生物力学范文10篇

生物力学范文篇1

关键词：运动生物力学；教学改革；创新

1前言

运动生物力学是以一门新兴学科的身份融入到了教学中，因此，运动生物力学的发展并不长。运动生物力学是一门以生物、物理为基础的课程，使用先进的科学测量技术对人体在运动中的身体机能变化进行研究，其涉及到的内容十分广泛。随着运动生物力学发展的一朝千里，使其成为了各个国家在运动训练中必不可少的分析手段之一，于竞技体育的发展有着巨大的促进作用。

2运动生物力学的应用意义

在惯常的物理环境中，人体都是通过力来获得静止或者是激烈的运动状态。换而言之，人体的任何动作，都与运动生物力学的原理相违背。如果在体育教学与运动训练中将其以应用，把各种运动、技术动作看作生物力学的问题来进行剖析，将会让学生能够更加精准的把握自身的运动动作，从而对运动质量得到有效的提高。在固有的体育教学中，教师通常是对学生进行动作上的指导，这样的结果就是学生往往只知道需要做什么动作而不明白为什么要这样做，因此，这种教学方式对学生的教育缺乏了其重要的科学理解性，导致学生知识在盲目的进行训练，未能对训练内容以及方式进行理解［1］。运动生物力学是一种对运动与身体受力关系进行研究的学科，这种研究方向存在于每一个运动动作当中，然而这种动作可以采用牛顿力学的方向来对其进行分析，从而进一步解决传统教学与训练过重中对体育科学知识的传授不受重视的问题。为了达到促进运动训练以及体育教学由最开始的训练型转换为知识性，可以考虑将运动训练以及体育教学中融入运动生物力学，帮助学生在体育成绩中取得优异成绩的同时，还能增加自己的体育水平，使自身的安全性得到最大的保障。

3体育教学中对运动生物力学的实践应用

3．1在径赛项目教学中的应用。对田径运动进行研究分析，其影响运动员成绩径赛的关键因素是运动员在前进过程中的“步伐大小”以及“频率快慢”。从运动生物学的角度出发，想对学生的运动成绩进行提高，就需要精心计算好相应的“落脚点”。所以，在平日训练中，体育教师可以将一些较为简单的工具，例如皮尺、秒表之类的工具在学生在运动过程中的力学特征进行简易的衡量，对学生运动的动作、习惯等方面进行科学的分析评价［2］。从百米短跑来说，在对学生进行速度、步伐频率以及步伐长度进行评测，首先需要对百米进行五段平分，每段二十米，随后教师对学生在每段所使用的时间以及步数进行计算，随后在根据公式对学生的步长、平均速度、平均步伐频率等数据进行计算。之后还可以根据这些数据对学生的落脚点、身体重心在地面的投影以及着地时长等数据进行比对分析，从而对学生的支撑水平阻力进行有效的解决，并且对脚的着地时间进行有效的减少，实现增加步伐频率以及步伐长度。3．2在田赛项目教学中的运用。在对学生进行三级跳的过程中，有绝大部分学生都出现过在第2跳不远的情景。对于教学中出现的这种情况，可以采用运动生物力学方面的专业知识为学生解惑，从第一跳着地角度、着地距离、支撑腿膝盖角度、缓冲时间、大腿夹角等方面进行测量，再对第二跳起跳瞬间的水平速度、蹬地角度、腾起角度、蹬伸时间、蹬伸距离等数据进行精确测量，以便对学生第二跳技术动作进行精确的分析。从表1中我们可以的看到在该学生第一跳结束瞬间着地的着地角度是78．6°，在落地的瞬间该运动员的支撑腿膝盖角度为154．4°，大腿间的夹角为50．2°。在最大缓冲阶段支撑腿膝盖角度为150．9°，较落地瞬间的角度相差3．5°，缓冲时间为0．07s。在蹬离地面的瞬间他的蹬地角度为47．9°，腾起角度为19．1°。因此，从计算出的数据于理想数据进行比对，该生在从支撑腿膝盖着地瞬间到最大缓冲的角度来看，膝关节角度过大，导致扒地动作不充分，直接影响二跳起跳的瞬间速度和跳跃的质量。在蹬离地面的瞬间他的髋关节、膝关节以及踝关节并没有充分的蹬伸，致使蹬地角度与腾起角度没有达到理想的水平，直接影响到第二跳的距离。因此教师可以从运动生物学的角度出发，针对该生技术动作存在的问题进行分析并纠正，随后进行针对性的训练，从而强化学生在三级跳中第2跳的基本动作要领，以便提高学生三级跳的运动成绩。

4生物力学在教学中的现状

4．1生物力学的原理。运动生物力学在体育教学中属于只用必修的课程，该学科以生物力学为重点，对人体动作进行解剖，分析生物学角度对人体的影响，并对运动中的动作要领的理论与实际相结合。运动生物力学是一种更加具有专业性以及针对性的将生物力学的知识与运动相互结合，不但能够使学生加深对体育的理解，还能够从更加生动的方式对体育进行教学。在体育教学课程中，运动生物力学是教学的基础，也是实现课堂素质教育的重要方式。学校教学中的素质教学对要求学校老师努力培养学生的自我创新能力与相应的时间能力，这也对课堂教学中教学内容的综合性以及教学的实践性提出了很高的要求，这就要求教师在进行课堂教学的时候，不但需要重视其课程的操作性，并且还要求对教学课程的科学性以及课程的趣味性。在运动生物力学的教育中，其主要教学内容为以力学的角度对运动中的动作进行分析，这种情况很容易导致运动生物力学在体育课堂教学中出现机械化的情况，过分的对物理力学进行分析很容易忽略人体的自然生物特征，从而导致课堂与实际严重偏离［4］。4．2生物力学教学的现状。在生物力学的教学中，其最大的特点为其教学与传达方式，对于这种教学，其主要的教学方式分为“逆推法”与“动画演示法”［5］。4．2．1逆推法。这种教学方式主要是采用学生通过教师对相关的动作进行详细讲解，通过对动作的分析，从而达到对基础动作的理解，并且在脑海中重现期具体的动作要领以及具体的运动形象。据国外知名心理学家认为，人类的学习方式主要通过观察并模仿他人的行为而进行的。因此，采用逆推法进行教学的主要方式，就是强调学生在对教师进行讲解的动作时的观察学习，通过在学生脑海中进行反复的动作重现来进行学习。但是这种方式的缺点在于缺少相应的实践性，教学方式仅仅停留在理论的阶段。4．2．2动画演示法。这种教学方式主要是为了响应素质教育改革而推出的新型教学方案，这种教学方式主要是采用对体育动作中所涉及到生物力学的相关动作通过声像等方式进行记录、回放以及讲解和分析，以此达到对每个动作都生动形象的进行精确的分析。在课堂上通过采用对专业人士以及非专业人士的动作进行对比，从而进一步分析其区别，以便学生能够更好的对基本动作要领进行掌握，加深学生的印象，促进学生的成长。但是这种教学方式过分依赖与影像的回放，缺少相应的理论知识［7］。

5在生物力学教学中存在的问题

5．1教学方式单一。在进行课堂教学中，体育教师的教学方式与思维模式不仅是本节教学课程的根柢所在，更是体现教师对知识的认知所在。在运动生物学的教学过程中，深受传统教学方式以及运动方式的影响，教学方式传统、单一，难以突破。通过调查发现，目前各高校在体育教学中，单一的对逆推法进行教育，但是对动画演示法的运用少之又少，这就造成了在运动生物学这门课程中的教学方式过于单一。根据调查结果表明，大部分的体育教师年龄为40岁以上，因此，从体育老师的年龄可以看出其对学生的教育方式。根据教学方法的调查，大部分的教学方式都是通过室外和讲解教学是体育教学中的主要方式，很少有教师会采取影像播放等方式将人体解剖学代入其中［8～9］。5．2教学思维固化。所谓的教学思维固化通常情况下是指任课教师在进行授课的时候，很难做到对教学方式进行改革更新，依旧采用原有的教学方式进行授课。当课老师习惯自己的教学方式之后，通常不会再进行变动。在体育教学中与当时的天气有着很大的关系，若是天气泰国炎热或是寒冷，对学生进行户外教学的质量不高，但是很多教师由于习惯了自己的教学方式，依旧选择在室外进行体育教学，因此很难做到相应的变通。若是教师能够进行变通教学方式，将这种情况下的教学改为室内进行，通过采用动画演示法进行相应的教学，结合运动力学对学生的基本动作进行分析，这样不但对学生进行了相应的教学，还加上了学生对于各种体育动作的理解，还帮助了学生对物理学原理进行了学习。5．3教学环境与硬件问题。在对生物力学这门学科进行教学中，其教学方式大致与其他学科一样，都是建立在分析与实践相结合的方式上，因此未能对人体相关动作进行相应的研究并且未能对人体组织进行相应的了解，就很难使学生真正认识和理解运动生物力学的真正含义与作用。也就很难做到生物力学与体育教学相互结合，因此这门学科也失去了相应的存在意义。所以，建设生物力学实验室开展生物力学课程讲解的首要条件［10］。对于生物力学实验室的建设，是开展生物力学实验室的重要教学硬件，因此学校需要加大对教学的投入，不然会因为过差的教学环境而成为制约学生发展的阻力。因此，需要学校在进行教学时，应当适当的开展生物力学实验课程，将理论与实践相结合，从而进一步对教学方式进行改革，完善教学方案［11］。5．4体育学科体系不健全。运动生物力学作为一门交叉学科，是生物、物理以及解剖学的结合体，因此，生物力学是一种采用以上三种学科方式对人体的各种机械动作进行详细分析。因此，对生物力学的教学必须代入相关的体育学、数学、生物学、物理学等，由于缺少相关的学科交流，因此体育学科的不健全将导致生物力学的发展。经过对生物力学理论的学习，再在体育教学中加以实践，这不仅加深了学生对相关学科的理解，且更能拓宽学生的思路。此外，学生通过理论与实践的相结合，不但增强了学习的效果，更能开发出学生学习的兴趣与实践的能力。因此，加强各学科之间的深入交流，完善体育学科是开展生物力学课程的重要原因。因此，科任老师应当加强自身的相关理论知识，注重与各科之间的交流，完善出一套科学合理的教学体系。老师通过对相关学科的讲解，准确的运用实验材料对学生的个体情况进行因材施教，才能够促使学生的全面发展。通过以上方式，能够激起学生对于学习的兴趣，对学生的个性化发展有的良好的促进作用，对学生的自我分析能力以及学生的身体机能进行有效的提高，最终能够使学生根据自身实际情况，找出最为适合的运动方式。

6生物力学中的常用教学方法

6．1直观法。在进行生物力学教学中，学生自身的逻辑推理能力以及抽象画的思维能力相对较弱的情况下，教师应当充分的采用直观效应的形象滋味方式进行教学，简单来说也就是采用影响方式对学生进行教学。通过投影的方式以及列表进行对比，让学生能够很直观的对其进行理解［12］。在教学中对于直观法的运用是在生物力学教育中十分常见的教学方式之一，并且在其教学中有着举足轻重的地位。这种教学方式的关键所在就是能够将高难度的抽象问题通过简单的方式进行表述出来。因此在进行教学中，应当遵循因材施教的原则进行教育。6．2导学法。通过将“学”作为主题部分，“导”作为牵引部分，所施行的自学方式便是导学法。让学生能够充分的体现出自己的优势并结合老师的主导作用。比如，在对学生进行人体运动学讲解时，可以先让学生了解机械、运动形式以及人体等相关知识。让学生能够抓住主要的核心问题，让学生能够充分掌握关于运动学的特性，并且帮助学生增强比、算、想、看等四方面学习能力，提升学生的自我修养。从整体的反馈意见中，明确表明学生从导学中获益匪浅。通过导学法的运动，不仅能够让学生自行理解运动学相关的知识，同时还能够举一反三。比如，通过导学法的作用，学生能自行列举出体育相关的各种实例，并且能够根据列举的例子中提出有建设性的问题。让老师能够放手的同时，增强学生的自主能力以及实践性。总体而言，学生通过自主学习是导学法的重要核心进行指导，最大程度的开发出学生的创造性思维和自学能力。6．3答辩法。所谓的答辩法通常情况下是针对于难度比较高的问题，可以让学生进行分小组式的讨论，从而对学生的积极性进行调动，随后每组再派出一位代表对讨论结果进行阐述，并且进行相互辩证，通过学生自己的相互便利，从而发现其中的问题，最后再对该问题进行解答。通过实践可以发现，在进行辩论的过程中，能够让学生积极思考，活跃起风，并且还能发现其中的各种问题，在辩论中极大的发挥了学生的主观性与独立思考的能力。教师应当在学生今夕积极辩论时，对学生的问题进行方向把控，防止出现偏题的情况，随后还需要对学生分歧较大的问题进行解答与分析。通过调查发现，90％以上的学生对于答辩方式很有兴趣，能够提升学生的积极性，对所学的知识能有起到很好的巩固作用，还能够对其语言表达能力进行提高，对于开拓学生思路以及提高其兴趣有着很重要的意义［13］。

