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生物力學(xué)研究范文第1篇

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)損傷；防護(hù)服裝；運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；防護(hù)模型

中圖分類(lèi)號(hào)：TS941.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

A Study on Protective Cloths Based on Sports Biomechanics

Abstract： Based on introducing sports biomechanics as well as current study on protective equipment and protective clothes， the article draws the conclusion that it is very important to study protective clothes by using sports biomechanics and puts forward the theoretical basis， technical problems and technical route for using sports biomechanics in garment applications.

Key words： sports injury； protective clothes； sports biomechanics； protective model

近年來(lái)，我國(guó)參與體育運(yùn)動(dòng)或日常鍛煉的人口越來(lái)越多。在對(duì)全國(guó)體育人口比例的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，1996年的體育人口在總?cè)丝谥兴嫉谋壤秊?1.4%，2000年增加到33.9%，而到2007年又增加到37.1%，短短10多年的時(shí)間里增加了5.7個(gè)百分點(diǎn)。

但是在運(yùn)動(dòng)中，由于人們并未太多地注意保護(hù)自己，常常會(huì)引起相應(yīng)的關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶的意外損傷。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)常常會(huì)導(dǎo)致肘部、肩袖部損傷，范？克拉莫（Von Kramer）對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)的損傷進(jìn)行過(guò)調(diào)查，結(jié)果表明，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中肘關(guān)節(jié)損傷占全部損傷的41%，是最容易損傷的部位；肩袖損傷占其全部損傷的39%，僅次于網(wǎng)球肘。在跑步運(yùn)動(dòng)中，常常會(huì)發(fā)生小腿肌肉拉傷，有研究顯示，有高達(dá)35% ～ 65%的健身者與專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員曾經(jīng)發(fā)生過(guò)下肢損傷。老年人、小孩以及肢體殘疾人在日常的行走過(guò)程中，由于自身缺乏一定的平衡能力，往往會(huì)因?yàn)榭呐?、摔倒等突發(fā)狀況而意外導(dǎo)致肌肉和骨骼損傷。有國(guó)外學(xué)者曾做過(guò)相關(guān)的研究，該研究揭示了在老年人的摔倒中，將近53%是因?yàn)樾凶?、站立的不穩(wěn)定所導(dǎo)致的。

運(yùn)動(dòng)損傷已經(jīng)給運(yùn)動(dòng)員、業(yè)余愛(ài)好者、老年人、小孩等帶來(lái)了傷害，也是人們生命安全的重要隱患之一。也有不少人缺乏自我保護(hù)意識(shí)，認(rèn)為在業(yè)余的體育鍛煉和比賽中，做準(zhǔn)備活動(dòng)，然后再多加注意一些，受傷的幾率也就小了，其實(shí)這種想法是不正確的。因?yàn)檫@種損傷，比如說(shuō)扭傷、摔傷、各種磕碰傷，在運(yùn)動(dòng)損傷里只占到了2%，它的名稱(chēng)叫做意外傷，而將近98%的損傷是那種運(yùn)動(dòng)技術(shù)性傷。所以基于運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)，研制減少骨骼與肌肉損傷的防護(hù)性服裝，是一個(gè)很大的趨向。

1 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是生物力學(xué)的分支學(xué)科，是研究體育運(yùn)動(dòng)中人體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。其主要任務(wù)是運(yùn)用生物學(xué)和力學(xué)的理論和方法研究人體從事各種運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)以及勞動(dòng)的動(dòng)作技術(shù)，使復(fù)雜的人體動(dòng)作技術(shù)奠基于最基本的生物學(xué)和力學(xué)規(guī)律之上，并以數(shù)學(xué)、力學(xué)、生物學(xué)以及動(dòng)作技術(shù)原理的形式加以定量描述。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展與研究，為提高體育運(yùn)動(dòng)的成績(jī)、預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷、設(shè)計(jì)研發(fā)防護(hù)器材奠定了理論基礎(chǔ)。

1.1 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用

對(duì)于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究，特別是在應(yīng)用上，具有自己的特色，大致可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）在競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的技術(shù)方面，根據(jù)人體的體態(tài)、素質(zhì)、機(jī)能等情況，研究適合個(gè)人的最佳運(yùn)動(dòng)和活動(dòng)技術(shù)的動(dòng)作方案，并通過(guò)動(dòng)作技術(shù)診斷使之逐步完善；

（2）從預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)各種體育、活動(dòng)以及生產(chǎn)勞動(dòng)進(jìn)行生物力學(xué)分析，找出致傷因素，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的預(yù)防與治療措施；

（3）運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)不僅研究人體，而且也研究與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的器械的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，按照人體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和機(jī)能的生物力學(xué)特征，設(shè)計(jì)和改進(jìn)運(yùn)動(dòng)器材、設(shè)施、服裝與用具以及勞動(dòng)機(jī)器、工具等。

1.2 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)與防護(hù)器材

從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)體育運(yùn)動(dòng)或健身鍛煉中用于防護(hù)人身安全、避免運(yùn)動(dòng)損傷的器材，提出設(shè)計(jì)和改進(jìn)的設(shè)想及要求，是一項(xiàng)非常艱巨的學(xué)科任務(wù)，當(dāng)前基于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研制的防護(hù)用品主要有護(hù)具、運(yùn)動(dòng)鞋。

新型橄欖球頭盔與傳統(tǒng)頭盔相比有著本質(zhì)的區(qū)別，新型頭盔的外層覆蓋了一種新型樹(shù)脂吸振緩沖材料，它可以有效地防止運(yùn)動(dòng)員以頭盔作為進(jìn)攻武器沖撞對(duì)手。在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，人體的各個(gè)關(guān)節(jié)肌肉常常由于過(guò)多的運(yùn)動(dòng)量或瞬間的揮擊、拉伸發(fā)生拉傷或震傷。戴上護(hù)具后，就可以對(duì)相應(yīng)部位的肌肉、韌帶加壓舒服，減緩可能的過(guò)度拉伸，并協(xié)助肌肉動(dòng)作，對(duì)關(guān)節(jié)部位起到支撐作用。對(duì)于關(guān)節(jié)出現(xiàn)不同程度勞損的老人以及正在發(fā)育期的小孩來(lái)說(shuō)，進(jìn)行遠(yuǎn)足郊游或體育鍛煉時(shí)，很有必要選擇一定的護(hù)具。

國(guó)內(nèi)外一線運(yùn)動(dòng)品牌，其運(yùn)動(dòng)鞋技術(shù)的每一項(xiàng)進(jìn)步都離不開(kāi)生物力學(xué)研究，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新都遵循人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理。國(guó)際一線運(yùn)動(dòng)品牌都擁有自己的核心技術(shù)，如Nike的air氣囊鞋底科技和足跟穩(wěn)定技術(shù)、Adidas的HUG環(huán)抱系統(tǒng)和智能芯片技術(shù)、李寧新一代單弦弓減震技術(shù)等。無(wú)論核心技術(shù)如何創(chuàng)新變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須遵循運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的原理，其主要的生物力學(xué)原理是緩震減震、能量回歸、足跟控制、模擬踝足和回歸自然。

2 防護(hù)服裝的研究

伴隨著運(yùn)動(dòng)的普及，傳統(tǒng)的防護(hù)服裝基本上從舒適性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能材料等角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，通過(guò)研究改變或加強(qiáng)面料的性能來(lái)達(dá)到服裝吸濕排汗透氣、防火、防水等效果，或者從服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，采用多開(kāi)口寬松式設(shè)計(jì)，在前胸、腋下、前后衣片采用連續(xù)開(kāi)口散熱功能設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一套具有散熱功能的籃球比賽服裝。而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能真正地起到對(duì)人體防護(hù)作用的，往往都是要通過(guò)佩戴護(hù)具來(lái)達(dá)到目的，從拳擊的頭盔到籃球的護(hù)足，每一個(gè)易受傷的關(guān)節(jié)都有相對(duì)應(yīng)的護(hù)具來(lái)產(chǎn)生防護(hù)的效果。

