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力学载荷下大鼠激素性股骨头坏死的改变

中国组织工程研究与临床康复 2010年第11期14卷 1963-1966页

作者：王志钢马信龙天津医科大学总医院骨科天津市300052

背景:力学载荷下大鼠激素性股骨头坏死表现更为典型。目的:建立大鼠激素性股骨头坏死正常负重和超负重模型,对使用激素后不同时段大鼠股骨头进行观察,探究在力学载荷下大鼠激素性股骨头的相关改变。方法:4月龄健康Wistar大鼠随机分成实... 详细信息

背景:力学载荷下大鼠激素性股骨头坏死表现更为典型。目的:建立大鼠激素性股骨头坏死正常负重和超负重模型,对使用激素后不同时段大鼠股骨头进行观察,探究在力学载荷下大鼠激素性股骨头的相关改变。方法:4月龄健康Wistar大鼠随机分成实验组和对照组。两组大鼠均臀肌注射地塞米松磷酸钠(20mg/kg),1次/周,共计8周。实验组,置于1km/h跑步机中,强迫其跑动,形成股骨头坏死超负重模型;对照组,生理状态下正常负重。分别于2,4,6,8周处死大鼠,取右侧股骨头标本,于EnduraTEC ELF3200生物力学材料动态力学性能测试系统行压力测定,计算样本纵向最大位移、刚度吸收等生物力学参数,计算空骨陷窝数,并行免疫组织化学法Bcl-2染色,比较不同组之间的累计吸光度值。结果与结论:实验组8周时病理学呈股骨头坏死表现,各个时期股骨头骨小梁宽度、刚度均低于同期对照组;最大形变均高于同期对照组(P力学载荷使骨细胞凋亡明显,软骨细胞坏死修复增加,并增多骨小梁断裂,不利于保护骨小梁的完整性,成为引起激素性股骨头坏死塌陷的直接外部因素,并出现更显著的股骨头坏死表现。

关键词：股骨头坏死力学载荷激素骨组织工程生物力学

不同强度周期性动态力学载荷对微重力下骨质疏松的影响

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医用生物力学 2017年第1期32卷 83-87,102页

作者：韩标张新昌李昊张西正军事医学科学院卫生装备研究所天津300161

目的探讨生理性周期动态力学载荷与过载对微重力致骨质疏松的作用及影响,为宇航员长时间外太空活动发生的相关骨科疾病寻找一种简便的预防或治疗方案。方法利用尾吊的方法模拟太空微重力环境,建立小鼠骨质疏松模型。32只C57BL/6J正常小... 详细信息

目的探讨生理性周期动态力学载荷与过载对微重力致骨质疏松的作用及影响,为宇航员长时间外太空活动发生的相关骨科疾病寻找一种简便的预防或治疗方案。方法利用尾吊的方法模拟太空微重力环境,建立小鼠骨质疏松模型。32只C57BL/6J正常小鼠随机分为正常组、尾吊组、生理性载荷组和过载组;尾吊的同时对两施加力学载荷组小鼠左侧胫骨进行周期性动态力学加载。实验4周后对比分析各组小鼠后肢胫骨力学性能、骨小梁微观参数、生化指标以及成骨相关基因表达结果。结果与正常组相比,尾吊组小鼠胫骨松质骨大量流失,胫骨生物力学性能明显降低,骨微观结构严重破坏、成骨活性显著减弱。生理性载荷可使骨力学性能及骨小梁微观结构有明显的改善,成骨活性增强、相关基因表达显著上调(P0.05)。结论尾吊可成功模拟微重力环境,复制骨质疏松模型;生理性载荷可有效对抗微重力致骨质疏松的发生与发展;过载也能使得微重力所致骨质疏松有所改善,但是结果与尾吊组相比没有显著性差异。

