肌肉的生物力學(xué)特性范文
時(shí)間：2023-12-06 17:54:12
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篇1
關(guān)鍵詞：髖關(guān)節(jié)肌肉模型；生物力學(xué)；膝關(guān)節(jié)
引言
人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)送生物力學(xué)模型研究屬于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究范疇，而運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是運(yùn)動(dòng)科學(xué)中起步較晚，發(fā)展卻很迅速的一門學(xué)科，其研究范圍比較廣泛，主要包括生物與測(cè)量學(xué)、生物力學(xué)模型的建立和生物運(yùn)動(dòng)機(jī)制的電腦模擬等。其中，人體自身的研究是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中一個(gè)重要的研究方向，主要通過建模來實(shí)現(xiàn)。
髖關(guān)節(jié)是人體最大的一個(gè)關(guān)節(jié)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與活動(dòng)度兼?zhèn)?，能夠高效地維持人身體的運(yùn)動(dòng)和平衡。髖關(guān)節(jié)是由盆骨和股骨兩部分組成，通過股骨頭和髖臼連接在一起，大概有二十條肌肉參與了髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。近年來，髖關(guān)節(jié)在生物力學(xué)的基礎(chǔ)理論研究和骨科臨床的應(yīng)用研究中都是非常受重視的環(huán)節(jié)。
1 髖關(guān)節(jié)力學(xué)模型和肌肉模型的概況
運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的能取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，是與國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷的努力換來的結(jié)果，從而誕生了許多人體關(guān)節(jié)模型研究的成熟理論。人體關(guān)節(jié)力學(xué)模型的建立主要包括以下幾個(gè)部分：肌肉力學(xué)的研究、關(guān)節(jié)周圍肌肉的簡(jiǎn)化、關(guān)節(jié)肌骨力學(xué)模型的建立、模型調(diào)試和模型驗(yàn)證。
肌肉張力-長(zhǎng)度特性和肌肉張力-速度特性是肌肉得以正常收縮的兩個(gè)重要關(guān)系，兩者既相互制約又相互影響。1938年，經(jīng)典Hill方程的得出，使人們第一次從量的角度認(rèn)識(shí)到了肌肉張力-速度的變化關(guān)系。Huxley從橫橋和肌動(dòng)蛋白理論的微觀角度得出了橫橋模型，其與Hill方程具有很強(qiáng)的相似度。兩者的正確性得到了后來學(xué)者的研究認(rèn)同。肌肉是動(dòng)作的主要肌肉（原動(dòng)機(jī)）、肌肉不是動(dòng)作的主動(dòng)肌肉，在運(yùn)動(dòng)中被拉伸的這兩種形式是肌肉張力-長(zhǎng)度特性的兩種表現(xiàn)方式。在等張條件下肌肉張力-長(zhǎng)度曲線中最大作用力比較大，對(duì)應(yīng)的肌肉比較長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)荷載相同的條件下獲得的肌肉張力-長(zhǎng)度曲線中的最大力與同樣情況下用等長(zhǎng)條件所獲得的的最大力相比有相當(dāng)大地減少，骨骼肌不同工作條件下獲得的數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行合成。當(dāng)前的關(guān)節(jié)的肌骨模型研究瓶頸主要在于完整的肌肉張力-長(zhǎng)度-速度模型的建立，而不是將兩者孤立起來研究。
現(xiàn)在，研究關(guān)于下肢肌肉功能模型越來越多。2000年，一個(gè)解剖基人體下肢的生物動(dòng)力模型有王西十、白瑞蒲所提出，該模型可以在仿真人體下肢運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)之上，計(jì)算人體下肢的沖擊荷載或下肢節(jié)作用反力和肌肉群力，基本上堪稱一個(gè)完整的二維人體下肢解剖模型。
隨著人體動(dòng)力學(xué)模型研究的不斷深入，人體動(dòng)力學(xué)的建模正在走向由整體到局部、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展道路。單純的肌肉張力-長(zhǎng)度或肌肉張力-速度模型以滿足不了對(duì)肌肉的研究，并且模型中的參數(shù)越來越多，越來越精確。
2 肌肉力學(xué)模型的建立
2.1 肌肉生理特性分析
人體中的肌有多樣性，附著在髖關(guān)節(jié)周圍股骨和骨盆上的肌肉主要為骨骼肌，骨骼肌是髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。骨骼肌主要由腹肌和福建兩部分組成，其中肌腱是肌腹與骨骼的連接部分，結(jié)締組織和肌外膜包裹在肌肉外邊，起保護(hù)作用。
近似于連鎖式的肌細(xì)胞排列而成肌纖維，又有多條肌纖維“捆綁”而成纖維素，二纖維素是肌肉產(chǎn)生張力的主要部分。梭形肌或菱形肌，是纖維束與肌長(zhǎng)軸方向平行；半羽狀肌與羽狀肌，是與肌長(zhǎng)軸成一定的夾角；這兩種類型按纖維束排列方向和與肌長(zhǎng)軸關(guān)系把肌肉分成了兩種類型：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)肌和多關(guān)節(jié)肌。單關(guān)節(jié)肌，顧名思義，即為直接穿過一個(gè)關(guān)節(jié)的肌肉，例如股四頭肌中的股中肌、肌內(nèi)側(cè)肌等。膝關(guān)節(jié)的伸展與股中肌的伸展有直接關(guān)系，雙關(guān)節(jié)肌是穿過兩個(gè)關(guān)節(jié)的肌肉。多關(guān)節(jié)肌中最為常見的是雙關(guān)節(jié)肌，其主要存在于人體的下肢肌肉群中。雙關(guān)節(jié)肌的作用取決于關(guān)節(jié)中心到肌肉的垂直距離。若該距離較長(zhǎng)，則具有較大的作用力臂和力矩。膝關(guān)節(jié)的功能主要通過股直肌實(shí)現(xiàn)，其力矩遠(yuǎn)比髖關(guān)節(jié)大，屬于膝關(guān)節(jié)肌群范疇。而髖關(guān)節(jié)的功能主要表現(xiàn)在大腿的后群肌，后群肌的力臂又大于膝關(guān)節(jié)，故稱之為髖關(guān)節(jié)肌。關(guān)節(jié)的角度位置決定著雙關(guān)節(jié)肌的作用效率。股直肌對(duì)膝關(guān)節(jié)的伸膝效率增大，說明髖關(guān)節(jié)在伸展，如跑步中的后蹬階段。當(dāng)髖關(guān)節(jié)屈時(shí)，伸膝運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到抑制。雙關(guān)節(jié)肌在人體的運(yùn)動(dòng)過程中起到了儲(chǔ)存和釋放彈性的功能。起到減少單關(guān)節(jié)的做工量的主要作用的是下肢肌群中的雙關(guān)節(jié)肌。雙關(guān)節(jié)肌能夠利用一個(gè)關(guān)節(jié)做功另一個(gè)關(guān)節(jié)做負(fù)功來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。
2.2 肌肉力學(xué)模型的分析
肌肉作為動(dòng)物體最為主要的構(gòu)成組織，具有極其重要的功能特性，最為主要的是能夠接受神經(jīng)刺激產(chǎn)生收縮，進(jìn)一步牽引兩端的骨骼實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，影響肌肉張力大小的兩個(gè)最主要的因素是肌肉纖維的長(zhǎng)度變化關(guān)系和肌肉纖維的收縮速度變化關(guān)系，另外還與許多生理學(xué)因素相關(guān)。該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)肌肉的發(fā)力過程研究來說具有十分重大的意義。
隨著人們對(duì)肌肉力學(xué)模型的研究不斷深入，運(yùn)用數(shù)學(xué)、力學(xué)等交叉學(xué)科的研究手段對(duì)模型的建立和修改發(fā)揮著越來越重要的作用。張力-長(zhǎng)度特性和張力-速度特性是肌肉運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律中最為重要的兩個(gè)關(guān)系，也是肌肉力學(xué)建模中需要處理的兩項(xiàng)主要內(nèi)容。肌肉力學(xué)模型的未來發(fā)展方向，必將是兩者關(guān)系的整合體。
3 結(jié)束語(yǔ)
綜合上述，進(jìn)一步完善人體肌肉力學(xué)模型，使肌肉力學(xué)模型能夠充分反映肌肉收縮長(zhǎng)度、速度和肌肉張力之間的變化關(guān)系；通過解剖學(xué)、生理學(xué)進(jìn)一步清理髖關(guān)節(jié)周圍肌肉在不同動(dòng)作、不同位置和同一動(dòng)作的不同時(shí)間段所起到的作用，以及韌帶在運(yùn)動(dòng)過程中保護(hù)作用；將髖關(guān)節(jié)模型建立一個(gè)完善的空間三維模型，并和膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的研究結(jié)合實(shí)現(xiàn)人體下肢運(yùn)動(dòng)的仿真。
參考文獻(xiàn)
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篇2
研究對(duì)象:115名競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)員,運(yùn)動(dòng)水平從二級(jí)到運(yùn)動(dòng)健將。
一、分析和討論:
疲勞特征的發(fā)現(xiàn)可引導(dǎo)出下面的計(jì)算方法:這115名運(yùn)動(dòng)員具有一定的運(yùn)動(dòng)水平,他們?cè)谄鹋芎笏俣群图夹g(shù)指標(biāo)有著密切的相互影響、相互補(bǔ)償?shù)年P(guān)系,這樣可得出一次方程式,然后填入終點(diǎn)跑速度值,得出可計(jì)算的指標(biāo)數(shù)據(jù)。比較獲得的指標(biāo)數(shù)據(jù)和終點(diǎn)跑實(shí)際技術(shù)指標(biāo),就發(fā)現(xiàn)結(jié)果超出了一般跑的規(guī)律性,實(shí)際指標(biāo)或多或少的符合運(yùn)動(dòng)員在非疲勞狀態(tài)下的技術(shù)指標(biāo)。(表1)
計(jì)算公式:PTOPM=-5.288+4.38V(+-5.62),R=0.75
PTOPM表示負(fù)面力的縱向被加數(shù);V表示跑的速度;R表示相互關(guān)系系數(shù)?，F(xiàn)在把各項(xiàng)距離的終點(diǎn)跑速度值放入公式內(nèi),就可得到計(jì)算的負(fù)面力。(表2)
比較計(jì)算值和實(shí)際情況看出,在400米跑中實(shí)際的力不符合終點(diǎn)跑的速度。超出的力已被展示出來(方程式評(píng)價(jià)規(guī)格誤差=5.26)。這是由于疲勞的肌肉能夠產(chǎn)生更多有實(shí)際意義的力.顯然,就象用鐵制起跑器測(cè)量200米和800米起跑一樣,這樣的方法能減少制動(dòng)階段力學(xué)結(jié)構(gòu)中力的丟失,因?yàn)橥炔苛α孔龉Πl(fā)力大部分還是利用骨骼傳遞到踝關(guān)節(jié)。除了這些,這個(gè)方法還能幫助減少由于降低身體重心位于制動(dòng)階段造成速度的損失,但對(duì)蹬地階段支撐腿收縮肌肉的能力還不能從根本上起到作用?？梢?從正面的力和負(fù)面消極的力之間的聯(lián)系可以得出下面的公式:Pot=1.801+1.288Ptopm.(±9.06),r:0.76。
Pot=正面積極力的縱向因素,把負(fù)面消極力的影響和400米終點(diǎn)跑實(shí)際指標(biāo)放入公式中,可以得出:正面積極力應(yīng)該等于34.1Bt/kg。事實(shí)上,真正的數(shù)值少于38%,等于21.2±7.2 Bt/kg。
從上面的情況得出,對(duì)于400米沒有疲勞補(bǔ)償階段,跑的速度降低。疲勞肌肉低能力的收縮,在這種情況下不可避免的影響能力再生結(jié)構(gòu)―必然加大后蹬能力,顯然這種結(jié)構(gòu)能有效的提高活動(dòng)能力,它表現(xiàn)出與肌肉生物力學(xué)特性的聯(lián)系―肌肉越堅(jiān)硬有力,拉伸時(shí)間越短,就越能更多的利用聚集的機(jī)械力。在縮短制動(dòng)階段的高速度跑更有利于肌肉其他性能使用的再生結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。這些結(jié)構(gòu)的加強(qiáng),能有效的提高肌肉彈性能力,如腳底的屈伸運(yùn)動(dòng)。相反,運(yùn)動(dòng)員在支撐落地階段,當(dāng)肌肉拉長(zhǎng)的時(shí)間增大時(shí),聚集的機(jī)械能力很大程度上分散到肌肉中去。
那么,400米跑在過大支撐階段是否違背了依賴于肌肉的速度―拉伸條件呢?我們注意看實(shí)際情況:在終點(diǎn)跑中制動(dòng)時(shí)間提高了38%,達(dá)到80+15mc,但計(jì)算和反映出來的數(shù)據(jù)相比較,他們之間不存在實(shí)質(zhì)上的差別,符合等于0.073和0.080。計(jì)算公式為:
Ttopm=0.126-0.009V(±0.009),r=-0.83
Ttopm-制動(dòng)時(shí)間。這樣可以說明,制動(dòng)時(shí)間符合終點(diǎn)跑的速度,并不是它違背了肌肉速度―拉伸條件。而真正造成終點(diǎn)跑的技術(shù)原因是肌肉的生物化學(xué)特點(diǎn)而不是動(dòng)作技術(shù)的生物力學(xué)結(jié)構(gòu),在400米跑的最后階段,根據(jù)生物化學(xué)的測(cè)量結(jié)果,由于大量的乳酸積累而造成對(duì)神經(jīng)細(xì)胞積極功能性的抑制,大量的降低 ATF和KPF在血液中的含量,而增加ADF的含量。
因此,我們可以更多的了解到,在疲勞狀態(tài)下支撐腿肌肉拉長(zhǎng)和收縮的相互關(guān)系,擺在我們面前的許多重要的實(shí)際數(shù)據(jù)證明,提高局部肌肉的緊張強(qiáng)度與中距離跑的運(yùn)動(dòng)能力有著密切的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出,局部肌肉性能的提高,可以根據(jù)生物力學(xué)特性,更多的利用彈性特點(diǎn)有效的延緩跑的速度在終點(diǎn)跑階段的降落過程.
