骨的生物力学特性篇1
目的：研究益肾中药复方对抗措施对尾部悬吊大鼠承重骨的影响.方法：SD雄性大鼠18只，按体质量配对后随机分为对照组(6只)、悬吊组(6只)和中药处理组(6只).在尾部悬吊大鼠模型模拟失重的基础上，中药处理组大鼠每日给予中药复方灌胃.利用物理测量和三点弯曲等实验，观察4wk中益肾中药复方灌胃对尾部悬吊大鼠股骨生长、生物力学特性的影响.结果：悬吊组和中药处理组大鼠股骨质量、灰分、直径和密度均较对照组大鼠下降(p
【关键词】模拟失重中药复方骨生物力学
0引言
航天员在失重环境下，生理系统会出现一些变化：心血管系统失调、航天贫血症、肌肉萎缩、骨质脱钙等.而失重引起骨骼系统的变化是航天医学工作者关注的问题之一.航天实践表明，失重条件下骨形成减弱，骨吸收相对增强，失重性骨量减少和钙代谢紊乱呈进行性过程，航天员在飞行过程中平均每月丧失1%～2%的钙［1］.为防止长期太空飞行中可能出现的骨质疏松、骨折等严重后果，人们设计和采用了多种对抗失重的方法，如体育锻炼、药物、添加营养物质等［2］.虽然这些措施减缓了骨量减少的速度，却不能有效阻止这一现象的发生.
传统中药毒副作用小、药效温和，近年在航天医学领域的应用逐渐受到国内外重视.中医学理论的精华在于“整体观念”和“辨证施治”.在航天微重力、辐射、狭小隔离环境等综合因素作用下，人体神经内分泌免疫系统将会发生一系列生理功能变化.有研究者认为在航天微重力环境较长时间停留及模拟失重状态均可出现肾虚及血瘀之证［3］.沈羡云等根据对兔头低位-20°限制活动模型观察，提出利用益气活血等中药行防护的观点［4］.本实验我们根据中医“肾主骨”的理论和航天期间的特殊变化，从整体调节入手，在尾部悬吊大鼠模型模拟失重的基础上，给予益肾强骨中药，考察了其对尾部悬吊大鼠骨丢失的防治作用，为中药防护失重性骨丢失提供实验依据，初步考察此种对抗方法的作用效果及其机制.
1材料和方法
1.1材料SD清洁级大鼠，雄性，18只，由第四军医大学实验动物中心提供，动物合格证号：军医动字第C98008.于动物饲养室内适应1wk.实验开始当日随机分为对照组（6只）、悬吊组（6只）和中药处理组（6只），体质量分别为：(200±7)g；（203±7）g；（206±5）g.4wk实验期间，给予充足清洁饮水和摄食，大鼠可自由活动.室温保持在（22±2）℃，人工控制室内照明，保持12h光照（08:00~20:00）和黑暗（20:00~次日8:00），交替循环.
1.2方法悬吊组大鼠采用李勇枝等［5］改进的方法做尾部悬吊，大鼠始终保持30°头低位及后肢自由悬垂不荷重状态.中药处理组在尾部悬吊处理的基础上，每天给予益肾中药复方灌胃.益肾中药复方由黄芪、丹参、杞子、山楂等构成，由本医院制剂室分别煎汤浸膏，制成干粉备用.用蒸馏水将中药干粉配制成悬浊液，按照100～110g/(kg·d)的剂量，每天灌胃1次.自实验期满开始，依次断头处死大鼠，尽快取出其双侧股骨，去除结缔组织.右侧股骨测量一般物理指标，包括质量（湿）、长度、直径、体积、密度、质量（干）和灰分质量，除后两项外其余均在处死大鼠后立即测量.质量及灰分采用aCa2100型电子天平测量（精度为1×10-4g，DenverinstrumentCompany，美国）.测质量（干）时，标本先在118℃加热烘烤48h至质量恒定；然后在灰化炉中800℃，24h完全灰化测其灰分.长度和直径（骨干中点最细处）使用精度为0.02mm游标卡尺测量.用排水法测量体积（精度为1×10-4cm3）.湿质量密度为湿质量和体积的比值.
左侧股骨即刻密封保存于4℃环境中，并于2d内进行三点弯曲实验.三点弯曲实验在instron1195(instron，英国)电子拉伸机上进行.股骨放置方向及位置保持不变，跨距为16mm，加载砝码2kg，加载速度为0.05mm/min.通过所得载荷－应变曲线计算弹性载荷、最大载荷、破坏载荷、极限挠度、破坏挠度、刚性系数和韧性系数等力学指标.
统计学处理：所得数据均以x±s表示，采用SpSS10.0统计软件进行统计分析，组间比较利用方差分析和LSDt检验，p
2结果
2.1一般情况对照组大鼠在实验期间体质量持续增加，而悬吊组和中药处理组大鼠体质量在实验期间的前4d，均呈下降趋势，从第5日开始逐渐增加.实验结束时，3组大鼠的体质量分别为：对照组（292±11）g；悬吊组（255±8）g；中药处理组（263±7）g.悬吊组和中药处理组大鼠平均体质量低于对照组大鼠，而悬吊组和中药处理组之间大鼠平均体质量无统计学差异.
2.2大鼠股骨理化指标的变化3组大鼠在股骨长度方面未见明显差异.悬吊组和中药处理组大鼠在股骨质量(湿、干)、灰分、直径和密度等方面均较对照组大鼠下降(p
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2.3大鼠股骨力学特性的变化悬吊组大鼠在股骨弹性载荷、最大载荷和刚性系数等方面均较对照组下降（p
3讨论
力学特性是反映骨的生长代谢情况的一个重要指标.航天失重和模拟失重均可引起骨力学特性的显表2各组大鼠股骨（左）力学指标著降低，Cosmos飞行发现大鼠股骨和脊柱的力学性能下降［2］.Skylab23飞行大鼠骨的强度和硬度均较对照下降.moreyHolton等［6］利用后肢悬吊大鼠模型发现股骨的所有弯曲参数(硬度、负荷、能量)较对照显著降低.前人的实验结果提示失重引起骨力学性能降低，且主要发生在承重骨.本次实验也得到类似结果，悬吊组大鼠股骨的股骨质量(湿、干)、灰分、直径和密度、股骨弹性载荷、最大载荷和刚性系数等方面均较对照组显著下降，韧性系数和弹性范围内的挠度载荷比值较对照组显著上升，表明尾部悬吊使大鼠股骨骨钙丢失，力学性能降低.
国内外在进行失重药物防护措施的研究时，一般是从各自的专业领域出发，针对失重对不同生理系统的影响，采用不同的药物.我们认为航天中虽然各生理系统的反应不一，表现不同，但它们的起因是一致的，都是由于失重引起的体液头向分布和运动减退所产生的一种适应失重环境的征候群(航天适应性综合征)［7］.在这个征候群中，各个生理系统有其各自的表证和特点，但其内在的机制却互相联系、互相制约.所以在进行本课题研究时，我们从中医“审证求因”“辩证论治”的理论出发，分析失重引起生理变化的特点，确定以补肾、益气活血中药为主来选择中药，最后选定了黄芪、丹参、杞子、山楂等进行实验.
骨矿盐含量反映骨中无机质含量.而且由于单纯骨矿盐含量测定不能表现骨结构和材料特征的变化，因此结合骨力学指标测定可以更全面评价骨质量，反映骨骼抗骨折能力.最大载荷和弹性载荷反映骨结构力学特性，它们的变化反映骨小梁质量、结构连续性和皮质厚度的改变［8］.与悬吊组大鼠相比，中药处理组大鼠的股骨直径和密度有显著改善，弹性载荷显著提高，在质量、灰分、最大载荷、刚性系数和挠度载荷比值等方面有提高的趋势；表明采用补肾、益气活血中药对抗措施后，模拟失重大鼠股骨的生长和力学性能有一定恢复.
