• 2020年第6期文章目次
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      2020, 35(6).

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      摘要:

    • 封面

      2020, 35(6).

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      摘要:

    • 《医用生物力学》2020年第35卷总目次

      2020, 35(6).

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      摘要:

    • 《医用生物力学》2020年第35卷第1~6期关键词索引

      2020, 35(6).

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      摘要:

    • 《医用生物力学》2020年第35卷第1~6期作者索引

      2020, 35(6).

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      摘要:

    • >专家论坛
    • 神经生物力学增能技术前沿与进展

      2020, 35(6):649-687.

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      摘要:近年来,神经生物力学增能技术改善和提高人体机能和运动能力的作用受到国内外广泛关注。总结通过如非侵入式脑刺激和来自运动装备的生物力学增能技术对人体运动表现影响的新成果,并进一步探讨其改善并促进人体运动能力的可能机制,归纳基于动物实验已取得的初步证据以及人体多关节运动下神经动作控制的生物力学研究,阐释大脑皮层调控激活-神经肌肉协调控制两个层面下人体运动能力增强的协同发展及其与运动装备的融合,为未来我国神经生物力学及人体运动生物力学的前沿发展和研究定位提供参考。

    • >专栏
    • 深蹲动作下三连杆模型的对比分析

      2020, 35(6):658-664.

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      摘要:目的 探讨三连杆模型用于深蹲动作互动动力学分析的合理性,明确三连杆模型与Visual 3D计算关节力矩的差异来源。方法 选取8名受试者,通过Vicon获取深蹲动作运动学数据,采用拉格朗日第二类方程建立三连杆动力学方程,基于Mathematica编程计算获取关节力矩,与Visual 3D下肢链节段模型计算结果进行对比分析,并采用复相关系数(coefficient of multiple correlation, CMC)评价两者的相似程度。结果 8名受试者髋、膝关节CMC均大于0.85,踝关节CMC在0.50~0.85之间,三连杆动力学方程和Visual 3D计算的关节力矩在髋、膝关节处高度相似,在踝关节处仅呈现中度相似性。结论 三连杆模型可用于深蹲动作的关节力矩分析以及进一步的环节互动动力学分析,但应当考虑由地面反作用力引起的互动力矩(外力矩)对踝关节力矩的影响。

    • 跑姿再训练对冲击力、下肢生物力学及刚度的影响

      2020, 35(6):665-671.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过建立12周跑姿再训练(gait retraining,GR)的干预模式(即通过一定的姿态目标改变跑者原有跑姿),确定GR前后跑步时垂直地面反作用力(vertical ground reaction force, vGRF)以及髋、膝、踝三关节运动学、动力学和下肢刚度特征的变化,探究跑姿转换对冲击力和下肢生物力学的影响。方法 采用Vicon 运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集30名跑步爱好者(GR组15人,对照组15人)GR前后穿着极简鞋以 12 km/h±5%速度通过测力台的GRF以及标记点轨迹。结果 共17名受试者(GR组9人,对照组8人)完成训练。训练后两组最大负载率都显著下降,GR组相比对照组最大负载率更低;GR组足部触地角度显著减小,两组跖屈角度和髋关节蹬伸角速度都显著增加;GR组踝关节力矩增加;两组下肢刚度均显著增加。结论 成功建立12周GR运动干预模型(前掌着地转化率为78%)。GR能有效避免冲击力峰值、降低最大负载率、提高下肢刚度,进而在减小甚至避免由冲击力引起的跑步损伤风险的同时,为提高跑步经济性提供可能。

    • 髌股关节痛业余跑者性别特异的下肢生物力学特征

      2020, 35(6):672-678.