二、 研究結(jié)果:
1.在400米跑中出現(xiàn)的疲勞特征反映出違反了肌肉拉伸和收縮的相互關(guān)系。
2.證實(shí)提高局部肌肉的工作強(qiáng)度有利于在疲勞狀態(tài)下跑的運(yùn)動(dòng)效果。
篇3
關(guān)鍵詞：人體脊柱；跌到?jīng)_擊載荷；力學(xué)響應(yīng)特性
胸腰段是人體脊柱易發(fā)生骨折部位之一，約有79.5%的脊柱損傷為胸腰段骨折，且多由高處墜落所致。由于該處損傷機(jī)制十分復(fù)雜，治療費(fèi)用昂貴，嚴(yán)重增加了患者家庭及社會(huì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。人體胸腰段有限元研究的主要方向?yàn)樵u(píng)價(jià)手術(shù)內(nèi)固定與構(gòu)建脊柱骨折模型，而關(guān)于脊柱保護(hù)器的研究集中于矯形治療脊柱側(cè)彎的領(lǐng)域。目前，臨床對(duì)脊柱保護(hù)器的正確運(yùn)用仍缺乏相應(yīng)有的有限元研究[2]。本研究通過建立脊柱胸腰段模型，設(shè)計(jì)并建立脊柱保護(hù)器及三維模型，根據(jù)生物力學(xué)原理分析人體脊柱骨折機(jī)制，探討保護(hù)人體胸腰段的有效途徑。現(xiàn)報(bào)道如下。
1資料與方法
1.1一般資料 選取中國(guó)力學(xué)虛擬人數(shù)據(jù)集切片，共9000張圖片，格式為冷凍切片。給予三維有限元分析，觀察單一樣本。
1.2方法 ①建立胸腰段三維模型：經(jīng)中國(guó)力學(xué)虛擬人數(shù)據(jù)庫(kù)提取軟組織、骨等輪廓曲線，通過軟件構(gòu)建人體軀干模型，包括簡(jiǎn)化的軀干輪廓軟組織，骨盆、肋骨、骶骨、脊柱等輪廓曲線，軟組織應(yīng)用Mooney-Rivlin超彈性材料，應(yīng)用Hypermesh軟件將幾何面模型劃分成網(wǎng)格，建立人體軀干三維仿真模型，截取T11～L12節(jié)段模型為觀察對(duì)象。應(yīng)用四面體單元?jiǎng)澐帜Ｐ椭熊浗M織與松質(zhì)骨，三角形殼單元?jiǎng)澐制べ|(zhì)骨。②建立脊柱護(hù)具模型：運(yùn)用Hypermesh軟件構(gòu)建脊柱保護(hù)器模型，其形狀貼合腰背部、胸腹部與雙側(cè)肩部輪廓，下緣與骶尾部水平持平。選用1 cm厚海綿材料與厚度為3 mm的聚乙烯硬性材料，要求具有韌性。為固定脊柱保護(hù)器，模擬束縛帶，分別于腰部與肩關(guān)節(jié)前面兩側(cè)施以60N與80N的預(yù)緊力。③邊界條件與加載：對(duì)照組胸腰段模型未使用脊柱保護(hù)器，而觀察組應(yīng)用脊柱保護(hù)器。兩組模型均模仿真人體自高處墜落時(shí)坐骨著地情形，重力加速度設(shè)為9.8 m/s2，人體落地瞬間速度設(shè)為2 m/s，地面與模型之間摩擦系數(shù)為0.5。④采樣等效應(yīng)力單元：將胸腰椎橫斷面分為4個(gè)區(qū)，為中柱中心、前柱中心、后柱左右側(cè)中心。取4個(gè)區(qū)域等效應(yīng)力并計(jì)算平均值，予以分析。
1.3觀察指標(biāo) 對(duì)兩組模型目標(biāo)單元等效應(yīng)力及應(yīng)變進(jìn)行賦值、加載、運(yùn)算。
1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù)，采用Bartlett方差齊性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭蠺11～L12椎體所受應(yīng)力，P>0.1為滿足方差齊性；采用樣本t檢驗(yàn)，P
2結(jié)果
2.1胸腰椎體所受應(yīng)力變化情況 觀察組各椎體受力較對(duì)照組均勻平緩，且各椎體所受應(yīng)力較對(duì)照組均呈不同程度的下降，其中T11椎體降幅最小，T12椎體降幅最大。應(yīng)用脊柱保護(hù)器后總體上減輕了胸腰段椎體所受應(yīng)力。兩組模型應(yīng)力峰值最大的椎體均為L(zhǎng)2，見表1。
2.2成對(duì)樣本分析 配對(duì)t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，T12段與L2段P分別為0.21、0.13，均P0.05，故此處應(yīng)用脊柱保護(hù)器o顯著差異，見表2。
3 討論
胸腰段位于活動(dòng)的腰椎與固定的胸椎之間，包括T11、T12、L1、L2四個(gè)節(jié)段。胸椎與腰椎之間關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)排列在解剖結(jié)構(gòu)上由冠狀位轉(zhuǎn)化為矢狀位，椎體受外力作用時(shí)其剛度迅速增加[3-4]。脊柱承受軀干與上肢垂直載荷后即刻傳至胸腰段生理彎曲，再經(jīng)骨盆傳至雙側(cè)下肢，從而形成X形分布的應(yīng)力，同時(shí)應(yīng)力高度集中的X形中點(diǎn)正是胸腰段部位。由于自上肢傳導(dǎo)的有害應(yīng)力過度集中于胸腰段，無法迅速分散至骨盆及雙下肢，故易造成胸腰段骨折[5]。
臨床研究表明[6]，正常情況下，人體重心部位是脊柱椎體前緣，依靠后部韌帶與肌肉的收縮力及椎體前方重力，形成一個(gè)力學(xué)天平，且支點(diǎn)為椎體。兩端正常條件下處于平衡狀態(tài)，但軀體受外力作用而導(dǎo)致重心前傾時(shí)，必然增加支點(diǎn)與重心之間的力臂，若需維持平衡狀態(tài)，后部韌帶與肌肉需產(chǎn)生強(qiáng)大的力量進(jìn)行對(duì)抗[7]。脊柱保護(hù)器可盡量阻止重心前移，同時(shí)可增加后部肌肉后伸力量，以最大限度的平衡脊柱力學(xué)。本研究中脊柱保護(hù)器的主要作用原理如下[8]：①脊柱保護(hù)器可通過與腰圍良好的貼合，將腰腹區(qū)覆蓋，并均勻加壓周圍組織。腹部可作為密閉水囊，起到一定的緩沖作用，從而自椎旁肌分散并吸收由脊柱傳導(dǎo)的應(yīng)力，最終減輕脊柱的應(yīng)力。②脊柱保護(hù)器通過對(duì)軀干前傾的有效抑制，促使重心后移，可起到良好的平衡作用。③脊柱保護(hù)器可跨過包圍腹部的腰圍與雙肩的肩帶，通過預(yù)緊力對(duì)軀干起到束縛的作用，進(jìn)而較好的分流應(yīng)力。本研究發(fā)現(xiàn)，兩組椎體應(yīng)力均分布于L2椎體后緣、椎板周緣、雙側(cè)上下關(guān)節(jié)突處及雙側(cè)椎弓根處，這與大多數(shù)學(xué)者關(guān)于胸腰段應(yīng)力集中部位的研究結(jié)果相似。另外，觀察組各椎體所承受的應(yīng)力較對(duì)照組明顯降低，其中T12與L2段降幅最為明顯，P均
綜上所述，基于有限元的分析結(jié)果，對(duì)比研究?jī)山M模型沖擊下載荷力學(xué)的響應(yīng)特性，運(yùn)用脊柱保護(hù)器可有效分散、減小脊柱胸腰段不良應(yīng)力，能夠較好的保護(hù)脊柱胸腰段，值得應(yīng)用。
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篇4
關(guān)鍵詞： 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；骨質(zhì)疏松癥；干預(yù)時(shí)間
中圖分類號(hào)： G 804.6 文章編號(hào)：1009783X(2012)03028405 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A
收稿日期：20100722
作者簡(jiǎn)介：劉建宇(1978—)，男，湖南岳陽(yáng)人，碩士，講師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)；劉黎明1955—)，男，重慶人，教授，研究方向?yàn)轶w育教育。
作者單位：重慶三峽學(xué)院體育學(xué)院，重慶 404000
School of Physical Education,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404000,China. 絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥是一種臨床上常見的難治性疾病，目前，藥物治療由于價(jià)格較昂貴,治療周期長(zhǎng)而副作用多,使用有一定限制[1]。探索安全、方便、經(jīng)濟(jì)的治療方式一直是醫(yī)學(xué)界的一大課題，選用非藥物手段預(yù)防或延緩骨質(zhì)丟失越來越受到重視。本實(shí)驗(yàn)通過運(yùn)動(dòng)干預(yù)的方法，觀察運(yùn)動(dòng)去勢(shì)大鼠骨質(zhì)疏松癥椎體生物力學(xué)性能的影響，驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)防治原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的療效，并進(jìn)一步探討其機(jī)理。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)藥物
己烯雌酚片：上海信誼藥業(yè)有限公司生產(chǎn)，批號(hào)：030401。
1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物
四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，共96只3月齡，體重（240±20）g的雌性SD大鼠。
1.3 造模方法
將96只大鼠按體重隨機(jī)分為A、B 2組，其中A組24只為假手術(shù)組（Sham組），B組72只為造模組。各組大鼠均以1%的硫賁妥鈉溶液按2.4 mL/kg腹腔注射麻醉。B組大鼠切除雙側(cè)卵巢，A組大鼠僅切除卵巢附近一小部分脂肪。術(shù)后均給予0.5%碘伏傷口外擦，肌肉注射青霉素鈉25萬單位/（只/d），連用3 d，以防感染。
1.4 分組
術(shù)后1周，將B組72只大鼠按體重隨機(jī)分為模型組(Model組)、己烯雌酚組(DES組)和運(yùn)動(dòng)組(EX組)，每組24只。所有大鼠自由進(jìn)食、飲水，進(jìn)食標(biāo)準(zhǔn)飼料由四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。
1.5 干預(yù)措施
己烯雌酚組大鼠每日1次灌胃，按22.5 μg/（kgd）的量給藥，質(zhì)量濃度為2.25 μg/mL，其余各組按體重灌服等量生理鹽水。假手術(shù)組和模型組僅灌服生理鹽水。運(yùn)動(dòng)組運(yùn)動(dòng)方式參照Bedford[2]的動(dòng)物負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)動(dòng)組大鼠術(shù)后第7日起在小動(dòng)物跑臺(tái)上開始訓(xùn)練，采取中等強(qiáng)度，即大鼠起始跑速12 m/min，持續(xù)時(shí)間20 min，隔日增加強(qiáng)度3 m/min，持續(xù)時(shí)間增加10 min，第2周起跑速達(dá)20 m/min，持續(xù)60 min將跑臺(tái)傾斜10°，維持此強(qiáng)度，5 d/w，每天運(yùn)動(dòng)分早晚2次。休息日各組照常灌藥(水)。
1.6 樣品收集及處理
采用不同方式干預(yù)各組大鼠后，分別于第8周末、12周末和16周末應(yīng)用股動(dòng)脈放血方法隨機(jī)處死每組大鼠8只，完整取出各組大鼠L3椎體。剪除椎體上下椎間盤、棘突及附件，并用細(xì)砂紙打磨成上下平面平行且與縱軸垂直的三棱柱，高度約為60 mm。各標(biāo)本在制取過程中均用生理鹽水紗布包裹。將處理過的骨標(biāo)本置于-20℃冰箱保存，測(cè)試前夜取出解凍。
1.7 觀察指標(biāo)
椎體生物力學(xué)測(cè)試：椎體壓縮試驗(yàn)，將椎體置于Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)(四川大學(xué)高分子材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，美國(guó)Instron Co.生產(chǎn))上，取加載速度1 mm/min進(jìn)行測(cè)試，記錄其載荷變形曲線與應(yīng)力應(yīng)變曲線；椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)由載荷變形曲線獲得，材料力學(xué)參數(shù)由應(yīng)力應(yīng)變曲線獲得。
1.8 數(shù)據(jù)處理
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.1 第8周各組生物力學(xué)參數(shù)
2.1.1 第8周各組椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)
2.1.2 第8周各組椎體材料力學(xué)參數(shù)
3 討論
應(yīng)用骨量、骨礦密度及骨質(zhì)含量（骨礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)）的變化來診斷骨質(zhì)疏松癥、評(píng)價(jià)藥物療效曾被大量采用，并得到了較廣泛的公認(rèn)；但這些指標(biāo)僅是從“量”的角度描述了骨質(zhì)的丟失，還不能準(zhǔn)確反映骨內(nèi)在性能的變化，必然存在一定偏差[34]。骨質(zhì)量則是從“質(zhì)”的角度對(duì)骨骼性能進(jìn)行描述，它是骨的成分、構(gòu)筑狀態(tài)及細(xì)微結(jié)構(gòu)的綜合性概括[56]；因此，對(duì)骨質(zhì)疏松性癥防治和機(jī)理研究，必須更加重視骨質(zhì)疏松骨生物力學(xué)變化的影響，本實(shí)驗(yàn)即選用骨生物力學(xué)性能，如此評(píng)價(jià)防治骨質(zhì)疏松癥效果更準(zhǔn)確，更有說服力。
