摘要:生物力学是研究力与运动学、医学、生物学和材料学等学科之间关系的学科,是一门多学科交叉学科相互结合、相互渗透、融合而形成的交叉科学体系。其分支运动生物力学与医用生物力学是实验性和实践性很强的学科,是科技奥运的一个重要组成部分。本文围绕"科技奥运"主题所刊登的有关生物力学在竞技体育应用和在运动医学基础与应用方面相关文稿作出简要综述。

摘要:本文展示生物力学在运动医学领域内的现状,阐明其面临的主要问题及发展方向。同时收集了生物力学在运动医学领域内不同方面的发展资料,分析了该领域内取得的主要成就及存在的问题,总结了生物力学在运动医学领域内的主要成果及不足,提出了发展方向。生物力学在运动医学领域内发展良好,前景光明。

摘要:目的分别观察转PDGF-BB、VEGF165和TGFβ1基因的兔骨髓间充质干细胞(mesen chymal stem cells,MSCs)施加于异体跟腱重建兔前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)的影响,探讨改善和加强异体移植物重建ACL的途径。方法40只成年新西兰大白兔随机分为5组,每组8只。选用经Gamma射线照射,-80℃储存的同种异体跟腱进行前交叉韧带的重建。1组为对照组,2组为细胞组(MSCs),3组为经逆转录病毒转染稳定表达PDGF-BB的MSCs(PDGF-BB组),4组为经腺病毒转染稳定表达VEGF165的MSCs(VEGF165组),5组为经腺病毒转染稳定表达TGFβ1的MSCs(TGFβ1组)。各组细胞混合l00μL纤维蛋白胶粘附于重建韧带表面,术后12w取材。结果组织学观察发现,VEGF165组新生血管和成纤维细胞浸润高于其他各组。生物力学测试证明,PDGF-BB组和TGFβ1组移植物的最大载荷刚度、吸收能和最大拉张强度明显较对照组增强(P<0.05),细胞组和VEGF165组最大载荷、刚度和吸收能虽高于对照组,但无显著差异(P>0.05),VEGF165组拉断位移大于对照组(P<0.05)。所有实验组移植物、正常ACL和跟腱都在体部断裂。结论转VEGF165基因的MSCs可增加重建韧带的血管,但对生物力学功能无改善;转PDGF-BB基因和TGFβ1基因的MSCs有加速重建韧带成熟的作用。

摘要:目的探讨牵张应力在胸椎黄韧带骨化症中的作用。方法牵张应力作用于胸椎黄韧带细胞后,通过PNPP法、Real-timePCR等实验方法,观察牵张应力对黄韧带细胞成骨分化的影响。结果牵张应力可以促进黄韧带细胞碱性磷酸酶活性增强,骨钙素的表达增高。结论牵张应力可促进胸椎黄韧带骨化症黄韧带细胞向成骨方向分化。

摘要:目的研究不同抓举重量下男子抓举技术动作的生物力学特征。方法利用8通道EMG测量系统、三维测力平衡系统和数码摄像机,对上海市举重队现役男子举重运动员在不同重量下抓举过程中的8块具有代表性的浅层骨骼肌的表面肌电、足底反力和抓举视频做同步采集。结果不同抓举重量下举重运动员的足底反力变化曲线趋势一致,基于足底反力曲线中的特征点对抓举技术动作阶段可划分为7个阶段,预备阶段、伸膝提铃阶段、引膝提铃阶段、发力阶段、惯性上升阶段、下降定铃阶段和起立阶段。抓举过程中肌群活动的时间顺序为:背阔肌、竖脊肌、肌直肌、三角肌、肱三头肌、胫骨前肌、肱二头肌和斜方肌。其中,斜方肌的积分肌电值最大,背阔肌的积分肌电值最小。随着抓举重量的增加,肱三头肌和三角肌的积分肌电值增加最大。结论为提高举重运动员抓举项目的比赛成绩,运动员应该重视斜方肌、肱三头肌和三角肌的训练。

摘要:目的探讨10周渐进性气动变阻力量训练(PST)与传统力量训练(TST)对20￣45岁普通人群膝关节伸屈肌力比的影响。方法30名普通人群分为气动组(PST组)和传统组(TST组),分别利用不同的力量训练器械进行训练;训练前后测试实验对象膝关节最大等长伸屈膝力量。结果力量训练后,气动组静力性最大屈膝力矩与膝关节伸屈肌力比有显著提高;传统组膝关节伸屈肌力比显著降低;组间比较关节伸屈肌力比差异显著。结论40%￣90%1RM(1RM指最大能重复一次)负荷内,渐进性气动变阻力量训练能提高膝关节的伸屈肌力比,传统力量训练则更易提高肌肉的快速力量,两者有一定的互补作用。