但是現(xiàn)階段基于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究的運(yùn)動(dòng)防護(hù)僅限于護(hù)具以及運(yùn)動(dòng)鞋，而客戶對(duì)防護(hù)服裝的要求卻逐漸從原來(lái)的吸濕排汗等舒適性方面提升到舒適、功能、美觀、防護(hù)一體化上來(lái)，更多地希望可以通過(guò)服裝本身就可以達(dá)到防護(hù)人體的目的。

所以，有必要從人體出發(fā)，通過(guò)測(cè)量人體各關(guān)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的變化，將其轉(zhuǎn)化為人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)參數(shù)，通過(guò)分析生物力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，建立人體防護(hù)模型，明確服裝面料與防護(hù)模型相互之間的關(guān)系，并結(jié)合服裝材料學(xué)、服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人體工效學(xué)等相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)具有防護(hù)性能的服裝。

3 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在服裝上的應(yīng)用

在體育運(yùn)動(dòng)、日?；顒?dòng)以及生產(chǎn)勞動(dòng)中骨骼和肌肉損傷是難以避免的問(wèn)題，解決這一難題，必須以人體運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)，運(yùn)用人體解剖學(xué)、人體生理學(xué)、力學(xué)的理論與方法來(lái)探索人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)骨骼和肌肉的變化，建立外部防護(hù)模型，獲取防護(hù)服裝所需達(dá)到的力學(xué)參數(shù)，為開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)防護(hù)服裝提供理論依據(jù)。

3.1 理論依據(jù)

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，骨骼及肌肉功能模型的研究比較成熟，是確定肌肉長(zhǎng)度、肌肉拉力線、肌力臂、肌力矩、肌力等關(guān)鍵因素，但卻沒(méi)有明確指出骨骼及肌肉損傷的臨界值，建立外防護(hù)模型是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵途徑。

基于人體骨骼與肌肉的動(dòng)力學(xué)模型，模擬在外部約束條件下骨骼和肌肉的變化，通過(guò)逆向動(dòng)力學(xué)方程式和有限元模擬獲取相關(guān)參數(shù)，建立外防護(hù)機(jī)制，即防護(hù)模型；在外加反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的作用下，明確服裝材料的性能與外防護(hù)模型之間的關(guān)系，為研制高質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)防護(hù)服裝、減少運(yùn)動(dòng)過(guò)程中骨骼及肌肉的損傷提供理論依據(jù)。

3.2 技術(shù)問(wèn)題

（1）建立骨骼及肌肉的模型，需要運(yùn)用動(dòng)態(tài)捕捉系統(tǒng)捕捉關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信息，測(cè)量人體在空間的位置和方向，即人體骨骼、關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡。動(dòng)態(tài)捕捉系統(tǒng)通常分類(lèi)為 3類(lèi)：機(jī)械式、電磁式和光學(xué)式，價(jià)格不菲。

（2）結(jié)合人體運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)據(jù)，通過(guò)人體建模仿真軟件進(jìn)行模擬，并推導(dǎo)出骨骼及肌肉的最優(yōu)化的防護(hù)機(jī)制。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析，明確防護(hù)模型與服裝面料的性能特征之間的關(guān)系，為研發(fā)防護(hù)性能最優(yōu)的服裝提供依據(jù)。

3.3 研究方案

針對(duì)一項(xiàng)具體的運(yùn)動(dòng)，主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面：

（1）運(yùn)用動(dòng)態(tài)捕捉系統(tǒng)捕捉人體關(guān)鍵部位的空間運(yùn)動(dòng)軌跡；

（2）借助人體建模仿真軟件，將空間運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生物力學(xué)參數(shù)，如各關(guān)節(jié)的位移、速度、加速度及肌肉長(zhǎng)度、肌力臂、肌力矩等，進(jìn)而計(jì)算出有關(guān)人體防護(hù)力學(xué)參數(shù)；

（3）基于骨骼及肌肉模型，運(yùn)用逆向動(dòng)力學(xué)的方法，建立人體外部防護(hù)機(jī)制；

（4）根據(jù)各種服裝材料的性能，通過(guò)有限元的模擬，確定材料的性能與防護(hù)模型相互之間的關(guān)系，獲取防護(hù)服裝所需的防護(hù)參數(shù)；

（5）人體建模仿真軟件對(duì)所獲取的服裝防護(hù)參數(shù)進(jìn)行模擬，以進(jìn)一步獲得最優(yōu)防護(hù)的服裝。

技術(shù)路線如圖 1 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)動(dòng)損傷常常給運(yùn)動(dòng)員、體育愛(ài)好者、老人、小孩等帶來(lái)意想不到的身體傷害，然而，傳統(tǒng)的防護(hù)服裝基本上從服裝的舒適性角度進(jìn)行研究，通過(guò)改變面料的特性來(lái)達(dá)到服裝的防濕透氣、吸濕排汗等，或從服裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，改變服裝衣下間隙、開(kāi)口特征等來(lái)提高服裝的著裝舒適性。國(guó)外對(duì)于運(yùn)動(dòng)防護(hù)服及裝備的研究則比較深入，從人體的頭部到腳的各個(gè)器官都配有特定的防護(hù)用具，所以基于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究防護(hù)服裝必將是未來(lái)的研究熱門(mén)。

外防護(hù)模型的建立是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)應(yīng)用到服裝領(lǐng)域的關(guān)鍵，也是制約防護(hù)服裝研發(fā)的主要因素。防護(hù)模型的研究處于起步階段，只有建立起防護(hù)模型，才能進(jìn)一步明確服裝材料與防護(hù)力學(xué)參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，也為研制減少運(yùn)動(dòng)損傷的運(yùn)動(dòng)裝備奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

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生物力學(xué)研究范文第2篇

隨著脊柱外科經(jīng)后路內(nèi)固定手術(shù)普遍開(kāi)展，各種椎弓根螺釘固定系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于臨床，但Esses等[1]通過(guò)臨床應(yīng)用調(diào)查這些固定器械發(fā)現(xiàn)沒(méi)有哪一種椎弓根螺釘固定比較完善，大量病例的遠(yuǎn)期隨訪表明并發(fā)癥多。主要是螺釘松脫、斷釘、內(nèi)固定不牢固、矯正度丟失、椎體間融合形成假關(guān)節(jié)、脫位術(shù)后復(fù)發(fā)、椎弓根斷裂等。Wittenberg[2]認(rèn)為椎弓根螺釘固定產(chǎn)生并發(fā)癥多的原因是螺釘內(nèi)固定疲勞的結(jié)果。內(nèi)固定器械受周期性負(fù)荷而導(dǎo)致疲勞。結(jié)合國(guó)內(nèi)外在椎弓根螺釘內(nèi)固定疲勞生物力學(xué)方面的研究綜述如下：

1 椎弓根螺釘疲勞指標(biāo)

Yamgata等[3]認(rèn)為要研究椎弓根螺釘內(nèi)固定生物力學(xué)疲勞特性，應(yīng)從下面3個(gè)方面確定：①螺釘強(qiáng)度——疲勞次數(shù)關(guān)系：就是測(cè)定螺釘植入后其強(qiáng)度與周期性負(fù)荷次數(shù)（疲勞次數(shù)）關(guān)系；②測(cè)定螺釘旋入/出力矩。這具指標(biāo)能表明螺釘固定疲勞前后的力矩變化，代表期疲勞程度；③螺釘最大軸向拔出力，表示釘一骨界面緊握力牢固性。Wittenberg等也研究了強(qiáng)度一疲勞次數(shù)關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)螺釘固定強(qiáng)度隨疲勞次數(shù)增加而下降。Zdeblick等[3]研究螺釘旋入/出力矩與疲勞次數(shù)關(guān)系，并指出力矩隨疲勞總?cè)藬?shù)增加下降。軸向拔出力也下降；釘一骨界面軸向拔出力也隨疲勞次數(shù)增加而下降。

