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骨内微管中流动电位的实验研究
力学载荷是骨量和结构的重要调节因素,骨重建与骨的形成和代谢密切相关.研究认为骨的力电性质是骨重建与力学载荷之间的纽带,而骨的力电性质中一个重要的研究方向就是流动电位.此研究的目的在于通过实验确定缓冲液流经哈佛氏管与骨小管时所产生的流动电位的差别.选取8个样本,使用自行设计的测试系统,测量5种不同加载速率下骨试样的流动电位.将骨试样的侧表面由硅橡胶密封,模拟缓冲液主要通过哈佛氏管流动的情形;而未密封的情况,则模拟缓冲液同时流经哈佛氏管以及试样表面上被剖开的骨单元中骨小管的情形.结果显示,对应于加载速率26、36、60、180、360 kPa/s,侧表面密封时,流动电位稳定值分别为(0.29±0.09)、(0.24±0.06)、(0.21±0.05)、(0.19±0.05)、(0.16±0.04)mV;侧表面未密封时,流动电位稳定值分别为(0.69±0.08)、(0.61±0.09)、(0.57±0.07)、(0.51±0.05)、(0.46±0.05) mV.未密封时流动电位明显高于密封时的流动电位(P值均小于0.05),而且两者的电位差反映了缓冲液流经骨小管时所产生的流动电位要明显高于流经哈佛氏管的时候.基于骨的微观结构,并考虑到骨细胞主要分布在骨小管附近,实验结果为研究流动电位与骨的重建问题提供了依据.
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猪胸主动脉血管各向异性力学性能的实验研究
目的 研究猪胸主动脉血管各向异性的力学特性.方法 收集21条猪胸主动脉血管并分成3组.沿每条血管的轴向剖开并展成平面,以展开后血管的长方向(即血管轴向)0°为起始角,逆时针方向分别切取30°、45°、60°、90°、120°、135°、150°、180°8个角度方向的样本.以1、5、10 mm/min的加载速率分别对3组样本进行单轴拉伸测试,以获得血管样本在8个不同方向及3种加载速率下的弹性模量和极限应力.结果 不同角度样本的应力-应变曲线呈现出不同的黏弹性行为;随着样本角度的变化,从30°开始,弹性模量逐渐增大,到90°时弹性模量大,然后逐渐减小,直到180°;极限应力与弹性模量的变化规律基本一致.不同加载速率对弹性模量和极限应力的结果具有明显的影响,但对血管的各向异性度影响较小.结论 猪主动脉血管呈现较强的各向异性,研究结果为有限元分析建模中材料属性的赋值提供参数参考,对理解血管生物力学特性具有重要的意义.
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关节软骨不同层区的率相关性能研究
目的 采用不同加载速率对关节软骨进行非围限压缩试验,探究其不同层区的率相关性能.方法 采用新鲜猪关节软骨作为研究对象,结合非接触式数字图像相关技术,测试不同加载率下软骨不同层区的力学性能.结果 在恒定加载率作用下,取相同压缩应力时,软骨浅表层的压缩应变大,深层区压缩应变小,中间层压缩应变鉴于表层与深层之间;沿软骨厚度方向,从浅表层到深层,软骨的泊松比逐渐增大;不同加载率作用下,软骨的压缩应力-应变曲线不重合,说明关节软骨的压缩力学性能具有率相关性;随着加载速率的增大,软骨的弹性模量呈增大的趋势;取相同压缩应力时,加载率越大,不同层区的压缩应变都减小.结论 关节软骨沿厚度方向,从浅表层到深层的压缩应变逐渐减小,泊松比逐渐增大,软骨不同层区的力学性能具有率相关性.实验研究可为临床软骨疾病预防、治疗提供理论依据,同时对人工软骨力学评价具有重要意义.
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加载速率对大鼠股骨3点弯曲实验的影响
目的:探讨在大鼠股骨标本的3点弯曲实验中,加载速率变化对实验结果的影响. 方法:选取32个雄性SD大鼠股骨标本,以常选用的加载速率范围内的1、3、5 mm/min和较大值的20 mm/min分4组进行3点弯曲实验,观察各标本大载荷、弹性载荷、大桡度、弹性桡度、大应力、弹性应力、大应变、弹性应变、弹性模量等9项骨生物力学指标的变化情况. 结果: 以1、3、5 mm/min速率加载时,速度越快,大鼠股骨标本9项指标越高,但差异无显著性(P＞0.05);而以20 mm/min的速率加载时,与1、3、5 mm/min速率加载相比较, 9项指标均显著增加(P＜0.05). 结论: 在大鼠股骨3点弯曲实验中,常选用的加载速率范围内(1～5 mm/min)变化时, 对骨的结构力学和材料力学指标无显著改变.而当加载速率超过一定范围时,对骨的结构力学和材料力学指标可产生显著影响.
