韧带的生物力学特性
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韧带的生物力学特性范文第1篇
【关键词】 生物力学; 人; 交叉韧带; 移植; 同种异体; 照射; 肌腱
Abstract: [Objective]To explore the change of biomechanics about human tendon with“γ”irradiated which was universal used by domestic and foreign. [Methods]Twenty-four upper limb tendon of human with the same length were pided into two groups，group A(12):nonirradiated group， group B (12):2.5 Mrad gamma irradiated group.Material properties and structural properties were determined with WDW-3020 electron universal testing machine.[Results]The mean length of the tendon was 99.15% of control， the elongation to failure was 93.46%， the linear stiffness was 95.27%， the energy to maximum force was 93.60%， the maximum stress was 84.88%， the strain to failure was 85.82%， the linear modulus was 90.40%， the strain energy density to maximum was 66.73%. Difference was noted after compared hetween group A and B (P
Key words：biomechanics; human; cruciate ligament; transplant; allograft; irradiate; tendon
交叉韧带是膝关节稳定的主要结构，交叉韧带重建术是治疗交叉韧带损伤的主要方法[1]。自1978年Neviaser等人应用冻干保存的同种异体肩袖移植修复大范围的肩袖损伤，1981年Green等人将冷冻保存后的异体阔筋膜用于肌腱、韧带损伤的修复相继成功以来，人们开始了同种异体组织重建膝关节前交叉韧带的临床及基础研究。但同种异体组织移植仍有疾病传播、感染、松弛等诸多问题。为了防止艾滋病、肝炎等疾病的传播，国内外一些学者及组织探讨了一系列的消毒措施，目前最常用的是“γ”射线照射消毒。有研究表明，在2.0Mrad“γ”照射对同种异体组织的最大应力，最大应变等有一定负面影响[2]，本文对国内外普遍采用的2.5Mrad“γ”射线照射消毒法对肌腱生物力学指标的影响进行全面探讨。
1 材料与方法
1.1 实验材料准备
由解放军总医院第一附属医院组织库提供的24条等长肌腱配对分成A、B两组，每一对来自同一供体。A组为对照组，没有经过“γ”射线照射，B组为实验组，经过2.5Mrad“γ”射线照射12 h。普通低温冷冻(-20℃)保存异体肌腱以备进行生物力学检测。
1.2 生物力学测试
将标本取出后室温下融化1 h，生理盐水纱布保湿。用WDW-3020电子万能材料试验机(清华大学航天航空学院工程力学系固体力学实验室提供)做拉伸实验。首先使用专用横截面积测试仪测量肌腱的宽度与厚度，计算出横截面积。为防止直接夹持对肌腱的损伤，特别设计了专用夹具对肌腱进行夹持。使位于两夹持端间实验部分肌腱的长度均为30 mm，将肌腱夹持好，固定于试验机上，调整拉力使其经过肌腱轴线。先行预处理，拉伸速度0.5 mm/s，拉长0.5 mm，共3次。最后加载直至试样被完全破坏，加载速度设为20 mm/min，试验机自动记录载荷-位移曲线，见图1。其中直线段斜率为刚度。
图1载荷-位移曲线
1.3 破坏部位
A、B两组所有实验材料破坏部位均不在夹具夹持肌腱处，避免了在夹持部位破坏造成结果的不准确，如果肌腱是在夹持部位破坏的可能是由于夹具夹持力所造成的。
1.4 统计学处理
采用配对t检验，P
2 结果
对载荷-位移曲线进行修正，根据此曲线计算出生物力学各指标，载荷测量精确到0.001 N，位移精确到0.01 mm。数据用均数±标准差表示。具体结果如下。
2.1 结构力学特性
研究肌腱在外载荷作用下刚度、能量、位移等的变化规律，确定肌腱承受和传递外力的能力。①B组实验组平均最大拉伸长度为A组对照组93.46%，两组之间差异有统计学意义(t=3.45，P
2.2 材料力学特性
研究肌腱在外力作用下所发生应变、应力和刚度等的变化及导致肌腱破坏的极限。①照射组的弹性模量为非照射组的87.66%，减少了12.34%，两组之间比较差异有统计学意义(t=2.53，P
3 讨论
自体BPTP(骨-髌腱-骨)曾经被认为是ACL(前叉韧带)重建的金标准，但不可避免诸多的并发症，如股四头肌、腘绳肌薄弱等，据报道手术后髌骨关节疼痛高达80%，而同种异体组织移植具有无供区症状，材料大小不受限，手术时间和费用少等优点[2]。 Poehling等[3]指出应用同种异体组织重建ACL后疼痛少并且术后1年内关节活动受限少，所以术者倾向于采用同种异体组织进行ACL重建。疾病传播是目前应用同种异体移植物存在的主要问题，为减少疾病的传播，消灭处在“窗口期”的病原微生物，一些组织库先后使用一系列灭菌消毒技术如环氧乙烯薰蒸，“γ”射线照射等。经基础实验和临床实践后，目前国内外最普遍采用的是“γ”射线照射消毒来减少疾病的传播。虽然高剂量的“γ”射线照射消毒能有效的杀灭细菌病毒等微生物，但不可忽视的是对组织具有破坏损伤和灭菌消毒双重作用，“γ”射线照射消毒必须达到两方面的要求，一是必须达到完全灭菌消毒的目的，包括HIV和肝炎病毒，二是必须保证肌腱有足够的强度。目前国内外对2.5 Mrad“γ”射线照射消毒引起肌腱生物力学变化没有很明确的了解，缺少直接对人体肌腱的研究，作者采用照射非照射的人体肌腱进行研究，进一步明确了2.5 Mrad“γ”射线照射对肌腱生物力学参数的影响。
有大量研究表明1.5 Mrad“γ”射线照射能破坏95%的细菌微生物，而使用3.0 Mrad“γ”射线照射就会引起组织较严重的破坏，并且在2.5 Mrad“γ”射线照射后的骨-腱-骨中仍能检测出HIV，建议使用3.6～4.0 Mrad照射，一些学者认为5.0Mrad“γ”射线照射才能杀灭HIV[4]。目前能被接受的剂量是1.5～2.5 Mrad，但从作者的实验数据可以看出2.5 Mrad“γ”射线照射后各生物力学参数明显降低，肌腱强度下降显著，各参数均具有统计学意义，其中参数刚度具有高度统计学意义，刚度是指生物材料对外力作用抗变形能力，肌腱刚度在ACL重建后膝关节早期蜕变有重大影响。有研究表明4.0 Mrad“γ”射线照射后肌腱的刚度和最大应力分别减少30%和21%，本实验2.5 Mrad“γ”射线照射后刚度和最大应力分别减少4.63%和15.12%，与对照组相比有统计学意义，所以肌腱强度降低的趋势基本是一致的，并且从本组实验中可进一步看出“γ”射线照射引起肌腱强度的降低具有剂量依赖性。Curran等研究指出2.0 Mrad“γ”射线照射组强度比非照射组强度减少20%[8]，Filder[9]研究认为2.0 Mrad“γ”射线照射后强度降低15%。有学者指出2.0 Mrad“γ”射线照射后肌腱的弹性模量和最大应力明显下降，本研究中2.5 Mrad“γ”照射后弹性模量和最大应力分别减少9.60%和15.1%。肌腱弹性模量是衡量肌腱产生变形难易程度的指标，在ACL重建后希望肌腱有足够的弹性模量以求重建的膝关节在承受外力时有足够的稳定性，“γ”射线照射后弹性模量减小，所以必须遵循“以强代弱”的原则。本试验材料的选择不能确定供者的年龄使肌腱强度可能有所差异对试验数据会有一定的影响，作者采用同一组肌腱来自同一供体以求尽可能的减小对实验结果的影响。有些学者认为吡啶喏林的含量与肌腱生物力学存在着线性关系，也就是说照射前后生物力学的变化可能是由于照射引起同种异体组织羟基脯氨酸、铰链等生物化学成分改变引起的。
2.5 Mrad“γ”射线照射的同种异体组织强度的降低是否会增加临床失败率?在膝关节交叉韧带重建研究中发现移植物在塑型改建过程中其强度有明显下降的过程，所以必须按照“以强代弱”的原则来重建交叉韧带，移植物强度在重建术中的作用已经得到明确[6]。Suggs等[5]通过计算机模拟研究ACL重建后发现：重建后关节早期退变与移植物刚度过大有关，刚度一致时，可以有效恢复膝关节的稳定性且不增加关节面的压力。所以选择结构力学一致的移植物重建ACL可以在恢复稳定性的基础上对膝关节软骨提供良好的保护作用。本研究发现γ射线照射消毒后肌腱的刚度明显下降，所以如何确定照射后刚度一致性使移植物具有相同或接近相同的结构力学，从而达到最好的重建效果需要基础研究和临床观察的进一步探讨。Bach[7]、孙磊[9]等均已经证实了应用非照射的同种异体组织重建ACL的良好的临床效果。国外有通过临床随访发现采用2.0～2.5 Mrad“γ”射线照射后的同种异体肌腱重建ACL的失败率明显高于非照射组的报道，故不主张应用“γ”射线照射消毒的组织来重建ACL。“γ”射线照射的同种异体组织移植后超微结构的变化过程及临床失败率增加的具体机制还没有深入的了解。
目前国内外普遍采用2.5 Mrad“γ”射线照射消毒同种异体组织的方法并不能完全杀灭病原微生物如HIV等，作者直接采用人体肌腱实验后证实照射后各结构力学和材料力学参数降低明显，这种强度的降低可能导致临床失败率的增加，综上所述，是否采用“r”射线照射消毒同种异体肌腱及其生物力学改变是否会导致临床失败率的增加和具体机制有待于进一步研究。
参考文献
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韧带的生物力学特性范文第2篇
[关键词] 肩锁关节脱位；撬压型钢板；生物力学
[中图分类号] R274.23[文献标识码]A [文章编号]1673-7210（2009）05（b）-016-03
Biomechanical analysis and clinical application of “pry and press” type plate in treating acromioclavicular dislocation
GUO Zhirong1, LU Erhai1, ZHANG Guofu1, LI Weimin1, ZHAO Weidong2
(1.Guangdong Provincial Research Center of Trauma Care, Department of Orthopedics, Xinhui People's Hospital of Jiangmen, Jiangmen 529100, China; 2.Laboratory of Bio-Mechanics, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China)
[Abstract] Objective: To evaluate the biomechanical characteristics of clinical application of self-developed "pry and press" type plate in treating acromioclavicular dislocation. Methods: Acromioclavicular dislocation models were simulated using fresh specimens of shoulder joint with proximal half part of humerus, clavicula and scapula. The models were fixed by self-developed "pry and press" plate. The fixation effect was compared with normal and fixed by AO claw plate of acromioclavicular joint and wire lock. Results: The fixation effect of "pry and press" type plate was better than other two fixation methods to treat the acrominoclavicular dislocation. However, it was worse than the effect of normal acromioclavicular joint. Thus, the implant of "pry and press" type plate fitted for the biomechanical properties of acromioclavicular joint which could meet the requirement of strength of acromioclavicular joint and could fit the requirement of normal physiological function of human body. Accordingly, 38 cases of acromioclavicular dislocation were treated with "pry and press" type plate，the excellent and good rate was 94% in follow-up studies of 8 to 24 months. Conclusion: The "pry and press" type plate has favorable biomechanical properties to treat acromioclavicular dislocation. Furthermore, it has good qualities of anatomy reestablishment, simply operation and fast fixation, which fit for the purpose of early functional exercise.
