• 2024年第1期文章目次
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      2024, 39(1). DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.01.0000

      摘要 (65) HTML (0) PDF 395.03 K (353) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2024, 39(1). DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.01.0000

      摘要 (31) HTML (0) PDF 1.01 M (399) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >专家论坛
    • 疾病动物模型建模过程中伦理和福利审查

      2024, 39(1):1-8. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.001

      摘要 (194) HTML (236) PDF 976.61 K (1181) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立动物模型是研究各种相应疾病发病机制和治疗手段不可或缺的工具,其伦理和福利的审查是保证科研质量、促进实验动物科学合理使用的必要措施。在审查实践中发现,大部分申请者都无法准确理解伦理申请表中的各项内容及其对应的伦理原则。因此,一套切实可行的动物实验伦理操作指南十分必需。本文以口腔疾病动物模型开展的法律、伦理基础为切入点,将建立口腔疾病动物模型的方法分为物理法、化学法、生物法、联合法,并详述其伦理和福利审查要点和模型评价方法。希望能帮助审查者和项目申请者更好理解并执行伦理审查的要点,最终提高动物模型标准化程度和适用性。

    • 血管力学生物学2023年度研究进展

      2024, 39(1):9-16. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.002

      摘要 (215) HTML (217) PDF 7.80 M (2481) 评论 (0) 收藏

      摘要:心血管系统是一个以心脏为中心、血管为网络的力学系统,力学因素在调控心血管系统生理状态或病理进程中起到直接且关键的作用。冠心病、高血压和脑卒中等多种心血管疾病都有着相似的病理学基础,即由于血管功能失衡及损伤修复异常引起的血管重建。因此,研究力学因素如何产生生物学效应而导致血管重建,阐明心血管力学信号转导通路和力学调控途径,对于深入了解心血管活动和疾病发生的本质及其防治有重要意义。本文以力学刺激(环境)因素和关键力学响应分子为线索,总结2023年度血管力学生物学的最新研究进展。研究结果为进一步探讨力学因素在心血管疾病发病机制中的作用,寻找心血管疾病诊断的标志物和潜在靶标等提供了新思路。

    • 血管生物力学与力学生物学研究进展

      2024, 39(1):17-23. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.003

      摘要 (318) HTML (212) PDF 1008.29 K (1238) 评论 (0) 收藏

      摘要:血管生物力学主要探讨血管细胞如何感知力学刺激、力学如何影响疾病发生发展以及开发多种数理模型来分析力学因素对疾病的作用。近年来,血管生物力学领域的研究蓬勃发展,各科研团队从不同方向解析血管的力学生物学过程,以期深入了解血管生物力学因素影响各种血管疾病进程的调控机制,为心脑血管疾病的防治提供基于力学生物学的理论基础。本文基于国内外专家团队并结合本团队研究工作对血管力学生物学领域近期的研究热点和新兴趋势进行总结分析,为把握血管力学生物学领域热点和探索新的研究方向提供系统框架。

    • >论著
    • 体外反搏对典型冠状动脉疾病作用效果的集中参数建模仿真

      2024, 39(1):24-31. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.004

      摘要 (122) HTML (24) PDF 7.98 M (350) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究增强型体外反搏(enhanced external counter pulsation,EECP)疗法对典型冠脉血管病及微血管心绞痛的血流动力学影响。方法 使用集中参数建模方法,建立包含导管动脉与心肌微循环的右优势型冠脉生理模型。分别仿真单支狭窄、三支狭窄及微血管心绞痛等病理情况。建立EECP干预模型,结合上述病理模型,仿真EECP对病理模型的血流动力学作用。结果 建立的冠脉生理模型、病理模型及EECP干预模型仿真结果与相关文献中的实验数据相符合。EECP对3种病理情况都有改善冠脉血流的效果。对单支狭窄,EECP在左主干冠脉狭窄程度达到80%~85%之后便无法使血流恢复正常水平。对三支狭窄,若3条分支狭窄程度有1支超过90%,则无法使用EECP治疗。对微血管心绞痛,EECP有效的临界情况是充血心肌血流量>1.03 mL/(min·g)、冠状动脉血流储备>1.64。结论 建立的EECP干预冠脉血管病模型符合预期,所获仿真数据对EECP的临床操作具有一定参考价值。