3.1 雌激素改善椎體生物力學(xué)性能的效果
雌激素替代療法是臨床上防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的主要方法之一，雌激素可抑制骨質(zhì)疏松的骨轉(zhuǎn)換率[7]，本實(shí)驗(yàn)中，各時(shí)間段己烯雌酚組大鼠生物力學(xué)性能較模型組均有顯著變化(P
3.2 運(yùn)動(dòng)改善椎體生物力學(xué)性能及防治骨質(zhì)疏松癥的效果
運(yùn)動(dòng)作為預(yù)防骨質(zhì)疏松的一種手段，在實(shí)驗(yàn)及臨床研究中已經(jīng)越來越受到一些學(xué)者重視。大量研究證明中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)有利于骨量、骨強(qiáng)度及骨生物力學(xué)性能的提高[811]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與假手術(shù)組相比，各時(shí)間段模型組大鼠椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)明顯變化(P
3.3 運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)改善椎體生物力學(xué)性能的影響
目前，運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)改善骨質(zhì)疏松骨生物力學(xué)性能的相關(guān)報(bào)道未查閱到。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，隨著運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)組多數(shù)參數(shù)數(shù)值上逐漸接近己烯雌酚組，有些參數(shù)甚至數(shù)值上超過，如破斷載荷和破斷強(qiáng)度，可部分說明隨著運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠椎體生物力學(xué)性能的影響不斷明顯，逐漸接近，甚至超過雌激素干預(yù)的影響。分析表7和表8可以得出，從第8周到第12周，大鼠椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)和材料力學(xué)參數(shù)多數(shù)數(shù)值上有下降趨勢(shì)，但第16周相比第12周，部分參數(shù)數(shù)值出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，甚至高于第8周，說明隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，去卵巢大鼠椎體的生物力學(xué)性能逐漸降低，但隨著運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠椎體生物力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)。雖然并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但已經(jīng)表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠椎體生物力學(xué)性能與時(shí)間呈相關(guān)關(guān)系的趨勢(shì)，這也為進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的確定提供了方向。
4 結(jié)論
1)合理的運(yùn)動(dòng)干預(yù)能有效抑制去卵巢大鼠椎體生物力學(xué)性能下降，減少骨質(zhì)丟失，減緩骨質(zhì)量的降低速度。
2)隨運(yùn)動(dòng)防治骨質(zhì)疏松癥干預(yù)時(shí)間延長(zhǎng)，效果提升，實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；但明顯呈現(xiàn)改善趨勢(shì)，可能與時(shí)長(zhǎng)不夠有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。
3)運(yùn)動(dòng)是防治骨質(zhì)疏松癥非藥物療法的重要手段，優(yōu)勢(shì)明顯，可作為臨床防治骨質(zhì)疏松癥的選擇。
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篇5
【關(guān)鍵詞】 脊柱滑脫；，，RF椎弓根螺釘系統(tǒng)，；，，，脊柱融合螺紋骨籠
摘要：目的觀察 RF椎弓根螺釘系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用脊柱融合螺紋骨籠治療脊柱滑脫癥的臨床效果。方法應(yīng)用 RF椎弓根螺釘系統(tǒng)和脊柱融合螺紋骨籠治療脊柱滑脫癥32例，觀察其復(fù)位效果和臨床癥狀的緩解狀況，并與37例應(yīng)用 Steffee鋼板復(fù)位固定后路植骨融合的病例進(jìn)行比較。結(jié)果32例患者，有26例完全復(fù)位，6例部分復(fù)位，全部病例隨訪6~30個(gè)月，療效滿意，完全復(fù)位率及臨床癥狀緩解率均顯著高于 Steffee鋼板固定后路植骨融合術(shù)的病例 。結(jié)論RF系統(tǒng)和骨籠聯(lián)合應(yīng)用治療脊柱滑脫癥，符合生物力學(xué)固定融合，是比較理想的治療方法之一，并且椎間植骨融合可能是進(jìn)一步減少遠(yuǎn)期并發(fā)癥的重要方法。
關(guān)鍵詞：脊柱滑脫； RF椎弓根螺釘系統(tǒng) ； 脊柱融合螺紋骨籠
脊柱滑脫癥是脊柱外科常見病之一，融合和固定不穩(wěn)定脊柱部位是治療的主要原則，隨著脊柱生物力學(xué)的發(fā)展、椎弓根螺釘系統(tǒng)和椎間融合器用于臨床，使不穩(wěn)定脊柱部位的融合和固定更接近于正常的脊柱三維結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性，消除了畸形，提高了治愈率，2000~200402我們采用 RF椎弓根螺釘系統(tǒng)和脊柱融合螺紋骨籠（BAK）聯(lián)合應(yīng)用治療腰椎滑脫32例，效果滿意，報(bào)告如下。
1 資料與方法
本組患者32例，男19例，女13例；年齡34~69歲，平均47.8歲；滑脫平面L4-57例，L5S125例；滑脫類型：峽部裂29例，退變型3例；2例患者感腰部酸痛不適，易感疲勞，勞累時(shí)明顯加重，其余病例均有下腰部疼痛，腰部活動(dòng)受限，單側(cè)坐骨神經(jīng)痛21例，17例病程較長(zhǎng)者存在不同程度的間歇性破行和鞍區(qū)麻木癥狀；按Meyerdig四分類法分度：Ⅰ度1例，Ⅱ度8例，Ⅲ度17例，Ⅳ度6例；其中22例術(shù)前攝前屈位和后伸位X線片，了解滑脫平面動(dòng)態(tài)滑移范圍，≤2 mm的患者3例，＞2 mm的患者19例；癥狀較輕的2例患者滑移范圍均＜2 mm；32例患者均于復(fù)位后行 RF鋼板固定和 BAK植骨融合。
回顧我院于1995~2003年應(yīng)用 steffe鋼板治療腰椎滑脫69例，其中臨床資料完整并且獲得隨訪的37例作為對(duì)照組，37例患者中，峽部裂33例，退變型4例；按 Meyerdig四分類法分度Ⅰ度4例，Ⅱ度20例，Ⅲ度13例，；后路單純后方植骨融合9例，后路側(cè)后方橫突間植骨融合28例。
數(shù)據(jù)處理應(yīng)用 χ2檢驗(yàn)和 Fisher精確檢驗(yàn)
2 結(jié)果
本組32例患者均未出現(xiàn)螺釘放置錯(cuò)誤，傷口感染，1例患者出現(xiàn)術(shù)后刺激性疼痛，于3周后疼痛緩解；本組患者隨訪時(shí)間6~30個(gè)月，患者術(shù)后復(fù)位情況和術(shù)后臨床癥狀的緩解與對(duì)比組的比較見附表1。全部病例均未出現(xiàn)永久性神經(jīng)損害，隨訪過程中均未出現(xiàn)椎弓根螺釘彎曲或者折斷、釘桿角度變小及復(fù)位矯正丟失。表1 兩組術(shù)后復(fù)位癥狀緩解情況（略）
3 討論
在椎弓根螺釘系統(tǒng)出現(xiàn)以前，腰椎滑脫的治療大多數(shù)采用保守治療，即使是手術(shù)也是減壓原位融合，療程長(zhǎng)，假關(guān)節(jié)發(fā)生率高等合并癥多。自從 Steffee報(bào)告槽式鋼板椎弓根釘復(fù)位固定系統(tǒng)以來［1］，特別是RF椎弓根螺釘系統(tǒng)的出現(xiàn)，腰椎滑脫的治療進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。脊柱滑脫的癥狀與腰椎滑脫的程度不成正比，而與腰椎的可逆性滑脫關(guān)系密切［2~4］，因此不論滑脫的程度如何，只要經(jīng)保守治療無效或臨床癥狀明顯均應(yīng)采用手術(shù)治療。腰椎滑脫是否復(fù)位以及是否應(yīng)盡量完全復(fù)位抑或是僅僅糾正可逆性滑動(dòng)存在爭(zhēng)議，我們認(rèn)為良好的復(fù)位可以恢復(fù)正常的脊柱三維結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和生物力學(xué)特性，減少了上下滑脫椎體之間的滑移剪力，有利于脊柱的穩(wěn)定，有利于防止滑脫的進(jìn)展［5］，有利于植骨融合成功率的提高，并且可以改善繼發(fā)性的肌肉、關(guān)節(jié)囊的病變而緩解下腰部疼痛，本組資料顯示 RF椎弓根螺釘系統(tǒng)治療組的臨床癥狀緩解率明顯高于 Steffee鋼板治療組，因此在徹底廣泛的減壓及牢固固定融合的基礎(chǔ)上，應(yīng)把復(fù)位作為一個(gè)重要的原則，強(qiáng)調(diào)盡可能的完全復(fù)位。
Steffee鋼板雖然有復(fù)位能力，但由于其術(shù)中需安裝6枚螺釘，需二次安裝鋼板，增加了手術(shù)難度，并且由于其無縱向撐開能力，不能降低滑脫椎體之間的摩擦力，影響了復(fù)位效。RF椎弓根螺釘系統(tǒng)是一種較先進(jìn)的腰椎滑脫治療器械，RF椎弓根螺釘系統(tǒng)的角度螺釘對(duì)重建和維持脊柱彎曲的角度精確而固定，明顯優(yōu)于 AO、Steffee等其它器械［6］。亦有學(xué)者認(rèn)為矯正應(yīng)力過于集中于角度螺釘?shù)某山遣课欢性斐蓴噌數(shù)目赡埽?］，我們認(rèn)為與其說是應(yīng)力造成角度螺釘斷釘?shù)目赡?。不如說是由于植骨融合的失敗而導(dǎo)致發(fā)生斷釘?shù)目赡?。RF椎弓根螺釘系統(tǒng)的撐開提拉復(fù)位和重建腰椎生理彎曲的作用，使得其具有良好的三維空間復(fù)位重建脊柱穩(wěn)定性的能力，并且其較少的固定節(jié)段，不受平面限制的方便植入，和良好的可調(diào)性以及可靠的緊固性，是 Steffee鋼板無法比擬的。
穩(wěn)定脊柱是治療的根本目的，雖然 RF椎弓根螺釘系統(tǒng)具有良好的堅(jiān)固性，但器械的固定只是暫時(shí)的，只有穩(wěn)定的骨性融合才是永久的。RF器械的使用目的是復(fù)位和維持復(fù)位，以利于植骨融合，因?yàn)槭菃渭冎补侨诤系募訇P(guān)節(jié)發(fā)生率較高，有報(bào)道為18%~81%，植骨融合的方法頗多，理論上同時(shí)行前路和后路植骨融合是最好的，但有研究表明單純前路或后路植骨融合與前路后路同時(shí)融合統(tǒng)計(jì)學(xué)上無明顯差異［8］。單純的后路H形植骨融合由于植骨塊吸收不利于后路廣泛徹底的去椎扳減壓而較少采用，目前應(yīng)用較多的是后路側(cè)后方植骨和后路椎體間 BAK植骨，兩者的應(yīng)用各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是 BAK利用“撐開-張力帶”原理及本身的螺紋減少植骨塊的有害運(yùn)動(dòng)，植入物可以直接增加脊柱的穩(wěn)定性，直接承受外來的應(yīng)力，利于融合，融合后符合生物力學(xué)力的傳導(dǎo)，能夠承受多種力學(xué)變化；Chen等通過尸體實(shí)驗(yàn)BAK有利于保持或增加椎間隙椎間孔的高度和容量，椎間隙的高度和容量保持有利于術(shù)后根性癥狀的恢復(fù)；并且椎間隙的融合符合脊柱生物學(xué)原理，保持了正常的生行力學(xué)特性，因此有理由認(rèn)為椎間植骨融合可能是預(yù)防遠(yuǎn)期并發(fā)癥的重要方法之一。另外，由于植骨的穩(wěn)定性，患者可早期下床活動(dòng)，早期生活自理，生活質(zhì)量得以提高。但是放置 BAK創(chuàng)傷大手術(shù)困難，且椎管內(nèi)操作較多有脊髓神經(jīng)損傷可能，因此對(duì)于高齡患者我們認(rèn)為采用創(chuàng)傷相對(duì)較小的后外側(cè)植骨融合較為穩(wěn)妥。
因此我們認(rèn)為，對(duì)于脊柱滑脫的治療，RF椎弓根螺釘系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用脊柱融合螺紋骨籠具有良好的復(fù)位、牢固的固定和融合的功能，維持了脊柱三維結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和正常的生物力學(xué)特性，并且脊柱融合螺紋骨籠的應(yīng)用有可能減少遠(yuǎn)期并發(fā)癥的發(fā)生，是一種較為理想的治療脊柱滑脫癥方法。