参考文献
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骨的生物力学特性篇2
（一）素描真人头像是从静止造型转向生命描绘的主要课题。素描头像写生要比素描石膏像写生作画因素多，也更难掌握，人物具有不同的肤色，如黄皮肤、白皮肤、黑皮肤等，还有不同人种和特征的区别。人物是运动中的生命体，不易长时间保持一个姿态。素描人像以丰富、细微的变化组成黑白灰的各种调子，比石膏像的形体结构和明暗关系更为复杂，色调更为丰富。人物造型千姿百态，人物的面部与五官、头发、眉额、衣服等也各不相同。作为课堂教学的写实性素描应该强调对形体本质的深刻观察和认识，对不同年龄、性别、形体和文化差异的人物，应根据对象的特征和个性去观察、研究和反复比较，从中找出各自的形体和个性的特点，避免塑造的人物形象雷同，更不能让画出的人物成相似的“一家人”。
（二）认识、运用形体规律。以人物写生为主的课堂教学内容，需要认识和运用形体的规律，并要注意人物面貌的刻画。要强调科学性，并能正确认识形象的造型特征和分析形体的结构关系，理解并揭示出具有个性特征的解剖结构和形体结构，由表及里、由内到外反复地对造型的特征深入研究。这是写实性素描对形体认识理解的必然过程。还要研究骨胳、肌肉结构以及它们的运动规律所表现的外部造型特征，并以几何形体去概括表现。而头部的形体结构和透视关系是理解头、颈、胸、五官比例及运动变化的重点，人物头像的结构主要取决于对头部外形起决定作用的头骨、头骨除下颌骨可移动外，其余的组成了一个不可分割的整体。主要有顶骨、枕骨、颞骨、额骨、颧骨、鼻骨、上颌骨、下颌骨等。在头骨外形上明显的突出点，在绘画上称为骨点。如头部的顶骨点、额骨点、眉骨点、鼻骨点、颧骨点、下颌骨点、颏骨点、枕外结节、顶隆起等，如用线连接这些点则形成了头骨的基本形状和头部的基础造型。而把头部的额结节、眉弓、颧骨点、牙齿和下颌骨点、颏骨点连接组成“内轮廓”，对认识头像的基本造型是十分有利的。为了区分对象的面部结构和造型特征，我们常把脸型分为“田、由、国、用、目、甲、风、申”等型，这些形状主要取决于头部的骨骼造型。
（三）重视头部五官描写和五官的描写，注意头像质感刻画和表情的捕捉。在素描真人头像写生中，强调以五官为主带动头部深入刻画。要求学生认识到五官是人物的主要特征，是人物表情集中表述的“窗口”，五官包括眼、眉、耳、口、鼻。眼睛一般被比喻为“心灵的窗口”，它表达了丰富的内心情感和人生的喜怒哀乐。年老的长者，眼神中蕴藏着丰富的人生阅历并透射出睿智的光芒。而青年男性炯炯的目光展示了他们意气风发、渴望生活、奋发向上的朝气，少女的文静、温柔则能透过清澈的目光来传递……在绘画中加强对眼睛的传神描绘，对深刻表现人物的气质和个性起着重要的作用。眉毛的不同形状，可辅助眼睛表情的表达。嘴是刻画人物表情的重点之一，画嘴要注意嘴形和微妙的运动关系，要注意上、下唇形体的塑造，不能忽视对嘴角的特征和瞬间变化的捕捉。人中和颏唇沟的表现应在注意之中，从描绘嘴的区域，探知和感受人物不同的个性和表情。鼻子垂直于脸的正中部，形体起伏大而明显，鼻子分鼻骨、鼻软骨、鼻球、鼻翼等几部分，其造型和形体的变化体现出人物的气质和个性。耳朵结构只有了解了它们的大小、比例等，才能得以概括和正确的表现。
要不断深入研究、学习提高对五官的描写和动态把握，并掌握人物头部的五官比例及其各个局部的形体结构，特别要研究它们之间的相互关系及透视和运动规律。
骨的生物力学特性篇3
【关键词】股骨粗隆间骨折；动力髋；股骨近端锁定钢板；防旋型股骨近端髓内钉；内固定【中图分类号】R683.42【文献标识码】B【文章编号】1005-0019（2013）12-0502-01
股骨粗隆间骨折是指股骨颈基底至小粗隆水平之间的骨折，是老年人因骨质疏松导致的多发骨折之一。由于股骨粗隆间骨折患者年龄普遍偏大，且基础疾病较多，长时间卧床容易引起较多的并发症，从而增加病死率。因此临床上术前会对患者的身体情况作出充分的评估，只要身体条件允许，一般会首选手术治疗，植入内固定物以获得稳定的复位，恢复患者的活动能力，减少长期卧床造成的严重并发症。
1常用的内固定物特点
1.1动力髋螺钉（DHS）结构可靠，抗弯强度好，包括滑动螺钉、套筒钢板、尾部加压螺钉等，具有动力性和静力性双重固定作用。同时滑动加压装置持续不断的压应力可以促进骨折愈合。但滑动加压装置的存在增加了固定系统的不稳定性。①动力髋结构稳定性存在于小粗隆的完整，对于小粗隆支撑系统破坏殆尽的粗隆间骨折，增加了动力髋装置的负担，使滑动螺钉承担了很大的张力和剪切应力，易导致断钉和穿出股骨头[1]。②动力髋滑动加压螺钉系单钉固定，不能有效对抗旋转。③骨质量是动力髋螺钉把持力的重要决定因素，严重骨质疏松病例因不能承受骨折端加压容易导致内固定失败。对于伴有股骨小粗隆和股骨距骨折及骨质疏松的粉碎性不稳定骨折，由于股骨粗隆后内侧缺乏有力的支撑，易导致内固定物应力增大，螺钉容易切割股骨头，导致钢板疲劳断裂，髋内翻畸形愈合等并发症。
1.2股骨近端锁定钢板（LpFp）融合了股骨近端动力加压钢板与微创内固定系统的优势，钉板之间通过螺纹锁定。螺钉锁定承担的主要负荷为张力，具有较好的抗拔出力，其作用相当于内固定支架。其设计特点决定了其具有以下优势：①多枚锁定钉置入股骨颈内，良好的控制旋转能力，利于患肢早期功能锻炼与负重，减少卧床并发症[2]。②锁定钢板近端解剖型设计对粉碎性骨折有一定包裹作用，不仅有利于粉碎性骨折稳定而且可避免过多剥离骨膜与软组织有利于血运的保存。③锁钉钢板锁定结构允许钢板离开骨面固定，减轻了钢板对骨的压力，避免了钢板下骨缺血坏死。对于股骨小粗隆粉碎性骨折后内侧存在缺损的不稳定骨折，压应力难以通过股骨距传导，内固定物上的张应力显著增大[3]，易造成内固定失败，导致螺钉切割股骨头、髋内翻、钢板疲劳断裂、畸形愈合等并发症的发生。
1.3防旋型股骨近端髓内钉（pFna）是新改进的pFn系统，具有如下特点：①采用螺旋刀片锁定技术，刀片具有宽大的表面积，确保最大程度的骨质填压以及理想的锚合力。当打入pFna螺旋刀片时，骨质横切面是四边形骨质隧道，而不是螺钉旋入时的圆形骨隧道，不会发生股骨头和股骨颈分离。其抗切出稳定性提高，抗旋转稳定性和抗内翻畸形能力强[4]。②仅需打入1枚螺旋刀片，适用于股骨颈较小的患者，操作简单易行。③远端一个锁定孔可选择静态或动态锁定。pFna既保持了ao坚强固定的理念，生物力学稳定坚强，可早期下地行走，又体现了Bo和微创外科的精髓。因此，pFna具有较广泛的手术适应证。
2综合分析
从三种内固定物特点看，动力髋和股骨近端锁定钢板手术需要大切口，对骨折断端骨膜及周围软组织剥离破坏较大，从而增加出血量。对贫血较重的高龄患者来说会增加手术的风险性。并且由于自身的特点对于不稳定和粉碎性骨折容易造成内固定的松动、断裂，从而造成手术失败。而防旋型股骨近端髓内钉的特点有着较为明显的优势，不仅可以减少术中的出血量及手术时间，减少对患者的创伤，并可进一步减少术后并发症的发生。对于某些不稳定和粉碎性骨折具有较好的效果。
临床上治疗股骨粗隆间骨折内固定物的选取，需要医师术前根据病人的骨折类型、身体情况及自身的技术特点等选取最优治疗方案。总之，目的只有一个，就是通过手术利用合适的内固定物，使骨折固定牢靠，尽早恢复患肢的功能，减少患者的痛苦并减少并发症的发生。
参考文献
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骨的生物力学特性篇4
人体由于疾病（中毒、感染及先天畸形）和外伤、肿瘤等原因所造成的组织、器官的缺损及功能的丧失，可通过移植各种替代物加以修复。替代物包括自体组织、同种异体组织、异种组织和人工合成物质。虽然这些替代物均已应用于临床治疗，但不可避免地存在着种种问题及局限性，这就迫使整形外科及相关学科的工作者寻求更为合适、有效的替代物。近二十年来，由于组织类型培养技术的普及，细胞生物学、分子生物学、生物化学等学科的发展和生物医学材料的开发及利用，产生了一门新的学科——组织工程学（tissueenigeering）.
1组织工程学概况
组织工程学是应用生物学和工程学的原理，研究开发能够修复、维持和改善损伤组织功能的生物替代物的一门学科[1]。其基本方法是将体外培养的高浓度的功能相关的活组织细胞扩增，并种植于一种生物性能良好、生物可降解性（或称生物可吸收性）的天然与人工合成的细胞外基质（extracelluarmatrix.eCm）上。然后将它们共同移植到所需部位，在机体内细胞继续增殖，而生物支架结构则逐渐被降解、吸收，结果形成新的有功能的组织器官，而达到修复结构、恢复功能目的[1～5]。目前，组织工程学包括以下几个方面的研究：①eCm开发；②种子细胞生物学性质；③组织工程化组织对病损组织的替代。组织工程学涉及各种组织和器官。各方面的研究均取得了一定的进展[1，2，4]。
2 骨组织工程的研究
1995年CraneGm系统提出了骨组织工程的概念、研究方法、研究现状及发展前景，引起了广大学者的关注[4]。近年来骨组织工程在以下几方面的研究取得了令人瞩目的进展。
2.1 eCm替代物的开发
eCm是稳定组织结构的一种相对惰性的支架结构，但它在调节与其相联系的细胞行为方面却起着十分积极和复杂的作用。eCm的成分包括不同类型的胶原蛋白、各种蛋白多糖、弹性蛋白及一些粘连蛋白。
骨组织工程研究重点是寻求能够作为细胞移植与引导新骨生长的人工合成与天然的支架结构，作为eCm的替代物。这种支架结构需具有以下特点：①良好的生物相容性、生物可降解性；②良好的骨诱导性和骨传导性；③具有负荷最大量细胞的高渗透性；④支持骨细胞生长和功能分化的表面化学性质与微结构；⑤可与其它活性分子如骨形态发生蛋白（Bmp）、转移生长因子-β（tGF-β）复合共同诱导骨的发生；⑥易消毒性[1，4]。
eCm包括人工合成的eCm和天然eCm（natureextracellularmatrix,neCm）.