[Key words] Acromioclavicular dislocation; "Pry and press" type plate; Biomechanics
肩锁关节属微动关节，其外侧肩峰骨质薄，由于其解剖生理特点，给肩锁关节脱位后手术治疗带来一定的困难，目前主张对于重型（Allman分型Ⅲ型）肩锁关节脱位采取手术治疗，方法多样，这些方法手术创伤大，操作复杂，固定欠牢固，需常规外固定4～6周，不利于患者的早期恢复。
2004年9月～2007年12月我科参照Wolter钢板原理[1-2]，自行研制撬压型钢板，治疗急性重型肩锁关节脱位38例，所有脱位均获得解剖复位，治疗优良率满意，适应早期功能锻炼，取得满意的临床疗效。为此，笔者进行了生物力学分析[3]，为临床应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 标本材料与制作
参考Fukuda K和Hogfors C[4-5]的研究设计肩锁关节脱位实验模型，取12具新鲜尸体肩关节带肱骨上半部、锁骨和肩胛骨，左右不限，年龄20～40岁，X线片证实无上肢及肩关节疾病，肱骨上半部剔除所有除肌腱、韧带外的软组织，锁骨近端用牙托粉包埋固定，肱骨远端钻孔穿入钢丝作牵引用，标本冷藏保存于-20℃冰柜中。实验前12 h取出自然解冻。
1.2 实验方法
在每个标本肱骨、肩胛骨、锁骨上各打2个标志物，如图1所示，锁骨近端包埋块用夹具固定在MTS试验机（美国MTS公司）上，肱骨下方经钢丝分别施加0载荷和50 N载荷，模拟无上肢自重或存在上肢自重的情况，然后用激光三维扫描仪测量2种载荷时标记物的三维位置和分离度。具体测试程序如下：首先对每个标本进行肩锁关节正常时分离度测量实验，接着切断肩锁韧带及喙锁韧带，做成肩锁关节脱位模型，依次用肩锁关节撬压型钢板、肩锁关节AO钩钢板、钢丝固定后，每次手术操作后标本均装载至MTS试验机上进行分离度测量实验。数据记录为正常组（A）、肩锁关节撬压型钢板组（B）、肩锁关节AO钩钢板组（C）及肩锁关节钢丝组（D）。手术由同一高年资医生操作，以消除手术技巧对测试结果的影响。
图1 标本标记
1.3 疗效评价
参照Karlsson标准[6]。
1.4 统计学处理
对各组实验数据做正态性分析，并对多组间均数比较采用单因素方差分析（One-way ANOVA），多组均数的两两比较，采用LSD检验方法，检验水准为α=0.05，所有数据均以SPSS 13.0统计软件分析。
2 结果
四组尸体标本分离度测量结果见表1及图2。
表1 四组尸体标本分离度测量
四组比较，F=10 282.338，P
各组实验数据均为正态分布，实验结果如图2所示。对四组的分离度测量数值做单因素方差分析，四组比较，有显著性差异。在每组之间做LSD检验，结果显示，分离度测量数值肩锁关节撬压型钢板组显著大于正常组，显著小于肩锁关节AO钩钢板组和肩锁关节钢丝组。
图2 四组标本有无上肢自重时的分离度
3 临床应用
3.1 一般资料
我院于2004年8月～2007年12月应用撬压型钢板（委托国内正规厂家生产，注册号：国食药监械（准）字2005第3461369号）内固定治疗肩锁关节脱位38例，其中，男32例，女6例，年龄21～56岁，平均32岁。根据Allman分类法，其中，肩锁关节脱位Ⅱ型21例，Ⅲ型12例，合并锁骨外侧端骨折、肩锁关节挫伤5例（Ⅰ型），均为新鲜骨折移位。
3.2 手术方法
手术采用肩锁关节上方横向弧形切口，切口自锁骨外侧段经肩锁关节至肩峰外缘，显露肩锁关节后清除积血块，清除破裂关节软盘，若无破裂则尽量保留，复位肩锁关节脱位，在锁骨外侧段向外的延长线上距肩峰关节面0.5 cm处，用4 mm钻头钻孔，注意钻孔方向与设计的撬压型钢板外侧段曲杆角度相符，如图3所示，选用3～5孔撬压型钢板，将外侧段曲杆插入肩峰钻孔，向下撬压肩锁关节维持复位，于锁骨外侧段钻孔，拧入螺钉固定，注意固定时维持肩锁关节的正常间隙，然后修复喙锁韧带和肩锁韧带，缝合伤口。典型病例如图4所示。
图3 撬压型钢板固定时肩峰处定位及钻孔
（A：钻孔定位点在锁骨外侧段向外的延长线上距肩峰关节面约0.5 cm处。
B：钻孔方向与设计的撬压型钢板外侧段曲杆角度相符，α≈30°）
图4 典型病例X线片
（A、B：肩锁关节脱位Ⅲ型术前及术后X线片。
C、D：锁骨外侧端粉碎骨折术前及术后X线片）
3.3 治疗结果
术后用三角巾悬吊保护，第2天开始在三角巾保护下行肩关节各方向的活动锻炼，各方向活动范围逐日加大，6周内避免患肢提重物及做支撑活动。本组患者内固定钢板在8～10个月拆除。随访时间8～24个月，优36例，良1例，可1例，治疗优良率达94%。未出现肩峰撞击情况，拆除钢板后无再脱位病例。
4 讨论
肩锁关节脱位最常见的损伤机制是上肢内收时肩峰受到直接暴力，暴力推挤肩峰向内下方移位，受损顺序依次为：肩锁韧带，喙锁韧带，三角肌-斜方肌筋膜和周围肌肉[7]，造成肩锁关节脱位后复位容易，维持复位难。治疗肩锁关节脱位有保守治疗及手术治疗两大类，目前主张对于重型肩锁关节脱位采用手术治疗。手术治疗以关节内固定术最为常用，这一类手术均可使肩锁关节解剖复位，但后期有不同程度的并发症发生，固定效果不理想。单纯张力带钢丝固定，过松起不到固定作用，过紧造成肩锁关节狭窄，并存在钢丝断裂的可能。肩锁关节AO钩钢板是目前公认的效果显著的固定方法之一，目前报道也逐渐增多[8-12]，重型肩锁关节脱位后肩锁韧带和关节囊均断裂，由于肩锁韧带和关节囊在抵抗肩锁关节的前后方向的剪力上具有重要作用[13]，肩锁关节AO钩钢板外侧段呈钩状，是经肩锁关节后下方肩峰的内缘插入肩峰下方，利用杠杆原理可以很好地抵抗肩锁关节上下方向的剪力，不能抵抗肩锁关节前后方向的剪力，影响其固定的可靠性。而撬压型钢板是经肩峰的钻孔插入外侧段曲杆，能够很好地抵抗肩锁关节前后方向的剪力。
生物力学实验结果表明，应用撬压型钢板固定肩锁关节脱位虽然仍未能达到正常水平，但已非常接近正常，其效果优于传统的肩锁关节AO钩钢板和钢丝。撬压型钢板内固定治疗肩锁关节脱位具有良好的生物力学性能，由于撬压型钢板曲杆骑跨肩锁关节，在不破坏肩锁关节正常解剖结构的情况下，既能符合肩锁关节的微动特性，又能达到持续、稳定的固定作用，无需外固定，利于患者进行早期功能锻炼，提高患者的生活质量。
本方法也适用于锁骨外侧端骨折，锁骨外侧端骨折的受伤机制与肩锁关节脱位受伤机制相同，伤后产生移位和脱位的机制也相同，由于锁骨外侧端骨折后，骨折外侧骨量少，又多为松质骨，手术内固定具有一定的难度，尤其是锁骨外侧端粉碎骨折，利用撬压型钢板能很好地解决这一问题，本组病例中有5例锁骨外侧端骨折、肩锁关节挫伤的患者，我们作为肩锁关节脱位Ⅰ型采用撬压型钢板进行手术内固定，取得满意的疗效。Wolter钢板也能达到相同的治疗目的，但是Wolter钢板外侧段呈钩状，是经肩锁关节下方钩入肩峰钻孔，手术需暴露范围大、手术创伤大，且钻孔需特殊的瞄准器，操作复杂，术中出血相对也较多，同时Wolter钢板分左右型，造价高，相应配套器械价格也昂贵，不利于推广使用。而肩锁关节脱位撬压型钢板外侧段呈曲杆状，直接从肩峰上方钻孔插入撬压型钢板外侧段曲杆，无需分左右型，手术操作简单，损伤小，造价低，相应配套器械简单。