7总结

生物力学范文篇2

关键词：运动生物力学；体育教学；应用

素质教育环境下，不断提升学生的综合素质是当前教育的最终目的。但目前在体育教学中，主要目的是要求学生能够正确了解体育运动技术的动作要领，却很少对运动生物力学知识进行剖析和研究，体育教学中更缺少对人的生理特性和身体组织结构的分析，教学结果并不明显，造成学生的身体锻炼不时会遭受到伤害。因此，在体育教学中采用运动生物力学知识，将应用数学、应力学、体育运动技术理论以及医学解剖学等相结合，增强学生对体育学科的认识和理解，为学生的体育发展提供更多的有利条件。

1．在体育教学中运用运动生物力学的重要性

我国对青少年学生的培养，不仅要求他们具有科学的文化知识和良好的思想品德，还需要他们具有健康的体魄和体育运动精神。我国教育在改革的试点阶段，与欧美一些发达国家相比在体育教育中还有较大差距，尤其是农村体育教学中还出现缺少体育器材的情况，导致我国体育教学总体质量参差不齐，多数体育教师对体育课程不够重视，技术专业性较差，甚至有些教师对运动生物力学知识还处于模糊的状态，因此，现阶段要将对运动生物力学知识的理解和技术学习落到实处。在体育锻炼中，人无论在静止状态下还是在运动状态下都受到力的作用。通过牛顿定律可以了解到，人无论从静止转为运动还是从运动转为静止，都会受到运动机体组织等作用的影响，这需要通过牛顿力的数值和方向对体育运动进行分析，所以，学生正在体育锻炼中需要运动生物力学知识作为引导，这就要求教师在体育教学中认真运用运动生物力学为指导学生创造条件。美国著名短跑选手刘易斯就是依靠运动生物力学知识原理打破世界纪录获得人们关注的，曾经刘易斯在短跑训练时一度遇到瓶颈，传统的体育教学方式已经无法再提高成绩，此时刘易斯的教练汤姆•雷特兹博士就采用了运动生物力学知识分析他的各项身体结构，采用适当的方式变换力学技巧姿势和技术动作，最终获得了梦寐以求的好成绩。这就说明在进行体育学习时，体育教师要掌握科学的教学方法，了解学生的各项生理结构，采用科学的运动生物力学知识提高学生的身体强度，并要求学生能够正确训练自身的姿势和强度，从而缩短学生的训练时间和改善相应的动作要领。在一定程度上不仅能够提高学生的身心健康发展，提高学生的体育成绩，而且还增大了学生运动的安全性，减小受伤的造成的伤害。

2．运动生物力学在体育教学中的应用

与其他学科一样，体育学科也需要有自身独特的教学方法才能够完成教学任务。在体育教学中，教学方式需要从传统教学中不断发生转变，以适合学生更好进行身体锻炼的方式完善教学方法。通常优秀的体育教师都会有自身独特的教学方式和标准的动作示范，若能在教学中通过运动生物力学知识对学生加以引导，会让学生有事半功倍的效果。运动生物力学贯穿到学生进行体育运动中的每个动作，与身体锻炼受力息息相关。在体育教学中，按照人们的身体运动规律将力与身体运动轨迹建立相关联系，这种独特的锻炼形式符合运动生物力学的标准，也在运动生物力学的教育中获得有利的依据。运动生物力学在教学过程中可以与径赛或田赛等多种体育运动项目相结合，使得教学课程内容得到优化设计和促进教师体育教学工作的进行。另外，运动生物力学可以细化学生的身体动作技术，促进学生的身体素质协调发展，增强学生的体能力度，这种发展形势在一定程度上有助于教学过程更为丰富，学生通过这种体育锻炼也逐渐喜欢上体育运动。2．1运动生物力学在田径教学中的运用。在田径教学中，要求学生能够拉长步幅长度和步数频率，实现最后完美的着地效果。所以，运动生物力学的运用有助于改善田径运动员的身体力度，通过身体力度转变选择出最好的落脚点，从而改善学生的体育成绩。因此，在学生实际体育训练当中，体育教师可以按照运动生物力学的基本原理对田径运动进行力学特征，可以使用秒表和皮尺等工具对学生的力学特征进行有效分析，对学生的体育运动习惯进行剖析改良，对学生姿势动作评价分析，已达到理想的运动效果。例如，在学生百米冲刺的田径运动当中，体育教师可以通过对学生的步幅长度和步数频率进行测量，并形成真实的数据完整的记录，在具体实施过程中，对100m的距离进行分段测量，每段10m分为10段，记录每位学生在各段当中所用的时间和平均步长，最终得到全程速度和平均步频，通过运动生物力学得到学生参与田径教学的运动效果。从这一案例可以看出，如果在体育训练中不能够科学的运用运动生物力学原理，不能够精确地计算出在田径运动中关节运动的范围大小和着地时间长短，就有可能导致田径速度出现降低的情况。因此，在体育教学过程中要真实有效的运用运动生物力学原理，准确分析身体重心投影距离和落脚点的距离，通过增加步频、减少着地时间，从而增大步幅长度。通过体育教师认真分析运动生物力学原理纠正学生日常经常出现的“踢小腿”跑法，使得学生对“扒地”熟记于心，从而达成运用运动生物力学的体育教学目标。2．2运动生物力学在铅球教学中的运用。提到“扔铅球”这项体育运动，多数同学都有“望而却步”之感，很多学生都感叹“用劲推不远、有劲使不上”，为此，一些体育教师提出运用运动生物力学对铅球运动进行合理分析。体育教师要认真分析每位同学扔铅球时的出手高度，并测量出铅球的落地时间以及落地时的最终距离，再根据铅球的出手角度计算出铅球运动时的初速度。体育教师通过明确的计算之后，运用运动生物力学原理对学生投掷技术动作进行分析，并让学生真实的掌握铅球投掷技巧和动作要领，通过长时的训练和积累加强投掷铅球的距离长短。例如，某位男同学身高1．85m，通过秒表和皮尺等工具测量出其铅球出手高度为h＝1．65m，铅球的落地最终距离为s＝9．25m，通过秒表测量出铅球的飞行时间为t＝2．3s。经过计算可知，该男同学的铅球出手速度约为7．8m／s，其铅球投掷的最佳出手角度为42．2，而该男同学的出手角度为35．2，可见其投掷角度偏小，为此体育教师可以通过让该男同学的投掷角度，从而改善其铅球投掷成绩。通过运用运动生物力学进行数据分析，使学生真实的了解自身在铅球运动中的缺点所在，短期培训就可明显改善学生的铅球投掷距离，提高体育成绩。

3．结语

综上所述，运动生物力学已经成为体育教学中非常重要的组成部分，其在体育运动中产生的作用和影响不容忽视，通过运动生物力学原理对各项体育项目认真分析，找到科学的身体锻炼方式方法，改善传统的体育教学形式，促进教学过程多元化，让学生真正爱上体育运动。而且运动生物力学的运用能够使得体育动作进行细化分析，简单易懂，让学生真正的了解到体育运动中存在的乐趣，促进各项身体技能、素质能够协调发展。尤其是运动生物力学将多种学科进行有力的结合，对体育教学的发展也起到很好的作用。就目前来看，传统的体育教学形式已经发生转变，体育教学也已经进行着改革创新，再运用运动生物力学相关知识对单纯的技术教学进行加工，让学生合理掌握体育运动技术和关键技术要领，还可以加强学生对自身各项身体技能的安全保证，以防止各类不安全事故的出现。使学生了解体育不仅是跑步，更是多项知识的综合，是一门综合性学科。

参考文献：

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［4］陈建民．“运动生物力学”的教学改革思路［J］．体育科学研究，2017，21（03）．

生物力学范文篇3

自Branemarkr提出骨结合理论以来，种植义齿已成功地应用于临床，解决了以往传统义齿的固位、舒适等新问题，取得较好的修复效果。但临床上仍常出现种植体四周骨组织吸收、种值体断裂、松动、脱落等新问题[1，2。许多学者认为种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿远期成功率的主要因素之一。本文对种植义齿下部结构生物力学探究概况作一综述。

1种植材料对种植义齿生物力学的影响

Nishihara等[5通过动物实验探究表明种植体四周骨内的应力分布和种植材料的性质、材料的弹性模量关系不大，而是更多的和种植体的形态、颌骨的形态及结构有关。Rieger等用三维有限元法（finiteelementmethod,FEM）分析，也得出相类似的结果。但从生物力学的观点来看，不同材料和不同弹性模量的种植体对应力在种植体骨界面的分布是有影响的。邹敬才等[4用有限元法在5种不同弹性模量、相同的负荷条件下，对单个螺旋形种植体骨界面的应力分布规律作比较，结果表明种植体的弹性模量越高，种植体颈周骨内应力越小，而根端骨内应力越大；种植体弹性模量越低，种植体和骨界面的相对位移运动就越大。适宜的种植体的弹性模量在70000MPa以上。

目前，由于金属及金属合金材料具有优良的生物力学性能而被广泛应用于种植体的制作，其中钛和钛合金等被认为是最合适的种植材料。近年来许多学者探究了用生物陶瓷作为种植材料[5，认为生物陶瓷种植体在植入后的始阶段可以获得较钛及其合金更好的生物相容性，但在行使功能后终因生物陶瓷本身力学上的易碎性导致生物陶瓷种植体生物力学的相容性较差，Glantz等[6通过实验也证实了陶瓷种植体和陶瓷涂层的种植体因生物力学上有较差的相容性导致种植后较高的失败率。

2种植体的形态对种植义齿生物力学的影响

Victor[7用三维有限元法对3种不同种植体系统（Branemark系统、Bud系统、IMZ系统）的不同形态的种植体，在不同的加载条件下，种植体四周骨内的应力分布情况进行了探究。结果表明3种不同种植体四周骨内最大应力均位于种植体颈部四周和种植体翼的下方，且越近种植体根尖部，骨内应力越小。种植体的翼可以减少应力在种植体及其四周骨内的分布，去掉翼不但增大种植体颈部骨的应力，而且将改变整个应力分布的情况。在其他因素不变的情况下，增大种植体颈部直径，种植体四周皮质骨内应力大大降低，故认为种植体颈部的直径对种植体四周的应力分布水平影响最大，两者呈负相关。岑远坤等[8对叶状和柱状种植体支持的全下颌种植覆盖义齿在不同牙位下应力分布的情况进行了探究，结果表明叶状种植体和柱状种植体应力分布的基本规律相似，种植体颈部以及其四周的骨皮质界面均为应力集中区。但叶状种植体在其颊舌面和近远中面交界的尖锐线角处，应力集中更明显，其骨界面的应力峰值均大于柱状种植体。Holmgren等[9探究认为圆锥形种植体比圆椎状种植体更有利于种植体骨界面的应力分布，黄辉等[10探究认为螺旋形种植体螺旋顶角的改变可以导致种植体在支持组织内应力分布水平的变化，并指出螺旋顶角为60%26ordm;的种植体应力分布最合理。