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篇6
【關(guān)鍵詞】 髖部骨折；髓內(nèi)釘；內(nèi)固定
隨著社會(huì)人口老齡化的加重，老年髖部骨折發(fā)生率呈明顯上升趨勢(shì)，且多數(shù)合并有心，肺，腦部疾病和糖尿病等，同時(shí)伴有骨質(zhì)疏松。美國(guó)報(bào)道每年髖部骨折住院患者約有310000例，且成上升趨勢(shì)[1]。如行保守治療并發(fā)癥多，增加患者痛苦及護(hù)理困難。采取積極有效的處理，有利提高患者的生活質(zhì)量，減少住院時(shí)間及費(fèi)用等。隨著內(nèi)固定材料及手術(shù)方法的改進(jìn)，手術(shù)治療成為首選[2]。遼陽(yáng)市第三人民醫(yī)院自2009年5月～2012年10月采用PFNA內(nèi)固定治療老年患者股骨粗隆間骨折65例，經(jīng)過隨訪，均取得滿意的效果。
1 資料與方法
1.1 一般資料 本組65例，男性37例，女性28例。年齡在53～85歲間，平均69歲。受傷至手術(shù)時(shí)間3～10 d，平均6.5 d。致傷原因：跌倒37例，墜落傷13例，車禍15例，合并有內(nèi)科疾患35例，均有不同程度的骨質(zhì)疏松。按AO分類， A1 15例，A2 28例，A3 22 例。本組除外多發(fā)傷及合并嚴(yán)重內(nèi)科疾患不能耐受手術(shù)的患者。
1.2 治療方法 入院后行基礎(chǔ)護(hù)理，下肢行皮牽引，踝泵治療及肌肉的收縮訓(xùn)練預(yù)防下肢深靜脈血栓形成，完善術(shù)前檢查及心肺功能的評(píng)估。尤其雙下肢靜脈有無血栓情況。積極治療和控制各種內(nèi)科疾患。保持血壓，血糖平穩(wěn)。BP 140/90 mmHg之下，空腹血糖8 mmol/L水平，患者可耐受手術(shù)治療。
1.3 手術(shù)方法 在全麻或連硬外麻醉下仰臥位于牽引床上，在C臂監(jiān)視下行手法整復(fù)，牽引固定，于股骨大粗隆頂點(diǎn)處向近端縱行切開皮膚長(zhǎng)約5 cm，鈍性分離臀中肌，C臂監(jiān)視正側(cè)位在頂點(diǎn)前1/3處，開口，入導(dǎo)針至股骨髓腔內(nèi)，透視骨折位置良好，粗隆髓腔挫擴(kuò)孔開髓，注意外側(cè)壁的保護(hù)和基底部的擴(kuò)髓。先置入主釘，保持頸干角及前傾角位置良好，經(jīng)導(dǎo)向器定位，打入旋轉(zhuǎn)刀片至股骨頭下方約0.5～1 cm。尖頂距
2 結(jié)果
本組65例患者獲得隨訪60例，術(shù)后2例半年內(nèi)因內(nèi)科疾患死亡，3例失訪。隨訪6～36個(gè)月，平均21個(gè)月。骨折愈合周期8～16周，平均13周。無骨折不愈合及髖內(nèi)翻，股骨頸短縮，股骨頸切割等并發(fā)癥。未出現(xiàn)切口感染，下肢靜脈血栓形成，內(nèi)固定斷裂，肺內(nèi)感染等。關(guān)節(jié)恢復(fù)情況按Harris髖關(guān)節(jié)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：功能47分，疼痛44分，活動(dòng)度5分，畸形4分，總分100分。90～100分為優(yōu)，80～90分為良，70～79分為中，低于70分為差。本組病例術(shù)后Harris評(píng)分優(yōu)良率為85.7%，其中優(yōu)66.7%，良19%，中14.3%，差0。
3 討論
股骨粗隆間骨折好發(fā)于老年人，隨著人口老齡化日益加重，該骨折發(fā)生率出現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。且多合并骨質(zhì)疏松和內(nèi)科疾患。以往治療上常采用牽引等保守治療，增加患者痛苦，生活質(zhì)量下降，護(hù)理困難等。隨著內(nèi)固定材料的不斷發(fā)展，骨折治療理念發(fā)生變化。由AO向BO發(fā)展。股骨轉(zhuǎn)之間骨折逐步由髓外固定改為髓內(nèi)固定。對(duì)于骨質(zhì)疏松的不穩(wěn)定型股骨轉(zhuǎn)子間骨折，尤其是股骨外側(cè)壁破壞者，髓內(nèi)固定更有優(yōu)勢(shì)。PFNA作為髓內(nèi)固定器械因其微創(chuàng)，固定強(qiáng)度高，符合生物力學(xué)特性等優(yōu)點(diǎn)被很多學(xué)者采用。
3.1 保守治療以牽引治療為主，如骨牽引，皮牽引等，但需要臥床，可導(dǎo)致肺部，泌尿系感染及褥瘡，下肢靜脈血栓形成等并發(fā)癥。同時(shí)不穩(wěn)定的固定可造成骨折移位，導(dǎo)致畸形愈合。但對(duì)有手術(shù)禁忌證的患者是一種有效辦法。
3.2 手術(shù)治療 應(yīng)用到治療股骨粗隆間骨折的固定系統(tǒng)有多種，各有特點(diǎn)。而內(nèi)固定物選擇不當(dāng)是導(dǎo)致內(nèi)固定失敗的重要原因[3]?？煞譃橥夤潭?，釘板系統(tǒng)，髓內(nèi)系統(tǒng)。
3.2.1 外固定架類和閉合復(fù)位多針固定：具有切口小，操作簡(jiǎn)單，手術(shù)時(shí)間短，患者痛苦小，并發(fā)癥少，符合微創(chuàng)原則等。適用于Evans Ⅰ， Ⅱ，Ⅲa等穩(wěn)定型骨折。但對(duì)于Ⅳ，Ⅴ骨折應(yīng)慎用。同時(shí)術(shù)后因釘子暴露，有感染、穿衣和活動(dòng)不便、及固定強(qiáng)度低、負(fù)重時(shí)間晚等缺點(diǎn)。
3.2.2 釘板類 有DHS，解剖鋼板，角鋼板，鎖定鋼板等，適用于大多數(shù)骨折，尤其是老年人。有作者對(duì)多種粗隆間骨折內(nèi)固定方法比較后認(rèn)為，DHS用于穩(wěn)定型股骨粗隆間骨折能有效承受負(fù)重載荷，使患者早期負(fù)重。由于其屬于偏心固定，當(dāng)內(nèi)側(cè)骨質(zhì)受破壞缺乏支撐時(shí)，作用于骨折端的張應(yīng)力和壓應(yīng)力集中于鋼板，從而導(dǎo)致內(nèi)固定失敗。單獨(dú)用于不穩(wěn)定性股骨粗隆間骨折，則可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)和髖內(nèi)翻畸形，鋼板斷裂，主釘切割，骨折不愈合等[4]。還有術(shù)中切口長(zhǎng)、出血多、軟組織和骨質(zhì)剝離范圍廣泛，術(shù)后患者臥床時(shí)間長(zhǎng)，離床活動(dòng)和負(fù)重時(shí)間晚等缺點(diǎn)。
3.2.3 髓內(nèi)系統(tǒng) 當(dāng)股骨近端內(nèi)后側(cè)骨皮質(zhì)連續(xù)性破壞，股骨距不能承擔(dān)壓力時(shí)，髓內(nèi)固定是較好的選擇。且符合軸心固定。髓內(nèi)固定靠近負(fù)重力線，利于載荷傳導(dǎo)，力臂縮短，更直接，更牢固，有生物力學(xué)優(yōu)點(diǎn)。手術(shù)閉合操作，在C臂下骨折復(fù)位，有時(shí)復(fù)位困難可輔以小切口應(yīng)用器械輔助復(fù)位，減少軟組織剝離和骨折端暴露，出血量少等優(yōu)勢(shì)。目前髓內(nèi)系統(tǒng)有Gamma釘，PHN，股骨重建釘?shù)?。PFNA是AO/ASIF在PFN的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)用。簡(jiǎn)化了手術(shù)操作步驟，更重要的是它符合股骨近端的解剖和生物力學(xué)傳導(dǎo)方式，具有髓內(nèi)中心位固定的力學(xué)優(yōu)勢(shì)。螺旋刀頭使骨折端加壓，其形狀可以增加骨和內(nèi)固定物之間的接觸，阻止或延緩旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的股骨頭切割，減少股骨頸內(nèi)旋，抗拉，抗壓能力增加?？刹粩U(kuò)髓打入，進(jìn)入骨質(zhì)采用自旋方式對(duì)骨質(zhì)有填壓作用，骨質(zhì)得到保留。鎖定后不易松動(dòng)及退出。此外遠(yuǎn)端鎖定與主釘距離較長(zhǎng)，可較少股骨干壓力集中，減少局部應(yīng)力遮擋，避免交界處骨折。而PFNA的設(shè)計(jì)符合亞洲老年人，主釘近端有抗旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定性好、承載力強(qiáng)等特點(diǎn)。近端6度解剖夾角的設(shè)計(jì)利于髓內(nèi)釘插入股骨近端髓腔，又具有操作簡(jiǎn)單、手術(shù)時(shí)間短、出血量少等，符合生物力學(xué)要求，允許患者早期鍛煉及負(fù)重，減少骨折的并發(fā)癥的發(fā)生，是治療復(fù)雜股骨近端骨折優(yōu)勢(shì)方法，尤其適用于A2，A3型不穩(wěn)定骨折和骨質(zhì)疏松的骨折。有文獻(xiàn)報(bào)道認(rèn)為髓內(nèi)固定較適合于老年人的骨質(zhì)特點(diǎn)，尤其是轉(zhuǎn)之間粉碎骨折[5]。作者在治療中體會(huì)需要注意的是術(shù)前影像的評(píng)估，預(yù)判術(shù)中復(fù)位難易程度，以便制定合適的手術(shù)方案。術(shù)中的牽引復(fù)位，直接影響到手術(shù)的成功。穩(wěn)定的復(fù)位提供有效的術(shù)后整體固定。大家接受的標(biāo)準(zhǔn)是Xray正位正常或輕度外翻
作者應(yīng)用PFNA治療股骨粗隆間骨折體會(huì)，它具有操作簡(jiǎn)便，骨折固定牢固，符合生物力學(xué)，骨折端穩(wěn)定性好，可早期活動(dòng)，負(fù)重，功能恢復(fù)快，減少臥床時(shí)間，并發(fā)癥少等優(yōu)勢(shì)，便于護(hù)理，可明顯提高患者的生活質(zhì)量。在治療股骨粗隆間骨折方面，尤其是不穩(wěn)定的骨折具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
參 考 文 獻(xiàn)
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篇7
【摘要】 ［目的］研制一種新型的齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板裝置（GDP），進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試并評(píng)價(jià)其生物力學(xué)性能。［方法］采用醫(yī)用鈦合金制成GDP植入物，用不銹鋼制成專用工具。18具新鮮小牛腰椎標(biāo)本隨機(jī)分為3組，對(duì)GDP組內(nèi)固定進(jìn)行載荷－應(yīng)變、載荷－位移、強(qiáng)度、剛度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及極限承載能力測(cè)試，并與對(duì)照組（CD、Steffee）對(duì)比分析。［結(jié)果］齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板（GDP）組在載荷－應(yīng)變、載荷－位移、強(qiáng)度、剛度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及極限承載能力方面均優(yōu)于對(duì)照組，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析有顯著性差異（P
【關(guān)鍵詞】 齒輪撐開式； 脊柱復(fù)位固定板（GDP）； 內(nèi)固定； 生物力學(xué)
Abstract：［Objective］A new device of geardistraction plate (GDP) for spine reduction and fixation was designed and its biomechanical characteristics was evaluated.［Method］The GDP implants were made of titanium alloy (TC4，Ti6AL4V) and the instruments were made of stainless steel after design.Eighteen fresh calf lumbar specimens were randomly pided into three groups， the GDP group had a biomechanical test contrast to control group(CD， Steffee) in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength.［Result］Results It is better than control group in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength， there was a significant difference between them (P
Key words：gear distraction plate (GDP); fixation plate; internal fixation; biomechanics
目前用來治療脊柱骨折的后路內(nèi)固定器械主要以釘棒系統(tǒng)為主，板式結(jié)構(gòu)由于撐開作用差，復(fù)位骨折椎體的效果欠佳，因此臨床應(yīng)用者愈來愈少，逐漸處于被淘汰的境地。為克服板式結(jié)構(gòu)不能撐開的難題，作者在復(fù)習(xí)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種新型的可撐開的脊柱后路復(fù)位固定板裝置即齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板（GDP）裝置，并通過離體生物力學(xué)對(duì)比研究了解GDP的生物力學(xué)特性，為臨床應(yīng)用提供依據(jù)。
