62岁和69岁椎体松质骨表观弹性模量与骨量的关系

为研究松质骨的力学性能与骨量的关系,从62岁和69岁男性第4腰椎椎体取出共90个松质骨样本,用Micro-CT系统扫描后,转换成显微有限元模型,经计算得到主轴方向和非主轴方向的表观弹性模量。结果显示,62岁组椎体松质骨3个正交方向的表观弹性模量都显著大于69岁组。不同年龄、不同方向表观弹性模量与骨量遵循不同的关系式。本研究表明,62岁椎体主轴方向的表观弹性模量的变化主要是由骨量的变化决定的。而随着年龄的增长,无论是主轴方向还是非主轴方向,力学性能的降低更多地受显微结构形态退化的影响。     

颅骨弹性模量时效性的实验研究

采用猪颅骨为实验材料,使用应变电测法对颅骨各层弹性模量随风干时间的变化规律进行了实验研究.实验结果表明:密质骨弹性模量约是松质骨弹性模量的2.5倍,松质骨对颅骨弹性模量的影响有限;猪颅骨单层密质骨和整体的弹性模量相差约13.9%;冷冻后经室温下自然解冻的猪颅骨单层密质骨的弹性模量变化量相当于新鲜密质骨的9.2%,单纯板障松质骨片的变化量为17%,去掉一层密质骨后的颅骨片变化量为18.1%,整体猪颅骨片的变化量为15.6%;由于各生物体颅骨结构基本相同.由此可知,如果在人颅骨上也能得到相似的结论,在进行有关人颅骨研究时可大大延长同一块颅骨的使用时间.或者可以用风干颅骨、解冻后风干颅骨来代替新鲜骨,然后根据其时效特性对实验数据进行修正,这样会大大降低实验成本和难度.     

颅骨弹性模量时效性的实验研究

采用猪颅骨为实验材料，使用应变电测法对颅骨各层弹性模量随风干时间的变化规律进行了实验研究。实验结果表明：密质骨弹性模量约是松质骨弹性模量的2．5倍，松质骨对颅骨弹性模量的影响有限；猪颅骨单层密质骨和整体的弹性模量相差约13．9％；冷冻后经室温下自然解冻的猪颅骨单层密质骨的弹性模量变化量相当于新鲜密质骨的9．2％，单纯板障松质骨片的变化量为17％，去掉一层密质骨后的颅骨片变化量为18．1％，整体猪颅骨片的变化量为15．6％；由于各生物体颅骨结构基本相同。由此可知，如果在人颅骨上也能得到相似的结论，在进行有关人颅骨研究时可大大延长同一块颅骨的使用时间。或者可以用风干颅骨、解冻后风干颅骨来代替新鲜骨，然后根据其时效特性对实验数据进行修正，这样会大大降低实验成本和难度。     

钛种植体结构和弹性模量对骨界面应力分布的影响

采用CAD(Pro/E)软件建立颌骨和钛种植体的三维模型,设置3种不同结构钛种植体,即全致密型(1号样品)、穿皮质区致密而松质骨区外层多孔内芯致密型(2号样品)与整体低弹性模量型(3号样品),分析钛种植体结构和弹性模量对骨界面应力分布的影响,研究能有效地转移应力至周围骨组织的新型种植体.研究结果表明:在相同载荷下,3种钛种植体颈部皮质骨均为高应力区,3号种植体的应力最高,为7.128 MPa;在松质骨区2号种植体的应力比1号与3号种植体的低,且呈均匀递减趋势.在加载条件下,2号种植体随着弹性模量的降低,骨界面应力降低,且明显比1号种植体的低,当多孔层的弹性模量为致密钛的40%或以下时,骨界面应力明显降低;3号种植体随着弹性模量降低,皮质骨区骨界面应力增加,而松质骨区骨界面应力降低不明显.钛种植体的结构和弹性模量均影响骨界面应力分布;穿皮质区致密而松质骨区外层多孔内芯致密型钛种植体有利于界面应力转移到周围骨组织,降低多孔层的弹性模量,能有效地降低骨界面应力.     