摘要:目的(1)确定使用任意拉格朗日-欧拉(ALE,Arbitrary Lagrangian-Eulerian)流固耦合方法进行标枪飞行仿真的可行性;(2)通过ALE方法,确定最佳投掷时的攻角值。方法使用Femb前处理软件建立了标枪和空气的有限元模型;同时设置了标枪和空气的材料属性和单元属性,施加载荷、初始和边界条件,在此基础上用LS-DYNA求解器对给定出手参数的标枪进行了计算机仿真。结果给出了速度为30m/s,倾角为39°,高度为2m时,不同攻角下枪尖的水平和竖直位移。结论通过仿真,不但证明了使用ALE流固耦合方法进行标枪飞行计算机仿真是可行性的,而且出手参数的调节也容易控制;通过仿真分析,确定了30m/s和39°出手时,获得最佳投掷距离的攻角值为-3°。

摘要:目的建立足部三维有限元模型,对足后部骨骼在踏跳中的应力分布进行分析。方法应用CT扫描和CAD/CAM软件处理,建立足后部骨骼三维模型。通过对背跃式跳高踏跳的足底压力测量和逆向肌肉力量计算,确定载荷约束条件,并进行有限元计算。结果获得了踏跳瞬间,跟骨、距骨、舟骨等易损伤部位的生物力学响应和应力分布,发现跟骨后距关节,距骨背面均为应力集中处。结论本研究建立的模型可用于足后部骨骼生物力学研究,为踏跳中的运动损伤力学机理提供数据。

摘要:目的进一步认识撑竿跳高项目规律,提高撑竿跳高选手的成绩。方法对国内两名优秀女子撑竿跳高选手A、B的3次大赛的6次动作进行生物力学分析,采用定点定焦平面摄影的拍摄方法,运用APASsystem解析。结果B的3次比赛起跳速度损失率分别为23%、26%、20%,而A分别为16%、23%、18%,A的速度损失率都低于B;B的3次比赛的长摆时间分别为0.16s、0.16s、0.18s,而A分别为0.12s、0.10s、0.08s,B的长摆时间都长于A。结论B起跳技术比较差,A的起跳技术基本表现出"自由起跳"的特点;A较短的长摆时间不利于弯竿,建议从加强相关肌群力量出发,增加长摆时间。

摘要:目的建立胸腰段脊柱侧凸的三维有限元模型。方法螺旋CT扫描脊柱侧凸患者T6椎体上缘至L1椎体下缘,所得图片经Photoshop处理后导入Simpleware软件,采用实体建模方法构建出每一椎体及椎间盘的实体模型,经过逆向工程软件Geomagic光滑、组装后导入有限元分析软件ABAQUS,进行网格划分建成脊柱侧凸的有限元模型。结果所建模型共划分了232315个单元,356830个节点,模型结构完整,单元划分精细,外观逼真,几何相似性好,能精确测量一定载荷下的应力和位移分布。结论本研究所建有限元模型有助于脊柱侧凸的生物力学研究,对于脊柱侧凸的治疗及个性化矫形支具的设计具有指导意义。

摘要:目的研究腹主动脉瘤不同形态学对瘤内血液动力学的影响,为临床预估动脉瘤的破裂提供参考。方法根据动脉瘤影像学上的特点建立不同几何形态的数学模型,采用计算流体动力学(CFD)方法,在周期性脉动速度入流、刚性壁面以及血液为牛顿流体的条件下,对一个心动周期内瘤内流场进行数值分析研究,比较不同几何形态腹主动脉瘤内血液动力学。结果非轴对称模型可造成相对较大的壁面剪应力;带有峰值偏移和曲率半径偏转的腹主动脉瘤,瘤内漩涡的发展变化会随着几何形态的不同而产生变化。结论腹主动脉瘤内流场特征的变化受到不同形态学的影响。

摘要:目的探究血管在不同情况下的性质。方法用有限元方法模拟建立胸主动脉直管段血管的线弹性小变形、线弹性大变形、非线性弹性和考虑动脉壁的残余应力因素的数值模型,分析了不同模型下动脉壁的应力分布和位移分布等力学性质,并对这几种模型进行讨论和比较。结果数值分析得出残余应力改变了周向应力的分布,没有改变周向应力水平,残余应力对血管的位移没有明显影响。结论本次研究得出考虑残余应力作用后,血管内壁的应力集中明显降低。

摘要:目的研究轴突在三维组织中的定向生长问题,探讨轴突沿非平坦基底定向生长时基底的低起伏程度对轴突的生长速率、成束和解束速率的影响。方法根据实验观察,设轴突生长的牵引力与靶细胞分泌的可扩散吸引分子的浓度梯度成正比,轴突成束和解束的侧向力与生长锥分泌的可扩散吸引分子和排斥分子的浓度梯度成正比,并且,吸引力指向浓度高的方向,排斥力指向浓度低的方向,浓度满足扩散方程。对于非平坦基底,有效力为沿基底轮廓线的切向分量。数值计算采用三维有限差分法和改进的Euler法。结果(1)轴突在三维组织中定向生长的基本特征与在二维培养基实验中的观察是一致的,只是在形态上有三维与二维之分;(2)非平坦基底的低起伏程度影响轴突的生长,随着起伏加剧,生长锥的前进速率减小、侧向速率增加。结论(1)许多基于二维培养实验所揭示的轴突生长的基本规律在三维情况下仍然是成立的;(2)基底的几何性质是影响轴突生长速率的重要因素之一。