    • 缺血性脑卒中的体外反搏血流动力学效应及治疗策略优化

      2024, 39(1):32-39. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.005

      摘要 (131) HTML (9) PDF 7.78 M (355) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究增强型体外反搏(enhanced external counterpulsation,EECP)对于不同狭窄程度脑动脉的血流动力学效应。 方法 建立 4 个不同狭窄程度的 0D/ 3D 耦合几何多尺度血流动力学模型,开展不同反搏模式下的 EECP数值模拟,定量计算脑动脉各血流动力学指标。 其中,处于 4 ~ 7 Pa 范围的狭窄下游 TAWSS 均值、低 TAWSS 危险区域百分比、高狭窄支流量被认为可抑制动脉粥样硬化的发展,形成良好的血流动力学环境。 结果 对于 50% 、60% 、70% 、80% 狭窄,在反搏气囊放气时刻分别为心动周期内 0. 5、0. 6、0. 7、0. 7 s 的反搏模式下,血流动力学环境最优。 结论 对于 50% 狭窄脑动脉,应选择放气时刻为 0. 5 s 的反搏模式;对于 60% 狭窄脑动脉,应选择放气时刻为 0. 6 s 的反搏模式;对于 70% 、80% 狭窄脑动脉,应选择放气时刻为 0. 7 s 的反搏模式。 随着脑动脉狭窄程度增加,应当适当延长加压时长。 研究结果可为临床上对不同狭窄程度缺血性脑卒中患者 EECP 治疗方案提供理论参考。

    • 建立基于浸入边界有限元法的三维静脉瓣流固耦合数值模型

      2024, 39(1):40-45. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.006

      摘要 (86) HTML (11) PDF 2.46 M (397) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和超弹性力学响应,构建静脉血管和静脉瓣膜的三维数值模型。结果 研究结果可视化地展示静脉动态运输血液的过程以及静脉瓣膜防止反流的功能机制,再现静脉内瓣膜运动和血液流动的周期性特点,讨论和量化了整个心动周期内的重要生理数据,包括静脉内血液的压力、流速和流量以及静脉瓣膜的开口面积、静脉瓣膜表面的应力和应变分布等。结论 三维流固耦合模型可数值再现静脉内生理动态过程,为进一步揭示静脉疾病相关机制提供重要的参考和指导意义。

    • 力调控FLNa-Ig21/αIIbβ3-CT复合物结构稳定性的分子动力学研究

      2024, 39(1):46-54. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.007

      摘要 (44) HTML (9) PDF 7.80 M (340) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究力对FLNa-Ig21/αIIbβ3-CT分子对的力学稳定性及力学调控机制。方法 FLNa-Ig21/αIIbβ3-CT晶体结构取自PDB数据库。通过平衡和拉伸分子动力学模拟,分析复合物生理环境下稳定性以及力诱导的解折叠路径和力学稳定性。结果 平衡过程中,FLNa-Ig21和αIIbβ3-CT之间大部分盐桥和氢键的生存率小于0.5,其结合强度相对较弱;恒速度拉伸过程中,复合物可承受170~380 pN的拉力,其力学强度与力诱导的解离路径有关;在0~60 pN恒力条件下,复合物呈现“滑移键”趋势,且力的增加有利于αIIbβ3近膜端R995-D723盐桥的解离和整合素的活化。结论 力诱导的αIIbβ3-CT近膜端异构可增强复合物的力学强度和解离时间的后移;突破20 pN阈值后,力正向调控整合素的活化。研究结果为深入揭示整合素αIIbβ3活化的分子机制及相关靶向药物开发提供参考。

