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2018年第33卷第2期文章目次

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    • 1  目录
    医用生物力学编辑部
    2018, 33(2).
    [摘要](1445) [HTML](0) [PDF 344.79 K](2434)
    摘要:
    2  封面
    医用生物力学编辑部
    2018, 33(2).
    [摘要](1538) [HTML](0) [PDF 616.09 K](2288)
    摘要:
    3  主动脉瓣部分关闭和完全开放的有限元分析
    刘桂梅 ,  潘友联 ,  付文宇 ,  乔爱科
    2018, 33(2):95-100.
    [摘要](1649) [HTML](0) [PDF 761.60 K](1342)
    摘要:
    目的 探究不同的初始状态设置对瓣膜仿真计算的影响。方法 创建初始状态分别为主动脉瓣部分关闭和完全开放的二维结构模型，对瓣膜和主动脉侧、心室侧的血管壁施加随时间变化的压力载荷，采用有限元法研究在两种不同初始状态设置下瓣膜关闭时的最大应力、对合长度和接触力。结果 以完全开放为初始状态的模型在瓣膜关闭时的应力和接触力更大，瓣膜闭合程度较差，周期性循环中应力和闭合程度的变化较大；部分关闭为初始状态下瓣膜在关闭时的应力和接触力小，闭合程度较好，周期性循环中应力和闭合程度的变化小。结论 在初始状态为部分关闭时，计算过程的稳定性和瓣膜的闭合程度较好，在进行数值模拟计算时可以给予更多的考虑。研究结果可为瓣膜和主动脉根部生物力学机制的研究提供参考。
    4  端部形状对支架-食管耦合系统力学行为的影响
    倪晓宇 ,  赵海霞 ,  殷红莲 ,  张嫣红 ,  潘长网
    2018, 33(2):101-107.
    [摘要](1484) [HTML](0) [PDF 1.74 M](1182)
    摘要:
    目的 研究食管支架不同端部形状对支架-食管系统力学行为的影响。方法 通过有限元仿真，对不同端部形状（直筒形、杯球形和双喇叭形）的编织型食管支架及其与食管腔道构成耦合系统之间力学行为进行分析，并比较3种不同端部形状的裸支架和覆膜支架对食管内壁应力分布和食管狭窄区扩张的影响。结果 裸支架使食管狭窄率降低的程度比覆膜支架高，并且裸支架使食管的等效应力和食管内壁的接触应力都远大于覆膜支架植入后的情况；支架不同的端部形状对食管健康区域内的等效应力和接触应力有很大影响，在食管与杯球形支架的杯端中部和双喇叭形支架端部边缘所接触的区域内出现应力集中；3种不同端部的编织型食管支架都具有良好贴壁性能。结论 不同的支架端部形状使食管内壁产生不同应力状态。应力越大，食管组织增生的可能性越大，但支架移位的可能性越小。了解支架端部形状对支架性能的影响，可为支架的优化设计和临床选型提供重要的理论依据。
    5  针对3D打印材料孔洞应力集中计算的映射算法
    岳怀俊 ,  蒋文涛 ,  王宠 ,  万志鹏 ,  樊瑜波
    2018, 33(2):108-113.
    [摘要](1857) [HTML](0) [PDF 1.16 M](1154)
    摘要:
    目的 利用映射算法以较小计算成本获得3D打印材料孔洞应力集中分布情况，为3D打印材料疲劳寿命预测及结构优化设计的有限元分析提供新方法。方法 提取单个孔洞应力集中影响范围内的节点及应力，并计算出各节点的应力集中系数。以寻找最近点的方式将无孔洞模型相应节点的应力值乘以不同的应力集中系数来体现孔洞的应力集中。若多节点映射到同一节点，则乘以多个应力集中系数的平均值；对距离边界较近的点，则乘以边界影响系数。结果 材料内部孔洞的映射结果与实际计算结果误差小于8%；而对于自由边界孔洞聚集的情况，误差小于15%。结论 映射算法能够有效表征3D打印材料孔洞的应力集中，以较小的成本获得含孔洞缺陷模型的应力分布。该算法为临床植入体优化设计及疲劳分析提供有限元结果。
    6  松质骨拉力螺钉紧固过程的隐式动力分析
    刘玉新 ,  孙培栋 ,  毕振宇 ,  欧阳钧
    2018, 33(2):121-125.