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      摘要:目的 研究髌股关节痛(patellofemoral pain,PFP)业余跑者性别特异的下肢生物力学特征。方法 选取15名男性和10名女性PFP业余跑者作为实验组,并匹配25名无损伤业余跑者作为对照组。采集所有受试者跑步时的下肢运动学、动力学和表面肌电数据。采用双因素方差分析确定组别与性别对跑步时下肢生物力学特征的影响。结果 男性PFP业余跑者跑步缓冲期最大膝屈角度显著大于对照组;男性和女性PFP业余跑者跑步缓冲期最大髋内收角度显著大于对照组,且女性显著大于男性。结论 不同性别PFP业余跑者在跑步时表现出不同的下肢生物力学特征,PFP临床治疗应具有性别特异性。

    • 踝关节贴扎在优势侧落地动作中对膝关节生物力学特性的影响

      2020, 35(6):679-684.

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      摘要:目的 研究踝关节贴扎(限制踝关节内翻跖屈)在优势侧单腿落地动作中对膝关节生物力学特征的影响。方法 在踝关节未贴扎和贴扎两个条件下,18位业余运动员执行优势侧单腿落地动作,使用Vicon三维运动捕捉系统、Kistler测力台和Noraxon 表面肌电系统共同采集运动学、动力学、表面肌电数据,进行统计学分析。结果 与未贴扎相比,贴扎后触地时刻的膝关节屈曲角度和接触地面过程中膝关节最大屈曲角度显著性增加,而膝关节最大外翻角度显著性减小。结论 限制踝关节内翻跖屈贴扎可能会降低前交叉韧带损伤的风险。踝关节贴扎的干预方式能够改变在落地动作中膝关节生物力学指标。限制踝关节内翻跖屈贴扎可以作为预防大学生运动员前交叉韧带损伤的有效措施。

    • 变频振动训练对功能性踝关节不稳的影响

      2020, 35(6):685-691.

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      摘要:目的 研究变频振动训练对功能性踝关节不稳(functional ankle instability, FAI)患者下肢肌肉爆发力、平衡能力和踝关节周围肌肉功能的影响,为FAI患者的临床康复训练提供实证依据。方法 共招募26例FAI患者,并随机分为实验组(14人)和对照组(12人),实验组接受8周康复训练及振动干预,对照组仅接受8周康复训练。在训练前后测量和对比受试者患肢单腿纵跳最大功率、平均功率、最大速度和平均速度,立定跳远距离,睁、闭眼单腿站立时间,内侧腓肠肌(medial gastrocnemius, GM)、外侧腓肠肌(lateral gastrocnemius, GL)和胫骨前肌(tibialis anterior, TA)的肌肉收缩时间(tc),放松时间(tr)和径向位移(Dm)。结果 实验组受试者患肢单腿纵跳最大功率和最大速度、单腿立定跳远距离和睁、闭眼单腿站立时间均显著提高,且其增幅都高于对照组;实验组受试者 所有肌肉tc增幅均低于对照组,但tr和Dm并没有呈现规律性。结论 变频振动训练能够有效地提高FAI患者爆发力和平衡能力,促进GL、GM和TA的tc缩短,但对降低肌张力和促进肌肉放松效果尚不明确。

    • 椭圆交叉训练机锻炼时人体生物力学与动力学特点

      2020, 35(6):692-697.

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      摘要:目的 分析椭圆交叉训练机锻炼过程中人体生物力学与动力学特性。方法 通过三维建模软件建立一种椭圆交叉训练机模型,在AnyBody软件中建立人体骨肌模型,然后将人体骨肌模型与椭圆交叉训练机模型进行耦合仿真。结果 在椭圆交叉训练机锻炼过程中,躯干部位中腰椎L5受作用力最大达到1.023 kN,腹外斜肌和腹内斜肌激活程度最大分别为80%和40%。下肢肌群中肌肉最大激活程度均未超过40%,且地面给予足底的最大反作用力为600 N。结论 人体使用椭圆交叉训练机进行锻炼可以缓解慢性腰痛患者疼痛,有助于提高脑卒中偏瘫患者躯干控制能力及平衡功能。对比跑步锻炼,使用椭圆机交叉训练机锻炼能起到保护人体膝关节的作用。

    • 基于AnyBody仿真的瑜伽动作下肢生物力学特征

      2020, 35(6):698-704.