3种植体的表面结构对种植义齿生物力学的影响

有学者从生物力学角度探究认为表面有微孔的种植心得形成更好的种植体-骨界面结合，当孔径为50-200%26micro;m时可获得最佳的结合强度。陈安玉[11探究表明由于表面微孔的存在，可在种植体骨界面形成机械的锁结功能，从而改变微界面应力的功能方式，使得在大界面上每一个区域均有小界面的压应力存在，使拉应力和剪应力转变为压应力；另一方面微孔增加了界面的接触面积，降低了平均应力水平，从而更有利于应力的合理分布。

近年来许多学者提出种植体表面的生物活性涂层可以诱导骨性结合。Michael等[12经临床观察报告HA涂层种植体成功率（7-8年）达97.5%,Adell认为HA涂层种植体有利于早期愈合。有学者探究表明BTG钛基复合种植体植入颌骨内后，早期固位优于钛种植体，具有较高的界面结合强度，并且在界面上可产生化学结合、金属结合、机械结合3种方式。但也有资料提示随着种植体接受功能负荷时间的延长，成功率下降，临床上亦出现涂层和钛芯结合强度不足导致涂层剥落者。

4种植体的数量以及在颌骨内的排列和分布对种植义齿生物力学的影响

种植义齿由多个种植体支持时，应力分布情况由种植体的数量，种植体在颌骨内的方向、排列所决定。一般认为种植体的数目越多，每个种植体上承担的应力就越小。Skalak探究认为多个种植体支持的种植义齿当受到水平方向力功能时，力量可以较均匀地分散到各个种植体，且分散到每个种植体上的力量要小于总功能力。当垂直方向力功能于种植义齿时，力量不会均匀地分散到每个种植体，越靠近功能力点的种植体受力越大。

对于全口种植义齿，Skalak认为4-6枚种植体即可支持全口固定种植义齿。Bschwartzman探究表明4个或5个种植体支持的全颌种植义齿在应力分布规律上无差异，并认为当垂直负荷功能于全颌种植义齿远端悬臂梁时，最靠近悬臂梁端的种植体产生的应力最大。Davis通过实验探究得出相似的结果。Osier[13用静态工程原理分析进一步指出最靠近悬臂梁的种植体所承受的负荷通常是总负荷的2.5-5倍，是非悬臂梁状态的1.75-3.5倍，主要承受的是压应力，而远离悬臂梁端的种植体主要承受张应力。悬臂梁越长，末端种植体所受的应力越大，故认为在种植义齿设计时，应尽量避免使用悬臂梁，如一定要使用悬臂梁时，种植体应尽量离散，且悬臂梁的长度不能超过种植所能承受的范围。

Federick等[14用光弹法探究了由2个种植体支持的全颌种植义齿的应力分布，结果表明种植体在颌骨内应垂直于牙平面并平行放置，以利于牙力通过种植体垂直传递，减少种植体的力矩和界面过大应力。但临床上为取得共同的就位道，往往使种植体之间形成一定角度，Naert等[15指出在同一牙弓中种植体之间的相互偏差角度不宜超过20%26ordm;，以使负荷没种植体长轴传导。Hertey等[16探究表明，种植体在颌骨内的分布呈曲线型排列较直线型排列者界面的应力要小，种植体为直线型排列缩小了其后方向的分散程度，导致游离臂和抗力臂比例增大。

5受植区颌骨的形态结构对种植义齿生物力学的影响

从生物力学观点看，颌骨是一种多相的、各向异性的、非均质性的、多孔的复合体。人类的颌骨是具有一定屈曲性的弹性体[17，可以承受一定的压力，但其皮质骨和松质骨都有一定的抗张力和抗压力的极限，当颌骨受力水平高于其极限值时，就会产生微骨析，最后导致骨质吸收破坏。

Lundgrens[18指出种植体的成败和颌骨骨皮质的密度、厚度、颌骨的宽度以及受植床血供等直接相关。Jensen指出受植区的颌骨形态和结构较整个颌骨的形态和结构对种植义齿的应力分布影响更大，一个理想的受植区颌骨至少要能提供10mm的骨性结合区，其水平宽度至少为6mm。Victor等[7用三维有限元法探究了由3种不同厚度皮质骨的颌骨支持的种植体在不同的负荷下，种植体及其四周骨内的应力分布，结果表明3种情况下种植及骨界面应力分布的规律基本相同，最大拉应力、压应力均位于种植体的颈部四周。但最大拉应力、最大压应力的值却有显著差异。皮质骨越厚，种植体及其四周皮质骨内的应力越小。但在垂直瞬间加载时，最大拉应力位于种植体颈部，最大压应力位于种植体底部，当种植体的颈部和底部同时位于皮质骨内时，可以明显降低种植及其四周骨内的应力。Papavasilion[19也指出当皮质骨缺乏时，可导致种植体骨界面的应力增高，从而导致种植体四周骨的微骨折。

6参考文献

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17KoriothTW,HannamAG.JDentRes,1994,73(1)摘要:56-66

生物力学范文篇4

一、高校体育教学中存在的问题

我国学校体育教育是在前苏联学校体育教育体系的基础上形成和发展起来的，基本满足了当时社会发展与建设的需要；随着我国教育与体育事业的不断发展和经济体制改革的日益深入，传统的学校体育教育已与社会对现代人才培养的需要相互脱节，程式化、强制化、成人化、训练化的体育教育，严重影响着学生身心全面发展。

当前学校体育教育中存在着“身体素质+专项课（选项课）+理论讲座”的状况，其中理论讲座占全部授课内容的不到10%，学生对运动技术的掌握、对运动知识的获得缺乏系统性和科学性。“大学的牌子、中学的形式、小学的内容”——高校课程教材内容与中小学体育课教材内容重复率达63%，高校远没有形成符合自身规律和特色的理论、实践体系。

随着高校不断地进行扩招，体育教学班的人数也在不断增加，加上受场地、器材，师资力量等因素制约，40、50人一个教学班现象很普遍。教学方法、手段、内容得不到及时有效的改善，已远不能满足学生对良好锻炼效果和渴望掌握更多体育知识的需要。

体育首先要让人感到身心愉快，而现行体育课是按“大纲”，“计划”授课的，因而具有严格的计划性和约束性，教师只能按部就班地格式化组织教学，简单地将体育课变成‘达标课’、‘技术课’、‘纪律课’，使体育课丧失应有的休闲、娱乐成分，导致学生失去对学习的兴趣和自信心，造成学生产生厌学、恐惧、惧怕失败的心理。

二、将运动生物力学融入到高校体育教学实践中的可行性

体育教学是富有时代性的实践活动，有特定的教学思想、内容、方法。在不同历史时期有不同的育人目标，同时也就形成了具有时代特征的体育教学合理性标准。特别是在现代社会里，如果体育教育仍停留在竞技教学和身体素质教学这种简单模式之中，不善于按照时代要求变革体育教学实践，机械地传承过时的实践活动或照搬他人的经验，它的地位只能日益下降，既谈不上质量，也更谈不上什么效益，只能成为教学改革的落伍者。

大学生年龄一般都在18～22岁之间，他们的兴趣爱好趋于稳定、集中，他们已不满足被动受教的学习方式，他们更热衷于开放、活泼、主动参与的体育锻炼形式。另外从锻炼的基础来看，大学生经过12年的体育教育，具有良好的体育意识、基础与经验，能在较高的起点上选择符合个人需要的学习内容与形式。

运动生物力学是将体育动作技术，赋予生物学和力学的观点及方法，使复杂的体育动作技术奠基于最基本的生物学及力学规律之上，并以人体解剖学、力学、生物学及体育技术原理的形式加以描述。如能适时地、有针对性地在相关学科的体育教学中将运动学与运动生物力学理论知识相互结合进行教学，不仅可以调动学生学习的兴趣，还可潜移默化的使学生加深对自己本学科知识的理解与巩固。

三、运动生物力学在教学实践中的运用

（一）加强基础理论讲授，提高大学生体育文化素质

体育教育的根本基础在于体育文化，没有文化就形成不了体育，没有文化也发展不了教育。在体育教学中理论与实践相结合的文化科学素质的培养，主要是通过基础理论知识的学习、基本技术的掌握、基本技能的形成过程进行智能教育，培养学生学会学习、创造、求真。将运动生物力学运用到教学实践中，实际上就是加强对学生体育文化素质的培养。比如，每个学期停课前的最后一个月，根据现在的教学大纲要求室外课居多，炎热和寒冷往往使学生没有兴致上课，教师既怕学生中暑、冻伤生病同时又担心完不成教学计划，只好在两相矛盾中硬着头皮上课。与其这样，还不如索性将课改到室内上，最大限度的消除由于环境气候等外在因素带来的安全隐患，教师可就室外课的技术动作结合运动生物力学知识进行分析、讲解。如足球运动中对转身速度的要求很高，为什么有人与人之间对同一动作的结果却不相同？此时教师以运动生物力学中的人体惯性参数中转动惯量原理加以分析、讨论。

根据转动惯量公式可知，转动惯量与质量的大小、质量的分布及作用点离轴的远近有关，学生很快就会明白自己在转动时的错误，并能自行改正甚至指导他人的实践，培养学生脑体结合、综合使用脑力和体力的能力。

（二）运动生物力学在不同学科中的运用

在体育教学实践中根据高等学校文、理、医、工等学科专业的区别，有针对性地在相关学科的学生中，运用运动生物力学知识讲解、分析体育运动技术动作的原理、结构特点，对于技术动作的掌握将起到积极的作用和高效率的结果。如在对理工类学科的学生做足球停球技术动作的教学中，教师不要急于去做示范，先用简单的启发性语言要求学生用弹性碰撞、非弹性碰撞的原理去理解停球技术，让学生自己凭着对停球技术动作的一些感性认识尝试着去做练习、体会。练习完毕，组织学生根据自身的实践，总结技术动作要领，各抒己见，即使有点错误的观点也是可贵的。由于学生专业本身使然，很快便掌握了技术动作。以上例子不是讲解、示范与学生练习教学顺序简单的调换，而是观念的转变，让学生自我实践、自我思维这一过程大大地发挥了学生的主体作用，学生不再是传统体育教学中教师背后的机械模仿者，创造能力是体现学生主体作用的一个重要方面。

（三）运动生物力学在不同人群中的运用

教师应充分认识到学生在个体、运动喜好，体质等方面存在着差异。实际教学中采用因材施教区别对待的教学原则，将那些先天残疾、不适宜参加正常体育锻炼以及渴望掌握更多体育理论知识的学生组织在一起单独进行教学。不要因为他们与生俱来的生理和身体上的一些问题，就疏远他们、抛弃他们，他们拥有和其他学生一样受教育和运动的权利。授课中，教师应充分利用现有设备如多媒体、图片资料等，使学生通过这些渠道对由于自身受限而难以企及的技术动作加深感性认识，从而对这些技术动作不再陌生或者一无所知。同时，再结合运动生物力学的知识，向他们讲解、分析、讨论这些技术动作的运动生物力学特点、原理等。在教师的启发下学生可以凭借自身的认知程度去思维、去实践（能力许可的范围）。让他们以丰富的体育理论知识，充实自己的头脑，从而满足不同学生对体育知识的兴趣与渴望。

（四）加强运动生物力学同相关学科之间的交流，建立健全体育教学

运动生物力学是以人体解剖学、人体生理学、力学的原理与方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的学科。因此必然带有数学、力学、生物学等学科的痕迹。长期以来高等学校中文、理、医、工等学科专业相互之间缺乏必要的交流、渗透与融合，学生知识的获得与消化局限于一个狭窄的领域。

四、运动生物力学融入到体育教学实践的意义

高校体育教师要不断提高自身的体育理论水平和业务素质，加强教育理论、体育理论的学习与思考，以自己高尚的道德情操和渊博的才华学识来赢得学生的尊敬和信任。

将运动生物力学融入到体育教学实践中，可以使教师在教学中有利于选用教材和教法，并根据学生体质的实际状况，重点发展其较为薄弱的环节，让他们得到全面均衡的发展，为终身体育打下坚实的基础，从而适应素质教育的要求。

将运动生物力学融入到体育教学实践中，使学生从观念上改变对运动知识性与科学性认识，有利于激发学生的学习兴趣，充分满足不同学生对体育知识的渴望，发展学生个性，通过身体、心理多方面素质的培养，促进学生的正常生长发育，提高身体活动机能，培养学生脑体结合能力，最终学生自己可根据个体差异及不同的需要开出运动处方。

将运动生物力学融入到体育教学实践中，通过生物力学作导向和指导，使相关专业、相关学科有机的结合在一起，相互促进、教学相长，建立健全体育教学，最终使高校体育教学真正成为培养大学生综合能力的实践课堂。

参考文献

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[3]王宗平，等.重健身淡竞技—大学体育教学改革与实践[J].体育科学，2001，(1).