    • 脑组织压缩力学性能和本构模型

      2024, 39(1):55-61. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.008

      摘要 (63) HTML (14) PDF 6.60 M (355) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究脑组织在不同应变率下的压缩力学性能和本构模型。方法 使用电子万能试验机对猪脑组织白质和灰质开展准静态压缩和中速压缩试验,获得脑组织不同应变率下的应力-应变曲线。采用Ogden本构模型对试验曲线进行拟合,确定本构模型参数,并在有限元软件中进行仿真验证。结果 脑组织应力-应变曲线呈现非线性特征,具有较强的应变率相关性和敏感性。压缩至0.6应变时,在5×10-4~5×10-2 s-1应变率下,白质和灰质的应力分别增加102%和129%,在1~1.5 s-1应变率下则分别增加50.7%和54.6%;1.5 s-1应变率下白质、灰质应力比5×10-4 s-1应变率下分别增加347%、413%。Ogden模型拟合下的R2>0.99,仿真结果与试验结果误差在15%以内,验证了模型的有效性。结论 研究结果有助于实现对脑组织变形的预测,为建立更加科学合理的人体模拟靶标以及在设计和改进颅脑防护装备上提供准确的理论依据。

    • 不同跑步速度对大鼠股骨皮质骨组织失效应变的影响

      2024, 39(1):62-68. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.009

      摘要 (34) HTML (12) PDF 2.88 M (301) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 预测皮质骨组织失效应变,探究不同速度跑步对大鼠股骨皮质骨力学性能的影响。方法 设定皮质骨材料失效应变阈值,针对大鼠股骨有限元模型进行三点弯曲下的断裂模拟,将每次预测所得载荷-位移曲线与同一样本实验曲线进行比较拟合,以此反演预测组织失效应变。结果 皮质骨组织失效应变在不同速度跑步下存在显著差异,说明不同速度跑步力学刺激对皮质骨结构微观力学性能产生一定影响。其中组织失效应变在以12 m/min速度跑步中最大,在以20 m/min速度跑步中最小。结论 通过观测组织失效应变变化趋势,并结合皮质骨结构的宏观断裂载荷与纳观组织弹性模量变化趋势,探讨不同速度跑步力学刺激对皮质骨结构力学性能的综合影响,并找到有利于提升皮质骨力学性能的跑步速度,为通过跑步锻炼提高骨强度提供理论依据。

    • 不同胞元结构多孔钛合金支架的力学性能

      2024, 39(1):69-75. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.010

      摘要 (59) HTML (7) PDF 4.04 M (316) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究不同胞元结构对多孔钛合金支架静态力学性能和动态力学性能的影响,为临床下颌骨缺损修复支架的应用提供力学理论基础。方法 采用3D打印技术制造钻石胞元、立方体胞元和截面立方体胞元结构的多孔钛合金支架,开展支架单轴压缩试验和压缩棘轮疲劳试验,分析不同胞元结构支架的静态和动态力学性能。结果 钻石胞元、截面立方体胞元、立方体胞元支架的弹性模量分别为1.17、0.566、0.322 GPa,屈服强度分别为71.8、65.1、31.8 MPa。棘轮应变达到稳定阶段后,截面立方体胞元结构、钻石胞元结构、立方体胞元结构支架的棘轮应变分别为3.3%、4.0%、4.5%。棘轮应变随平均应力、应力幅值和峰值保持时间的增加而增加,随加载速率的增加而减小。结论 静态力学性能的评估结果为钻石胞元支架最优,截面立方体胞元支架次之,立方体胞元支架最差;动态力学性能评估结果为截面立方体胞元支架最优,钻石胞元支架次之,立方体胞元支架最差。研究结果为临床下颌骨缺损修复支架的构建提供新思路,也为该支架技术的进一步临床应用提供实验依据。

    • 3D打印金属椎体替代物力学性能

      2024, 39(1):76-83. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.011

      摘要 (68) HTML (7) PDF 7.13 M (363) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对钛网及3D打印金属椎体替代物力学性能进行研究,为临床中人工椎体选择与结构优化设计提供指导。方法 通过压缩力学测试,对钛网及3D打印多孔型、桁架型与拓扑型椎体替代物的等效力学属性与结构破坏形式进行系统研究。结果 钛网等效弹性模量[(2 908.73±287.39) MPa]仅次于拓扑型椎体替代物,但其结构强度与稳定性较差,等效屈服强度[(46.61±4.85) MPa]仅高于多孔型椎体替代物,且在压缩中率先屈服;多孔型椎体替代物结构强度[(18.14±0.17)~(25.79±0.40) MPa)]不足,难以满足脊柱重建力学要求;桁架型椎体替代物等效弹性模量[(2 477.86±55.19)~(2 620.08±194.36)MPa]与等效屈服强度[(77.61±0.50)~(88.42±1.07) MPa]良好但稳定性不足,在压缩过程中容易出现失稳现象;拓扑型椎体替代物具有最高的等效弹性模量[(3 746.28±183.80) MPa]与等效屈服强度[(177.43±3.82) MPa],可为人工椎体在体服役安全稳定提供更强保障。结论 拓扑优化方法可实现椎体替代物高强度、高稳定性设计,提供更大的设计空间与安全余量,为人工椎体轻量化与新材料设计提供更多可能。