目前肩锁关节脱位的治疗方法均存在缺陷，因为肩锁关节是微动关节，在垂直方向存在强大的拉应力，在水平方向存在强大的剪切力，因而容易导致垂直方向的内固定物断裂，或肩峰骨折，往往等不到喙锁韧带修复愈合，即导致肩锁关节再脱位，同时由于内固定物不够坚强，患者无法进行早期功能锻炼，肩关节功能易受影响[10]。刘小敏等[14]报道4例锁骨钩钢板肩峰下撞击症，并分析其原因。本组病例在8～10个月拆除内固定物，未出现内固定物松动断裂情况，是否出现肩峰下撞击症仍需进一步观察。
手术要点：①肩峰钻孔要在锁骨外侧段向外的延长线上距肩峰关节面0.5 cm处，钻孔方向要与设计的撬压型钢板外侧段曲杆角度相符。撬压型钢板外侧段曲杆直径为3 mm，钻头直径选用4 mm，这样便于插入撬压型钢板曲杆。②需注意钻孔时钻头进入的深度，将撬压型钢板曲杆紧贴肩峰下骨皮质插入，避免损伤肩峰下滑囊，影响肩峰下关节[14]。③修复喙锁韧带和肩锁韧带。拆除内固定后，远期肩锁关节是否再脱位或松弛，与喙锁韧带和肩锁韧带修复及愈合程度相关。④术中尽量保留关节软盘并维持正常的肩锁关节间隙。⑤术中应对撬压型钢板外侧段曲杆进行适当塑形，避免肩锁关节过度复位，也可使撬压型钢板曲杆与肩峰有最大面积的附贴，避免肩峰骨折。
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韧带的生物力学特性范文第3篇
【中图分类号】R681.5【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2009)06-0133-01
目前，人体生物力学已被广泛地应用于中医推拿、正骨、整脊和中风康复等临床治疗，是现代医学理论在传统中医临床实践中的应用，是中西医结合的大趋势。本文讨论人体脊柱生物力学的动态平衡特性，以及在该理论指导下形成的调曲牵引手法及其临床实践。
1脊柱的动态平衡与力学特性描述
脊柱的运动是一个动态平衡的过程。脊柱整体的力学特性，就象一根具有弹性的曲杆，由前后左右的相对主动或相对拮抗的肌群保持其动态平衡。当颈曲弧度改变腰曲也会相应地发生改变，当脊柱上段出现侧弯时，其下段必有代偿性的反方向的侧弯，这是脊柱动态平衡特性自动调节的结果。脊柱的运动幅度主要由关节突关节的定向和椎间盘的承载弹性所决定的。当颈椎或腰椎前屈时，椎间隙的形态由前宽后窄变成接行，椎问盘髓核被向后挤压，增大了椎间盘后部纤维环的张应力，同时椎曲也随之变直，由于重力线的前移，背侧拮抗肌相应紧张。长期的前屈，既可导致背部肌群的劳损，也可使颈曲腰曲变直，从而产生临床症状。有学者研究表明，脊柱的椎曲变化对椎管的长度和宽度和椎间孔与脊神经的毗邻关系，以及椎问盘髓核运动内应力都有着很大的相应的影响。而造成椎曲改变的核心原凶是椎体的板块移动因素。进一步说，造成椎体板块移动的原因有外伤、劳损、退化、椎间盘突出等。脊柱是一个具有四个生理曲度的骨链性中轴体系统。颈曲和腰曲的力学特性和生理功能的统一性，对推拿临床具有实际的指导意义。
2调曲牵引实践简介
牵引是中西医伤科广泛应用的外治疗法，目前多采用两点成一线的牵引方法，此法是以牺牲椎曲为代价的。会使患者椎曲度消失。笔者基于对上述脊柱动态平衡观和椎曲力学特性的认识，进行了脊柱调曲牵引的实践，现作简要介绍。
2.1颈椎调益牵引实践笔者建议：在调曲牵引之前，应以手法充分放松牵引部位的相关肌群，有利于提高牵引的疗效。
2.1.1仰卧位调曲牵引法
操作方法：患者仰卧位，在患者项下部垫一个较硬的圆枕，直径为10～12cm，力支点在C4棘突处，以颌枕带向人体纵轴线与床面下偏成5。夹角方向牵拉，拉力视患者体质而定，拉力最大应≤6kg。历时15～20min。
力学原理：在颈椎段C4是力的交叉点，在纵向牵引力的基础上，外加一点向颈前部的项力，此时颈椎段上就有了一个向头顶上方和向前复合力。这个复合力，既能扩大颈椎间隙，又能增大颈椎曲度。临床应用：本法适用于大多颈椎病。因前凸过度而导致的颈椎病禁用。
2.1.2徒手调曲牵引泫
操作方法：患者仰卧位，医者坐于床头，以双手四指托于患者项后部，向患者的解剖位的前上方提拉颈椎，也可以根据颈椎侧曲的情况使手力向左或向右偏转，手指的着力点可据患者颈部痛点所在处设定，每次提拉1～2min。反复8～10次。
力学原理：本法以患者病痛点为应力支点，在向外两端牵引的同时，附加向前或向左向右的项力，有利于局部颈椎曲度变直或侧弯恢复。临床应用：适用于年轻的颈椎病患者。
2.2腰椎调曲牵引实践
2.2.1腰椎悬吊调曲牵引法
操作方法：患者仰卧，分别在腋下和股骨髁上部加绑牵引带，同时用腰托以第三腰椎为受力中心向上悬吊腰椎，脊柱纵向拉力应≤60kg。向上提吊力视腰曲变直程度与患者承受度而定，一般情况，曲度越小提吊力越大，患者体质越健壮者提吊力越大。牵引历时20～30min。
力学原理：腰椎段L3是腰椎运动的中心点，是腰椎应力的交叉点，也是腰曲的顶点。在此点形成一个向前和向后上与向后下的合力，可以同时改善腰椎曲度、增大椎间隙和扩大椎问孔，还原脊神经根与周围组织的固有的毗邻关系，消除临床症状。临床应用：适用于腰椎间盘突出症，椎管狭窄症，退行性腰骶痛等。
2.2.2腰椎背伸调曲牵引法操作方法：患者俯卧，在胸部垫一个软枕，，将牵引带托绑于嗦关节部向上提吊，使大腿略离床面，腰椎曲度隋之增大。牵引历时20～30min。
力学原理：本法是利用患者自身体重和膝部的向上牵拉力的作用关系，使力矩自然传导至腰曲，能得到增加腰椎曲度的目的。本法尚有一个特点，因为没有纵向拉力，腰部的肌肉和韧带没有向专的束力，所以对神经压迫不明显的轻度的腰椎间盘突出症患者更为适宜。其力学原因是，椎间盘是由黏弹性材料构成，具有蠕变、松弛、滞后的特性。在调曲牵引力的作用下，腰椎椎间隙接近原有前宽后窄的形态，椎间盘上的负荷减小的同时其中的张应力也随之减小，椎间盘在一个稍长的时段内，其形态会发生松弛状态下的滞后效应，逐渐蠕变复原，并且突出的髓核也会有相对的回缩，有利于消除纤维环及髓核对硬膜囊的压迫。临床应用：适用于轻度腰椎间盘突出症，退行性腰骶痛，腰曲反弓证，椎管狭窄症等。
3结语
韧带的生物力学特性范文第4篇
【关键词】 膝关节后交叉韧带；解剖研究；临床意义
DOI：10.14163/ki.11-5547/r.2016.21.061
随着近年来临床上对于后交叉韧带（PCL）研究的深入和系统， 临床医师对于膝关节后交叉韧带的解剖结构也更加关注。然而， 多数的文献和研究都关注与后交叉韧带损伤机制、临床诊断和治疗的研究， 且存在较大的争议性， 由此可见， 临床上对于后交叉韧带结构的研究相对较少， 有必要进一步深入分析膝关节后交叉韧带的结构及其解剖， 从而为疾病的临床治疗提供指导。本次医学研究就对膝关节后交叉韧带解剖结构进行了研究， 现报告如下。
1 资料与方法
1. 1 一般资料 本次医学研究选择解剖实验室提供的84例人体膝关节标本作为观察对象， 其中， 56例浸泡保存于福尔马林液内， 28例为低温冷冻保存的新鲜标本。新鲜标本全部来源于健康的青壮年， 且分别实施病理切片和显微解剖组织学检查， 其中， 女4例， 男24例， 死亡年龄18～33岁， 平均年龄（26.7±3.4）岁， 膝关节标本保存于-20℃的冰箱内， 保存时间20～30 d。而福尔马林液内浸泡保存的标本具体年龄和性别不详， 由本地医学院解剖教研室提供。
1. 2 方法
