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生物力學(xué)的研究范文第1篇

關(guān)鍵詞：屈光性近視；軸性近視；生物力學(xué)機(jī)制

近20年來，我國近視眼患病率在急劇的增加，全國近視患者已超過3億，在世界排名僅次于“近視第一大國”——日本。近視已成為倍受人們關(guān)注的公共健康問題，認(rèn)知近視眼的發(fā)病機(jī)制正是解決該問題的關(guān)鍵所在。從近30年來近視眼研究來看，科學(xué)家們進(jìn)行了大量的近視動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)，對近視的發(fā)生、發(fā)展有了進(jìn)一步了解。特別在形覺剝奪性近視、遺傳基因定位及近視眼生物化學(xué)物質(zhì)改變等方面有較深入的研究。也有學(xué)者嘗試了生物力學(xué)視角的研究，但是目前還沒有生物力學(xué)模型能解釋所有眼的調(diào)節(jié)機(jī)制。因此需要對人眼調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行有關(guān)生物力學(xué)的基礎(chǔ)研究，建立人眼調(diào)節(jié)機(jī)制的生物力學(xué)模型，為屈光的研究提供一種新的技術(shù)方法。

1.屈光性近視的力學(xué)機(jī)制

目前，解釋調(diào)節(jié)機(jī)制的經(jīng)典松弛理論[1]認(rèn)為：調(diào)節(jié)時(shí)睫狀肌的環(huán)形纖維收縮、懸韌帶松弛、晶狀體變凸出、屈光力增強(qiáng)、睫狀突和晶狀體赤道部接近。調(diào)節(jié)緊張理論[2]認(rèn)為：調(diào)節(jié)是由晶狀體赤道部受到張力牽引而產(chǎn)生，至少一部分晶狀體懸韌帶處于緊張狀態(tài)、晶體中央變凸出周邊變平、屈光力增加，并從物理數(shù)學(xué)模型、尸眼解剖、臨床觀察等方面進(jìn)行論證。盡管兩種理論存在一定的差別，但是兩種理論都認(rèn)可人眼的調(diào)節(jié)過程通過三部分眼內(nèi)組織完成。睫狀肌的收縮，睫狀肌的收縮使附著在睫狀突上的懸韌帶張力發(fā)生改變，懸韌帶張力的變化使晶體的形狀發(fā)生變化，晶體形狀的變化使人眼的屈光力發(fā)生變化，完成調(diào)節(jié)過程。

晶狀體的調(diào)節(jié)主要由睫狀肌、懸韌帶以及晶狀體三部分來實(shí)現(xiàn)，其生物力學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制的研究基本上從這三方面來展開?！罢{(diào)節(jié)本身不僅是傳統(tǒng)意義上的睫狀肌收縮和晶狀體變凸出，同時(shí)還伴有晶狀體的相對前移調(diào)節(jié)，對眼的幾乎所有屈光構(gòu)成因素有著顯著的影響，視近活動(dòng)的累積效應(yīng)是兒童近視眼發(fā)生的主要原因”[3]?！皯翼g帶具有一定的張力，懸韌帶在拉斷之前平均能被拉長4.48±1.78mm，隨著年齡的增長，懸韌帶的張力隨年齡的增加而減少”[4]。不同屈光狀態(tài)對睫狀肌的動(dòng)力學(xué)影響，睫狀肌遠(yuǎn)點(diǎn)肌肉張力在不同眼屈光狀態(tài)為一穩(wěn)定值，且隨眼靜態(tài)屈光度的增加而降低。

由以上的理論研究，我們看以看到睫狀肌與晶狀體的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。對于涉及到的肌肉的運(yùn)動(dòng)，我們可以嘗試從力學(xué)的視角來對屈光不正來進(jìn)行解讀，從而推測屈光性近視產(chǎn)生的原因。筆者認(rèn)為，屈光不正主要是由于晶狀體變凸出，光線聚焦在了視網(wǎng)膜的前方，形成屈光性近視。其生物力學(xué)機(jī)制可解釋為：長時(shí)間的近距離作業(yè)造成了睫狀肌痙攣，并長期處于緊張狀態(tài)，從而使懸韌帶長期處于松弛狀態(tài)，晶狀體不能變凹，也就形成了屈光性近視。

2.軸性近視的力學(xué)機(jī)制

基于理性分析，認(rèn)為鞏膜強(qiáng)度減弱、眼外肌壓迫眼球使眼內(nèi)壓增高等是造成高度近視的原因。但后來的臨床及實(shí)驗(yàn)研究未能找出相應(yīng)的證據(jù)。對眼球進(jìn)行了生物力學(xué)理論分析，認(rèn)為“在后部鞏膜的應(yīng)力分布不均，由于上、下斜肌的附著點(diǎn)接近視神經(jīng)，在調(diào)節(jié)輻揍時(shí)對后部鞏膜產(chǎn)生剪切作用，造成后部鞏膜延長”[5]。“眼外肌的強(qiáng)直性收縮引起玻璃體內(nèi)壓力升高，在近視的形成中也具有明顯作用”[6]。由此，我們不難看出，人們在生物力學(xué)的領(lǐng)域已經(jīng)展開了對近視眼形成機(jī)制的研究，研究的重心在于力學(xué)的作用點(diǎn)—鞏膜。只有對鞏膜形變及異化的機(jī)制研究清楚，才能為近視眼的矯正奠定基礎(chǔ)。

“軸性近視直接與鞏膜形變密切相關(guān)，因此鞏膜、角膜的生長及異化只能表現(xiàn)為眼球壁的不斷增厚，不能促成眼軸的延長”[7]。因此眼球的生長必須依賴于眼內(nèi)壓對球壁組織張力，才能形成膨脹性生長。“在同等應(yīng)力的作用下，前部鞏膜的變形最小，赤道部的次之，后部鞏膜最大，且高度近視患者的后鞏膜承受應(yīng)力較常人脆弱”[8]。后鞏膜加固術(shù)能加強(qiáng)薄弱的后鞏膜，從而達(dá)到抑制軸性近視發(fā)展的效果。近視眼鞏膜的組織病理學(xué)改變早于生物力學(xué)特性的改變，并且實(shí)驗(yàn)性近視眼的鞏膜彈性差，易發(fā)生變形，具有較低的承載能力。這些觀點(diǎn)都從某一視角對鞏膜做了研究，還需要有待進(jìn)一步的研究。

另外，實(shí)驗(yàn)性近視眼后極部鞏膜變薄，膠原纖維發(fā)生退行性變化即異化（鞏膜重塑），而這也是近視眼鞏膜彈性差、容易發(fā)生變形、具有較低的承載能力的病理基礎(chǔ)?！办柲こ衫w維細(xì)胞胞外基質(zhì)的代謝、細(xì)胞因子的表達(dá)及自身生物力學(xué)性質(zhì)等決定鞏膜的生物學(xué)和生物力學(xué)性質(zhì)。在近視的發(fā)生及治療過程中，伴隨有鞏膜及鞏膜成纖維細(xì)胞的力學(xué)——生物學(xué)特性的變化”[9]。這些理論都為鞏膜重塑的生物力學(xué)機(jī)制提供了充分的理論依據(jù)。