生物力学范文篇5

【摘要】目的研究不同比例髋臼后壁骨折不同内固定方法的固定强度，以确定最理想的内固定方法。方法将18具骨盆标本制成左右配对的髋关节，随机分成三组，然后人为造成髋臼后壁关节面1/3骨折、2/3骨折、3/3骨折。用两枚皮质骨螺钉、重建钢板以及重建钢板加两枚皮质骨螺钉三种内固定方式固定每一组骨折，屈髋90°对模型分别进行生物力学测试，测量各组骨折块的分离位移及分离3mm时的载荷，以比较不同比例后壁骨折不同内固定方法的固定强度。结果统计显示1/3比例骨折螺钉组与钢板、钢板加螺钉组间差别无意义(P＞0.05)，2/3、3/3比例骨折螺钉组与钢板、钢板加螺钉组间差别有显著意义(P＜0.01)，而钢板组与钢板加螺钉组之间差别无意义(P＞0.05)。结论髋臼后壁1/3比例骨折，单用两枚皮质骨螺钉固定已经足够；2/3和3/3比例骨折以重建钢板内固定较为理想，在钢板之外再加两枚螺钉并不能增加内固定强度，反而增加了手术创伤及难度。【关键词】髋臼后壁；骨折；内固定；生物力学BiomechanicalEvaluationontheThreeFixationsoftheSimulatedDifferentScaleFracturesontheposteriorWallofAcetabulumLIKelun，XUGang，CHENZhihao，etal(DepartmentofOrthopaedics，YueqingFirstHospital，Zhejiang325600，China)Abstract：ObjectiveTodefinetheoptimalinternalfixationmethodbymeansofstudyingthestrengthofvariousinternalfixationsofsimulateddifferentscalefracturesOnposterioracetabularwall.MethodsEighteencadavericpelvisweremadeintohipjioints，dividedintothreegroupsrandomly.Thencausethefractureof1/3，2/3and3/3articularsurfaceoftheposteriorwallofacetabulum.Themodelswerefixedwithoneofthethreedifferentmethods：twocorticalscrews(CS)，reconstructionplate(RP)，andreconstructionplateplustwocorticalscrews(CS＋RP).Thentestswereperformedoneachmodelwith90flexionofthehip.Measurethedisplacementsofthefragmentsandtheloadingswhenthedisplacementswere3mm.ResultsThereisnosignificantdifferencebetweentheCSandRPorRP＋CS(P＞0.05)inthegroupof1/3fracture，butwithsignificance(P＜0.01)inthegroupsof2/3and3/3fractures，andnosignificancebetweentheRPandRP＋CS(P＞0.05).ConclusionItisenoughstabilitywhenfixthe1/3fracturewithCSonly；theidealmethodofintemalfixationof2/3and3/3fractureoftheposteriorwallofacetabulumisRP，whileRP＋CSisnotstrongerthanRPonlyanditmayaddmoreoperativetraumaanddifficultytooperate.Keywords：posterioracetabularwall；fracture；internalfixation；biomechanics髋臼骨折常由高能量创伤引起，随着交通与工伤事故的增加，其发病率日趋增多。后壁骨折是最常见的一种髋臼骨折(屈膝位损伤)，大约占所有髋臼骨折的1/4～1/3，Letournel［1］将其归为基本的髋臼骨折之一。对于移位的髋臼后壁骨折，近年来众多学者均主张手术治疗，目的是通过恢复关节面的正常解剖位置来保持关节的稳定以及恢复关节面的正常压力分布，从而减少创伤性关节炎的发生。但对不同面积的髋臼后壁骨折，究竟选择何种内固定方法，目前仍无定论［2］。为此，本实验用截骨法建立不同比例面积的后壁骨折模型，分别用三种常用的内固定方式加以固定，然后进行生物力学稳定性测试，并予比较研究，以确定理想的内固定方法，为临床选择及早期功能锻炼提供参考。1材料与方法1.1髋臼后壁骨折模型的建立选18具经防腐保湿处理的成人骨盆，包括髋关节和近侧1/3股骨干，排除骨骼疾病或髋臼发育不良，去除附骊的肌肉、关节囊、韧带等组织。从骶髂关节和耻骨联合处将骨盆分成左右两个髋关节，随机分成三组，每组12髋。上缘从髋臼顶点30°开始，沿髋臼缘向后基金项目：浙江省温州市医药卫生科学研究计划资助项目(2007013)到90°为骨折下缘，将这60°范围的后壁关节面纵向分为三等份。第一组髋关节用摆动锯做外侧1/3截骨，建立后壁1/3骨折模型；第二组髋关节截去外侧2/3，制成后壁2/3骨折；第三组去除外侧3/3，形成后壁3/3骨折。见图1。图1髋臼后壁不同面积骨折示意图1.2内固定方法每一组12具髋臼骨折模型中随机取出4具，将后壁骨折块单纯用两枚皮质骨螺钉(corticalscrew，CS)固定，或直接用直径3.5mm的8孔髋臼重建钢板(reconstructionplate，RP)固定，或除了髋臼重建钢板之外另加两枚皮质骨螺钉(RP＋CS)固定。这样在各组中，每4具髋臼骨折模型均由同一种内固定方法固定，并且都采用两枚直径3.5mm和长度40mm皮质骨螺钉固定后壁骨折块。在直接用重建钢板固定中，板孔内共需拧入6枚皮质骨螺钉，其中远端两枚位于坐骨结节处，两枚固定骨折块，两枚位于骨折上方；而在钢板加螺钉的方式中也需要六枚皮质骨螺钉，首先单独用两枚皮质骨螺钉固定骨折块，再将8孔重建钢板置于螺钉的内侧，远近端板孔内同样各拧入两枚螺钉。内固定由同一人操作，髋臼重建钢板在使用前应塑形，以获得与骨表面的良好匹配；固定骨折块的两枚皮质骨螺钉需背离髋臼盂唇平面30°～40°，从而避免进入关节腔内(见图2～3)。图2髋臼后壁2/3比例骨折螺钉固定示意图图3髋臼后壁3/3比例骨折螺钉固定示意图1.3力学测试将髂骨嵌夹于可作不同方向调节的万能旋转夹具中，再将股骨干用夹具固定于加载平台上。力学测试采用WE100万能材料试验机。将髋关节模型屈曲90°、内收外展及旋转中立位加载，使载荷直接作用于髋臼后壁上。载荷按200N分级加载至800N，加载速率控制在1.5mm/min，采用高精度数字显示光栅位移传感器和千分表同时测量骨折块的分离移位(精度达0.01％)，根据骨块分离位移的程度确定各种内固定的强度。分级加载测试结束后改为连续加载，记录使骨块分离3mm时所用的载荷(见图4)。图4WE100万能材料试验机加载实验1.4统计学处理用配伍组设计方差分析进行数据分析，Bartlett法进行方差齐性检验。NewmanKeuls法(q检验)进行均数间两两比较。P＜0.05为差别有显著性意义。2结果2.1不同比例的骨折与内固定的稳定性对不同比例面积的后壁骨折模型采用三种方式内固定后进行分级载荷实验(见表1)。在不同的载荷作用下，相同比例相同内固定方式的髋臼骨折位移随载荷的增加而增大。同一载荷条件下，相同比例不同内固定方式的骨折位移程度为CS＞RP＞RP＋CS经q检验，1/3比例骨折的CS、RP以及RP＋CS组间差异无统计学意义(P＞0.05)，而2/3比例和3/3比例骨折的CS组分别与RP、RP＋CS组比较，骨块分离程度有高度统计学意义(P＜0.01)，但RP与RP＋CS间差别却无统计学意义(P＞0.05)。表1髋臼后壁不同比例骨折不同内固定后载荷与位移关系2.2轴向刚度与内固定的稳定性内固定的轴向刚度是指载荷下内固定抵抗形变保持关节稳定的能力，轴向刚度越大，则抗形变能力越强，髋关节也越稳定。其力学公式是：轴向刚度EF＝P/△L，其中P为载荷，△L为形变位移。对后壁骨折模型进行不同的内固定，其轴向刚度必然不同，稳定性也随之发生改变。AO学组把骨折移位超过3mm作为内固定失败的标准，因此本文把骨折移位3mm所能承受的载荷作为最大载荷(见表2)，由此可得出相同比例面积后壁骨折三种内固定方式的轴向刚度。在1/3比例骨折时，CS的轴向刚度为(266.59±3.93)N/mm，RP为(269.62±2.38)N/mm，RP＋CS为(269.68±2.27)N/mm，经检验发现CS、RP和RP＋CS三种内固定之间差异无统计学意义(P＞0.05)。而在2/3比例骨折与3/3比例骨折模型中，CS的轴向刚度和RP、RP＋CS组间差别有显著统计学意义(P＜[1][2][3]0.01)；而RP与RP＋CS之间差别无统计学意义(P＞0.05)。从表示内固定稳定性的轴向刚度来看，上述结论和分级加载所获得结论是一致的。表2不同比例骨折不同内固定后分离3mm承受的最大载荷(±s)3讨论在所有的髋臼骨折中，后壁骨折所占比例最高。Letournel［1］报导在940例髋臼骨折中，孤立的后壁骨折占24％，另有26％合并有其他类型的后壁骨折。Chiu［3］报道在其研究的111例髋臼骨折中36例(32.4％)为孤立性后壁骨折。后壁骨折作为一种常见髋臼骨折，主要是在外力的作用下，股骨头与髋臼后壁撞击引起，如处理不当，易导致创伤性关节炎和关节功能障碍，从而降低了临床疗效。髋关节是人体的负重关节，其稳定性的维持主要依赖于髋臼的骨性阻挡作用，尤其是后壁阻挡作用更为重要。正常髋臼为一半圆形深窝，前倾20°，外倾53°，在后上方最强最深，股骨头被容纳其中并处于稳定的位置。髋臼后壁骨折后，分离移位造成后壁对股骨头的阻挡作用下降，必定会发生髋关节不稳；如果仅仅通过牵引等保守治疗既不能使关节内骨折解剖复位，也不能恢复后壁的阻挡作用和关节的稳定性，更无法进行早期功能锻炼［4］。而髋关节不稳使头臼关节接触面积减小，出现应力分布不均，从而加速关节磨损和退变，最终将引起创伤性关节炎和关节功能障碍。Moed［5］发现，髋关节不稳患者创伤性关节炎的发生率明显升高；Letournel［6］的临床研究也证实，髋关节不稳是导致关节软骨发生退变的重要原因。只有通过手术切开复位内固定治疗，可使移位的髋臼后壁骨块获得解剖复位，促使关节早期活动和磨造，进而有利于关节内软骨的愈合并提高疗效。Epstein［7］对150例髋臼后壁骨折进行长期随访发现，保守治疗者88％疗效不满意，而手术治疗者仅为37％。在Pantazopoulos等［8］治疗观察的病例中，经手术解剖复位后90％的患者有较好的临床疗效(术后2～15年，平均7年)，而留有1～3mm错位者仅有50％的患者有较好的疗效。所以，Letournel［6］认为后壁骨折中如果骨折块足够大，即使股骨头复位，但由于缺少后部骨块的阻挡，仍有向后滑脱不稳的倾向；只有手术复位内固定，才能维持其完整性和稳定性，否则创伤性关节炎将不可避免。然而后壁骨折块究竟多大才能达到足够大，以往的文献中无统一标准。1988年Keith［9］首次用CT对尸体髋臼后壁骨折与关节的稳定性作相关研究，提出后壁骨折块在20％以下时关节稳定，超过40％则稳定性受累，应手术治疗；Vailas［10］模拟髋臼后壁骨折进行生物力学测试，结果骨折小于25％关节稳定，大于50％则关节不稳，并发现在稳定与不稳定骨折之间有一过渡区。他认为当骨折处于此区时，髋关节的稳定性将取决于后侧关节囊的完整性，若关节囊撕裂，则关节失去稳定性；而Olson［11］发现，髋臼后壁骨折达1/3比例时已明显地改变了髋关节的载荷和接触特征，关节接触面积下降，髋臼顶部的接触压明显上升，表明髋臼后壁骨折使应力集中到了臼顶部，临床上这种情况如不加纠正，将不可避免地发生创伤性关节炎；宋朝晖等［12］通过研究人体在单足站立骨盆中立位时髋关节的受力情况，认为后壁骨折对髋关节生物力学影响从1/3骨折就已经开始，1/3骨折时骨折片的大小约为2.1cm×0.7cm，占后壁实际面积的16.45％。由于1/3骨折主要涉及后壁内外表面的皮质部分，骨折后破坏了皮质的完整性，导致负荷应力不能正常分散，局部应力集中，造成对髋关节生物力学行为影响率最大，因此主张将后壁骨折块占整个后壁的1/3以上作为手术标准。上述研究结果之间存在明显的差异，对其进一步分析可以看出：在Keith［9］的实验中，关节不稳的评定是靠实验者徒手进行，比较粗糙，带有相当大的主观性；Vailas［10］在实验中将髋关节在Keith的基础上增加内旋20°，在此位置髋关节更具不稳倾向，故而其实验中不稳定关节比例偏大；而Olson和宋朝晖的实验设计主观成分较少，其结果较为客观可信。因此，我们也赞同将髋臼后壁1/3比例骨折作为手术与非手术的界限。然而，对于1/3比例面积以上的髋臼后壁骨折，究竟选择何种内固定方式才能最大程度地恢复髋关节的稳定性，临床上判断较为困难。倪善军［4］建立髋臼后壁大块骨折模型，分别用CS、RP和RP＋CS固定，屈髋90°进行生物力学测试，以确定其固定强度。实验表明：RP和RP＋CS明显强于CS，与临床观察相吻合；RP和RP＋CS间的差别则无统计学意义(P＞0.05)。而孙玉强［13］用RP＋CS固定髋臼后壁骨折50例后，认为钢板至少覆盖50％的骨折块，结合拉力螺钉的作用，能对抗轴向的压力，具有更强的生物力学强度。Olson［14］也提出，髋臼后壁骨折除用重建钢板外，需另外再加用两枚螺钉固定，才能真正达到坚强而有效的内固定，但尚无相关临床报道。本实验吸取了以往教训，用截骨法建立了三种不同比例面积的后壁骨折模型，同样采用了临床上常见的三种内固定方法(CS、RP、RP＋CS)固定，屈髋90°在万能材料试验机上进行生物力学测试，测定不同内固定方法的固定强度。结果发现：在1/3比例髋臼后壁骨折中，CS、RP以及RP＋CS之间差异无统计学意义(P＞0.05)；但在2/3比例以上的后壁骨折内，RP和RP＋CS的固定强度明显大于CS，RP和RP＋CS之间差异无统计意义(P＞0.05)。1988年Davy［15］测得直腿抬高及扶单拐行走时髋臼后壁承受的载荷为体重的1.5倍，也就是说，一个50kg体重的人其髋臼后壁受到的载荷大约是735N。在本实验中，固定2/3比例和3/3比例后壁骨折的皮质骨螺钉仅能承受600N以下的最大载荷，显然不能满足内固定的需要。因此我们认为，后壁骨折块在1/3比例面积时，单纯用两枚皮质骨螺钉固定已经足够；而在2/3比例以上的骨折中，单用螺钉固定骨折块不够坚强，无法维持髋关节的稳定性，也无法早期进行功能锻炼。理想的内固定是用重建钢板，在钢板之外再加两枚螺钉并不能显著增加内固定的强度，反而将会增加手术创伤和手术时间，影响疗效并对患者无益。此外，临床上还有一类后壁骨折为粉碎性或压缩性骨折，内固定除用重建钢板外，还需加用弹性钢板［2］。总之，为了减少医源性损伤，缩短手术时间，增加髋关节的稳定性，以及早期进行功能锻炼，对于不同比例面积的髋臼后壁骨折应当选用不同的内固定方法固定。本实验为临床上内固定方式的选择提供了生物力学依据。【参考文献】［1］LetournelE.Acetabulumfractures：classificationandmanagement［J］.ClinOrthopRelatRes，1980，(151)：81106.［2］GouletJA，RouleauJP，MasonDJ，minutedfractureoftheposteriorwalloftheacetabulum［J］.JBoneJointSurg(Am)，1994，76(10)：14571463.［3］ChiuFY，LoWH，ChenTH，etal.Fracturesofposteriorwallofacetabulum［J］.ArchOrthopTraumaSurg，1996，115(5)：273275.［4］倪善军，孙俊英，王以进.髋臼后壁骨折内固定稳定性的生物力学研究［J］.医用生物力学，2004，19(1)：3134.［5］MoedBR，CarrSE，WatsonJT.Openreductionandinternalfixationofposteriorwallfracturesoftheacetabulum［J］.ClinOrthopRelatRes，2000，(377)：5767.［6］LetournelE，JudetR.Francturesofacetabulum［M］.2ed.NewYork：SpringerVerlag，1993：138140.［7］EpsteinHC.Posteriorfracturedislocationsofthehip：Longtermfollowup［J］.JBoneJointSurg(Am)，1974，56(6)：11031127.［8］PantazopoulosT，NicolopoulosCS，BabisGC，etal.Surgicaltreatmentofacetabularposteriorwallfractures［J］.Injury，1993，24(5)：319323.［9］KeithJE，BrashearHR，GuilfordWB.Stabilityofposterior[1][2][3]fracturedislocationsofthehip：Quantitativeassessmentusingcomputedtomography［J］.JBoneJointSurg(Am)，1988，70(5)：711714.［10］VailasJC，HurwitzS，WieselSW.Posterioracetabularfracturedislocations：fragmentsize，jointcapsule，andstability［J］JTrauma，1989，29(11)：14941496.［11］OlsonSA，BayBK，PollakAN，etal.Theeffectofvariablesizeposteriorwallacetabularfracturesoncontactcharacteristicsofthehipjoint［J］.JOrthopTrauma，1996，10(6)：395402.［12］宋朝晖，张英泽，潘进社，等.髋臼后壁骨折对髋臼与股骨头之间应力的影响［J］.中华创伤杂志，2002，18(2)：9193.［13］孙玉强，鲍琨，金东旭，等.髋臼后壁骨折的手术治疗［J］.中华创伤骨科杂志，2007，9(3)：205209.［14］OlsonSA，FinkemeierCG.PosteriorWallacetabularfractures［J］.OperativeTechniquesinOrthopeadics，1999，9(2)：148160.［15］DavyDT，KotzarGM，BrownRH，etal.Telemetricforcemeasurementsacrossthehipaftertotalarthroplasty［J］.JBoneJointSurg(Am)，1988，70(1)：4550.

