摘要:

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摘要:目的通过数值模拟方法研究人呼吸过程中吸入的颗粒物在呼吸道内的沉积规律及其影响因素。方法建立正常人呼吸道三维数值模型，模拟吸气过程中气流在呼吸道内的分布规律。在鼻孔或口等气流入口处释放颗粒，模拟悬浮颗粒物随着吸入气流在呼吸道内的沉积过程。同时改变颗粒物直径、密度、呼吸气流速率等参数，通过对比分析，研究颗粒物在呼吸道内沉积的影响因素。结果颗粒物在呼吸道内主要沉积在鼻阈、固有鼻腔气道中部、鼻咽部以及支气管内壁，并且颗粒物的沉积率随着其直径、密度、呼吸气流速率的增大而增加，几个参数对沉积率的影响程度也不相同。结论颗粒物在呼吸道内主要沉积在气道几何形状复杂或者气道走向剧烈改变的位置，颗粒物的直径、密度、呼吸气流速率均会影响到其在呼吸道内的沉积率。研究结果可为空气污染引发呼吸道疾病风险的临床评估提供数值依据。

摘要:目的 利用数值模拟方法阐明人工心脏吻合口位置对微栓运动的影响。方法 首先，基于心衰患者CT医学图像重建真实的主动脉三维模型，并根据临床实际建立3种吻合口位置（位于前壁、前壁和侧壁之间、侧壁）的人工心脏辅助几何模型；其次，运用离散相与有限元结合的方法，使用Fluent有限元软件进行流体数值模拟；最后，分析获得的微栓分布结果、速度矢量图和壁面切应力云图，评估血流动力学状态。结果 当人工心脏吻合口的位置分别处于前壁、前壁和侧壁之间以及侧壁时，微栓进入脑部的概率分别为23.6%、33.8%和36.7%；吻合口位置周围存在涡流。结论 人工心脏吻合口位置能够显著改变主动脉的血流动力学特性，影响微栓在主动脉中的分布规律。研究结果为临床优化人工心脏吻合口位置以降低卒中发生风险提供理论支持。

摘要:目的 利用有限元法与灰色相关性理论的方法，分析并比较支架结构参数对支架植入后与血管同步运动能力的影响。方法 选取S型闭环镁合金支架作为研究对象，应用SolidWorks软件建立不同材料、周向支撑体数目、支撑体长度及初始直径共9款支架模型；应用HyperMesh软件进行支架模型网格的划分；应用ABAQUS软件模拟分析支架植入后与血管同步运动能力；利用灰色相关性理论研究并比较支架结构参数对弯曲刚度影响因子大小。结果 材料对支架柔顺性的影响较明显，其中镁合金的柔顺性最好，对应弯曲刚度值为0.958 N?(rad?mm)-1；周向支撑体数目为5对应支架的柔顺性最好，其弯曲刚度值为0.853 N?(rad?mm)-1；支撑体长度为1.0 mm对应支架的柔顺性最好，其弯曲刚度值为0.829 N?(rad?mm)-1；初始直径为1.4 mm对应支架的柔顺性最好，其弯曲刚度值为1.024 N?(rad?mm)-1。结论 镁合金支架对应柔顺性最好，其次为不锈钢，钴铬合金支架对应柔顺性较差；柔顺性随着周向支撑体数目、支撑体长度、初始直径的增加而呈减小趋势变化；通过灰色相关性计算可知，材料对应柔顺性的影响最显著，其次为周向支撑体数目、支撑体长度，初始直径对其影响较小；分析支架结构参数对柔顺性的影响，可为支架的设计研发及临床治疗提供更加科学的参考。

摘要:目的 运用生物信息学方法预测整合素黏附体信号蛋白间的信号转导通路，为以实验方法研究整合素相关信号转导通路的机制提供参考。方法 把相互作用的整合素黏附体信号分子对搭建成相互作用网络；利用相互作用的置信概率构建边权；然后，采用动态规划算法计算出最小权重的线性通路，再把这些线性通路组装成通路网络。结果 从147个整合素黏附体蛋白所组成的736对相互作用中预测出7个信号通路网络，并计算出各个通路网络中基因本体论注释蛋白的占有率。结论 对信号转导通路的研究能够在分子水平上探索疾病的发病机制。预测出可能的信号通路网络，不仅为基础医学研究疾病机制提供有用信息，也为探索包括力学、化学等外界信号刺激下的信号转导通路提供有益参考信息。

