• 2021年第4期文章目次
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      2021, 36(4).

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      摘要:

    • 封面

      2021, 36(4).

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      摘要:

    • >专家论坛
    • 竞技体育运动生物力学研究现状与趋势

      2021, 36(4):491-501.

      摘要 (29) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:运动生物力学是研究人体运动中力学规律的交叉应用学科,主要研究目的是提高竞技体育运动成绩和预防运动损伤。从改进动作技术、改善训练方法和运动装备研究3个方面介绍国内外运动生物力学研究在提高竞技体育运动成绩方面的方法和成果,为提高我国运动生物力学和竞技体育科研水平提供参考。希望今后有更多的运动生物力学研究以提高成绩和预防损伤为目的,借助严谨的研究设计,使用新技术获取更多更准确的人体运动力学数据,促进运动生物力学研究的广度和深度。

    • 生物力学视角下高山滑雪运动员竞技表现的影响因素

      2021, 36(4):502-509.

      摘要 (18) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在当前科技助力北京冬奥备战的背景下,系统梳理分析近年来与高山滑雪运动员竞技表现相关的生物力学研究热点和最新成果,确定影响高山滑雪运动员竞技表现的生物力学因素,包括空气阻力、雪板摩擦力、地面反作用力、能量损失、回转半径、雪板和/或重心轨迹。另外,单个回转技术、多个回转衔接技术和个人能力之间的生物力学差异对高山滑雪竞技表现具有重要影响。在回转和大回转项目中,可利用更早的转向启动、更长的滑行轨迹、应用地面反作用力更早更平稳介入以及卡宾技术来降低雪板摩擦力,进而减少能量损耗,提升运动表现。速度滑行阶段应将手臂靠近身体成椭圆形姿势来最大限度减少迎风区域面积,以减少空气阻力造成的能量损失,也可以提升运动表现。顶级水平的高山滑雪运动员会在比赛中针对不同赛道、地形和雪况始终保持良好表现。生物力学视角下优异的高山滑雪竞技表现包括势能的高效利用、最大限度地减少雪板摩擦和空气阻力、选择最佳路线并持续保持高速滑行。在训练和比赛中,应重视个人战术和技术。为了获得更好的成绩,在多个路段和不同地形上的相同表现比在个别路段和特定条件下的卓越表现更重要。

    • >专栏
    • 基于多体运动数值模拟方法研究髋关节屈曲角度对水下海豚泳打腿的影响

      2021, 36(4):510-518.

      摘要 (16) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究水下海豚泳打腿过程中运动员周围的流场特性、净流向力变化,以及伸展打腿结束时髋关节屈曲角度对水下海豚泳打腿的影响。方法 通过三维扫描得到游泳运动员的身体形态数据,对数据进行逆向重构得到游泳运动员模型,对运动员模型的各关节进行分离,将模型划分为各运动环节,通过控制各运动环节的运动模拟水下海豚泳打腿动作,并使用计算流体力学(computational fluid mechanics,CFD)软件包ANSYS Fluent作为求解器进行计算求解。结果 流场中速度梯度较大的区域,涡结构从运动员的身体表面脱落,且伸展打腿阶段和屈曲打腿阶段脱落的涡结构不同;推进力主要产生于伸展打腿阶段;伸展打腿结束时,当髋关节的屈曲角度由20°增加至30°,运动员受到的阻力减小。结论 在一定程度上增加伸展打腿结束时的髋关节屈曲角度能够减小运动员进行水下海豚泳打腿时受到的阻力,增加游进速度。

    • 赛艇水上动作技术生物力学指标降维及其在训练中的应用

      2021, 36(4):519-527.

