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  • 梯度流体剪应力下破骨前体细胞迁移与胞内钙分布关联性研究
    张竞之 杨爱玲 高颜 王淑容 霍波
    录用日期: 2024-06-12
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 阐明局部力学微环境下破骨前体细胞迁移的机制,即明确局部梯度流体剪应力是否会造成胞内Ca2+浓度梯度的特异性分布,并最终决定细胞的迁移方向。方法 利用COMSOL软件对流动腔内的流体剪应力分布进行数值模拟。建立流体剪应力作用下破骨前体细胞RAW264.7胞内Ca2+染色方法,并对细胞施加梯度流体剪应力,然后定量分析胞内Ca2+浓度分布和动态变化以及细胞迁移参数。 结果 实验结果表明,破骨前体细胞更倾向于向低流体剪应力区域迁移,且振荡流会调节细胞内Ca2+沿细胞迁移方向分布,当阻断力敏感阳离子选择性通道、磷脂酶C、内质网钙信号通路和清除细胞外钙后,细胞向低流体剪应力方向的迁移速度显著降低,但是沿液体流动方向的迁移速度显著增强,同时细胞沿液体流动方向的Ca2+分布显著升高。结论 梯度流体剪应力作用下,破骨前体细胞可以感受到这种梯度效应,且胞内Ca2+沿迁移方向的特异性分布,最终导致破骨前体细胞向低流体剪应力区域迁移。该结果为最终阐明动态外力作用下骨组织重建的细胞和分子机制提供了较为重要的基础数据。
    树突状细胞迁移行为刚度感知关键分子研究
    许喻鈞 刘洋 安宸毅 曾柱
    录用日期: 2024-06-12
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 探索树突状细胞(DC)感知细胞外力学微环境变化动态调整其迁移行为的分子机制。方法 通过构建不同刚度水凝胶基底解析DC力学微环境对其迁移行为的调控作用;随后通过构建大鼠肝脏纤维化模型并利用免疫组化实验探究肝脏纤维化对DC迁移能力的影响;通过生信分析人/小鼠纤维化肝脏单细胞测序数据寻找介导DC迁移行为力学感知的关键分子,并利用RT-qPCR验证上述关键分子在不同刚度基底上小鼠DC中的表达量。结果 DC在硬基底上迁移能力显著低于较软基底;大鼠纤维化肝脏中的DC浸润增加;肝硬化患者与正常人肝脏浸润DC相比存在682个差异表达基因(DEGs),进一步通过KEGG和GO通路富集分析并聚焦细胞骨架调控、迁移相关基因,筛选出12个可能介导DC迁移刚度感知的关键分子。其中AIF1、GPR65、MYL12B、RAC1、RHOG基因在肝硬化患者中表达上调,而ACTB、ACTG1、ARF6、CDC42、COTL1、PFN1、TMSB10等基因表达下调。培养在硬基底上的小鼠DC中ACTB、CDC42表达量下调,与人体肝硬化患者肝DC情况中情况一致。结论 肝脏纤维化潜在导致DC迁移能力受损,进而导致DC浸润增加,ACTB、CDC42两种分子有可能是介导DC迁移行为刚度感知的关键调控分子;本文初步探究了DC感知环境刚度变化动态调整其迁移行为的关键分子,针对上述分子的调控手段将有望调控体内DC迁移效率,为改善DC介导的抗肿瘤免疫功能提供理论依据和新策略。
    中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯的静态平衡足底压力特征分析
    史祎 许亚民 马晓丽 王政 李宝新 孟林盛
    录用日期: 2024-06-12