2.1.1人工合成的eCm 目前使用的人工合成的eCm大多为聚合物（polymer）。聚乳酸（polyletic,pLa）和聚羟基乙酸（polyglycolicacid,pGa），是最常用的两种eCm替代物。近来聚乳酸与聚羟基乙酸共聚物（polylactic-co-glycolicacidpLGa）得到了深入的研究。其它聚合物还有多聚羟基酸、聚酣、聚亚胺、聚偶磷氮、胶原等。具生物活性的玻璃陶瓷（bioactiveglassceramics.BGC）、羟基磷灰石（hydroxyapatite,Ha）、钙磷陶瓷（calciumphosphateceramic）即羟基磷灰石和磷酸三钙（Ha/tCp）也可用于骨组织工程。它们具有良好的组织相容性、生物降解性、骨传导性[6～8]。羟基磷灰石骨水泥（hydroxyapatitecement,HaC）或称磷酸钙骨水泥（calciumphosphatecement,CpC）由于具有易于塑形、自固化能力、与成骨相协调的降解活性等独特优点而日益受到重视。1991年美国食品与药物管理局批准进行HaC人造骨临床试用，修复颅面部非负重区骨缺损，结果满意的恢复了结构的完整性[9]。
珊瑚是一种海生无脊椎动物的骨骼，其化学成分99%为碳酸钙，还有少量其它元素和有机成分，类似无机骨。采用经特殊理化处理的珊瑚人工骨，其微孔道结构有利于骨组织长入和替代，是一种良好的骨替代品[10～11]。但珊瑚人工骨质地脆，吸收快，植入后有一定体积丧失，而限制了它的使用。
金属、胶原、明胶、脂质体等作为eCm替代物也有报道。人工合成的eCm对人体来说仍是异物。植入体内，可引起不同程度的炎性反应，也存在免疫原性问题，致癌性问题。
2.1.2neCm的研究 为了解决人工合成的eCm所带来的问题许多单位已着手进行neCm的研究工作。天然无机骨采用动物骨，经物理、化学及高温处理，除去其有机成分，保留无机成分的三维结构外型。其主要成分为羟基磷灰石，具有新生骨出现早、生长快、成骨量多的特点。脱钙骨基质于1965年由Urist首先研制成功，可诱发异位成骨。在脱钙基础上去除磷蛋白、涎蛋白、和蛋白多糖等大量非Bmp物质，而制成了骨基质明胶，它比DBm有更强的骨诱导能力。辽宁省人民医院整形科用组织工程学方法制备了动物（猪、牛、兔）皮肤、骨、软骨、肌腱的neCm，经检测证明处理后的组织仅剩下胶原支架，他们将兔耳eCm应用于软骨组织工程研究，证明可复制出新的软骨。这为骨neCm用于骨组织工程研究提供了线索[11，22]。neCm必将加快骨组织工程的研究。
2.1.3复合材料的开发上文提及的各种替代物单独作用的成骨能力有限，为了增强其成骨能力，近二十年来人们已经开始用人工复合材料进行骨诱导。骨髓细胞具有骨诱导性，且本身有成骨活性，但单独移植后成骨效果不理想。Grundelre等采用多孔双相钙磷陶瓷和骨髓复合修复骨缺损的效果比单纯骨髓移植好[8]。
生物性和非生物性材料，如Ha、BGC、无机骨、胶原等均可与Bmp或生长因子（GF）复合修复骨缺损，其具有良好的骨传导与骨诱导双重作用，成骨作用显著大于单纯材料组。目前有学者提出理想的骨移植材料应是适宜的支架的材料、Bmp、GF的复合，并取得了初步的成功。
2.2 种子细胞的开发
骨的生成是由成骨细胞向周围分泌基质和纤维，将自身包埋于其中，形成类骨质，有钙盐沉积后变成骨组织而完成的。因此成骨细胞是骨组织工程的种子细胞。目前种子细胞的来源主要有骨外膜、骨髓、骨、骨外组织。
2.2.1骨外膜骨外膜中含有骨原细胞、成纤维细胞、成骨细胞和破骨细胞。骨原细胞保持着分化潜能，可被激活增殖分化为成骨细胞。取骨外膜培养可分离出成骨细胞。1991年Haruhikonakahaka等取幼鸡胫骨骨膜，酶解后进行培养，经检验证实其具有分化为成骨细胞的潜力[13]。Vacantica等将骨膜来源的成骨细胞培养后种植与pGa上孵育7～10天后，上清液中有骨钙存在[14]。puelacher等取牛骨外膜细胞培养并种植于生物可吸收性聚合物纤维结构上，形成细胞-多聚物复合体，还将复合体移入12只裸鼠的额部缺损，对照组未出现修补或仅覆以聚合物。12周后，实验组有骨痂形成，对照组则无明显骨发生[15]。优点：具有很强的繁殖和分化为成骨细胞的能力，易存活。缺点：供区组织的损伤。
2.2.2骨髓 骨髓成骨能力来自于骨髓基质细胞中的纤维细胞集落形成单位，它具有多向分化潜能，可分化为成骨系细胞、成纤维系细胞、脂肪细胞和网状细胞。在诱导因子作用下，可使其向成骨细胞系分化的数量大大增加，表明骨髓基质具有很强的成骨潜能[16，17]。martinⅠ等取鸡胚骨髓基质细胞在体外培养，分化出软骨及骨样组织[18]。
优点：取材容易，损伤较小，传代能力强。缺点：因基质细胞具有多种分化潜能，应选择适当培养条件，保证其向成骨细胞分化。
2.2.3骨 胚胎与新生动物骨及人胚胎骨经培养得到成纤维细胞样细胞，适当条件可进一步分化为成骨细胞。Ricciov等将从人胚胎颅盖骨所取得的成纤维细胞样细胞在体外培养，发现细胞聚有很强的传代能力，34小时可传代一次。经分析，所得细胞是聚有很强分化能力的成骨细胞，且能与生物材料复合继续生长分化，生成新骨[19]。优点：易定向分化为成骨细胞。缺点：供区损伤及来源的局限性。
2.2.4骨外组织起源于胚胎时期间充质的骨外部位的骨祖细胞，在诱导因子的持续作用下可维持其成骨的功能。如周皮细胞、C212成肌细胞、成纤维细胞等。家兔皮肤的成纤维细胞在体外培养，不仅能产生粘多糖和胶原等基质成分，还有钙盐沉积，有新生骨组织形成，证明皮肤成纤维细胞在体外有成骨的潜能[20]。优点：取材容易、创伤小，传代繁殖快。但其适应受区环境的能力较差。
综上所述，种子细胞应具备以下特点：①体外培养易定向分化为成骨细胞，传代繁殖快；②适应受区环境能力强；③取材容易，损伤小。根据四种来源的优点和不足，骨外膜和骨髓是比较理想的种子细胞来源，很有研究的意义。
2.3 组织工程化骨的组织还原
目前组织工程化骨修补缺损的实验过程，从取材、体外培养、细胞一聚合物复合体形成得到了成功。BreitbartaS等运用体外培养的骨膜细胞种植于pGa无纺网支架，移入体内修复颅骨缺损，证明了组织工程化骨可用于修补骨缺损[21]。国内有用羟基磷灰石水泥、珊瑚人工骨、BGC等修复颅面部缺损，效果良好。
2.4 生长因子与骨组织工程
随着分子生物学、生物化学的深入研究，生长因子在骨形成中的作用的日益受到重视。多种生长因子参与骨形成过程。生长因子通过调节细胞增殖。分化过程并改变细胞产物的合成而作用于成骨过程，因此，在骨组织工程中有广泛的应用前景[22，23]。常用的生长因子有：成纤维细胞生长因子（FGF）、转化生长因子-β（tGF-β）、胰岛素样生长因子（iGF）、血小板衍化生长因子（pDGF）、骨形态发生蛋白（Bmp）等。它们不仅可单独作用，相互之间也存在着密切的关系，可复合使用。生长因子的作用是一个复杂的过程：如tGF-β、Bmp的作用具有时间依赖性、剂量依赖性，针对不同分化阶段的靶细胞起不同的作用[24，25]。生长因子在骨组织工程中的应用，还需更深入的研究，以期取得最好的效果。
2.5 骨组织工程发展前景及所存在的问题
随着科学技术的发展、骨组织工程将成为一个项非常有前途的研究项目。近二十年来的研究成果已经给整形外科、口腔颌面外科、手外科医师提供了治疗骨缺损的新希望，尽管体外合成的骨组织在动物实验中可在动物体内存活，但日前尚不能应用于临床。主要原因有：①还原组织不能完全替代病损的功能，特别是负重部位的功能替换，涉及生物力学，移植效果尚难确定；②体外培养的组织能否适应体内环境继续生长还未得到确实的证明，体外培养液是一种优化培养环境，不受其它因素干扰，而体内骨的愈合需受神经、体液、周围环境的影响。③用于临床治疗，手术费用较高，患者难以承受[1]。
骨组织工程在近几年中需深入研究的问题：①继续完善动物实验机制，得到确实可靠的证据，为临床实验铺平道路；②骨生成和形态发生的影响因子的研究，与其它基础学科相联系，以确定哪些因子能有效促进新骨形成及影响其发挥最佳作用的因素。③深入eCm和种子细胞的开发，寻求更为理想的替代物和细胞来源。
组织工程学是医学科学发展的前沿学科，作为其中组成部分的骨组织工程有发展的潜力。随着研究的深入，相关科学技术的发展、进步，骨组织工程会更加完善，给医学领域特别是整形外科、口腔颌面外科带来巨大的变化。
参考文献
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骨的生物力学特性篇5
1生物反应器中的生物物理因素
1.1氧浓度
氧气是软骨内环境稳态的重要因素，人关节软骨外表面所受的氧分压为7%～10%，关节内层软骨中的氧分压约为1%[6]。间质来源的软骨祖细胞凝集形成间质始基标志着软骨形成的开始，而该过程需要在一个相对低氧环境中进行。因此，氧气在软骨形成中的作用成为了研究热点。研究表明，当组织工程软骨处于低氧环境下，其表现的生化特性与自体软骨类似[7-9]。meyer等[10]研究发现，在猪mSCs向软骨分化过程中，低氧浓度是比动态压力更有效的促分化剂。Schrobback等[11]深入研究了低氧浓度促进软骨生成的机制，即常氧状态下，低氧诱导因子2α（hypoxiainduciblefactor2α，HiF-2α）亚基在细胞质中稳定表达，而HiF-1α亚基在翻译后即被细胞内氧依赖性泛素蛋白酶水解复合体降解，因此在正常氧饱和度下的细胞中基本检测不到HiF-1α亚基的表达；而在低氧状态下，HiF-1α亚基降解被抑制，1α和2α亚基形成有活性的HiF-1，HiF-1则转移至细胞核内调节多种基因的转录。terkhorn等[12]研究发现，缺氧环境（5%）可促进HiF-3α基因表达，而HiF-3α的作用是抑制HiF-1α和HiF-2α的表达水平，使得HiF-1α、HiF-2α、HiF-3α、HiF-1处于稳定的高表达反馈调节平衡。综上研究，低氧浓度有利于软骨细胞分化、增强细胞活性已达成共识，且在该环境中，细胞的湿重和软骨生成基因表达均显著增加。但影响mSCs转化为软骨细胞及增殖的相关因素复杂，在生物反应器中促软骨形成的最适氧浓度仍需进一步研究。