筆者認(rèn)為，軸性近視的形成是建立在屈光性近視的基礎(chǔ)之上，當(dāng)晶狀體的不能正常調(diào)節(jié)已經(jīng)不足以適應(yīng)長期的近距離作業(yè)的刺激時(shí)，眼球就會(huì)發(fā)生新的變化，及鞏膜的異化，從而導(dǎo)致眼球的形變，這種形變與眼外肌有密切的關(guān)系。由于長期的近距離作業(yè)，眼外肌的分作用力會(huì)破壞眼內(nèi)壓平衡，最終促進(jìn)眼軸變長，形成軸性近視。

3.結(jié)論

3.1作為現(xiàn)代文明的產(chǎn)物，近視眼的發(fā)生已呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢。對于近視形成機(jī)制，近30年來在形覺剝奪性近視、遺傳基因定位及近視眼生物化學(xué)物質(zhì)改變等方面有較深入的研究，生物力學(xué)方面的研究相對較淺。

3.2屈光性近視的力學(xué)研究集中于睫狀肌、懸韌帶以及晶狀體的力學(xué)參數(shù)變化，根據(jù)參數(shù)變化嘗試建立參數(shù)模型，從而糾正屈光性調(diào)節(jié)的理論機(jī)制。

3.3軸性近視的力學(xué)研究集中于力學(xué)的作用點(diǎn)—鞏膜。通過對鞏膜形變以及異化的研究，人們期望找到矯正軸性近視的突破口。

3.4從力的作用來源視角出發(fā)，眼外肌的研究必不可少，但是往往難以著手。眼外肌可以控制眼球的運(yùn)動(dòng)，外在的間接研究或許可以為我們研究其力學(xué)機(jī)制提供一個(gè)新的思路。（作者單位：云南師范大學(xué)體育學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1] 高磊.調(diào)節(jié)對兒童屈光構(gòu)成因素的影響[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2000：1—60.

[2] 梁厚成.眼球及屈光不正相關(guān)眼病發(fā)病機(jī)制的生物力學(xué)研究[D].，第四軍醫(yī)大學(xué)1997：1—88.

[3] 王超英.高度近視眼鞏膜生物力學(xué)特性初步研究[J].眼科研究，2003，21（2）：113—115.

[4] 馬代金.后鞏膜加固術(shù)作用機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2005，14（10）：96—97.

[5] 周伊.眼球-眼外肌有限元模型的建立與力學(xué)分析[J]北京生物醫(yī)學(xué)工程，2006，25（3）：228—230.

[6] 張新.實(shí)驗(yàn)性近視眼鞏膜病理學(xué)與生物力學(xué)特性的改變[J].眼科新進(jìn)展，2012，32（11）：1017—1020.

[7] 張艷明.形覺剝奪性近視中鞏膜重塑機(jī)制的研究[J].眼科研究，2007，25（5）：390—392.

生物力學(xué)的研究范文第2篇

【關(guān)鍵詞】 力學(xué)原理；墊球；分析；訓(xùn)練

1前言

20世紀(jì)末排球競賽規(guī)則進(jìn)行了重大修改，特別是每球得分制的實(shí)施，比賽時(shí)間相對縮短，比賽節(jié)奏明顯加快，在高度緊張和激烈的對抗之中，運(yùn)動(dòng)員無論是身體還是精神從始至終處于高度的緊張狀態(tài)，對運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)提出了更高的要求。排球比賽是運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)、體能、心理等全方面的較量，運(yùn)動(dòng)員能夠成功的發(fā)揮自己的實(shí)際水平，在比賽中有效的組織進(jìn)攻，主要在于一傳能夠很好的處理每一個(gè)球，才能夠避免失分，并且有效的組織起進(jìn)攻，而且還能夠激勵(lì)隊(duì)員的士氣。在排球比賽中，墊球是主要用于接發(fā)球、接扣球、接攔回球以及防守和處理各種困難球的技術(shù)，是組織反攻的基礎(chǔ)，爭取少失分都具有重要意義。而且在扣球中，接扣球還能由被動(dòng)為主動(dòng)，穩(wěn)定情緒，鼓舞士氣，促進(jìn)排球攻防平衡的重要手段。是每一個(gè)排球運(yùn)動(dòng)員必須熟練掌握的一項(xiàng)排球基本功。墊球過程中，應(yīng)當(dāng)遵循一定的生物力學(xué)原理，因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ?，作用力與反作用力必定成對出現(xiàn)，在墊球過程中如果不遵循力學(xué)規(guī)律，勢必會(huì)導(dǎo)致將球墊飛或者下網(wǎng)的現(xiàn)象出現(xiàn)，影響自己的士氣，甚至直接影響比賽成績。本文采取了搜集資料和對照實(shí)驗(yàn)的方法僅對排球中墊球的基本技術(shù)發(fā)表自己的一點(diǎn)看法，文章僅供參考。

研究目的：闡述生物力學(xué)原理在排球墊球動(dòng)作中占有很重要的地位，使運(yùn)動(dòng)員重視理論與實(shí)踐相結(jié)合，以提高運(yùn)動(dòng)成績。

研究方法：對比實(shí)驗(yàn)法 資料分析法

2 在比賽中上臂墊球基本姿勢的生物力學(xué)分析

2.1比賽中墊大力量球的生物力學(xué)分析

在墊球的過程中，首先要做好基本的墊球準(zhǔn)備動(dòng)作，處理各種情況下的來球。根據(jù)力學(xué)作用力與反作用力的性質(zhì)：兩個(gè)物體之間的作用總是相互的，一個(gè)物體對另一個(gè)物體有力的作用,后一個(gè)物體一定同時(shí)對前一個(gè)物體有力的作用.物體間相互作用的這一對力,通常叫做作用力與反作用力.我們來球?qū)ι媳鄣牧凶鲎饔昧?上臂對球的作用力就叫反作用力.作用力和反作用力互為因果關(guān)系，沒有先后，沒有主次。說明來球的力有多大，它受到的反作用力也就有多大，對于力量大的球，只是單單的正面迎擊，很容易墊飛出界或者下網(wǎng)，我們應(yīng)當(dāng)對來球進(jìn)行力量、速度以及方向的分析，對大力量來球要適當(dāng)?shù)膶ζ渥鲆幌戮彌_，在技術(shù)動(dòng)作上稱之為卸力。下面對我校普通學(xué)習(xí)過排球的8名同學(xué)作如下實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)組經(jīng)過處理卸力墊擊大力量的球；對照組直接墊擊大力量的球，每人墊擊80次，得到的結(jié)果如（圖A-1，2）所示：

