布水平影响最大，两者呈负相关。岑远坤等[8]对叶状与柱状种植体支持的全下颌种植覆盖义齿在不同牙位下应力分布的情况进行了研究，结果表明叶状种植体与柱状种植体应力分布的基本规律相似，种植体颈部以及其周围的骨皮质界面均为应力集中区。但叶状种植体在其颊舌面与近远中面交界的尖锐线角处，应力集中更明显，其骨界面的应力峰值均大于柱状种植体。Holmgren等[9]研究认为圆锥形种植体比圆椎状种植体更有利于种植体骨界面的应力分布，黄辉等[10]研究认为螺旋形种植体螺旋顶角的改变可以导致种植体在支持组织内应力分布水平的变化，并指出螺旋顶角为60º的种植体应力分布最合理。
3 种植体的表面结构对种植义齿生物力学的影响
有学者从生物力学角度研究认为表面有微孔的种植体会形成更好的种植体-骨界面结合，当孔径为50-200µm时可获得最佳的结合强度。陈安玉[11]研究表明由于表面微孔的存在，可在种植体骨界面形成机械的锁结作用，从而改变微界面应力的作用方式，使得在大界面上每一个区域均有小界面的压应力存在，使拉应力和剪应力转变为压应力；另一方面微孔增加了界面的接触面积，降低了平均应力水平，从而更有利于应力的合理分布。
近年来许多学者提出种植体表面的生物活性涂层可以诱导骨性结合。Michael等[12]经临床观察报告HA涂层种植体成功率（7-8年）达97.5%，Adell认为HA涂层种植体有利于早期愈合。有学者研究表明BTG钛基复合种植体植入颌骨内 后，早期固位优于钛种植体，具有较高的界面结合强度，并且在界面上可产生化学结合、金属结合、机械结合3种方式。但也有资料提示随着种植体接受功能负荷时间的延长，成功率下降，临床上亦出现涂层与钛芯结合强度不足导致涂层剥落者。
4 种植体的数量以及在颌骨内的排列与分布对种植义齿生物力学的影响
种植义齿由多个种植体支持时，应力分布情况由种植体的数量，种植体在颌骨内的方向、排列所决定。一般认为种植体的数目越多，每个种植体上承担的应力就越小。Skalak研究认为多个种植体支持的种植义齿当受到水平方向力作用时，力量可以较均匀地分散到各个种植体，且分散到每个种植体上的力量要小于总作用力。当垂直方向力作用于种植义齿时，力量不会均匀地分散到每个种植体，越靠近作用力点的种植体受力越大。
对于全口种植义齿，Skalak认为4-6枚种植体即可支持全口固定种植义齿。Bschwartzman研究表明4个或5个种植体支持的全颌种植义齿在应力分布规律上无差异，并认为当垂直负荷作用于全颌种植义齿远端悬臂梁时，最靠近悬臂梁端的种植体产生的应力最大。Davis通过实验研究得出相似的结果。Osier[13]用静态工程原理分析进一步指出最靠近悬臂梁的种植体所承受的负荷通常是总负荷的2.5-5倍，是非悬臂梁状态的1.75-3.5倍，主要承受的是压应力，而远离悬臂梁端的种植体主要承受张应力。悬臂梁越长，末端种植体所受的应力越大，故认为在种植义齿设计时，应尽量避免使用悬臂梁，如一定要使用悬臂梁时，种植体应尽量离散，且悬臂梁的长度不能超过种植所能承受的范围。
Federick等[14]用光弹法研究了由2个种植体支持的全颌种植义齿的应力分布，结果表明种植体在颌骨内应垂直于牙平面并平行放置，以利于牙力通过种植体垂直传递，减少种植体的力矩和界面过大应力。但临床上为取得共同的就位道，往往使种植体之间形成一定角度，Naert等[15]指出在同一牙弓中种植体之间的相互偏差角度不宜超过20º，以使负荷没种植体长轴传导。Hertey等[16]研究表明，种植体在颌骨内的分布呈曲线型排列较直线型排列者界面的应力要小，种植体为直线型排列缩小了其后方向的分散程度，导致游离臂和抗力臂比例增大。
5 受植区颌骨的形态结构对种植义齿生物力学的影响
从生物力学观点看，颌骨是一种多相的、各向异性的、非均质性的、多孔的复合体。人类的颌骨是具有一定屈曲性的弹性体[17]，可以承受一定的压力，但其皮质骨与松质骨都有一定的抗张力和抗压力的极限，当颌骨受力水平高于其极限值时，就会产生微骨析，最后导致骨质吸收破坏。
Lundgrens[18]指出种植体的成败与颌骨骨皮质的密度、厚度、颌骨的宽度以及受植床血供等直接相关。Jensen指出受植区的颌骨形态与结构较整个颌骨的形态与结构对种植义齿的应力分布影响更大，一个理想的受植区颌骨至少要能提供10 mm的骨性结合区，其水平宽度至少为6mm。Victor等[7]用三维有限元法研究了由3种不同厚度皮质骨的颌骨支持的种植体在不同的负荷下，种植体及其周围骨内的应力分布，结果表明3种情况下种植及骨界面应力分布的规律基本相同，最大拉应力、压应力均位于种植体的颈部周围。但最大拉应力、最大压应力的值却有显著差异。皮质骨越厚，种植体及其周围皮质骨内的应力越小。但在垂直瞬间加载时，最大拉应力位于种植体颈部，最大压应力位于种植体底部，当种植体的颈部与底部同时位于皮质骨内时，可以明显降低种植及其周围骨内的应力。Papavasilion[19]也指出当皮质骨缺乏时，可导致种植体骨界面的应力增高，从而导致种植体周围骨的微骨折。