1.2静水压
有学者认为，软骨承受着由人体日常活动产生的间歇性静水压，如在软骨细胞培养中引入静水压及其他一些机械载量，可能会增加体外组织工程软骨的基质合成[13]。关节软骨承受的相关机械载量中，静水压是最重要的载量[14]。ogawa等[15]通过对软骨在静水压0～0.5mpa、0.5Hz和标准大气压环境下的组织学、免疫组织学、基因表达特性进行比较，发现静水压组聚集细胞基质的速度更快，细胞衰老变缓，而且在培养2周后软骨特有基因表达明显增强。因此，他们认为静水压既可增强细胞基质积累，又可刺激软骨特有基因表达。但该实验未进一步研究最适静水压。有研究提出，7～10mpa的间歇性静水压是组织工程软骨体外培养的理想静水压[13，16]。同时，静水压越大，氧分压越大，严格控制静水压即可影响氧分压，进而改变氧浓度[13]，间接影响软骨细胞的分化及增殖。但较高压力会降低培养液中Co2浓度，也会影响细胞生长。Jeong等[17]设计了一种电脑控制式反应器测定间歇性静水压对BmSCs向软骨细胞分化的影响，实验分为5组：0.2mpa组、0.1mpa组、0.05mpa组、0.02mpa组、空白对照组，结果发现0.1mpa静水压作用明显，0.2mpa其次。目前，理想的静水压数值尚未达成一致，综合前述研究，以0.1mpa间歇性静水压对BmSCs向软骨细胞分化的作用效果最为理想。
1.3压缩力
takahashi等[18]研究发现，静态压缩力可以促进软骨生成和分化。学者们进一步研究发现，动态压缩力促进软骨生成效果较静态压缩力更显著[19-21]；而且在BmSCs培养中，动态压缩力使得软骨分化标记物表达更多[22-24]。这与关节软骨日常功能一致，因关节软骨日常活动时产生的即是动态压缩力。Huang等[25]研究表明，兔BmSCs-琼脂糖复合体形变压缩（4h/d、10%压缩强度、1Hz）后，在存在与不存在tGF-β1的条件下Ⅱ型胶原及蛋白聚糖基因表达均明显增强，此外tGF-β1受体在压缩1h后明显上调，也进一步促进了tGF-β1的软骨化诱导作用。Richardson等[26]研究发现，在3h/d、10%压缩强度、1Hz的压缩条件下，培养第5天可见到BmSCs复合体中氨基聚糖含量增加。而类似研究也发现，4h/d加载后的氨基聚糖含量显著高于2h/d的加载方式[24-25]。表明蛋白聚糖基因的表达随着载荷时间增加而增强[23]。Hoenig等[27]评估了不同动态压缩强度（5%、10%、20%压缩强度，3000r/d，1Hz）对种植了原代猪软骨细胞的脱细胞支架的短期影响，结果显示20%压缩强度对软骨机械性能的影响最强，提示接受更高负荷强度预处理的组织工程软骨更坚硬、更符合临床要求。但该研究结果缺少更大压缩强度实验结果，尚不能说明20%压缩强度以上（如30%、40%等）情况下得到的软骨是否仍满足临床要求或性能下降，均需进一步研究。孙明林等[28]进一步研究了10%～30%压缩强度下获得的组织工程软骨性能，发现在0.4Hz、20%压缩强度、3h滚压时间的滚压参数下，BmSCs能更好地向软骨细胞分化以及维持软骨细胞表型。Huang等[29]研究认为，在生物反应器中持续应用动态压缩力将改善BmSCs来源的软骨结构机械性能。thorpe等[30]观察了tGF培养条件下，动态压缩力对BmSCs软骨生成的影响，发现培养42d后样本中蛋白聚糖、黏多糖和Ⅱ型胶原蛋白的表达比单纯动态压缩力培养下更高。
1.4剪切负荷
不同类型生物反应器中，剪切力大小各不相同。如搅拌式反应器系统和直接灌流式反应器系统中为高剪切力，旋转壁式反应器系统中为低剪切力[13]。由于剪切力对软骨内环境稳态有显著影响，了解剪切力类型至关重要。如高剪切力用于软骨细胞培养会产生骨性关节炎特性表达，即可诱导产生环氧化酶2、前列腺素和iL-6[31-32]。还有研究发现高剪切力可诱导炎性介质释放，使得软骨细胞基质分泌减少，导致软骨细胞凋亡[33]。谢甲琦等[34]研究了剪切力对mSCs的作用，发现适度的剪切力（3dyn/cm2）可以促进mSCs生长，过低的剪切力（1dyn/cm2）对mSCs生长无明显影响，过高的剪切力（>8dyn/cm2）则抑制mSCs生长并加速细胞死亡。同时，他们首次提出了对mSCs进行增加剪切力训练的概念，即渐进性增加的剪切力比恒定高剪切力更容易被细胞耐受，使细胞活力增强、存活比例增加、促进细胞增殖和转化。该研究也为生物反应器中剪应力的标准化提供了重要依据。对于软骨组织工程生物反应器系统中的剪切力最适值目前尚无统一标准，可选择初始值为3dyn/cm2，渐进性增加至8dyn/cm2，以增强软骨细胞对较高剪切力的适应能力和细胞活性，有利于细胞增殖，但尚需进一步研究明确。
2展望
骨的生物力学特性篇6
摘要 骨组织对应力刺激有良好的适应性，骨折愈合的好坏与其力学环境密切相关。接骨板固定、骨外固定的力学性能不同，构成的力学环境有异，因而对骨折愈合的影响亦不相同。应力刺激骨折愈合的机制仍不清楚，骨细胞具有感受力学信号的功能，第二信使camp、pGe2可能参与了信号传递，但详细机制有待进一步探讨。
1
引言
骨折愈合是由众多物质参与的复杂的机体结缔组织再生修复过程，受众多因素影响。近年来，随着生物力学的飞速发展，力学环境因素影响骨创伤修复的重要性已逐渐为人们重视，不少学者致力于骨愈合最佳应力环境的研究并取得了很大进展，为骨折治疗提供了诸多理论依据。
2
骨的力学特性及其功能对应力刺激的适应性
骨组织是一种粘弹性固体材料，具有各向异性，力学特性复杂，在不同种类、湿度、温度、年龄、性别等状态下其力学性能不同。皮质骨质密，能承受较大载荷，但抗张力能力较小，当其变形超过原长2％时即会断裂；海绵状骨为多孔形结构，储能能力强，变形可超过原长的7％。新鲜湿润骨最大形变可达1.2％，而干燥骨较脆，应变能力仅0.4％［1］。在进行骨的机械性能测定时应尽量模拟骨骼在机体内的生理状态，减少实验误差。由于骨组织结构及功能与其力学特性及力学环境状态密切相关，决定了不同的应力刺激对骨代谢和骨愈合有不同的影响作用。
(1)应力种类的影响：骨折愈合早期，纵向载荷产生的压应力能驱动成骨细胞及成纤维细胞向分化成骨方向发展，对骨愈合有利；而剪切和扭转载荷产生剪应力，易造成骨断端动态摩擦，对形成的毛细血管和骨痂有很大伤害作用，并可驱动成纤维细胞增殖，产生纤维组织而不利于骨折愈合。但在骨折愈合中后期，各种应力对骨痂形成或改建均有一定促进作用［2］。
(2)应力大小的影响：骨折愈合需适当的生物力学环境或最佳应力水平，即固定后的骨断端有适宜的应力刺激，能促进对骨折愈合起决定作用的成骨细胞、成软骨细胞和成纤维细胞增殖分化。不同的愈合阶段，骨折所需的应力大小不同，愈合早期，骨愈合区组织刚度低，承受外力能力差，所需应力水平亦低；随着愈合区组织刚度增加，其承受负荷的能力加大，所需刺激的应力水平也随之增加。只有当骨断端应力水平与愈合区组织刚度互相平衡和协调时，组织才能良好分化和愈合。否则，应力过大，超过组织承受能力，会损伤形成的骨痂，使骨组织坏死吸收，导致骨萎缩；反之，不足以引起弹性变形，组织分化难于产生，可能导致骨迟缓愈合或骨不连［3］。
（3）应力刺激方式的影响：有研究发现［4，5］，间歇性应力刺激较连续性应力刺激更能激发骨组织细胞活性，表现为表达葡糖-6-硫酸-胱氨酸（G6pD）的骨细胞数及活力均明显增加，对3H-尿嘧啶核苷酸的摄取量增强，并与应力刺激的强弱相关联。提示骨组织对间歇性或循环性应力刺激有更敏感的感受特性。
3
接骨板固定的力学环境状态及其对骨愈合的影响
骨折切开复位接骨板固定是采用螺丝钉将接骨板固定于骨折段的张力侧，用自身的强度和张力带原理维持骨结构的连续性和稳定性。普通接骨板强度低，仅能发挥简单的固定作用，难于承受肢体功能活动而使间歇性应力刺激作用减弱或丧失。加压接骨板内固定在早期可消除剪应力等不利于骨折愈合的因素，保证骨折固定与早期肢体功能锻练，但在骨折愈合后期却常因应力遮挡效应导致骨折愈合延缓、固定段骨质疏松及再骨折［6］。
有学者用有限元方法分析接骨板固定段骨的应力分布情况，发现固定段的应力大小与接骨板的刚度成反比［7］。因此，刚度不同的接骨板固定骨折时的应力刺激水平不同，骨折愈合情况亦不同。刚度较低的钛合金接骨板固定骨折时具有不锈钢钢板同样的固定强度，但其应力遮挡、骨折愈合强度更优［8］。低刚度碳纤维复合材料接骨板所致的骨质疏松亦明显轻于不锈钢接骨板［9］。高刚度接骨板固定后骨折愈合延缓、骨质疏松及再骨折的原因主要是接骨板的高应力遮挡作用导致骨质吸收—成骨代谢动态平衡丧失，使骨吸收快于成骨所致。在坚硬固定状态下，骨哈佛氏管逐渐增大，管道内大量破骨细胞堆集，胶原纤维束趋向紊乱，接骨板下及对侧皮质骨吸收变薄，骨钙含量减低，髓腔增大［10］。如接骨板同骨结合得越好，固定时间越长，其应力遮挡作用越强，骨钙含量丧失越严重。不过上述这些变化是可逆转的，解除应力遮挡作用后，给骨或骨断端予正常应力刺激，骨密度和骨的强度都将逐渐恢复正常［11］。