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      摘要:目的 对赛艇动作技术指标进行降维,并依据现有研究成果对降维后指标在训练中的应用进行分析。方法 以16名赛艇运动员80次氧利用2 (oxygen utilisation 2, UT2) 训练课时的动作技术表现为分析对象,采用因子分析法对动作技术的生物力学指标进行降维。结果 赛艇水上动作技术的生物力学指标可归类为“动作技术特征因子”(70%峰值桨力角度、每1/4桨幅做功占比、抓水开始时间、出水打滑、峰值桨力点和峰值桨力角度)、“功率因子”(运动员平均功率、赛艇平均功率、运动员个人桨功率)、“桨幅因子”(入水角度、出水角度)和“桨运动的因子”(回桨时间、桨频和每桨位移距离)4大因子。结论 对上述因子及其包含的生物力学指标进行监控与分析,可便于教练员及科研人员准确地判断赛艇运动员的动作技术特点及存在的不足。

    • 短跑竞赛服涡流发生器气动减阻性能评价的数值模拟研究

      2021, 36(4):528-533.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究前向楔形涡流发生器周向分布角度对圆柱减阻效果的影响,为设计短跑运动员减阻竞赛服提供理论依据。方法 根据NIKE公司AeroBlade减阻贴片构建出前向楔形涡流发生器。基于运动员肢体可简化为不同直径圆柱开展竞赛服减阻研究的假设,将48个前向楔形涡流发生器均匀分布为4列,在圆柱迎风面两侧关于YOZ平面对称均匀粘贴。采用多面体网格离散光滑和表面修饰圆柱的计算域,大涡模拟空气以短跑运动员平均跑动速度32 km/h流过圆柱时的阻力和流场变化、压强分布。结果 两列涡流发生器以10°或15°间隔周向布置在55°~75°范围内时减阻效果较好,主要通过改变圆柱背风区的压强分布以降低其所受压差阻力实现,其减阻机制是流体吹过圆柱表面的前向楔形涡流发生器后在其下游产生微涡,加速尾迹区流动向临界流动转捩,从而有效降低圆柱所受的阻力。结论 以合适周向角度布置的前向楔形涡流发生器可以有效降低圆柱所受的空气阻力。研究结果可用于指导风洞试验和短跑减阻竞赛服设计。

    • 中外优秀男子铅球运动员旋转投掷技术对比

      2021, 36(4):534-539.

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      摘要:目的 对比中国和世界优秀男子铅球运动员使用的旋转投掷技术,为中国铅球运动员提高运动表现水平和国际比赛成绩提供科学依据。方法 获得中国男子铅球运动员在实际比赛中的三维运动学数据,计算并比较中国和世界优秀男子铅球运动员在右脚离地、左脚离地、右脚落地、左脚落地、铅球出手5个关键时刻的铅球速度、髋-肩超越角,以及在第1单支撑阶段、腾空阶段、第2单支撑阶段、最后用力阶段的时间和铅球运动距离。结果 与世界优秀男子铅球运动员相比,使用旋转投掷技术中国男子铅球运动员的垂直出手速度显著低,腾空阶段显著长,左脚离地和左脚落地时刻髋-肩超越角显著小,腾空阶段铅球运动距离显著长,最后用力阶段铅球运动距离显著短。结论 下肢力量体能差异是中国与世界优秀男子铅球运动员在运动表现上的主要原因。中国与世界优秀男子铅球运动员的技术差异主要表现在时间节奏和铅球在不同技术阶段运动距离的差异上。