生物力学范文篇6

【关键词】骨和骨组织;骨移植;生物力学

为寻找理想的人工骨组织材料，本实验将多孔双相钙磷陶瓷（BCP）同重组骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）/透明质酸钠（HA）和纤维蛋白复合凝胶（HAFG）缓释体系结合，制成BCP/HAFG-rhBMP-2人工骨材料，进行修复长骨大段骨缺损的实验。

1材料与方法

1.1人工骨材料的制备

（1）BCP由东南大学材料科学与工程学院生物材料研究组研制提供。该BCP材料呈白色多孔状结构，孔道彼此连通，孔径约为300μm，孔隙率为80%。试验中将BCP制成长10mm，直径4mm圆柱体。

（2）BCP/HAFG-rhBMP-2人工骨的制备:在BCP植入前用特制双管注射器将混有等量rhBMP-2的HAFG复合凝胶缓慢滴注入BCP，使其在BCP表面涂布均匀。待复合凝胶由流体状变为灰白色半钢性状态时植入缺损部位。同法制备并植入BCP/HAFG人工骨。（3）BCP/rhBMP-2工骨的制备:利用部分真空吸入法［1］将rhBMP-2和BCP结合在一起。制成的每支人工骨中约含rhBMP-21mg，植入前人工骨在密封包装下环氧乙烷气体消毒24h。

1.2实验动物及分组

新西兰兔60只，体重2.5～3.2kg，雌雄不限。随机分为3组:A组为BCP/HAFG-rhBMP-2组;B组为BPC/rhBMP-2组;C组为BPC/HAFG组。

1.3实验方法

用质量分数为3%的戊巴比妥钠（1ml·kg-1）静脉麻醉后，每兔随机选用左右侧前肢，经剃毛、消毒，取桡侧切口切开皮肤及皮下组织，显露桡骨干中段，用单片小锯锯下10mm连带骨膜骨段，然后按组分别植入相应人工骨材料。术后给予庆大霉素10000U·kg-1，每日2次肌肉注射，连续注射3d。常规条件下喂养观察。

1.4大体观察

观察动物的饮食、活动、伤口反应，术后第2、4、8、12周分批处死动物并取材，观察植入材料的表面、局部成骨及炎症反应等情况。

1.5X线观察

术后第4、8、12周摄片，由3人盲法按照Lane-sandhuX射线评分标准［2］进行评分。

1.6碱性磷酸酶（AKP）活性检测术后第2、4、8、12周3组各取5只动物，全麻后，从心脏抽血3ml离心，使用AKP试剂盒行血清AKP活性测定。

1.7桡骨生物力学检测

术后12周时，每组各取5个标本及正常桡骨标本作力学强度测试。以材料植入处为中心截取桡骨长约1.4cm。经牙托粉两端包埋后，置于MTS-858minibionixII型生物力学测试机上进行垂直压缩试验。加载速度为1mm·min-1，最大位移设定3mm。每隔0.1s记录一次数据。

1.8组织病理学观察

将每次所获取的桡骨标本作好标记置于10%甲醛中固定24h后，经EDTA脱钙、梯度酒精脱水、石蜡包埋，沿桡骨纵轴连续切片，厚度为6μm，HE染色，光学显微镜下观察。

1.9扫描电镜观察

于术后第2、4、8、12周每组各取3个标本，2.5%戊二醛（pH7.2～7.4）固定2h，然后用PBS缓冲液冲洗2次，1%锇酸PBS液固定2h，再用PBS缓冲液冲洗2次，乙腈逐级脱水，真空干燥，表面离子溅射喷金处理，HITACHIS-520扫描电镜下观察标本的超微结构。

2.0统计学处理

采用SPSS11.5统计软件包，每组测得的X线评分、AKP水平及生物力学评分采用方差及SNK分析，统计学显著水平为α=0.05。

2结果

2.1大体观察

术后动物前肢不能负重，跛行，术后1周恢复正常活动。所有动物切口均Ⅰ期愈合。术后2周时，A、B组材料植入区有明显骨痂生成，而C组材料外周为纤维结缔组织包裹。术后8周，A组材料已部分降解，新生骨组织的形成量明显高于B、C组。12周A组骨缺损完全修复，而其他组骨缺损处仍可见到未吸收的材料及骨缺损（图1）。

