下载文档原格式
骨科生物力学的发展及应用骨科生物力学是一门研究骨骼系统力学性能及其应用的学科。
通过对力学原理的应用，骨科生物力学研究能够帮助我们深入了解骨骼系统的力学特性，并为骨科疾病的预防、诊断和治疗提供了重要的理论依据和技术手段。
下面将从骨科生物力学的发展历程和应用方向两方面进行详细阐述。
骨科生物力学的发展历程可以追溯到20世纪50年代，在这个阶段，骨科生物力学主要应用于骨折修复和骨移动研究。
然而，随着科技的进步和对骨骼系统深入研究的需求，骨科生物力学逐渐得到了广泛应用和研究。
在研究方法方面，骨科生物力学主要借助于实验研究和计算模拟两种方法。
实验研究通过对骨骼力学性能的测量，例如骨骼的刚度、强度、疲劳性等参数的测试，来研究不同病态骨骼的机械特性。
计算模拟则通过计算机仿真技术，建立数学模型来模拟骨骼受力情况和相应的力学响应。
两种方法相互结合，可以更准确地研究骨骼系统的微观和宏观力学特性。
骨科生物力学的应用领域包括骨折修复、人工关节置换、骨肉瘤治疗、骨质疏松症等。
首先，骨科生物力学在骨折修复中起着重要作用。
通过对不同骨折类型和治疗方法的生物力学分析，可以选择最佳的骨折治疗方案，如内固定术、外固定术和骨折愈合促进剂的应用。
其次，骨科生物力学在人工关节置换中也具有重要意义。
通过人工关节的生物力学研究，可以改善人工关节设计，提高其稳定性和耐用性，减少患者术后并发症的发生。
此外，骨科生物力学对于骨肉瘤治疗也有重要作用。
通过研究肿瘤骨的生物力学特性，可以制定相应的骨肉瘤治疗方案，并评估治疗效果。
最后，骨科生物力学在骨质疏松症的预防和治疗中也发挥重要作用。
通过研究骨质疏松症患者的骨骼力学特性，可以预测骨折风险，并制定相应的预防和治疗策略。
除了以上应用领域，骨科生物力学还广泛应用于骨骼生长发育研究、骨骼退行性疾病研究、运动损伤防治、人体姿态评估等方面。
通过骨骼生长发育研究，可以揭示生长发育过程中骨骼力学行为的变化规律，为儿童骨骼发育提供科学依据。
小鼠骨折及不同治疗方式模型的研究进展引言小鼠骨折模型是研究骨折治疗新方法以及了解骨折康复过程的重要工具。
通过建立小鼠骨折模型，可以模拟人类骨折，并且方便进行不同治疗方式的研究。
随着生物医学研究的发展，越来越多的治疗方式被应用于小鼠骨折模型，包括传统治疗方法和新技术手段。
本文将介绍小鼠骨折模型及不同治疗方式的研究进展，并探讨其在骨折治疗领域的应用前景。
小鼠骨折模型的建立小鼠骨折模型的建立方法多种多样，常见的包括手术法、化学法和物理法等。
手术法是最常用的建立小鼠骨折模型的方法，通过制作骨折口、固定骨折等步骤来模拟人类骨折情况。
化学法是利用化学物质诱导小鼠骨折，常用的化学物质有胶原酶、硫酸铜等。
物理法是利用外力（如剪切力、冲击力）使小鼠骨骼受到破坏并导致骨折发生。
通过不同的建立方法，可以模拟不同程度、不同类型的骨折，从而为研究治疗方式提供多样化的样本。
传统治疗方式的研究进展传统的骨折治疗方式主要包括保守治疗和手术治疗。
保守治疗是指利用石膏、绷带等外部固定器材保护骨折部位，促进骨折愈合。
手术治疗则是通过外科手术的方式，将骨折部位复位固定，促进骨折愈合。
这些传统治疗方式在小鼠骨折模型中的应用也得到了广泛研究。
通过对不同治疗方式的比较研究，可以评估其在骨折治疗中的疗效、安全性以及对骨折愈合过程的影响。
新技术手段的研究进展随着生物医学技术的进步，越来越多的新技术手段被应用于小鼠骨折模型的研究。
其中，基因治疗和干细胞治疗是研究热点。
基因治疗通过向骨折部位输送特定基因或调控骨细胞基因表达，促进骨折愈合。
干细胞治疗则是通过将干细胞定向分化为骨细胞或骨髓基质细胞，增加骨折部位的细胞来源，从而促进骨折愈合。