材料選擇，Smith[5]認(rèn)為椎弓根螺釘內(nèi)固定生物力學(xué)體外試驗(yàn)標(biāo)本材料有3個(gè)來(lái)源：①人尸體脊柱標(biāo)本，最佳是人新鮮尸體脊術(shù)，但來(lái)源有限；②人工摹擬脊柱，人工按脊柱椎體骨質(zhì)等特點(diǎn)仿造出脊柱標(biāo)本，在制造過(guò)程中可人為設(shè)計(jì)安置各種電子測(cè)定元件，有利于試驗(yàn)記錄測(cè)量，但與人體脊柱質(zhì)、量等各方面相差大；③動(dòng)物新鮮脊柱標(biāo)本，目前常用是牛的脊柱，Eilke等[6]應(yīng)用小牛的胸6至腰6脊柱段與人胸腰椎脊柱段進(jìn)行體外比較生物力學(xué)試驗(yàn)，得出試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析無(wú)差異，所以他認(rèn)為在體外生物力學(xué)試驗(yàn)可用小牛脊柱代替人脊柱當(dāng)試驗(yàn)材料。人活體內(nèi)研究因條件及醫(yī)學(xué)倫理限制，很少研究。

椎弓根螺釘內(nèi)固定疲勞試驗(yàn)研究方法及儀器：椎弓根螺釘內(nèi)固定試驗(yàn)是摹擬內(nèi)固定器械在體內(nèi)受脊柱三維六自由度周期負(fù)荷作用下生物力學(xué)疲勞變化規(guī)律。研究較復(fù)雜，儀器測(cè)試要求高。目前沒(méi)有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。Goel等[7]認(rèn)為一種標(biāo)準(zhǔn)體外疲勞試驗(yàn)一定要做到對(duì)椎弓根螺釘內(nèi)固定器械進(jìn)行摹擬在體測(cè)試，獲得不同負(fù)荷周期性作用下測(cè)出強(qiáng)度-疲勞次數(shù)關(guān)系曲線。疲勞試驗(yàn)80年代前大都是沒(méi)有內(nèi)固定器下的單純標(biāo)本人工機(jī)械試驗(yàn)。隨著電子技術(shù)發(fā)展，90年代后自動(dòng)化的試驗(yàn)機(jī)器完全代替人工機(jī)械方法，他介紹了美國(guó)明尼蘇達(dá)州制造的雙軸液壓伺服生物材料測(cè)試系統(tǒng)即MTS試驗(yàn)機(jī)。該機(jī)優(yōu)點(diǎn)能摹擬人體脊柱在維六自由度運(yùn)動(dòng)，即能旋轉(zhuǎn)、拉伸、周期性加載荷，測(cè)定過(guò)程全自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制，減少人為誤差，同時(shí)測(cè)定強(qiáng)度一疲勞次數(shù)曲線、拔出力和力矩，被認(rèn)為是目前先進(jìn)的生物力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)。 smith[5]也持相同觀點(diǎn)而且建議體外生物力學(xué)試驗(yàn)研究程序化：試驗(yàn)原理度量科學(xué)化試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)儀器選擇負(fù)荷加載選定（目前沒(méi)有具體標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)本固定安裝測(cè)度系統(tǒng)準(zhǔn)備收集試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析、討論。另外Yamagata等[3]介紹日本京都制造通用疲勞試驗(yàn)機(jī)。該機(jī)也是電子程控測(cè)試，但僅測(cè)出強(qiáng)度-疲勞次數(shù)關(guān)系單項(xiàng)指標(biāo)。還有方法僅測(cè)出力矩，或僅側(cè)剛度，或僅測(cè)拔出力等單項(xiàng)指標(biāo)。

2 影響椎弓根螺釘內(nèi)固定生物力學(xué)疲勞特性的因素

①椎體骨密度（BMD） 椎弓根及椎體骨密度對(duì)其螺釘固定疲勞生物力學(xué)是主要影響因素。Halvorson等[8]用雙光子骨密度測(cè)定儀測(cè)定標(biāo)本椎體骨密度，分成正常組：1.17±0.08g/cm2；骨質(zhì)疏松組：0.818±0.05g/cm2。發(fā)現(xiàn)正常骨質(zhì)密度組平均軸向挨出力為1540±361N；而骨質(zhì)疏松組為206±159N。即螺釘軸向拔出力與椎體骨密度呈正相關(guān)。Okuyama等[9]認(rèn)為BMD每降低10mg/ml。螺釘最在拔出力約減少60N。Kumano等[10]認(rèn)為Ⅲo骨質(zhì)疏松螺釘軸向拔出力100N以下，很容易松動(dòng)脫出，所以建議Ⅲo骨質(zhì)疏松不要直接用椎弓根螺釘固定。其它研究也證明骨密度對(duì)螺釘固定力矩、強(qiáng)度等有重要影響，且呈正相關(guān)[11-14]。

②椎弓根螺釘橫截面積大小和螺釘形態(tài)、長(zhǎng)度、固定深度 Brantley等[21]研究指出椎弓根螺釘橫截面積大小對(duì)椎弓根橫截面積占有70%以上才有足夠的固定強(qiáng)度；少于這個(gè)比例的螺釘則易疲勞松脫。但是當(dāng)螺釘截面積增大到占椎弓根橫截面積90%時(shí)，再增加螺釘直徑，沒(méi)有明顯增加固定強(qiáng)度，反面易使椎弓根爆裂骨折。由于椎弓根橫截面積有限，所以螺釘大小其橫截面積為椎弓根橫截面積的0.7-0.9之間為好。螺釘長(zhǎng)度增加，固定深度加深也有增強(qiáng)固定強(qiáng)度、防止疲勞作用。但固定深度椎體大小和椎弓根長(zhǎng)度的限制。他指出當(dāng)固定深度為螺釘進(jìn)入椎弓根穿刺點(diǎn)到椎弓根軸線與椎體前緣交點(diǎn)連線距離80%深度時(shí)（原則是螺釘尖端不要穿過(guò)椎體前緣皮質(zhì)）螺釘固定強(qiáng)度已足夠，再增加固定深度無(wú)明顯增加其固定強(qiáng)度。所以增加固定深度亦有限。還指出螺釘大小、長(zhǎng)度、深度對(duì)中度以上骨質(zhì)疏松者沒(méi)有增加固定強(qiáng)度。Zdeblik等[4]研究螺釘大小對(duì)扭力矩強(qiáng)度有正相關(guān)，即螺釘直徑加大，扭力矩可相應(yīng)增加。Kwok等[15]在人尸體上研究比較柱形螺釘和錐形螺釘旋入力矩和軸向拔出力。發(fā)現(xiàn)錐形螺釘能增強(qiáng)旋入力矩。柱形釘無(wú)此作用。但兩者軸向拔出力無(wú)差別。

③椎弓根長(zhǎng)、寬、高 Mckinley等用人工脊柱摹擬椎弓根長(zhǎng)、寬、高，并研究長(zhǎng)、寬、高對(duì)螺釘負(fù)荷彎力矩作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺釘負(fù)荷彎力矩與椎弓根高成負(fù)相關(guān)，與椎弓根長(zhǎng)度正相關(guān)，寬度對(duì)螺釘負(fù)荷彎力矩?zé)o明顯作用。