关键词：做重力骨质疏松尾吊力学载荷对抗作用

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力学载荷促进软骨传质的仿真研究

力学载荷促进软骨传质的仿真研究

作者：姜俊天津理工大学

学位级别：硕士

关节软骨呈乳白淡蓝色,表面光滑且半透明,有光泽,具有多种多样无可替代的独特功能和重要作用。但是关节软骨是临床疾病多发部位,并且关节软骨自身恢复能力低。关节软骨缺损经常造成关节功能障碍等疾病,从而影响人们的正常活动和日常生... 详细信息

关节软骨呈乳白淡蓝色,表面光滑且半透明,有光泽,具有多种多样无可替代的独特功能和重要作用。但是关节软骨是临床疾病多发部位,并且关节软骨自身恢复能力低。关节软骨缺损经常造成关节功能障碍等疾病,从而影响人们的正常活动和日常生活。故对软骨传质的研究成为了国内外的热点。正常软骨的传质过程需要在一定的外界载荷作用下进行。本文采用有限元数值模拟分析关节软骨在力学载荷作用下的传质,根据仿真结果研究不同载荷作用下传质的规律,为临床疾病治疗和组织修复等提供科学依据。根据传质理论中的斐克第二定律,质量守恒定律以及传热和传质在数值上的等效,提出了软骨传质的仿真方案,运用有限元软件ANSYS建立软骨模型,对模型施加静态压缩,并将仿真结果与实验结果对比,两者具有较好的相关性,表明了模拟方法的正确性。基于静态压缩时的仿真模型,研究动态压缩对软骨传质的影响以及动态压缩参数对传质的影响。结果表明:①软骨施加载荷之后,软骨传质速度比静置时加快了很多。②动态压缩载荷作用下,在初期软骨传质在深层和中间层的速度十分缓慢,而浅表层的传质速度很快,但随着时间的增加,浅表层浓度增长缓慢,趋于稳定的浓度值,而中间层和深层增速加快。③压缩幅值相同时,静态压缩与动态压缩相比,软骨内部溶质更容易扩散。④动态压缩振幅增加时,软骨内溶质浓度随时间均为上升趋势,浅表层增加明显,但随着幅值的增加,溶质扩散受到抑制,且幅值越大,抑制作用越明显。⑤动态压缩频率增加,有利于软骨各层溶质扩散,频率越大,扩散速度增加越明显,浅表层变化明显。对滑动载荷作用下软骨传质规律进行研究,得出以下结论:①在初期软骨传质在深层的速度相对缓慢,而在中间层和浅表层的传质速度较快。但随着时间的增加,浅表层浓度增长缓慢,趋于稳定的浓度值,中间层增速也有所下降,然而深层传质速度的增加十分明显。②滑动载荷作用压缩量增加时,软骨内溶质浓度随时间均为上升趋势,但随着压缩量的增加,对溶质扩散有抑制作用,其中中间层的抑制作用最大,深层的抑制作用最小。③滑动速度的增加,有利于软骨各层溶质扩散,其中中间层和深层的扩散速度增加十分明显。仿真结果为今后进一步研究提供了一定的理论基础。研究不同模型对仿真结果的影响,发现:①在运用ANSYS进行仿真时,分层和不分层对软骨传质研究的影响很小。为了操作简便,提高效率,可以不对软骨进行分层。②在运用ANSYS进行仿真时,三维模型与二维模型存在差异,由于三维模型的建立和载荷的施加更接近于真实情况,所以在研究软骨传质时,应优先考虑三维模型,提高计算的准确度。仿真结果为下一步仿真模拟时模型的选择提供了一定的基础。

关键词：关节软骨溶质扩散力学载荷有限元仿真分析

力学载荷与CKIP-1基因缺失对抗微重力下骨质疏松的实验研究

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力学载荷与CKIP-1基因缺失对抗微重力下骨质疏松的实验研究