對來球直接墊擊的80個(gè)球：

對來球卸力處理的80個(gè)球

試驗(yàn)證明，對卸力處理的80個(gè)球的成功率明顯的比對直接墊擊的80個(gè)球的成功率大大的提高了。其原理可以表示為：作用力等于反作用力，但是經(jīng)過處理后反作用力等于作用力減去緩沖力（緩沖力為正值）。這說明：無論在比賽過程中，還是在訓(xùn)練過程中，其技術(shù)動(dòng)作都能夠遵循某一力學(xué)規(guī)律，巧妙的運(yùn)用力學(xué)原理處理技術(shù)上的問題，本身就是一個(gè)提高，將力學(xué)原理運(yùn)用到實(shí)踐中，就是技術(shù)的提高，而所謂的“球感”也可以說是運(yùn)動(dòng)員本人能夠下意識(shí)的利用力學(xué)原理來處理實(shí)踐中的問題了，這樣就能更有效的控制球，將球墊到理想的位置，為進(jìn)攻奠定良好的基礎(chǔ)，也就是掌握了墊球的生物力學(xué)原理。

下面對排球墊球的技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行生物力學(xué)分析：“在墊重球過程中，由于來球速度快，力量大，觸球后球體的自身的反彈力也大。因此不但不能直接迎擊來球，還應(yīng)采取含胸收腹的動(dòng)作，幫助手臂隨球后撤并適當(dāng)放松肌肉，以緩沖來球力量。同時(shí)，用手臂和手腕動(dòng)作來控制墊球的方向和角度。擊球的手型和部位，應(yīng)根據(jù)來球的情況而作變動(dòng)，當(dāng)擊球點(diǎn)稍高并靠近身體時(shí)，仍可用前臂墊球；當(dāng)擊球點(diǎn)底而距身體較遠(yuǎn)時(shí)，就要用曲肘翹腕的動(dòng)作把球墊在手腕上部?！?墊球過程中的“含胸”、“收腹”、“手臂隨球后撤”、等動(dòng)作都是卸力動(dòng)作，其目的和作用主要是用來緩沖大力來球的沖力，將球有效的控制住、組織進(jìn)攻，能夠有效的組織防守，是排球防守墊球的重要手段。

2.2比賽中墊中等力量球的生物力學(xué)分析

墊擊中等力量球“準(zhǔn)備姿勢、擊球點(diǎn)和手型與墊重球的手型基本相同，由于來球的力量稍微減弱，相對球速減慢，手臂迎擊球的動(dòng)作的速度要慢，手臂要放松，主要靠來球本身的反彈力將球墊起，擊球時(shí)要蹬地、跟腰、提肩壓腕、向前抬臂的動(dòng)作擊球的后下部?！蓖ㄟ^對技術(shù)動(dòng)作的分析我們可以得到以下結(jié)論：同墊擊重球的動(dòng)作以及擊球方式來講，墊擊重球的“含胸”、“收腹”、“手臂隨球后撤”卸力動(dòng)作基本沒有了，相反加上了“蹬地”、“跟腰”、“提肩壓腕”、“向前抬臂”的擊球動(dòng)作，從力學(xué)的角度分析，中等力量的來球作用到手臂上的力相對于重球來講已經(jīng)減弱，因此墊擊中等力量球時(shí)不用“卸力”動(dòng)作基本上就能夠墊到位了，甚至有時(shí)隨著來球力量減弱反而要給來球一定的力量，以便將球順利墊擊到二傳手中。其技術(shù)用力學(xué)表示：墊擊球的力等于球的反作用力加上上臂對球的力，技術(shù)動(dòng)作要領(lǐng)中的蹬地、跟腰、提肩壓腕、向前抬臂都是給球力量的動(dòng)作。這也充分證明了墊擊球要根據(jù)來球力量的性質(zhì)決定。力量稍大，給球的力量則應(yīng)當(dāng)相應(yīng)減小；來球力量較小，給球的力量應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大。

2.3比賽中墊擊輕球的生物力學(xué)分析

墊擊輕球的動(dòng)作要領(lǐng)“當(dāng)球飛到腹前約一臂距離時(shí)，兩臂夾緊前伸，插入球下，同時(shí)配合蹬地、跟腰、提肩、頂肘、壓腕、抬臂等全身協(xié)調(diào)動(dòng)作迎向來球，身體重心隨著擊球動(dòng)作向前上方移動(dòng)。”同以上兩種墊球方式比較，墊擊輕球時(shí)“蹬地、跟腰、提肩、頂肘、壓腕、抬臂”以及“身體重心隨著擊球動(dòng)作向前上方移動(dòng)”都是用力性質(zhì)的動(dòng)作，根據(jù)生物力學(xué)作用力與反作用力的性質(zhì)分析：由于輕球的力量很小，速度很慢，如果只是靠其反彈力來擊球，根據(jù)作用力等于反作用力很難將球墊高或者墊到相應(yīng)的位置，因此要主動(dòng)擊球，給球適當(dāng)?shù)牧α浚@樣球的出手力量等于球本身的反作用力加上手臂給球的作用力，就加大了球的出手力量，將球墊擊到相應(yīng)的位置。

3 比賽中雙臂墊球方向的生物力學(xué)分析

在排球比賽中，會(huì)出現(xiàn)多種情況，因此在接發(fā)球時(shí)，除了集中力量加快自己的腳步移動(dòng)，還要提前判斷自己身邊的情況，對于身體體側(cè)的球就應(yīng)當(dāng)注意自己墊球的技術(shù)了，根據(jù)反彈力的性質(zhì)：當(dāng)力作用到某一物體上，隨著力作用的角度不同，其反彈的角度也隨之改變。體側(cè)墊球的技術(shù)就是利用力的反彈性質(zhì)來完成對球的有效控制的。所謂體側(cè)墊球就是在體側(cè)用雙手擊球，左墊球時(shí)，先以左腳前腳掌內(nèi)側(cè)蹬地，左腳向左跨一步，重心移至左腳，保持兩膝彎曲，同時(shí)兩臂向左側(cè)伸出，左臂抬高于右臂，右肩微向下傾斜。擊球時(shí)，用轉(zhuǎn)體和收腹的動(dòng)作，配合提肩抬臂在身體左側(cè)稍前的位置接住來球，用兩前臂墊擊球的下部。右側(cè)墊球動(dòng)作相反。墊擊體側(cè)的球更要掌握好技術(shù)動(dòng)作，以左側(cè)墊球?yàn)槔?，體側(cè)墊球時(shí)兩臂向左側(cè)伸出，左臂抬高于右臂，右肩微向下傾斜。這個(gè)技術(shù)動(dòng)作要求運(yùn)動(dòng)員的手臂內(nèi)側(cè)要對準(zhǔn)二傳隊(duì)員，當(dāng)球作用到手臂時(shí)，由于反作用力球會(huì)按照一定的路線向固定的方位反彈回去，同時(shí)要注意判斷來球的力量大小，利用“卸力”、“主動(dòng)擊球”等技術(shù)動(dòng)作將球平穩(wěn)的傳到二傳手中?！稗D(zhuǎn)體”和“收腹”是為了加大自己對球的有效控制，同時(shí)增加了對球的力量控制，而身體重心的移動(dòng)是為了使自己保持身體平衡，同時(shí)為了讓自己的腳下靈活，便于移動(dòng)。