摘要:目的研究牵张应变刺激对体外培养的小肠Cajal间质细胞(ICC)起搏电流的影响。方法利用II型胶原酶消化并在含有干细胞因子的SmGM培养基中培养ICC,72h后采用免疫荧光细胞化学方法鉴定培养的ICC。利用传统全细胞记录模式膜片钳技术记录正常小肠ICC起搏电流,然后采用对细胞直接施加正压和灌流低渗溶液的两种方法给细胞膜施加张应变刺激,以观察牵张应变对小肠ICC起搏电流的影响。结果培养72h后的ICC在光镜下,胞体呈三角形或梭形,且自胞体发出2￣4条长突起,并与邻近ICC突起相互连接成网络状;荧光显微镜下观察ICC胞体和突起酪氨酸激酶受体c-kit表达呈阳性;在膜电位钳制在-60mV的条件下,可以记录到自发而节律性内向电流,即起搏电流;在传统全细胞记录模式下,两种张应变刺激均可以激活一种内向电流同时明显增加起搏电流的振幅及频率。结论牵张应变对胃肠壁的刺激可能作用于胃肠平滑肌节律性运动的起搏细胞ICC并改变其电生理特性,从而调节胃肠平滑肌运动的基础张力和频率。

摘要:目的评价携带人骨形成蛋白-2(hBMP-2)基因重组腺病毒(Adv-hBMP-2)转染的骨髓基质干细胞(BMSCs)与透明质酸(HA)复合构建的组织工程化骨对兔桡骨干缺损的修复效果。方法取兔骨髓行BMSCs培养及Adv-hBMP-2的体外转染,建立兔桡骨干1.5cm的缺损模型。20只兔(40侧)分4组(n=10):第1组注射Adv-hBMP-2转染细胞+HA组,第2组注射Adv-hBMP-2转染细胞组,第3组单纯注射HA组、第4组空白对照组;通过影像学、组织学检查、生物力学测试和骨组织形态计量分析观察修复效果。结果(1)第1组,第12周8侧骨缺损中6侧完全愈合;第二组第12周8侧骨缺损中有3侧完全愈合;第3组和第4组,第12周骨缺损均未愈合。根据骨缺损内新生骨面积行X线疗效评分,各组依次为4.63±0.74、3.38±1.60、1.63±0.74、1.50±0.53,差异有统计学意义(P<0.0001)。(2)第1、2组,4￣8周时骨缺损内均有多量新生骨痂形成,12周时部分骨髓腔再通;第3、4组,4￣8周时骨缺损处为纤维组织填充,12周时骨缺损未愈合,两骨端硬化。新生骨小梁面积第1、2组分别为(16.25±3.49)mm2、(10.37±2.02)mm2,差异有统计学意义(P<0.001)。(3)第1组的最大压缩载荷和弹性模量分别为(211.54±63.58)N和(113.36±56.47)MPa,第2组分别为(126.74±53.13)N和(98.91±63.36)MPa,差异有统计学意义(P<0.05)。平均最大压缩载荷与正常桡骨组之比:前者为75.86%,后者为45.45%。结论HA复合Adv-hBMP-2转染BMSCs构建的组织工程化骨可以修复兔桡骨干骨缺损。

摘要:目的探讨大鼠卵巢辐射损伤后腰椎骨密度、微结构和生物力学的改变。方法手术暴露大鼠双侧卵巢并应用50Gy的γ射线局部照射,术后90d取大鼠腰椎,DEXA测定骨密度,扫描电镜显示微结构,并行压缩实验检测腰椎最大载荷。结果与假手术组相比,卵巢辐射组大鼠的腰椎骨密度显著减少(P<0.05),骨微结构破坏,生物力学性能下降(P<0.05)。结论卵巢辐射损可导致大鼠腰椎的骨质疏松样改变。

摘要:大电导——钙离子激活的K+通道(BK通道)广泛地表达于各种组织与细胞中,具有重要的生理功能。这一类离子通道同时具有钾通道家族的多种生物物理特性,包括选择透过性、电压依赖性门控、配体结合(Ca2+激活)门控,以及应力敏感性。对其结构的分析,有助于更深入了解BK离子通道及其整个K+通道家族的门控机制。通过家族共性与BK通道特异性的分析,将有助于阐明BK通道的结构及其门控机制。本文结合钾离子通道家族结构与功能的相关研究,论述了BK通道分子结构、功能及其门控机制。