为解决坚硬接骨板之不足，目前在研究和应用接骨板方面出现如下趋势：①用塑料、石墨纤维、甲基丙烯酸甲脂（GFmm）及韧性钛合金等低刚度材料为原料制作接骨板。这类接骨板具有良好的强度而刚度不高，应力遮挡作用小，有利于骨愈合及改建［8，9］；②应用可降解材料制作可吸收性接骨板，最适宜的可降解材料主要是聚乙交酯（pGa）、聚丙交酯（pLa）及两者的均聚体和共聚体［12］，此类可降解材料在体内随着骨折愈合能逐步降解吸收，刚度逐渐衰减，在骨折愈合中后期有利于骨折部获得有效的应力刺激［13］，有些材料本身还有成骨诱导作用［14］，如能有效解决迟发性炎症反应等不足之处，其发展前景广阔；③改进传统金属接骨板的构型，使其力学分布优化，应力遮挡效应减弱。
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骨外固定状态下骨折愈合的特点
骨外固定主要是利用固定支架的稳定性，通过钢针产生作用力而使骨折稳定。其最大优点在于治疗骨折时既能为骨折端提供稳定的固定，又不进一步破坏局部血液循环，从力学和生物学两方面为骨愈合创造了有利条件。骨外固定的稳定性主要由固定器的结构刚度决定，即固定器维持其几何结构不变的能力。大量的生物力学研究证实，增加钢针数目及钢针直径、增大针组间距、减小侧杆间距、增加侧杆数目及骨折端预加压固定均能增大固定器的刚度［2，15］。
骨外固定对骨折愈合的影响主要表现为固定骨段的应力遮挡效应及骨断端应力场作用。高刚度的外固定器可产生较强的应力遮挡作用，早期可稳定骨折，但后期则阻碍骨折端应力的有效传导和刺激，干扰骨折的修复与重建。固定器刚度越大，其影响越明显，如同接骨板一样，可致骨质疏松和骨折延迟愈合［16］。这主要是具有成骨活性的细胞未能获得有效的应力刺激而处于“功能性休眠”状态，破骨细胞则相对功能活跃，使骨组织成骨—吸收活动处于负平衡状态，骨质不能有效地骨化所致［17］。固此，在骨折治疗时既要提高固定器刚度以增加固定的稳定性，又要降低其应力遮挡率，让更多的载荷传到骨断端。目前，通常于骨折愈合中后期减少固定器连接杆及钢针数来解决这一矛盾。另外，可采用加压固定方法，骨折端接触加压能减少骨断端间间隙，增加断面间静态摩擦而提高固定的稳定性，利于骨痂形成及爬行替代作用，同时可显著降低固定器应力遮挡率，有利于应力刺激和传导。有研究证实，加压固定时外固定器的应力遮挡率可降至3％左右的最低水平［18］。骨断端应力分布特征依赖于固定方式。面固定将致偏心性应力分布和应力集中现象，不利于骨折愈合；而多平面固定使骨断端应力分布均匀，对骨正常应力分布影响小，对骨折愈合有利［19］。
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应力影响骨折愈合的机理
目前的研究业已表明，骨组织的形态结构、密度分布对应力刺激具有充分的功能适应性。骨骼对外加载荷的反应性或功能适应性主要是由骨细胞、骨胶原和骨细胞外液对载荷所形成的应力或应变刺激产生感受，形成复杂的体内自身反馈性调节系统而作用的结果。表现在应力作用的压力侧骨形成增强，而张力侧骨吸收加速。有关这种功能适应性的确切机制尚不清楚。
有观点认为，骨细胞膜与基质相连，基质受应变刺激时会牵拉细胞膜并激发细胞反应，即骨细胞能直接感受应变［20］。另一种观点认为，机械应力刺激产生的应变引起细胞间液体流动，进而形成流动电势而引起细胞反应［21］。但无论骨组织以何种方式感受力学刺激，最终均以骨生物电方式实现力学刺激信号的转换。有学者利用生物电原理，对实验性骨折行电刺激，可见局部成骨细胞分化率明显提高［22］。目前，尚不清楚力学刺激信号转换为生物信号后是如何进一步传递而最终影响细胞活动的。有研究发现［23］，在压力环境下鸡胚胎胫骨中骨组织细胞内camp含量明显下降，成骨细胞合成和分泌胶原蛋白的能力增加。也有学者观察到骨细胞受载荷刺激后，Dna含量增加，而细胞内camp含量变化不显著，但前列腺素e2（pGe2）却显著增高。由此可以推测，骨组织受载荷后形成的生物电信号可能是通过camp、pGe2等第二信使传递，激活成骨细胞、破骨细胞等而加速骨愈合或改建的。
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骨的生物力学特性篇7
【关键词】骨质疏松
摘要：目的探讨中药骨康宁治疗骨质疏松大鼠的效果。方法5-6月龄雌性SD大鼠，维甲酸复制骨质疏松模型后，给予中药骨康宁治疗。用影像学、骨病理组织学、形态计量学、骨生物力学等实验技术，观察骨康宁的治疗效果。结果经骨康宁治疗后，骨质疏松大鼠的平均骨小梁数、平均骨小梁宽、骨皮质指数、股骨骨密度、股骨的最大变形能力等增加，并明显高于骨质疏松组(p
关键词：骨质疏松；骨康宁；维甲酸；影像
aBStRaCt:objectivetounderstandtheeffectofGukangningcapsuleontheosteoporoticmodeloftherats.methodsFemaleSDrats，5-6monthsafterbirth，werechosentoduplicatetheosteoporoticmodelinducedbyretinoicacidandtreatedwithGukangningcapsule.theeffectofGukangningcapsuleonosteoporosiswasevaluatedbyradiology，morphometry，BmDandbiomechanicsofbone.ResultsafteroraladministrationofGukangningcapsule，themeantrabecularplatedensity，themeantrabecularplatethicknessandthetrabecularbonevolume，BmDandmaximumstrainoftherats，weresignificantlyincreasedmorethanthatoftheosteoporoticmodel(p
KeYwoRDS:osteoporosis;Gukangningcapsule;retinoicacid;image
以骨量减少为主要特征，骨组织的显微结构发生改变，并伴随骨质脆性增加和骨折危险度升高的一类全身性骨骼疾病称为骨质疏松症。随着老年人群的迅速增长，骨质疏松症已成为一个引起全世界关注的公共健康问题。骨康宁含有补骨脂、骨碎补等复方中药，具有壮肾健骨、健脾益气、活血通络等功效。本实验以大鼠为实验对象，用维甲酸复制骨质疏松模型，骨康宁治疗后采用影像学、骨病理组织学、形态计量学等方法，观察其对大鼠骨质疏松的治疗效果。
1材料与方法
1.1实验动物与分组选用45只雌性SD大鼠，5-6月龄(本院实验动物中心提供)，按体重随机分为正常对照组(正常组，10只)和骨质疏松模型组(35只)。以维甲酸80mg/(kg・d)(上海第六制药厂)灌胃15d，诱导骨质疏松。骨质疏松模型组大鼠处死7只证实骨质疏松模型复制成功后，剩余大鼠再随机分为骨质疏松模型组(9只)、骨康宁治疗组(骨康宁组，10只)和雌激素治疗阳性对照组(9只)3组。正常组大鼠继续观察。骨质疏松模型组给予常规饲料、蒸馏水；骨康宁组给予0.8g/(kg・d)骨康宁混悬液，1次/d灌胃；雌激素组腹腔注射苯甲酸雌二醇50μg/只，每周3次。治疗期为60d。
1.2取材实验60d时，各组以200g/L苯巴比妥溶液(5mL/kg)麻醉下处死动物。取双后肢及胸腰椎骨，40g/L多聚甲醛固定。
1.3钼靶摄影随机取每组实验大鼠一侧胫骨及股骨，在同一电压电流下行钼靶摄影。
1.4骨病理组织学观察取股骨上段中1/2段，经40g/L多聚甲醛固定，80g/L的中性eDta脱钙液脱钙40d，常规石蜡包埋，用90g/L的多聚赖氨酸处理载玻片，切片，片厚6μm，伊红苏木素染色(He)。
1.5骨组织形态计量学股骨的石蜡切片经He染色后应用半自动彩色图像分析系统分析测量。以关节软骨下1mm以外的松质骨区域，每张切片测量3个视野(放大倍数×40)，取平均值，测量平均骨小梁密度、平均骨小梁宽度、骨小梁面积百分比、平均骨小梁间距；测量股骨中段皮质骨面积、皮质骨面积百分比、骨髓腔面积百分比。
1.6骨矿密度(BmD)测定用QDR2000型HoLoJaC双光子骨密度仪测量四肢骨与胸腰部椎体骨矿密度，变异系数≤3%。测量时，将各离体骨按一定顺序放入有机玻璃盒内，注入蒸馏水(以刚好盖过所有骨面为宜)进行扫描。使用RegionalhighresolutionQDR4500小动物分析软件。
1.7骨生物力学测定右股骨用微机控制电子万能试验机进行三点力学试验，观察最大应力。当外力作用于骨时，骨以形变产生内部的阻抗来抗衡外力，即骨产生的应力，用最大负荷力表示，单位为g/cm2。应变是指骨在外力作用下的变形，大小等于骨受力后长度的变化量，用最大负荷表示，单位为cm。测量时，调整两个约束支架相距20mm，将两个大鼠股骨比较均匀的部位放在两个约束支架上，股骨的短轴与垂直方向平行，逐级加压直至屈服，读取导致屈服的负荷的数据。待测试件用生理盐水保持湿润，荷载测量精度为0.1n(牛顿)，变形测量精度为0.001mm。