    • 医用钛合金模拟体液预浸后的疲劳性能及其数值模拟

      2024, 39(1):84-90. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.012

      摘要 (60) HTML (11) PDF 7.58 M (354) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究新型低弹模Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)钛合金在模拟体液(simulated body fluid,SBF)干预下的腐蚀疲劳性能。方法 以Ti-6Al-4V(TC4)钛合金为对照组,测定两种钛合金在SBF中的电化学腐蚀极化曲线,并对预腐蚀后的TC4钛合金和TLM钛合金试样进行旋转弯曲疲劳试验,利用实验数据建立加载应力幅与疲劳断裂循环次数之间的关系,绘制应力-寿命曲线,通过分析试样的腐蚀疲劳微观断口形貌分析其断裂机制,并结合有限元软件对钛合金试件进行疲劳分析。结果 应力退火状态下TC4钛合金自腐蚀电位低于热处理后的TLM钛合金,而TLM钛合金对循环应力的变化更为敏感。对比仿真结果与试验结果显示,应力退火状态下的TC4钛合金与热处理后的TLM钛合金相比疲劳强度更高,抵抗裂纹扩展的能力更强,而耐腐蚀性能反之。相对于未预腐蚀处理试件,SBF预浸泡后的TLM钛合金脆性增加,疲劳性能有所降低。结论 通过对比分析,说明试验结果可靠性高,COMSOL有限元软件能够很好预测钛合金材料的疲劳寿命。

    • 新型变径全皮质骨螺纹螺钉设计以及在腰椎改良皮质骨轨迹的应用

      2024, 39(1):91-97. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.013

      摘要 (35) HTML (13) PDF 4.78 M (331) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 设计一款用于改良皮质骨轨迹(modified cortical bone trajectory,MCBT)置钉技术的新型变径全皮质骨螺纹螺钉,验证新型变径全皮质骨螺纹螺钉在MCBT技术中的力学特性。方法 根据MCBT技术,设计螺钉的螺距为2 mm,全长45 mm,粗杆部分直径恒定5.5 mm,细杆部分直径为4.0~4.5 mm变径,粗杆和细杆连接的变径位置长度为2 mm。从变径位置、螺纹深度、螺纹类型3个方面设置参数,开展三因素三水平L9正交试验,并建立螺钉模型。基于有限元方法对设计的螺钉进行扭转、弯曲和拔出力计算,对结果进行极差分析并确定螺钉模型。建立骨质疏松标本L4椎体三维模型,并按照MCBT技术置钉。比较新型变径全皮质骨螺纹螺钉和常规非变径全皮质骨螺纹螺钉抗拔出力。结果 通过极差分析,得出螺钉6(变径位置距离螺钉头部24 mm,螺纹深度0.7 mm,螺纹类型为45°对称螺纹)为最优螺钉。在抗拔出力方面,第6款变径全皮质骨螺纹螺钉比4.5 mm常规非变径全皮质骨螺纹螺钉提高13.1%,与5.5 mm常规非变径全皮质骨螺纹螺钉相比不具有统计学差异。结论 螺钉变径位置对螺钉拔出力影响最小,螺纹类型对拔出力影响最大,螺纹深度对扭转、弯曲影响最大。与常规非变径全皮质骨螺纹螺钉相比,变径全皮质骨螺纹螺钉前端较细,可避免进钉点发生劈裂;螺钉后端直径较粗,具有较好的抗拔出力性能。研究结果为MCBT技术的临床应用提供新的理论基础。