    • 国家乒乓球男子主力运动员反手拧拉技术动作分析与诊断

      2021, 36(4):540-545.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对国家乒乓球队男子主力运动员A反手拧拉技术进行动作分析与诊断,为进一步提高其反手拧拉技术质量提供依据。方法 通过三维运动学测试与分析方法,加入定量数据与画面分析,对运动员A的反手拧拉技术与反手拧拉技术好的运动员B的技术动作进行对比。结果 引拍阶段,运动员A引拍距离、肩角、腕角显著小于运动员B,躯干倾角显著大于运动员B。挥拍击球阶段,运动员A肩角、肘角显著大于运动员B,肩角、肘角增加幅度和躯干倾角变化幅度显著小于运动员B。随挥阶段,运动员A肩角、肘角显著大于运动员B,肩角、肘角增大幅度以及躯干倾角、躯干倾角变化幅度显著小于运动员B。结论 运动员A引拍幅度较小,引拍结束时刻球拍与球的距离较近。击球过程中,击球点离身体较远,肩关节稳定支撑不够,手腕用力较多,重心向前压得不够,发力不集中。随势挥拍阶段,运动员A制动不够积极,影响其击球的稳定性。击球过程中,躯干扭转幅度小,腰部发力不集中。运动员A在不影响正手发力的基础上,对反手拧拉技术动作进行微调。适当加大引拍幅度和身体的扭转幅度,击球过程中,以腰发力带动前臂发力,进而带动手腕发力为主。

    • 影响标枪空气动力学距离技术因素的配对对比研究

      2021, 36(4):546-553.

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      摘要:目的 确定实际比赛试投中与空气动力学有关的技术参数对标枪投掷空气动力学距离和成绩的影响。方法 通过三维摄像方法获得22名中国和美国优秀女子标枪运动员每人在1次比赛中获得最长、最短空气动力学距离试投的生物力学数据,对比长、短空气动力学距离试投中与空气动力学有关的技术参数。结果 与短空气动力学距离试投相比,长空气动力学距离试投的真空飞行距离显著短,但成绩显著长;长空气动力学距离试投出手速度显著低,标枪出手时的攻角和侧弯角显著小,水平方向角更偏向右侧。长、短空气动力学距离试投中右脚和左脚落地时标枪的仰角和水平指向角无显著差异。结论 女子标枪运动员适当减小最后的用力程度有利于控制与空气动力学有关的出手参数,从而有利于获得空气动力学距离,并取得比较好的成绩。女子标枪运动员获得比较长的空气动力学距离需要减小标枪出手时的攻角,并且向右侧5°左右投出标枪。

    • 我国男子越野滑雪运动员长距离传统式上坡双杖推进技术的生物力学分析

      2021, 36(4):553-559.

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      摘要:目的 针对我国男子越野滑雪运动员上坡双杖推进技术进行生物力学分析,确定不同水平运动员动作技术差异,明确运动员动作技术对运动表现的影响。方法 选取2019年9月11~12日在吉林北山四季越野滑雪场15 km传统式越野滑雪比赛的24名运动员为研究对象,按比赛成绩分为高速组和低速组,通过三维拍摄方法获得运动学参数,分析两组运动员在周期特征、动作阶段以及关键技术指标上的差异。结果 高速组周期速度显著大于低速组,滑幅与周期速度正相关,回摆距离与周期速度正相关;撑杖阶段的肘伸展平均角速度与回摆距离正相关,肘伸展时长与回摆距离负相关;回摆阶段的肩伸展平均角速度、肩外展活动范围与回摆距离正相关。以上指标在高、低速组间均表现出统计学差异。结论 运动员上坡动作速度的差异主要由滑幅导致,滑幅的差异主要来自于回摆阶段,回摆距离越大,周期速度越大。影响运动员回摆距离差异的技术主要集中在上肢肩、肘关节。在今后训练中,我国低速组运动员应加强上肢肌肉力量,尤其是肩、肘关节力量,进一步充分发挥肩、肘关节活动的作用。同时在雪杖触地时刻,应注意增大的身体前倾角以及髋、膝关节的屈曲角度。

    • >论著
    • 颅骨厚度对颅内生物力学响应的影响

      2021, 36(4):560-567.