1.8血清降钙素(Ct)质量浓度测定应用放免分析测定法。
1.9统计学处理所有数据输入计算机，用SpSS10.0统计软件进行t检验和方差分析，结果以均值±标准差(±s)表示，检验水准α＝0.05，p
2结
果
2.1维甲酸诱导大鼠骨质疏松模型的结果
2.1.1骨病理组织学光镜下皮质骨变薄，骨髓腔扩大，骨纹理变稀、变细；松质骨骨小梁密度降低，骨小梁面积百分比减少；皮质骨面积百分比降低，说明松质骨、密质骨骨量均减少，发生了骨质疏松(图1)。图1实验各组骨小梁（略）
2.1.2钼靶X线片在解剖镜下观察的结果正常对照组10例，左胫骨及股骨骨皮质骨密度均匀致密，骨髓腔不宽，松质骨骨纹理粗细均匀(图2a)。骨质疏松模型组9例，左胫骨及股骨骨皮质菲薄，部分吸收，骨髓腔增宽，松质骨骨纹理稀疏、变细(图2B)。骨康宁组10例，左胫骨及股骨骨皮质骨密度不均匀，变薄有分层，骨髓腔稍增宽，松质骨骨纹理稀疏而粗细不均(图2C)。雌激素组9例，左胫骨及股骨骨皮质变薄，骨髓腔稍增宽，松质骨骨纹理稀疏而粗细不均(图2D)。图2各组大鼠胫骨及股骨钼靶X线观察结果（略）
2.2骨康宁治疗骨质疏松的效果
2.2.1光镜下骨病理组织学与治疗前相比，治疗后骨康宁组和雌激素组大鼠股骨下端松质骨骨小梁数增多，骨小梁增宽，骨小梁间隙缩小，而骨质疏松模型组骨小梁数和骨小梁间隙变化不明显(图1略)。
2.2.2骨组织形态计量学指标松质骨：治疗前与治疗后相比，正常组、骨康宁组和雌激素组股骨下端松质骨的平均骨小梁数、骨小梁宽度和骨小梁面积百分比均显著增加，而骨小梁间隙显著缩小。治疗60d后，骨康宁组平均骨小梁数、骨小梁宽度、骨小梁面积百分比与雌激素组、正常组比较无显著性差异，但均高于骨质疏松模型组(表1)。表1治疗后60d各组大鼠松质骨形态学测量结果（略）
皮质骨：治疗后，骨康宁组和雌激素组的皮质骨面积、皮质骨面积百分比增加，骨髓腔面积百分比减少，与正常组相比无显著性差异。骨康宁组的骨髓腔面积百分比与正常组和雌激素组间无显著性差异，但低于骨质疏松模型组(表2)。表2治疗60d后各组皮质骨组织形态测量比较（略）
2.2.3钼靶X线(解剖镜下)与骨质疏松模型组相比，治疗后骨康宁组和雌激素组大鼠胫骨和股骨骨皮质骨密度增高，有分层，骨髓腔缩小，松质骨骨纹理粗细不均；无措施组大鼠胫骨X线表现与治疗前相比，无明显变化。
2.2.4骨密度股骨骨密度测试结果表明，治疗后骨康宁组显著高于骨质疏松模型组，与正常对照组及雌激素组相比无显著性差异。椎骨骨密度测试结果表明，治疗后骨康宁组与正常对照组及雌激素组相比，无显著性差异，且均高于骨质疏松模型组(表3)。表3各组大鼠骨密度检测结果（略）
2.2.5骨生物力学药物治疗2个月后，大鼠左股骨结构力学及材料力学的变化如表4。最大应力为骨材料力学特性，本实验表明，骨康宁治疗组与骨质疏松模型组相比较有显著性差异(p
2.2.6血清降钙素(Ct)各组大鼠喂养60d后，骨康宁治疗组血清降钙素质量浓度与骨质疏松模型组相比较有显著性差异(p0.05，表4)。表4各组大鼠骨生物力学和血清降钙素(Ct)测量结果（略）
3讨
论
骨质疏松模型的方法较多，由于维甲酸诱导具有操作简单、成功率高和骨质疏松表现典型、易于进行给药观察等优点而被较广泛使用。目前认为维甲酸主要是通过激活破骨细胞的分化、增殖，损伤大鼠卵巢，雌激素分泌减少，雌激素对破骨细胞的抑制作用减弱，促进骨吸收作用而诱导大鼠骨质疏松。本实验大鼠维甲酸灌胃15d后，股骨松质骨骨小梁密度降低、稀疏，小梁面积百分比减少，骨髓腔扩大；皮质骨厚度呈减低趋势，皮质骨面积百分比降低，表明松质骨、皮质骨骨量减少，大鼠骨质疏松模型复制成功。
目前，骨质疏松症的常用诊断方法有X线照相法、X线吸收法、光子吸收法、骨组织形态计量学方法、超声诊断法、骨生物力学法等，它们各自有优缺点。一般的X线片，只有在骨量减少达到骨总量的30%-40%时才能显示骨质疏松的征象，因此单纯X线检查对早期诊断骨质疏松的意义不大，但是当骨质疏松发展到一定程度时，根据目测脊柱形态、骨质密度、皮质厚薄及骨小梁的形态等，仍可做出诊断依据。骨密度的测定常被用于评定骨脆性和对骨折危险性进行预测，但大量的动物实验和临床研究的结果表明，单纯骨矿物盐含量的增加，骨质量并不一定相应的增加，有时反而降低。骨生物力学是生物力学的分支，它以工程力学的理论为基础，研究骨组织在外界作用下的力学特性和骨在受力后的生物学效应，是对骨质量进行评定的一种较可靠方法。因此，在骨质疏松的诊断中应采用多种方法综合判断。本研究采用多种方法，观察骨康宁治疗维甲酸诱导骨质疏松的效果，结果显示：X线检查表现为骨康宁组大鼠骨皮质较骨质疏松模型组增厚，骨小梁增多；骨组织计量学分析显示骨康宁组平均骨小梁数、骨小梁面积百分比和皮质骨面积百分比显著高于骨质疏松模型组，而平均骨小梁间隙和髓腔面积百分比显著低于骨质疏松模型组；股骨和椎骨骨密度测试结果表明，骨康宁组显著高于无措施组，而与正常对照组及雌激素组相比无显著性差异；骨生物力学结果提示中药骨康宁可明显提高大鼠左股骨骨结构力学及材料力学特性，客观地反映了中药骨康宁治疗维甲酸诱导骨质疏松的效果。
降钙素(Ct)由甲状腺C细胞(滤泡旁细胞)产生，降钙素对骨的作用是抑制破骨细胞的数量和活性，直接抑制骨质吸收。降钙素可直接作用于破骨细胞受体，使细胞内Ca2+转入线粒体，抑制破骨细胞的活性，还能抑制大单核细胞转变为破骨细胞，从而减少骨吸收。降钙素的这种抑制骨吸收的作用，在整体动物和骨细胞培养实验中均已得到证实。从本实验结果可知，骨康宁能明显增加大鼠血清降钙素的质量浓度，说明中药骨康宁能通过增加血清降钙素质量浓度而发挥抑制骨吸收的作用。
综合上述，本研究采用影像与病理对照研究，观察骨康宁治疗维甲酸诱导骨质疏松的效果，结果表明骨康宁对大鼠骨质疏松有一定的防治作用，其分子生物机制将有待于进一步的研究。
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骨的生物力学特性篇8
1软骨潮线的形态结构与生物学效应
1.1软骨潮线的形态结构软骨潮线的宽度为2～5μm，是一种明确的组织学结构，通常为一条波浪起伏的曲线，位于关节软骨的钙化层和放射层的连接部，Vonkossa染色可见软骨潮线区的软骨细胞，均有羟磷灰石包绕。扫描电镜可见嵌入软骨潮线的软骨细胞周围有小丘样的钙组织，毛细血管从软骨下骨穿过钙化层到达软骨潮线。透射电镜下可见羟磷灰石结晶在软骨潮线区软骨细胞周围的胶原纤维中广泛存在，并附着在软骨细胞膜上，直径约为0.1～0.2μm。生理情况下，软骨钙化层逐渐变成软骨下骨，通过软骨下骨骨髓的周围血管向钙化层爬行取代，通过胶原纤维止点的胶合线，可以明显区分软骨钙化层与软骨下骨的连接部。
软骨潮线的胶原纤维网由扁平方向和垂直方向的胶原纤维组成，扁平方向胶原纤维平行于软骨潮线；垂直方向胶原纤维连接软骨钙化层和放射层，在软骨潮线上存在微小的裂隙，为营养物质的交换提供通道，提示软骨潮线是关节软骨能量代谢及物质交换的重要途径之一。软骨潮线上下的胶原纤维是相互连接的，有利于软骨放射层的胶原纤维牢固地附着在软骨钙化层上，增强关节软骨的稳定性。密集的胶原纤维平布软骨潮线的表面，与从软骨放射层来的垂直方向胶原纤维形成网格状，对抗剪应力与限制软骨钙化，从而维持关节软骨的正常生物学特性。软骨潮线区软骨陷窝周围有一层富含硫酸软骨素的软骨囊，为羟磷灰石结晶的沉积提供良好的微环境，免疫组化染色可见软骨潮线区含有碱性磷酸酶、三磷酸腺苷、脂肪等与钙化过程密切相关的物质。因此，软骨潮线区存在特殊的软骨细胞活动与调控过程，其不仅连接软骨钙化层和放射层，更重要的是参于调控软骨钙化层与软骨下骨的塑形重建。
1.2软骨潮线的生物学效应软骨潮线区的软骨囊为羟磷灰石提供沉积位置，基质囊泡酶能增加局部的钙与磷浓度，促进软骨的钙化。软骨潮线区的软骨细胞不仅能产生促进钙化的物质（蛋白脂蛋
白、磷蛋白糖及钙磷脂复合体等），而且还能产生抑制钙化的物质（三磷酸、糖蛋白及焦磷酸等），从而有效地调节软骨钙化层和放射层之间的内稳态。目前，软骨潮线的功能有两种假说，软骨潮线属于软骨放射层的部分，是防止软骨钙化的屏障，位于软骨潮线区的软骨细胞具有特殊的代谢活动，并有致密的胶原纤维平行于关节面以对抗剪应力，从而参与软骨钙化的调控过程；软骨潮线属于软骨钙化层的部分，软骨潮线区的生理钙化是一种主动过程，在软骨潮线区的脂肪结构与软骨囊的存在，均是软骨钙化的有利因素，从而参与维持软骨正常的理化特性。
2软骨下骨的形态结构与生物学效应
2.1软骨下骨的形态结构软骨下骨由皮质终板、骨小梁、骨小梁间腔隙和血管组成，软骨下骨区的小静脉、小动脉和窦状小管通过皮质终板进入软骨钙化层，可上达软骨潮线和软骨放射层，为缺乏关节液滋养的深层软骨提供营养物质。
2.2软骨下骨的生物学效应软骨下骨的主要功能是缓冲震荡、吸收应力与维持关节的形状。由于软骨下骨的弹性模量比关节软骨低，且数量相对较多，在缓冲震荡过程中起主要的衬垫作用，从而避免关节软骨受过度应力的损伤。在关节的生理性负重与非负重期间，关节软骨和软骨下骨不断发生变形，以维持关节的生物学功能。因软骨下骨、皮质终板、钙化软骨和未钙化软骨的弹性模量不同，则表现出完全不同的变形能力。由于未钙化软骨的弹性模量约为软骨下骨和钙化软骨的10倍，则未钙化软骨表现出更好的变形能力。软骨与软骨下骨的变形能力在维持关节的正常生理功能过程中发挥重要的作用，不仅可维持关节软骨的营养，增加关节的接触面，还可促进蛋白多糖、胶原纤维的合成。