④螺釘孔道準(zhǔn)備方法及固定方向 George等[17]用鉆頭準(zhǔn)備孔道和用定位探子打出孔道方法，并比較2種方法準(zhǔn)備孔道后螺釘固定軸向拔出力，結(jié)果兩者無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但指出用鉆頭鉆法準(zhǔn)備釘孔道定位不準(zhǔn)，易造成椎弓根撕裂，而降低固定強(qiáng)度。Ronderos等[18]研究用擊打和非擊打2種方法準(zhǔn)備進(jìn)行螺釘固定測(cè)其釘-骨界面拔出力。還有Halrorson等[8]用比螺釘直徑小1mm或相等的兩種攻絲準(zhǔn)備孔道，測(cè)螺釘軸向拔出力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用小的攻絲錐準(zhǔn)備的孔道螺釘軸向拔出力要大于用與螺釘直徑等大的攻絲錐備成的孔道螺釘向拔出力。

⑤醫(yī)生手術(shù)熟練程度及技術(shù)水平 Stauber等[19]認(rèn)為椎弓根定位不準(zhǔn)確常使螺釘固定穿出椎弓根，破壞了椎弓根骨床質(zhì)量，降低了固定強(qiáng)度，也易造成神經(jīng)損傷。因此有應(yīng)用光纖內(nèi)窺鏡來(lái)探查螺釘孔道定位情況，以提高螺釘固定定位的準(zhǔn)確性。

⑥螺釘質(zhì)量螺釘質(zhì)量（包括所選用合金材料種類(lèi)的好壞、剛度強(qiáng)度大小、生產(chǎn)工藝高低等）對(duì)其椎弓根固定穩(wěn)定性、牢固性很重要。發(fā)現(xiàn)經(jīng)椎弓根螺釘固定后螺釘彎曲或折斷，Esses等[1]認(rèn)為是與螺釘機(jī)械強(qiáng)度不夠、剛度達(dá)不到內(nèi)固定的要求、質(zhì)量不合格有關(guān)。Matsuzaki等認(rèn)為發(fā)生斷釘是螺釘質(zhì)量不過(guò)關(guān)的典型表現(xiàn)，他認(rèn)為一定要對(duì)每一種螺釘?shù)绕餍祽?yīng)用于臨床前進(jìn)行材料生物力學(xué)檢測(cè)，質(zhì)量合格后才能應(yīng)用。

⑦負(fù)荷大小、周期性次數(shù) Goel等[7]指出疲勞試驗(yàn)研究基本特征是在人為條件下，施加一定量的預(yù)負(fù)荷于標(biāo)本，在一定的頻率下周期性作用于內(nèi)固定器械來(lái)研究其疲勞反應(yīng)及其變化規(guī)律。但目前不同試驗(yàn)研究的預(yù)負(fù)荷、頻率、周期性負(fù)荷次數(shù)都不統(tǒng)一。Cunningham.等[21]研究結(jié)果表明：①在400N水平VSP、LSOLA、TSRH、加壓CD棒系統(tǒng)疲勞次數(shù)超過(guò)100萬(wàn)次；②在500N水平VSP、ISOLA、TSKH、加壓CD棒系統(tǒng)疲勞次數(shù)達(dá)60萬(wàn)次時(shí)出現(xiàn)疲勞；③在600N水平，4種器械內(nèi)固定系統(tǒng)平均20萬(wàn)次即出現(xiàn)疲勞反應(yīng)。可見(jiàn)椎弓根螺釘內(nèi)疲勞與其受力、疲勞次數(shù)、頻率均有關(guān)。Myers等[13]用MTS對(duì)單根螺釘固定進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，測(cè)其軸向拔出力，表明疲勞次數(shù)增加，拔出力下降。在相同疲勞條件下，Wittenberg等[2]AO螺釘平均73300次出現(xiàn)疲勞，VSP螺釘平均20800次出現(xiàn)疲勞，強(qiáng)度-疲勞次數(shù)關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺釘固定強(qiáng)度隨疲勞次數(shù)增加而下降，但不是線性相關(guān)。疲勞次數(shù)低于4000次時(shí)，各螺釘固定強(qiáng)度無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3 預(yù)防椎弓根螺釘固定疲勞的措施

預(yù)防椎弓根螺釘固定目的是要獲得牢固穩(wěn)定的內(nèi)固定以達(dá)到臨床治療目的。因此防止預(yù)防椎弓根螺釘固定產(chǎn)生疲勞問(wèn)題又成為人們研究的熱點(diǎn)。提高骨密度，防止骨質(zhì)疏松是經(jīng)椎弓根螺釘固定穩(wěn)定牢固的基礎(chǔ)[12]。Pfeiffer等[12]對(duì)Ⅲo骨質(zhì)疏松者準(zhǔn)備螺釘孔道后，用適量PMMA骨水泥填入孔道再擰入螺釘固定，結(jié)果可以提高螺釘軸向拔出力，固定更牢靠穩(wěn)定，從而防止疲勞。Chiba等[22]研究通過(guò)附加椎板鉤輔助固定可能減少椎弓根螺釘負(fù)荷而減少疲勞發(fā)生。Stovall等[23]研究腰骶椎融合術(shù)時(shí)也應(yīng)用附加椎板鉤輔助固定，也明顯增強(qiáng)內(nèi)固定牢固性。Dick等[24]研究在椎弓根螺釘骨固定器械兩側(cè)縱行板或棍間用橫桿連結(jié)裝置可以提高其固定強(qiáng)度，有利于防止疲勞。Lim[25]又研究了橫桿連結(jié)裝置最佳位置，認(rèn)為雙橫桿最佳位置是近側(cè)端桿位于縱行板或棍1/4處作用最大；遠(yuǎn)側(cè)橫桿應(yīng)位于縱桿1/8處起作用大。另外，提高外科醫(yī)生手術(shù)技術(shù)水平、技巧、熟練程度，對(duì)椎弓根螺釘內(nèi)固定牢固穩(wěn)定、降低疲勞也是一項(xiàng)重要措施。

4 椎弓根螺釘疲勞研究存在問(wèn)題

雖然椎弓根螺釘疲勞生物力學(xué)研究做了許多工作，但有些方面有待進(jìn)一步研究，主要有：①不同年齡段疲勞指標(biāo)正常參考值沒(méi)有確立；②疲勞與螺釘受力方向的關(guān)系沒(méi)有報(bào)道；③中國(guó)人應(yīng)用椎弓根螺釘?shù)钠谏锪W(xué)研究。 5 參考文獻(xiàn)

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生物力學(xué)研究范文第3篇

【關(guān)鍵詞】 生物力學(xué); 人; 交叉韌帶; 移植; 同種異體; 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

交叉韌帶是膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)，交叉韌帶重建術(shù)是治療交叉韌帶損傷的主要方法[1]。自1978年Neviaser等人應(yīng)用凍干保存的同種異體肩袖移植修復(fù)大范圍的肩袖損傷，1981年Green等人將冷凍保存后的異體闊筋膜用于肌腱、韌帶損傷的修復(fù)相繼成功以來(lái)，人們開(kāi)始了同種異體組織重建膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶的臨床及基礎(chǔ)研究。但同種異體組織移植仍有疾病傳播、感染、松弛等諸多問(wèn)題。為了防止艾滋病、肝炎等疾病的傳播，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者及組織探討了一系列的消毒措施，目前最常用的是“γ”射線照射消毒。有研究表明，在2.0Mrad“γ”照射對(duì)同種異體組織的最大應(yīng)力，最大應(yīng)變等有一定負(fù)面影響[2]，本文對(duì)國(guó)內(nèi)外普遍采用的2.5Mrad“γ”射線照射消毒法對(duì)肌腱生物力學(xué)指標(biāo)的影響進(jìn)行全面探討。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備