其他新技术手段包括利用成骨细胞因子、3D打印技术等，通过提供骨生成材料或建立复杂的人工支架来促进骨折愈合。
应用前景小鼠骨折模型及不同治疗方式的研究进展为骨折治疗提供了重要的基础。
通过研究不同治疗方式在小鼠骨折模型中的疗效和机制，可以为人类骨折治疗提供新的思路和方法。
《“手风琴技术”治疗骨折不愈合的生物学机制研究之骨折不愈合的动物实验模型的制备》篇一手风琴技术治疗骨折不愈合的生物学机制研究：骨折不愈合的动物实验模型制备一、引言骨折不愈合（Nonunion）是骨科领域面临的严重问题之一，对于患者的健康和生活质量带来极大的影响。
随着医学技术的不断进步，新型的治疗手段不断涌现。
本文旨在研究一种名为“手风琴技术”的治疗方法，并就其治疗骨折不愈合的生物学机制进行探讨，同时对实验模型的制备进行详细阐述。
二、手风琴技术概述手风琴技术是一种新型的骨折治疗方法，其核心思想是通过精准的力学调节，模仿人体骨骼的自然愈合过程，从而促进骨折部位的愈合。
该技术通过特定的操作手法，使得骨折部位在稳定的环境下得到适当的压力刺激，从而加速骨痂的形成和骨骼的再生。
三、骨折不愈合的动物实验模型制备（一）实验动物选择为确保实验结果的准确性和可靠性，我们选择成年动物作为实验对象。
考虑到实验操作的便利性和实验结果的代表性，我们选择了具有代表性的大鼠和小鼠作为实验动物。
（二）模型制备步骤1. 造模前准备：准备手术器械、麻醉药物、消毒用品等。
2. 麻醉与固定：通过注射麻醉药物使动物进入麻醉状态，并将其固定在手术台上。
3. 制造骨折：在无菌条件下，通过特定手术操作制造骨折。
4. 模型处理：将动物分为实验组和对照组，实验组采用手风琴技术进行治疗，对照组采用常规治疗方法。
5. 术后护理：对动物进行术后护理，确保其生存环境和营养供给。
（三）模型评估通过X光、CT等影像学检查，对骨折部位的愈合情况进行评估。
同时，通过血液生化指标、组织学检查等方法，评估手风琴技术对骨折愈合的生物学机制。
四、生物学机制研究手风琴技术通过适当的压力刺激，促进骨痂的形成和骨骼的再生。
我们通过研究发现，该技术能够激活骨髓间充质细胞的活性，促进其分化为成骨细胞和破骨细胞，从而加速骨折部位的愈合。
此外，手风琴技术还能够调节骨折部位的炎症反应，减轻炎症对骨折愈合的负面影响。
骨科医学中的生物力学研究骨科医学是关注人体骨骼系统的健康和功能的医学领域。
在这个领域中，生物力学扮演了一个至关重要的角色。
生物力学是物理学和生物学的交叉领域，研究生物系统的力学特性，包括骨骼系统的形态、力学、材料学和生物学等。
在骨科医学中，生物力学研究致力于解决一系列与骨骼系统相关的临床问题，包括疾病的预防、诊断和治疗等方面。
骨科医生和生物力学家通常使用计算机模拟和实验研究方法来研究骨骼系统的力学行为。
通过这些研究，他们可以改进治疗方法，预防疾病，甚至改进人工骨骼等医疗器械。
这些研究还可以帮助医生更好地了解骨骼系统在日常活动中的功能和性能，以及在运动和运动中所承受的力量。
下面是一些研究生物力学在骨科医学中的应用的例子：1. 骨折愈合骨折愈合是指一种生物学上的自我修复过程，涉及骨骼系统中各种不同类型的组织和生物分子之间的相互作用。
通过生物力学分析和建模，研究人员可以更好地理解骨折愈合过程中的机制，从而改进治疗策略和预防措施。
2. 骨质疏松骨质疏松是骨骼系统的一种常见问题。
它是一种骨量减少、组织低萎缩和骨密度下降的疾病，导致骨骼脆弱易碎。
通过生物力学建模，研究人员可以了解骨质疏松症下骨骼的力学性能，例如骨骼的结构和骨强度。
这些研究还可以用于改进骨质疏松预防和治疗方法的发展。
3. 人工关节和骨科植入物人工关节和其他骨科植入物是骨科医生经常使用的治疗手段。
这些植入物可以帮助骨骼系统的受损部分重获功能并减轻疼痛。
然而，不同的植入物在各种运动和负载下可能会受到不同的力学应力。