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      摘要:目的 选取树式和燕式平衡两个瑜伽单腿支撑动作,对比专业组和非专业组下肢关节角度、关节力、肌力的生物力学特征,为瑜伽初学者科学健身以及康复医师确定运动处方提供理论依据。方法 采用BTS红外动作捕捉系统采集运动学数据,Kistler测力台采集动力学数据,AnyBody 7.0 仿真软件计算下肢关节力和肌力,Biodex平衡测试系统评估单支撑稳定性。结果树式和燕式平衡动作中,下肢肌力均表现出专业组大于非专业组。树式支撑腿:胫骨前肌、臀中肌后束、髂肌内侧、缝匠肌肌力大于非专业组(P<0.05)。树式平衡腿:股二头肌短头、缝匠肌,梨状肌、下籽肌、髂肌外侧、髂肌内侧、臀大肌下束、闭孔内肌大于非专业组(P<0.05)。燕式支撑腿:胫骨前肌、趾长伸肌、拇长伸肌、闭孔内肌、臀大肌上束大于非专业组(P<0.05)。燕式平衡腿:拇长伸肌大于非专业组(P<0.05)。PS-BI总体、前后方向以及单腿站立(athlete single leg, ASL)总体、前后方向、左右方向的分数,专业组显著小于非专业组(P<0.05)。结论 关节角度影响下肢肌肉练习的程度,在瑜珈练习时应注意动作的规范和相应肌肉的锻炼。树式动作中,非专业组双腿肌力都与专业组存在显著差异,燕式平衡动作的差异更多地表现在支撑腿上。瑜伽练习能够多方位提高单腿支撑稳定性。

    • >论著
    • 胶原纤维束对软骨力学性能的影响

      2020, 35(6):705-711.

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      摘要:目的 研究胶原纤维束对软骨力学性能的影响,为临床医生指导早期软骨损伤患者的康复运动提供参考。方法 建立一种纤维增强的多孔黏弹性二维数值模型,考虑纤维分布、弹性模量、孔隙率和渗透率随软骨深度的变化关系。研究纤维束局部断裂和从表面渐进断裂以及纤维束尺寸对软骨力学性能的影响,获得软骨基质的最大主应变。结果 基质的最大主应变出现在软骨中层靠上某个位置,此位置不受纤维断裂模式和纤维束尺寸的影响。含较粗纤维束软骨的应变降低。结论 软骨中层易发生力学损伤,纤维束增粗可以降低基质的最大主应变,一旦纤维束发生断裂,较粗纤维束的软骨的基质最大主应变更大,使软骨更易发生损伤演化情况。

    • Bernese髋臼截骨术术前规划中骨盆建模对结果的影响

      2020, 35(6):712-717.

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      摘要:目的 探究在Bernese髋臼截骨术的术前规划中不同建模完整程度对髋臼应力分布和截骨最佳角度结果的影响。方法 对1位髋关节发育不良患者按照建模完整程度不同建立两个模型,模型1包括患侧髋骨和股骨,模型2包括完整骨盆及患侧股骨。对比分析两个模型单腿站立情况下髋臼软骨接触压力、面积和分布情况,并模拟截骨,分析两种建模方式对术前规划结果的影响。结果 术前模型2相比模型1接触压力大、接触面积小,并且分布更靠近髋臼月状面上边缘。比较11个术后方案,模型1的接触压力变化幅值和最佳截骨角度均小于模型2。结论 建模完整程度只有患侧髋骨和股骨的术前分析结果会低估应力集中程度和误判应力集中点的位置,并且其最佳截骨旋转角度结果较小。研究结果为截骨术前规划建模提供一定理论依据。

    • 基于多孔介质模型的血流导向装置栓塞颅内动脉瘤的敏感性

      2020, 35(6):718-724.