由解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院組織庫(kù)提供的24條等長(zhǎng)肌腱配對(duì)分成A、B兩組，每一對(duì)來(lái)自同一供體。A組為對(duì)照組，沒(méi)有經(jīng)過(guò)“γ”射線照射，B組為實(shí)驗(yàn)組，經(jīng)過(guò)2.5Mrad“γ”射線照射12 h。普通低溫冷凍(-20℃)保存異體肌腱以備進(jìn)行生物力學(xué)檢測(cè)。

1.2 生物力學(xué)測(cè)試

將標(biāo)本取出后室溫下融化1 h，生理鹽水紗布保濕。用WDW-3020電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供)做拉伸實(shí)驗(yàn)。首先使用專(zhuān)用橫截面積測(cè)試儀測(cè)量肌腱的寬度與厚度，計(jì)算出橫截面積。為防止直接夾持對(duì)肌腱的損傷，特別設(shè)計(jì)了專(zhuān)用夾具對(duì)肌腱進(jìn)行夾持。使位于兩夾持端間實(shí)驗(yàn)部分肌腱的長(zhǎng)度均為30 mm，將肌腱夾持好，固定于試驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整拉力使其經(jīng)過(guò)肌腱軸線。先行預(yù)處理，拉伸速度0.5 mm/s，拉長(zhǎng)0.5 mm，共3次。最后加載直至試樣被完全破壞，加載速度設(shè)為20 mm/min，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄載荷-位移曲線，見(jiàn)圖1。其中直線段斜率為剛度。

圖1載荷-位移曲線

1.3 破壞部位

A、B兩組所有實(shí)驗(yàn)材料破壞部位均不在夾具夾持肌腱處，避免了在夾持部位破壞造成結(jié)果的不準(zhǔn)確，如果肌腱是在夾持部位破壞的可能是由于夾具夾持力所造成的。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P

2 結(jié)果

對(duì)載荷-位移曲線進(jìn)行修正，根據(jù)此曲線計(jì)算出生物力學(xué)各指標(biāo)，載荷測(cè)量精確到0.001 N，位移精確到0.01 mm。數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。具體結(jié)果如下。

2.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)特性

研究肌腱在外載荷作用下剛度、能量、位移等的變化規(guī)律，確定肌腱承受和傳遞外力的能力。①B組實(shí)驗(yàn)組平均最大拉伸長(zhǎng)度為A組對(duì)照組93.46%，兩組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.45，P

2.2 材料力學(xué)特性

研究肌腱在外力作用下所發(fā)生應(yīng)變、應(yīng)力和剛度等的變化及導(dǎo)致肌腱破壞的極限。①照射組的彈性模量為非照射組的87.66%，減少了12.34%，兩組之間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.53，P

3 討論

自體BPTP(骨-髕腱-骨)曾經(jīng)被認(rèn)為是ACL(前叉韌帶)重建的金標(biāo)準(zhǔn)，但不可避免諸多的并發(fā)癥，如股四頭肌、腘繩肌薄弱等，據(jù)報(bào)道手術(shù)后髕骨關(guān)節(jié)疼痛高達(dá)80%，而同種異體組織移植具有無(wú)供區(qū)癥狀，材料大小不受限，手術(shù)時(shí)間和費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)[2]。 Poehling等[3]指出應(yīng)用同種異體組織重建ACL后疼痛少并且術(shù)后1年內(nèi)關(guān)節(jié)活動(dòng)受限少，所以術(shù)者傾向于采用同種異體組織進(jìn)行ACL重建。疾病傳播是目前應(yīng)用同種異體移植物存在的主要問(wèn)題，為減少疾病的傳播，消滅處在“窗口期”的病原微生物，一些組織庫(kù)先后使用一系列滅菌消毒技術(shù)如環(huán)氧乙烯薰蒸，“γ”射線照射等。經(jīng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)踐后，目前國(guó)內(nèi)外最普遍采用的是“γ”射線照射消毒來(lái)減少疾病的傳播。雖然高劑量的“γ”射線照射消毒能有效的殺滅細(xì)菌病毒等微生物，但不可忽視的是對(duì)組織具有破壞損傷和滅菌消毒雙重作用，“γ”射線照射消毒必須達(dá)到兩方面的要求，一是必須達(dá)到完全滅菌消毒的目的，包括HIV和肝炎病毒，二是必須保證肌腱有足夠的強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)2.5 Mrad“γ”射線照射消毒引起肌腱生物力學(xué)變化沒(méi)有很明確的了解，缺少直接對(duì)人體肌腱的研究，作者采用照射非照射的人體肌腱進(jìn)行研究，進(jìn)一步明確了2.5 Mrad“γ”射線照射對(duì)肌腱生物力學(xué)參數(shù)的影響。

有大量研究表明1.5 Mrad“γ”射線照射能破壞95%的細(xì)菌微生物，而使用3.0 Mrad“γ”射線照射就會(huì)引起組織較嚴(yán)重的破壞，并且在2.5 Mrad“γ”射線照射后的骨-腱-骨中仍能檢測(cè)出HIV，建議使用3.6～4.0 Mrad照射，一些學(xué)者認(rèn)為5.0Mrad“γ”射線照射才能殺滅HIV[4]。目前能被接受的劑量是1.5～2.5 Mrad，但從作者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出2.5 Mrad“γ”射線照射后各生物力學(xué)參數(shù)明顯降低，肌腱強(qiáng)度下降顯著，各參數(shù)均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中參數(shù)剛度具有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，剛度是指生物材料對(duì)外力作用抗變形能力，肌腱剛度在ACL重建后膝關(guān)節(jié)早期蛻變有重大影響。有研究表明4.0 Mrad“γ”射線照射后肌腱的剛度和最大應(yīng)力分別減少30%和21%，本實(shí)驗(yàn)2.5 Mrad“γ”射線照射后剛度和最大應(yīng)力分別減少4.63%和15.12%，與對(duì)照組相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，所以肌腱強(qiáng)度降低的趨勢(shì)基本是一致的，并且從本組實(shí)驗(yàn)中可進(jìn)一步看出“γ”射線照射引起肌腱強(qiáng)度的降低具有劑量依賴性。Curran等研究指出2.0 Mrad“γ”射線照射組強(qiáng)度比非照射組強(qiáng)度減少20%[8]，F(xiàn)ilder[9]研究認(rèn)為2.0 Mrad“γ”射線照射后強(qiáng)度降低15%。有學(xué)者指出2.0 Mrad“γ”射線照射后肌腱的彈性模量和最大應(yīng)力明顯下降，本研究中2.5 Mrad“γ”照射后彈性模量和最大應(yīng)力分別減少9.60%和15.1%。肌腱彈性模量是衡量肌腱產(chǎn)生變形難易程度的指標(biāo)，在ACL重建后希望肌腱有足夠的彈性模量以求重建的膝關(guān)節(jié)在承受外力時(shí)有足夠的穩(wěn)定性，“γ”射線照射后彈性模量減小，所以必須遵循“以強(qiáng)代弱”的原則。本試驗(yàn)材料的選擇不能確定供者的年齡使肌腱強(qiáng)度可能有所差異對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)有一定的影響，作者采用同一組肌腱來(lái)自同一供體以求盡可能的減小對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。有些學(xué)者認(rèn)為吡啶喏林的含量與肌腱生物力學(xué)存在著線性關(guān)系，也就是說(shuō)照射前后生物力學(xué)的變化可能是由于照射引起同種異體組織羥基脯氨酸、鉸鏈等生物化學(xué)成分改變引起的。