通過對技術(shù)動(dòng)作的分析，充分說明了在墊球過程中，生物力學(xué)原理在排球墊球運(yùn)動(dòng)中每一個(gè)環(huán)節(jié)都能夠運(yùn)用得到，能夠熟練的掌握好生物力學(xué)原理，將理論與實(shí)踐充分的結(jié)合起來，在比賽中可能會(huì)更好的發(fā)揮一傳的作用。

4.結(jié)語

本文簡要論述了在各種情況下墊球時(shí)運(yùn)用的生物力學(xué)原理，通過對技術(shù)動(dòng)作的分析，充分說明了在墊球過程中，生物力學(xué)原理在排球墊球過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都能夠運(yùn)用得到，能夠熟練的掌握好生物力學(xué)原理，將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，在現(xiàn)在激烈的比賽中更好的發(fā)揮一傳的作用。從而減少失誤，有效的組織進(jìn)攻，鼓舞隊(duì)員的士氣，激勵(lì)每一個(gè)球員奮發(fā)拼搏，提高獲勝幾率。

參考文獻(xiàn)

生物力學(xué)的研究范文第3篇

研究對象:115名競賽運(yùn)動(dòng)員,運(yùn)動(dòng)水平從二級(jí)到運(yùn)動(dòng)健將。

一、分析和討論:

疲勞特征的發(fā)現(xiàn)可引導(dǎo)出下面的計(jì)算方法:這115名運(yùn)動(dòng)員具有一定的運(yùn)動(dòng)水平,他們在起跑后速度和技術(shù)指標(biāo)有著密切的相互影響、相互補(bǔ)償?shù)年P(guān)系,這樣可得出一次方程式,然后填入終點(diǎn)跑速度值,得出可計(jì)算的指標(biāo)數(shù)據(jù)。比較獲得的指標(biāo)數(shù)據(jù)和終點(diǎn)跑實(shí)際技術(shù)指標(biāo),就發(fā)現(xiàn)結(jié)果超出了一般跑的規(guī)律性,實(shí)際指標(biāo)或多或少的符合運(yùn)動(dòng)員在非疲勞狀態(tài)下的技術(shù)指標(biāo)。(表1)

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

PTOPM表示負(fù)面力的縱向被加數(shù);V表示跑的速度;R表示相互關(guān)系系數(shù)?，F(xiàn)在把各項(xiàng)距離的終點(diǎn)跑速度值放入公式內(nèi),就可得到計(jì)算的負(fù)面力。(表2)

比較計(jì)算值和實(shí)際情況看出,在400米跑中實(shí)際的力不符合終點(diǎn)跑的速度。超出的力已被展示出來(方程式評(píng)價(jià)規(guī)格誤差=5.26)。這是由于疲勞的肌肉能夠產(chǎn)生更多有實(shí)際意義的力.顯然,就象用鐵制起跑器測量200米和800米起跑一樣,這樣的方法能減少制動(dòng)階段力學(xué)結(jié)構(gòu)中力的丟失,因?yàn)橥炔苛α孔龉Πl(fā)力大部分還是利用骨骼傳遞到踝關(guān)節(jié)。除了這些,這個(gè)方法還能幫助減少由于降低身體重心位于制動(dòng)階段造成速度的損失,但對蹬地階段支撐腿收縮肌肉的能力還不能從根本上起到作用?？梢?從正面的力和負(fù)面消極的力之間的聯(lián)系可以得出下面的公式:Pot=1.801+1.288Ptopm.(±9.06),r:0.76。

Pot=正面積極力的縱向因素,把負(fù)面消極力的影響和400米終點(diǎn)跑實(shí)際指標(biāo)放入公式中,可以得出:正面積極力應(yīng)該等于34.1Bt/kg。事實(shí)上,真正的數(shù)值少于38%,等于21.2±7.2 Bt/kg。

從上面的情況得出,對于400米沒有疲勞補(bǔ)償階段,跑的速度降低。疲勞肌肉低能力的收縮,在這種情況下不可避免的影響能力再生結(jié)構(gòu)―必然加大后蹬能力,顯然這種結(jié)構(gòu)能有效的提高活動(dòng)能力,它表現(xiàn)出與肌肉生物力學(xué)特性的聯(lián)系―肌肉越堅(jiān)硬有力,拉伸時(shí)間越短,就越能更多的利用聚集的機(jī)械力。在縮短制動(dòng)階段的高速度跑更有利于肌肉其他性能使用的再生結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。這些結(jié)構(gòu)的加強(qiáng),能有效的提高肌肉彈性能力,如腳底的屈伸運(yùn)動(dòng)。相反,運(yùn)動(dòng)員在支撐落地階段,當(dāng)肌肉拉長的時(shí)間增大時(shí),聚集的機(jī)械能力很大程度上分散到肌肉中去。

那么,400米跑在過大支撐階段是否違背了依賴于肌肉的速度―拉伸條件呢?我們注意看實(shí)際情況:在終點(diǎn)跑中制動(dòng)時(shí)間提高了38%,達(dá)到80+15mc,但計(jì)算和反映出來的數(shù)據(jù)相比較,他們之間不存在實(shí)質(zhì)上的差別,符合等于0.073和0.080。計(jì)算公式為:

Ttopm=0.126-0.009V(±0.009),r=-0.83

Ttopm-制動(dòng)時(shí)間。這樣可以說明,制動(dòng)時(shí)間符合終點(diǎn)跑的速度,并不是它違背了肌肉速度―拉伸條件。而真正造成終點(diǎn)跑的技術(shù)原因是肌肉的生物化學(xué)特點(diǎn)而不是動(dòng)作技術(shù)的生物力學(xué)結(jié)構(gòu),在400米跑的最后階段,根據(jù)生物化學(xué)的測量結(jié)果,由于大量的乳酸積累而造成對神經(jīng)細(xì)胞積極功能性的抑制,大量的降低 ATF和KPF在血液中的含量,而增加ADF的含量。

因此,我們可以更多的了解到,在疲勞狀態(tài)下支撐腿肌肉拉長和收縮的相互關(guān)系,擺在我們面前的許多重要的實(shí)際數(shù)據(jù)證明,提高局部肌肉的緊張強(qiáng)度與中距離跑的運(yùn)動(dòng)能力有著密切的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出,局部肌肉性能的提高,可以根據(jù)生物力學(xué)特性,更多的利用彈性特點(diǎn)有效的延緩跑的速度在終點(diǎn)跑階段的降落過程.