    • 用于开放式胫骨高位截骨术解剖型固定板的生物力学研究

      2024, 39(1):98-105. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.014

      摘要 (104) HTML (12) PDF 4.46 M (309) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对个体化开放式胫骨高位截骨术(open wedge high tibial osteotomy,OWHTO),设计一种新型内固定板,并研究几何参数和材料选择对其生物力学固定性能的影响。方法 通过个体化OWHTO 解剖型固定板设计建模,采用有限元分析方法,参数化研究固定板厚度、宽度和长度设计参数以及不锈钢、钛合金、镁合金和聚醚醚酮(PEEK )4种不同材料选取对OWHTO 固定系统生物力学的影响,对比了解剖型固定板与TomoFix 固定板的生物力学差异。结果 相比于固定板的长度与宽度,厚度对截骨间隙微位移的影响最大。与不锈钢和PEEK 材料相比,钛合金或镁合金固定板更有利于同时获得合理的稳定性和力学传递。与TomoFix 固定板相比,解剖型固定板最大von Mises应力降低了13.5%,螺钉和胫骨最大von Mises应力分别增大了9.8%与18.4%,最大截骨间隙cc处微位移增大了49.3%。结论 解剖型固定板在保证稳定性的前提下对减轻应力屏蔽效应以及提高生物力学性能有更积极的影响。研究结果为OWHTO 解剖型固定板的开发提供参考。

    • 慢性前庭综合征的机器学习分类方法

      2024, 39(1):106-110. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.015

      摘要 (28) HTML (8) PDF 2.22 M (374) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过最大Lyapunov指数(the largest Lyapunov exponents,LLE)计算慢性前庭综合征(chronic vestibular syndrome,CVS)患者运动的非线性特征,并通过机器学习算法验证分类模型的有效性。方法 使用三维运动捕捉系统捕捉受试者的关节运动轨迹,通过LLE判断混沌态,计算混沌轨迹的特征作为输入,采用ID3决策树、Adaboost、C45决策树、贝叶斯分类、朴素贝叶斯、支持向量机7种分类器进行分类。结果 共有16个关节点的17组轨迹处在混沌态,实验组运动轨迹的平均能量、增强波长、峰度表现出显著性差异(P<0.05),ID3决策树分类器表现出了最优性能,预测精度、召回率、F1分数均为100%。结论 混沌特征可能包含了CVS患者更多的个性差异,能够提高机器学习算法识别的准确性。研究结果可为CVS患者的早期识别和运动康复提供参考。

    • 跳跃运动中不同护膝条件下膝关节半月板应力场的数值研究

      2024, 39(1):111-117. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.016

      摘要 (108) HTML (14) PDF 4.99 M (356) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 采用数值模拟方法,建立人体膝关节肌骨系统生物力学模型,并将人体动力学模型模拟跳跃运动时所获得的运动学和动力学信息作为模型驱动数据,进而分析不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场分布特征。方法 基于受试者CT与MRI断层扫描图像,构建包括骨、关节软骨、半月板、韧带和膝关节外围软组织的较真实人体膝关节模型,依据跳跃运动全周期分析选择蓄力起跳、落地冲击两个半月板损伤风险较大的位姿步态进行模拟,分析4种不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场特征,讨论半月板峰值应力及其应力集中区域的变化,探究半月板损伤以及佩戴护膝的防护功效和力学依据。 结果 膝关节内侧半月板前角是应力集中的易受损区域;在热力场耦合护膝条件下,内侧半月板应力集中区域由其狭长且薄弱的前角转移至其较为宽厚的中部,且峰值应力显著降低;内、外侧半月板的峰值应力接近,表明两者共同承担外载,且半月板应力集中区域面积减小。结论 热力场耦合护膝对于膝关节半月板的损伤具有良好防护作用。数值模拟研究结果可以为热力多功能护膝的设计提供理论支撑和技术指导。