6 参考文献
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12 Michael S，John N.Dent Implant.1994，52(9):937-942
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15 Naert I，Quirment M，Theuniers G，J Prosthet dent，1991，65(1):67-69
16 Hertey RC，Kalk W.Int J Prosthodont，1993，6(1):18-24
17 Korioth TW，Hannam AG.J Dent Res，1994，73(1):56-66
18 Lundgrens.Int J Oral Maxillofac Surg，1993，22(2):272-277
骨的生物力学特性范文第5篇
[关键词] 锁定钢板外置固定；外固定支架固定；骨折
[中图分类号] R687.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-0742（2016）08（a）-0097-02
[Abstract] Objective To study the biomechanical analysis of locking plate external and external fixation of fracture. Methods 100 different lengths of corbel bone from April 2015 ― January 2016 in our hospital laboratory were randomly divided into two groups of 50 patients as the control group. The application of external fixation； 50 cases of the observation group， the application of locking plate external fixed. Comparing the two groups of specimens in different external load under axial compression and torsion angle displacement. Results The two groups in 200 N， 300 N， applied 100 N， 400 N， 500 N and 600N under the external load compression value significantly， and the applied load increases， compression value the greater the difference， significant difference （P < 0.05）； the two group in applying 4N.cm 6N.cm， 8N.cm， 10N.cm， 12N.cm and 14N.cm， the axial torsion load is significantly different， and the larger the load is， the twist angle of the greater the difference， significant difference （P < 0.05）. Conclusion With external fixation compared with external fixation of locking plate fracture life The mechanical performance is better， worthy of clinical application and promotion.
