摘要:<正>组织工程,是指用工程科学和生命科学的原理和方法,制备组织和器官替代物,以恢复、维持或改善人体组织、器官的功能,是一个发展迅速、意义深远的生物医学工程应用领域。目前,组织工程化皮肤产品已正式进入临床应用,培育的组织工程骨骼、软骨、血管、皮肤以及神经组织正在进行体内实验,组织工程肝脏、胰脏、乳房、心脏、手指、角膜等也可以在实验室里构建生长。组织工程已形成一个发展中的产业。但是目前组织工程距离广泛应用于临床、成为社会经济新的增长点还有相当长的路要走。阻碍组织工程发展和临床应用的主要因素至少包括两点:(1)对调控组织的功能化培养的特定物理-生物化学因素知之还少;(2)高昂的生产成本和缺乏商业化的功能性组织工程产品。

摘要:目的研究实体肿瘤内毛细血管-跨毛细血管壁-组织间质内流体不定常耦合流动对流场的影响及对药物传递的促进作用。方法建立耦合流动模型,毛细血管内流动遵循Navier-Stokes方程;跨血管壁和间质内组织液流动遵循Starling定律和Darcy定律。在边值阶跃增压和叠加脉动流两种情况下研究不定常流动,半解析半数值求解。结果相对于毛细血管,组织间质内压强传递具有滞后性。血管内流动改变引起肿瘤组织结构的动态调整,该过程中跨壁压差与组织间质压梯度均有所提高。结论毛细血管边值阶跃增压产生的不定常流动有助于药物从管壁渗出进入组织内部,也有助于其在组织内扩散。

摘要:目的探讨流体剪切力调节内皮细胞组织因子(tissue factor,TF)表达的机制。方法将脐静脉内皮细胞置于平行板流动腔中接受1．2 Pa(1 dyn／cm2=0．1 Pa)剪切力作用20 min后,采用凝胶电泳迁移率改变法(electorohoretic mobility shift analysis,EMSA)和蛋白免疫印迹分析(Western Blot,WB)检测转录因子Egr-1和Sp1在TF基因表达过程中的表达情况。结果 (1)静止组可见Sp1表达而无Egr-1表达;(2)剪切力组Sp1磷酸化水平和Egr-1表达水平均明显增高;(3)EMSA显示,对于Sp1／Egr-1结合位点,Egr-1对Sp1具有较强的竞争抑制作用。结论流体剪切力调节TF基因表达过程中,不同转录因子起着不同的作用:Sp1主要维持内皮细胞TF基因的基础表达;Egr-1竞争靶位点上的Sp1和磷酸化Sp1可能共同参与流体剪切力诱导TF基因表达。

摘要:目的构建有效的膝关节三维模型以计算髌股关节动力学参数。方法基于CT图像处理和CAD技术, 重建包括股骨下端、胫骨上端及髌骨的膝关节的骨骼三维模型,并定义髌股关节运动起重要作用的股四头肌直线模型、韧带及其它软组织的非线性弹性纤维束模型,以股四头肌肉力为输入控制变量。结果构造出一个有效的膝关节三维模型。结论该模型可以有效的计算髌股关节动力学参数。

摘要:目的数值模拟神经系统在发育过程中轴突的生长情况。方法根据神经发育原理,建立具有一定刚性的非线性混合抛物型偏微分方程组,运用ADI差分格式和改进的欧拉法作数值分析。结果 (1)在一个正方形平面区域内有10个轴突以相等的间距围成圆形,当中心有1个靶细胞时,轴突生长路径的数值模拟结果与前人所做的有关结果一致;(2)轴突的初始位置同(1),当中央有4个两两上下并排分布的靶细胞时,数值模拟结果很好地反映了轴突生长时的趋化性;(3)在区域的近上、下边界分别有一串靶细胞和一串轴突时,数值模拟结果较好地反映了轴突结集生长时的成束和解束现象。结论本文给出的数学模型和数值主法能够较好地模拟有关实验所观测到的主要现象。

摘要:目的采用三维有限元法比较横形骨折、斜形骨折在同一部位、相同条件下骨折愈合的速度,为临床判断骨折愈合解除外固定时间提供理论依据。方法以三维有限元法分析肱骨中段横形、斜形骨折在骨痂同样充满断端且骨痂力学性能相同条件下,分别在肢体远端纵轴、水平轴和矢状轴方向上施加相同载荷,比较两种骨折断端间的最大应力值和最大位移量,及肢体远端的最大位移量。结果在肢体远端各种加载条件下横形骨折的断端在同一平面上受力和位移相差不多,要使之破坏加载力必须达到较高的值。而斜形骨折因骨折断端不在同一平面上,所受应力和位移相差较大,近端受力大、位移小,远端受力小、位移大,要使之破坏只要较小的加载力,骨折近端即可首先出现断裂,继之因应力集中而波及整条骨折线,使骨骼再次骨折。纵轴加压或拉伸对肢体远端的位移影响少,而水平轴和矢状轴方向尽管加载力较小,仍能产生肢体远端的较大位移。结论在相同部位、相同力学条件下,横形骨折比斜形骨折愈合快。