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      摘要:目的 应用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)技术模拟不同血流导向装置(flow diverter, FD)参数对血流动力学的影响,为术前制定合理治疗策略提供可行方法。方法 运用多孔介质模型模拟FD置入动脉瘤的过程,针对特定FD(Tubridge)计算其自身特有的多孔介质动量源参数(渗透率、惯性阻力)初始值。比较不同动量源参数值(初始值80%、90%、100%、110%、120%)情况下血流速度、壁面剪切应力(wall shear stress, WSS)、体积流量、瘤顶压力等血流动力学参数的变化,并进行多孔介质模型针对病人特异性颅内动脉瘤(intracranial aneurysm, IA)血流动力学参数的敏感性分析。结果 IA各血流动力学参数对多孔介质模型渗透率的敏感性为:载瘤动脉WSS>瘤体WSS>瘤顶压力,而各参数均对惯性阻力的敏感性较低。结论 应用多孔介质模型能够通过选择不同的渗透率参数模拟不同FD金属覆盖率(metal coverage, MC),对不同MC的FD进行建模需要调整特定的渗透率设置。

    • LASIK手术剩余基质床厚度安全保留值的数值模拟

      2020, 35(6):725-731.

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      摘要:目的 分析准分子激光原位角膜磨镶术(laser-assisted in situ keratomileusis, LASIK)手术不同剩余基质床厚度(residual stromal bed thickness,RSBT)在不同眼压(intraocular pressure, IOP)下对角膜几何变形和应力变化的影响,并评估3种RSBT保留值(250、280、300 μm)的安全性。方法 利用ABAQUS有限元软件建立正常角膜与术后不同RSBT角膜的有限元模型,设置合适的加载与边界条件,计算得出相应的位移与应力。结果 RSBT=250 μm的术后角膜在IOP=2.66 kPa作用下和正常角膜在IOP=5.32 kPa作用下产生的顶点位移基本相等。RSBT=280 μm处于圆锥角膜发病低危区,而RSBT=250 μm已经进入高危区;RSBT为280~300 μm之间某值时,应力分布规律与正常角膜基本一致。RSBT=300 μm时,角膜基质层的张应力强度丧失约40%。结论 RSBT=300 μm为LASIK手术比较合理的最低保留值,RSBT=250 μm是高风险值,在RSBT=330~340 μm时,对大部分患者来说,LASIK手术足够安全。

    • 基于有限元法研究顺产肛提肌损伤与盆底疾病的发生

      2020, 35(6):732-738.

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      摘要:目的 模拟阴道分娩及休息时骨盆韧带肌的生物力学特性,探讨阴道分娩时肛提肌损伤、盆腔器官脱垂及压力性尿失禁。方法 建立正常的骨盆-韧带-肌肉三维非线性有限元模型,计算不同腹压和载荷下肛提肌应力、应变分布及损伤情况;计算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型压力性尿失禁以及盆腔脏器脱垂的应力、应变分布及损伤情况。结果腹压为1 kPa,载荷为3、5、8 kPa和腹压为1.5 kPa,载荷为3、5、8 kPa情况下,肛提肌最高等效应力分别为14、29、43、86、144、230 kPa;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型压力性尿失禁以及盆腔脏器脱垂的应力为1.69、1.01、0.70、1.58 MPa。结论 阴道分娩造成肛提肌的耻骨直肠肌和耻骨尾骨肌中部受损,与盆底功能障碍肛提肌损伤部位一致。用科学方法找出盆底在阴道分娩时的精确损伤部位,为临床医生预防盆底疾病和制定产后康复训练提供参考依据。

    • 力学刺激对巨噬细胞极性的影响

      2020, 35(6):739-743.

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

      摘要:目的 探讨力学刺激对巨噬细胞极性的影响。方法 使用不同幅度、时间张应变刺激RAW264.7细胞,CCK-8试剂检测细胞活性以明确使用的力学刺激参数。将RAW264.7细胞诱导为M1型巨噬细胞,并施加10%幅度、2 Hz张应变。使用CCK-8、流式细胞仪检测张应变对细胞活性、凋亡的影响。运用实时荧光定量聚合酶链反应仪(quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)检测张应变对M1型巨噬细胞炎症相关基因表达量的影响。结果 在刺激3 h后,15%和20%幅度、2 Hz张应变会显著抑制细胞活性(P<0.05),而10%幅度、2 Hz张应变不会对RAW264.7活性产生抑制作用(P>0.05)。10%幅度、2 Hz张应变对M1型巨噬细胞凋亡、活性无显著影响(P>0.05)。10%幅度、2 Hz张应变可以显著抑制M1型巨噬细胞炎症相关因子白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的表达(P<0.05)。结论 10%幅度、2 Hz力学刺激可抑制M1型巨噬细胞,促使其向M2型转化。力学刺激可能成为炎症相关疾病的一种治疗手段。

    • 左室收缩末期生物力学变化与舒张性心衰发病机制的相关性

      2020, 35(6):744-749.