    • 不同躯干约束下蹲姿对人体下肢运动学和动力学的影响

      2024, 39(1):118-124. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.017

      摘要 (45) HTML (13) PDF 2.20 M (310) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究躯干控制对青年群体亚洲蹲和西方蹲时下肢运动生物力学特征的影响,为深蹲训练的应用和推广提供实证性依据。方法 24名健康男性青年大学生在带杆、无杆控制条件下进行亚洲蹲和西方蹲,运用红外光点运动捕捉系统和三维测力台采集其下肢运动学和动力学特征。通过Cortex-642.6.2软件,根据欧拉角的方法计算获得下肢三维角度,运用逆动力学方法得到三维力矩。通过2×2重复设计的双因素方差分析检验躯干控制和深蹲姿势对下肢运动特征的影响。结果 躯干控制和深蹲姿势对运动学和动力学参数均无显著性交互作用(P>0.05)。西方蹲具有较大的膝关节屈曲角、髌股关节接触力峰值、髋膝伸展力矩峰值之比,较小的踝关节背屈角、髋关节屈曲角(P<0.05)。带杆深蹲具有较大的踝关节背屈角、髌股关节接触力峰值和髋关节屈曲角,较小的膝关节屈曲角、髋膝伸展力矩峰值之比(P<0.05)。结论 西方蹲有助于训练伸髋肌群肌力,亚洲蹲则有助于训练伸膝肌群肌力。西方蹲髌股关节接触力峰值显著大于亚洲蹲,故推荐髌股关节痛患者采用亚洲蹲。带杆深蹲可补偿人体平衡,建议由于踝关节背屈活动范围受限或胫骨前肌无力人群可以考虑进行带杆深蹲等躯干控制训练,有助于帮助提高深蹲时下肢稳定性。

    • 偏瘫患者下台阶过程下肢生物力学特征分析

      2024, 39(1):125-131. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.018

      摘要 (24) HTML (6) PDF 7.15 M (250) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对比分析偏瘫患者不同方式下台阶过程中下肢生物力学特征,为降低患者下台阶过程中的跌倒风险提供理论依据。方法 选取10名正常人和20名符合要求的偏瘫患者,使用Qualisys动作捕捉系统和Kistler三维测力台对受试者下台阶过程中的运动学和动力学数据进行收集,分析其在下台阶过程中的生物力学特征和跌倒风险。结果 相较于正常人和先用健足下台阶(steps on the healthy side,SHS),先用患足下台阶(steps on the affected side,SAS)患侧下肢各关节屈伸活动幅度较小;SHS降低了健侧膝关节屈伸活动幅度,患侧下肢各关节屈伸活动幅度较SAS大;SAS下台阶左右方向地面反作用力(ground reaction force,GRF)曲线变化与正常人较为一致,患侧落地瞬间垂直GRF最大为1.05倍体重,健侧为1.25倍体重,低于正常人(1.5倍体重);SHS下台阶健侧落地瞬间最大垂直GRF为1.85倍体重,高于SAS和正常人。结论 相较于SAS,患者使用SHS下台阶患侧关节活动幅度和落地瞬间垂直GRF较大,更难掌握。SAS更符合偏瘫患者下台阶的生物力学特征。

    • 不同跑步着地习惯对跟腱形态学及其负荷特征的影响

      2024, 39(1):132-138. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.019

      摘要 (108) HTML (11) PDF 2.72 M (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究不同着地模式对跟腱形态学和负荷特征的影响。方法 招募习惯后跟着地跑者和习惯前掌着地跑者各14人,利用超声医学影像仪采集受试者的跟腱形态学特征(跟腱长度、横截面积、厚度);利用三维测力跑台采集并计算受试者穿着缓冲跑鞋以10 km/h速度跑步时的跟腱负荷特征(跖屈力矩、跟腱力、负载率、冲量、应力等)。结果 与习惯后跟着地跑者相比,习惯前掌着地跑者踝关节跖屈力矩峰值、跟腱力峰值、平均负载率、峰值负载率均显著增加(P<0.05),但两组跑者跟腱长度、跟腱横截面积和跟腱厚度差异无统计学意义(P>0.05)。结论 长期的前掌着地模式可以适应性地提高跟腱在重复性的“拉长-收缩”循环刺激中的力学特性。深入理解跟腱在不同着地方式下的响应,对于跑步爱好者以及运动医学领域中预防跟腱相关损伤具有重要的临床意义。