二、 研究結(jié)果:

1.在400米跑中出現(xiàn)的疲勞特征反映出違反了肌肉拉伸和收縮的相互關(guān)系。

2.證實(shí)提高局部肌肉的工作強(qiáng)度有利于在疲勞狀態(tài)下跑的運(yùn)動(dòng)效果。

生物力學(xué)的研究范文第4篇

脊柱椎體的壓縮性骨折是骨質(zhì)疏松患者最常見的并發(fā)癥，嚴(yán)重的椎體壓縮性骨折保守治療5 a內(nèi)死亡率可達(dá)23％～34％，目前常用的手術(shù)治療包括椎體撐開后單純植骨固定和（或）同時(shí)進(jìn)行堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定材料進(jìn)行固定等，手術(shù)創(chuàng)傷大，并發(fā)癥也多。經(jīng)皮椎體成形術(shù)（percutaneous vertebroplasty，PVP）與后凸成形術(shù)（percutaneous kyphoplasty，PKP）是脊柱外科近來發(fā)展迅速的一項(xiàng)新型微創(chuàng)外科技術(shù)，通過經(jīng)皮向壓縮骨折椎體內(nèi)直接注入（PVP）或者先通過球囊擴(kuò)張?jiān)僮⑷耄≒KP）骨水泥等填充物，從而增強(qiáng)病變椎體的力學(xué)穩(wěn)定性，臨床應(yīng)用證實(shí)其有穩(wěn)定可靠、迅速有效的治療效果，且并發(fā)癥少，但到目前為止長期臨床隨訪資料還不足，椎體成形術(shù)后脊柱生物力學(xué)的研究也發(fā)現(xiàn)了一些問題，椎體成形技術(shù)還需要不斷的改進(jìn)和探索，特別是材料的發(fā)展對減小椎體成形術(shù)的并發(fā)癥發(fā)生率和改善術(shù)后脊柱的生物力學(xué)特性起著關(guān)鍵的作用。

1 PVP和PKP的充填材料研究進(jìn)展

應(yīng)用于椎體成形的充填材料主要包括注射型聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）、復(fù)合骨水泥如玻璃陶瓷強(qiáng)化復(fù)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鈣骨水泥（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體強(qiáng)度和剛度，價(jià)格較便宜等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在仍是目前臨床上椎體成形術(shù)較常用的材料，但其有一定的局限性：（1）粘滯性較低，滲漏是最常見的并發(fā)癥，向后方滲漏入椎管可壓迫脊髓，嚴(yán)重時(shí)可滲漏入血管沿靜脈回流引起肺栓塞，甚至導(dǎo)致患者死亡；（2）放熱反應(yīng)：PMMA聚合時(shí)產(chǎn)熱可對周圍組織造成熱燒傷，有研究顯示骨水泥聚合時(shí)的溫度在椎體前部達(dá)44～113 ℃，在椎體中心達(dá)49～112 ℃，椎管內(nèi)達(dá)39～57 ℃，而溫度超過50 ℃的滯留時(shí)間分別可達(dá)55、8min和25 min〔1〕；（3）缺乏骨傳導(dǎo)性和生物活性，無法生物降解，后期可出現(xiàn)骨水泥與骨質(zhì)界面的松動(dòng)；（4）PMMA注射后的椎體與臨近椎體的力學(xué)強(qiáng)度差異大，易導(dǎo)致臨近椎體的骨折;（5）有毒單體的釋放和PMMA碎屑的作用使細(xì)胞的生長、DNA的合成和糖代謝受到抑制而具有細(xì)胞毒性，其單體毒性可引起患者血壓驟降，從而引起患者猝死的可能。另外，還有致敏、局部組織抗感染能力降低、致腫瘤等不良反應(yīng)。為了提高其機(jī)械性能和生物相容性，近年已有將具有生物活性的無機(jī)顆?；蚶w維增強(qiáng)的高分子骨粘合劑加入PMMA來提高其生物相容性的報(bào)道，但仍然不滿意，其機(jī)械強(qiáng)度降低較快。

12 復(fù)合骨水泥

如Orthocomp、Cortoss、Hydroxyapatite composite resin（Kuraray）等與PMMA具有相似的基本性質(zhì)，但較PMMA有更合適的粘稠度、X線的不透射性、硬化快、產(chǎn)熱低、具有更好的力學(xué)性能、生物活性及骨誘導(dǎo)性等優(yōu)點(diǎn)。Cortoss是一種新型合成骨腔填充物，容易彌散進(jìn)入松質(zhì)骨，彈性模量與骨相近。Orthocomp是一種玻璃陶瓷增強(qiáng)的多種基質(zhì)復(fù)合物骨水泥，雖然為不可吸收材料，但其具有親水性的表面，使骨水泥可以通過化學(xué)鍵與松質(zhì)骨連結(jié)。Jasper等研究發(fā)現(xiàn)Orthocomp的強(qiáng)度和剛度是PMMA骨水泥的2倍左右〔2〕。Belkoff等也研究表明Orthocomp對椎體的強(qiáng)度和剛度都有較好的恢復(fù)。Lu等介紹了一種含鍶羥基磷灰石粉末和BisGMA（bisphenol A diglycidylether dimethacrylate）的復(fù)合骨水泥，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭羞M(jìn)行30 000和20 000次的疲勞載荷測試后，骨水泥成形椎體的剛度與對照組相比分別下降75％和56％，平均抗壓極限載荷分別為5 056 N和5 301 N〔3〕。

13 磷酸鈣類骨水泥（CPC）

CPC具有任意塑形、自行固化、生物相容、逐步降解等特性，較PMMA有更好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性和粘滯度。新骨的替代方式由CPC的表面向深層逐漸推進(jìn)，6個(gè)月時(shí)平均長入深度為6 mm，12個(gè)月時(shí)為114 mm。CPC可能是椎體成形術(shù)更好的注入材料，但在體內(nèi)的應(yīng)用及長期生物力學(xué)和生物效應(yīng)還需要進(jìn)一步的研究〔4、5〕。Heini和Lim等〔6、7〕研究認(rèn)為CPC及改良的CPC在體內(nèi)成形過程中產(chǎn)熱明顯減少，并且具有良好的彌散能力，可以明顯增強(qiáng)骨質(zhì)疏松椎體的抗壓強(qiáng)度和剛度。其本身的強(qiáng)度低于正常椎體，但高于骨質(zhì)疏松椎體，在成形術(shù)后可以減小因椎體的剛度變化而導(dǎo)致上下緣椎體骨折的幾率〔8〕。CPC固化后的微孔結(jié)構(gòu)具有引導(dǎo)新骨形成能力，但無誘導(dǎo)成骨活性，生物活性CPC利用其固化過程溫和的特性，將骨形態(tài)生長蛋白BMP與CPC均相負(fù)荷，使材料在充填修復(fù)的同時(shí)加速CPC的降解和促進(jìn)成骨作用。然而，Heini等認(rèn)為CPC的生物降解也會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的問題，治療骨質(zhì)疏松椎體壓縮骨折時(shí)，骨水泥快速吸收會(huì)削弱椎體并導(dǎo)致其進(jìn)一步塌陷〔9〕。

Cunin應(yīng)用一種具有多孔狀結(jié)構(gòu)的天然珊瑚加入骨誘導(dǎo)因子BMP進(jìn)行研究，認(rèn)為顆粒狀的天然珊瑚具有可注射性、生物相容性和骨誘導(dǎo)性，但其生物力學(xué)特性還需進(jìn)一步研究〔7〕。最近有報(bào)道用MMA（methyl methacrylate）處理的SrHAC（strontiumcontaining hydroxyapatite cement）對椎體剛度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和楊氏系數(shù)的恢復(fù)都具有很好的效果〔10〕。