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      摘要:目的 通过有限元方法研究颅骨厚度对颅内力学参数的影响。方法 选取第5百分位女性头部进行CT扫描,构建生物仿真度较高的头部有限元模型,通过重构尸体试验验证所建模型。建立不同颅骨厚度的头部有限元模型,进行多组试验,对比颅内各项力学参数。结果 相同头部尺寸下,随着颅骨厚度减小,颅内压负值受到影响较大,呈现下降趋势;颅内压正值受到影响较小,但是呈现上升趋势。脑组织剪切力、von Mises应力会相对增大,且增长幅度较大。结论 相同头部尺寸下,颅骨厚度在一定程度上会影响头部损伤,颅骨厚度小的人相较颅骨厚度大的人更容易受伤。

    • 基于基底膜响应的圆窗激振性能评估偏差研究

      2021, 36(4):568-575.

      摘要 (4) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究采用传统基底膜位移评价标准评估圆窗激振式人工中耳听力补偿性能的准确性,为圆窗激振式人工中耳的性能评估提供理论基础。方法 基于耳蜗几何结构的实验数据,建立耳蜗感声微观有限元模型,通过对比内听毛细胞、外听毛细胞、盖膜等部位位移响应的实验测量值,验证模型的可靠性。基于该模型,对比分析正向激振、圆窗激振下的基底膜位移与内听毛细胞静纤毛剪切位移;以内听毛细胞静纤毛剪切位移作为感声标准,研究圆窗激振时采用传统人工中耳基底膜评价标准的等效声压级偏差。结果 在所研究耳蜗微段对应的5 kHz特征频率处,相同幅值的声压作用下,圆窗激振的基底膜位移和内听毛细胞静纤毛剪切位移均小于正向激振的对应值。结论 正向激振下的内听毛细胞更兴奋,感声效果更强。同时,采用正向激振的基底膜位移评价方法评估圆窗激振的听力补偿效果,会高估圆窗激振的听力补偿性能;但偏差较小,是一种相对可靠的评价方法。

    • 杆状和片状三周期极小曲面模型孔隙特征与力学性能对比

      2021, 36(4):576-581.

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      摘要:目的 分析对比杆状与片状三周期极小曲面(triply periodic minimal surface, TPMS)模型孔隙特征与力学性能,构建高比表面积、低刚度和高强度的多孔结构。方法 构建相同孔隙率的D、G、P 3种单元杆状TPMS与片状TPMS模型,对比模型的孔径、杆径、比表面积等孔隙特征;利用有限元方法分析模型的力学性能;采用增材制造技术制作多孔钛样件,利用显微镜和扫描电镜观测多孔钛孔隙特征,通过压缩试验检测多孔钛力学性能。结果 同种单元片状结构的比表面积均显著高于杆状结构,同种单元片状结构的力学性能明显优于杆状结构。其中,D单元片状TPMS模型的优势最显著,比表面积为13.00 mm-1,多孔钛样件的弹性模量、屈服强度和抗压强度分别为(5.65±0.08) GPa、(181.03±1.30) MPa和(239.83±0.45) MPa,比杆状多孔钛样件分别提高43.87%、55.08%和67.21%。结论 相同单元的片状TPMS模型在保留有多孔结构低刚度的同时,有更大的比表面积,更有利于细胞的黏附生长,其低刚度、更高强度的力学特性能有效降低应力遮挡,提供足够的力学支撑,是一种理想的骨缺损修复替代物孔隙结构模型。

    • 材料和孔隙率对可降解支架内骨形成的影响

      2021, 36(4):582-588.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究可降解支架植入人体后的骨修复,不同材料和孔隙率对支架内骨形成的影响。方法 根据骨折愈合自然反应机理,运用有限元方法,结合支架几何结构,搭建以材料降解曲线和骨重建控制方程为基础的计算耦合模型。通过这一平台,选择5种材料、4种孔隙率的支架代表性体积元进行计算模拟分析,并通过骨密度和支架最大应力反映这一动态过程。结果 材料弹性模量对支架内骨组织生长的影响较大,材料弹性模量越小,骨形成量越大,但会对支架的力学性能造成较大影响。较高孔隙率的支架刚度小,能够更好地促进骨组织形成,但同时也会破坏支架的力学稳定性。结论 根据不同年龄、性别和部位骨组织的性能需求,为可降解多孔骨支架的材料和孔隙率选择、结构设计以及临床应用提供个性化参考和计算依据。

    • 开口式取栓支架的生物力学研究

      2021, 36(4):589-595.