    • 大学生内八足底压力规律及其危害分析

      2024, 39(1):139-144. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.020

      摘要 (35) HTML (10) PDF 3.72 M (335) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 以中国大学生为目标群体,检测不同足态人群足底压力分布,分析内八人群足底压力分布特点,为其矫形康复提供参考。方法 选取具有典型内八、正常、外八足态各10名受试者参与足底压力检测实验。使用Zebris足底压力分布测量平板,检测受试者在自然站立和1个步态周期内的最大力、压力和接触时间。采集步态参数包括步长、步宽、步速、步向角、步态中心线、力变化曲线,并进行危害分析。结果 自然站立状态下,内八、外八组压力中心摇摆区域面积分别为(939.0252.4)、(1 120.2101.6) mm2,均远大于正常组[(240.7130.6) mm2],内八步态削弱了人体的维稳能力。三类步态人群的动、静态足底压力也呈现出不同的分布特征。静态站立时,内、外八足态人群压力中心向后足转移,后足承受约70%足底压力,高于正常组;动态行走时,内八组三足区压强峰值的绝对值高于其他组。结论 内八人群静态维稳能力差,三足区足底压力分布、足底分区压强相较正常步态均存在一定程度差异,导致内、外八人群在等强度运动状态下稳定性更差,肌肉易疲劳,甚至面临踝关节、膝关节损伤。

    • 消防员负重训练姿势仿真分析

      2024, 39(1):145-150. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.021

      摘要 (38) HTML (11) PDF 2.89 M (377) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究消防员负重状态下不同训练姿势的损伤风险和疲劳状况,降低其身体损伤和职业病的发生。方法 采用调查问卷对某消防救援大队消防员的训练损伤情况进行详细调查;针对引起损伤原因中占比最高的运动疲劳因素,使用Jack软件中的下背部分析、静态强度分析、疲劳度分析、舒适度分析等人因分析工具,对消防员的4种常用射水训练姿势,以及5层楼负重跑、挂钩梯攀爬科目的训练姿势进行仿真分析。结果 调查问卷统计显示,该消防大队消防员损伤的最主要因素是运动疲劳,其引起的损伤占比为69.8%。4种射水姿势均会造成膝、踝关节受伤的风险增加,4种射水姿势的舒适度从高到低依次为肩扛式、站立式、单膝跪地式、卧倒式。对于5层楼负重跑和挂钩梯攀爬的整个动态训练过程,消防员下背部均不会有增加的损伤风险,但踝、膝关节均有增加的损伤风险。结论 消防员负重训练存在某些训练姿势和部位不适、损伤风险增加等现象。研究结果为预防和降低消防员训练损伤、制定合理的训练计划以及有针对性地防护措施,提供科学的参考依据。

    • 马术骑手髋腰部慢性损伤的影像学和生物力学分析

      2024, 39(1):151-156. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.022

      摘要 (26) HTML (8) PDF 2.21 M (335) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过分析专业马术骑手腰椎及髋关节影像学和表面肌电信息,了解马术骑手髋部和腰部慢性疾病发病率,探究骑手慢性疼痛的发病原因。方法 选取25名上海市马术运动管理中心马术骑手,按照病史分为慢性腰部疼痛组和慢性髋部疼痛组。同时选取12名无髋腰部疼痛普通人作为对照组,收集受试者髋腰部相关病史资料和髋腰部X线、磁共振成像及核心肌群表面肌电数据。结果 慢性腰痛者腰椎JOA评分明显低于对照组(P<0.05)。骑手慢性髋关节疼痛相对较轻,但Harris评分明显低于对照组(P<0.05)。马术骑手腰部JOA评分与Pfirrmann分级明显相关。而髋部疼痛视觉模拟评分和Harris评分与影像学参数无明显相关性。腹直肌、竖脊肌、股直肌、臀中肌和多裂肌在骑坐姿势的均方根振幅大于正常坐位(P<0.05)。结论 马术骑手的慢性腰部疼痛发病原因主要可能与软组织过度劳损和腰椎退变相关;腰-髋矢状位序列骨盆倾斜角和骶骨倾斜角的变化可以反映马术骑手腰部僵硬程度。