1. 2. 1 病理组织学检查 对福尔马林液浸泡的新鲜人膝关节后交叉韧带标本进行固定， 分别取材远、中、近三段， 横向切取较长的韧带， 对其进行脱水处理， 并使用蜡块进行包埋。将韧带的横截面制为玻片， 染色后使用放大一倍的显微镜进行组织学观察， 对不同平面内韧带切片的纤维束大小、数量和走向进行描述。
1. 2. 2 显微外科解剖 获取低温冷冻的新鲜人膝关节后交叉韧带标本后， 用摆锯完整取下后交叉韧带的股骨和胫骨附着区骨块。使用显微镜进行显微外科解剖观察， 其主要作用在于准确观察纤维分束情况以及纤维束走向， 避免常规解剖所致的人为分束现象。
1. 2. 3 大体标本观察 标本冷冻于-20℃的冰柜中， 实验前1 d内将其取出并转移到冷藏柜进行解冻。后关节囊由正中纵行的方向切开， 保证充分暴露后交叉韧带。患者伸膝位和屈膝后的交叉韧带远、近、中段宽度与厚度、前外束长度和后内束长度等观察指标用游标卡尺进行测量。交叉韧带剥离后， 用记号笔准确标记股骨和胫骨的附着部位轮廓， 并通过直尺进行测量[1， 2]。
2 结果
后交叉韧带起源于股骨内侧踝的外侧面， 直至胫骨踝间棘后部， 分别向下后外侧延伸。后交叉韧带外面存在一层具有滑膜作用的软组织， 滑膜鞘内部存在血管。前交叉韧带（ACL）与后交叉韧带相交叉部位， 存在于脂肪相似的组织， 并分别连接两根韧带， 相对比较疏松。按照韧带纤维的分布位置， 可以将后交叉韧带标本大致划分为后内束和前外束两类。在膝关节保持屈曲90°或是伸直位置时， 后交叉韧带中段宽度和厚度， 以及后内束和前外束的长度， 如表1所示。在附着区完整切下韧带后， 胫骨端宽度为（15.5±2.1）mm， 中端最窄部位平均为（10.4±1.5）mm， 韧带胫骨端宽度为（20.5±6.3）mm。
3 讨论
3. 1 膝关节后交叉韧带的临床意义和形态观察 医学研究结果证实， 膝关节后交叉韧带中部最为狭窄， 总长度在38.0 mm左右， 宽度约为13.0 mm。本次医学研究中， 测量所得膝关节后交叉韧带厚度约为5.8 mm， 长度约为33.7 mm， 宽度约为10.8 mm， 而其他临床研究对于中国人膝关节后交叉韧带的测量结果为， 长度34.0 mm， 宽度10.0 mm， 厚度6.0 mm， 各项指标均小于西方人[3]。患者接受后交叉韧带重建手术治疗， 需要从其种族、性别等因素出发， 对不同长度的移植物进行选择。后交叉韧带基本呈现为一种两端粗大、中间狭小的形态， 这一结构特征具有更好的适应能力[4]。股骨与胫骨附着部位纤维较为分散且相对较宽， 这就能够增加附着区的面积， 进而保证附着更加牢固。由于关节腔踩间窝较小， 其中间部位细小的结构能够最大限度减小后交叉韧带与前交叉韧带之间发生的撞击和摩擦， 所以， 韧带重建手术需要对其原始韧带结构进行充分考虑， 恢复两端粗、中间细的结构[5]。
3. 2 后交叉韧带分束 医学研究人员通常认为， 膝关节后交叉韧带可以分为前外束和后内束两种， 但仍有部分学者存在不同意见。有学者将膝关节后交叉韧带分为后斜、后纵、中与前四束。从标本整体来看， 其分束较为明显， 但显微解剖观察可以观察到其为一整束不可分离的纤维， 由于后交叉韧带发生扭转（胫骨端外旋60°～90°）， 因而大体标本皆有分束[6， 7]。
总之， 膝关节后交叉韧带是一个相对完整的韧带， 各个束之间均存在交叉纤维联结。
参考文献
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韧带的生物力学特性范文第5篇
骨盆骨折的诊断和治疗进展 张旭辉
踝关节骨折治疗进展 邓思益
Ⅰ型前胶原基因与骨质疏松症 傅刚
老年骨质疏松症的发病机理及治疗 刘铭
可注射性材料防治骨质疏松性骨折 李海丰
股骨头缺血性坏死后软骨改变及软骨修复 关凯
可吸收性α-羟基聚酯类内固定材料研究进展 陆博
髋臼骨折生物力学研究进展 王庆贤
计算机辅助矫形外科的研究进展 阿良
2002年全国骨科学新进展暨临床经验学术交流会会议通知
股骨远端骨折的手术治疗 王世龙，周建伟，黄煌渊
跟骨骨折的手术治疗 俞光荣
类固醇诱发骨坏死的发病机理及其预防 万超，杨庆铭
骨病的治疗进展 刘铭，朱振安
1997年骨体质性疾病的国际命名和分类 陈统一，陈中伟，张光健
本刊2002年1～4期中心内容预告
前路漂浮法治疗颈椎后纵韧带骨化引起的脊髓病的长期效果 崔志明
门椎板成形术治疗颈椎病的长期效果 田纪伟
前路椎间融合治疗颈椎后纵韧带骨化症所致脊髓损害的长期随访结果 崔志明
两种节段性器械矫正系统手术治疗青少年特发性脊柱侧弯的比较研究 徐建伟
多节段脊椎截骨治疗成人僵硬性脊柱畸形 崔志明
一期后路半椎体切除加节段内固定矫形治疗半椎体畸形 侯黎升
后正中筋膜劈开入路椎弓根螺钉内固定行骶髂关节融合术 侯黎升
经皮螺钉固定或石膏固定治疗无移位腕舟骨骨折 蔡靖宇
短节段椎弓根螺钉治疗胸腰段爆裂性骨折 徐建伟
脊柱疾病患者脑脊液中软骨来源的维甲酸敏感蛋白的分析 杨立利
大剂量甲基强的松龙琥珀酸钠治疗急性颈髓损伤的早期并发症 杨立利
后纵韧带骨化症老年患者生存质量 崔志明
X线活动摄影术对在体环枢关节不稳的运动学评价 赵广民
髓核刺激引起背根神经节筋膜腔隙综合征的预防 徐建伟
髋臼的形态特征研究及其临床意义 顾冬云，戴尅戎
异体手移植现状及存在的问题 倪文飞，高伟阳
负压封闭技术在创伤外科的临床应用研究 孙士锦，李英才，姚元章
游离肌肉移植的应用研究进展 福拉莫德，曾炳芳
关节镜下前交叉韧带重建术研究进展 何国础，杨庆铭
膝关节前交叉韧带重建术移植物的选择 孙争鸣
骨保护蛋白及配体与代谢性骨病 傅刚，杜靖远，邓廉夫
抗骨质疏松药利塞膦酸钠的研究进展 王建卫，徐少文
股骨头缺血性坏死临床诊断的新进展 张长青，宋文奇，曾炳芳
吻合血管的游离腓骨移植治疗股骨头缺血性坏死 张长青，徐铮宇，曾炳芳
耐药金黄色葡萄球菌骨髓炎的治疗 王传军，陈统一
腰椎椎体间融合器的研究现状 胡俊勇，李佛保，徐栋梁
髋关节发育不良的超声诊断与治疗监测 汤雪明，楼征，王秋根
嗅神经鞘细胞移植修复脊髓损伤的研究进展 马永刚，刘世清，彭昊
p53基因在骨肉瘤中的研究进展 吴强，杨述华
骨肉瘤预后因素的研究进展 杨胜武，陈峥嵘
生物可降解性血管内支架的研究进展 唐剑飞，范存义，曾炳芳
富含血小板的血浆在骨修复方面的研究和应用 徐铮宇，张长青，宋文奇，曾炳芳
膝关节围手术期镇痛进展 郝平
骨关节炎的非手术治疗 张光健
肩袖的生物学特性与肩袖损伤修复 黄公怡，王晓滨
脊髓损伤后高钙血症 刘铁龙，贾连顺
椎间盘病变与遗传相关性的研究进展 邵将，邱阳，贾连顺
黄韧带骨化症的组织病理学与诊治 曹师锋，贾连顺
现代内固定技术在枕颈部外科的应用 严望军，李家顺，贾连顺
骨粘合剂强化椎弓根螺钉稳定的生物力学研究 傅德皓，杨述华
慢性下腰痛的发病及防治现状 毕树雄，戴尅戎
椎间盘造影与椎间盘源性下腰痛 刘洪，李淳德，朱天岳
腰椎节段性不稳的诊断和治疗进展 王华东，侯树勋
微创腰椎融合术 郭炯炯，唐天驷
髓核假体临床应用现状 田洪涛，杨述华
椎间盘退变的生物学治疗研究进展 叶伟，黄东生，刘尚礼
髂骨取骨术的并发症及其防治 赵凤东，范顺武，王坤正
应用于脊柱融合的骨移植替代物的实验研究 张志鹏，夏景君，闫景龙，顾群
椎管内脊膜囊肿的分类及诊治 张亮，陈统一
组织工程与血管形成 张晔，曾炳芳
组织工程化软骨构建研究进展 陆伟，俞光荣，袁锋
Cbfa1调控成骨分化的研究进展 肖德常，邓廉夫，杨庆铭
周围神经发育期雪旺细胞凋亡研究进展 陈哲，陈海啸，陈正形