2 PVP和PKP的生物力學(xué)研究

椎體成形術(shù)的短期療效十分令人鼓舞，也推動(dòng)了PVP和PKP在臨床的發(fā)展，Garfin等報(bào)道了從1998年10月～2000年5月由多家醫(yī)院參與的臨床研究結(jié)果，共340例，603個(gè)椎體，隨訪最長18個(gè)月，超過90％的患者癥狀改善。有人對13例經(jīng)過經(jīng)皮椎體成形術(shù)的患者進(jìn)行了長達(dá)5 a的隨訪觀察，結(jié)果臨床療效顯著，5 a的長期隨訪發(fā)現(xiàn)VAS（visual analogue scale）評(píng)分略升高，但仍然明顯低于術(shù)前水平，未發(fā)現(xiàn)成形椎體的進(jìn)一步壓縮〔11〕。近年來對于椎體成形術(shù)后脊柱的生物力學(xué)研究顯示椎體成形術(shù)后對于脊柱整體特別是臨近椎體的影響還是顯著的。對椎體成形術(shù)后脊柱的生物力學(xué)研究對于正確應(yīng)用椎體成形術(shù)十分有幫助，并對臨床應(yīng)用進(jìn)行正確的指導(dǎo)。

21 術(shù)后骨折椎體的生物力學(xué)性質(zhì)

PMMA或磷酸鈣椎體成形后的生物力學(xué)研究證實(shí)骨折椎體成形后的穩(wěn)定性參數(shù)顯著提高〔12〕，可防止椎體的進(jìn)一步塌陷和變形。椎體壓縮骨折后降低了運(yùn)動(dòng)節(jié)段的椎體壓縮強(qiáng)度，增加后柱的負(fù)荷而引起疼痛，通過對尸體模型的測量發(fā)現(xiàn)病變椎體后柱的壓力負(fù)荷在屈曲時(shí)增高21％、42％，后伸時(shí)增加39％~68％，椎體成形術(shù)后則使脊柱屈曲時(shí)后柱的壓力負(fù)荷減小26％，后伸時(shí)減小61％，結(jié)果示椎體骨折前和成形術(shù)后的神經(jīng)弓壓力無明顯差異，全部或部分的逆轉(zhuǎn)了后部結(jié)構(gòu)的壓力負(fù)荷，從而使疼痛癥狀立即緩解〔13〕。

22 充填材料與骨折椎體生物力學(xué)的關(guān)系

基于骨水泥注入越多椎體可以得到更好強(qiáng)化的觀念，有些臨床醫(yī)生在病變椎體內(nèi)注入最大劑量的骨水泥來提高其椎體抗壓強(qiáng)度，有人報(bào)道在尸體標(biāo)本中可以注入椎體容積70％的骨水泥〔14〕。椎體成形后的強(qiáng)度越大，對上下位椎體的應(yīng)力也越強(qiáng)，使臨近椎體的骨折發(fā)生率增高，特別是在高齡骨質(zhì)嚴(yán)重疏松患者。成形術(shù)后臨近椎體有抗壓縮力下降及椎體間移位等改變，并且臨近椎體抗壓力下降的程度與成形術(shù)時(shí)注入的骨水泥量相關(guān)〔15、16〕。是否注入的骨水泥量越大，椎體的抗壓強(qiáng)度和剛度就越高?Molloy，S等對120個(gè)椎體（T6~L5）注入2~8 ml不等量的骨水泥，研究發(fā)現(xiàn)注入量與椎體抗壓強(qiáng)度和剛度的恢復(fù)只有弱相關(guān)（r2分別為021和027），抗壓強(qiáng)度和剛度的恢復(fù)平均只需要注入椎體容積的162％和298％〔17〕。注入的骨水泥量越大，滲漏的幾率則越高。Belkog等〔18〕人對骨質(zhì)疏松女性尸體的椎體建立壓縮性骨折模型，用Orthocomp或Simplex P作為充填材料，結(jié)果僅需2 ml即可恢復(fù)椎體的壓縮強(qiáng)度，而椎體剛度的恢復(fù)與水泥充填容量缺乏相關(guān)關(guān)系。減小骨水泥的注入量同時(shí)可縮短注入時(shí)間，明顯降低骨水泥滲漏的危險(xiǎn)。也有人報(bào)道椎體成形術(shù)后椎體剛度的恢復(fù)與注入的骨水泥量相關(guān)，14％容積的骨水泥就可滿足剛度恢復(fù)的要求，30％容積的骨水泥注入則可使剛度明顯增加，使臨近椎體的骨折危險(xiǎn)增加〔19〕。

不同的充填材料對椎體生物力學(xué)性質(zhì)的影響也有不同。Belkoff等人先后對Simplex P，Cranoplastic，Osteobond，Orthocomp等不同材料進(jìn)行椎體成形術(shù)后的椎體生物力學(xué)研究，結(jié)果顯示Simplex P、Osteobond及Orthocomp能有效恢復(fù)椎體的剛度和壓縮強(qiáng)度，而Cranoplastic則僅能增加壓縮強(qiáng)度，不能恢復(fù)椎體的剛度，且在剛度的恢復(fù)程度上Orthocomp優(yōu)于Simplex P〔20、21〕。新型材料CPC能明顯恢復(fù)骨質(zhì)疏松椎體的抗壓強(qiáng)度，對剛度的恢復(fù)也較好，CPC的微孔結(jié)構(gòu)可以使新骨長入，使其具有更好的生物相容性。對羥基磷灰石骨水泥（HA）充填椎體后的生物力學(xué)測試表明其對壓縮強(qiáng)度的恢復(fù)滿意，但對剛度的恢復(fù)作用小。MMA處理的SrHAC不僅有利于界面的融合，對椎體剛度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和楊氏系數(shù)的恢復(fù)都具有很好的效果，而且明顯優(yōu)于單純的SrHAC〔10〕。

23 PVP和PKP兩種術(shù)式的生物力學(xué)比較

Belkoff等先后兩次進(jìn)行了關(guān)于后凸成形術(shù)的體外生物力學(xué)檢測，發(fā)現(xiàn)無論在有無載荷的情況下后凸成形術(shù)均能部分恢復(fù)椎體的高度，恢復(fù)椎體的強(qiáng)度。它在無載荷的情況下可以恢復(fù)丟失高度的97％，而椎體成形術(shù)僅能恢復(fù)30％，兩種方法都能明顯增強(qiáng)椎體的強(qiáng)度。Belkoff對16個(gè)椎體隨機(jī)分為PVP和PKP治療組，結(jié)果顯示PKP組能恢復(fù)椎體的起始剛度，而PVP則不能，PKP與PVP相比，不僅能有效恢復(fù)椎體的高度，而且能恢復(fù)椎體的壓縮強(qiáng)度和剛度〔22〕。但也有不同觀點(diǎn)，Tomita等對30個(gè)骨質(zhì)疏松椎體隨機(jī)分為4組：（1）PKP+CPC；（2）PKP+PMMA；（3）PVP+CPC；（4）PVP+PMMA，術(shù)前及術(shù)后對椎體強(qiáng)度和剛度的分析顯示各組對椎體強(qiáng)度的恢復(fù)都較好，但對椎體剛度的恢復(fù)PKP組不及PVP組〔23〕。對于PVP和PKP術(shù)后的生物力學(xué)差異還有待進(jìn)一步研究。