    [摘要](1393) [HTML](0) [PDF 1.01 M](1138)
    摘要:
    目的 利用有限元隐式动力学分析方法对拉力螺钉的紧固过程进行动态模拟，分析其骨-钉界面应力分布特征。方法 建立螺钉和周围骨性结构的有限元模型，利用有限元隐式求解器对拉力螺钉的紧固过程进行隐式动力学分析。根据螺钉及周围骨性结构的应力、分布情况分析骨-钉界面受力特征。结果 螺钉螺纹杆部近端为应力集中区域。螺钉周围骨性结构的高应力分布区域位于螺钉螺纹周缘向外区域，深度约相当于螺纹深度。此区域是抵抗螺钉滑脱的主要区域。结论 隐式动力学分析方法可准确模拟螺钉紧固过程中骨-钉界面的力学特性；螺钉周围骨质高应力分布区域的发现有助于进一步理解并改进螺钉的稳定性。
    7  复杂不稳定型股骨粗隆间骨折3种固定系统的生物力学研究
    施慧鹏 ,  孙辉 ,  胡海 ,  王挺 ,  高悠水 ,  李晓林 ,  王成焘
    2018, 33(2):126-130.
    [摘要](1337) [HTML](0) [PDF 1.11 M](1058)
    摘要:
    目的 针对复杂不稳定型股骨粗隆间骨折，比较动力髋螺钉（dynamic hip screw, DHS）、股骨近端防旋髓内钉（proximal femoral nail antirotation, PFNA）和股骨近端内固定支架（proximal femoral internal-fixator, PFI）有效性及力学差异。方法 取18具Synbone股骨近端人工骨模型，制成复杂不稳定型股骨粗隆间骨折模型（Evans-Jensen III型），分别以DHS、PFNA和PFI固定，用实验应力分析方法，比较3种固定方式的差异及优劣。结果 在压缩载荷300、600、1 200 N下，DHS固定后骨折两端的位移均最大，与PFI、PFNA相比均有显著性差异（P＜0.05），PFI与PFNA骨折两端的位移均无显著性差异（P＞0.05）。在扭转载荷300、600、1 200 N下，DHS及PFNA固定后骨折两端的位移均最大，两者间无显著性差异（P＞0.05）；PFI与DHS、PFNA相比均有显著性差异（P＜0.05）。结论 在复杂不稳定型股骨粗隆间骨折中，PFI系统的抗压缩稳定性与PFNA系统接近，但抗扭转稳定性强于PFNA系统；无论是抗压缩稳定性还是抗扭转稳定性方面，DHS固定系统都最小。
    8  保留后部韧带复合体结构对腰椎减压融合术后相邻节段生物力学特性的影响
    李超 ,  杨枫 ,  徐成 ,  阮狄克
    2018, 33(2):131-135.
    [摘要](1241) [HTML](0) [PDF 1.19 M](1025)
    摘要:
    目的 比较人体腰椎标本保留后部韧带复合体（posterior ligament complex, PLC）结构 在位移及载荷两种不同加载模式下对腰椎减压融合术后相邻节段生物力学特性的影响。方法6具急性脑死亡新鲜青年男性T12～S2尸体标本，每个标本在位移及载荷加载两种模式下依次完成以下状态的生物力学测试：完整状态、L4～5椎板间大开窗减压固定、L4～5全椎板切除减压固定。通过摄像系统非接触式测量融合相邻节段运动范围（range of motion, ROM），并进行对照研究。结果 在位移加载模式下，全椎板切除组屈曲ROM较椎间大开窗组显著增加，而在后伸、侧弯及旋转方面两组无显著性的差别。结论 位移和载荷加载模式对腰椎融合术后相邻节段的生物力学影响存在差异性。与保留PLC结构的椎间大开窗减压方式相比，破坏PLC结构的全椎板切除减压方式可以导致相邻节段屈曲ROM显著增加，并提高相邻节段在后伸、侧弯及旋转等运动状态下ROM，其远期出现融合相邻节段失稳的可能性大。
    9  克氏针和绷带固定对微创术后拇外翻的生物力学影响
    陶静 ,  郭俊超 ,  樊瑜波
    2018, 33(2):136-141.
    [摘要](1367) [HTML](0) [PDF 1.38 M](1215)
    摘要:
    目的 研究第1跖骨远端截骨后克氏针和绷带固定对拇外翻的作用效果。方法 通过拇外翻的医学影像数据建立完整的三维足部有限元模型，此模型包括足骨、籽骨、软骨、韧带、软组织、跟腱等；分别建立克氏针和绷带固定的模型，分析拇外翻平衡站立时的足部受载特点。结果 绷带固定下截骨之间的压应力（14.9 MPa）大于克氏针峰值应力（6.71 MPa）。从背侧、跖侧、内侧、外侧来看，克氏针固定对截骨面的稳定作用都优于绷带固定，更有利于截骨面的稳定。结论 绷带固定可减少截骨端的愈合时间，有利于临床上拇外翻术后固定方式的优化选择。
    10  不同运动鞋舒适性差异及对篮球典型动作足部受力特征影响
    王熙 ,  杨洋 ,  张希妮 ,  傅维杰
    2018, 33(2):142-149.