BCP/HAFG-rhBMP-2组骨缺损完全修复，骨皮质塑形良好（左）;BPC/HAFG组材料未完全降解，缺损部分修复（中）;BCP/rhBMP-2组骨缺损大部分愈合，仍可见少量未降解材料（右）

2.2组织学观察结果

术后2周时，A、B组材料外周新骨开始形成，材料与新骨直接结合，材料内部孔隙中有纤维结缔组织间充质细胞进入（图2）。C组材料外周为纤维结缔组织包裹，偶见炎性细胞浸润，材料内部可见纤维结缔组织填充。术后4周，各组骨缺损植入体孔隙中均有软骨细胞生成，其中A组软骨细胞量明显高于B、C组，材料均未见明显降解。术后8周，A组材料已部分降解，材料内、外新骨继续增多。B、C组植入的材料少量降解，成骨较稀少，主要位于材料的边缘区域。12周时，A组材料已基本降解，新生骨组织的形成量明显高于B、C组。孔隙中有大量成熟的条索状板层骨形成，骨细胞排列规则，骨小梁较粗大，分布均匀，其间有骨髓组织，中心区板层骨较多，软骨较少（图3）。B、C组植入物孔隙中也出现板层骨，但以周边为主，其间偶见少量骨髓组织，中心区板层骨及软骨均较少。

2.3AKP活性的变化

术后不同时间点3组AKP测定结果，见表1。在第2周，B组较A组和C组均明显增高（P<0.05）;随着术后时间的延长，各组AKP活性逐渐降低，其中B组降低较快，8周时A组AKP活性较其他两组高，差异有显著性（P<0.05）;A组与C组的AKP降低幅度较平缓。在第2～12周时间段内，第12周与第2周相比较，A组降低了65.13%，B组降低了71.03%，C组降低了58.59%。12周时各组AKP活性均恢复至正常水平。表13组术后各时间点AKP活性的变化（略）

BPC/HAFG-rhBMP-2材料与新骨之间及材料内部孔隙中有纤维结缔组织和间充质细胞进入新生骨组织的骨小梁规则，骨髓腔及骨髓已形成，软骨细胞较。

2.4生物力学测试结果

术后12周时A、B、C组植入材料和正常桡骨组的极限抗压强度分别为（538±12.7）N、（368±24.0）N、（256±8.4）N和（547±14.8）N。A组的极限抗压强度与正常桡骨非常接近，无显著性差异（P>0.05），且两者的抗压强度均明显高于B组和C组，统计学分析差异有显著性（P<0.05）。

2.5扫描电镜检查

术后2周A、B组可见排列致密的胶原纤维及大量钙盐结晶及小梁状新骨形成，C组未见明显钙结晶沉淀。4周时A组材料与骨界面形成骨组织与宿主骨结合，但新骨结构疏松，随时间延长，骨组织逐渐转向致密。到12周时A组材料已基本被成熟骨组织所代替，新骨结构与宿主骨无明显差别（图4）。而C和B组骨小梁结构疏松细小（图5），材料仍未完全被降解，材料与骨组织间形成较大间隙（图6）。

2.6X线检查

（1）B组:4周时材料与骨界面形成骨组织与宿主骨小梁粗大，密集，较少见到骨吸收陷窝材料仍未完全被降解，可见羟基磷灰石结晶，材料与骨组织间形成较大间隙骨紧密结合，骨缺损内见密度较高的BCP影，周围有中等量骨痂形成;8周时BCP影密度降低，周围骨痂形成较前有所增多;12周时BCP影部分消失，骨缺损大部分愈合，骨髓腔部分再通（图7）。

（2）A组:4周时移植材料与两骨端融合，骨缺损区有较多骨痂形成;8周时部分骨缺损已愈合，骨髓腔部分再通;12周时全部骨缺损已愈合，皮质骨塑形良好，骨髓腔完全再通（图8）。

（3）C组:4周时BCP影清晰;8周时BCP影密度降低，有少量骨痂形成;12周时大部分骨缺损仍存在（图9）。Lane-sandhuX射线评分结果见表2。表23组术后各时间点X射线评分结果（略）

3讨论

3.1骨缺损的形成及治疗

由于某种因素如外伤、感染、肿瘤等而使骨丧失了一些骨质，形成较大的间隙，称为骨缺损。骨缺损修复最常用的方法是自体骨或异体骨移植，但自体骨移植的不足是取骨数量受限、影响供骨区生物力学强度和功能、增加患者创伤和痛苦;异体骨具有自体骨一些优越的组织特点及可减少手术次数，但其存在免疫排斥反应，并有感染HIV和肝炎病毒等可能，而且制样、处理和存贮的成本很高。为克服自体骨和异体骨移植的缺点，人们开始探索利用生物材料修复骨缺损。目前，用于骨缺损修复的生物材料主要有两大类，一类为人工合成生物材料，如聚乳酸（PLA）、钙磷陶瓷、聚乙醇烯（PVA）等;另一类为天然高分子材料，如胶原、骨生长因子（BMP）、明胶等。其中聚乳酸类因缺乏骨传导性、机械强度差及降解产物酸性大等缺点，使其在应用上受到了限制。与其相比生物活性陶瓷具有较好的生物相容性和骨传导性能。因而近年来国内外对生物活性陶瓷骨替代材料的研究日趋增多。目前对该类材料的研究主要着眼于利用先进的加工技术将其与各种活性因子进行复合，以获得更好的骨缺损修复能力。

3.2BCP/HAFG-rhBMP-2复合人工骨生物学特性及成骨作用

多孔双相钙磷陶瓷材料以钙、磷为主要成分，与骨基质中的无机成分相似。大量实验证明它具有良好的生物相容性和降解性，但缺乏骨诱导活性［3］。试验中将双相钙磷陶瓷多孔支架与HAFG-rhBMP-2缓释体系进行了复合，从而使该材料在具有良好的生物相容性及骨传导作用的基础上，又获得了较持久的体内诱导成骨能力。骨形态发生蛋白（bonemorphogenicprotein，BMP）是一种广泛分布于各种动物骨组织中的酸性多肽，具有骨诱导活性。但单纯的BMP在体内易被蛋白酶分解，其生物学活性难以得到持续性发挥［4］。为了克服这一问题，目前的研究主要是利用有机高分子化合物制成BMP缓释微球以获得体内缓释的效果，但在微球的制备工艺中常需要有机溶剂等理化因素的处理，这使BMP的生物活性受到了影响。本实验中选择HAFG复合凝胶作为rhBMP-2的缓释载体，利用纤维蛋白原发生快速γ交联和缓慢的α交联后形成半刚性三维网状纤维蛋白凝块，能将HA/rhBMP-2固定于纤维蛋白凝块网孔内的特性，大大降低了HA在植入局部的溶散率，同时还避免了组织液及纤维蛋白酶过快地进入纤维蛋白凝块内部，从而使HAFG-rhBMP-2复合凝胶缓释体系能在机体内存留较长的时间［5］。

BPC/HAFG-BMP-2复合型人工骨的作用机制及优点如下。（1）生物相容性:本试验将BCP与HAFG进行复合，使材料在成分及结构上与天然骨更为接近，再加上透明质酸及纤维蛋白凝胶聚合时释放各种生物活性因子，使得细胞更易于在材料表面黏附、增殖并分泌基质。因此该复合材料具有比单纯BCP更为良好的生物相容性。（2）骨诱导性:实验中将rhBMP-2与HAFG制成缓释体系后再和BCP进行了复合。由于HA带大量的负电荷，能与带正电的rhBMP-2形成较好结合，再加上三维网状纤维蛋白凝块具有较强的吸附及降低HA/BMP溶散的作用，使得rhBMP-2可随着复合凝胶的降解缓慢释放，能较长时间保持局部有效浓度。试验中对AKP检测及组织学的观察结果均提示BPC/HAFG-rhBMP-2复合型人工骨的诱导成骨活性较BPC/rhBMP-2人工骨更为持久。（2）生物降解性:由于羟基磷灰石和磷酸三钙（tricalciumphos-phate，TCP）在体内降解速度过快，与新骨生长速度不匹配，同时也影响材料植入后的稳固性能［6］。试验中利用羟基磷灰石的高强度、高生物活性及稳定性，将其与TCP合成BCP系统，使得材料在体内的降解与新骨的生长更为匹配。（3）骨传导性:BCP主要是依靠它的三维多孔结构，尤其是它的合适孔径和孔隙间的连通，为成骨细胞的长入提供支撑作用［7］。

因此，BPC/HAFG-rhBMP-2人工骨是一种较理想的骨移植替代材料，具有较高的临床实用价值。但多孔BCP本身在力学强度及脆性方面还有一定的缺陷，所以将其作为负重骨缺损的修复材料还需要作进一步探讨。

［致谢］本研究中的BCP材料由东南大学材料科学与工程学院生物材料研究组董寅生老师提供。

【参考文献】

［1］UristMR，LietzeA，DawsonE.Beta-tricalciumphosphatedeliverysystemforbonemorphogeneticprotein［J］.ClinOr-thopRelatRes，1984，（187）:277-280.

［2］LaneJM，ScandhuHS.Currentapproachestoexperimentalbonegrfting［J］.OrthopClinNorthAm，1987;18（2）:213-215.

［3］AlamMI，AsahinaI，OhmamiudaK，etal.Evaluationofce-ramicscomposedofdifferenthydroxyapatitetotricalciumphosphateratiosascarriersforrhBMP-2［J］.Biomaterials，2001，22（12）:1643-1651.

［4］ChenB，LinH，WangJ，etal.Homogeneousosteogenesisandboneregenerationbydemineralizedbonematrixloadingwithcollagen-targetingbonemorphogeneticprotein-2［J］.Bioma-terial，2007，28（6）:1027-1035.

［5］WadstromJ，TengbladA.Fibringluereducesthedissolutionrateofsodiumhyaluronate［J］.UpsJMedSci.1993，98（2）:159-167.

生物力学范文篇7

【摘要】腰椎压缩性骨折且无脊髓神经损伤患者125（男83，女42）例，年龄7~96（平均47.8±8.3）岁，住院（20.8±20.3）d.椎体前缘压缩超过1/2者36例，压缩1/3~1/2者63例，压缩小于1/3者26例.患者经过常规处理和垫枕练功法后，随访6~36mo.依据脊柱骨折复位、愈合情况和功能恢复等标准评定：优：骨折复位好，生理曲度正常，恢复正常工作者92例；良：骨折基本复位，畸形消失，功能恢复良好，恢复工作者24例；尚可：骨折部分复位，胜任轻体力劳动者2例；差：压缩椎体畸形，腰部活动受限，不能劳动者2例，总优良率96.7%.垫枕练功法对腰椎压缩性骨折且无脊髓神经损伤患者有一定的治疗作用.

【关键词】垫枕；练功；腰椎压缩性骨折；生物力学；辨证施护

1对象和方法

1.1对象200206/200508收治腰椎压缩性骨折且无脊髓神经损伤患者125（男83，女42）例，年龄7~96（平均47.8±8.3）岁，平均住院（20.8±20.3）d.损伤原因：车祸伤78例，跌坠伤35例，重物压伤12例.椎体前缘压缩超过1/2者36例，压缩1/3~1/2者63例，压缩小于1/3者26例.