24 預(yù)防性應(yīng)用椎體成形術(shù)可行性研究

水平骨小梁的丟失和骨小梁間空隙的增大降低了椎體的壓縮強(qiáng)度，這與骨礦物質(zhì)含量和密度高度相關(guān)，椎體成形術(shù)的確切療效也僅在骨折疏松性骨折中發(fā)現(xiàn)，術(shù)后椎體的抗壓能力能夠通過注入骨水泥而顯著增強(qiáng)，但在正常BMD（bone mineral density）的椎體，成形術(shù)前后則沒有明顯差別。Skos Pheumaticos等對4個(gè)新鮮脊柱共40個(gè)正常椎體進(jìn)行椎體注入了PMMA與不注入PMMA的生物力學(xué)研究顯示未進(jìn)行成形術(shù)的椎體最大負(fù)荷為（6 72402±3 29170）N，然而注入了PMMA的椎體最大負(fù)荷為（5 770504±2 13372）N，兩組間統(tǒng)計(jì)學(xué)上無明顯區(qū)別。這提醒對有椎體骨折高?；颊哌M(jìn)行預(yù)防性的椎體成形術(shù)治療可能是不可取的〔24〕。在骨折椎體上下緣椎體注入適當(dāng)?shù)墓撬鄟砭徑庾刁w間強(qiáng)度差異，是否可以減少因?yàn)樽刁w間應(yīng)力不平衡導(dǎo)致的骨折以及是否能夠更有效的維持脊柱的生物力學(xué)穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步的研究。但對于有嚴(yán)重骨質(zhì)疏松患者的椎體壓縮性骨折，也有在包括骨折椎體共4個(gè)椎體注入PMMA（其中骨折椎體為T6、7，注入骨水泥椎體T6~9）〔25〕。近來陸續(xù)有對骨質(zhì)疏松患者預(yù)防性注入骨水泥來提高椎體強(qiáng)度可行性的研究。Sun，K等研究發(fā)現(xiàn)，對高危患者注入至少椎體容積20％的骨水泥才能有效減少其骨折風(fēng)險(xiǎn)，而對中等程度危險(xiǎn)度患者則需要注入椎體容積5％～15％的骨水泥，而這種預(yù)防性治療和骨折后進(jìn)行椎體成形術(shù)治療的并發(fā)癥發(fā)生率并無太大區(qū)別〔26〕。

25 椎體成形術(shù)后臨近椎體的生物力學(xué)改變

對椎體成形術(shù)后的生物力學(xué)研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)其不足之處，特別是對上下緣椎體的影響較為明顯。椎體成形術(shù)的目的為最大程度上的恢復(fù)壓縮椎體的剛度和抗壓強(qiáng)度，但對椎體強(qiáng)度的恢復(fù)或增強(qiáng)，可能是臨近椎體骨折的重要原因，因其可使上下緣椎體所受壓力升高〔27〕。

Bertemann等對10例人體新鮮標(biāo)本相鄰椎體共20對，隨機(jī)分成2組，一組下緣椎體注射PMMA，另一組設(shè)為對照，對上緣椎體負(fù)荷的生物力學(xué)研究顯示，2組上緣椎體在低于臨界負(fù)荷下與對照組無明顯差別，但在臨界負(fù)荷時(shí)實(shí)驗(yàn)組壓力平均低于對照組19％，在實(shí)驗(yàn)組中，骨折總發(fā)生在成形椎體的上緣椎體〔28〕。臨床上也有椎體成形術(shù)后上下臨近椎體骨折的報(bào)道〔15、29〕。在APerezHigueras等對13例經(jīng)過經(jīng)皮椎體成形術(shù)的患者進(jìn)行5 a長期隨訪觀察得出臨床療效顯著的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)有2例發(fā)生臨近椎體骨折〔11〕。對1組平均年齡74歲的椎體成形術(shù)后患者研究顯示，臨近椎體發(fā)生骨折概率每年遞增66％。其下緣椎體有一個(gè)或多個(gè)椎體骨折時(shí)，第1 a發(fā)生骨折的危險(xiǎn)性提高了約5倍，在椎體骨折后的1 a里發(fā)生新的骨折的概率約192%〔30〕。

如前所述，椎體骨折可能與臨近椎體的強(qiáng)度增加有關(guān)。對L4、5椎體的研究發(fā)現(xiàn)椎體成形術(shù)后堅(jiān)硬的骨水泥對椎體上緣的終板造成約7％的壓縮，使椎間盤內(nèi)壓力較正常增高了19％，特別是在脊柱負(fù)荷增高時(shí)，椎間關(guān)節(jié)活動(dòng)度下降11％，上緣椎體下終板內(nèi)凸增加17％，這可能是導(dǎo)致成形術(shù)后臨近椎體骨折的原因〔31〕。由于患者術(shù)后疼痛的減輕，改變了生活方式，脊柱運(yùn)動(dòng)量和負(fù)荷增加，也使椎體骨折的幾率增加。同時(shí)與成形術(shù)后椎體臨近的椎間盤內(nèi)壓力升高也使椎間盤突出的危險(xiǎn)性增加。

不同材料的使用對臨近椎體生物力學(xué)影響不同。一般而言，松質(zhì)骨彈性模量為168 MPa，PMMA則為2 700 MPa，CPC彈性模量在180 MPa左右，CPC較PMMA在避免應(yīng)力遮擋效應(yīng)和載荷傳遞異常以及減少相鄰椎體繼發(fā)骨折方面有優(yōu)越性。有研究顯示CPC椎體成形后，相鄰椎間盤應(yīng)力沒有明顯變化，應(yīng)力遮擋和異常載荷傳遞效應(yīng)甚微，相比PMMA、CPC椎體成形術(shù)在降低相鄰椎體骨折發(fā)生率方面有潛在的優(yōu)勢。

到目前為止，對椎體成形術(shù)后與未進(jìn)行椎體成形術(shù)時(shí)對臨近椎體發(fā)生骨折的危險(xiǎn)性是否增高還未見完全隨機(jī)試驗(yàn)的研究，然而臨近椎體的骨折也許是嚴(yán)重骨質(zhì)疏松的自然進(jìn)程，特別是臨近椎體有相似的機(jī)械和形態(tài)學(xué)特征。但近來相繼有報(bào)道椎體成形術(shù)后臨近椎體的力學(xué)性質(zhì)下降，可能增加骨折的危險(xiǎn)性。填充材料的發(fā)展可以有效增強(qiáng)骨折椎體的抗壓能力和維持良好的形態(tài)學(xué)特征，并可能使骨折椎體的生物力學(xué)性質(zhì)恢復(fù)到最佳的狀態(tài)。