扁平足外科治疗研究进展 陈雁西，俞光荣，梅炯
枕颈部翻修基本理论与技术 贾连顺，陈雄生
钙蛋白酶在脊髓损伤中的表达和作用 张子峰，侯铁胜
多节段颈椎病手术治疗方法进展 徐盛明，张涛，袁文
颈前路重建下颈椎稳定性的基础与临床研究进展 刘百峰，徐盛明，袁文
游离齿突小骨治疗进展 谭俊铭，叶晓健，李家顺，贾连顺
颈椎椎体间界面融合研究进展 张雪松，王岩
颈椎关节突交锁脱位研究进展 陈国富，徐华梓
椎体终板的特征和临床意义研究进展 胡安文，曹盛俊
两种特发性脊柱侧凸分型方法比较 王华东，侯树勋，史亚民
退变性腰椎侧凸病理基础及治疗 蔡卫华，贾连顺
染色体遗传的神经肌肉型脊柱侧凸畸形 张雪松，王岩
关节突关节螺钉在腰椎融合术中的应用进展 陈剑，范顺武
腰椎间盘突出症脑脊液蛋白成分改变研究进展 刘旭东，曾炳芳
椎间盘变性发病机制研究进展 马文庭，郑宝森
细胞因子和炎性介质与盘源性下腰痛 陈德胜，金群华
韧带的生物力学特性范文第6篇
在脊柱外科中经椎间孔椎体间融合(Transforaminal lumbar interbody fusion)技术(TLIF)相对于经前路椎体间融合(Anterior lumbar interbody fusion)技术(ALIF)和经后路椎体间融合（Posterior lumbar interbody fusion)技术(PLIF)是一种较新的脊柱融合技术。从其发明至今得到了较快的发展。目前已经被广泛应用于腰椎退变性疾病，腰椎不稳以及椎间盘源性疾病等。本文就TLIF技术的特点，适应证，优点以及新近发展等方面做一综述。
1 TLIF技术的发明及技术特点
相对于PLIF和ALIF技术，TLIF技术出现的比较晚，它由Blume、rojasl［1］以及Harms、Rolinger［2］在上世纪80年代早期提出，真正被广泛接受是到了上世纪90年代晚期。
技术特点：TLIF技术的特点是通过后路实行彻底的单侧关节突关节切除术，而不去显露神经根以及硬膜等椎管内结构。由此可降低了包括神经并发症在内的多种并发症的风险。同时TLIF可以提供前柱的支撑和稳定，并且可同时结合后路的融合可以Ⅰ期达到360°融合的效果。结合后路的内固定技术可以提高融合率。通过此技术还可以重建相应节段的正常解剖曲度从而维持或恢复腰椎整体的生理曲度。术中椎间盘切除后可以维持椎间隙的高度或恢复椎间孔的高度，从而改善或解除椎间孔的狭窄。由于椎间隙高度的恢复可以间接的使得由于椎间隙高度的丢失而致折叠的黄韧带和被压缩的纤维环恢复从而使中央椎管的狭窄也可以得到明显的改善［3，4］。
2 TLIF技术的优点，适应证和禁忌证
2.1 TLIF的优点
虽然TLIF、PLIF具有相似的适应证。但是TLIF具有其特有优点。TLIF技术因为可以避免或尽量减少术中对神经根，硬膜和脊髓圆锥(L3以上)的牵拉，故可以避免神经损伤或脑脊液漏的发生。而且TLIF，由于只是单纯切除一侧关节突关节使得脊柱稳定性的影响远较PLIF小的多。另外，对于再次手术或感染后再次手术者采取TLIF技术可以减少因为瘢痕粘连而损伤椎管内组织风险性。预后方面，有文章报道TLIF技术无论在手术时间，术中出血量，住院时间以及手术费用上都比PLIF要少的多。在融合率方面，有文献报道经过长期随访都获得了较高的融合率（>90％）［3，4］。
2.2 适应证
目前TLIF的适应症仍具有一定争议性。总的来讲，目前公认的最理想的适应证就是：(1)不合并神经症状或合并单侧神经症状的Ⅰ°、Ⅱ°腰椎滑脱；(2)不合并椎管内病理改变的椎间盘造影阳性的腰椎退变性疾病；(3)腰椎再次手术或曾经感染者；(4)椎体间的假关节的形成等情况［1～4］。
2008年， Chen［5］等发表文章指出，对于术后复发的腰椎间盘突出症也可以实行TLIF手术。
2.3 禁忌证
TILF的禁忌证较少，目前文献报道的多为骨质疏松，双侧硬膜周围纤维化，以及由于间盘退变导致椎体间骨质增生而致椎间隙消失的情况［1～3］。
3 TLIF技术操作以及新进展
3.1 TLIF常规技术操作
总结近年多篇文献报道，TLIF技术的基本步骤如下：
手术在C型臂X线机辅助下按照标准程序置入椎弓根螺钉，然后在做关节突关节切除的对侧装置连接棒，再将对侧尽量撑开以帮助撑开本节段椎间隙。在做关节突关节切除时，要防止神经根和椎管内静脉丛的损伤，装置同侧连接棒并进一步撑开以利于对同侧椎间盘的操作。由同侧仔细将椎间盘纤维环以及髓核彻底切除，并且仔细切除下位椎体的上表面小部分骨质，扩大椎间隙以利于植入合适大小的椎间融合器(cage)。植入cage后加压椎间隙，不仅有利于椎体间的融合同时可以恢复腰椎的正常生理屈度。此过程是在不需显露硬膜和椎管内其他结构的情况下进行［1～3］。
3.2 TLIF技术的新进展
近年来，TLIF技术已经出现朝向小切口，微创手术的方向发展。国外近年有报道，多是在特制的扩张器或内镜的辅助下进行小切口或者穿皮操作，与传统方法比，微创技术在对脊柱正常结构的破坏，手术时间，出血量，并发症以及康复时间和手术费用上都少的多［6，7］。2005年，gummaneni［6］报道有多种TLIF手术方式。 (1)当需要融合2～3个节段时，可以选择常规开放切口；(2)当单节段融合时，则有2种手术方式提供选择：一是小切口TLIF手术。第2种方式是进行穿皮操作。医生可以根据患者的具体情况，选择不同的手术方式。国内姜晓幸［8］等在近年也率先进行了相似的手术并取得了较好的临床早期疗效。
4 TLIF生物力学测量结果，TLIF融合材料以及后路内固定方式的选择
4.1 TLIF生物力学稳定性测量结果
近年来，有文献从不同的角度对TLIF生物力学的稳定性方面进行了一些研究，得出了相似的一些结论。
4.1.1 2005年Kettler［4］等报道了在体外环境下研究使用不同材料融合器在人体标本上进行不同的融合方法后测得的不同的生物力学结果。Kettler进行了3组对比实验，分别采取MOON-cage(聚醚醚酮材料即PEEK材料)，StrykerPLIF-cage (PEEK材料)和BAK-cage(钛合金材料)。其中MOON-cage外形呈镰刀状；StrykerPLIF=cage外观呈近似长方形；而BAK-cage外形为圆桶状且表面有较为锐利螺纹。经过实验，Kettler得出以下结论：植入cage后侧弯时脊柱的稳定性比屈伸时更高，而稳定性在旋转时最低。具体为，与完整的标本的灵活性相比较，3种cage植入后在侧弯时稳定性都得到了提高，
BAK-cage在屈伸时也得到提高，但三者在旋转运动中都有下降。使用MOON-cage做TLIF后与Slryker-cage做PLIF相比二者在总体稳定性上都没有显著的差异。而使用BAK-cage做PLIF后，不仅在侧弯而且在屈伸运动中都产生了较MOON-cage和Stryker-cage更明显的稳定效果。而在轴向旋转方向，使用3种ca8e后稳定性都产生了下降，并且三组间没有显著区别。
4.1.2 2005年，Ames［3］等进行了类似的实验，在体外条件分别采取PLIF与TLIF后腰椎的稳定性进行测试，得出以下结论：(1)与完整状态下的标本相比，在单节段融合时，两种技术在屈伸，侧弯还是轴向旋转的条件下在统计学上都没有显著性差异；(2)单一节段的融合，二者在结合后路的椎弓根钉棒系统固定后都明显提高节段的稳定性，而且这一效果在实行PLIF后更加显著；(3)在单节段融合中，融合器的植入无论在前柱还是中柱对于脊柱的稳定性没有明显的影响；(4)在双节段融合时，将移植物放置前柱的TLIF融合与PLIF相比，可以明显降低矢状面上的活动范围。