1.2方法根据患者的身体状况及骨折不同时期辨证用膳，并加服中药，以壮骨益髓为目的，做到“药物相须，寒湿相宜，五味相适”，同时予常规处理.上述处理后，主要采用垫枕练功法，即患者仰卧硬板床，保持脊柱平直，防止发生畸形或进一步损伤.同时在患者伤椎下垫以适当高度的软枕.根据患者适应情况，逐日增加垫枕的高度.通过垫枕，使骨折椎体局部保持过伸位，以整复和矫正压缩性骨折的畸形.伤椎下垫枕3~5d后，再指导患者进行挺胸背伸的功能锻炼，坚持不懈，先易后难、循序渐进.①复位期.垫枕1~2wk，鼓励督促患者练习主动挺腹，3次/d，5~10min/次［2］.②5点支撑法.仰卧位，用头部、双肘、双足跟5点支撑起全身，使背部腾空后伸.伤后1周左右可练习以上2种方法.③3点支撑法.伤后2~3wk练此法，仰卧位，双臂放在胸前，用头及双足支撑拱腰臀及背腾空离床，3点支撑比5点支撑背伸度更大，更有利于腰背肌的锻炼.④4点支撑法.伤后3~4wk练此法，仰卧位，用双手、双足4点撑在床上，全身腾空呈一拱桥状.⑤飞燕点水法.5~6wk以后可练此法，取俯卧位，颈部后伸，稍用力后抬起胸部离开床面，两上肢向背后伸，两膝伸直，从床上抬起双腿，使腹部为支撑点，身体上下两头翘起，形似飞燕点水.

2结果

对120例随访6~36mo.依据脊柱骨折复位、愈合情况和功能恢复等标准评定：优：骨折复位好，生理曲度正常，腰部活动自如，无腰背痛等后遗症，恢复正常工作者92例.良：骨折基本复位，畸形消失，功能恢复良好，偶有轻微腰背痛症状，能恢复工作者24例.尚可：骨折部分复位，脊柱生理曲线有改变，运动功能尚可，时有腰背酸痛，只能胜任轻体力劳动者2例.差：压缩椎体明显后突畸形，腰部活动严重受限，因腰痛不能劳动者2例.优良率96.7%.

3讨论

垫枕练功法是基于“动静结合”的指导原则，充分利用患者躯干重力和杠杆原理使脊柱保持稳定的背伸，循序渐进的复位.以背伸肌为动力，通过被拉紧的前纵韧带和椎间盘纤维环张力，使压缩的椎体逐渐张开，骨折的畸形得以矫正.背伸肌力的加强，即在脊柱后部形成一个有力的肌肉夹板，对脊柱的稳定起重要的作用［3］.另外应注意的是后期下地活动时间不宜过早，一般至少在伤后2~3wk以上.垫枕练功的最佳时机是伤后1~2wk内，此期应用此法的主要目的在于使压缩的椎体达到最大程度复位，这是日后疗效与功能恢复如何的决定性因素.而4~6wk后背部指数难以指望能在升高，此后继续实施该疗法的主要目的在于增强腰背肌力量，从而减轻症状，改善功能.医护人员进行积极、耐心的宣传、解释、说服工作是护理成功的起点.只有掌握正确垫枕练功治疗腰椎压缩性骨折的生物力学原理所在，树立科学护理理念，才能取得良好的效果.

【参考文献】

［1］刘春红.腰部垫枕治疗胸椎压缩性骨折的生物力学原理分析及护理体会［J］.国际医药卫生导报，2004，10（1）：100-101.

生物力学范文篇8

下尺桡关节在维持腕关节的稳定和力量传导中起着重要的作用。陈旧性下尺桡关节脱位和关节炎的治疗以往国内多采用尺骨小头切除，但切除尺骨头后出现腕关节的生物力学明显改变，引起腕关节不稳定［1］。2007年8月至2008年8月，我院手外科采用Sauvé-Kapandji手术融合下尺桡关节和造成尺骨假关节治疗陈旧性下尺桡关节脱位和关节炎20例，获得满意的疗效，现报告如下。

1资料与方法

1.1一般资料本组患者共20例，男8例，女12例；年龄35～54岁，平均42岁。左侧11例，右侧9例，12例右侧均为优势手。桡骨远端骨折14例，下尺桡关节陈旧脱位6例。受伤至手术时间1～4.4年，平均1.5年。

1.2手术方法臂丛或者全身麻醉下，尺背侧弧形切口，尺骨小头处分离保护好尺神经背侧支，分离出第5、6伸肌腱鞘，将其打开，尺侧伸腕肌腱牵拉向尺侧，伸指肌腱牵拉向桡侧，切开关节囊，显露尺骨小头及下尺桡关节，观察下尺桡关节损伤情况。咬骨钳咬除下尺桡关节相邻的关节软骨。距下尺桡关节3cm处用电锯截除长1.5cm尺骨作为骨桥，骨桥两端先行打磨，使其与桥接尺桡骨接触面相适应。将尺骨复位，用两枚螺钉分别固定下尺桡关节面以及尺骨移植段处。尺骨的远近端截骨面分别用旋前方肌及骨膜包绕。缝合关节囊及伸肌腱鞘，上肢石膏托外固定4周。

2结果

20例患者在术后平均16个月（9～32个月）接受随访检查。术后无一例出现皮肤感染。1例术后诉手背尺侧麻木，12个月后随访手背尺侧麻木消失，4例再次手术取出螺钉，3例诉前臂旋转或者用力时出现尺骨截骨处近端明显异常活动，伴疼痛感。

3手术配合

3.1术前准备

3.1.1物品及手术间的准备（1）除常规手外器械、布类外，另备60cm×40cm×100cm（长×宽×高）的专用手外器械桌一张，铁板，电钻（充足电池备用），手术薄膜、骨蜡、双极电凝、0.8～1.0mm克氏针、上肢空气止血带、绷带、石膏、螺钉等消毒备用。（2）将洁净手术室的净化空调系统开关打至高速运行状态，自净30min后调至低速运行。

3.1.2患者的准备（1）术前1天访视患者，全面了解患者的基本情况：包括生命体征、身高、体重，营养皮肤、血管情况，有无运动障碍、过敏史或特殊体质及体内有无金属种植物；病史包括现病史、既往史、手术史；其他如职业、社会地位、文化背景等。（2）术前相关知识的教育：介绍手术室的环境、设备、技术、麻醉方法和作用、手术方式和效果以及麻醉和手术过程中特殊的体位要求，取得患者的主动配合。（3）交代患者进入手术室前的准备工作：更换手术衣裤，禁饮、禁食的时间；术晨取下义齿、隐形眼镜、义齿、假发、首饰等贵重物品，女性患者不要化妆、涂指甲油，以免影响术中缺氧的观察。

3.2术中配合

3.2.1选择好透视手术床因该微创手术必须在C型臂机透视下观察螺钉的位置，因而要选择好可供透视用的专用手术床，而且单独一室，做好个人和其他患者的射线防护工作。

3.2.2手术体位的摆放患者呈平卧位，双脚及健侧上肢约束。患肢外展（外展角度不超过90°），置于手术器械桌上。

3.2.3止血带的应用止血带于手术部位消毒前固定于上臂的上1/3处，缠绕时松紧适宜，平整无皱折，并在上臂加垫保护，驱血时患肢抬高45°，并从远端向近心端缠绕。设置好止血带的压力和时间，并做好记录。上肢止血带的压力为0.04kPa，每隔1h放松一次，放松时缓慢放气，轻轻按摩止血带部位，使上肢充分休息。

3.2.4术中严密心电监护术中严密观察患者的呼吸、血压、脉搏、氧饱和度，特别是在松止血带时会引起血压骤降，发现此情况及时通知医生和麻醉师。

3.2.5做好术中心理护理大部分患者在上止血带期间容易烦躁，再加上电钻钻克氏针时发出的高速旋转声，患者更加恐惧，血压上升。因而我们要随时守护在患者床旁，做好患者的解释工作，减少不良刺激对患者的影响，顺利配合手术。

3.2.6术后处理手术完毕，备好70℃的热水，协助医生打石膏，擦净手臂上的消毒液和血迹，穿好衣服，清理好X线片和其他用物，将患者稳妥地置于手术推床上，安全护送回病房。

4讨论

以往下尺桡关节陈旧性脱位和关节炎多采用尺骨小头切除，但越来越多的临床及生物力学实验研究表明尺骨小头切除会导致腕关节不稳定和生物力学改变，保留尺骨小头及下尺桡关节完整性非常重要。Sauvé-Kapandji手术将尺骨小头与桡骨切迹融合，融合处近端尺骨截除一段形成假关节，该手术的优点是：（1）保证了下尺桡关节及与桡尺腕关节结构完整，避免了因尺骨小头切除带来的负荷传递改变，为术后腕关节功能恢复创造条件。（2）Sauvé-Kapandji手术后旋转功能明显改善。（3）Sauvé-Kapandji手术还可明显改善尺桡偏活动度，我们20例病例中有18例桡骨远端骨折造成桡骨相对变短，尺骨出现正变异，影响腕关节尺偏，我们在Sauvé-Kapandji手术中矫正了尺骨正变异，因而腕关节尺偏活动明显改善。本组20例患者疼痛较术前减轻，仅4例在腕关节负重时疼痛完全消失，其余患者腕关节负重时仍有疼痛。其原因是本组大部分病例为桡骨远端骨折，初次治疗时采用复位石膏托外固定，石膏托外固定能有效防止桡骨远端的尺桡和掌背侧移位，但很难防止缩短移位，造成尺骨的正变异，造成三角软骨盘及下尺桡关节周围韧带的改变，Sauvé-Kapandji手术只是保证了腕关节骨性结构的相对完整，但对韧带及三角软骨盘病变未进行相应处理，术后仍有部分腕关节疼痛。Sauvé-Kapandji术后常见的并发症是截骨处尺骨近端不稳定，其出现率高低因操作者而异。国内王云亭等［2］报道21例Sauvé-Kapandji手术患者，由于术中采用骨膜下切除尺骨块，截骨处尽量靠近下尺桡关节，假关节长度不超过1cm，术后无一例出现尺骨近端不稳定。但Czermak等［3］报道15例Sauvé-Kapandji手术后有14例在腕关节用力时出现截骨处尺骨向桡侧移动。Ross等报道术后尺骨近端不稳定的出现率达33%，Zimmermann等术后随访时出现尺骨向桡骨偏斜高达74%。本组病例中有3例患者主观感受尺骨近端不稳定，4例桡尺骨间距小于5mm，如何加强尺骨截骨后近端的稳定是今后Sauvé-Kapandji手术改进的方向之一。总之，Sauvé-Kapandji手术治疗下尺桡关桡节脱位和关节炎后疼痛明显减轻，腕部活动增加和握力增强，术后功能明显改善。

【参考文献】

1黄继峰，江燕，徐永年，等.治疗桡尺远侧关节慢性疾患手术的生物力学研究.中国矫形外科杂志，2002，9:335-337.