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生物力學(xué)的研究范文第5篇

【摘要】椎弓根是椎體的最堅(jiān)強(qiáng)部分，但由于上胸椎椎弓根狹細(xì)，在采用椎弓根螺釘內(nèi)固定時(shí)有傷及鄰近重要結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)[1]，故上胸椎應(yīng)用椎弓根螺釘固定術(shù)受到了限制。2003年Husded等[2]提出了經(jīng)肋單元（即椎弓根―肋頭關(guān)節(jié)―椎體）途徑置釘?shù)男路椒?，并在臨床上取得了成功，為上胸椎后路螺釘內(nèi)固定術(shù)提供了新思路。

【關(guān)鍵詞】胸椎椎弓根螺釘

1胸椎椎弓根的應(yīng)用解剖

1.1胸椎椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘點(diǎn)

胸椎手術(shù)成功的關(guān)鍵在于找好準(zhǔn)確的進(jìn)釘點(diǎn)，熊傳芝等[3]指出,椎弓根較大的變異性是不良置釘率居高不下最重要的原因之一。吳超等[4]認(rèn)為椎板外緣及上緣對椎弓根的定位有重要的解剖學(xué)價(jià)值。史亞民等[5]測得螺釘進(jìn)釘點(diǎn)T9與T12位于橫突根部中點(diǎn),T10位于橫突根部上緣,T11位于橫突根部中上1/3點(diǎn)。殷渠東等[6]發(fā)現(xiàn)下胸椎進(jìn)釘點(diǎn)的水平線應(yīng)在橫突上部、而腰椎在橫突中上部。

1.2胸椎椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘方向、椎弓根螺釘長度、直徑和生物力學(xué)的關(guān)系

螺釘?shù)闹萌敕较驅(qū)ζ涔潭◤?qiáng)度存在一定影響。Louis[10]認(rèn)為在上胸椎有15-20°的內(nèi)斜角,中下段胸椎螺釘直向前。根據(jù)Ebraheim[11]的數(shù)據(jù),T1-2為30-40°,T3-11為20-25°,T12為10°左右。研究表明,在5-30°的范圍內(nèi),隨著內(nèi)聚角的增加,椎弓根螺釘?shù)陌殉至σ苍龃?。等研究表明，與短螺釘相比，長螺釘在體內(nèi)承受的彎曲力矩增加16%，同時(shí)平行植入與7°成角植入其彎曲剛度兩者相差25%，螺釘植入的傾斜更符合力學(xué)原則。螺釘?shù)拈L度與把持力有很大關(guān)系，有人主張螺釘長度盡可能達(dá)到椎體前緣皮質(zhì)。

1.3孔道準(zhǔn)備及孔道失敗后的救措施

釘?shù)罍?zhǔn)備：螺道過深過大，均能減小骨質(zhì)對螺釘?shù)摹拔樟Α薄τ诎惭b螺釘前孔道是否需要攻絲缺乏研究，Zindrick同時(shí)發(fā)現(xiàn)攻絲對拔出力量無影響。運(yùn)用打入螺釘和擰入螺釘比較，發(fā)現(xiàn)無顯著差別。對于固定失效后的孔道準(zhǔn)備，Pfeifer在研究修復(fù)材料時(shí)采用碎骨片、火柴棒骨質(zhì)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分別填充失效的椎弓根孔道后再用螺釘固定，比較后發(fā)現(xiàn)拔出力依次可獲得失效前的70%、56%和149%，所以對于失效的孔道再次固定可以采用PMMA。所以對于失效的孔道再次固定可以采用PMMA等有效的修復(fù)材料填充后再次固定。

1.4螺釘螺紋對生物力學(xué)的影響

內(nèi)錐螺紋釘與外錐螺紋釘?shù)脑O(shè)計(jì)有許多相似之處,均克服了松質(zhì)骨螺釘中應(yīng)力集中點(diǎn),使斷釘?shù)陌l(fā)生率明顯降低。本實(shí)驗(yàn)中在克服拔釘?shù)倪^程中,外錐螺紋釘優(yōu)于內(nèi)錐螺紋釘。有報(bào)道70%為最佳的螺釘與椎弓根面積比,并且當(dāng)面積比大于90%時(shí)拔出力增加不明顯,卻易發(fā)生爆裂骨折。

1.5螺釘?shù)膸缀涡螒B(tài)、螺釘?shù)牟牧?/p>

kwok等對相似大小的圓錐體形螺釘和圓柱形螺釘進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)二者的拔出強(qiáng)度無明顯差別，圓錐形螺釘能明顯增加螺釘?shù)闹萌肱ぞ?，但圓柱形螺釘?shù)闹萌肱ぞ嘏c拔出強(qiáng)度無明顯相關(guān)性。結(jié)果表明鈦合金比不銹鋼螺釘具有較高的扭矩和扭轉(zhuǎn)剛度；螺釘拔出和松動(dòng)是橫向負(fù)荷和軸向拔出力綜合作用的結(jié)果。

1.6胸椎椎弓根螺釘技術(shù)存在的不足

在胸椎可采用“椎弓根―肋骨”單元（Pedicle-ribunit,以下簡稱PRU）螺釘?shù)墓潭ǚ椒ǎ^置入椎弓根螺釘安全。Misenhimer等的研究結(jié)果也表明,椎弓根釘占據(jù)椎弓根橫徑的80%就會(huì)發(fā)生椎弓根膨脹、變形或骨折。因此,在橫徑

2胸椎肋橫突結(jié)合區(qū)螺釘?shù)倪M(jìn)釘點(diǎn)及進(jìn)釘方向

國外學(xué)者對肋橫突結(jié)合區(qū)進(jìn)釘方法進(jìn)行了研究。他們設(shè)計(jì)的方法進(jìn)釘點(diǎn)均在橫突末端或者肋橫關(guān)節(jié)上，螺釘末端外偏角度較大，這就使術(shù)者在術(shù)中操作器械很困難，術(shù)者不論是采取鋼板連接還是采取固定棒連接，都不能保證螺釘和固定棒或固定鋼板之間的良好接觸，這樣就會(huì)增加螺釘折斷的機(jī)會(huì)。孫建民等以尾傾0-10°進(jìn)釘，置入24枚PRU螺釘全部成功。椎弓根外置釘技術(shù)采用的螺釘直徑大小取決于椎弓根的高度和PRU的寬度。

3肋橫突結(jié)合區(qū)進(jìn)釘?shù)牟蛔?/p>

肋椎關(guān)節(jié)為球窩關(guān)節(jié),有一定的活動(dòng)性,臨床上有肋椎關(guān)節(jié)退變造成胸背痛的報(bào)道,經(jīng)肋椎關(guān)節(jié)固定是否也會(huì)造成上述癥狀,仍需觀察。相信在不遠(yuǎn)的將來，隨著對胸椎椎弓根-肋單元橫突結(jié)合區(qū)置釘技術(shù)的安全性評(píng)價(jià)及生物力學(xué)研究的進(jìn)一步深入，在工程師、解剖學(xué)家和臨床醫(yī)師的共同努力下，胸椎椎弓根-肋單元橫突結(jié)合區(qū)置釘技術(shù)會(huì)成為越來越成熟且有效的手術(shù)方法，會(huì)有越來越多的患者從中受益。

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