因此，生物力学建模可以用于评估不同类型的植入物在各种情况下的性能，并预测其在日常活动中的生物相容性。
综上所述，生物力学在骨科医学中的应用非常广泛，涉及多个临床问题和治疗手段。
通过这些研究，我们可以更好地理解骨骼系统的力学和生物特性，并更好地预测和治疗相关的疾病。
生物力学领域的不断发展和进步将继续帮助骨科医生改进现有的治疗方法，为全球人民提供更好的医疗服务。
骨折修复的最新研究进展近年来，随着医学研究的不断进步，骨折修复领域也取得了许多重要的突破。
本文将对骨折修复的最新研究进展进行综述。
一、引言骨折是常见的骨骼创伤，对患者的生活质量和健康造成了严重影响。
因此，骨折修复一直是医学界的关注重点。
本文将简要概述骨折修复的最新研究进展。
二、骨折修复的生物学机制在骨折修复的过程中，生物学机制起着至关重要的作用。
最新研究发现，骨骼细胞的增殖和分化在骨折修复中起到关键作用。
在骨折部位，干细胞和成骨细胞通过复杂的信号传导网络相互作用，促进新骨组织的形成。
三、基因治疗在骨折修复中的应用基因治疗是一种新型的治疗方法，近年来在骨折修复领域得到了广泛应用。
研究人员通过操控特定基因的表达，调控骨骼细胞的增殖和分化过程。
例如，一项最新的研究表明，通过适当调节基因表达，可以显著提高骨折修复的效果。
四、生物材料在骨折修复中的应用生物材料的应用对于骨折修复起着重要作用。
最新的研究表明，合成的生物材料能够促进骨折愈合和新骨组织的生成。
例如，一种新型的生物材料可以模拟骨骼的特性，并提供骨骼细胞所需的支撑和生长环境，从而加速骨折的愈合。
五、生物打印技术在骨折修复中的应用生物打印技术是一种创新的治疗手段，已经在骨折修复中取得了突破性进展。
通过生物打印技术，研究人员可以精确打印出人工骨骼，提供理想的骨折修复材料。
最新的研究表明，生物打印技术不仅能够加速骨折的愈合，还能够使修复后的骨骼更加稳定和强健。
六、干细胞在骨折修复中的应用干细胞疗法是一种备受关注的治疗方法，已经在骨折修复中取得了一些令人兴奋的进展。
最新的研究表明，通过将干细胞注入骨折部位，可以促进新骨组织的生长和修复，缩短骨折愈合的时间。
此外，干细胞还可以调节免疫反应，减轻骨折的疼痛和炎症反应。
七、结论随着科技的不断进步，骨折修复领域的研究也取得了突破性的进展。
基因治疗、生物材料、生物打印技术和干细胞疗法等新技术的应用，为骨折修复带来了新的希望。
骨科研究中的生物力学原理在医学领域中，骨科学是关于骨骼疾病的研究。
骨科研究中的生物力学原理是非常重要的。
生物力学是力学的一个分支，其研究的对象是生物体的结构和运动。
骨科研究中的生物力学原理，指的是以生物体为对象，运用力学原理研究生物体力学、运动学特性及其与环境的相互作用。
这一领域对于骨科学研究的深入理解和治疗方案的制定都有至关重要的影响。
1. 骨骼的结构从生物力学角度来看，骨骼是由组成的复杂的结构。
在结构上，骨骼主要含有两种物质，一种是钙质，一种是胶原蛋白。
钙质使骨骼硬度高，胶原蛋白则使骨骼具有韧性。
骨骼的结构对于其机械性能有着很大的影响。
骨骼的耐受能力主要来源于骨皮质和骨髓腔。
骨皮质是骨骼的外部部分，主要负责承受外部的负荷，而骨髓腔则是骨髓的储存处。
这些结构的组合形成了骨骼的复杂的力学性能。
2. 在生物体内的应力分布生物组织内的应力分布是一重要的话题，对于治疗和预防骨骼疾病非常有用。
通过生物力学的原理，我们可以了解生物体内各个部位的应力情况，从而更好地理解疾病的成因。
骨骼的应力分布主要是受到力的大小、方向和时间的影响。
比如在行走的时候，足底会受到来自地面的反作用力，同时，体重也会在膝盖、髋关节和脊柱等部位造成应力，这些应力对于骨骼的稳定和维护有很大的作用。