2.5 Mrad“γ”射線照射的同種異體組織強(qiáng)度的降低是否會(huì)增加臨床失敗率?在膝關(guān)節(jié)交叉韌帶重建研究中發(fā)現(xiàn)移植物在塑型改建過(guò)程中其強(qiáng)度有明顯下降的過(guò)程，所以必須按照“以強(qiáng)代弱”的原則來(lái)重建交叉韌帶，移植物強(qiáng)度在重建術(shù)中的作用已經(jīng)得到明確[6]。Suggs等[5]通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬研究ACL重建后發(fā)現(xiàn)：重建后關(guān)節(jié)早期退變與移植物剛度過(guò)大有關(guān)，剛度一致時(shí)，可以有效恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性且不增加關(guān)節(jié)面的壓力。所以選擇結(jié)構(gòu)力學(xué)一致的移植物重建ACL可以在恢復(fù)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨提供良好的保護(hù)作用。本研究發(fā)現(xiàn)γ射線照射消毒后肌腱的剛度明顯下降，所以如何確定照射后剛度一致性使移植物具有相同或接近相同的結(jié)構(gòu)力學(xué)，從而達(dá)到最好的重建效果需要基礎(chǔ)研究和臨床觀察的進(jìn)一步探討。Bach[7]、孫磊[9]等均已經(jīng)證實(shí)了應(yīng)用非照射的同種異體組織重建ACL的良好的臨床效果。國(guó)外有通過(guò)臨床隨訪發(fā)現(xiàn)采用2.0～2.5 Mrad“γ”射線照射后的同種異體肌腱重建ACL的失敗率明顯高于非照射組的報(bào)道，故不主張應(yīng)用“γ”射線照射消毒的組織來(lái)重建ACL。“γ”射線照射的同種異體組織移植后超微結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程及臨床失敗率增加的具體機(jī)制還沒(méi)有深入的了解。

目前國(guó)內(nèi)外普遍采用2.5 Mrad“γ”射線照射消毒同種異體組織的方法并不能完全殺滅病原微生物如HIV等，作者直接采用人體肌腱實(shí)驗(yàn)后證實(shí)照射后各結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)參數(shù)降低明顯，這種強(qiáng)度的降低可能導(dǎo)致臨床失敗率的增加，綜上所述，是否采用“r”射線照射消毒同種異體肌腱及其生物力學(xué)改變是否會(huì)導(dǎo)致臨床失敗率的增加和具體機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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生物力學(xué)研究范文第4篇

【關(guān)鍵詞】口腔正畸；微植體；生物力學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】R783.5【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1004-4949（2013）07-43-02

傳統(tǒng)上治療錯(cuò)頜畸形多采用口外弓、腭杠、舌弓、Nance弓等方法來(lái)增加支抗，都存在穩(wěn)定性方便性等問(wèn)題，效果不理想。而操作簡(jiǎn)便、效果穩(wěn)定且創(chuàng)傷較小的微植體支抗技術(shù)近年來(lái)發(fā)展較快，受到了廣泛的關(guān)注[1]。本文就是通過(guò)回顧性分析我院于2010年6月-2011年6月期間收治的64例患者的臨床資料，探討采用正微植體支抗技術(shù)進(jìn)行口腔正畸的臨床效果，并進(jìn)行生物力學(xué)分析。

1資料與方法

1.1一般資料：

選取我院于2010年6月-2011年6月期間收治的64例接受口腔正畸的患者，按照隨機(jī)的原則平均分為兩組，其中實(shí)驗(yàn)組32例，男19例，女13例，年齡12-25歲，平均（19.8±3.2）歲；對(duì)照組32例，男18例，女14例，年齡13-26歲，平均（20.1±2.8）歲。兩組患者在性別、年齡、發(fā)病類(lèi)型以及臨床表現(xiàn)方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P>0.05，具有可比性。

1.2 治療方法

1.2.1 對(duì)照組治療方法：

采用傳統(tǒng)的口外弓加強(qiáng)支抗，同時(shí)口內(nèi)配合著使用橫腭桿，口外弓牽引力量為200-200g/側(cè)，保證患者每天戴用8-12h。

1.2.2實(shí)驗(yàn)組治療方法：

實(shí)驗(yàn)組患者均采用微植體支抗技術(shù)治療，在微型種植體植入時(shí)，首先通過(guò)銅絲將需要植入微植體的牙分開(kāi)，然后對(duì)植入部位進(jìn)行標(biāo)記，并對(duì)牙根的形態(tài)、位置以及相鄰的組織進(jìn)行檢查，拍攝全景片和根尖片；如果要植入種植體，則對(duì)要植入部位覆蓋的牙槽粘膜，作縱行切口3-5mm；然后在膜齦結(jié)合部或者是偏向于牙根方向2-3mm處植入，注意其角度應(yīng)該與骨面垂直，并略微傾斜一些；最后對(duì)根尖拍攝照片，從而確認(rèn)微型種植體與牙根的關(guān)系?；颊咝g(shù)后通過(guò)口服抗生素來(lái)預(yù)防感染，并交代兩組患者注意保持口腔清潔。

1.3生物力學(xué)的三維有限元分析： 采用的微植體均為刃狀螺紋圓柱形純鈦螺釘，規(guī)格是：外徑2mm，內(nèi)徑1.6mm，長(zhǎng)度為9mm，螺紋頂角60°，深度為0.2mm，而螺距為0.3mm。同時(shí)設(shè)定微植體植入牙槽骨后，仍保證骨外余留3mm。根據(jù)上述種植體的尺寸及其幾何形態(tài)，使用有限元分析軟件ANSYS6.01對(duì)其進(jìn)行建模，并使用其中自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)劃分功能對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其精度取默認(rèn)值6，同時(shí)在處理單元時(shí)，選用三椎體十節(jié)點(diǎn)的建模方式以增強(qiáng)器精確性。

試驗(yàn)假設(shè)條件如下：首先，所有材料受力后變性均為小變性；其次，種植體與頰側(cè)牙槽骨板間所成銳角，分為30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°等7組；最后，模型中涉及的材料和組織均為連續(xù)均質(zhì)且各向同性的線彈性材料。

在距離種植體頂端0.5mm處對(duì)種植體施加的水平作用力為200g。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，要通過(guò)種植體中心進(jìn)行縱剖以獲得有限元模型。同時(shí)，在壓力側(cè)骨界面上，順著種植體的長(zhǎng)軸的方向，從其頸部開(kāi)始，每隔0.3mm采集一個(gè)位移值及Von-Mises值。然后，利用采集的數(shù)據(jù)構(gòu)建植入深度與位移關(guān)系以及Von-Mises的折線圖。

1.4觀察指標(biāo)： 觀察并比較兩組患者的上中切牙凸距差、傾角差以及磨牙位移等指標(biāo)。同時(shí)觀察微植體在200g水平載荷下的應(yīng)力及位移分布情況。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法： 采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用t檢驗(yàn)，以P

2 結(jié)果

2.1 兩組患者治療效果比較：經(jīng)過(guò)10個(gè)月的治療，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的上中切牙傾角差（26.79±5.21）和上中切牙凸距差（4.13±1.47）顯著大于對(duì)照組的（12.49±3.65）和（2.71±1.04），而實(shí)驗(yàn)組的的磨牙位移（3.38±0.21）顯著低于對(duì)照組的（5.92±0.45），且P

2.2實(shí)驗(yàn)組生物力學(xué)分析：

實(shí)驗(yàn)組的微植體在200g水平載荷力，90°傾斜角下的應(yīng)力和位移情況如圖1、2所示?？梢?jiàn)，種植體Von-Mises應(yīng)力主要集中在界面的頸部，并且在皮質(zhì)層內(nèi)大幅度衰減；且隨著傾斜角度增大，種植體的Von-Mises峰值呈現(xiàn)出明顯的遞減趨勢(shì)。而種植體的位移無(wú)論植入角度如何變化，均較小，但是在頸部及根尖區(qū)有較大的位移，而且在頸部的位移大于根尖區(qū)的位移，且兩者方向相反，呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