作者：韩标中国人民解放军军事医学科学院

学位级别：硕士

研究背景骨质疏松症(OP,osteoporosis)主要是因为骨重塑过程平衡被打破,骨形成与骨吸收过程中后者占主导地位,导致骨量减少、骨微结构破坏、骨折概率增大的一种严重危害患者生命健康的骨代谢疾病。大量研究表明,酪蛋白激酶2相互作用蛋白... 详细信息

研究背景骨质疏松症(OP,osteoporosis)主要是因为骨重塑过程平衡被打破,骨形成与骨吸收过程中后者占主导地位,导致骨量减少、骨微结构破坏、骨折概率增大的一种严重危害患者生命健康的骨代谢疾病。大量研究表明,酪蛋白激酶2相互作用蛋白1(casein kinase 2-interacting protein-1,CKIP-1)在骨组织增殖、分化过程中起重要作用,其主要与泛素连接酶Smurf1相互作用进而影响骨生长的过程;近年来,大量研究证明力学环境与骨组织生长状况关系十分密切,力学载荷越来越受到大家的关注,尤其是在成骨效应方面。研究目的通过尾吊饲养方法模拟失重环境,进而建立失重性骨质疏松的小鼠模型,研究小鼠胫骨轴向生理性载荷(2500με)与过载(5000με)以及CKIP-1基因敲除对骨质疏松的对抗与治疗作用;希望为临床治疗骨科相关疾病,尤其是太空环境下微重力导致的失重性骨疏松提供一种新的预防或治疗方法,为长期在太空飞行的航天员预防保健提供专业的参考意见和理论基础。研究方法1.骨质疏松模型的建立:将2-3月龄C57BL/6J小鼠随机分为2组,对照组(Normal)、尾吊组(TS),适应性饲养1W后,对照组常规饲养,尾吊组进行鼠尾悬吊饲养,实验周期为4W,试验结束后分别检测两组小鼠胫骨微观参数、力学性能、血生化指标等,观察建模结果。2.不同强度周期性动态力学载荷对微重力下骨质疏松的作用:将2-3月龄C57BL/6J小鼠随机分为4组,对照组(Normal)、尾吊组(TS)、尾吊+生理性载荷组(Loading)、尾吊+过载组(Overloading),适应性饲养1W后,对照组正常饲养,其他各组尾吊饲养4周。尾吊期间,尾掉组小鼠不作其他处理,生理性载荷组小鼠后肢左侧胫骨施加周期性动态力学载荷(使其胫骨中段受到的峰值应变约为2500με),过载组小鼠后肢左侧胫骨施加力学载荷产生的微应变约为5000με。加载时间为20 min,加载频率为15 Hz,1次/3d。试验周期结束后,处死小鼠,断头取血,静止10min后,3000r/min离心30min,取上层血清﹣80℃保存,以备后用。同时,剥离出小鼠后肢离体胫骨,液氮中保存。采用小动物活体计算机断层扫描系统skyscan1076进行microct扫描实验进行骨小梁微观结构检测;干骺端三点弯曲力学实验检测小鼠胫骨骨组织宏观力学性能;血清akp与bgp含量检测成骨活性;实时荧光定量pcr技术检测相关成骨基因表达情况。3.生理性载荷与ckip-1基因敲除对抗微重力下骨质疏松的作用:将2-3月龄c57bl/6j小鼠随机分为2组,尾吊组(ts)、尾吊+生理性载荷组(loading);同时将ckip-1基因敲除小鼠随机分为2组,尾吊组(记为ko)、尾吊+生理性载荷组(记为ko+loading),这样得到共4组小鼠。适应性饲养1w后,对照组正常饲养,其他各组尾吊饲养4周。尾吊期间,尾掉组小鼠不作其他处理,生理性载荷组小鼠后肢左侧胫骨施加周期性动态力学载荷(使其胫骨中段受到的峰值应变约为2500με)。加载时间为20min,加载频率为15hz,1次/3d。试验周期结束后,处死小鼠,断头取血,静止10min后,3000r/min离心30min,取上层血清﹣80℃保存,以备后用。同时,剥离出小鼠后肢离体胫骨,液氮中保存。采用小动物活体计算机断层扫描系统skyscan1076进行microct扫描实验进行骨小梁微观结构检测;干骺端三点弯曲力学实验检测小鼠胫骨骨组织宏观力学性能;血清akp与bgp含量检测成骨活性;实时荧光定量pcr技术检测相关成骨基因表达情况。实验结果(1)骨质疏松模型评价:小鼠尾吊4周后,与正常饲养小鼠相比,尾吊组小鼠骨组织大量流失,骨生物力学性能明显降低,骨微观结构发生破坏、成骨活性显著减弱,说明成功复制了骨质疏松模型。(2)不同强度周期性力学载荷对微重力下骨质疏松的影响:相比尾吊组,生理性载荷组改善了小鼠胫骨的宏观力学性能(p力学性能下降,但作用不明显(p>0.05)。对小鼠后肢胫骨施加2500微应变后,与尾吊组相比,生理性载荷组小鼠胫骨微观结构得到了显著改善(p0.05)。施加周期性动态力学载荷可增强成骨活性,并抑制微重力致骨质疏松的发生与发展。其中,生理性载荷作用显著(p0.05)。生理性载荷可以有效上调bmp-1、col-i、akp的表达,增强成骨作用(p0.05)。(3)生理性载