    [摘要](1478) [HTML](0) [PDF 2.35 M](1259)
    摘要:
    目的 探讨穿着不同篮球专项鞋在不同篮球典型步法中足部受力特征和专项鞋舒适性之间的关系。方法 利用Kistler三维测力台和Medilogic鞋垫式足底压力测试系统采集并比较12名篮球专项运动员分别穿着两款篮球鞋（L、N鞋）在完成3种篮球典型步法（侧滑步、90°变向跑、3步上篮）的受力特征，包括冲击力峰值、最大负载率、足底压力峰值等；并采用主观舒适度量表对完成3种步法时两款鞋舒适性进行评分。结果3种典型步法中两款鞋在冲击力方面无显著性差异，L鞋足部压力在侧滑步和3步上篮中比N鞋更小；在舒适性方面，N鞋显著优于L鞋，主要表现在鞋舒适性喜好程度（后跟稳定性、后跟响应、前掌缓冲、后跟缓冲和总体印象）和强度（前掌缓冲和后跟缓冲）方面存在显著性差异。结论 两款篮球鞋仅在足底压力和舒适性评价上存在较大差异，但并没有一款鞋在两种评价中都表现更优异，提示在全面设计和评价专项鞋时应兼顾鞋本身的生物力学特性和运动员的主观评价。
    11  流体剪应力作用下E-选择素介导的中性粒细胞钙响应
    张力 ,  吴建华 ,  方颖
    2018, 33(2):150-156.
    [摘要](1181) [HTML](0) [PDF 1.70 M](1065)
    摘要:
    目的 探讨流场下E-选择素介导的中性粒细胞钙响应过程。方法 采用平行平板流动腔结合荧光显微镜，在0～600 mPa流体剪应力（fluid shear stress, FSS）下，实时观察中性粒细胞在不同浓度E-选择素上的黏附及随后产生的钙响应。结果 在流场环境下E-选择素可特异性介导中性粒细胞的稳定黏附和钙响应，细胞的黏附数和激活比率随浓度的提高而逐渐增加。只有固定的E-选择素才能传递力信号来有效触发细胞的钙响应，FSS的增加不仅提高了细胞的激活比率（从23%增至70%），增加了钙响应的强度（从0.92增至1.45），而且大大缩短了细胞自黏附到钙响应启动的时间（从70 s减为27 s）。结论 FSS和E-选择素协同调控中性粒细胞的钙响应，FSS对钙响应的速度和水平实行正向调节。研究结果可深化血流环境下白细胞免疫响应过程的理解。
    12  实验性高度近视眼巩膜胶原及弹性模量的变化
    王聪聪 ,  谢永芳 ,  王国辉
    2018, 33(2):157-162.
    [摘要](1264) [HTML](0) [PDF 1.95 M](1107)
    摘要:
    目的 探讨实验性高度近视眼巩膜组织的胶原及弹性模量的变化，进一步明确高度近视眼的发生机制。方法 1 月龄新西兰大白兔 20 只随机单侧眼球眼睑缝合建立高度近视眼动物模型，另一侧眼球为正常对照眼，建模 60 d 后，测量眼轴长度确定建模成功；获取不同部位巩膜组织（前部、赤道部和后部巩膜），一部分巩膜制成巩膜条带，用 Instron 5544 试验机检测巩膜的弹性模量，一部分巩膜组织固定后进行HE染色观察巩膜结构，一部分巩膜组织固定后通过电镜观察胶原原纤维，一部分巩膜组织匀浆检测羟脯氨酸浓度，确定胶原含量。结果 随着月龄增加，巩膜组织弹性模量和胶原含量不断增加，胶原原纤维的直径不断增大。高度近视眼后部巩膜的弹性模量、羟脯氨酸含量明显小于正常眼，且胶原原纤维的直径小于正常眼，而前部和中部巩膜未见明显差异。结论 在高度近视发生过程中，后部巩膜发生重塑，胶原原纤维的排布和胶原含量发生变化，导致后部巩膜生物力学性能降低，容易发生扩张和变形，进而引起近视。研究结果为后续以胶原为靶点，在生长发育早期防治高度近视眼奠定基础。
    13  长期太极拳和慢跑锻炼对侧向突发干扰下老年男性神经肌肉反应时和肌电达峰值时间影响
    王少君 ,  苏丽娜 ,  李静先 ,  徐冬青
    2018, 33(2):163-167.
