均匀化理论及其在生物力学中的应用

在线弹性理论的范围内,简要介绍了新近发展起来的均匀化理论（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ）,并引入了误差分析方面的一些研究成果．由于均匀化理论可以详尽地考虑材料的微观结构,在生命器官组织的细观力学研究中会起到推动作用．作为应用实例,本文介绍了均匀化理论在密质骨力学性能的数值模拟中的应用．      

反演在骨生长方程参数识别中的应用

基于BFGS算法,根据自行设计的动物实验,得到在不同应力环境中,快速生长期大鼠股骨生 长与重建过程中骨密度实测数据,采用反演数值方法,获取了骨生长方程中随时间变化的 生物参数B和K. 通过正演验证,表明所建立的基于BFGS算法的参数识别方法具有较好的 稳定性和较高的识别精度,能够反演出比较切合实际的生物参数数值. 研究表明,反问 题方法是解决生命现象不可测性和未知性问题的有效手段,把反演方法应用到骨生长与重建 等生命现象的研究中,可确定、修正预设的数学模式,为数值量化骨适应生物模型的建立提 供了一条可行的途径.     

双侧下颌支矢状劈开截骨术后患者可施加合适咬合力的数值研究

双侧下颌支矢状劈开截骨术在临床手术中广泛用于治疗缩颌、凸颌和颌面不对称患者的颌面畸形症状。本文用数值方法研究双侧下颌支矢状劈开截骨术并前移下颌骨后患者可施加的合适咬合力。首先,用缩颌患者的CT断层扫面数据建立下颌骨、关节盘、关节窝和相关软组织的高度几何相似性的几何模型;然后,用有限元模型模拟双侧下颌支矢状劈开截骨术后患者的咬合过程。通过分析发现,术后关节盘上的位移处于正常的范围,而应力却远远超过正常范围,因此,将应力因素作为确定术后患者可施加的合适咬合力的标准。当施加正常咬合力的25%时,关节盘上的应力分布和术前没有显著性差异,同时下颌骨上的应力水平也处于正常范围。     

切应力对牛骨蠕变变形的影响研究

骨尤其是湿骨,在恒定载荷作用下会发生蠕变变形。为了确定切应力是否影响骨的蠕变变形,采用对骨薄板试样分别施加集中载荷和均布载荷的方式,测量试样挠度实时的变化曲线。结果显示,在载荷恒定时,骨试样的挠度随时间不断增加,体现了典型的蠕变特性。集中荷载下骨的蠕变变形远大于均布荷载下骨的蠕变变形,湿骨的蠕变位移比干骨高近7倍。分析认为,对试样粘弹性性质的影响不仅有正应力的作用,也有切应力的作用;切应力产生的蠕变变形约为正应力所产生蠕变变形的0.85倍。     

利骨素协同尼尔雌醇干预去卵巢大鼠骨元素代谢紊乱及其机制

通过测定骨元素含量和血清相关激素及白细胞介素-6水平,探讨了尼尔雌醇和联合应用尼尔雌醇＋利骨素对去卵巢大鼠骨元素代谢的影响及其机制。将健康4月龄雌性SD大鼠24只随机分成4组：A组,假去卵巢组;B组,去卵巢组;C组,去卵巢＋CCE3（全量）组;D组,去卵巢＋CCE3（半量）＋利骨素。结果表明,与A组比较,B组大鼠骨Ca、Mg、S、Mn、Zn等含量显著降低,P含量显著增加;C组和D组均可使去卵巢大鼠骨Ca、Mg、S、Mn、Zn等含量显著回升,P含量显著回降,而D组的作用优于C组;血清相关激素的改变：与A组比较,B组大鼠,血清雌二醇（E2）,孕酮（P）,生长激素（GH）,降钙素（CT）促甲状腺激素（TSH）,甲状腺素（T4）,Cortisol等含量降低,卵泡刺激素（FSH）,黄体生成素（LH）,白细胞介素-6（IL-6）等含量升高,与B组比较,C组和D组大鼠,血清E2,P,GH,CT,TSH,T4,Cortisol等含量回升,FSH,LH,IL-6等含量回降。提示利骨素可协同尼尔雌醇改变去卵巢大鼠体内相关激素和细胞因子水平,是利骨素协同尼尔雌醇干预去卵巢大鼠骨元素代谢紊乱的重要机制。     