1 器械結(jié)構(gòu)
GDP由帶齒條的固定板（帶有弧度）、齒狀撐開螺帽、椎弓根釘、橫向連接桿組成（圖1）。（1）固定板：為適應(yīng)脊柱不同節(jié)段固定的需要，根據(jù)影像學(xué)測(cè)量固定板的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為55～85 mm，弧度為－6.5°～20°，根據(jù)不同椎體的高度及臨床壓縮的程度，齒條的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為10～30 mm，固定板厚5 mm，寬14 mm，固定板上有連接橫向連接桿的滑動(dòng)槽;（2）齒狀撐開螺帽：為撐開椎體的關(guān)鍵部件，其齒輪與固定板的齒條吻合，中空內(nèi)徑為6 mm，壁厚1 mm，齒高、寬各1 mm;（3）椎弓根螺釘：為錐形，基底部與六角錐面的螺母鑄為一體，外徑35～70 mm，長(zhǎng)度20～55mm;（4）橫向連接桿為板式，寬4 mm，厚2 mm，長(zhǎng)度25～45 mm，內(nèi)有槽形孔，可以方便與固定板連接。
2 材料與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
采用新鮮小牛脊柱（T12～S1)標(biāo)本共18具，平均年齡2.8個(gè)月（2～3個(gè)月），雄性13具，雌性5具，均屬隨機(jī)取樣，并剔除病理標(biāo)本，X線片顯示為正常標(biāo)本。
圖1 齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板裝置結(jié)構(gòu)圖
2.2 標(biāo)本制備
截取標(biāo)本后仔細(xì)剔除局部附著肌肉，保留韌帶及關(guān)節(jié)突，然后密封保存在－20℃的冰柜中，測(cè)試前逐步解凍，實(shí)驗(yàn)標(biāo)本上下兩端澆灌骨水泥平臺(tái)，以便于精確加載，兩平臺(tái)之間平行度≤1°（圖2）。同時(shí)在脊柱L3前方（A測(cè)試點(diǎn)）和后側(cè)椎弓處（B測(cè)試點(diǎn)），按實(shí)驗(yàn)力學(xué)要求分別粘貼應(yīng)變式傳感器，應(yīng)變要求預(yù)調(diào)范圍達(dá)到2 500 u±2%，靈敏度﹤2 uε，位移測(cè)量采用KG－101光柵數(shù)顯高精度測(cè)量?jī)x，精度達(dá)到0.01%，并附以千分表監(jiān)測(cè)。
圖2 脊柱內(nèi)固定生物力學(xué)測(cè)試示意圖
2.3 標(biāo)本分組
將標(biāo)本分為實(shí)驗(yàn)組（GDP）及對(duì)照組（CD、Steffee），每組各6具，（三組器械皆為同一廠家相同材料制造，長(zhǎng)度相同）。損傷腰椎標(biāo)本的制作，參照Panjabi［1］方法在標(biāo)本上造成屈曲型壓縮骨折模型，拍攝X線片顯示脊柱不穩(wěn)，然后安裝齒輪撐開式脊柱復(fù)位內(nèi)固定板裝置加以固定。對(duì)照組分別用CD及Steffee鋼板固定。
2.4 生物力學(xué)測(cè)試
標(biāo)本測(cè)試按軸向壓縮、前屈、后伸和側(cè)屈4種不同生理工況建立實(shí)驗(yàn)力學(xué)模型。 腰椎載荷采用分級(jí)加載，由0～500 N加生理載荷，以100 N為分級(jí)載荷。加載速度應(yīng)控制在1.4 mm/min的速率，加載重心在腰椎的力學(xué)對(duì)稱軸上。脊柱的垂直及水平位移用KG101高精度數(shù)顯光柵位移傳感器測(cè)量，應(yīng)變由YJ14數(shù)字應(yīng)變儀采集。實(shí)驗(yàn)前加預(yù)載，以消除脊柱松弛，蠕變等時(shí)間效應(yīng)影響，然后正式測(cè)試，30 s內(nèi)采集一次數(shù)據(jù)，重復(fù)多次以提高精度，試驗(yàn)過程中標(biāo)本用生理鹽水保持濕潤(rùn)新鮮狀態(tài)。
2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理
脊柱生物力學(xué)試驗(yàn)中的應(yīng)變、位移、應(yīng)力、扭矩、扭角等力學(xué)量先進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到一個(gè)滿意的估計(jì)值和置位區(qū)間。然后以線形回歸、方差分析，經(jīng)最小二乘法處理。按數(shù)理統(tǒng)計(jì)加以檢驗(yàn)，計(jì)算其相關(guān)參數(shù)、t檢驗(yàn)、精度分析。計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析采用標(biāo)準(zhǔn)的SPSS 10.0軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，設(shè)定顯著性水平為P
3 結(jié) 果
3.1 脊柱載荷－應(yīng)變變化
腰椎上A、B測(cè)試點(diǎn)在不同載荷下載荷—應(yīng)變曲線呈線性變化，應(yīng)變隨載荷的增加而增大，卸載后基本恢復(fù)原狀。腰椎A(chǔ)、B測(cè)試點(diǎn)上GDP內(nèi)固定椎體應(yīng)變最小，而相應(yīng)對(duì)照組（CD、Steffee）的應(yīng)變較大，在脊柱不同的生理工況下（垂直壓縮、前屈、后伸、側(cè)屈），實(shí)驗(yàn)組內(nèi)固定的平均應(yīng)變比CD組小13％，比Steffee組小22％。因此GDP器械固定明顯占有優(yōu)勢(shì)，固定效果最好，并接近于脊柱正常水平，在相同的應(yīng)變水平下，GDP器械所承受的載荷比其他類型固定要高的多，結(jié)果統(tǒng)計(jì)具有顯著意義（P
3.2 脊柱載荷－位移變化
脊柱在不同內(nèi)固定器械固定下負(fù)荷后，脊柱會(huì)發(fā)生壓縮性位移和水平位移。本實(shí)驗(yàn)18具標(biāo)本在不同生理工況下載荷－位移變化結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著生理載荷的增加，脊柱縱向位移和水平位移呈線性變化增加，卸載后恢復(fù)原狀。3種不同器械的內(nèi)固定都能達(dá)到牢固固定，引起的位移比較小，GDP組的平均壓縮位移比CD組小12％，比Steffee鋼板固定組小23％，兩兩相比有顯著性差異（P
3.3 椎體的強(qiáng)度變化
椎體的強(qiáng)度反映在椎體上的應(yīng)力變化，根據(jù)胡克定律：椎體上的應(yīng)力與應(yīng)變成正比，而應(yīng)變值由應(yīng)變實(shí)驗(yàn)而得，如果器械固定好，應(yīng)力集中小，應(yīng)力傳導(dǎo)通暢，如果固定不好，在椎體上引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯且應(yīng)力很大。本實(shí)驗(yàn)中GDP器械組的應(yīng)力最小，平均7.19 MPa，固定效果最好，最牢固；而CD組8.22 Mpa，Steffee鋼板組9.25 MPa，比CD組平均應(yīng)力小13％，比Steffee鋼板組的平均應(yīng)力小22％，兩兩相比統(tǒng)計(jì)顯示具有顯著性差異（P
3.4 脊柱的軸向剛度和水平剛度
這里所謂脊柱的軸向剛度是指脊柱在載荷作用下，脊柱抵抗軸向變形能力的大??；同樣脊柱的水平剛度是指抵抗水平剪切變形能力的大小。采用GDP器械固定組的軸向剛度最高，而CD固定組相對(duì)較差，兩者相差15％；與Steffee固定組兩者相差23％，兩兩比較，統(tǒng)計(jì)顯示兩者均顯顯著性差異（P
3.5 脊柱的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能
扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能是指脊柱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度大小及扭轉(zhuǎn)角大小，它是衡量脊柱扭轉(zhuǎn)力學(xué)特性好壞的兩個(gè)力學(xué)變量。不同內(nèi)固定器械抵抗扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度和剛度各不相同，一般來說，比較好的內(nèi)固定器械能夠具有相當(dāng)高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度，抵抗扭矩能力很強(qiáng)。結(jié)果表明，GDP器械內(nèi)固定在等量扭矩作用下，扭角最小，固定后不容易引起腰椎的扭轉(zhuǎn)變形，它比CD組的扭角變形小10％，比Steffee鋼板組的扭角變形小17％，說明GDP器械占有較高的優(yōu)勢(shì)，抗變形能力強(qiáng)，抗扭轉(zhuǎn)性能好，統(tǒng)計(jì)分析顯示具有顯著性差異（P
3.6 腰椎的極限力學(xué)性能
根據(jù)試驗(yàn)可以看到在很大載荷下2000～3000 N，椎體不斷壓縮變形，椎間盤不斷膨出變形，椎體中部向內(nèi)凹陷，體液不斷滲出，在原來骨折處再裂開，發(fā)生再骨折，而內(nèi)固定器械釘桿角明顯變小，器械開始變形，螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生攣曲變形。而對(duì)照組器械松動(dòng)明顯，有的甚至滑動(dòng)，椎體不斷骨折而破壞。結(jié)果顯示：GDP器械內(nèi)固定時(shí)極限載荷最高為3 750 N，其次是CD組器械的極限載荷為3 050 N，Steffee器械為2 250 N，三者相比互相相差19％和40％，統(tǒng)計(jì)顯示具有顯著性差異（P
4 討 論
4.1 GDP裝置的特點(diǎn)
（1）解決了板式結(jié)構(gòu)撐開困難的缺點(diǎn)，固定板內(nèi)孔側(cè)壁上有齒條，齒狀撐開螺帽在齒條上滾動(dòng)，螺帽的中孔容納椎弓根釘?shù)奈膊?，帶?dòng)椎弓根釘向一側(cè)移動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了板式結(jié)構(gòu)的撐開作用。齒條的長(zhǎng)度為撐開間距，根據(jù)測(cè)量椎體及椎間隙的高度，我們?cè)O(shè)計(jì)齒條的長(zhǎng)度為3 cm，保證有足夠的撐開間距，這樣可充分恢復(fù)壓縮椎體的高度；（2）固定板本身帶有弧度，根據(jù)不同脊柱節(jié)段，固定板的弧度設(shè)計(jì)為－5°、0°、5°、10°、15°、20°等多種弧度，使椎弓根釘與固定板之間形成不同的角度即“釘板角”，它對(duì)前柱和中柱的縱向撐開復(fù)位具有重要的作用。齒狀結(jié)構(gòu)及釘板角的設(shè)計(jì)不僅彌補(bǔ)了以往釘板結(jié)構(gòu)的椎弓根固定器缺乏縱向撐開力的不足，而且改變了以往釘板結(jié)構(gòu)固定器椎弓根釘水平承載為仰角承載，分解了椎弓根釘頭端的壓縮負(fù)荷，這對(duì)減少術(shù)后彎釘、斷釘有重要意義［2］。GDP利用鋼板的弧度與脊柱骨折后凸畸形之間的凸面失偶現(xiàn)象，通過椎弓根釘?shù)姆礌孔饔茫瑢?duì)脊柱產(chǎn)生一個(gè)過伸折頂復(fù)位（圖3）；加上齒狀撐開螺帽的縱向撐開復(fù)位作用，兩種復(fù)合力的結(jié)合，使GDP將傳統(tǒng)的椎弓根固定器以縱向撐開復(fù)位為主改變?yōu)檎垌攺?fù)位和縱向撐開復(fù)位的聯(lián)合復(fù)位。這種復(fù)位機(jī)制的改變不僅實(shí)現(xiàn)了均稱的三柱前凸?fàn)块_復(fù)位，而且同時(shí)降低了在復(fù)位過程中椎弓根釘?shù)膲嚎s負(fù)荷，減少了術(shù)中復(fù)位引起的彎釘與釘?shù)钠?。術(shù)后GDP對(duì)固定區(qū)域的椎體仍產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)向前的推力，增加后伸力矩來抵抗外傷后脊柱后凸所致的前屈力矩，這對(duì)防止后凸畸形復(fù)發(fā)，維持腰椎生理前凸均有重要意義。GDP在骨折椎體的折頂復(fù)位著力點(diǎn)并不是在椎板而是在椎弓根。椎弓根是椎體最堅(jiān)固的部位，堪稱為“力核支柱”，一般不易發(fā)生骨折，是承受折頂復(fù)位的可靠基礎(chǔ)。因此對(duì)合并椎板骨折或?qū)嵤┳蛋鍦p壓后并不影響GDP的使用。
4.2 GDP生物力學(xué)特點(diǎn)
（1）GDP本身帶有圓滑的弧度，使應(yīng)力傳導(dǎo)均勻；固定板與螺釘之間采用嵌入式連接，連接牢固且切跡低，使固定板緊貼脊柱后柱，有利于力的傳導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)證明在相同載荷下其載荷－應(yīng)變，載荷－位移均較對(duì)照組小，而其軸向剛度與水平剛度高于對(duì)照組，統(tǒng)計(jì)分析顯示均有顯著性差異（P
本內(nèi)固定板系統(tǒng)和目前臨床上應(yīng)用的釘棒系統(tǒng)復(fù)位原理不盡相同，它不需要折彎和轉(zhuǎn)棒，屬于短節(jié)段固定器械，固定節(jié)段少，保留了脊柱大部分功能活動(dòng)。
參考文獻(xiàn)
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［2］ Chen CS， Chen WJ， Cheng CK， et al. Failure analysis of broken pedicle screws on spinal instrumentation［J］. Med Engphys， 2005，6: 487-496.