关节的正常生理性负重和非负重期，可以维持关节软骨和软骨下骨之间骨重建的动态平衡。未钙化软骨层的静息软骨细胞，在应力刺激下发生增殖、分化、肥大、矿化，从而维持关节软骨的正常厚
度。同时，钙化软骨的深层也不断被破骨细胞吸收，来自软骨下骨的小血管侵入软骨钙化层，小血管周围的成骨细胞则合成新的骨，从而维持软骨下骨的正常厚度。生理情况下，软骨下骨的厚度和密度是不均一的，导致不同部位软骨下骨的生物力学特性也不同；其缓冲震荡的衬垫作用也随着所承受应力的改变而改变，使得不同部位的软骨下骨衬垫作用与力学特性达到最佳的平衡状态，从而维持骨关节的正常生理环境。病理情况下，软骨下骨硬化则减弱其缓冲震荡的能力，导致上传至关节上的冲击力增强。因此，软骨下骨和关节软骨是相互作用的功能单位，软骨潮线漂移是参与维持软骨下骨和关节软骨内稳态的重要因素，而软骨潮线漂移失衡引起软骨下骨重建异常是oa病理进程中的关键病理变化之一。
3软骨潮线漂移调控软骨下骨重建的代谢机制
关节软骨的力学特性、生理形状和组织的完整性，取决于内在的反馈调控系统。软骨细胞、软骨基质及软骨下骨三者降解和合成的耦联是一个动态的平衡。软骨潮线连接前移进入未钙化软骨的速度是缓慢的，与软骨钙化层的骨化速度保持动态平衡，从而能维持软骨钙化层的厚度。
目前，软骨潮线形成和漂移的生物学反馈机制尚不清楚，根据wolff定律，可能与关节的形状和负荷有关。软骨潮线漂移是关节适应应力载荷的重要保护机制。关节软骨深层羟磷灰石结晶的沉积增加，引发软骨潮线变为波浪状。这种软骨潮线的变化，增加与软骨钙化层的接触面积，从而增强关节软骨的承受应力载荷的能力。如果这种状态持续时间过长，则损伤负重面软骨和软骨下骨之间的动态平衡，从而诱发oa。软骨潮线功能是相当活跃的，在软骨下骨重建过程中发挥重要的调控作用。总之，软骨潮线漂移不仅可调控软骨钙化层的塑形重建，还可调节软骨下骨的塑形重建，也是oa进程中重要的病理变化，提示调节软骨潮线漂移可能为oa防治提供一个潜在的有效作用靶点。
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骨的生物力学特性篇9
1 医用金属材料
骨科生物金属材料是指能够植入人体，治疗骨骼疾病、替换骨组织，恢复骨骼的正常生理功能的一种生物惰性材料，由于具有较高的强度和韧度，金属材料是骨科中应用最多的植入材料，广泛用于骨科的各类疾病的治疗，金属作为一种植入材料一般要求是：①有足够的力学强度和抗疲劳性能；②有极好的耐腐蚀性能，无磁性；③材料必须无毒、无致癌性与过敏反应；④应具有良好的光洁度[1]。现在常用于临床的医用生物金属材料主要包括医用不锈钢、钴基合金、医用形状记忆合金等。
1.1医用不锈钢：根据临床对硬度，韧度的要求，医用不锈钢的材料有多种，最好的不锈钢合金是316L型，一直作为器具材料广泛使用。具有较好的机械性质，易于加工制造且价格便宜，但同钴基合金相比有较大的局部腐蚀敏感性[2]，主要用于接骨板、骨螺钉、人工关节等。
1.2 合金类：主要包括①钴基合金：钴基合金具有良好的耐磨性和抗蚀性，适于长期应用于体内承载条件苛刻的植入，是目前医用金属材料中最优良的材料之一，已列入iSo国际标准，但缺点是机械性能低于不锈钢，而且加工困难、产量低、价格贵，常被选择为永久性植入材料。多用于骨折固定和制作人工关节。②钛合金：具有优于前两种材料的机械性能，质轻，组织相容性良好，生物界面结合牢固，在机体内有极高的惰性和抗腐蚀性，是理想的植入材料，缺点是耐磨损性差和难以加工。钛合金微型钢是颌骨骨折复位内固定的首选内固定物[3]，目前对膝、髋等大的人工关节多使用钛合金。③如钴、镍、铬及钼合金，是通过多步骤精制而成的一种新型植入材料。其抗腐蚀性和生物相容性与锻造的钴铬合金相似，机械强度大，具有不锈钢和钴铬合金的许多优点，作为骨折内固定物有广阔的应用前景。④镍钛记忆合金：该材料有形状记忆效应，其理化性能表现为强度高，耐磨、耐腐蚀、无磁、无毒等特点，而且其硬度和刚度跟人体骨组织最接近，被认为是最理想的生物内固定植入材料。
金属材料普遍的缺点是植入人体后，长期存在人体，金属中某些元素离子进入人体组织液、血液、器官，如铬、镍离子对人体具有致敏作用，甚至诱导机体发生癌变，另外长期受力的金属还会发生金属受力疲劳和内部结构的改变，从而引起远期手术的失败等问题。是其普遍缺陷。
2 医用高分子材料
2.1非生物降解型高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，具有稳定性好，不发生降解，交联或物理磨损等，而且有良好的机械性能，对机体不产生明显毒副作用，主要用于制作组织工程软、硬组织，人工器官等。如硅橡胶是含有硅原子的特种合成橡胶的总称，无毒、无味、通气性能好，能耐高温低温，具有良好的生理惰性和抗凝血性能，有弹性，宜清洗、灭菌，在骨外科可作引流管、人工腱鞘等。利用辐射接枝改性技术可制成医用硅橡胶水凝胶膜，该材料具有高纯度、亲水性、吸水后形成稳定的水凝胶及生物相容性优良等特点。在治疗骨关节损伤疾患和肌腱断裂手术中植入该膜，可预防组织粘连[4]。高密度聚乙烯：其用于制造人工髋臼的分子量多在200～500万左右，其摩擦系数低，约为0.03～0.06，抗冲击性强，耐磨性强，年磨损率约为0.1～0.2 mm，是目前国际上普遍用于制造人工关节的较好材料。
2.2 生物降解型高分析材料 有聚酯类、胶原、甲壳素、纤维素等，其中最主要的是聚乙交酯(pGa)、聚丙交酯(pLa)及其混聚物，聚酯类似一类亲水性非常强的高分子降解材料。聚酯类能在体内降解，最终被分解代谢成Co2和H2o2从人体排出。pLa具有一定机械强度和良好的加工性能。pGa可支架诱导促进成骨细胞的黏附增殖和分化，但其降解过快，且降解产物积聚会造成局部pH值下降，导致细胞中毒死亡。pGa与pLa形成的混聚物可通过二者的比例来调节其机械强度和降解速率[5]。聚酯类生物降解材料可以制成棒、针、螺钉、接骨板等，受其降解速度限制，固定部分在愈合期间不能承受较大的应力。是目前组织工程中广泛应用的支架，临床上多用于固定骨折愈合相对较快的骨骼，亦可用于关节镜下膝前十字韧带的损伤后重建、半月板损伤的修复，在骨组织工程学领域也是一种很有前景的细胞培养支架材料[6]，但不适于长骨干骨折固定，因其临床愈合所需时间较长，骨折断端应力大。生物降解材料作为内固定材料，在手术操作过程中不易割伤软组织，即使在加压情况下也不会损伤松质骨[7]，在所固定的组织愈合之前能够保持足够的强度，可随着骨组织的愈合机械强度适当衰减，使骨折断端得到正常的应力刺激，没有金属材料存在的应力遮挡、腐蚀反应等缺点，可使患者避免清除植入物的第2次手术，亦不影响mR或Ct等影像学复查，使用起来比金属制品要安全和方便。但如果内植物的降解产物超过组织的清除能力，可发生迟发性无菌性炎症，局部突然发红、疼痛、肿胀、有波动感，反应严重者，可发生广泛性皮肤坏死[8]，降解速度快的pCa比降解速度慢的pia炎症发生率高，血运不佳的部位更易并发炎症反应[9]，因此应权衡利弊，谨慎选择。
3 医用无机非金属材料
3.1生物活性陶瓷，主要有磷酸钙陶瓷、生物活性骨水泥及生物活性玻璃等，生物活性陶瓷具有骨传导性，它作为一个支架，成骨在其表面进行，还可作为多种物质的外壳或填充骨缺损。目前最常用的主要有羟基磷灰石(Ha)、磷酸三钙(tCp)及两者结合使用3种。Ha与tCp的复合物既保存了单纯Ha的优点，又可根据需要通过调整两者的复合比例来控制其植入后的降解速度，是较理想且具有较大临床应用前景的骨组织工程细胞载体[10]。骨水泥很少引起免疫反应，系统毒性也微不足道，具有良好的生物相容性，并能和骨直接融合，在骨科临床上已经应用于股骨颈骨折的内固定增强和桡骨远端骨折内固定等[l1]。由于此类材料在生物学上缺乏有效的骨诱导性，脆性较大，抗张、抗扭和抗剪力差，为保证固化正常进行，应用时要求受区相对干燥，因此单纯此类材料临床应用较少，仍需进一步改进。
3.2 生物惰性陶瓷 氧化铝：氧化铝是一种生物陶瓷，其硬度大，耐磨，生物相容性好，单晶氧化铝可用于骨折内固定，多晶氧化铝即刚玉，可制作人工关节。研究发现将氧化铝晶体纳米化合物团块浸在与生物体液相似的溶液中，其表面可生成骨样磷灰石层，提示在活体内可能形成生物陶瓷如Hap、tCp等[12]。此外还有氧化锆陶瓷被做成人工股骨头用于全髋关节置换。最近还报道研制出一种结合了氧化铝的生物特性及铠氧化锆的机械特性的新型物质，这种混合陶瓷比氧化铝陶瓷的磨损率低，在模拟人上进行的初步实验结果具有一定的应用前景[13]。
3.3碳素材料：碳纤维有利于生物组织攀附生长，可用于人工肌腱和韧带的置换[14]。低温裂解碳又称各向同性碳，是将烃类气体在高温下炭化，可以直接蒸镀在人工关节的运动磨损表面，作为减磨涂层。类金刚石膜(DLC)亦称金刚石样碳素膜，是一种非结晶的碳氢化合物，具有良好的细胞相容性、血液相容性及高耐磨性高硬度等特点，可以沉积于人工关节表面。作为聚乙烯的对抗面，DLC同氧化铝、钴基合金的耐磨相当，可显著改善矫形装置的磨损[15]。是一种很有发展前景的膜材料。
近年来，随着生物医学工程、材料科学、纳米技术的的迅速发展，对于生物材料的研究也日益深入，各种复合材料以及更加与各类型骨折愈合相适应的可降解性生物材料在骨科领域应用日趋广泛。人工骨不仅具有良好的组织相容性，而且能诱导正常骨的形成，最终达到完全的骨修复，。随着医学分子生物学和基因工程及组织工程学的快速发展，利用不同的生物材料复加工，组配成理想中具有多种生物活性的人工骨将成为现实。