有机-无机复合骨修复材料

本文对近5年来有机/无机复合骨修复材料研究领域的进展进行了综述,根据材料组分的特点分析其在生物相容性、生物降解性、生物活性以及力学性能等方面的优缺点,同时探讨了目前骨修复材料领域存在的问题,并对今后人工骨替代材料的发展趋势作出了展望。     

一种骨小管中液体流动产生的流量及切应力模型

骨组织受力变形后其内部液体就会流动,同时在其微观结构——骨单元壁中扩散,并进一步产生一系列与骨液流动相关的物理效应,如流体剪切应力、流动电位等,这些物理效应被细胞感知并做出破骨或成骨等反应,来使骨适应外部载荷环境.鉴于骨组织产生的内部液体流动很难实验测定,理论模拟是目前的主要研究手段.基于骨单元的多孔弹性性质建立了骨小管内部液体的流动模型,该模型将骨单元所受的外部载荷与骨小管内部液体的压力、流速、流量和切应力联系起来,并进一步可以研究其力传导与力电传导机制.骨小管模型的建立分别基于中空和考虑哈弗液体的骨单元模型,并考虑了骨单元外壁的弹性约束和刚性位移约束两种边界条件.最终得到骨单元在外部轴向载荷作用下,骨小管内部液体的流量及流体切应力的解析解.结果表明:骨小管中的液体流量与流体切应力都正比于应变载荷幅值和频率,并由载荷的应变率决定.因此应变率可以作为控制流量和流体切应力的一种生理载荷因素.流量随着骨小管半径的增大而非线性增大,而流体切应力则随着骨小管半径的增大而线性增大.此外,在相同的载荷下,含哈弗液体的骨单元的模型中,骨小管中液体的流量和切应力均大于中空骨单元模型.     

TCP复合BMP-2促骨再生作用的研究

目的探讨TCP复合BMP-2促骨再生作用,为临床BMP-2的应用提供参考。方法利用16只雄性Wistar大鼠建立大鼠颅盖骨临界骨缺损模型,制备TCP支架及TCP复合BMP-2支架,并分别植入到动物模型的骨缺损处,术后12周测定新生骨形成面积并进行比较。结果所有实验动物无一死亡,全部存活,伤口愈合良好,未见感染症状。术后12周,TCP复合BMP-2组骨密度为(475.32±19.20)mg/cm2,而单纯TCP组明骨密度为(124.25±13.64)mg/cm2,两组比较TCP复合BMP-2组的成骨效果明显较TCP组为佳,差异显著有统计学意义(P0.05)。结论所制备的TCP复合BMP-2能改进单纯TCP的促成骨效果,具有良好的成骨活性,促进骨修复。     

骨靶向抗肿瘤药物中间体N-Boc-N’-3,3-双(二乙氧膦酰基)丙基甘氨酰胺的合成

采用缩合、Michael加成、氢化还原和偶联等多步应合成了骨靶向抗肿瘤药物的关键中间体——N-Boc-N’-3,3-双(二乙氧膦酰基)丙基甘氨酰胺,其结构经1H NMR,13C NMR,IR和MS确证。     

大豆异黄酮对骨质疏松模型大鼠骨量及微观结构的影响

为研究大豆异黄酮（SI）对骨质疏松模型大鼠骨量及微观结构的影响,将46只雌性SD大鼠双侧摘除卵巢,术后一周按血清总胆固醇水平随机分为5组,分别给予雌激素,低、中、高剂量SI干预并设正常对照组,实验周期为12周,灌胃给药,每周称质量一次,分别在去卵巢、给药4、8周处死时抽取尾静脉血,实验结束后分别测定血清碱性磷酸酶（AKP）活性及骨密度等指标。结果表明,高剂量SI干预对维持大鼠骨密度的作用与雌激素相似,去卵巢后干预SI可提高碱性磷酸酶（AKP）活性并能缓解因去卵巢造成的骨丢失,全视野下骨形态学以雌激素组、高剂量SI干预组与正常组结构最为接近。提示大豆异黄酮对骨质疏松模型大鼠的骨量及微观结构存在一定影响,中、高剂量干预可使骨质疏松模型大鼠血清AKP酶活性增加、逆转因去势造成的骨密度下降,考虑到植物雌激素与哺乳动物的雌激素受体（ER）结合能力低下,采用SI在临床开展干预的剂量与远期效果尚待进一步论证。