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      摘要:目的 分析原发性高血压患者左心室收缩末期最大心肌劲度(maxEav)、最大弹性模量(Emax)与二尖瓣环舒张早期与心房收缩期峰值速度比(E/A)的相关性。方法 选取298例原发性高血压患者作为研究对象,计算患者的左室质量指数(left ventricular mass index,LVMI)和相对室壁厚度(relative wall thickness,RWT),并基于LVMI和RWT指标分成4组,分别为正常结构(left ventricular normal,LVN)、向心性重构(left ventricular concentric remodeling,LVCR)、离心性肥厚(left ventricular eccentric hypertrophy,LVEH)、向心性肥厚(left ventricular concentric hypertrophy,LVCH)。另选取115名健康人入对照组。对入选者进行超声心动图诊断,分析maxEav、Emax与E/A之间的相关性。结果 LVCR、LVEH、LVCH 3组研究对象maxEav、Emax与E/A均呈现负相关。LVCR组、LVCH组与对照组间E/A比较,差异具有统计学意义。与对照组相比,高血压各组maxEav、Emax均减小,差异具有统计学意义。结论 maxEav、Emax是判断左室舒张功能更为敏感且简便易得的指标。分析高血压左室重构合并舒张功能异常患者maxEav、Emax变化,探索舒张性心衰的发病机制,可以为今后预防及治疗舒张性心衰提供理论依据。

    • 改进型耻骨联合分离记忆合金内固定器的 生物力学特性

      2020, 35(6):750-753.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究改进型耻骨联合分离记忆合金内固定器生物力学特性。方法 采用10具骨盆标本,建立耻骨联合分离损伤模型,对照组复位后采用动力加压钢板固定,实验组复位后采用改进型耻骨联合分离记忆合金内固定器固定,比较两种内固定的生物力学稳定性。结果 两组模型均无松动,内固定无断裂。实验组耻骨联合在水平、前后、垂直3个方向的位移与对照组比较均明显减小(P<0.05)。结论 改进型耻骨联合分离记忆合金内固定器对抗水平和前后方向拉力以及垂直剪切力均优于动力加压钢板。

    • >综述
    • 初级纤毛在关节软骨中的生物力学效应

      2020, 35(6):754-759.

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

      摘要:生物力学因素对于关节软骨的稳态维持具有至关重要的作用。初级纤毛是一种可同时感受力学信号和化学信号的细胞器,并于软骨细胞膜表面也存在有初级纤毛分布。其与多个信号转导通路相关,共同参与软骨细胞表型维持和物质代谢的过程。同时,初级纤毛的异常也关联到多种人类的骨关节类疾病。主要论述初级纤毛在软骨细胞力学微环境中的作用,以及与其他信号通路的交互作用机制,探讨其与骨关节疾病的联系,以期为骨科临床和基础科研提供一定的科学依据。

    • 力学因素对血管内皮细胞成血管影响及机制的研究进展

      2020, 35(6):760-767.

      摘要 (5) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:血管内皮细胞的成血管能力受多重力学因素的影响。力学因素通过调控血管内皮细胞生长的微环境,引导细胞骨架重排,介导细胞内信号转导,影响细胞迁移、连接等行为,进而调控其成血管水平。然而不同性质的力学刺激对其成血管能力的调节作用不尽相同。综述及讨论5种力学因素(剪切力、牵张力、低强度脉冲式超声、微重力和材料性质)对血管内皮细胞成血管影响的研究工作及进展,为深入研究血管生物力学提供基础与思路。

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