3 討論

3.1口腔正畸微植體支抗技術(shù)的臨床效果：

近年來(lái)，隨著生活和飲食方式的改變，口腔疾病發(fā)生率逐漸升高，有文獻(xiàn)顯示錯(cuò)頜畸形與齲齒、牙周病等口腔三大疾病的患病率已經(jīng)高達(dá)50%[2]。傳統(tǒng)上，口腔正畸采用舌弓、口外弓、口內(nèi)組牙以及橫腭桿等裝置，但效果并不明顯。患者進(jìn)行口腔正畸的目的，就是講需要矯正的錯(cuò)位牙按照指定需要的方向和距離進(jìn)行移動(dòng)，這就要求支抗牙盡量不發(fā)生任何移位[3]。近年來(lái)，微植體支抗技術(shù)以其穩(wěn)定可靠性、操作簡(jiǎn)單性等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到了廣泛的關(guān)注，成為口腔正畸的新興研究熱點(diǎn)。該技術(shù)與以往治療方法最大不同就在于其種植體不依賴于與骨結(jié)合進(jìn)行固位，而是依靠種植體與骨組織之間的機(jī)械嵌合力進(jìn)行固位。

微植體支抗可以最大限度利用拔牙間隙內(nèi)收前牙，從而改善面型及磨牙的關(guān)系，進(jìn)而獲得理想的支抗控制效果；同時(shí)將口外支抗轉(zhuǎn)化成了口內(nèi)支抗，避免牙齒出現(xiàn)負(fù)向移動(dòng)的同時(shí)，加強(qiáng)了支抗，進(jìn)而解決了磨牙下垂和前頜骨發(fā)育不足的正畸難題[4]。本研究顯示，采用微植體支抗技術(shù)的實(shí)驗(yàn)組比采用傳統(tǒng)方法的對(duì)照組，在顯著提高上中切牙傾角差和上中切牙凸距差的同時(shí)，顯著降低了磨牙位移，效果顯著。

3.2 微植體支抗技術(shù)生物力學(xué)研究：

由于微植體提供強(qiáng)支抗的前提是保持穩(wěn)定，因此其穩(wěn)定性在臨床正畸中成為醫(yī)師們普遍關(guān)心的問(wèn)題，雖然微植體有較高的初始穩(wěn)定性，但仍有報(bào)道顯示器有7%-15%的失敗率?？傊?，微植體支抗的成功與否不僅與微植體型號(hào)選擇和手術(shù)設(shè)計(jì)有關(guān)，而且與“微植體――骨界面”狀態(tài)有較大密切的關(guān)系，因此有必要采用三維有限元法對(duì)微植體進(jìn)行生物力學(xué)分析。

本研究顯示，種植體的植入角度、正畸力的加載以及種植體的外形都可能影響微植體的支抗穩(wěn)定性。

在植入角度方面，由于應(yīng)力從種植體傳導(dǎo)至骨界面時(shí)骨皮質(zhì)會(huì)承受較大的應(yīng)力，所以隨著植入角度減小，種植體與骨皮質(zhì)的接觸面積勢(shì)必增大，那么種植體的穩(wěn)定性就得到了增強(qiáng)；但是，隨著種植體傾斜角度減小，種植體上的水平力矩會(huì)隨之增大，導(dǎo)致種植體――骨界面承受的應(yīng)力增加。這兩種立綜合影響種植體的穩(wěn)定性。本研究結(jié)果顯示，隨著傾斜角度增加，種植體的Von-Mises峰值遞減，表明正畸力力矩發(fā)生了改變，這對(duì)種植體――骨界面的應(yīng)力分布起重要作用。

種植體的位移不能超過(guò)一定的生理限度，否則就可能造成骨小梁微骨折，進(jìn)而導(dǎo)致界面骨組織的吸收和壞死，最終使得植入體發(fā)生松動(dòng)而失敗。本研究發(fā)現(xiàn)，不管植入角度如何變化，200g水平力的作用下種植體的位移均較小，因此能夠 保持其穩(wěn)定性。同時(shí)種植體在頸部及根尖區(qū)有相對(duì)較大的位移，而且在頸部的位移大于根尖區(qū)的位移，且兩者方向相反，呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

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生物力學(xué)研究范文第5篇

關(guān)鍵詞：優(yōu)勢(shì)側(cè)；非優(yōu)勢(shì)側(cè)；生物力學(xué)；偏側(cè)性；損傷；跑步支撐期

中圖分類(lèi)號(hào)：G 804.6 文章編號(hào)：1009-783X（2017）01-0091-06 文I標(biāo)志碼：A

學(xué)者們對(duì)跑步損傷的機(jī)制研究了近30年，但是其損傷的病因一直是專(zhuān)家和臨床醫(yī)生研究的難點(diǎn)，且近年來(lái)?yè)p傷的概率一直在增加。流行病學(xué)研究報(bào)告指出，每年有高達(dá)70%的跑步者忍受著因跑步損傷帶來(lái)的痛苦。有研究對(duì)1583名老年人進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明膝骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生在右側(cè)（優(yōu)勢(shì)側(cè)）的概率高于左側(cè)。如果損傷經(jīng)常出現(xiàn)在一側(cè)肢體，這可能與下肢不對(duì)稱(chēng)性相關(guān)，也就是說(shuō)下肢偏側(cè)性或不對(duì)稱(chēng)性可能是造成一側(cè)持續(xù)損傷的重要原因之一。此外，下肢不對(duì)稱(chēng)性或偏側(cè)性已被證明是影響損傷發(fā)生率的因素。為此，了解跑步時(shí)下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)的生物力學(xué)的偏側(cè)性對(duì)預(yù)防和治療下肢損傷具有重要的作用。

偏側(cè)性是Broca首次提出的，并指出人體在左右兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)組織和大腦功能不同。研究表明偏側(cè)性10%～20%取決于遺傳，80%～90%取決于后天的環(huán)境因素，性別、工作的復(fù)雜性及發(fā)育特征也扮演著重要的角色。相對(duì)于步態(tài)分析，偏側(cè)性在其他科學(xué)領(lǐng)域如神經(jīng)生理學(xué)和運(yùn)動(dòng)控制研究已久，但是偏側(cè)效應(yīng)或不對(duì)稱(chēng)性與跑步相關(guān)的損傷并未引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。一些研究者只選擇優(yōu)勢(shì)側(cè)進(jìn)行研究來(lái)代表下肢整體感覺(jué)，或是將損傷者與無(wú)損傷者進(jìn)行對(duì)比_，也有的學(xué)者甚至將左右兩側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均來(lái)比較。上述研究者并沒(méi)有考慮受試者優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)是否存在差異性，這在一定程度上就默認(rèn)了優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)肢體生物力學(xué)特征的對(duì)稱(chēng)性。關(guān)于無(wú)損傷者跑步過(guò)程中優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)是否存在差異性，學(xué)者們對(duì)他們的優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)跑步時(shí)所穿跑鞋的舒適性、受試者生物力學(xué)特征等方面的對(duì)稱(chēng)性或差異性進(jìn)行了研究；但是上述研究得出兩側(cè)的對(duì)稱(chēng)性程度存在不同程度的差異性，并未達(dá)成共識(shí)?？紤]到不同的性別對(duì)下肢力學(xué)影響機(jī)制的不同及無(wú)損傷男性受試者跑步支撐期下肢兩側(cè)生物力學(xué)的偏側(cè)性鮮見(jiàn)研究者探討。

鑒于此，本研究采用Vieon紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和Kis-tier三維測(cè)力臺(tái)無(wú)損傷男性受試者跑步支撐階段優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)一步對(duì)比分析，并結(jié)合與損傷相關(guān)的載荷率指標(biāo)等探究?jī)蓚?cè)下肢在跑步支撐期是否存在一定的偏側(cè)性，以期為指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練及預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷提供重要的借鑒價(jià)值。