      摘要 (16) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对开口式取栓支架的取栓过程进行仿真分析,为取栓支架的设计以及临床选择提供理论支持。方法 建立支撑单元个数分别为3、4、5的K3、K4和K5开口式取栓支架、压握工具、模拟血管和模拟血栓(3种类型)的有限元模型。对压握工具的径向施加位移载荷,取栓支架外径压握至0.5 mm,分析支架的最大主应变(maximum principal strain,MPS)峰值和径向支反力(radial force, RF);恢复压握工具的位移,取栓支架自膨胀与血管接触,分析支架MPS和血管von Mises应力(von Mises stress, VMS);对取栓支架的近端施加轴向位移,让支架带动血栓进行迁移,分析血管VMS和支架的回撤力(捕获血栓的能力)。结果 压握过程中3款取栓支架MPS峰值分别为6.94%、8.30%和5.48%,都小于断裂极限12%;支架外径为3 mm时(等于血管内径),K4支架的RF最大;自膨胀释放过程结果表明,取栓支架的支撑单元数越多,对应血管的VMS越大,但均小于血管的极限应力;在迁移取栓阶段,血管VMS普遍较小且集中在血栓所在部位;在迁移取栓的初始阶段,取栓支架的回撤力达到最大,后渐渐下降趋于平稳,其中K4支架的回撤力峰值大于K3、K5支架。结论虽然3款取栓支架在取栓模拟中的MPS以及血管VMS均在安全范围内,但K4支架在RF、拉取3种血栓的回撤力方面表现更优。研究结果可为优化开口式取栓支架提供分析方法及思路,避免血管损伤等临床并发症,提高取栓支架安全性和有效性。

    • 小鼠巨噬细胞对爆炸冲击损伤的力学生物学响应

      2021, 36(4):596-603.

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      摘要:目的 建立激波管对C57BL/6小鼠侧卧身位爆炸冲击实验模型,探究24 h内冲击波对C57BL/6小鼠心、肺、脑组织中巨噬细胞/小胶质细胞的力学损伤变化规律,明确组织巨噬细胞/小胶质细胞对爆炸冲击的力学生物学响应。方法 使用激波管对C57BL/6小鼠加载冲击损伤。首先在冲击后的不同时间点测量小鼠体质量变化,并在麻醉后解剖取心脏、肺以及全脑组织样本。对组织样本进行病理切片HE染色检测结构损伤;采用TUNEL染色方法标记并统计各组织中死亡细胞比例,使用anti-CD11b、anti-F4/80和anti-Iba1抗体对组织中的巨噬细胞或小胶质细胞进行荧光染色标记,分析冲击加载后机体巨噬细胞/小胶质细胞的力学生物学响应变化规律。结果 激波管对小鼠侧身位加载超压179 kPa冲击波,小鼠致死率为3.33%。与正常对照组相比,实验组小鼠在加载冲击后24 h内体质量显著下降;病理切片显示冲击后肺组织血管破裂,并伴随肺泡蛋白质沉积症、肺大疱等病症;荧光染色表明,肺组织在24 h内巨噬细胞大量被募集活化,清理死亡细胞比例在24 h回弹到正常水平;心脏对冲击具有较强耐受性,大血管附近出现巨噬细胞的大量聚集活化;脑部由于冲击姿态影响表现出小胶质细胞单侧聚集现象,主要为灰白质交界处出现长时间的炎症和较高死亡细胞比例。结论 建立了小鼠侧卧身位爆炸冲击模型,在24 h内,巨噬细胞(小胶质细胞)在受到冲击作用后可以迅速募集至损伤部位,介导强烈的免疫应激,并可能参与免疫反应,引发二次长期炎症损伤。研究结果为原发性冲击损伤的伤情评价提供量效关系和组织损伤差异性等实验依据。

    • 基质刚度调节细胞-细胞外基质间黏附对肿瘤细胞迁移影响的模型研究

      2021, 36(4):604-611.