3. 骨骼受力的特点骨骼处于永久受压和拉伸的状态下，如何保持其稳定性是骨科研究中十分重要的话题之一。
实际上，在生物体内，骨骼受力的过程与其他技术领域的运动学和动力学密不可分。
以骨折为例，我们需要将生物力学的分析用于骨骼治疗。
在骨折的治疗中，我们需要对骨骼受力状态进行分析，并要根据特定条件来设计治疗方案。
生物力学的原理为骨科学的研究带来了极大的提升，其应用可能包括对生物体内某些部位的应力分布，以及对应力测量工具的开发。
此外，在骨折治疗和骨骼改造等方面，共同研究生物力学角度下的骨折发展可能会提供更多的可行性治疗方法。
结语生物力学与骨科研究的结合，使我们对于骨骼疾病有了更深入的理解和治疗方法。
生物医学工程与临床2012年7月第16卷第4期BME ＆Clin Med,July 2012,Vol．16,No .4骨折治疗的生物力学研究进展毕若杰1，郑小平1，王志强2·综述·摘要：机械负荷引起的生物学效应，在正常骨组织分化、发育中扮演着重要角色，同样在骨折愈合中也起着重要作用。
在骨折愈合方面生物力学的研究促进了骨折治疗的发展，使骨折更接近于生理愈合，有效降低骨不愈合的发生。
文章综述骨折治疗和愈合过程中生物力学方面的研究及进展。
关键词：骨折治疗；生物力学；有限元分析；骨折监测中图分类号：R68文章编号：1009－7090（2012）04－0406－05文献标识码：A 1骨组织中的生物力学效应1.1早期骨生物力学调节理论研究Pauwels F [1]通过光弹性效应设备对骨模型中的应力进行测量和分析，研究应力对组织分化的影响。
Pauwels F 发现偏应力可刺激纤维结缔组织的形成，而流体静力的压应力可刺激软骨的形成，随着偏应力向流体静压力的过渡，组织应答也发生相应的变化———韧带→肌腱→纤维软骨→透明软骨。
基于Pauwels 的理论框架，Carter DR 等[2]将八面切应力和流体静应力结合起来的方法建立骨化模型，并应用有限元分析（finite element analysis ，FEA ）技术预测一段时间内的周期性负荷对组织分化的影响。
Carter DR 发现：间断的压力或切应力促进软骨内成骨；拉力促进膜内成骨；持续压力（静水压）促进软骨形成，抑制软骨内成骨；高切应力促进纤维组织形成。
相对上述前两者Claes LE 和Heigele CA [3，4]一开始就提出了量化的力学调节理论，根据组织静水压的大小可以推测不同细胞反映和组织分化过程。
他们发现较小的组织应变（约＜0.5%）和静水压（＜-0.15MPa ）可导致成骨细胞的直接膜内骨化，更大的数值（1.5%＜组织形变＜15.0%，静水压＞-0.15MPa ）可导致软骨内骨化；而高于15%的组织形变将导致纤维软骨和结缔组织的形成，妨碍骨折愈合。
1.2组织细胞水平的力学研究在应力刺激下成骨细胞通过表达巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor ，M-CSF ）和核因子κB 受体活化因子/骨保护素（receptoractivator of NF-κB/osteoprotegerin ，RANK/OPG ）对破骨细胞增殖和分化进行调控；骨细胞在受力后分泌OPG 和转化生长因子-β3（transforming growth factor-beta 3，TGF-β3）等细胞因子影响破骨细胞的分化和骨吸收功能，此外骨细胞分泌细胞因子一氧化氮（nitricoxide ，NO ）和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）尚可影响成骨细胞的骨形成；力学负荷促进破骨细胞的骨吸收，骨吸收进一步启动成骨细胞的骨形成[5]。