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骨的生物力学特性篇10
【关键词】仿生骨修复支架材料；设计；成骨诱导机制；仿生材料
中图分类号R318.08文献标识码a文章编号1674-6805（2016）3-0161-02
doi：10.14033/ki.cfmr.2016.3.089
随着我国经济的迅猛发展，我国对各种骨缺材料修复的利用率也开始飞速提升，目前采用的骨缺修复材料技术无法满足现代人们的需要，不能良好解决目前复杂的骨损伤问题，大量实践表明，自体骨与异体骨移植具有诸多局限性，工作人员通过模仿天然骨本身的成分、结构特性及生物矿化过程进行研究，并针对性的对其进行调整，获取了良好的新型仿生人工骨修复，目前市场上急需大量的骨缺损修复材料，为了获取更多更优质的股组织再生修复材料，医学人员需要对其积极探索[1]。
1仿生骨修复支架材料的作用及其现状
1.1仿生骨修复支架材料的作用
人体在正常生活中会出现骨组织疾病和缺损的状况，由于此种疾病会造成机体的结构和功能障碍，对患者的正常生活造成影响。由于人体具有一定的自愈功能，患者出现小面积的骨缺损可以通过适当的治疗而痊愈，但严重性骨损伤便需要采用外来材料进行辅助治疗骨组织。仿生骨修复支架材料在损坏骨骼的修复工作中具有重要作用，目前优异生物矿化材料需要采用有机分子调控无机分子，国内外均出现了天然的生物体结构及组合材料，传统的仿生学设计可以适当的采用材料组合的方法去模拟生物体系，天然矿化组织均由生物大分子等物质组成，其在生长过程中会出现一定的有序性[2]。
1.2仿生骨修复支架材料的现状
随着我国医学技术的进步，采用各种方式进行骨损伤治疗，目前使用较为广泛的方法为自体骨移植、异体骨移植、人工合成骨移植。根据大量的治疗经验表明。目前临床上最具有效果的治疗方式属于自体骨移植，其与人体的兼容性高，出现排斥概率较低，但自体骨移植技术进行取材时就难以获取丰富的材料，并会在一定的程度上影响人体治愈后的活动，后期的疼痛感也十分明显，造成患者的痛苦，因此，随着医疗改革的脚步，此种方式逐渐被淘汰。目前采用较为广泛的骨质材料一般为小牛骨、猪骨。其与人体的通行也十分的有利，且疼痛感较低，但购买的成本极高，且进行加工处理的步骤也较为繁琐，因此，此种方式也无法大范围的应用。医学技术人员针对市场的需求及各种原因考虑，正在积极的研究探讨一种在结构上高度模拟天然骨组织基质，这种骨组织具有良好的生物兼容性与骨再生诱导能力，以为仿生骨修复支架材料提供良好的治疗材料[3-4]。
2仿生多级孔生物活性玻璃支架材料及其成骨诱导机制的研究
2.1仿生多级孔生物活性玻璃支架材料的设计
由于毛海绵可以将物质形成孔隙结构，并在特殊的环境下可以有利于生成羟基磷灰石的作用。笔者所在医院采用以聚丙三醇、聚乙二醇、聚丙三醇相互构成的共聚物和毛海绵作为模板，制造出一种具有多级孔生物活性玻璃微管支架材料，用于骨损伤的修复治疗工作。笔者所在医院采用扫描电镜对此材料进行观察，分析其结构，发现该支架材料呈现出多级孔。促使骨损伤修复需要考察材料的相容性、载药性、细胞增殖性。由于生物相容性可以从细胞的增值能力中得以体现，笔者所在医院截取仿生多级孔生物活性玻璃支架材料的部分，在其表层培养mC3t3-e1细胞，并对其增值能力进行检测，判断其生物的相容性。笔者所在医院采用地塞米松（DeX）进行试验，发现其具有良好的载药性，通过仔细的分析与调查，发现此材料的多孔结构是塑造给药环境的重要支柱[5-6]。
2.2仿生多级孔生物活性玻璃支架材料成骨诱导机制
以上的试验证明了多级孔mBG微管支架材料具有良好的生物相容性、载药性、促再生性。此种材料的构成较为简单，生产价格较为低廉，可以在骨损伤修复应用中具有良好的应用前景，其仿生多孔的特性可以持续给药，促进骨组织的持续修复与治疗，多孔支架材料与纳米纤维支架材料结合可以在骨修复的应用中提高治疗有效率，促使成骨诱导机制的塑造。
在具体的实践过程中，笔者发现选择使用这种材料进行治疗的前提是先确定生物玻璃及其复合材料的生物相容性，大量实验表明，Hap材料对温度的要求并不严格，通常实验过程中采用模拟体液的方式进行测验，目前的技术无法保证仿生材料在高温的环境下不发生相变与脆裂[7]。因此，工作人员需要模拟出自然界磷灰石的矿化机制，在相对温和的环境下进行材料的培育，由溶胶制成的Hap晶体具有力学性能差、热稳定性差等特点，将具有其属性的玻璃生物材料置入人体中时，材料表面会呈现出一层磷酸钙的薄膜，具有这种薄膜的材料可以良好的与人体骨骼结合，并促进骨骼的愈合与再生，复合材料可以在一定的程度上提高生物玻璃与高分子复合材料的活性与细胞亲和性，目前采用玻璃活性生物材料在临床医学上广泛应用于人工骨与人工牙的治疗中。大量的资料表明，采用此种材料的骨修复速度在一定的程度上高于自体骨，工作人员将药物投入多孔生物玻璃结构中，并置入生物体的关键部位，密切观察药物释放的时间与作用时间，由于其用药特点，此种材料还广泛应用于生物活性玻璃中的抗生素与抗骨肿瘤药物中，生物活性材料不仅补填骨损伤的部位，还通过缓慢的释放药效来降低损伤部位发炎的概率[8-9]。
3pLLa纳米纤维支架材料及其成骨诱导机制的研究
随着我国分子化学与物理的进步，人们开始重视对纳米纤维支架材料的研究，根据材料结构决定其作用，从化学的角度来讲，可以通过改变其排列方式、纤维取向来调整干细胞的分化方向。笔者所在医院在此基础上采用静电纺丝技术对左旋聚乳酸（pLLa）进行处理，将金属平板、滚筒作为接收装置，以制造出无纺和平行排列的纳米纤维支架材料。调查研究表明，纤维取向可以影响人体骨髓间充质干细胞（BmSCs）的形貌，具体为：（1）于无纺材料上培养的细胞呈现出无规则、多分枝的形貌；（2）于平行材料上培养的细胞与纤维排列平行[10]。笔者所在医院根据以上资料开始培养细胞，定时提取细胞Rna，采取qRt-pCR进行检测，结果表明，无纺纳米纤维材RUnX2、Bmp2、opn、CoL1a1、SpaRC和BSp等成骨基因明显高于平行材料。
pLLa纳米材料具有模拟天然细胞外基质的结构，工作人员采用多种方式对此种材料的表面结构进行研究，发现pLLa纳米材料会根据不同温度的变化而改变自身形态，其内部的高分子链发生相应的化学变化，因此，在具体应用此种材料的过程中，工作人员需要先将此种材料进行处理，改善其亲疏水性与细胞亲和性，细胞的培育对温度及亲水性的要求较高，因此，工作人员采用此种材料进行临床治疗时需要对其细胞的相容性与亲水性进行检测与评估，具体内容为采用三维pLLa纳米纤维支架进行性能改变，将具有枪机型的-CooH基团与此种材料紧密结合，增加细胞的增值速率及活性[10-11]。
医用材料对材料的化学性质、物理性质具有一定的要求，由于pLLa材料本身具有的表面惰性、疏水性。造成其应用具有一定的局限性，不利于广泛的推广，医学专家通过不懈的研究，发现采用低温大气等离子体技术可以调节无纺pLLa纳米纤维材料的化学性质，提高成骨分化，保持骨骼活性。笔者所在医院采用离子体对纳米纤维材料进行处理，持续10～15min，检测其表面化学性质，发现可以通过控制处理时间来提高纳米纤维材料表面的氨基基团、亲水性。qRt-pCR分析显示仪是一种专用的分析检测机器，工作人员采用此种机器观测到5min是材料各状态改良最为明显的时间节点。纳米纤维材料的Bmp2、RUnX2、aLp、CoL1a1、opn、oCn的表明均有效提高。其中aLp活性检测达到最高值[12-13]。
因此，笔者所在医院发现无纺纳米纤维调控的成骨分化与化学诱导成分诱导的成骨分化具有一定相似性。调查研究表明，纳米拓扑结构的特殊性，促使细胞内部发生力学传导效应，从而激发成骨分化。通过一段处理技术可以有效的改良pLLa纳米纤维表面特性、生物相容性、成骨活性，加强新型骨修复材料的研发与设计[14-15]。因此，工作人员可以通过调控支架材料的拓扑结构来控制细胞的修复程度。采用无纺排列的纳米纤维在修复骨损伤的临床治疗上具有明显优势。
基于两种材料的特点与优势，笔者所在医院将负载DeX的mBG材料和经等离子体处理5min的pLLa纳米纤维材料复合处理，将其应用于狗大腿骨损伤的缺损部位。检验其治疗骨损伤恢复的效果，根据狗正常恢复的时间规律，分别于4、12周对狗治疗位置的骨组织进行取样检测，结果表明，狗骨组织恢复良好，新生骨组织与周围正常骨组织良好的接合，无不良反应。因此，可以证明mBG微管材料和经等离子体处理后的pLLa纳米纤维材料的复合治疗可有效提高治疗有效率，降低不良反应发生率。极具推广价值。
综上所述，笔者所在医院根据获取的资料及自身多年的研究经验分别设计了仿生多级孔生物活性玻璃支架材料、pLLa纳米纤维支架材料为主的仿生骨修复支架材料，采用等离子技术改良材料的活性，采用检测机制评估其生物相容性和成骨诱导能力，并根据其成骨诱导机制原理与优点将其投用于动物的体内进行骨缺损修复实验，手术完成后，评估修复效果。结果表明，发现mBG材料和纳米纤维材料均可以通过各种技术处理，提高其相容性、生物活性、成骨活性。从而有效地提高材料应用于人体治疗的骨损伤修复效果。
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