松质骨拉伸破坏细观分析

在对松质骨力学性能实验及拉伸扫描电镜观察实验的基础上,从细观的角度探讨松质骨的变和破坏现象。在此基础上,运用细观力学模型对松质骨压缩及拉伸的力学行为进行了分析,得出了弹性模量与相对密度的关系,与实验结果基本吻合。     

生物医用开孔泡沫锌的制备及力学性能

采用自制的真空渗流铸造装置制备开孔泡沫锌材料。运用压缩测试研究了孔隙参数对其压缩性能的影响。结果表明,开孔泡沫锌孔的形状呈近球形,孔洞相互连通为开孔结构,孔隙结构三维连接良好,与人骨松质骨的孔隙率和孔隙结构匹配程度较高。开孔泡沫锌准静态压缩性能的主要影响因素为材料的孔隙率。随着孔隙率的增加,材料的弹性模量、抗压强度均降低,应力平台延长。所制备的开孔泡沫锌材料的抗压强度高于人骨松质骨的抗压强度,弹性模量与人骨松质骨的弹性模量相匹配,满足移植材料的要求。     

湖北省成年人（40岁～69岁）BMI、WHR和高血压患病危险性的相关性研究

为了揭示湖北省40～69岁成年人高血压患病与超重和肥胖的关系，对湖北省16个地市的18258名40～69岁成年人，采用SPSS统计软件对BMI、WHR与高血压患病进行相关分析．结果表明：不同年龄段高血压组的收缩压与BMI之间没有显著联系，而在40～59岁组中BMI与舒张压之间呈显著相关，40～59岁年龄段的成年人的高血压组的WHR与舒张压呈显著相关，60～69岁年龄段的高血压组老年的WHR与收缩压呈显著相关．结果显示：BMI、WHR均为成年人高血压的危险因素．     

裕固族50～75岁女性骨质状况调查

调查裕固族50～75岁女性骨强度指数随年龄的变化特点及骨质疏松(OP)的检出率,为裕固族骨质疏松的防治提供依据。采用GE EXPRESSⅡ超声骨密度测量仪,用整群抽样法抽取甘肃省肃南县50～75岁妇女共169名,对受试者进行右足跟骨骨强度的测量,通过计算T值评估其骨质状况。(1)裕固族50～75岁女性骨强度指数随年龄增加表现为先升高后降低的趋势,最大值(101.85±21.18)和最小值(73.52±11.92)分别出现在55～、70～岁年龄组,不同的年龄组间比较有显著差异(P0.01)。(2)裕固族50～75岁女性骨质正常率和骨质疏松率为53.85%、 20.71%。随年龄增加,骨量低下和骨质疏松现象越发显著,70～75岁年龄组骨质异常率达95.65%。(3)裕固族与朝鲜族、傣族、满族、毛南族、蒙古族、苗族、瑶族和藏族女性的骨量异常检出率有显著性差异(P0.01)。(4)裕固族与回族、毛南族、水族、藏族、和壮族的骨质疏松检出率有显著性差异(P0.01)。(1)裕固族女性骨强度指数随年龄增加表现为先升高后降低的趋势。(2) 55岁以后裕固族女性骨强度指数明显下降,是骨质疏松的重点防治人群。(3)裕固族女性与朝鲜族、傣族、回族等骨量异常检出率和骨质疏松检出率有显著差异。     

松质骨孔隙率的二维光电检测

采用二维光电检测方法研究松质骨孔隙率沿不同方向的分布规律。新鲜猪胫骨后肢松质骨制备成36张切片并均分成两组：一组为沿胫骨轴向的横切切片，另一组为垂真于胫骨轴向的纵切切片。经光镜观察和图像分析，计算出每张松质骨切片表面的总面积、骨基质的面积、孔隙的面积及该松质骨切片的孔隙率。测试结果表明：松质骨孔隙率在轴向沿靠近密质骨的方向逐渐减小，在垂直于胫骨轴向方向基本不变；松质骨可看作是横观各向同性材料；如果切片数据足够多，采用二维光电检测方法，能较为准确地测试出松质骨孔隙率沿不同方向的分布规律。     

BIA法分析南阳回族40岁以上世居农民身体成分比率特征

目的:调查南阳回族40岁以上世居农民身体成分及成分比率特征.方法:在知情同意的前提下,随机抽取世居南阳的40岁以上回族农民672人作为研究对象,男294人、女378人.应用体成分分析仪测得受试者体成分的各项数值,并计算出体脂肪率、肌肉比率、骨量比率与体液比率.结果:回族农民体脂率、肌肉比率与细胞内液比率在40~岁和50~岁变化趋势不大,60岁以后变化明显,男性和女性体脂率均升高,肌肉比率与细胞内液比率下降;细胞外液比率和男性骨量比率各年龄段变化幅度较平稳,而女性骨量比率随年龄增长均呈下降趋势;同年龄组性别间比较,女性体脂率均高于男性,而内脏脂肪等级均为男性高于女性(P0.00l).结论:南阳回族世居农民身体成分在各个年龄段有不同的变化,体成分变化的比率存在差异.     