4.2 骨形态发生蛋白(BMP)以及血小板源性生长因子(PDGF)在腰椎融合融合技术中的研究及新进展
目前已知，在椎间移植物的融合过程中BMP、PDGF可以通过启动不同细胞的幸存旁路而抑制细胞凋亡，延长细胞生存时间，同时可以作为趋化细胞吸引巨噬细胞、成纤维细胞，毛细血管内皮细胞等以刺激植入物的融合过程［9］。近年在BMP和AGF的基础研究的基础上结合临床应用取得了一定的新的进展。
4.2.1 重组人类骨形态发生蛋白(rhBMP)的临床应用新进展，近期由Anand［9］以及Villavicencio［10］分别报道，将富含rhBMP2的明胶海绵与cage一起植入椎间隙，并将明胶海绵放于cage的前方与前纵韧带之间。二者分别经过平均20.6和30个月的随访，融合率分别达到了100％、99％。
4.2.2 血小板活化生长因子(AGF)在腰椎融合技术中的应用新进展，Slater［11］等指出，将血小板中存在的大量PDGF浓缩为AGF血小板凝胶后可以刺激植入物的融合。Hee［12］报道在单节段融合中使用AGF组的融合率达到100％，而在双节段的融合率中也达到了90％。并且Castrodmi指出，使用AOF可以明显减少术中出血量以及提高术后血清中血小板记数水平并减少术后输血的数量以及促进伤口的愈合速度。
4.3 TLIF手术后路内固定方式的选择
自TLlF技术问世至今，其融合后后路内固定的方式一直具有一定的争议性。目前，大多数临床医生所公认的固定方式为在单节段融合中双侧的椎弓根螺钉固定方式［1～3］。因为，在生物力学机制上双侧椎弓根钉的固定可以提供较为坚强的固定以及较高的融合率。2006年，Slucky［30］等选择了3种内固定方式以检验不同内固定后的生物力学特性：(1)双侧椎弓根螺钉固定;(2)单侧椎弓根钉固定;(3)单侧椎弓根螺钉合并对侧关节突关节螺钉。经过测定，得出以下结论：(1)在单节段TLIF后，单侧椎弓根螺钉合并对侧关节突关节螺钉固定的刚性与标准的双侧椎弓根螺钉固定在统计学上没有显著性差异；(2)单侧椎弓根螺钉固定的刚性与其他两种固定方式相比明显下降，并且可以存在轴心外(off-axis)运动。
5 TLlF术后的并发症
由于，以上所述TLIF本身所独有的优点，TLIF术后并发症的发生相对明显减少。主要的并发症有神经并发症和椎体间假关节形成。2007年，HuntBol发表文章报道了1例一侧行TLIF后对侧出现神经症状的病例。也可以看做TLIF后极为少见的并发症。
6 TLIF的临床疗效
TLIF的临床疗效近年的文献报道较多，但是多为早期疗效，目前还比较缺乏远期的临床疗效数据。总的来讲，TLIF的早期疗效比较理想［3，4］，而中远期疗效的研究成果还较少。2006年，Glassman等［16］收集了497例患者的临床资料，严格按照MOS Short Form(SF-36)和视觉模拟量表(VAS)进行标准化评估。得出以下结果：术后1年综合评分平均提高9.9，术后2年平均评分提高9.5。在融合率方面，TLIF术后总体的融合率达到90％左右［3，4］。2007年Villavicencio［10］报道长期总体融合率达到了100％。
7 存在的不足和发展前景
目前，有关TLIF的研究也在不断的开展及深化。虽然已经取得了一定的研究成果，但是有关TLIF的研究中还存在不足。目前，关于TLIF的生物力学机制的研究基本是在去除椎旁肌后得出的结果。而在正常生理状态下，椎旁肌的存在对于脊柱整体的稳定性的维持也具有重要的作用。所以，在TLIF后保留椎旁软组织并对脊柱整体的生物力特性进行测试的实验研究还有待开展。而且，目前还缺乏TLIF术后长期稳定性的相关研究结果。
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韧带的生物力学特性范文第7篇
关键词：运动生物力学；童鞋设计原则；足底压力；步态
中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1006-7116(2011)04-0141-04
Principles for designing shoes for children at ages 6-10 based on the
development patterns and gait characteristics of children’s feet
ZHANG Xiu-li
（School of Physical Education，South China Normal University，Guangzhou 510006，China）
Abstract: Based on latest achievements made by children’s feet and shoes researches at home and abroad, coupled with the static and dynamic sole pressure test data, shoeing habits and consumption conceptions of 20 girls studying at the Affiliated Elementary School of South China Normal University, the author analyzed major symptoms of foot discomfort happening to children from the perspective of biomechanics, and concluded the following major principles that should be followed for designing shoes for children at ages 6―10: 1) the shoes should be similar to the foot shape like a sector, so as to create conditions for the natural growth and development of feet; 2) the bended area produced by the shoes when children are walking should fit into children’s foot proportion, should not simply copy the one used for adults’ shoes; 3) the goal to reduce sole pressure should be achieved by means of increasing the stability of the middle and heel of the shoes. The author also suggested that small, medium and big shoes for children be classified based on ages instead of shoe sizes.