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      摘要:目的 研究细胞外基质(extracellular matrix,ECM)刚度对细胞和ECM间黏附及肿瘤迁移的影响。方法 建立基于网状波茨模型(cellular Potts model, CPM),模拟肿瘤细胞生长与细胞间免疫反馈过程,观察细胞力学行为改变对细胞-ECM黏附的影响状况,分析不同ECM下肿瘤细胞迁移的变化。结果 ECM刚度变化会影响肿瘤细胞的迁移速度。ECM刚度改变调节细胞与ECM的黏附力,黏附力改变影响细胞的迁移速度。结论 细胞的迁移和分布模式与ECM黏附性以及刚度密切相关。基质刚度增加促进肿瘤细胞在较低刚度下迁移,而基质刚度进一步增加抑制肿瘤细胞迁移。研究结果可进一步揭示ECM动态变化、黏附大小及肿瘤细胞迁移的力学表现。

    • 负荷渐增式训练对老年小鼠骨骼肌卫星细胞AMPK磷酸化的影响

      2021, 36(4):612-617.

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      摘要:目的 探讨负荷渐增式训练对老年小鼠骨骼肌卫星细胞腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)磷酸化的影响。方法 实验小鼠分为 3 组:青年对照组(YC组,n=12)、老年对照组(OC组,n=12)与老年运动组(OT组,n=12)。OT组进行负荷渐增式训练,流式细胞分选技术分离CD45-/CD31-/Sca1-/VCAM(CD106)+细胞群体,分选细胞通过desmin、Myod肌原性染色以及成肌分化诱导培养进行肌卫星细胞鉴定,免疫组化结合Western blotting方法检测肌卫星细胞p-AMPK水平。结果 YC组骨骼肌卫星细胞AMPK及p-AMPK表达水平显著高于OC组(P<0.05);OT组与OC组AMPK表达无明显变化(P>0.05),而OT组p-AMPK表达水平显著高于OC组(P<0.05)。结论 负荷渐增式训练可促进老年小鼠骨骼肌卫星细胞AMPK磷酸化,改善老年小鼠骨骼肌能量代谢。

    • 膝关节单髁置换术胫骨假体不同后倾角对假体磨损和功能的影响

      2021, 36(4):618-624.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立单髁置换术胫骨假体后倾3°和7°膝关节不同屈膝角度三维有限元模型,研究两种后倾角膝关节生物力学特性和假体磨损及其对功能的影响。方法 结合人体膝关节CT与MRI图像和第3代Oxford假体,建立胫骨假体后倾3°和7°下屈膝单髁置换术有限元模型,在股骨内外侧髁中心点上施加1 kN载荷模拟人体站立相负重,分析不同屈膝角度下单髁假体与关节软骨的最大应力及分布。结果 0°、30°、60°、90°和120°屈膝角度下后倾3°半月板衬垫最大应力分别比后倾7°增加了28.06%、68.99%、19.45%、21.06%、53.38%,应力分布区域从衬垫侧边向中央区域集中,屈膝120°时应力集中明显。胫骨假体后倾3°单髁假体最大应力均大于后倾7°,应力集中区域的扩大会导致假体的磨损和松动,关节软骨接触应力和集中区域随后倾角增大而增大,在高屈曲角度时应力集中更明显。结论 单髁置换术胫骨假体后倾角3°较7°时假体应力和磨损更高,研究结果为临床膝关节单髁置换手术方案设计提供理论依据。