篇8
基金項(xiàng)目：2010年國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重大項(xiàng)目(10ZD&052)。
作者簡(jiǎn)介：李世昌（1956-），男，教授，博士研究生導(dǎo)師，研究方向：骨組織運(yùn)動(dòng)適應(yīng)的生物學(xué)。
摘 要：通過雌性大鼠去卵巢模型來模擬女性絕經(jīng)后的狀態(tài)，比較研究跳躍和游泳兩種不同方式運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠骨的影響，以期為骨質(zhì)疏松的預(yù)防發(fā)現(xiàn)更為有效的運(yùn)動(dòng)模式。將32只3月齡SD雌性大鼠隨機(jī)分為4組：假手術(shù)組、安靜組、游泳組和跳躍組。其中安靜組、游泳組和跳躍組行卵巢摘除手術(shù)，假手術(shù)組只行假手術(shù)(即不摘除卵巢)。8周后，測(cè)定各組大鼠體重、骨密度(BMD)、骨生物力學(xué)和骨代謝相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與安靜組比較，跳躍組大鼠股骨BMD、最大載荷、彈性載荷、破壞載荷、能量吸收和彈性應(yīng)力均顯著性升高；跳躍組大鼠血清Ca和抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)水平顯著性降低。與安靜組比較，游泳組大鼠除了血清Ca水平顯著性降低外(P
關(guān) 鍵 詞：運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)；運(yùn)動(dòng)方式；骨質(zhì)疏松；骨密度；生物力學(xué)；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
中圖分類號(hào)：G804.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7116(2012)02-0132-06
Effects of different ways of exercising on the bone mineral density and
bone biomechanical and metabolic indexes of ovariectomized rats
LI Shi-chang1，JI Liu1，LIU Ti-wei2，MA Tao3，CHEN Xiang-he1
（1.Key Laboratory of Adolescent Health Assessment and Exercise Intervention，Ministry of Education，College of Physical Education and Health，East China Normal University，Shanghai 200241，China；
2.Shanghai Xinhua Private Junior High School，Shanghai 200080，China；
3.Physical Education and Military Department，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China）
Abstract: By using a model of female rat ovariectomy to simulate women’s postmenopausal state, the authors compared and studied the effects of such two different ways of exercising as jumping and swimming on the bones of ovariectomized rats, hoping to find a more effective mode of exercising for preventing osteoporosis. The authors divided 30 3 months old female SD rats randomly into 4 groups: a sham operated group, a calm group, a swimming group and a jumping group, in which the calm group, swimming group and jumping group were operated for ovariectomy, while the sham operated group was just subjected to a sham operation (i.e. no ovariectomy). 8 weeks later, the weight, bone mineral density (BMD), bone biomechanics and bone metabolism related indexes of the rats in various groups were measured. The author revealed the following findings: as compared with the calm group, the BMD, maximum load, elastic load, destructive load, energy absorption and elastic stress of the femur of the rats in the jumping group increased significantly; the levels of blood serum Ca and tartrate-resistant acid phosphatase (STR-ACP) of the rats in the jumping group decreased significantly; as compared with the calm group, except that the blood serum Ca level of the rats in the swimming group decreased significantly (P
Key words: sports biochemistry；way of exercising；osteoporosis；bone mineral density；biomechanics；animal experiment
骨質(zhì)疏松是老年人中常見的一種慢性骨病，在絕經(jīng)后的女性中發(fā)病率更高。絕經(jīng)后婦女常發(fā)骨質(zhì)疏松癥的原因主要是其卵巢分泌雌激素減少，進(jìn)而導(dǎo)致一系列的反應(yīng)所致。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，體力勞動(dòng)者骨密度(BMD)高于腦力勞動(dòng)者，長(zhǎng)年臥床者的BMD則會(huì)逐漸降低。運(yùn)動(dòng)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的預(yù)防骨質(zhì)疏松癥的方法，越來越受到人們的重視。然而體育運(yùn)動(dòng)類型多種多樣，防治骨質(zhì)疏松較合理的運(yùn)動(dòng)方式是什么？不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)于骨質(zhì)疏松的防治效果有什么差別？有關(guān)這方面的比較研究目前還不多見，有必要進(jìn)一步深入研究。
本研究通過大鼠去卵巢模擬女性絕經(jīng)后的狀態(tài)，比較游泳和跳躍兩種不同的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)于去卵巢大鼠骨代謝的影響，為預(yù)防老年人骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生提供理論上的支持。
1 材料和方法
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組
3月齡雌性SD大鼠32只，購(gòu)于上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，平均體重280 g，隨機(jī)分為4組，即假手術(shù)組、安靜組、游泳組和跳躍組。其中安靜組、游泳組和跳躍組行卵巢摘除手術(shù)，假手術(shù)組只行假手術(shù)，不摘除卵巢。大鼠在25 ℃恒溫下分籠飼養(yǎng)，晝夜比1212，標(biāo)準(zhǔn)小鼠飼料，自由飲水、攝食。運(yùn)動(dòng)8周結(jié)束后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)試。
1.2 大鼠跳躍運(yùn)動(dòng)模型的建立[1]
自制的大鼠電刺激箱，將大鼠放在底板上，由生理刺激器給予一定強(qiáng)度的電刺激，讓大鼠跳上箱子一側(cè)專門設(shè)制的平臺(tái)，休息20 s，然后以平臺(tái)的高度垂直將大鼠重新落到底板上。再次給予通電，刺激大鼠再次跳躍，如此循環(huán)，直到完成預(yù)定的跳躍次數(shù)。一般經(jīng)幾次電刺激后，大鼠不需電刺激就會(huì)自動(dòng)跳躍到一側(cè)的高處平臺(tái)上。
1.3 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練安排
所有大鼠手術(shù)后適應(yīng)1周。1周后各組運(yùn)動(dòng)情況安排如下：
假手術(shù)組和安靜組大鼠在飼養(yǎng)籠中自由活動(dòng)。游泳組大鼠第1周前3 d游泳30 min，后3 d游40 min，從第2周開始每天游泳時(shí)間固定為45 min，每周訓(xùn)練6 d，共訓(xùn)練8周，游泳訓(xùn)練的玻璃水池為50 cm×60 cm×90 cm，水深40 cm，水溫為(29±1) ℃。跳躍組大鼠適應(yīng)性訓(xùn)練3 d后，跳躍高度和次數(shù)逐漸遞增，第3周時(shí)跳躍高度達(dá)到48 cm(約為大鼠2.3倍的體長(zhǎng))，每天跳躍20次。每周訓(xùn)練6 d，共訓(xùn)練8周。
1.4 動(dòng)物取材
經(jīng)8周訓(xùn)練，在最后1次訓(xùn)練完休息24 h后，所有大鼠被斷頸椎處死。心臟取血約5~8 mL，置于10 mL離心管中，低溫離心機(jī)以4 000 r/min離心7 min，溫度控制在4 ℃，取血清置于5 mL凍存管內(nèi)，放置于-80 ℃低溫冰箱內(nèi)保存待測(cè)。取右側(cè)股骨及腰椎骨(L1～L5)，去除骨上附著的軟組織，用浸透生理鹽水的紗布包裹好，放于－20 ℃冰箱保存待測(cè)。
1.5 測(cè)試指標(biāo)與方法
1)體重測(cè)定。
實(shí)驗(yàn)過程中，每周日用電子稱測(cè)量各大鼠體重，并予以記錄。
2)血清生化指標(biāo)測(cè)定[2]。
取出保存于－80 ℃冰箱中的血清，檢測(cè)血清鈣、磷、堿性磷酸酶(ALP)及抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)的含量。試劑盒購(gòu)自南京建成生物工程研究所，嚴(yán)格按照說明書進(jìn)行操作。血鈣測(cè)定利用鄰甲酚酞絡(luò)合酮比色法；血磷利用孔雀綠直接顯色法進(jìn)行測(cè)定，血清中ALP和STR-ACP利用酶標(biāo)法檢測(cè)。
3)BMD測(cè)定。
從－20 ℃冰箱中取出股骨和腰椎骨，室溫自然解凍，用Hologic Discovery A骨密度儀掃描股骨和腰椎(L1～L4)BMD。
4)骨生物力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定。
將股骨放在津島AG―20KNA萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上，各測(cè)試樣本放置的位置及方向前后保持一致，支點(diǎn)跨距為20 mm，調(diào)整上壓頭接近股骨，以2 mm/min速度進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，直至骨折。股骨壓斷后，用游標(biāo)卡尺量取股骨斷裂處橢圓橫截面外層長(zhǎng)軸、外層短軸、內(nèi)層長(zhǎng)軸及內(nèi)層短軸的長(zhǎng)度。
用剪刀小心剪除第5腰椎上下椎間盤、椎弓及突起，并用細(xì)砂紙打磨成上下平面平行且與縱軸垂直的三棱柱。用游標(biāo)卡尺測(cè)量椎體矢狀徑、冠狀徑和高度。然后將椎體置于津島AG―20KNA萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整上壓頭接近椎骨，以2 mm/min的加載速度進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，直至出現(xiàn)椎體塌陷或壓縮性骨折時(shí)停止操作。
所測(cè)生物力學(xué)指標(biāo)包括結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)和材料力學(xué)指標(biāo)，結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)又包括最大荷載、彈性荷載、破壞載荷、最大撓度、彈性撓度、破壞撓度、剛性系數(shù)和能量吸收，在載荷-變形曲線上直接讀取和計(jì)算。材料力學(xué)指標(biāo)包括最大應(yīng)力、彈性應(yīng)力、破壞應(yīng)力、最大應(yīng)變、彈性應(yīng)變、破壞應(yīng)變和彈性模量，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)結(jié)合骨的幾何形狀和尺寸計(jì)算得出。
1.6 數(shù)據(jù)處理
各組參數(shù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，使用軟件 SPSS11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，組間差異顯著性采用方差分析的LSD(ONE WAY-ANOVA)進(jìn)行分析，以P
2 結(jié)果及分析
2.1 大鼠體重
各組大鼠在實(shí)驗(yàn)后體重均有明顯增加，尤其是前3周，去卵巢大鼠體重增加的幅度比假手術(shù)組明顯要大。3周后，各組大鼠體重增長(zhǎng)趨于緩慢，甚至有時(shí)游泳組和跳躍組大鼠體重出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)(如圖1)。各組大鼠最終體重比較，安靜組((426.67±35.16) g)、游泳組((389.50±13.13) g)和跳躍組((394.67±17.99) g)均顯著高于假手術(shù)組((347.16±9.43) g)；游泳組和跳躍組均低于安靜組，但統(tǒng)計(jì)分析，游泳組與安靜組大鼠體重差異存在顯著性(P0.05)。
2.2 大鼠股骨和腰椎骨(L1～L4)BMD
安靜組股骨和腰椎骨BMD明顯低于假手術(shù)組，且差異有非常顯著性(P
2.3 大鼠股骨生物力學(xué)指標(biāo)
在結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)方面，跳躍組大鼠股骨最大載荷、彈性載荷、破壞載荷及能量吸收均明顯高于安靜組大鼠；跳躍組大鼠股骨彈性載荷和能量吸收明顯高于游泳組大鼠；游泳組和假手術(shù)組各指標(biāo)比安靜組有所升高，但差異沒有顯著性 (見表2)。
在材料力學(xué)指標(biāo)方面，跳躍組大鼠股骨彈性應(yīng)力明顯高于安靜組大鼠(P
2.4 大鼠血清Ca、P濃度和STR-ACP及ALP酶活力
跳躍組和游泳組血清中Ca濃度均明顯低于安靜組(P
3 討論
3.1 建立大鼠骨質(zhì)疏松模型
Kalu[3]的報(bào)道顯示，去卵巢大鼠的骨丟失與女性絕經(jīng)后的骨丟失過程相似。因此，可以將去卵巢大鼠作為女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松模型進(jìn)行研究，突破了以人做實(shí)驗(yàn)的局限性，更有利于骨質(zhì)疏松深層次的防治和研究。本實(shí)驗(yàn)中，與假手術(shù)組相比，安靜組大鼠股骨和腰椎BMD均明顯降低(P
3.2 運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠體重的影響
本研究發(fā)現(xiàn)，摘除卵巢后大鼠體重急劇上升，增長(zhǎng)速度明顯快于假手術(shù)組，其中安靜組大鼠體重平均比假手術(shù)組高22.9%(P
有關(guān)研究表明，運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠去卵巢后體重的增加有一定的抑制作用，但這種抑制不能完全抵消摘除卵巢對(duì)體重的影響[5-6]。本研究也得出同樣的結(jié)果，與安靜組相比，跳躍組和游泳組大鼠體重都有所降低，其中游泳組體重平均比安靜組降低8.7%(P
3.3 運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠BMD、生物力學(xué)及骨代謝指標(biāo)的影響
骨密度(BMD)測(cè)定對(duì)于早期診斷骨質(zhì)疏松十分重要，是骨礦代謝中骨的量化指標(biāo)。當(dāng)BMD減少超過一定范圍時(shí)就會(huì)產(chǎn)生臨床上所表現(xiàn)的骨質(zhì)疏松。如股骨頸BMD每減少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，其骨折危險(xiǎn)性就增加2.6倍[8]。因此，精確檢測(cè)BMD，對(duì)于判斷骨量水平，預(yù)防骨質(zhì)疏松造成的骨折具有十分重要的意義。