Effects of mechanical forces on maintenance and adaptation of form in trabecular bone

The architecture of trabecular bone, the porous bone found in the spine and at articulating joints, provides the requirements for optimal load transfer, by pairing suitable strength and stiffness to minimal weight according to rules of mathematical design. But, as it is unlikely that the architecture is fully pre-programmed in the genes, how are the bone cells informed about these rules, which so obviously dictate architecture? A relationship exists between bone architecture and mechanical usage--while strenuous exercise increases bone mass, disuse, as in microgravity and inactivity, reduces it. Bone resorption cells (osteoclasts) and bone formation cells (osteoblasts) normally balance bone mass in a coupled homeostatic process of remodelling, which renews some 25% of trabecular bone volume per year. Here we present a computational model of the metabolic process in bone that confirms that cell coupling is governed by feedback from mechanical load transfer. This model can explain the emergence and maintenance of trabecular architecture as an optimal mechanical structure, as well as its adaptation to alternative external loads.     

补肾壮骨颗粒对维甲酸致骨质疏松大鼠骨组织计量学的影响

目的研究补肾壮骨颗粒对维甲酸致骨质疏松大鼠骨组织计量学的影响,探讨补肾壮骨颗粒防治骨质疏松症的机制。方法实验选用3月龄SD大鼠,按体重随机分为5组:正常对照组、骨质疏松模型组、补肾壮骨颗粒高低剂量组、仙灵骨葆阳性对照组。各组大鼠上午均灌胃给予维甲酸2周,造模同时下午按上述剂量灌胃给予受试药3周,末次给药后晚上禁食,次日以10%水合氯醛腹腔注射麻醉动物,腹主动脉放血处死动物后取左右胫骨,并去掉附着的软组织,放入10%福尔马林中固定,移入10%EDTA溶液中脱钙,再转入酒精内脱水,石蜡包埋,切片并行H-E染色。在光镜10×10倍视野下应用高清晰度彩色病理图文分析系统对胫骨上段松质骨的骨组织作静态测量并计算骨小梁面积百分数、骨小梁厚度、骨小梁数量和骨小梁分离度(取切片中心部的五个视野测量并取其平均数),观察胫骨上段病理形态学变化。结果与正常对照组相比,模型对照组大鼠的胫骨近端骨松质骨小梁面积百分数及厚度减少,骨小梁数量及分离度增加,有统计学意义(P<0.01),说明造模成功;与模型对照组相比,补肾壮骨颗粒组胫骨近端骨松质的骨小梁面积百分数及厚度增加,骨小梁数量及分离度减少,有统计学意义(P<0.01)。结论补肾壮骨颗粒能减少维甲酸通过激活破骨细胞所引起的骨丢失,改善骨小梁的形态,起到防治骨质疏松症的作用。     

Effect of rare earth elements on the structures and mechanical properties of magnesium alloys

By means of first-principles calculations,we have investigated the effects of rare earth elements (REEs) on the structures and mechanical properties of magnesium.The lattice parameters,elastic constants,bulk moduli,shear moduli,Young’s moduli and anisotropic parameter of these solid solutions have been calculated and analyzed.The nearest-neighbor distance between Mg and the REEs is also analyzed to explore the correlation with the bulk moduli.The results show that the 4f-electrons and atomic radii play an important role in the strengthening process.The anomalies of the lattice parameters and mechanical properties at Eu and Yb are due to the half-filled and full-filled 4f-electron orbital states.Finally,the increase of directional bonding character near the alloying elements may account for the anisotropy and brittleness of these magnesium alloys.     

再生混凝土界面过渡区纳观力学性能试验研究

对采用不同搅拌工艺的再生混凝土的宏观力学性能进行试验研究.采用纳米压痕技术和扫描电镜等设备研究了再生混凝土界面过渡区的纳观力学性能和微观结构特征.试验结果表明,采用普通搅拌工艺的新界面过渡区的弹性模量随着与老砂浆表面距离的增加而降低,但是采用二次搅拌工艺的弹性模量基本保持不变.老界面过渡区的弹性模量随着与天然骨料的距离增大而逐渐增加.采用二次搅拌工艺新的界面过渡区的微观结构较普通搅拌工艺的新界面过渡区更为致密,且孔隙率和氢氧化钙晶体含量较少.由再生混凝土的界面过渡区纳观力学性能和宏观抗压强度之间的关系,可知采用二次搅拌工艺可以改善界面过渡区的力学性能和微观结构,进而提高再生混凝土的宏观力学性能.     