生物力学范文篇9

下尺桡关节在维持腕关节的稳定和力量传导中起着重要的作用。陈旧性下尺桡关节脱位和关节炎的治疗以往国内多采用尺骨小头切除，但切除尺骨头后出现腕关节的生物力学明显改变，引起腕关节不稳定［1］。2007年8月至2008年8月，我院手外科采用Sauvé-Kapandji手术融合下尺桡关节和造成尺骨假关节治疗陈旧性下尺桡关节脱位和关节炎20例，获得满意的疗效，现报告如下。

1资料与方法

1.1一般资料本组患者共20例，男8例，女12例；年龄35～54岁，平均42岁。左侧11例，右侧9例，12例右侧均为优势手。桡骨远端骨折14例，下尺桡关节陈旧脱位6例。受伤至手术时间1～4.4年，平均1.5年。

1.2手术方法臂丛或者全身麻醉下，尺背侧弧形切口，尺骨小头处分离保护好尺神经背侧支，分离出第5、6伸肌腱鞘，将其打开，尺侧伸腕肌腱牵拉向尺侧，伸指肌腱牵拉向桡侧，切开关节囊，显露尺骨小头及下尺桡关节，观察下尺桡关节损伤情况。咬骨钳咬除下尺桡关节相邻的关节软骨。距下尺桡关节3cm处用电锯截除长1.5cm尺骨作为骨桥，骨桥两端先行打磨，使其与桥接尺桡骨接触面相适应。将尺骨复位，用两枚螺钉分别固定下尺桡关节面以及尺骨移植段处。尺骨的远近端截骨面分别用旋前方肌及骨膜包绕。缝合关节囊及伸肌腱鞘，上肢石膏托外固定4周。

2结果

20例患者在术后平均16个月（9～32个月）接受随访检查。术后无一例出现皮肤感染。1例术后诉手背尺侧麻木，12个月后随访手背尺侧麻木消失，4例再次手术取出螺钉，3例诉前臂旋转或者用力时出现尺骨截骨处近端明显异常活动，伴疼痛感。

3手术配合

3.1术前准备

3.1.1物品及手术间的准备（1）除常规手外器械、布类外，另备60cm×40cm×100cm（长×宽×高）的专用手外器械桌一张，铁板，电钻（充足电池备用），手术薄膜、骨蜡、双极电凝、0.8～1.0mm克氏针、上肢空气止血带、绷带、石膏、螺钉等消毒备用。（2）将洁净手术室的净化空调系统开关打至高速运行状态，自净30min后调至低速运行。

3.1.2患者的准备（1）术前1天访视患者，全面了解患者的基本情况：包括生命体征、身高、体重，营养皮肤、血管情况，有无运动障碍、过敏史或特殊体质及体内有无金属种植物；病史包括现病史、既往史、手术史；其他如职业、社会地位、文化背景等。（2）术前相关知识的教育：介绍手术室的环境、设备、技术、麻醉方法和作用、手术方式和效果以及麻醉和手术过程中特殊的体位要求，取得患者的主动配合。（3）交代患者进入手术室前的准备工作：更换手术衣裤，禁饮、禁食的时间；术晨取下义齿、隐形眼镜、义齿、假发、首饰等贵重物品，女性患者不要化妆、涂指甲油，以免影响术中缺氧的观察。

3.2术中配合

3.2.1选择好透视手术床因该微创手术必须在C型臂机透视下观察螺钉的位置，因而要选择好可供透视用的专用手术床，而且单独一室，做好个人和其他患者的射线防护工作。

3.2.2手术体位的摆放患者呈平卧位，双脚及健侧上肢约束。患肢外展（外展角度不超过90°），置于手术器械桌上。

3.2.3止血带的应用止血带于手术部位消毒前固定于上臂的上1/3处，缠绕时松紧适宜，平整无皱折，并在上臂加垫保护，驱血时患肢抬高45°，并从远端向近心端缠绕。设置好止血带的压力和时间，并做好记录。上肢止血带的压力为0.04kPa，每隔1h放松一次，放松时缓慢放气，轻轻按摩止血带部位，使上肢充分休息。

3.2.4术中严密心电监护术中严密观察患者的呼吸、血压、脉搏、氧饱和度，特别是在松止血带时会引起血压骤降，发现此情况及时通知医生和麻醉师。

3.2.5做好术中心理护理大部分患者在上止血带期间容易烦躁，再加上电钻钻克氏针时发出的高速旋转声，患者更加恐惧，血压上升。因而我们要随时守护在患者床旁，做好患者的解释工作，减少不良刺激对患者的影响，顺利配合手术。

3.2.6术后处理手术完毕，备好70℃的热水，协助医生打石膏，擦净手臂上的消毒液和血迹，穿好衣服，清理好X线片和其他用物，将患者稳妥地置于手术推床上，安全护送回病房。

4讨论

以往下尺桡关节陈旧性脱位和关节炎多采用尺骨小头切除，但越来越多的临床及生物力学实验研究表明尺骨小头切除会导致腕关节不稳定和生物力学改变，保留尺骨小头及下尺桡关节完整性非常重要。Sauvé-Kapandji手术将尺骨小头与桡骨切迹融合，融合处近端尺骨截除一段形成假关节，该手术的优点是：（1）保证了下尺桡关节及与桡尺腕关节结构完整，避免了因尺骨小头切除带来的负荷传递改变，为术后腕关节功能恢复创造条件。（2）Sauvé-Kapandji手术后旋转功能明显改善。（3）Sauvé-Kapandji手术还可明显改善尺桡偏活动度，我们20例病例中有18例桡骨远端骨折造成桡骨相对变短，尺骨出现正变异，影响腕关节尺偏，我们在Sauvé-Kapandji手术中矫正了尺骨正变异，因而腕关节尺偏活动明显改善。本组20例患者疼痛较术前减轻，仅4例在腕关节负重时疼痛完全消失，其余患者腕关节负重时仍有疼痛。其原因是本组大部分病例为桡骨远端骨折，初次治疗时采用复位石膏托外固定，石膏托外固定能有效防止桡骨远端的尺桡和掌背侧移位，但很难防止缩短移位，造成尺骨的正变异，造成三角软骨盘及下尺桡关节周围韧带的改变，Sauvé-Kapandji手术只是保证了腕关节骨性结构的相对完整，但对韧带及三角软骨盘病变未进行相应处理，术后仍有部分腕关节疼痛。Sauvé-Kapandji术后常见的并发症是截骨处尺骨近端不稳定，其出现率高低因操作者而异。国内王云亭等［2］报道21例Sauvé-Kapandji手术患者，由于术中采用骨膜下切除尺骨块，截骨处尽量靠近下尺桡关节，假关节长度不超过1cm，术后无一例出现尺骨近端不稳定。但Czermak等［3］报道15例Sauvé-Kapandji手术后有14例在腕关节用力时出现截骨处尺骨向桡侧移动。Ross等报道术后尺骨近端不稳定的出现率达33%，Zimmermann等术后随访时出现尺骨向桡骨偏斜高达74%。本组病例中有3例患者主观感受尺骨近端不稳定，4例桡尺骨间距小于5mm，如何加强尺骨截骨后近端的稳定是今后Sauvé-Kapandji手术改进的方向之一。总之，Sauvé-Kapandji手术治疗下尺桡关桡节脱位和关节炎后疼痛明显减轻，腕部活动增加和握力增强，术后功能明显改善。

【参考文献】

1黄继峰，江燕，徐永年，等.治疗桡尺远侧关节慢性疾患手术的生物力学研究.中国矫形外科杂志，2002，9:335-337.

生物力学范文篇10

1组织工程气管的结构构建进展

组织结构是气管功能的基础。近年来，组织工程气管的结构构建已从单纯的二维结构软骨板逐渐向三维立体结构方向发展。

1．1种子细胞的新选择构建气管的种子细胞一般以鼻软骨、肋软骨、耳廓软骨［2－7］等透明软骨为主，但上述软骨的取材困难，其他细胞来源特别是成体干细胞成为组织工程气管种子细胞的新选择。Naito等［8］在大鼠体内利用成纤维细胞构建管型组织，同时诱导间充质干细胞形成环状组织加强稳定性，具有良好的成骨和生物力学性能。Zhang等［9］以TGF-1诱导并扩增骨髓基质细胞，构建出圆柱状气管样软骨。Macchiarini等［10］利用人上皮细胞和间充质干细胞来源的软骨细胞构建组织工程气管替代治疗终末期支气管软化，效果明显。Liu等［11］利用TGF-β诱导骨髓间充质干细胞聚集体在体外生成软骨细胞，并使之形成管状组织工程软骨。Kim等［12］用自体皮肤上皮细胞作为种子细胞成功构建了家犬气管，提示皮肤上皮细胞可能的干细胞特性。

1．2生物支架和生物材料的发展现行组织工程学领域大部分研究均来源于体外二维组织培养，如何构建三维立体结构，是一个亟待解决的难题。在图式发生等发育学的概念机制尚未完全清楚之前，生物支架和生物材料提供了暂时的解决方案，主要包括生物可降解合成材料如聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA），天然材料如藻朊酸盐、胶原，去细胞组织构建的支架如小肠黏膜下层（SIS）、去细胞膀胱黏膜下层（ABS），以及上述材料的复合物。生物支架和生物材料需有一定要求强度，而且必须是多孔结构和存在细胞亲和力、生物兼容性，以种植、营养细胞、清除机体废物等［13］。这对生物支架和生物材料提出了更高要求。Remlinger等［14］将猪的气管取下，经去细胞处理后植入家犬体内，发现这种水合脱细胞气管支架在短期内能促进局部特异上皮细胞发生，并能表现很好的生物力学特性。Kobayashi等［15］用螺旋状聚丙烯支架为牙龈成纤维细胞和脂肪源性干细胞提供支持作用。Kim等［3］利用纤维素－透明质酸复合凝胶成功构建组织工程气管。Jungebluth等［16］将猪气管去细胞处理后构建出无免疫原性的气管支架。Huang等［17］发现包裹SIS的聚丙烯支架可促进缺陷气管处的上皮再生，并有效降低移植术后并发症的发生。

1．3生物反应器和组织工程气管构建的新方法生物反应器在组织工程器官的体外培养具有重要作用，近年来，结合生物反应器的新型设计，涌现出许多新颖的组织工程气管构建方法。Lin等［18］将软骨细胞植入聚（ε－己内酯）－Ⅱ型胶原支架并在旋转型生物反应器培养，发现该法促进细胞增殖，增加了葡萄糖胺聚糖和胶原的含量。Asnaghi等［19］成功构建了一种双室旋转生物反应器，旨在促进自体呼吸道上皮细胞和将被诱导分化成软骨细胞的间充质干细胞的生长、三维结构的成熟和生物力学性能的形成。Tani等［2］以新西兰白兔的耳软骨细胞为种子细胞，扩增后环形覆盖于硅胶管外，置于静态型和旋转型生物反应器中培养构建了无支架的圆柱状软骨。

2组织工程气管的功能构建进展

气管功能的维持，不仅需要软骨细胞构成的起支持作用的骨架，更需要气管黏膜上皮细胞以保证气管的湿润和清洁。气管黏膜上皮主要是假复层纤毛柱状上皮，包括纤毛细胞、Clara细胞、杯状细胞等。组织工程气管的一大任务，就是要重新构建上述功能细胞。Sato等［20］用聚（L－乳酸酸钴－ε－己内酯）覆盖在生物支架内层以保护胶原层，促进上皮的形成。Kobayashi等［15］将牙龈成纤维细胞和脂肪源性干细胞植入生物支架内，发现两者的协同作用能很好地形成含杯状细胞和纤毛细胞的假复层上皮。Kim等［12］发现皮肤上皮细胞能转化为气管上皮细胞和软骨细胞。Kim等［3］用纤维素－透明质酸复合凝胶构建组织工程气管，显示有功能的上皮再生，其纤毛细胞的纤毛摆动频率接近正常气道黏膜。Nakamura等［21］将生物支架浸泡于骨髓穿刺液和间充质干细胞，与浸泡于外周血中的生物支架相比，观察到更快的上皮再生和纤毛运动。Huang等［17］利用SIS作为支架，发现SIS能促进纤毛上皮的再生，并有效降低如皮下气肿等移植术后并发症的发生。Tada等［22］把一种胶原Vitrigel膜和胶原海绵相结合作为胶原支架，发现其能增强上皮细胞增殖和间充质干细胞的浸润，形成了纤毛柱状上皮。Suzuki等［23］的实验发现，含脂肪来源干细胞生物支架能加速组织工程气管的上皮形成和血管再生。

3组织工程气管构建中的营养问题

既往观点认为，软骨组织的营养仅靠组织液渗透即可，对血管无过多依赖。但Curcio等［24］发现，种植于支架外层的软骨细胞会向支架内层迁移，其驱动力考虑是氧分压梯度。而Tan等［25］在培养介质中加入携氧药，发现其能增加组织工程气管上皮的氧分压，促进上皮细胞代谢，还有可能促进血管的生成。这是否意味着缺氧会出现软骨支架结构的混乱，而氧气或血管存在时组织工程气管是否能更好的形成？