关键词：微重力环境尾吊试验失重性骨质疏松 CKIP-1 力学载荷对抗作用

长时间力学载荷抑制体外培养成骨细胞的增殖和分化

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中国运动医学杂志 2015年第7期34卷 675-680页

作者：郭勇王亮汪洋赵玉敏张新昌张西正贝朝涌桂林医学院生物技术学院基础医学院广西桂林541004 军事医学科学院卫生装备研究所桂林医学院附属医院骨科

目的：观测长时间生理强度力学载荷对体外培养小鼠成骨前体细胞MC3T3-E1增殖和成骨分化的影响,探讨长时间生理载荷影响骨组织的细胞生物学机理。方法：采用四点弯曲加载装置,向成骨前体细胞MC3T3-E1施加2000微应变（με）、0.5 Hz的周... 详细信息

目的：观测长时间生理强度力学载荷对体外培养小鼠成骨前体细胞MC3T3-E1增殖和成骨分化的影响,探讨长时间生理载荷影响骨组织的细胞生物学机理。方法：采用四点弯曲加载装置,向成骨前体细胞MC3T3-E1施加2000微应变（με）、0.5 Hz的周期性张应变,持续时间为0-24 h。然后采用MTT法检测细胞增殖活性;Annexin V-FITC/PI流式细胞术检测细胞凋亡;比色法检测碱性磷酸酶（ALP）和乳酸脱氢酶（LDH）活性;RT-PCR检测ALP、骨钙蛋白（OCN）、I型胶原（Col I）的m RNA表达;免疫印迹法检测OCN和Col I蛋白,以及骨形成蛋白表达。结果：短时间的力学载荷（12 h以内）对成骨前体细胞的增殖无影响,24 h的力学载荷抑制成骨细胞增殖活性,但效果不显著;0-24 h的力学载荷均对成骨细胞的凋亡率无明显影响。短时间力学载荷可提高ALP活性和ALP m RNA表达,12 h后开始下降;短时间的力学载荷可提高OCN和Col I的m RNA和蛋白水平,但载荷作用24 h后,OCN和Col I的蛋白表达开始降低。0-8 h的载荷促进骨形成蛋白2和4的表达,12 h载荷后,蛋白表达降低。另外,长时间载荷可提高细胞培养上清的LDH活性。结论：长时间的生理力学载荷对细胞增殖的抑制作用不显著,对细胞凋亡也没有明显影响,但可显著促进细胞坏死,并抑制细胞成骨分化。