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    摘要:目的 了解中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯(Adolescent idiopathic Scoliosis,AIS)与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征差异,为脊柱侧弯的筛查、评估、治疗和评价预后提供科学依据。方法 选取30例中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯为AIS组,选取30例同龄健康女性青少年为对照组,采集静态平衡足底压力数据,将两组进行比较分析,分析其足底压力分布特征。结果 1. 足底压力特征方面,AIS组左、右足的平均压力(P<0.05)和后足压力(P<0.05)均显著大于对照组,前足压力均显著小于对照组(P<0.05),双足对称性指数(Symmetry Index,SI)显著大于对照组(P<0.05)。AIS组左足的A3区、A8区足底压力显著大于对照组(P<0.05),A5区、A6区和A7区足底压力显著小于对照组(P<0.05);AIS组右足的A1区和A8区足底压力显著大于对照组(P<0.05),A4、A7区和A10区足底压力显著小于对照组(P<0.05)。 2. 足底压力中心 (Center of Pressure,COP)方面,AIS组的足底COP轨迹长度、95%信赖区间椭圆面积、COP左-右移动最大距离(COP-X)和 COP前-后移动最大距离(COP-Y)均显著大于对照组(P<0.05)。结论 中度Lenke 3CN型AIS患者与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征存在显著性差异,足部压力会偏向侧弯凸侧,双足的对称性、稳定性较差,平衡控制能力较弱。
    改良皮质骨轨迹螺钉技术联合椎弓根螺钉技术对融合节段影响的有限元分析
    肖扬 王轶希 张瑞 张涛 阿卜杜萨拉木·托合提 陈琪豪 木在帕尔·买吐送 帕尔哈提·热西提
    录用日期: 2024-06-07
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的:基于 L4-L5节段后路腰椎椎间融合术 (PLIF)模型研究双侧椎弓根螺钉 (BPS) 和双侧改良皮质骨轨迹螺钉 (BMCS) 联合固定技术的生物力学。方法:根据3具尸体腰椎标本,建立了L1-S1腰椎的有限元模型。BPS-BPS(L4- L5,TT)、BPS-BMCS(L4 -TT 和 L5-MCBT)、BMCS-BPS(L4-MCBT 和 L5-TT)和 BMCS-BMCS(L4-L5,MCBT)植入到每个 FE 模型中。在 400 N 载荷和 7.5 Nm力矩的屈曲、后伸、弯曲和旋转条件下,比较 L4-L5 节段的运动范围 (ROM)、内固定系统、Cage和连接棒的峰值应力。 结果:BMCS-BPS在旋转工况下的ROM、Cage、内固定系统和连接棒峰值应力均小于其余组。BPS-BMCS和BMCS-BPS较BPS-BPS显著降低了弯曲、旋转工况下L4-L5节段 ROM,较BMCS-BMCS显著降低了旋转工况下L4-L5 ROM。BPS-BMCS和BMCS-BPS在弯曲工况下较BPS-BPS和旋转工况下较传BMCS-BMCS显著减少Cage沉降的风险。BPS-BMCS和BMCS-BPS较BPS-BPS、BMCS-BMCS显著降低了弯曲、旋转工况下连接棒断裂失效的风险,且增强了内固定系统的稳定性。结论:PLIF联合BPS-BMCS 和 BMCS-BPS固定技术,可为人体在弯曲和旋转时可提供较好的内固定系统稳定性、椎体稳定性以及较低的Cage沉降和连接棒断裂风险,从而提高手术成功率和患者的康复效果。
    基于XCM模型预测排球运动员ACL应力
    张楠 孟庆华 鲍春雨
    录用日期: 2024-06-07
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 通过XCM深度神经网络预测排球运动员扣球落地左腿前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)应力情况。方法 基于核磁共振和CT影像建立完整的膝关节有限元模型;通过8镜头Qualisys动捕系统和Kistler三维测力台同步采集排球运动员运动学和动力学数据;通过OpenSim中的肌骨模型计算膝关节力矩,关节力矩作为有限元模型的输入,输出ACL应力;运动学、动力学数据作为神经网络的输入,ACL应力作为输出。