摘要:目的 探讨基底硬度与形貌协同对大鼠骨髓间充质干细胞（rat bone mesenchymal stem cells，rBMSCs）形态、增殖以及成骨分化的影响。方法 分别在硬度为3.5 MPa、槽、脊宽为0.3 μm的聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）基底；硬度为3.5 MPa、槽、脊宽为1.8 μm的PDMS基底；硬度为3.5 MPa的平面PDMS基底；硬度为0.27 MPa、槽、脊宽为0.3 μm的PDMS基底；硬度为0.27 MPa、槽、脊宽为1.8 μm的PDMS基底；硬度为0.27 MPa的平面PDMS基底上培养rBMSCs，利用倒置荧光显微镜观察rBMSCs的形态，CCK-8试剂盒检测rBMSCs的增殖情况，碱性磷酸酶（alkalinephosphatase，ALP）试剂盒检测rBMSCs的ALP活性，免疫荧光技术检测骨钙蛋白（osteocalcin，OCN）及I型胶原（collagen type I，COL I）的表达，qRT-PCR检测Runx2 mRNA的表达。结果 在硬度为3.5 MPa以及槽、脊宽为0.3 μm的PDMS上rBMSCs铺展更好、增殖更快，ALP活性更高，OCN、COL I及Runx2 mRNA表达量明显多于其他各组。 结论 基底硬度对rBMSCs的增殖有明显影响，而硬度与形貌能协同促进rBMSCs的增殖及成骨分化。研究结果有助于了解生物物理因素在某些疾病（如骨质疏松）发病机制过程中的作用，并可为骨组织工程新材料的研发提供理论基础。

摘要:目的 研究力生长因子（mechano-growth factor, MGF）E肽对前交叉韧带（anterior cruciate ligament, ACL）成纤维细胞活力、迁移与侵袭的影响。方法 以ACL成纤维细胞为研究对象： （1）经不同浓度（0、10和100 μg/L） MGF E肽处理细胞24 h后，去除培养基，换成1%血清浓度DMEM低糖培养基培养6和30 h后，检测细胞活力、DNA含量、细胞凋亡、基质金属蛋白酶-2（matrix metalloproteinases-2, MMP-2）和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）活性变化及I型胶原（COL I）、III型胶原（COL III）mRNA表达；（2） 使用不同浓度（0、5、10、20、50和100 μg/L） MGF E肽处理ACL成纤维细胞48 h后，检测细胞活力与MMP-2活性，并利用划痕实验与Transwell实验分别检测细胞迁移与侵袭能力。结果 （1）6 h时，10 μg/L浓度MGF E肽显著促进MMP-2、MMP-9活性，对细胞活力、增殖、凋亡及COL I、COL III mRNA表达无影响。100 μg/L浓度MGF E肽显著促进MMP-2、MMP-9活性，并提高了COL I、COL III mRNA表达，但对细胞活力、增殖、凋亡无影响。30 h时，10 μg/L浓度MGF E肽显著促进MMP-9活性及COL I、COL III mRNA表达，对细胞活力、增殖、MMP-2活性及细胞凋亡无影响。100 μg/L浓度MGF E肽显著促进MMP-9活性及COL III mRNA表达，但对细胞活力、增殖、MMP-2活性、细胞凋亡、COL I mRNA表达无显著性调控作用。（2）MGF E肽显著促进ACL成纤维细胞的迁移与侵袭，且呈一定程度浓度依赖性；迁移与侵袭过程可能依赖于MMP-2活性。结论 MGF E肽能够促进ACL成纤维细胞胞外基质的合成与降解，进一步提高了细胞的迁移与侵袭，有助于组织损伤修复过程中成纤维细胞向损伤部位迁移，对ACL组织修复再生与术后康复具有积极的调控作用。

摘要:目的 研究肿瘤型铰链式膝关节置换术后股骨-假体-胫骨复合体正常站立状态下的生物力学响应，探讨病人术后发生股骨穿孔的原因，为肿瘤型铰链式人工膝关节假体的优化设计与制造提供理论基础。 方法 兼顾CT及三维光学扫描数据建立股骨远端骨肉瘤瘤段切除肿瘤膝关节置换后的病人股骨-假体-胫骨有限元模型，并进行相关有效性验证，从而进一步分析人体站立状态下股骨-假体-胫骨复合体的应力分布及应力遮挡现象。 结果 （1） 在站立加载状态下，相对胫骨，股骨的应力明显更大且集中分布趋势显著，股骨前1/3区域应力较大，呈现应力遮挡效应。（2） 由于模型基于临床病人几何及骨质特征建立，股骨应力集中位置与临床中病人股骨穿孔位置接近，表明在施加自身重力状态下可能发生与病人病症一致的股骨损伤行为。结论 肿瘤型铰链式膝关节假体植入后，由于假体髓针深入骨髓腔，正常站立状态下亦对骨髓腔产生一定的压力；由此产生的应力遮挡效应以及假体髓针与特定骨髓腔的匹配情况均可能引起股骨应力集中，从而将可能引起股骨开裂，甚至穿破，影响手术质量。建议术前优化假体设计以减轻或避免此类现象，从而减少术后患者的并发症发生率。