    [摘要](1263) [HTML](0) [PDF 1.17 M](1051)
    摘要:
    目的 比较长期太极拳和慢跑锻炼对老年男性突发侧向姿势干扰下神经肌肉反应时和肌电达峰值时间的差异，探索提高老年男性侧向姿势挑战下神经肌肉反应和肌肉收缩效率的有效锻炼方式。方法 利用足底水平干扰触发平台对年轻男性、无规律锻炼的老年男性、长期慢跑锻炼的老年男性、长期太极拳锻炼的老年男性进行突发侧向姿势干扰。表面肌电测试和分析系统用于收集腓骨长肌、胫骨前肌、臀中肌和竖脊肌的肌电信号。结果 突发侧向干扰下，无规律锻炼老年男性腓骨长肌、胫骨前肌和臀中肌的神经肌肉反应时明显地慢于年轻男性，长期太极拳锻炼老年男性胫骨前肌和竖脊肌的神经肌肉反应明显地快于老年对照组；年轻男性腓骨长肌、胫骨前肌和臀中肌的收缩速度明显地快于3组老年人。结论 长期太极拳锻炼可以使老年男性踝关节和躯干肌的神经肌肉反应更加迅速以应对侧向的姿势挑战，而对于提高老年男性肌肉收缩效率的效果不明显。
    14  高冲击运动时不同着陆姿势对骨密度和骨矿含量的影响
    罗依雪 ,  罗陈宇 ,  蔡宇辉 ,  江天云 ,  崔亚琳 ,  王丽珍 ,  樊瑜波
    2018, 33(2):168-173.
    [摘要](1287) [HTML](0) [PDF 1.36 M](1054)
    摘要:
    目的 研究不同类型高冲击运动对于骨密度（bone mineral density, BMD）和骨矿含量（bone mineral content, BMC）的影响。方法 招募39名志愿者，其中伞兵、篮球运动员和作为对照组的普通大学生各13名，将其分成两组（第1组：20～22岁；第2组：23～25岁），分别测量跟骨、第1～5跖骨、髋关节和腰椎（L1～4）BMD和BMC。结果 篮球运动员跟骨、第1、2跖骨、总腰椎和髋部BMC显著大于伞兵和对照组；篮球运动员在腰椎、髋关节和股骨颈处BMD也显著大于其他组；伞兵和对照组在测量部位的BMD和BMC无显著性差异。结论 BMC与BMD并非总是正比于平时运动时的垂直地面反作用力。相比跳伞训练，篮球运动能更好提高BMC和 BMD，这种变载荷运动作为训练方法，更有利于降低骨质疏松性骨折的风险。
    15  离体脊柱生物力学测试的加载方法研究进展
    谢勇 ,  晏怡果
    2018, 33(2):174-180.
    [摘要](1374) [HTML](0) [PDF 1.69 M](1092)
    摘要:
    离体脊柱标本三维运动载荷-位移特性的描述是脊柱生物力学研究的基础，如何准确地模拟在体脊柱的载荷与运动情况是脊柱生物力学研究的难点。国内外学者从测试理论与测试工具上都进行了大量的研究。目前脊柱三维运动测试按照控制方法主要分为载荷控制、位移控制和混合控制。基于不同的控制方法，测试工具也在不断的发展与完善之中。总结目前国内外研制的脊柱离体加载装置的工作原理，并分析其主要优缺点，为离体脊柱生物力学加载装置研究提供参考。
    16  BKCa通道的力敏感性
    杨庆茂 ,  贾潇凌
    2018, 33(2):181-185.
    [摘要](1346) [HTML](0) [PDF 1.22 M](954)
    摘要:
    大电导钙激活的钾通道（large-conductance Ca2+-activated K+channel, BKCa）可被应力激活，表现出力敏感性，进而参与应力对细胞功能的调控。然而，不同类型的细胞其BKCa通道响应于不同的力学加载方式，其表达或活性的变化不同。相应地，其被应力激活的机制也不同，有的通过Ca2+浓度的升高被激活，有的则通过膜脂或细胞骨架的变化被激活。从BKCa通道力敏感性的分子结构基础、BKCa通道力敏感性的表现、应力激活BKCa通道的机制3个方面概述BKCa通道力敏感性的相关研究进展。
    17  血管内皮细胞糖萼与脂蛋白
    马雪娇 ,  刘强华 ,  刘佳佳 ,  邓小燕 ,  康红艳
    2018, 33(2):186-192.
    [摘要](1482) [HTML](0) [PDF 1.46 M](1217)
    摘要:
    血管内皮细胞糖萼是位于内皮细胞表面的一层多糖蛋白复合结构，在内皮细胞表面形成选择性通透屏障。在对糖萼进行概述后，主要针对在流动剪切力作用下，糖萼与物质传输，尤其是与大分子物质如低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）的关系展开论述。其关系体现为：一方面，糖萼的厚度和完整性影响LDL的浓度极化及跨内膜输运；糖萼中的硫酸肝素蛋白聚糖参与残余脂蛋白代谢的全过程。另一方面，LDL的氧化产物ox-LDL会破坏内皮细胞糖萼层的主要成分硫酸肝素。研究糖萼与脂蛋白的关系，将为阐明动脉粥样硬化的发病机理提供新的线索，并为将糖萼作为新的防治靶点提供更多依据。

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