成骨、破骨、骨细胞之间相互作用、相互影响，简单地讲机械负荷可以直接兴奋成骨细胞，促进成骨细胞增殖和分泌骨基质；机械负荷也可以影响骨细胞，通过信号传递从而影响成骨细胞和破骨细胞的功能[6]。
目前以成骨细胞的力学研究较为丰富。
适当的机械牵张力可促使成骨细胞内力敏感基因的表达增加，如早期反应基因（c-fos 、c-jun 、cox-2）、碱性磷酸酶（alk -aline phosphatase ，ALP ）及骨钙素、骨成型蛋白（bone m -orphogenetic protein ，BMP ）及其受体、胶原蛋白、骨桥蛋白（osteopontin ，OPN ）、TGF-β、碱性纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor ，bFGF ）、胰岛素样生长因子（insulin-like growth factors ，IGF ）、血管内皮生长作者单位：1.河北联合大学，河北唐山063000；2.河北联合大学附属医院骨科，河北唐山063000收稿日期：2012-01-15；修回日期：2012-02-29作者简介：毕若杰（1985-），男，河北唐山市人，硕士研究生，主要从事创伤骨科研究。
E-mail ：bbruojie@通讯作者：王志强（1962-），男，河北唐山市人，本科，主任医师，教授，博导，主要从事骨移植替代材料及人工关节翻修。
E-mail ：wzhqde@ 。
审校者：马信龙（天津市天津医院，天津300211）版权C 保护，不得翻录。
Advance progress in biomechanics for fracture healing BI Ruo -jie 1，ZHENG Xiao -ping 1，WANG Zhi -qiang 2（1.Hebei United University,Tangshan 063000,Hebei,China;2.Department of Orthopedics,Hebei United University Affiliated Hospital,Tangshan 063000,Hebei,China ）Corresponding author:WANG Zhi-qiang.E-mail:wzhqde@406--DOI:10.13339/ki.sglc.2012.04.019因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDG）等，它们在新骨生成过程中都起着重要作用[7，8]。
流体切应力具有提高大鼠成骨细胞增殖能力及增强其细胞活性的作用[9]，对成骨细胞施加流体切应力可影响多种蛋白质和细胞因子，如OPG/破骨细胞分化因子（osteoclast differentiation factor，ODF）、PGE2、NO、ALP 等，这些因子作用于骨细胞而调节骨形成和修复，保持骨量的动态平衡[10，11]。
此外，骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）的研究也是近些年的的热点之一。
不同强度和作用时间的牵张力对BMSCs的影响不同。
黎润光等[12]模拟体内牵张成骨的环境，对人BMSCs进行实验表明，适当的牵张应力能够刺激人BMSCs的增殖。
机械牵张力还可以激活或促进BMSCs向成骨细胞分化[7]，力学研究[13]表明较低拉伸应力下（>5%）活化蛋白-1（activator protein-1，AP）活性增强，核心结合因子α1（core-binding factorα1）的mRNA表达量增加，然而较高应变量（10%、15%）降低AP活性和其他一些促骨生成因子的表达。
在2%～10%的应变量下一些关键成骨转换因子和基因（Runx2、Ets-1，etc）表达增强。