    • 基于人体关节点的三维重心计算与验证方法

      2024, 39(1):157-163. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.023

      摘要 (90) HTML (11) PDF 3.26 M (421) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究基于机器视觉确定人体重心空间位置的乘系数法和力矩合成法准确度。方法 搭建力学测量平台,分别设计静态和动态下人体三维重心测量方法,计算重心空间坐标。通过实验,分析乘系数法和力矩合成法的计算准确度。结果 在静态实验下,力矩合成法的计算结果在每个维度上都比乘系数法的准确度更高,力矩合成法计算人体三维重心在X、Y、Z方向上的误差最低分别为3.9%、4.1%、8.5%;在动态实验下,力矩合成法不论是在X或Y方向的平均误差和相对误差都比乘系数法要小,采用动作分解法来分析Z轴重心高度方向,力矩合成法最终呈现的效果更好。结论 力矩合成法的三维重心计算准确度较高,与力学测量平台的测量数据更接近。力矩合成法所计算出的三维重心基本可代替力学测量平台应用于后续进一步的研究。

    • 无托槽牙齿矫治器个性化设计与3D成型

      2024, 39(1):164-171. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.024

      摘要 (45) HTML (11) PDF 6.53 M (349) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对牙齿矫治器开展有限元仿真分析以确定不同工况的矫正量,制定无托槽牙齿矫治器的设计方案,使熔融沉积工艺成型的矫治器具备个性化的矫治效果。方法 结合患者CT数据逆向重构牙齿模型,通过有限元方法确立牙齿在倾斜、扭转、平移3种工况下的矫治量。选择不同弹性模量的材料3D成型不同矫治类型无托槽牙齿矫治器,并测量正畸力。结果 针对不同工况可设计不同的矫治偏移量,从而使矫治器具备个性化治疗效果。无托槽牙齿矫治器的正畸力随着弹性模量和厚度的增加而增大。在给定工况下,当矫治器材料为热可塑性聚氨酯(TPU)时正畸力最小(90 mN);当矫治器材料为聚乳酸(PLA)时正畸力最大(61.66 N)。结论 设计应根据患者的牙齿情况,在整个矫治过程中每一步矫治所需要正畸力的大小,选择不同弹性模量和不同厚度的无托槽牙齿矫治器对患者畸形牙齿进行治疗,从而实现分阶段矫治效果。

    • >综述
    • 衰老进程中老年人下肢刚度变化的研究进展

      2024, 39(1):172-177. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.025

      摘要 (85) HTML (18) PDF 980.56 K (296) 评论 (0) 收藏

      摘要:下楼梯、走路以及跑步是日常生活中的常见动作,但对于功能衰退的老年人却容导致跌倒或受伤,且人体为了应对各种情况以避免摔倒,最先启动的运动神经保护机制是下肢刚度的调节。基于此,本研究通过中国知网、万方、Google Scholar、Web of Science等数据库,以主题为老年人、下肢刚度等关键词检索并收集相关研究成果,总结不同动作任务中下肢刚度变化的异同点。研究结果表明,对可控因素进行干预能够改善下肢刚度的变化从而预防老年人跌倒。但由于相关研究较少,未来仍需要深入探究运动干预对老年人下肢刚度的影响,以得到更加可靠的规律性特征和依据。

    • 新型力学敏感性离子通道Piezo1在心脏纤维化中的研究进展

      2024, 39(1):178-184. DOI: 10.16156/j.1004-7220.2024.01.026

      摘要 (82) HTML (16) PDF 1.71 M (390) 评论 (0) 收藏

      摘要:心脏纤维化参与各种心脏疾病发生发展进程,持续进展可导致心脏结构重塑和功能障碍,增加心血管疾病的死亡风险。新型的力学敏感性离子通道Piezo1可将精细的力传感器与调节Ca2+内流结合起来,参与细胞的力学转导,从而调控细胞生物功能,开辟了细胞力学转导研究的新领域。近年来研究表明,心肌损伤后发生的生物力学改变,可诱导心脏细胞中Piezo1表达上调并介导钙稳态失衡,在心脏纤维化正反馈环路中扮演着重要角色。本文对Peizo1参与调控心脏纤维化的理论基础及相关研究进行综述,并对Piezo1通道有望成为抗纤维化治疗的新靶点进行讨论,以期为心脏纤维化的防治提供新的研究视野。

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