    • 三踝骨折术后患者不同步行状态时的足底压力特征

      2021, 36(4):625-632.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 比较三踝骨折术后患者不同步行状态下患侧和健侧足底压力特征,并与健康受试者进行对比。方法 对12例三踝骨折术后恢复期患者和23例健康受试者不同步行状态的足底压力特征进行测试,包括足底10个区域峰值压强、接触面积、接触时间百分比。结果 患侧与健侧对比:平地步行时患侧第3~5趾骨区域峰值压强小于健侧,患侧中足区域接触面积小于健侧;内翻斜面时,患侧第3~5趾骨区域峰值压强、接触面积小于健侧;外翻斜面时,患侧第3~5趾骨区域峰值压强、接触面积、接触时间百分比小于健侧,后足区域峰值压强显著大于健侧。患者与健康受试者对比:在3种步行状态下,患者第2、第3跖骨以及第2、第3~5趾骨区域峰值压强均小于正常者,患者第1、第2、第3~5趾骨区域接触面积均小于正常者,患者第2、第3~5趾骨接触时间百分比小于正常者,中足、后足接触时间百分比大于正常者。结论 三踝骨折术后患者双侧足底压力特征存在不对称性。与正常者对比,患者在步行支撑相的足底压力异常。患者在外翻斜面运动控制能力、稳定性较正常者有所下降。外翻斜面的足底压力测试能够用于评估患者踝功能。

    • 膝关节单髁置换术后膝关节登梯动作生物力学分析

      2021, 36(4):633-637.

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      摘要:目的 探讨内侧膝关节单髁置换(unicompartmental knee arthroplasty, UKA)手术对登楼梯时膝关节生物力学的影响。方法 9例接受固定平台内侧UKA骨关节炎患者,术前3周及术后(7±2)月对其进行登楼梯动作的生物力学测试。采用双平面X线装置收集患者UKA手术前后行走时的影像资料,健侧膝关节作为对照组。通过CT扫描建立股骨、胫骨三维模型,通过自动匹配软件,将股骨、胫骨3D模型与X线中股骨、胫骨相匹配并同步。测量股骨、胫骨3D模型运动力学参数,包括前后向移位、内外翻、旋转及内侧间室间隙、接触中心点及外侧间室间隙。结果 术前UKA侧膝关节较健侧内翻4.8°,术后UKA侧较术前外翻3.1°,术前UKA侧膝关节较健侧外旋4.4°,术前UKA侧内侧间室接触中心点较健侧后移2.5 mm(P<0.05)。外侧间隙UKA手术前后及与健侧相比无明显变化(P>0.05)。结论 UKA可以有效改善膝关节内外翻,同时能够恢复患侧膝关节旋转的生物力学特性,不影响外侧间室间隙的接触中心,但内外侧间室的接触中心仍有变化。

    • 新生婴儿与老年人红细胞物理特性对比实验

      2021, 36(4):638-645.

      摘要 (9) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过比较新生婴儿与80岁以上老年人红细胞物理特性(细胞表面积、体积和剪切弹性模量)及与总胆固醇、糖化血红蛋白等生理生化参数的相关关系,分析不同年龄和生化参数对红细胞物理特性的影响。方法 采用微量吸管技术测量新生婴儿和80岁以上老年人的红细胞表面积、体积和剪切弹性模量,对数据进行统计分布分析、相关性分析和回归分析。结果 80岁以上老年人红细胞体积、表面积、剪切弹性模量均值都比新生婴儿红细胞相应参数要小,同年龄组内单个人样本间的红细胞力学参数均值相差不大。新生儿红细胞几何参数分布与老人相比更为集中,而剪切弹性模量分布比老年人红细胞的更分散。新生婴儿红细胞物理特性与总胆固醇和出生孕周相关性高;老年人红细胞物理特性与舒张压和糖化血红蛋白的相关性高。结论 新生婴儿与80岁以上老年人的红细胞物理特性有明显差异,影响不同年龄红细胞物理特性的生化指标也不同。

    • BPX-80离心式血泵中剪切力引发血管性血友病因子机械损伤的评价

      2021, 36(4):646-651.