骨生物力學(xué)特性直接反映骨的內(nèi)在質(zhì)量和性能，它與骨量、骨體積、皮質(zhì)骨厚度和松質(zhì)骨小梁結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，是對(duì)骨形態(tài)結(jié)構(gòu)的綜合反映[9－12]。骨是由無機(jī)質(zhì)與有機(jī)質(zhì)兩大部分組成，無機(jī)質(zhì)主要由無定形鈣磷混合物和鈣磷羥灰石晶體構(gòu)成，有機(jī)質(zhì)主要包括膠原蛋白、骨鈣蛋白、骨涎蛋白等。當(dāng)成骨細(xì)胞活性超過破骨細(xì)胞時(shí)，新骨不斷形成，鈣不斷被沉積到骨上，骨量不斷增加。由于破骨細(xì)胞代謝，同時(shí)又有大量骨細(xì)胞被分解，釋放鈣、磷等礦物質(zhì)到血液循環(huán)中。因此，通過測(cè)定血鈣、血磷的含量可間接了解骨代謝平衡的狀況。血漿中無機(jī)磷的含量水平影響骨吸收速率，血磷的穩(wěn)定是骨生長(zhǎng)和礦化的必要條件。由于血鈣與血磷濃度有密切關(guān)系，當(dāng)血鈣以鈣鹽形式沉淀時(shí)，血鈣減少，相應(yīng)地血磷的濃度會(huì)上升。
堿性磷酸酶(ALP)是最常用的評(píng)價(jià)骨形成和骨轉(zhuǎn)換的指標(biāo)，是反應(yīng)成骨細(xì)胞的活躍程度的生物標(biāo)志物之一。ALP由成骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生，主要存在于血清和骨中，而血清中ALP有50%來源于骨。當(dāng)成骨活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，成骨細(xì)胞分泌大量ALP，一部分參與骨的鈣化，一部分釋放到血液中。通常認(rèn)為血液中ALP升高是由代償性骨形成增強(qiáng)引起的。血漿抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)主要由破骨細(xì)胞產(chǎn)生釋放，主要存在于骨、前列腺、溶酶體、紅細(xì)胞、血小板及脾臟中。STR-ACP在骨吸收時(shí)對(duì)骨基質(zhì)的溶解起重要作用，當(dāng)骨吸收活躍時(shí)，反映在血中酶活性明顯升高。因此血漿中的STR-ACP水平可作為反映破骨細(xì)胞活性和骨吸收情況的重要指標(biāo)。
大量的研究表明，運(yùn)動(dòng)對(duì)骨具有重要影響，適宜的運(yùn)動(dòng)能有效增加骨量，改善骨健康。但不同運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)骨的影響也不盡相同。一般認(rèn)為，垂直面上的剪切力對(duì)于骨代謝的作用效果優(yōu)于側(cè)面對(duì)骨施加的載荷，在平時(shí)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程中承重練習(xí)和肌肉力量練習(xí)均能有效預(yù)防骨丟失，增加骨量。本研究中，跳躍組大鼠股骨在運(yùn)動(dòng)中有較強(qiáng)的垂直應(yīng)力刺激作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：與安靜組相比，跳躍組大鼠股骨BMD、最大載荷、彈性載荷、破壞載荷、能量吸收和彈性應(yīng)力均顯著性升高，跳躍組大鼠血清Ca和STR-ACP水平也顯著性降低。這說明跳躍運(yùn)動(dòng)能提高去卵巢大鼠成骨細(xì)胞活性并能較好的抑制破骨細(xì)胞的代謝作用，從而抑制了血清STR-ACP水平的增加，有利于去卵巢大鼠骨細(xì)胞對(duì)鈣的吸收，從而降低大鼠血鈣的水平，促進(jìn)骨鈣化，增加BMD，最終使骨的內(nèi)在質(zhì)量和性能的提高，表現(xiàn)為生物力學(xué)指標(biāo)的改善。
與安靜組相比，游泳組大鼠除了血清Ca水平顯著性降低外，其他指標(biāo)雖有相應(yīng)變化趨勢(shì)，但不存在顯著性差異。這說明游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)于去卵巢大鼠骨的刺激作用沒有跳躍運(yùn)動(dòng)明顯。分析其原因可能有以下兩個(gè)方面：跳躍時(shí)體重對(duì)下肢骨作用較大，屬于負(fù)重運(yùn)動(dòng)(WBPA，weight-bearing physical activity)，有縱向機(jī)械刺激。而游泳運(yùn)動(dòng)，盡管有骨骼肌的不斷收縮，肌肉對(duì)骨產(chǎn)生不斷的牽拉刺激，其刺激效果明顯的小于負(fù)重對(duì)骨的作用，屬于非負(fù)重運(yùn)動(dòng)(NWB，PA non-weight-bearing physical activity)。很多研究表明，WBPA比NWBPA對(duì)骨的刺激效果更明顯，如Emslander等[13]通過對(duì)21名跑步運(yùn)動(dòng)員、22名游泳運(yùn)動(dòng)員與20名非運(yùn)動(dòng)員的對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，跑步運(yùn)動(dòng)員的全身BMD和股骨頸BMD顯著高于其他兩組，而游泳運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員之間沒有顯著性差別。
跳躍組大鼠下肢骨受到較強(qiáng)的地面反作用力，而游泳對(duì)于下肢骨的地面反作用力微乎其微。Pettersson等[14]比較研究了跳繩運(yùn)動(dòng)和足球運(yùn)動(dòng)對(duì)BMD影響的差異，他們發(fā)現(xiàn)跳繩運(yùn)動(dòng)組和足球運(yùn)動(dòng)組的BMD均顯著高于對(duì)照組，而且發(fā)現(xiàn)跳繩組的全身BMD和腰椎BMD均顯著高于足球組。以上說明跳躍運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨在垂直面上所承受的載荷明顯大于其它運(yùn)動(dòng)方式，跳躍運(yùn)動(dòng)對(duì)于預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松具有良好的效果。
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篇9
關(guān)鍵詞：普拉提；核心肌群；核心力量
隨著健美操、瑜伽等大眾娛樂健身項(xiàng)目的廣為流傳，一種新型的健身項(xiàng)目開始備受矚目――普拉提。這是一種既吸收了東方運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（瑜伽、太極）的精髓，也引進(jìn)了西方運(yùn)動(dòng)注重肌肉體能訓(xùn)練的特點(diǎn)，在動(dòng)靜平衡中達(dá)到愉悅身心、凈化心靈、強(qiáng)身健體、塑造體型等目的，是一項(xiàng)值得推廣的健身項(xiàng)目。
一、普拉提運(yùn)動(dòng)的概念和原則
1.普拉提運(yùn)動(dòng)的概念
狹義的普拉提是指在瑜伽的基礎(chǔ)上融入芭蕾舞蹈健美運(yùn)動(dòng)、體操，甚至中國(guó)的太極等東西方運(yùn)動(dòng)精粹發(fā)展而來的精準(zhǔn)塑形運(yùn)動(dòng)。
廣義的普拉提指的是一種運(yùn)動(dòng)，主要是鍛煉人體深層的小肌肉，維持和改善外觀正?；顒?dòng)姿勢(shì)，達(dá)到身體平衡、伸展軀干和肢體的活動(dòng)范圍和活動(dòng)能力，強(qiáng)調(diào)對(duì)核心肌群的控制，加強(qiáng)人腦對(duì)肢體及骨骼肌肉組織的神經(jīng)感應(yīng)及支配，再配合正確的呼吸方法所進(jìn)行的一項(xiàng)全身協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
2.普拉提運(yùn)動(dòng)的原則
（1）呼吸原則。呼吸與運(yùn)動(dòng)相結(jié)合是普拉提運(yùn)動(dòng)的核心之一。普拉提采用的是橫向呼吸，并強(qiáng)調(diào)動(dòng)作與呼吸的結(jié)合，特別強(qiáng)調(diào)練習(xí)時(shí)用流暢有意識(shí)的呼吸以達(dá)到增強(qiáng)身體控制與平衡，增進(jìn)核心力量的目的。
（2）專注原則。普拉提不僅是身體的運(yùn)動(dòng)也是一種思想運(yùn)動(dòng)，練習(xí)時(shí)每個(gè)動(dòng)作都應(yīng)該是由頭腦控制的有意識(shí)的動(dòng)作，每一個(gè)動(dòng)作都要全神貫注體會(huì)肌肉的協(xié)調(diào)用力。
（3）控制原則。普拉提是有效伸展與施力的運(yùn)動(dòng)，所有動(dòng)作皆來自能量區(qū)――身體的控制中樞。有控制才能避免傷害，適當(dāng)?shù)目刂撇粌H能讓肌體進(jìn)行更大范圍的運(yùn)動(dòng)，還可以使動(dòng)作完成得更流暢。
（4）核心原則。普拉提的核心肌群有兩種：負(fù)責(zé)固定作用的局部穩(wěn)定肌群和負(fù)責(zé)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的綜合運(yùn)動(dòng)肌群。局部穩(wěn)定肌群主要作用是在運(yùn)動(dòng)前穩(wěn)定關(guān)節(jié)；綜合運(yùn)動(dòng)肌群主要作用是提供運(yùn)動(dòng)并且在產(chǎn)生更大力量時(shí)提供整體的穩(wěn)定性。
（5）精準(zhǔn)原則。普拉提所鍛煉的部位多為核心精細(xì)的內(nèi)部肌群，這些部位是我們?nèi)粘Ｉ钏憻挷坏胶碗y以體會(huì)的。因此，我們要通過大腦有意識(shí)的控制，通過精確運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生正確的肌肉順序和骨骼排列，達(dá)到正確練習(xí)。
（6）流暢原則。普拉提是完整與優(yōu)雅的運(yùn)動(dòng)，因此只有流暢的動(dòng)作才能保證我們?cè)谕瓿善绽岬倪^程中很好地穩(wěn)定我們的核心，達(dá)到運(yùn)動(dòng)效果。
二、普拉提運(yùn)動(dòng)對(duì)于提高核心穩(wěn)定和核心力量的顯著作用
1.核心肌群的概念
核心部位肌群簡(jiǎn)稱“核心肌群”，核心肌群位于身體的中段，包括腹直肌、腹橫肌、腹斜肌、背肌、下背肌、豎脊肌以及髖關(guān)節(jié)周圍的臀肌、旋髖肌和股后肌群等。核心肌群的生理機(jī)制：腰―骨盆―髖關(guān)節(jié)周圍的肌肉，這些肌群在人體運(yùn)動(dòng)中起著穩(wěn)定重心、傳導(dǎo)力量、發(fā)力或減力等作用。
2.核心肌群的特性
從解剖學(xué)、生理學(xué)及力學(xué)角度來看，核心肌群主要是指人體的軀干，包括脊柱和骨盆以及附著在脊柱和骨盆上的許多肌肉。生物力學(xué)專家Panjabi1992年提出了維持脊椎穩(wěn)定的三大系統(tǒng)：被動(dòng)支持系統(tǒng)、主動(dòng)收縮系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)主導(dǎo)的動(dòng)作控制系統(tǒng)。其中，主動(dòng)收縮系統(tǒng)來自核心肌群，鞏固脊椎的基本結(jié)構(gòu)，維持自然正中的生理彎曲曲線。
3.普拉提對(duì)于提高核心穩(wěn)定和核心力量的顯著作用
所謂核心穩(wěn)定是指在運(yùn)動(dòng)中控制軀干、骨盆部位肌肉的穩(wěn)定姿態(tài)，為上下肢運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造支點(diǎn)，并協(xié)調(diào)上下肢的發(fā)力，使力量的產(chǎn)生傳遞和控制達(dá)到最佳化。盡管核心部位的肌肉并不像四肢肌肉那樣，視覺上我們可見腿踢得高，動(dòng)作幅度大，但核心肌群在此過程中擔(dān)負(fù)著穩(wěn)定重心、環(huán)節(jié)發(fā)力、傳導(dǎo)力量等作用，同時(shí)也是整體發(fā)力的主要環(huán)節(jié)，對(duì)上下肢體的協(xié)同工作及整合用力起著承上啟下的樞紐作用。
由于核心肌群的肌肉位置深淺不一、大小不等，且工作特點(diǎn)較特殊，往往一般的體育鍛煉很難使核心部位的肌肉得到全面均衡的訓(xùn)練。因此，常規(guī)性的體育鍛煉對(duì)核心部位表層的運(yùn)動(dòng)肌訓(xùn)練得較多，而對(duì)深層穩(wěn)定肌的訓(xùn)練相對(duì)薄弱。在體育鍛煉中，普拉提能夠在提高本體感覺的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)核心穩(wěn)定及力量，具有不可替代的、獨(dú)特的作用。
綜上所述，普拉提運(yùn)動(dòng)對(duì)于核心肌群的訓(xùn)練具有重要的作用。但不可忽視的是，作為人體的一種訓(xùn)練形式，普拉提訓(xùn)練體系基于解剖學(xué)、生物力學(xué)等運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)理論基礎(chǔ)而建立，而同時(shí)，不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目又有其自身的特點(diǎn)。于是，如何基于不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)和需要來運(yùn)用普拉提進(jìn)行輔助訓(xùn)練，則是需要進(jìn)一步予以全面系統(tǒng)深入研究的問題。
參考文獻(xiàn)：
篇10
方法 使用三維有限元方法，建立Tile C型骨盆損傷（右側(cè)骶骨縱行骨折）模型，模擬使用3種骶髂螺釘固定方式進(jìn)行固定，并在模擬站立位狀態(tài)下對(duì)骨盆后環(huán)的豎直穩(wěn)定性和后旋穩(wěn)定性進(jìn)行量化和比較。
結(jié)果 S1、S2雙層面2枚骶髂螺釘固定組合的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于S1或S2的單層面1枚骶髂螺釘；在S2層面1枚骶髂螺釘固定的穩(wěn)定性優(yōu)于S1層面。
結(jié)論 針對(duì)Tile C型骨盆損傷的單側(cè)骶骨縱行骨折，要盡可能選擇雙層面骶髂螺釘固定；如果使用單層面單枚骶髂螺釘固定治療該類骶骨骨折，最好選擇S2層面。
【關(guān)鍵詞】骨盆；骶骨骨折；骶髂螺釘；穩(wěn)定性；三維有限元
Comparison of stability of sacroiliac screws in the treatment for unilateral Tile C sacral fractures between different modalities in a 3dimensional finite element model ZHAO Yong， ZHANG Shudong， SUN Tao， WANG Dan， LIAN Wei，LIU Yonghou，TAN Jiangwei，ZOU Dexin.Department of Orthopaedics， Yantaishan Hospital， Yantai 264008，China
Corresponding author：ZHAO Yong，Email：
【Abstract】Objective To study the stability of sacroiliac screws fixation for the treatment of unilateral vertical sacral fractures in order to provide pratical manipulation and reference for rapid insertion of sacroiliac screws in case of emergency. Methods A 3dimensional finite element model of Tile C pelvic ring injury （unilateral type DenisⅡfracture of sacrum）was made in a 36 year of a female patient. The unilateral sacral fractures were fixed in 3 types with sacroiliac screws in models respectively. The shift and angle displacement of the central superior surface of sacrum in the case of upright standing on both feet were measured and compared. Results The stability fixation with two sacroiliac screws for double planes of S1 and S2 segments was markedly superior to fixation with one sacroiliac screw for single plane of S1 or S2 segment； The vertical and rotational stability of sacroiliac screw fixation in S2 was superior to that in S1. Conclusions Fixation with two sacroiliac screws for double planes of S1 and S2 segments should be utilized for the fixation in unilateral sacral fractures of Tile C pelvic ring injury as possible. If only one sacroiliac screw is implanted， the fixation in S2 segment is more recommended than that in S1.