摘要:目的研究骶骨肿瘤切除术后骨盆三维有限元模型的建立及相关应力分析。方法利用三维有限元分析软件ANSYS,建立正常骨盆模型和模拟骶骨肿瘤切除术后骨盆模型,并根据坐位承重情况,对比研究相关应力分布。结果成功建立正常骨盆模型和模拟骶骨肿瘤切除术后骨盆模型,并对其在坐位时承重情况进行加载分析,证明:(1) 完整骨盆受到外力后,力的传导沿腰椎→骶骨→双侧骶髂关节面→髂骨→坐骨支的传导途径,力的分布比较分散, 相应节点上受到的压强平均,最高压强局限;而骶骨肿瘤切除术后骨盆模型在受到外力后,由于丧失了大部分的骶骨,使得力的传导受限。(2)去掉骶骨后,骶髂关节周围和坐骨支处的节点受到的压强超过完整骨盆,即骨盆的稳定性降低,导致骨盆完整性的改变。结论建立骶骨肿瘤切除术后三维有限元模型并与完整骨盆模型对比,说明其稳定性发生变化。

摘要:目的评价低强度脉冲超声对实验性骨质疏松性骨折愈合骨痂力学性能的影响。方法 4．5月龄的雌性 SD大鼠42只,去势后10周证实发生骨质疏松,建立双侧股骨中段骨折模型,选用其中符合标准的26只于造模后第2天起采用自制低强度脉冲超声仪随机对一侧后肢骨折部位进行连续治疗,每天20 min,超声波主频率为1．5 MHz,空间平均时间平均强度为50 mW／cm2,脉冲宽度200μs,周期1 kHz;另一侧做对照。分别于治疗4、6、8、12周后处死大鼠,取双侧股骨行三点弯曲试验比较两侧骨痂的力学性能。结果治疗4、6、8、12周后,治疗侧骨痂的最大载荷分别高于对照侧58．75％,76．53％,37．04％,22．14％;最大应力分别高于对照侧29．21％,66．43％,29．08％, 16．90％;弹性模量分别高于对照侧34．01％,61．04％,46．15％,31．77％。除了4周时的最大应力、4周和6周时的弹性模量差异无显著性意义,其余测量值差异均有显著性意义(P<0．05),其中6周时的最大载荷和8周时的最大应力差异有非常显著性差异(P<0．01)。结论低强度脉冲超声治疗能够明显改善实验性骨质疏松性骨折不同愈合阶段骨痂的力学特性,有效提高骨折愈合的质量,从而为临床治疗提供一种新的思路和方法。

摘要:目的描述农村40岁以上人群的脑血管血液动力学参数的分布特征。方法以整群抽样方法抽取上海农村某社区40岁以上人群,进行脑卒中危险因素调查和血液动力学指标检测,按年龄、性别、左右颈动脉检测部位进行分组,分析和比较各组间血液动力学指标的差异及其整体分布特征。结果 40岁以上人群颈动脉最大(Vmax)、最小(Vmin)、平均(Vmean)血流速度,平均脑血流量(Qmean),舒张压与临界压的差值(Dp)等指标随着年龄的增长而呈现明显的降低趋势;脉搏波波速(Wv)、特性阻抗(Zcv)、外周阻力(Rv)、动态阻力(DR)和临界压(Cp)等指标随着年龄的增长而呈现明显的升高趋势。上述指标左右侧检测部位间和男女性别组间比较有一定差异,但无明显的变化规律。结论脑血管血液动力学检测指标变化与年龄增长密切相关。

摘要:目的建立精确的上颌第一磨牙三维实体有限元模型,分析牙体各部位的应力分布。方法利用正常成人上颌第一磨牙螺旋CT的DICOM格式数据,通过特定的程序计算建立牙齿三维有限元实体模型;在该模型上模拟牙咬(?)情况分别进行垂直、侧向和垂直侧向混合加载,计算出牙体各部位的应力和位移。结果上颌第一磨牙在侧向和混合受力时,应力最大值出现在加载处和与侧向力同向的牙体颈部,大小相当,混合受力时(?)边缘部分应力消失;垂直受力时,应力最大值出现在加载处。结论本研究的建模方法几何形状较准确,并且能简捷有效的应用有限元方法进行牙齿各部位的应力分析。

摘要:计算机辅助组织工程(CATE)可以帮助进行复杂组织支架的建模,设计和制造,使很多用于改善替代材料力学及生物学性能的新方法得以实施。CATE通过获取组织的生物学、生物力学及生物化学信息,进行界面的设计、模拟和组织的制作。本文将讲述CATE在骨组织工程支架仿生设计中的应用:介绍运用CATE进行仿生建模,解剖结构重建,组织支架设计,定量CT分析,有限元分析和支架的自由挤压沉积制作。

摘要:剪切诱导血小板聚集(shear-induced platelet aggregation,SIPA)是动脉血栓的重要成因。在高剪切流场下血小板由膜表面膜糖蛋白(GP Ⅰb/Ⅸ/Ⅴ和GP Ⅱb／Ⅲa)与血浆中的von Willebrand因子(vWF)介导发生活化、黏附和聚集。但在低剪切流场却观察不到这种现象,因而SIPA现象是生化因素和力学因素的耦合作用的结果。作者以介导血小板聚集的蛋白质分子为线索综述了近年来有关SIPA机制的研究成果,并提出从力学环境与生化反应的耦合关系入手研究SIPA现象触发机制是今后值得深入的研究方向。

摘要:组织工程学是一门以细胞生物学和工程学为基础,应用工程学和生命科学的原理,开发器官缺损患者所需代替物,并构建和保持或增强其组织功能性的一门交叉学科。生物反应器作为组织工程中非常重要的工具,目前主要是从生物力学问题、三维空间培养问题、传质问题、培养的环境条件问题(pH、氧张力等)和物理因素(电场、磁场、应力场)等方面开展其研究。本文作者主要从生物力学角度介绍组织工程生物反应器研究的最新进展,重点探讨组织工程生物反应器的力学环境。