      摘要 (10) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对BPX-80离心式血泵中剪切力引起血管性血友病因子(von Willebrand Factor,vWF)的损伤进行评价,判断其是否可以作为vWF损伤研究的参照泵。方法 按照ASTM标准搭建体外溶血测试平台,使用新鲜猪血在此平台对BPX-80离心式血泵进行8 h测试,然后评估每小时血液样本的溶血水平和vWF损伤,并与静态对照组进行比较。结果 在整个实验过程中,BPX-80的溶血指数保持稳定且较低;高分子量vWF多聚体有少量降解,与静置对照组相比无显著性差异;vWF抗原含量无明显变化,与静置对照组趋势基本一致。结论 BPX-80离心式血泵血液相容性良好,可以作为vWF损伤以及溶血评价实验的基准参照泵,从而为新型血泵的设计与优化提供参考。

    • >综述
    • 力学刺激在椎体软骨终板退变中的作用及机制

      2021, 36(4):652-658.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:终板的重要功能是传递应力和供给营养。终板退变可能会诱发或促进椎间盘退变,引起一系列严重影响人们健康和生活质量的脊柱疾患。终板软骨细胞可以感受力学刺激。力学刺激是影响终板退变的重要因素,不适宜的力学刺激会加速终板退变。本文回顾力学刺激对终板软骨细胞凋亡、合成抑制、钙化及细胞外基质降解诸方面的影响,并总结力学刺激导致椎体终板退变的相关机制。力学刺激诱发的终板退变是由各种信号转导因子构成的复杂信号通路网络精细调节,包括NF-κB、Wnt、Hedgehog、MAPK、RhoA/Rock-1、AKT/mTOR、TGF-β、miRNA相关信号通路。同时,本文对这些通路相互联系进行梳理总结。多个信号通路可以共同作用调节终板软骨细胞代谢,并导致终板退变。本文希望通过相关机制系统回顾,给终板退变早期诊断及针对性治疗带来有益的启示。

    • 肿瘤组织力学异质性与肿瘤细胞的上皮-间质转化

      2021, 36(4):659-663.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在肿瘤生长过程中,随着癌细胞的增殖扩张、癌组织胞外基质的重建、周围组织的约束及癌组织间隙液的流动等,肿瘤组织内形成了特殊的应力环境。肿瘤组织不同区域的力学环境和力学特征存在显著差异,即肿瘤组织的力学异质性。研究发现,肿瘤组织侵袭前沿区域的力学特征更加显著和复杂。特别地,肿瘤细胞的上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)也偏好集中于该区域,侵袭前沿产生的机械应力可通过TWIST1、TGF-β、WNT等力信号转导途径诱导侵袭前沿肿瘤细胞的EMT,促成肿瘤细胞的侵袭性表型。从肿瘤生物力学角度出发,对肿瘤组织的力学异质性、肿瘤细胞的EMT以及两者的关系加以综述,为力学微环境靶向的肿瘤治疗提供理论依据。

    • 正常髌股关节在体运动学研究回顾

      2021, 36(4):664-670.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:髌骨轨迹不良被认为是引起髌股疼痛综合征的主要病理生理机制之一。本文回顾迄今已发表的正常髌股关节运动分析结果,介绍正常髌股关节在不同功能活动下的6自由度运动动态特征。髌骨内外移位、翻转、前后移位以及屈曲在不同的功能运动中都存在较为统一的运动模式。然而,不同测量方法限制了研究之间的深入比较。今后广泛运用动态磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)或/和双平面正交荧光透视成像系统(dual fluoroscopic imaging system,DFIS),规范坐标系的建立或骨性形态参数的定义与使用,并增加实验的样本量,将有助于明确在体髌股关节6自由度运动的特征,完善对髌股关节动态功能的临床评价依据。

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