机械弹性车轮侧向刚度的影响因素分析

为深入研究机械弹性车轮侧向力学特性,基于理论及数值仿真的方法对车轮侧向刚度影响因素进行了分析.利用能量法建立了0轮单元侧向刚度理论模型,并得到影响车轮侧向刚度的主要因素.在简化机械弹性车轮结构的基础上,建立了车轮三维有限元模型,并验证了模型的有效性.针对不同垂向载荷、0轮几何结构参数以及橡胶层剪切模量,对机械弹性车轮进行了侧向刚度特性的仿真试验.计算结果表明:随着垂向载荷、橡胶层剪切模量的增大,车轮侧向刚度均增大;随着0轮断面高宽比的增大,车轮侧向刚度呈减小趋势.通过对车轮侧向刚度影响因素的理论及数值分析,可为优化车轮刚度特性及改进车轮结构等方面的研究提供参考.     

骨碎补对去卵巢大鼠骨微结构的保护作用

为观察骨碎补对去卵巢大鼠骨微结构的作用并探讨其可能作用机制,将36只大鼠分为实验组（OVXDF）、模型组（OVX）和假手术组（SHAM）。OVXDF及OVX组去卵巢造模,术后8周,测量3组大鼠骨密度后,OVXDF组给予骨碎补水煎液灌胃,OVX及SHAM组给予生理盐水灌胃,灌胃12周。然后利用Micro-CT测量骨密度BMD(g/cm³)、骨矿含量BMC(g)、骨小梁骨量BV/TV(%)、骨小梁厚度Tb.Th(μm)、骨小梁数量Tb.N(mm^-1)、骨小梁分离度Tb.sp(mm)、结构模型指数SMI,显微镜下观察骨组织显微形态情况,酶联免疫吸附法测定大鼠血清TRAP、MMP-9、CTX-1含量。结果显示大鼠去卵巢后,不仅表现为骨量的降低,同时出现骨微细结构的变化,骨碎补灌胃后可以有效地对抗去卵巢大鼠的骨密度降低及骨微细结构的变化,其作用机制与其抑制骨髓脂肪细胞生成、抑制破骨细胞活性及数量有关。     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

内固定系统中在螺钉受拔出负载时腰椎的受力分析

通过有限元方法分析比较传统轨迹椎弓根(traditional trajectory,TT)螺钉与皮质骨轨迹椎弓根(cortical bone trajecto-ry,CBT)螺钉固定技术在腰椎椎体应用下的生物力学性能.依据提取的骨质疏松症患者电子计算机断层扫描图(computed tomography,CT)样本建立L1-L5全椎体功能单元骨质疏松人体有限元模型,模拟TT螺钉和CBT螺钉两种固定方式置钉后,以实际值为依据在加载一定旋转拔出力状态下测量比较两种方式钉道周围骨质的应力分布、最大应力值及分析其差异.结果 表明:相同固定方式下CBT组在相同载荷状态中椎骨的应力分布差异明显.不同的钉道带来不同骨密度,直接影响了内固定螺钉在腰椎骨内的力学性能.不同的钉植入角度也对钉的应力分布以及最大应力值产生影响.L1-L5椎体形状不同,大小不同,其力学性能,表现也不相同.得出CBT螺钉技术是骨质疏松患者腰椎内固定方案中的一种优选方式.但针对5段腰椎需要对不同的椎骨采取不同的治疗方案.     

Mechanical properties of Mn-doped ZnO nanowires studied by first-principles calculations

First-principles calculations were performed to investigate the mechanical properties of ZnO nanowires and to study the doping and size effects. A series of strains were applied to ZnO nanowires in the axial direction and the elastic moduli of ZnO nanowires were obtained from the energy versus strain curves. Pure and Mn-doped ZnO nanowires with three different diameters (1.14, 1.43, and 1.74 nm) were studied. It is found that the elastic moduli of the ZnO nanowires are 146.5, 146.6, and 143.9 GPa, respectively, which are slightly larger than that of the bulk (140.1 GPa), and they increase as the diameter decreases. The elastic moduli of the Mn-doped ZnO nanowires are 137.6, 141.8, and 141.0 GPa, which are slightly lower than those of the undoped ones by 6.1%, 3.3%, and 2.0%, respectively. The mechanisms of doping and size effect were discussed in terms of chemical bonding and geometry considerations.