Key words: exercise biomechanics；principles for designing shoes for children；sole pressure；gait
丘理等[1]负责的国家级公益项目“中国人群脚型规律的研究”表明：第一，中国幼儿园孩子的脚，绝大多数是健康的，而同一地区的中学生，健康脚型尚不到20%；第二，中国人群拇外翻畸形、平足发生率高，尤其是经济发达地区，而且低龄化现象严重。以上所述均表明，我国儿童普遍存在穿鞋不当的问题。在很大程度上，足部不适、足部畸形，是童鞋设计不够合理造成的。
国际品牌童鞋设计把童鞋定位于保健品，根据儿童足的生理发育规律、生物力学特点进行研发。然而，纵观中国童鞋市场，绝大多数生产商的注意力还仅仅局限在款式、颜色以及造型上，童鞋生产企业中几乎没有研究儿童足部生理发育的人员，更没有与足部生物力学相关的研究设施和仪器，其宣传广告多在顾客的消费心理上下功夫。因此，童鞋生产商的设计及顾客消费观念尚有很多误区[2]。
本研究从儿童足部的形态发育规律、骨骼生长规律、足弓形成机制及步态特征等几个方面，结合华南师范大学附小20名女童静、动态足底压力测试数据、穿鞋习惯、消费观念等，从生物力学角度对儿童出现的主要足部不适症状进行分析，指出目前童鞋消费者存在的主要误区及其成因，提出6~10岁童鞋的研发、设计理念及原则，为提高国内童鞋设计水平提供参考。
1研究对象与方法
1)研究对象：儿童的年龄跨度虽然只有10多年，但足的发育特点相去甚远。从发育规律的角度来看，6~10岁是儿童身体和足部发育的关键期，因此选择8岁左右儿童为对象进行前期研究。2009年9月在华南师范大学附小三年级随机抽取23名女学生进行测试，全部数据均有效的为20名。
2)测试内容及步骤：(1)用一端带有足跟形的钢尺进行左右足长测量、用电子体重计进行体重测量。(2)进行赤足状态下静态足底压力测试，以判断足型。(3)进行动态足底压力测试。正式测试前，要求每个测试对象在辅道上以自然步速、步态行走若干次，直至走路姿态没有异样，再进行正式数据采集，最后采用3次有效数据的平均值进行分析。动、静态足底压力测试均用RSscan足底压力平板测试系统(3D-plate-1m，Belgium)，采样频率50 Hz。
3)足底压力比例法：在足底压力图上，从足跟至跖骨最远端等分为3个区域A、B、C(如图1所示)：A为足跟部位，B为中间部位，C为前脚掌部位。足弓高度评价指数为AI＝(FB/(FA+FB+FC))%，即B区域足底压力的百分比大小。Footscan足底压力测试系统的判断标准：21%≤AI≤28%为正常足弓，AI>28%为平足，AI
4)个案分析：记录测试对象平时穿鞋、选鞋的原则，观察其足部外形特点，鞋底的磨损程度及部位，结合赤足及穿鞋状态的足底压力测试数据，从运动生物力学角度分析其不适或疼痛的原因。
2研究结果
20名学生测试结果：年龄(9.3±0.6)岁，体重(28.2±3.23) kg，左足长(23.7±2.8) cm，右足长(23.2±3.2) cm；正常足的占25%，扁平足的占65%，高足弓的占10%；左右足长差值>2 mm的占25%。测试对象都不同程度的存在穿鞋误区，本研究选择具有代表性的3名测试对象的结果进行个案分析。
1)王××，女，10岁，体重34 kg，左足长23.2 cm，右足长23.5 cm。
主观描述：前脚掌痛，每天晚上都要求按摩。
穿鞋特点：近期穿的一双凉鞋鞋底折成两段，但本人感觉这双鞋最舒服。
买鞋原则：买鞋时挑鞋底软的，认为越软越舒服。
赤足测试结果：第1，右脚前掌先着地，然后才过渡到脚后跟，左脚后跟着地后即刻，前掌就受力，此为非正常步态特征；第2，足底压力中心出现侧向偏移及不流畅的明显特点，前脚掌中部的受力较大，且持续时间长。
穿鞋测试结果：从赤足与穿鞋的对比看，并没有改善其赤足走路时的不良特征。尤其在落地实期，导致了两次急剧的翻转。
2)冯××，女，10岁，体重36 kg，左足长22.2 cm，右足长22.4 cm。
主观描述：经常抱怨下肢、腰、膝部位多处疼痛，双脚外侧疼痛。
穿鞋特点：一直穿“阿迪”运动鞋，且几双鞋轮流穿。
买鞋原则：“阿迪”运动鞋和较贵的皮鞋，名牌鞋肯定质量好，穿着舒服。
赤足测试结果：第1，左脚前掌最初受力点为中部，然后向外侧扩展，最后再向内侧，为非正常步态；第2，从全足翻转曲线看，左右脚都有一定程度的内外翻；右脚的跟部活动较剧烈，并总体呈现过度外翻趋势。
穿鞋测试结果：对比赤足和穿鞋的足部翻转特点，赤足时不良步态特点没有得到适当的矫正。
3)胡××，女，9岁，体重24 kg，左足长21.9 cm，右足长22.0 cm。
主观描述：无论从静态站立姿势，还是从走路姿态上目测，没有人认为其有不正常现象。
穿鞋特点：细心的母亲偶然发现其穿过的鞋后帮向内倾斜变形。
静态测试结果：轻微扁平足、足外翻。
动态测试结果：左足后跟中内侧先着地，有过度外翻现象。
采取措施：日常及体育活动穿鞋内有相应足弓垫、后跟杯较硬的鞋，一年后静态测试结果显示外翻情况有所改善，且穿过的鞋没有后帮倾斜变形情况。
3讨论
3.1儿童足的发育规律
6~10岁发育正常幼儿的足比较胖，距骨颈较成人长，其长轴与脚底的长轴外侧成40°，较成人的20°大，因此儿童跗骨前方较成人宽，前掌部分较宽呈扇形[2]；但随着脚的生长，脂肪逐渐减少，跖骨与趾骨趋向于平行，不再成扇形。钱卓丽等[2]均视这种现象为自然发育的结果。但从本研究中20名儿童的足部及穿鞋特点看，小脚趾及大脚趾均有不同程度的挤压痕迹，再结合儿童穿鞋习惯、选鞋的观念、足外形的磨损印迹等情况，从扇形到窄长形的变化与其说是儿童足的发育规律，不如说是由于穿前端狭窄的鞋子造成的。
测试结果显示：(1)20%左右的9~10岁儿童在市场上很难买到童鞋。此次测试过程中，10岁的女童足长大于23 cm的就有3名，10岁的女童足长已达到35 cm，甚至更大，而35码以上的童鞋在市场上很难找到。因此，这一部分儿童只能穿成人鞋。儿童足发育规律表明，儿童脚的趾骨、跖骨和跗骨的长度在成长过程中有一些变化，幼儿的跗骨、趾骨、跖骨占脚长比例分别为46%、23%、31%，成人分别为52%、18%、30%[3]。6~10岁儿童的足部特征尚未有参考数据。儿童穿成人版的鞋，使脚部的静态和动态受力发生相应的变化[2]，引发不适，甚至发育畸形。(2)左右足长差值达到2 mm以上的占到了25%，可以肯定这群儿童穿鞋的舒适度较低。因为左右足长差值达到2 mm，穿同一号码鞋，以一只脚为准，另一脚不是太紧就是太松，但目前童鞋市场没有左右鞋码不一样的鞋。
为了保证儿童足的正常发育，此阶段的童鞋设计应考虑：一是与脚的形状相似，成扇形，为足的自然生长发育创造条件；二是此阶段的童鞋设计应考虑儿童走路时鞋子产生弯折的部位符合儿童足的比例，不应只是成人鞋的翻版。
3.2儿童足骨及足弓的生长发育规律
测试结果表明，8~10岁年龄段，扁平足仍占较高的比例。
扁平足分为先天性扁平足和生理性扁平足。先天性扁平足是骨骼结构性的，多伴有内翻足，会引起小腿和脚的生物力学改变，导致异常步态，所以要进行矫正；生理性扁平足也称假性扁平足，是儿童身体生长发育过程中足部肌肉、肌腱、韧带等力量性能不能满足儿童站立、行走、跑跳等活动的压力而造成的足弓变形，是某些儿童身体生长发育过程中的必然过渡阶段。医学上认为生理性扁平足是不需要矫正的，除了锻炼外，穿着具有防护功能的鞋来减缓对足弓的损害[4-6]。从测试结果及穿鞋、选鞋习惯来看，几乎没人知道扁平足形成的原因及预防措施。
3.3儿童步态运动学及动力学特点
目前，大多数童鞋的结构并没有考虑稳定性，而是强调功能的动态稳定性。持这种观点的人认为：人的本体感觉有动态稳定性的功能，会潜意识地进行自然、正常、合理的活动，而抵制生理上不健全的活动方式。但是，持这种观点的人没有考虑到之所以提到稳定性，主要因为儿童活动时，踝关节肌肉及韧带尚不能承受较硬的地面产生的额外负荷，而容易出现左右不稳定的现象，严重时导致扭伤。
香港中文大学对“白饭鱼”(指普通的白帆布鞋)等4种小学生常穿的运动鞋进行测试，结论是：“白饭鱼”虽不能提供有效的减震，但从对足踝关节的侧向稳定性来说，“白饭鱼”对于学童上体育课来说足够的。理由：一是学生是非专业的运动员，速度慢、动作小，充足的热身、良好的运动姿势与技巧，在运动时专心，更有助减少扭伤的机会；二是每星期只上两堂体育课，每堂35~45 min，课堂中包含各种内容的练习，对下肢冲击力的动作不多[7]。相反，笔者认为：第一，正因为小学生不是专业运动员，其动作技巧尚在形成中，不规范，动作速度及幅度不容易控制；第二，儿童跑、跳并不局限于上体育课，而且让儿童在运动时做到专心很难。第三，学龄儿童多参加一些体育俱乐部的活动，而室内地面的软硬度多是以成人体重为参考设计的，对儿童来说过硬，再加上活动强度随着年龄增加而增加，儿童足部所受压力增大，尤其是足跟承受的足底压力较成人大。有研究表明相对地面反作用力(单位体重的地面反作用力)在8岁时与成人相等[8-9]。因此，笔者的观点是：此阶段的童鞋应该提供足后部支撑，不仅可以使足的主要活动轴集中在踝关节，避免儿童过度“O”型或“X”型腿的出现，使儿童顺利渡过关键发育期，而且可缓解跖趾关节处肌肉、韧带的负担。