[Key words] Locking plate external fixation； External fixation； Fracture
骨折是临床中较为常见的一种创伤性疾病，主要是指患者在外力剧烈冲击下导致骨头完整性、连续性遭到破坏[1]。复位和固定能够有效防止骨折部位出现移位，促进康复进程。锁定钢板外置固定是一种新型的骨折固定方法，同外固定支架相比，应用效果更佳[2]。该研究就2015年4月―2016年1月100例骨折固定方式进行分析，探讨锁定钢板外置与外固定支架固定骨折的生物力学特性，现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取100根长度不同的牛腿骨，随机分为两组。对照组中，长度12～34 cm，平均长度（20.46±7.62）cm。观察组中，长度10～33 cm，平均长度（21.30±9.72）cm。两组在长度等方面差异无统计学意义（P>0.05），具可比性。
1.2 方法
①对照组选取骨外固定支架（型号：E10，材料：铝合金）。②观察组选取骨外锁定钢板（型号：LCLP 08型，尺寸：长297 mm，厚4.5 mm，材质：钛合金）。③分别将两组样本按各自方式固定后，放入电子万能试验机中进行测试。依次施加100 N、200 N、300 N、400 N、500 N以及600N的外力载荷，检测轴向压缩位移。④依次施加4 N.cm、6 N.cm、8 N.cm、10 N.cm、12 N.cm以及14 N.cm的扭力负载，检测扭转角度值。
1.3 观察指标
对比两组骨折标本在不同外力负载下的轴向扭转角度以及压缩位移。
1.4 统计方法
运用SPSS 19.0 统计学软件进行研究数据处理，两组骨折标本在不同负载下的轴向扭转、压缩位移应用均数±标准差（x±s）表示，配以t检验。P
2 结果
2.1 两组骨头样本不同外力载荷下压缩值比较
两组在施加100 N、200 N、300 N、400 N、500 N及600N载荷下的压缩值差异有统计学意义，且载荷越大，压缩值差异越大，差异有统计学意义（P
2.2 两组骨头样本不同外力载荷下轴向扭转角度比较
两组在施加4 N.cm、6 N.cm、8 N.cm、10 N.cm、12 N.cm及14N.cm外力载荷下轴向扭转差异明显，且载荷越大，扭转角度差异越大，差异有统计学意义（P
3 讨论
骨折是临床中十分常见的一种骨科疾病，具有发病率高、疼痛剧烈以及康复时间长等特点[3]。骨折疾病的致病机制较为明确，除了极少直接的暴力因素（如枪伤、炸伤等）以外，绝大多数患者是由于遭受到间接外力（如重物压砸、车辆撞击以及高处坠落等）的影响所致[4]。另外，研究数据显示[5]，长期、反复的骨损伤也会导致疲劳应力性骨折的发生，值得临床予以重视。骨折部位的复位和固定是临床治疗过程中非常重要的环节[6]。传统临床中主要是通过外固定支架进行固定，但体积庞大，影响日常生活，其生物力学性能也不能满足要求，临床治疗效果欠佳[7]。锁定钢板外置固定是一种新型的骨折固定方法，主要是通过钛合金钢板与锁定螺丝保证了骨折部位固定的稳定性和牢固程度。与此同时，锁定钢板体积小、重量轻，进一步提高了患者的日常生活质量。
该研究结果显示，两组在施加100 N、200 N、300 N、400 N、500 N以及600 N的外力载荷下的压缩值差异明显，并且所施加载荷越大，压缩值差异越大，说明锁定钢板外置固定的轴向压缩性能更好；两组在施加4 N.cm、 6 N.cm、8 N.cm、10 N.cm、12 N.cm以及14 N.cm外力载荷下的轴向扭转差异明显，并且所施加外力载荷越大，扭转角度差异越大，而在谭进红等 [8]研究结果中，锁定钢板外置固定在外力载荷4 N.cm时，轴向扭转角度为（23.1±8.5）°，外力载荷6 N.cm时，轴向扭转角度为（44.1±10.1）°，均明显高于外固定支架轴向扭转角度的（12.6±3.5）°以及（24.5±11.4）°。说明同常规固定支架固定相比，锁定钢板外置固定方式的轴向扭转生物力学性能更佳。
综上所述，锁定钢板外置方式同常规外固定支架相比，固定强度更高，生物力学性能更好，临床应用效果更加显著，值得积极推广和应用。
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