关键词：力学载荷成骨细胞增殖分化凋亡坏死

动态力学载荷下成骨细胞/3D打印复合支架材料三维培养模型的研究

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动态力学载荷下成骨细胞/3D打印复合支架材料三维培养模型的研究

作者：宋秀钢天津医科大学

学位级别：硕士

目的:由于临床上对骨修复体的需求量呈现快速增长,利用骨组织工程的方法研究并开发出骨缺损修复体,采用低温三维打印联合冷冻干燥技术制备丝素/胶原/纳米羟基磷灰石复合支架,构建成骨细胞的三维培养模型,观察动态力学载荷对低温3D打印... 详细信息

目的:由于临床上对骨修复体的需求量呈现快速增长,利用骨组织工程的方法研究并开发出骨缺损修复体,采用低温三维打印联合冷冻干燥技术制备丝素/胶原/纳米羟基磷灰石复合支架,构建成骨细胞的三维培养模型,观察动态力学载荷对低温3D打印联合冷冻干燥法制备的三维仿生复合支架材料内MC3T3-E1细胞增殖、分化、成骨特异性基因表达的影响,并采用酶解法研究复合支架的降解性能,为骨组织工程支架材料能够运用到临床提供理论依据。方法:1.丝素/I型胶原/纳米羟基磷灰石复合支架的制备:将丝素/胶原/纳米羟基磷灰石按质量比为3:9:2混合,采用低温3D打印联合冷冻干燥技术制备三维多孔支架,Co60灭菌后-20℃保存备用。2.丝素/I型胶原/纳米羟基磷灰石复合支架理化性能检测:用Micro-CT对复合支架进行扫描,三维重建后得出复合支架的微观结构参数;用SEM观察复合支架表面的形态;用Instron5865材料力学试验机检测复合支架的力学性能。3.构建成骨细胞的三维培养模型:将MC3T3-E1成骨细胞接种至复合支架上,采用智能材料-压电陶瓷加载装置对支架材料进行动态力学加载,加载参数为(3500με,1Hz,15min/d)。4.复合支架细胞相容性检测:通过HE染色、SEM观察成骨细胞在复合支架上的生长情况,MTT法检测成骨细胞在复合支架上的增殖情况,Western blot法检测特异蛋白表达,qPCR法检测特异基因表达。5.复合支架的降解性能:将复合材料置于1U/ml的Collagenase-IA缓冲溶液(pH7.4,37℃)中进行体外降解。计算降解率,用SEM观察复合支架降解之后的表面结构变化。结果:1.利用三维打印技术制备的丝素/胶原/纳米羟基磷灰石复合支架,内部呈现孔隙网状结构,孔隙连通性良好,孔隙率(91.8184±3.48)%,大孔直径为(504.32±17.62)μm,微孔直径为(62.29±16.55)μm,弹性模量为(162.43±18.76)kPa。吸水膨胀率(1341.85±63.35)%,2.复合培养7、14 d,两组HE染色及扫描电镜均见细胞在支架内部生长,主要分布在支架孔壁周围,其中实验组细胞较对照组增多,且细胞由梭形变为扁平状。除200倍镜下14 d时两组细胞计数差异无统计学意义(p>0.05)外,其余不同放大倍数下各时间点组间比较差异均有统计学意义(p力学加载后明显促进成骨细胞在复合支架上的增殖。4.实时荧光定量PCR检测:实验组培养7、14 d时COL-Ⅰ、OCN mRNA相对表达量与对照组比较,差异有统计学意义(p0.05)。Western blot检测,实验组培养7、14 d时COL-Ⅰ、BMP-2、OCN蛋白相对表达量与对照组比较,差异均有统计学意义(p载荷明显促进了成骨细胞的增殖。2.通过qPCR及Western-Blot检测BMP-2、COL-I、OCN的mRNA和蛋白表达的结果显示3500με动态压缩载荷促进了成骨细胞在复合支架上的分化3.与二维培养条件相比,三维培养条件下更接近体内的真实情况,所以三维培养的结果更可靠。