从动力学研究成果来看，7岁儿童步态动力学特点是：正常体重儿童行走时，其动态足底压力曲线与成人相同，表现为2个峰和1个谷的双峰曲线，不同的是，第2峰值略低于第1峰值，即着地时刻所产生的冲击峰值，要略大于蹬地时刻的峰值。冲击峰出现在足跟着地时，这说明儿童走路时足跟着地比较生硬，缓冲能力较差，导致足跟负重较大[4]。从这个角度来讲，儿童运动鞋也应考虑足跟处的缓冲特性。
综上所述，6~10岁儿童如果是先天性扁平足，则需要穿有相应足弓支撑垫的矫形鞋，而如果是生理性的扁平足，除了加强足部肌肉的锻炼外，还应该穿坚硬后跟杯及吸震功能的鞋。此阶段的儿童注意合理穿鞋和锻炼，扁平足的程度还可以得到改善，但如果不注意，成为永久性扁平足的可能性也很大。
3.4儿童鞋设计及消费误区
消费群体在选鞋过程中没有客观评价标准，多数根据个人的主观喜好，以眼看、手触、脚试为主。
王××的消费观点具有代表性：鞋帮、鞋面越软越好，鞋底的弯曲度越大越好，厚底鞋舒适防震等。鞋面软，鞋底软，足对鞋面、鞋底的压力使其变形，一方面，足受到挤压小，不易引起挤压痛感，另一方面，当足与地面接触时，鞋底的变形起到缓冲、减震的作用，尤其是软厚底鞋缓冲效果更好，主观舒适感更强。因此，这种消费心理普遍存在也得到了市场的验证。与笔者合作的“巴巴童鞋”100多家加盟店遍布中国20多个省、市、自治区的一线城市，但各地经销商一致的反馈是：消费者均认为鞋底越软越有利于孩子的足部发育，鞋底较硬的童鞋，基本无人问津。因此，为了适应国内市场的需求，“巴巴童鞋”只能采取两套措施：按国外客户的要求，出口的童鞋大底软硬度采用65度左右，而国内客户的订单则采用40~45度。从行业规范来说，这已超过鞋大底软度的最低限，但尽管如此，还有相当一部分消费者认为应该再软一点。鞋底软固然能减震，避免损伤，但鞋底软导致的能量损失及足弓缺乏支撑，不仅会造成体力消耗增加，使人易疲劳，更主要的是不能使儿童形成良好的脚形及步态，尤其是软的鞋后跟不能稳固跟骨，会加重足内外翻的程度，同样易引起急、慢性损伤。
冯××的消费观点是另一个群体的代表。当前有经济实力的消费群有盲目追求名牌的趋势，但消费者忽略了一点，就是名牌产品，一般都是有针对性的，比如“阿迪”、“耐克”等多款运动鞋都有不同的特点，适应不同脚型的人在不同时候穿，因此，名牌鞋并非可以随意选购，要根据自己的年龄、脚型、主要活动特点等来选择。
综上所述，目前中国童鞋消费者尚存在很多误区，导致儿童足部不适甚至畸形。测试结果及分析认为，6~10岁阶段童鞋设计应主要考虑：第一，与脚的形状相似，成扇形，为足的自然生长发育创造条件；第二，儿童走路时鞋子产生弯折的部位符合儿童足的比例，不应只是成人鞋的翻版，足部各部分的比例有待更多的研究；第三，通过增加足中部及后部稳定性的方法达到减小过高的足底压力的目的。从促进儿童健康发育的角度，有以下建议：第一，相关部门应重视并加大科学选鞋、合理穿鞋的科普宣传力度，改善童鞋企业的设计理念及消费者的消费观念。第二，童鞋的设计应以儿童年龄、骨骼、肌肉等发育的生物力学特点为准则，增加二型、三型鞋的比例，生产一定数量的左右鞋号不对称童鞋。第三，小童、中童、大童鞋应以年龄来划分，而不应以鞋码大小为标准。第四，应该考虑左右脚号码不一致鞋的生产比例。
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韧带的生物力学特性范文第8篇
关键词 前交叉韧带；重建术；综述
膝关节前交叉韧带(ACL)是关节重要的静力稳定结构，ACL损伤可引起膝关节不稳，韧带松弛、半月板及软骨退变、创伤性关节炎和其他继发性疾病。目前，关节镜下ACL重建被认为是常规的治疗方法。近几年在移植物、手术方法、重建韧带翻修、组织工程等方面有了进一步发展。
关节镜下ACL重建适用于膝关节不稳定，其功能不能满足生活和运动需求的患者；伴有半月板损伤，若韧带不重建则半月板难于修复的患者。对年龄低于50岁的中年患者，应放宽手术适应证；50岁以上患者重建与否，应结合损伤前的膝关节情况，对严重损伤者应行关节置换术。
一、 移植物
ACL损伤后大部分需要手术重建，重建材料包括自体移植物、异体移植物和人造韧带。目前广泛应用的是骨一髌腱一骨和股薄肌一半腱肌肌腱移植物。至于哪种移植物效果好，术后恢复快，Denti等经临床l～2随访发现，在术后膝关节稳定性方面，两组患者之间无明显的统计学差异，都能获得可靠的稳定性；对股四头肌肌力和膝关节功能康复的影响，两组之间无明显区别。
自体(异体)肌腱的缺点是需要再塑形、再纤维化过程，术后恢复时间长，存在韧带松弛的危险性；优点是重塑后的韧带能自我修复，远期效果优于人工韧带。人工韧带虽不需要再塑形、再纤维化过程，可早期恢复活动，但它有磨损产生的碎屑引起滑膜炎、关节顽固性积液；应力集中，容易疲劳损伤；还有应力遮挡等问题。这些都限制了它的临床应用。目前人工韧带的研究多集中于左旋聚乳酸(左旋聚丙交酯，PLLA)。Laitinen等对PLLA机械力学特性的研究显示，重建韧带的最大载荷在前6周是正常韧带的6%，到48周时可达到12%；如果重建时用阔筋膜包人工韧带，这两个数值分别可增至9%和21%。随组织工程学的发展，人们试图提高人工韧带组织的生物学构成并改善其力学特性。Ge等应用PLLA重建兔子ACL的实验发现，种植组织干细胞(MSC)的重建韧带中有更多的I型胶原和Ⅲ型胶原生成，但韧带的张力和稳定性仍低于正常韧带；说明这种方法虽可改善韧带结构，但不能提高重建韧带的力学特性。当前的细胞种植技术有很多的问题有待解决，特别是细胞怎样才能更多地种植在韧带上，一直没有完善的解决方法。Ouyang等将骨髓基质细胞(bMSC)在体外培养成片状，然后将其包在人工韧带上，组织学显示细胞片人工韧带能转变成类似正常组织的韧带复合体，免疫组织化学分析表明复合体组成成分类似于正常韧带的粘蛋白、I型胶原和Ⅲ型胶原。应用组织工程学方法改善人工韧带的结构，提高其力学特性，还有待进一步研究。
二 、固定物
ACL重建的固定分为直接固定和间接固定，直接固定包括螺钉(钛合金型、可吸收型)、U形钉、垫圈、交叉钉；间接固定包括聚酯钛纽扣钢板和缝合钉。各种内固定的比较研究较多，且多集中在可吸收螺钉及其比较上。Kaeding等对114例ACL重建患者随访2年，比较可吸收螺钉和钛钉的固定效果，结果显示钛钉在术中较可吸收螺钉对韧带的切割明显；术后1年用可吸收螺钉固定的患者比用钛钉固定的患者有更高的疼痛率(原因不祥)，然而在关节活动范围、活动分级、与活动有关的关节肿胀、术后关节渗液、KT-1000仪测试结果方面，两组没有明显区别；术后2年两组在各个方面都没有明显区别，X线片上未发现与可吸收螺钉有关的并发症。Ma等对可吸收螺钉和钛纽扣钢板固定的临床效果进行IKDC评估、关节活动度和影像学测量，结果发现两者对隧道及肌腱骨愈合的影响无明显差别；但两组中均发现有骨隧道扩大现象，股骨和胫骨隧道的发生率分别为36%、77%，股骨隧道扩大更明显。Macarini等经术后MRI对生物型可吸收螺钉降解和骨融合进行追踪检查，在全部病例中未发现异物反应，螺钉在1年内开始降解，术后3年绝大部分螺钉完全降解，MRI测不到信号，部分螺钉的位置形成囊肿样，它是螺钉降解的正常信号；仅10%螺钉与骨完全融合。
三 、手术方法
近年随着基础研究的深入，人们提出更符合生物力学、解剖学要求的ACL重建方法，如双束韧带重建ACL(双束韧带重建前内侧束和后外侧束)、扭转重建ACL(将髂胫束、髌韧带在股胫面附着处扭转90°固定)、等距重建ACL等。Colombet等分别用半腱肌－股薄肌的肌腱重建33例患者ACL的前内束和后外束，随访24个月并经IKDC；评估发现94%患者能重返体育场，75%患者恢复以前的运动水平。Mae等[10]对重建后两束韧带的受力进行分析，发现当胫骨向前移动时，前内束和后外束都受力；膝关节屈曲0°时，前内束受力比例占总应力的42.3%±5.7%，后外束占57.7%±5.7%；膝关节屈曲90°时．前内束受力比例占总应力的64.1%±11.1%，后外束占33.9%±11.1%。Muneta等调查1992～1996年期间行ACL双束重建和单束重建的135例患者，发现在IKDC评估、Lysholm评分及患者主观感觉方面，两者无明显差别，但双束组患者Lachman试验、前抽屉试验和KT-1000仪测量结果优于单束组患者。