结果 排球运动员扣球落地ACL等效应力峰值为27.7±0.36MPa;最大主应力为8.2±0.23MPa;最大剪切应力为14.7±0.32MPa;等效应变5.7±0.008%、最大主应变5.0±0.006%、最大剪切应变7.6±0.009%。预测值与计算值间NRMSE为5.84%~7.12%,RMSE为0.251~0.282。结论 XCM深度神经网络模型可在一定范围内预测排球运动员扣球过程中ACL应力情况;为获得排球运动员生物力学数据提供新途径;帮助排球运动员预防ACL损伤提供有效方法。
    基于交通事故案例的三岁儿童乘员损伤机理研究
    李海岩 王一达 贺丽娟 吕文乐 崔世海 阮世捷
    录用日期: 2024-06-05
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 通过再现真实交通事故案例探究三岁儿童乘员损伤机理。方法 应用车辆有限元模型和图斯特三岁儿童乘员损伤仿生模型(TUST IBMs 3YO-O),再现CIREN数据库中的交通事故案例,通过综合分析delta V、车辆重量和变形能反求碰撞前车辆的速度,设置碰撞仿真试验再现案例所描述的儿童乘员损伤,分析损伤机理。结果 TUST IBMs 3YO-O模型完整地再现出碰撞事故中儿童乘员的损伤。进一步对当前采用的儿童乘员损伤评价参数及阈值进行分析:儿童乘员头部运动学响应与头部生物力学响应表现出差异性,儿童乘员颈部损伤与案例中描述一致,儿童乘员胸腔内部组织器官生物力学响应表明其没有出现损伤情况,但是胸部3ms合成加速度超出阈值。结论 未来需要增强对生物力学模型的评价,应用高生物逼真度的人体生物力学模型再现交通事故中乘员损伤,不仅更加清晰的观察事故中乘员的运动学响应,深度分析碰撞损伤机理,还为数字化评估提供参考依据,也将为儿童乘员保护装置研发和安全法规制订提供参考。
    未成熟树突状细胞吞噬抗原3小时的微丝细胞骨架结合蛋白的研究
    李道红 罗代琴 曾宪琳 张帅 徐朴 吴翠芳 王赟 叶远浓 胡祖权 龙金华 曾柱
    录用日期: 2024-06-05
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 分析影响未成熟树突状细胞(immature dendritic cells,imDCs)行使抗原吞噬功能时的关键微丝细胞骨架结合蛋白(microfilament cytoskeleton binding proteins,MCBPs)。方法 从健康人外周血中分离单核细胞(monocytes,MOs),经细胞因子诱导培养获得imDCs和成熟树突状细胞(mature dendritic cells,mDCs);将imDCs分别与低分子量(40kD)和高分子量(150 kD)的右旋糖酐孵育1、3、6小时,正常培养的细胞作对照,流式细胞技术检测吞噬了右旋糖酐的imDCs的百分率;将imDCs与40kD的右旋糖酐孵育3小时,流式细胞技术检测imDCs的免疫表型分子,免疫荧光技术观察丝状肌动蛋白(filamentous actin,F-actin)的变化及PFN1、WASP、α-actinin在细胞中的定位,qPCR和WB分别检测MCBPs的mRNA和蛋白表达差异,利用系统生物学算法中的逐步回归和主成分分析方法筛选成分系数最大的MCBPs。结果 imDCs对低分子的抗原吞噬更快,吞噬时长维持3个小时左右;imDCs吞噬抗原3小时,细胞表型和形态逐渐向mDCs分化,并且F-actin发生了明显的重塑,其MCBPs包括PFN1、CDM、WASP、CAPZB、Filamin A、α-actinin的表达发生了下调,WAVE1、Arp2/3 复合体、Fascin的表达发生了上调;信号蛋白Rac1的mRNA表达上调,CDC42和RhoA的mRNA表达下调;免疫荧光结果显示PFN1、WASP、α-actinin在imDCs吞噬抗原过程中发生转位;PFN1的成分系数最大。结论 在imDCs行使抗原吞噬功能时PFN1可能是该过程中的关键MCBPs,这对于深入理解imDCs免疫学功能来说具有重要意义。