关键词：丝素胶原羟基磷灰石成骨细胞力学载荷降解

力学载荷条件下EB-PVD热障涂层损伤行为研究

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装备环境工程 2016年第3期13卷 63-69页

作者：牟仁德王占考陆峰舒焕烜北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室北京100095 昆明理工大学冶金与能源学院昆明650093

目的研究力学载荷条件下EB-PVD热障涂层的损伤行为。方法采用电子束物理气相沉积工艺(EB-PVD)制备热障涂层(TBCs),利用SEM和体式显微镜对力学性能试验后带涂层试样的断口特征、裂纹形貌和金相组织进行观察,分析热障涂层在拉伸、持久和... 详细信息

目的研究力学载荷条件下EB-PVD热障涂层的损伤行为。方法采用电子束物理气相沉积工艺(EB-PVD)制备热障涂层(TBCs),利用SEM和体式显微镜对力学性能试验后带涂层试样的断口特征、裂纹形貌和金相组织进行观察,分析热障涂层在拉伸、持久和旋转弯曲疲劳等典型力学载荷条件下的损伤行为。结果在室温拉伸条件下,陶瓷层内先出现垂直于应力轴、沿柱状晶簇扩展的平行环状周向微裂纹,随着拉伸塑变量的增加,局部区域裂纹贯穿粘结层并进入合金基体;900℃高温拉伸条件下裂纹也产生于陶瓷层,但裂纹均钝化于粘结层与陶瓷层的界面,并穿透粘结层。在持久条件下,试样在弹性变形阶段涂层即发生开裂,随后沿着陶瓷层柱状晶簇间扩展,但未扩展至粘结层;在高温高周疲劳条件下,裂纹首先出现在粘结层,随后向基体逐渐扩展,扩展深度较浅,而基体疲劳裂纹在粘结层裂纹末端萌生并倾斜滑移扩展。结论提高粘结层韧性、减少粘结层中裂纹萌生和向基体扩展,是热障涂层材料和工艺优化的有效途径。

关键词：电子束物理气相沉积热障涂层损伤行为力学载荷

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力学载荷作用下合金的高温氧化行为研究状况

腐蚀科学与防护技术 2001年第6期13卷 342-346页

作者：钱余海李美栓张亚明中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016

综述了合金在力学载荷作用下的高温氧化行为 ,包括氧化动力学、合金的选择性氧化、内氧化、晶界氧化、氧化产物及氧化膜完整性等 .同时也简单地介绍了复杂应力如循环载荷。

关键词：力学载荷高温氧化合金

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力学载荷对破骨细胞凋亡的影响及其调节机制

国际生物医学工程杂志 2012年第4期35卷 234-237页

作者：郝庆新张西正天津军事医学科学院卫生装备研究所300161

破骨细胞是参与骨代谢的基本功能细胞之一。破骨细胞在骨重建过程中主要承担旧骨组织的破坏和吸收，因此，破骨细胞凋亡的微小变化都可能会改变骨重建的进程。调节破骨细胞凋亡的因素有很多，如雌激素、二磷酸盐等生物化学因素，但力学... 详细信息

破骨细胞是参与骨代谢的基本功能细胞之一。破骨细胞在骨重建过程中主要承担旧骨组织的破坏和吸收，因此，破骨细胞凋亡的微小变化都可能会改变骨重建的进程。调节破骨细胞凋亡的因素有很多，如雌激素、二磷酸盐等生物化学因素，但力学载荷对于破骨细胞生物学活性影响的研究相对较少。综述了力学载荷对破骨细胞生物学活性的影响以及细胞凋亡与破骨细胞凋亡的调节。

关键词：力学载荷破骨细胞凋亡调节