| 单词 | 应力对骨重建的影响 |
| 释义 | 【应力对骨重建的影响】 拼译：the effect ofstress on bone relbuied 活骨不断进行着生长、再生和再吸收，这些过程总称为“骨重建”或“骨再造”。应力水平控制着活骨的重建。应力水平对骨重建影响的研究关系到骨折治疗、人造关节置换及假肢安装，已为骨生物力学中一个热门研究课题。 1884年，沃尔夫(J．Wolff)最早提出骨按其所受应力而变化的看法。1895年，鲁(W，Roux)提出骨生长的最小最大原则，即自然进化的趋向总是用最小的结构材料承受最大的外力。1917年科克(J．C．Koch)对人体股骨进行的应力分析表明，不仅股骨近端骨小梁的排列与主应力方向一致，而且骨小梁的厚度也取决于应力的大小。1957年埃文斯(F．G．Evans)总结了大量临床经验，指出压力能刺激骨的生长，是骨折愈合的一个重要因素。由于骨折治疗、人造关节和假肢设计研制的需要，关于应力水平对活骨重建影响的研究，进入20世纪60年代以来，成为许多学者探索的课题。1968年克莱因(Klein)的实验表明，成年狗的肱骨在9个星期完全不受力后，骨干重减少23%，胶原蛋白减少25%，矿物质减少26%。1969年，萨维尔(Saville)等给大鼠经受每天2km跑步训练后，发现长骨中钙含量及骨体积有增加，但骨密度不变。1974年，奥尔森(K．E．Olsson)发现越野长跑运动员的尺骨和桡骨的矿物质含量增加20%。1977年简斯(H．H．Janes)等发现，职业网球运动员击球手臂的密质骨厚度比对照组增加28%(男性)及35%(女性)。1978年，尤刹夫(H．K．Uhthoff)等发现，猎犬的掌骨、尺骨在经历长时间不受力后，其骨膜厚度明显减少。1980年，贾沃斯基(Jaworski)发现骨的萎缩发生在骨内膜。1980年，胡流源等提出一个假说，认为活骨的质量及力学性质随生理应力的增加而增加，但变化是高度非线性的。1990年，李晋唐等将家兔放在跑台上进行体力训练10个月后，切取股骨及胫骨作试验，测量其密度与截面积，并作静动态压缩试验，以研究应力水平对骨的物理性质及力学性质的影响。实验证实了沃尔夫的假说，即不间断的体力训练从幼年开始的间歇性体力训练或成年后的体力训练，这三者对骨的物理性质与力学性质的影响没有本质差别；体力训练后密质骨的总量与截面积明显增加，但密度不变。就是说高于正常生理应力水平的训练，只引起骨的表面重建，而没有引起内部重建。在开展实验研究的同时，有限元计算法对骨应力的定量分析受到了高度重视。由于有限元法具有计算复杂形状、复杂载荷及复杂材料性能的独特能力，加上骨科临床的需要，有限元法迅速成为一种重要研究工具。1972年，布雷凯尔曼斯(W．A．M．Brekelmans)等首次将有限元法应用于骨生物力学研究，对股骨作了应力分析。1980年哈斯勒(C．R．Hassler)等将一种特制的仪器置入一块局部受载的兔颅骨中，进行在体实验以评价有限元模型的计算结果，并与组织学所见作了比较，进而研究了应力水平与骨重建的定量关系。1982年海斯(W．C．Hayed)等用二维有限元模型发现髌骨松质骨的高Von Mises应力区与其骨质的高密度区相关联，且松质骨结构本身也与主应力方向一致。股骨头无菌性坏死是临床骨科医生颇感棘手的一种疾患，1982年加拉格尔(R．H．Gallagher)等对坏死股骨头的应力传递进行分析，发现中心部位应力水平明显减低而周围的应力水平则升高。1987年卡特(D．R．Carter)等分析了应力对出生前后骨骼发育的影响，其理论计算成功地预测骨骼形态发育的主要特征。1990年戴力扬等运用三维有限元法计算腰段脊柱的应力分布，并与测定的CT值进行比较，结果表明应力水平与CT值呈正相关，这提示骨生长重建与机械应力有着明确的关系，机械应力是维持骨形成与骨吸收过程动态平衡的主要因素。应力对骨重建影响的有限元法研究迅速扩展到临床骨科。1974年里比斯基(E．F．Rybicki)用有限元法研究了长骨骨折的接骨板内固定治疗，1977年他又算出骨折部位的应力。1976年麦克悉斯(Mcncice)等建立了全髋置换中粘合剂破坏的模式，这成果已在临床推广用于鉴定手术后的X射线照片。1977年胡流源等采用有限元梁模型研究了不同刚度的接骨板固定对长骨重建过程的影响，指出在维持骨折断端稳定的前提下宜采用比较软的接骨板作为固定装置。1982年加拉格尔采用三维模型对开放性骨折的外固定架治疗进行了探讨。1986年维奇宁(H．H．Vichinin)等进行了全髋关节置换前后的近端股骨应力分析，提出选择适当的假肢并用足够的骨水泥固定，股骨干骨皮质承载能力不会有明显降低。1987年休斯凯斯(R．Huiskes)等研究了带螺纹的髋臼杯重建髋臼后载荷的传递及应力类型。为了建立一个优良的力学环境，使植入物在功能与寿命方面都取得满意的效果，有限元应力分析法在人工关节和假肢的设计研制中显得十分活跃，发挥了很好的作用。构造一种适合生理需要的参考应力水平的研究工作也已开展。1978～1981年考因(S．C．Cowin)提出长骨表面重建理论，认为骨中存在一个重建平衡应力。当实际应力不同于这一参考应力时，将引起骨表面重建(消蚀或沉积)。1990年朱兴华等认为考因以某一恒定载荷来构造应力水平有一定道理，并有其方便之处，但是没有考虑到载荷变化对应力水平构造的影响，为此引入平均功率的概念，构造出一种与载荷频率相关的应力水平。有人研究了应力作用方式对骨重建的影响。1981年巧切斯(A．E．Churches)等的试验表明，压应力比弯曲应力对密质骨的影响更为明显。1990年张蒲等通过大量临床观察与动物实验表明，给骨折端施加一恒定压应力可以缩短愈合时间，若施以间断性压应力不仅可以加快愈合速度，还能提高愈合质量。应力对骨生长重建影响的研究现已扩展到软组织、器官和细胞领域，可以预料，应力对生物组织生长的影响的研究将是生物力学研究的一个前沿。今后热点将是：(1)构造一种适合正常生理状态的应力水平；(2)探讨与应力有关的骨重建机理；(3)加强骨在体实验研究，以获取更丰实的资料，使应力定量分析更准确可靠。(浙江师范大学葛隆祺副教授撰) |
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