摘要:目的 通过对比钉棒系统和钢板内固定Tile B2型骨盆骨折的生物力学行为，研究钉棒系统固定骨盆骨折的有效性。方法 构建包含韧带结构的正常骨盆和2钉、3钉患侧、3钉健侧、钢板内固定Tile B2型骨盆有限元模型，在S1椎体上施加500 N均布载荷，模拟骨盆在双腿站立、单腿站立和坐位下的受力情况，对比正常骨盆与钉棒内固定、钢板内固定骨盆的位移和应力分布。结果 钉棒系统和钢板均能对骨盆骨折进行有效固定，两者显示出与正常骨盆相似的位移和应力分布。各内固定中，3钉患侧内固定骨盆的最大位移在各工况下均最小，同时其应力水平明显低于其他内固定，双腿站立下其最大等效应力比2钉、3钉健侧和钢板内固定分别降低30.4%、20.8%、20.3%；坐位下分别降低31.8%、25.4%、18.5%；单腿站立下分别降低-6.5%、28.0%、61.1%。结论 钉棒系统能够对Tile B2型骨盆骨折进行有效固定，且3钉患侧固定效果最佳。研究结果能够为临床骨盆骨折的方案选择提供理论依据。

摘要:目的 研究Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换术与植骨融合术后下颈椎活动度（range of motion, ROM）、椎间盘应力、韧带张力的生物力学特性以及植入假体力学性能的改变。方法 建立C5~6椎间盘退变3种手术方案：Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换和自体髂骨植骨融合有限元模型，同时建立C4~7节段下颈椎原始模型。分析术后下颈椎C4~7节段在矢状面、冠状面及横断面上椎体的生物力学特性变化。结果 术后手术节段关节ROM变化：Discover模型增加12.7%~73.1%，Prodisc-C模型增加74%~98%，植骨融合模型下降55.8%~71.8%。Discover置换后上邻近椎间盘应力无明显增加，下邻近椎间盘应力在前屈、后伸、轴向旋转工况下减少33.2%~54.2%，囊韧带张力增幅比Prodisc-C置换后减少30%~40%。Discover假体最大应力（36.72 MPa）出现在前屈工况下，小于Prodisc-C假体的最大应力（42.66 MPa）。结论 人工椎间盘置换术可以保留手术节段的运动性能，Discover作为新一代人工椎间盘假体，在减少韧带负担和维持脊柱稳定性方面有所进步。研究结果可为颈椎前路融合手术和人工颈椎间盘置换术的临床研究提供理论依据。

摘要:目的 针对目前对儿童颅脑组织材料参数的不确定性，研究直接冲击载荷条件下颅脑组织材料参数对儿童头部冲击响应的影响。方法 应用已验证的3岁儿童头部有限元模型进行冲击仿真实验，采用正交实验设计和方差分析对儿童颅脑组织材料进行参数分析。结果 颅骨弹性模量对儿童头部冲击响应具有显著性影响，随着颅骨弹性模量的增加，头部撞击侧颅内压力显著减小（P=0.000），对撞侧颅内压力显著增大（P=0.000），颅骨最大Von Mises应力显著增大（P=0.000）。脑组织的线性黏弹性材料参数对儿童头部冲击响应同样具有显著性影响，随着脑组织短效剪切模量的增加，脑组织最大主应变显著减小（P=0.000），脑组织最大剪应力则显著增加（P=0.000）。结论 参数分析结果可为今后儿童头部有限元模型的材料选取提供参考依据，进而提升模型在预测临床上无法通过脑CT影像确诊的脑震荡等脑损伤时的准确性。

