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股骨近端主压力骨小梁生物力学特性 马信龙

作者:马信龙,李海涛 来源:本站整理 发布时间:2012-2-10 21:49:56

    摘要:目的股骨头坏死是一种常见病,导致其发病的原因有很多,其中股骨颈骨折后股骨头坏死的原因尚不清楚,机制不明。由于其局部解剖结构特殊,根据其内部结构特点,对骨小梁结构进行研究,为解释股骨颈骨折后股骨头坏死的发生原因提供实验依据。方法对正常中国人(45~60岁)尸体股骨近端主压力骨小梁系统从上到下分成3个区,分别在Endura TEC ELF 3200生物力学材料动态力学性能测试系统上,从主压力骨小梁方向及与其垂直方向上进行拉伸、压缩性能实验研究。结果得出了股骨近端主压力骨小梁系统3个区在主压力骨小梁系统方向及与其垂直方向的压缩、拉伸屈服强度、极限强度、弹性模量等测试指标的实验结果。从上到下3个区的弹性模量等生物力学性能依次递增,主压力方向的压缩生物力学性能要明显高于拉伸生物力学性能,并且生物力学性能在主压力系统方向及与其垂直方向有明显差异。结论股骨近端主压力骨小梁的主要力学性能是承受压应力,并且具有明显的各向异性。
医学论文发表
    关键词:生物力学;骨小梁;股骨头;股骨颈骨折;股骨头坏死

    随着社会人口的老龄化及各类交通事故和暴力性外伤事件的增多,股骨颈骨折的发病率呈上升态势,相应引起股骨头坏死的患者数量不断增多。

    有资料表明,随内固定技术和内固定材料的更新,股骨颈骨折的愈合率明显提高[1,2],但伴随骨折愈合率的提高,股骨头坏死率并没有相应降低,仍保持在10%~30%[3~6]。如何最大限度地减少骨坏死率,成为骨科领域的一个重要课题,而这需要研究者更深入地了解股骨近端松质骨的力学特性。股骨近端松质骨的结构较复杂,以往的研究主要是针对股骨头松质骨整体,而并未更细致地对股骨近端骨小梁系统的生物力学性能进行研究[7,8]。为此,笔者对正常中国人干骨股骨近端主压力骨小梁分区进行生物力学测试,旨在研究其主要功能及在载荷下的生物力学特性,为股骨近端骨小梁生物力学特性方面更进一步的研究打下基础。

    1材料与方法

1.1实验材料的制备及分区所用标本均取自正常中国人(45~60岁)新鲜尸体骨经脱脂风干处理得到的干骨股骨标本,共计8个,其中男性4个,女性4个。排除畸形、骨折等病变,由天津医科大学解剖教研室提供(图1)。

    将股骨近端主压力骨小梁系统分成3个区:中部主压力骨小梁与主张力骨小梁交汇部为2区,其上为1区,其下为3区(图2)。将每个尸体股骨近端主压力骨小梁系统按区用钢锯切成3~5个小块,用0.9%NaCl溶液浸润后在细砂纸上打磨出尺寸约为7 mm×3 mm×3 mm的长方体,使沿主压力方向加压或拉伸的试件其长边与主压力骨小梁系统平行,沿主张力方向加压或拉伸的试件其长边与主压力骨小梁系统垂直。置于阴凉通风处晾干。加工试件总共79个,其中沿主压力方向压缩试件1区7个,2区7个,3区10个;沿主张力方向压缩试件1区8个,2区6个,3区6个;沿主压力方向拉伸试件1区4个,2区6个,3区8个;沿主张力方向拉伸试件1区5个,2区6个,3区6个。

    闭式四用游标卡尺(苏州利丰精密仪器有限公司,江苏)。

    1.2.2测试方法

实验骨小梁压缩、拉伸实验均在Endura TECELF 3200生物力学材料动态力学性能测试系统上进行,速度为1 mm/min。实验结束后计算机自动输出试件的载荷-位移数据。从记录的结果及实验前对试件的测量值,用SigmaPlot 10.0软件描绘出应力-应变曲线。取应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力为屈服强度,弹性段斜率为弹性模量,破坏时的最大应力为极限强度。

    拉伸实验试件长3.0~3.8 mm,宽3.2~4.0mm,高为6~10 mm,见图3。为使试件能牢固夹持到力学测试系统夹头内而试件不被夹坏,将试件两端用聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methyacrylate,PMMA)固定。将试件两端置于深为10 mm、长为5 mm、宽为5 mm的模具中,向模具内填充配制好的PMMA,PMMA固化后与试件牢固的黏结。

    压缩实验试件也分别沿主压力骨小梁方向和与其垂直方向切取,试件长为2.5~3.4 mm,宽为2.6~3.5 mm,高为5.2~6.8 mm(图4)。将试件置于EnduraTEC ELF 3200力学性能测试系统上加压测试。

    1.2方法

1.2.1实验仪器Endura TEC ELF 3200力学试验仪器及其配套的Wintest生物力学测试软件(Bose公司,美国);

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