【Key words】Pelvis； Sacral fracture； Sacroiliac screw； Stability； 3dimensional finite element
高能量骨盆創(chuàng)傷是常見的急診重癥[1]，其中Tile C型的不穩(wěn)定性骨盆骨折更是必須急診進(jìn)行早期固定，從而有利于骨折復(fù)位并有效減少骨盆容積，壓迫骨折端阻止靜脈出血，盡快穩(wěn)定血流動(dòng)力學(xué)，降低病死率。雖然以Ganz鉗和前環(huán)外固定架為代表的外固定器操作相對(duì)簡(jiǎn)便、快速，但其固定效果不確切，不便于護(hù)理也無法滿足患者進(jìn)行早期功能鍛煉，故無法達(dá)到骨折的最終復(fù)位內(nèi)固定的效果。然而，對(duì)骨盆骨折所合并的重要臟器損傷進(jìn)行處置的同時(shí)往往也延誤了骨盆骨折的最終復(fù)位內(nèi)固定，因而在患者生命得以保全的同時(shí)錯(cuò)過了最佳的內(nèi)固定手術(shù)時(shí)機(jī)，從而遺留畸形愈合、下腰痛、跛行等不可逆的骨盆骨折合并癥。因此，盡快盡早微創(chuàng)地實(shí)施骨盆損傷的內(nèi)固定治療具有重大的臨床意義。Osterhoff等[2]報(bào)道其對(duì)剛?cè)朐旱牟糠止桥钃p傷病例快速進(jìn)行了骨盆后環(huán)的骶髂螺釘固定，并取得了滿意的臨床療效。這為急診一期完成骨盆后環(huán)乃至整個(gè)骨盆環(huán)的穩(wěn)定性重建提供了可能。如何在現(xiàn)有器械條件、操作技術(shù)的基礎(chǔ)上充分利用骶髂螺釘，在緊急恢復(fù)骨盆容量和減少出血的同時(shí)將螺釘固定的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)最大化，避免內(nèi)固定失效，便顯得頗具意義?；诖?，本文以臨床多見的單側(cè)骶骨縱行骨折（Tile C型）作為研究對(duì)象，應(yīng)用三維有限元技術(shù)對(duì)骶髂螺釘固定該類損傷進(jìn)行研究及生物力學(xué)比較，以期找到骶髂螺釘?shù)淖罴压潭ǚ绞?，從而預(yù)置急診手術(shù)方案，最大限度地縮短術(shù)前計(jì)劃所用時(shí)間，并為急診臨床實(shí)踐的規(guī)范化提供參考。
1 資料與方法
模擬Tile C型骨盆骨折，針對(duì)不穩(wěn)定性骨盆后環(huán)損傷（右側(cè)骶骨縱行骨折）模型使用骶髂螺釘或其組合（共3種）進(jìn)行固定，并對(duì)后環(huán)螺釘復(fù)合體的平移和旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性作出比較。
1.1 一般資料
對(duì)一例健康成年女性（36歲）進(jìn)行X線、B超等檢查，排除骨盆損傷、腫瘤、畸形，采用64層螺旋CT（Philips， Netherlands）對(duì)其骨盆進(jìn)行掃描，層厚1 mm，所得DICOM （Digital Imging and Communication in Medicine）數(shù)據(jù)資料通過工作站刻錄光盤。
1.2 三維有限元模型的建立
將CT圖像導(dǎo)入Mimics 10.1 （Materialise， Belgium）中，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中各種組織的灰度值差異及相關(guān)解剖學(xué)特征，通過閾值化操作等提取髂骨及骶骨的幾何結(jié)構(gòu)，并重建精確的骨盆 3D 表面體模型，并以STL文件格式輸出。然后將STL文件格式的骨盆模型導(dǎo)入逆向工程軟件Rapidform Xor3 （INUS Inc， Korea）中去除掉噪點(diǎn)，生成無接縫的骨性結(jié)構(gòu)的幾何模型。應(yīng)用骶骨與髂骨之間的區(qū)域建立骶髂關(guān)節(jié)軟骨的實(shí)體模型，以兩側(cè)恥骨間空間填充生成恥骨聯(lián)合間盤。最后，一并以iges格式導(dǎo)入有限元軟件ABAQUS 6.9.1 （SIMULIA Inc， US），并對(duì)骶骨與髂骨采用四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，用以代表松質(zhì)骨，對(duì)骶髂關(guān)節(jié)及恥骨聯(lián)合采用六面體網(wǎng)格劃分。因骨盆皮質(zhì)的厚度（1～2 mm）相對(duì)骨盆的幾何尺寸較小，所以在松質(zhì)骨表面生成一層殼單元用以模型皮質(zhì)。韌帶在維持骨盆的穩(wěn)定性方面起著重要作用，本研究中采用彈性連接單元模擬韌帶，其附著點(diǎn)根據(jù)解剖學(xué)定位。本研究所涉及的參數(shù)[3-8] 如表1表2所示，生成骨盆模型如圖1所示。
模擬骶髂螺釘固定的手術(shù)方式，在S1、S2兩個(gè)層面進(jìn)行固定。兩種螺釘均系直徑為7.3 mm的空心釘。將經(jīng)過正常骨盆模型的骶骨右側(cè)骶孔的面定義為骨折面。（模擬DenisⅡ型右側(cè)骶骨骨折）將螺釘分別與骶骨、髂骨、骶髂關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行布爾運(yùn)算，生成骨折固定模型。
模擬固定方式如下：①右側(cè)1枚骶髂螺釘對(duì)S1進(jìn)行固定 （S1）、②右側(cè)1枚骶髂螺釘對(duì)S2進(jìn)行固定 （S2）、③S1和S2各1枚骶髂螺釘自右側(cè)進(jìn)行固定 （S12） 。示意圖見圖2。
1.3 三維有限元模型的約束與加載
本研究中，將骶骨和髂骨分別與骶髂關(guān)節(jié)以及雙側(cè)恥骨與恥骨聯(lián)合之間采用綁定約束。在雙側(cè)髖關(guān)節(jié)面與旋轉(zhuǎn)中心耦合，并將中心點(diǎn)的3個(gè)方向的平移自由度約束。將恥骨聯(lián)合與骶骨下緣置于同一水平面上，自骶骨上表面豎直向下加載600 N力載荷，模型站立位的人體體質(zhì)量加載于骶骨的狀態(tài)。螺釘?shù)倪h(yuǎn)端和近端分別與骨組織采用綁定連接以模擬完全的骨整合狀態(tài)，螺釘?shù)墓饣瑮U部分與骨組織之間設(shè)定為可滑動(dòng)磨擦關(guān)系。
2 結(jié)果
本實(shí)驗(yàn)所建立的正常骨盆有限元模型的應(yīng)力分布特征與文獻(xiàn)[9-11]報(bào)道相一致，而且應(yīng)力值范圍與文獻(xiàn)[4，12]研究結(jié)果相近，由此表明本研究中的模型能夠有效而可靠地反映骨盆的生物力學(xué)特性。
本研究結(jié)果顯示，雙層面2枚骶髂螺釘固定組合的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單層面1枚骶髂螺釘（即S12明顯優(yōu)于S1、S2）。在豎直穩(wěn)定性和后旋穩(wěn)定性方面，S2均優(yōu)于S1。見表3。
3 討論
骶髂螺釘是骨盆后環(huán)損傷的治療領(lǐng)域的重大進(jìn)步，并已經(jīng)成為不穩(wěn)定型骨盆后環(huán)損傷最終固定的常用微創(chuàng)技術(shù)[13]，相比髓外固定，骶髂螺釘固定具有明顯的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)[14]，但多個(gè)臨床報(bào)道顯示，骶髂螺釘并不都能達(dá)到穩(wěn)定的固定。Keating等[15]使用骶髂螺釘技術(shù)獲得了84%的解剖復(fù)位或近解剖復(fù)位率，但是最終隨訪發(fā)現(xiàn)畸形愈合率高達(dá)44%。Griffin等[16]認(rèn)為，對(duì)于縱形骶骨骨折，骶髂螺釘固定更易出現(xiàn)固定失效和復(fù)位丟失。因此，如何根據(jù)具體傷情、因時(shí)因地制宜地快速選擇有效的固定方式，最大限度地發(fā)揮骶髂螺釘?shù)纳锪W(xué)優(yōu)勢(shì)，降低固定失敗率，這對(duì)于包括急診救治在內(nèi)的骨盆外傷的相應(yīng)處置就顯得尤為重要。
Tile C 型骨盆損傷的前環(huán)后環(huán)都嚴(yán)重失穩(wěn)，所以前后兩環(huán)均需固定，由于后環(huán)穩(wěn)定性占骨盆穩(wěn)定性的60%，加之骨盆復(fù)位固定的順序?yàn)橄群蟓h(huán)再前環(huán)（這是復(fù)位能夠成功的必要條件），因此后環(huán)穩(wěn)定性的快速重建便顯得尤為重要，而骶髂螺釘技術(shù)恰好順應(yīng)這一臨床需求，可經(jīng)皮透視下微創(chuàng)置入，在不加重原始損傷的同時(shí)為急診一期穩(wěn)定后環(huán)提供了可能，進(jìn)而急診完成的后環(huán)固定為全身情況改善后二期前環(huán)的復(fù)位固定又創(chuàng)造了條件。S1S2構(gòu)成了骶髂關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)，伴隨骶髂螺釘置入技術(shù)的成熟，希望對(duì)不同層面骶髂螺釘及其組合的穩(wěn)定性進(jìn)行比較研究，以期最省時(shí)地確定最佳急診治療策略。
需要指出的是，首先，雖然Tile C型骨盆損傷涉及前環(huán)不穩(wěn)且需固定，但鑒于固定方式具有多樣性，加之前環(huán)的穩(wěn)定性勢(shì)必影響后環(huán)的穩(wěn)定性，因此本研究并沒有對(duì)前環(huán)損傷及固定進(jìn)行模擬，而是保留了正常骨盆的前環(huán)狀態(tài)，雖然這樣得出的有關(guān)后環(huán)穩(wěn)定性的相關(guān)數(shù)值均較小，但并不影響針對(duì)后環(huán)穩(wěn)定性的多模型間的比較性研究；第二，本研究模擬切除所有肌肉但保留骨盆重要韌帶結(jié)構(gòu)的骨盆，從而在最大限度模擬正常骨盆穩(wěn)定性的前提下，排除不可預(yù)見的由肌肉收縮帶來的應(yīng)力，避免影響測(cè)量的準(zhǔn)確性[17]；第三，本研究所模擬的骨折線系一經(jīng)過骶孔的直線，這樣既便于模型的標(biāo)準(zhǔn)化而利于比較，又能避免因骨折線的不規(guī)則而影響網(wǎng)格劃分及后續(xù)計(jì)算的準(zhǔn)確性；第四，本研究規(guī)定正位觀恥骨聯(lián)合的上緣與骶骨下緣處同一水平面，較為準(zhǔn)確地模擬了雙足站立的生理實(shí)際。
本研究發(fā)現(xiàn)，固定狀態(tài)下的正常完整的骨盆所產(chǎn)生的平移方向主要為受力方向。這與實(shí)體研究結(jié)果一致[17]。筆者發(fā)現(xiàn)，骨盆后環(huán)豎直方向的加載導(dǎo)致了其自上而下方向的平移（下移），且下移的主體是位于骶骨骨折線的內(nèi)側(cè)部分，同時(shí)伴隨該下移主于矢狀面上的向后旋轉(zhuǎn)（后旋），而該主體在前后方向和內(nèi)外方向的移位幾乎為零。因此，通過對(duì)3種后環(huán)螺釘復(fù)合體的豎直穩(wěn)定性和后旋穩(wěn)定性的比較可以反映出各種內(nèi)固定方式的牢固程度。本研究結(jié)果顯示，雙層面2枚骶髂螺釘固定組合的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單層面1枚骶髂螺釘，這與Yinger等[14]和van Zwienen等[17]的研究結(jié)論相似，提示在臨床實(shí)際工作中針對(duì)單側(cè)骶骨骨折要盡可能選擇雙層面骶髂螺釘（S12）固定。
需要指出的是，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在S2層面進(jìn)行固定的豎直穩(wěn)定性和后旋穩(wěn)定性均要優(yōu)于S1層面。因此，筆者建議，如果使用單層面骶髂螺釘固定方式治療單側(cè)骶骨縱行骨折，最好選擇S2層面。筆者所進(jìn)行的放射解剖學(xué)研究顯示，正常狀態(tài)下骶骨的S2螺釘隧道比S1的短，S2的安全置釘空間也比S1小[18]。然而，S2層面的骨性結(jié)構(gòu)呈水平走行，該層面更適合水平置入螺釘，這恰與加長(zhǎng)骶髂螺釘?shù)淖咝惺且恢碌?，也恰恰適合Tile C 型的骶骨縱行骨折[19]。而且，在骶骨伴有先天畸形時(shí)，骶髂螺釘也更加適合在具有安全置釘空間優(yōu)勢(shì)的S2層面上進(jìn)行固定[20-21]。因此，在Tile C 型骶骨骨折的治療中S2層面扮演了不可替代的重要角色。
本研究發(fā)現(xiàn)，完整骨盆骶骨中部的下移和后旋均明顯小于損傷并予固定的骨盆，本研究中任何一種后環(huán)螺釘復(fù)合體的穩(wěn)定性都不及正常完整骨盆。因此，筆者認(rèn)為，即便使用最牢固的固定方式也要盡量避免患部過早承重，從而最大限度地避免因內(nèi)固定失效而導(dǎo)致的復(fù)位丟失。
應(yīng)該看到，工業(yè)器具的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單規(guī)則，而人體結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)材料特性卻復(fù)雜得多。因此起源于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的有限元軟件對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模不可避免地存在簡(jiǎn)化現(xiàn)象。所以盡管本研究的模型設(shè)計(jì)和建立能夠滿足比較性研究的需要，但筆者仍然希望隨著有限元相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其仿真程度會(huì)變得更高。同時(shí)，筆者希冀將來能通過基于新鮮尸體的實(shí)體測(cè)量研究對(duì)本計(jì)算生物力學(xué)研究進(jìn)行有效的補(bǔ)充，從而更加有利于解釋和指導(dǎo)臨床實(shí)踐，這也同樣有益于有限元實(shí)驗(yàn)方法的不斷完善。
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