摘要:目的 探讨腰椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响。方法 采用7具人体脊柱标本（L2~3），制备完整椎间盘组、1/4椎间盘切除组、1/2椎间盘切除组，对标本施加7.5 N?m的屈伸、侧弯和轴向旋转方向的纯力偶矩，记录腰椎运动范围（range of motion, ROM）和小关节压力。结果 后伸方向， 1/4 椎间盘切除状态下非切除侧小关节压力显著性增大；侧弯方向，1/2 椎间盘切除状态下的两侧小关节压力均有显著性增大；轴向旋转方向，1/2 椎间盘切除状态下仅切除侧小关节压力显著性增大。1/4 椎间盘切除、1/2 椎间盘切除状态下的ROM均大于完整椎间盘，但前屈方向各组间ROM无差别，各组间侧弯和轴向旋转的ROM在左、右侧无差别。结论 腰椎间盘不对称切除导致腰椎除前屈方向外稳定性下降和小关节压力不对称性增大，提示腰椎间盘不对称退变引起腰椎不稳和小关节压力增大可产生腰痛。

摘要:目的 采集上、下楼梯过程中健康人体下肢运动学、动力学功能参数，为外骨骼助行器实现上、下楼梯这一运动形式的步态轨迹设计和驱动元件选型提供数据支持。方法 设计常规楼梯实验装置，利用三维运动捕捉系统和三维测力台系统同步测量方法测量上、下楼梯时踝、膝、髋关节运动信息，应用SPSS统计软件和Origin绘图软件分析下肢运动特点，并对比分析上、下楼梯时下肢的功能参数。结果 通过实验获得健康青年人在上、下楼梯时下肢关节在矢状面关节角度、关节力矩随步态变化规律及活动极限值，上楼时踝、膝、髋关节角度依次为-10.66°~13.26°、6.85°~88.92°、1.31°~50.18°，下楼时踝、膝、髋关节角度依次为-37.42°~27.18°、9.83°~95.53°、8.01°~31.62°。上、下楼梯时所需最大踝、膝、髋关节力矩依次为1.788、1.121和0.946 N?m/kg。结论 上、下楼梯时人体下肢步态参数随步态变化趋势与关节运动范围显著不同。助行器步态规划要针对上、下楼梯单独设计，驱动元件的选型上要满足上、下楼梯时各关节的最大力矩需求。

摘要:目的 研究牵张应变对人牙周膜细胞（human periodontal ligament cells, HPDLCs）表达炎症体通路相关因子的影响。方法 对体外培养的HPDLCs施加20%牵张应变6、24 h，分别采用实时定量PCR以及免疫印迹技术检测NLRP3、Caspase-1及IL-1β的mRNA及蛋白表达的变化。对体外培养的HPDLCs施加20%牵张应变1、2、4、6 h后，采用酶联免疫吸附实验检测细胞分泌的IL-1β蛋白变化。对照组HPDLCs培养于弹性培养皿中，与动态牵张应变加载组的培养条件一致，但不加载应变。结果 6 h牵张应变作用下HPDLCs中NLRP3、 caspase-1及IL-1β的mRNA及蛋白表达较对照组增加（P<0.05）；24 h牵张应变作用下HPDLCs中NLRP3的蛋白表达水平上调（P<0.05）；加载牵张应变4、6 h后，细胞培养上清中IL-1β含量随牵张时间的增长而增加（P<0.05）。结论 20%机械牵张6 h能诱导HPDLCs中NLRP3/Caspase-1炎症体-IL-1β通路因子的表达。

摘要:骨适应性力学环境中，成骨细胞作为骨形成的主要功能细胞，也是感应力学载荷的主要细胞之一。目前随着科技的发展，越来越多的航天员、飞行员等暴露于高重力环境中。为了更好了解和认识高重力下成骨细胞的力学生物学响应，综述高重力下成骨细胞形态及增殖、基因表达、细胞因子分泌以及信号转导通道等力学生物学方面的研究进展，为高重力环境下骨组织的力学生物学研究提供思路和准备。

摘要:Notch-1信号通路在细胞分化、发育以及增殖、凋亡方面起重要作用，并参与肿瘤的发生发展，与肿瘤的侵袭、运动和转移过程密切相关。活化的Notch-1信号通路能够直接或间接调控细胞的增殖和迁移，促进肿瘤细胞发生上皮细胞间充质转换，并维持其间充质特性，增强肿瘤细胞的黏附能力。同时，Notch信号通路与PI3K/Akt、NF-κB等途径交互作用，将信号级联放大，从而加强调控肿瘤细胞的恶性行为。多种实体瘤中存在异常活化的Notch-1信号通路。从Notch的结构和功能、Notch-1信号通路与肿瘤发生和转移的关系、Notch-1调控肿瘤转移的分子机制与调控网络和以Notch为靶点的肿瘤治疗5个方面进行综述。阐明Notch-1信号通路在肿瘤转移过程中的作用与调控机制以及目前针对Notch-1信号通路的治疗策略，能够为肿瘤的病理机制和临床治疗研究提供参考信息。