    跆拳道后横踢动作运动员膝关节肌肉用力特征研究
    贾孟尧 马勇 熊俊 刘林 彭骞 蔺世杰 郑伟涛
    录用日期: 2024-05-29
    [摘要](31) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 探索跆拳道后横踢动作膝关节的肌肉发力特征。方法 通过DaeDo电子打分系统并配合Vicon光学动作捕捉系统、Kistler三维测力台,采集12名高水平竞技跆拳道运动员后横踢动作运动学和动力学数据,通过OpenSim软件进行模拟,计算膝关节的肌肉力、关节力矩、关节刚度及肌肉协同工作模式。结果 进攻腿在提膝时刻的膝关节冠状轴力矩和回收时刻的冠状轴力矩相似,而矢状轴力矩在击打时刻达到峰值。垂直轴力矩在击打时刻相较准备时刻增加较小,显示出平稳的趋势。支撑腿在提膝时刻的冠状轴力矩最大,矢状轴力矩在击打时刻最大,而垂直轴力矩在准备时刻最大。进攻腿和支撑腿的膝关节在提膝时刻出现了较高的关节刚度,这可能会导致十字韧带等关节结构损伤。肌肉力方面,进攻腿的半膜肌、半腱肌等肌群在击打时刻表现出力峰值,支撑腿则在回收时段力峰值较大。此外,本研究发现四类肌肉协同模式,表明在后横踢动作中存在复杂的神经肌肉协调机制。结论 进攻腿在提膝和击打时刻膝关节冠状轴力矩较大,矢状轴力矩在击打时刻达到峰值;支撑腿在提膝时刻膝关节冠状轴力矩最高,矢状轴力矩在击打时刻达峰值。进攻腿半膜肌和股二头肌长头在击打时段力量较大,支撑腿半膜肌和腓肠肌内侧头则在回收时段力更大,跆拳道后横踢动作中存在四种肌肉协同模式。
    运动性疲劳对收腹起跳阶段下肢肌肉协同特征的影响
    董文慧 王瑶 孙媛 马运超
    录用日期: 2024-05-29
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 量化运动性疲劳(Exercise-induced Fatigue,EIF)前后运动员进行收腹起跳阶段中的下肢肌肉协同特征,揭示EIF对运动员收腹起跳阶段下肢肌肉协同特征的影响。 方法 比较10名田径专项班的二级男性运动员EIF干预前后收腹起跳阶段的下肢表面肌电数据,分析EIF前后肌肉协同结构,采用配对样本T检验的方法比较前后协同参数的差异。 结果 EIF前后均提取出2个协同元,且存在肌肉协同结构的交替激活。EIF后,协同元二的激活程度显著下降,从53.21±7.90降至53.21±7.90,协同元一无显著变化。EIF后协同元一的股直肌贡献度显著增加,从0.37±0.04增至0.44±0.07,半腱肌贡献度显著降低,从0.13±0.05降至0.08±0.05。 结论 在收腹起跳中,随EIF增加,下肢各肌肉协同元的激活程度降低,协同元一中吸收地面反作用力的股直肌贡献程度增加,提示股直肌存在拉伤风险,应加强预防股直肌损伤。
    双开窗技术治疗复杂主动脉夹层的血流动力学分析
    王旭 韩青松 白李波 冯海全
    录用日期: 2024-05-29
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 依据临床手术统计实例,探究双开窗分支支架不同程度植入病变胸主动脉后血流场的影响。方法 建立胸主动脉、胸主动脉覆膜支架以及分支血管覆膜支架,采用有限元计算的方法,对分支支架不同程度(5mm、10mm、15mm)植入病变主动脉进行分析,借助体外测速实验平台,进行实验验证。结果 分支支架不同程度植入胸主动脉对维持血流场稳定灌注存在一定规律,其中编号为D10-5组的分支血管血流灌注率处于良好水平,MAX TAWSS为最低水平的44.94Pa,为仿真结果最优组。结论 保持左锁骨下动脉(LSA)分支支架植入胸主动脉较短的情况下,适当增加左颈总动脉(LCCA)分支支架植入主动脉的深度,以获得更为稳定的血流场,为临床双开窗技术实践提供理论参考。
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