2骨折愈合的生物力学通常情况下的骨折愈合（二期愈合）包括4个阶段：炎性期、软骨痂形成期、硬骨痂形成期、重塑期[14]。
骨折在夹板、普通内植物固定、牵引等治疗都属于此类愈合。
骨折二期愈合中坚固、完整延续的骨痂是愈合的关键因素。
骨痂形成需要一定程度的力学刺激，但骨折端较大的移位会影响血管生成，促进纤维结缔组织化生，不利于软骨和软骨内骨化，从而影响骨痂的形成[15，16]。
多碎片和缝隙的骨折可能比简单斜形骨折危险性更小，因为在复杂骨折中应力被分散到了多个骨折间隙中，这就将固定下的形变分解到多个断端间，从而减少形变量，减少对骨痂的负面影响。
所以简单骨折中应用钢板时，必须使用绝对稳定技术[14]，来对抗相对集中的形变。
在这种绝对稳定的环境中骨折端直接通过骨单位形成愈合，不形成骨痂。
但要求保持这种稳定的环境，而且愈合需要更长的时间。
骨折愈合过程是骨折局部应力变化的过程，这因为不同组织可承受的形变量是不同的，肉芽组织可以承受100%的形变量，软骨为10%，而骨组织仅为2%[17]。
因此在骨折愈合的不同时期对力学环境的要求也不同。
骨折愈合早期，纵向压应力可诱导成骨细胞和成纤维细胞分化成骨，有利于骨折愈合；剪切和扭转载荷，诱导成纤维细胞增殖、分化为纤维组织，造成骨痂应力重分布，使断端板层界面应力过于集中，不利于骨折愈合，并破坏毛细血管和骨痂形成。
在愈合中、后期，各种应力均有一定的骨痂改建作用，增加切应力可促进成骨细胞分化，使更多的类骨质沉淀并使骨矿物化。
但过度负荷或功能锻炼，将使骨折块发生过多活动不利于骨折愈合。
低应力对组织分化的力学诱导降低，往往导致延迟愈合或骨不连；应力过高会使活体骨在骨-骨界面或骨-内固定物界面发生反应性表面吸收，造成骨萎缩[18，19]。
关于骨不愈合力学因素探讨方面，Geris L等[20]建立一个仿真数字模型，并包含调节机制，使力学和血管生成的生物学有机的结合起来。
该模型分析了不同负荷下骨折愈合的情况，结果如下：正常负荷组通常在骨折后4～5周恢复；而超负荷组，骨折后7周没有出现软骨内成骨，没有骨性连接，提示骨不愈合；中负荷组（2倍于正常的负荷量）膜内成功延缓，但是经过初期的延缓后，取而代之的是一个加速的软骨内成骨过程（相对于正常组而言）。
该组在5周时已形成较完整的骨性骨痂；低负荷组（20%于正常组）软骨内成骨发生障碍，7周后仍未形成牢固的骨痂，最终造成骨不愈合。
董福慧、关继超等[21]将羊胫骨扭断，7周后观察发现：断裂发生在截骨部，高应力组与低应力组周围外骨痂较少，断端间连续性骨痂亦不多。
中应力组外骨痂呈环形分布，断端间有部分连接，对照组有较多梭形外骨痂。
骨折愈合不同时期需要的力学环境不同，在骨折治疗和功能锻炼时要注意，以免引起骨折延迟愈合或不愈合。
3骨折固定的生物力学骨折固定的目的是使复位后骨的相对位置被固定下来，不出现畸形。
从固定的稳定性来讲，可分为相对稳定和绝对稳定。
稳定程度决定了骨折的愈合类型，在相对稳定下骨折通过骨痂间接愈合，在绝对稳定下骨折直接通过骨单位内塑形直接愈合，不形成骨痂。
在所有的固定方法中，除加压技术以外，均可视为弹性固定，使骨折端相对稳定[14]。
骨折的相对稳定的目的是维持复位，并保持持续的机械刺激，以促进骨痂的形成。
相对稳定下的骨折端在负荷下可发生微小的可恢复的移位，从而刺激骨痂形成。
夹板固定从这个角度来讲算不上相对稳定的范畴，夹板固定可以最大限度地保护了骨折端软组织，可提供固定作用，对抗部分外力。
但夹板的不稳定因素也影响了骨折端血管的长入。
中国传统中医治疗骨折倾向于无创治疗：手法复位、小夹板固定、中药治疗及功能锻炼，在骨折治疗中自成体系[22，23]。
臧东阳[24]对40例胫腓骨合并骨折患者，采用闭合中医正骨手法整复骨折,支架外固定骨折。