1研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

本研究選取普通健康無(wú)損傷者男性受試者12名，年齡（23.0±1.1）歲，身高（173.5±2.1）cm，體質(zhì)量（63.9±4.7）kg。受試者在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，并確認(rèn)其在實(shí)驗(yàn)前24 h之內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，在過(guò)去的1年里沒(méi)有下肢損傷，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)手術(shù)，身體各方面機(jī)能良好。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

本研究采用英國(guó)生產(chǎn)的Vicon紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（包括8臺(tái)型號(hào)為MX13的紅外攝像頭、PC主機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)配件等）采集下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，采集頻率為200 Hz；根據(jù)Vi-con系統(tǒng)中的下肢模型（PlugInGait），將16個(gè)Marker球精確地貼在人體下肢各環(huán)節(jié)的標(biāo)志點(diǎn)上，如圖1所示。

支撐期的力學(xué)指標(biāo)使用瑞士生產(chǎn)的Kistler三維測(cè)力臺(tái)采集，如圖2所示，采樣頻率為1000 Hz，經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊將Kistler力臺(tái)與Vicon進(jìn)行同步。

1.3實(shí)驗(yàn)流程

1.3.1測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)前利用跑步機(jī)進(jìn)行5 min左右的熱身活動(dòng)，利用踢球法來(lái)判定受試者的優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)，踢球時(shí)左右兩側(cè)均采用原地踢球。實(shí)驗(yàn)之前，首先讓受試者熟悉此動(dòng)作，正式測(cè)試時(shí)，每側(cè)各進(jìn)行3次踢球動(dòng)作，記錄每一次的成績(jī)，分別選取兩側(cè)最遠(yuǎn)的成績(jī)進(jìn)行評(píng)定，踢球距離最遠(yuǎn)的一側(cè)評(píng)定為優(yōu)勢(shì)側(cè)。這是國(guó)內(nèi)外常用的一種判定下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)較為簡(jiǎn)便有效的方法。

要求受試者統(tǒng)一身著實(shí)驗(yàn)室的緊身短褲，赤腳站立，與肩同寬，此時(shí)對(duì)受試者的身高、體重、腿長(zhǎng)、膝寬、踝寬等形態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。正式測(cè)試前，要求受試者赤足在長(zhǎng)約8 m的木質(zhì)地板上（力臺(tái)安放于之間）試跑幾次，調(diào)整起始步位置使測(cè)試足完全踏在力臺(tái)上面，使受試者足底適應(yīng)接觸的力臺(tái)，減少測(cè)試儀器對(duì)受試者跑步動(dòng)作的影響，直至受試者感覺(jué)自己可以正常測(cè)試為止。要求受試者在此跑步過(guò)程中“無(wú)視”力臺(tái)的存在，避免出現(xiàn)跨步、踮腳、忽快忽慢等現(xiàn)象，要求受試者的跑速控制在（3.5±5%）m/s。跑速的測(cè)試儀器采用蘇大自主研發(fā)的光電感應(yīng)計(jì)時(shí)系統(tǒng)，主要包括起點(diǎn)觸發(fā)設(shè)備、終點(diǎn)采集設(shè)備、電腦控制端。將起點(diǎn)觸發(fā)設(shè)備放于8 m距離的起點(diǎn)，終點(diǎn)采集設(shè)備放于8 m距離的終點(diǎn)。受試者從2采集器中間穿過(guò)，儀器結(jié)束采集并自動(dòng)計(jì)算受試者穿越起點(diǎn)和終點(diǎn)設(shè)備的時(shí)間，計(jì)算跑速。正式測(cè)試時(shí)，每個(gè)受試者的兩側(cè)各按要求做3次動(dòng)作，每次動(dòng)作間隔2 min，以避免疲勞對(duì)研究結(jié)果的影響。

1.3.2指標(biāo)選取

1）運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)包括髖、膝、踝關(guān)節(jié)在矢狀面和額狀面內(nèi)的角度。矢狀面包括：足跟著地時(shí)刻、足趾離地時(shí)刻的髓、膝、踝關(guān)節(jié)角度；踝關(guān)節(jié)最大背伸角度；膝關(guān)節(jié)最大屈曲角度；髖關(guān)節(jié)最大屈角度和最大伸角度。額狀面包括：足跟著地時(shí)刻、足趾離地時(shí)刻的髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度；踝關(guān)節(jié)最大外翻角度；膝關(guān)節(jié)最大內(nèi)翻角度；髓關(guān)節(jié)最大內(nèi)收和外展角度，單位是（°）。

2）動(dòng)力學(xué)指標(biāo)主要是經(jīng)體重標(biāo)準(zhǔn)化處理后的三維地面反作用力峰值。包括：垂直方向的第1和第2地面反作用力峰值（FGRF and SGRF）；內(nèi)外方向上的地面反作用力峰值（MGRFand LGRF）；前后方向的加速力峰值和制動(dòng)力峰值（peak accel-eration GRF and peak braking GRF，AGRF.and BGRF）。如圖3所示。

3）經(jīng)支撐期總時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化處理后的著地時(shí)刻至地面反作用力峰值的時(shí)間Δt。

4）載荷率（LR），單位是kg/s，公式為：垂直方向的第1載荷率=第1地面反作用力峰值除以到達(dá)第1峰值的時(shí)間；垂直方向的第2載荷率=垂直第2峰值減去波谷值再除以兩力值之間的時(shí)刻差。

5）對(duì)稱(chēng)指數(shù)（SI），本研究主要計(jì)算垂直地面反作用力和載荷率對(duì)稱(chēng)性，公式如下：

SI是由Robinson等首次提出的，用來(lái)量化左右兩側(cè)的差異，當(dāng)SI=0時(shí)表示兩側(cè)完全對(duì)稱(chēng)，SI≤10%時(shí)，表示兩側(cè)比較對(duì)稱(chēng)，SI越大說(shuō)明兩側(cè)對(duì)稱(chēng)性越低。其中XD（Dominant）代表優(yōu)勢(shì)側(cè)，XN（Non-dominant）代表非優(yōu)勢(shì)側(cè)。本研究未對(duì)內(nèi)外和前后方向的地面反作用力對(duì)稱(chēng)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要是因?yàn)镾I不適合較小數(shù)值的運(yùn)算。

1.3.3數(shù)據(jù)處理

本研究采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)的各指標(biāo)差異進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)選α=0.05。

2研究結(jié)果

2.1優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)跑步支撐期的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

從跑步支撐期優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)關(guān)節(jié)角度（見(jiàn)表1和表2）可以看出：優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)跑步支撐期額狀面內(nèi)的髓、膝、踝關(guān)節(jié)角度兩側(cè)比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；在矢狀面，非優(yōu)勢(shì)側(cè)膝關(guān)節(jié)最大屈曲角度大于優(yōu)勢(shì)側(cè)（P

2.2優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)跑步支撐期的動(dòng)力學(xué)特征

2.2.1優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)跑步支撐期的地面反作用力峰值特征和對(duì)稱(chēng)指數(shù)

優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)支撐期地面反作用力峰值見(jiàn)表3，垂直地面反作用力峰值及到達(dá)峰值的時(shí)刻兩側(cè)差異比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），前后地面反作用力峰值及到達(dá)峰值的時(shí)刻兩側(cè)差異比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。內(nèi)側(cè)地面反作用力峰值優(yōu)勢(shì)側(cè)大于非優(yōu)勢(shì)側(cè)，而到達(dá)峰值的時(shí)間晚于非優(yōu)勢(shì)側(cè)（P

地面反作用力峰值對(duì)稱(chēng)指數(shù)如圖4所示，其中FGRF（21.62+11.37）均值大于10%，SGRF（6.47±4.56）均值小

2.2.2優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)跑步支撐期的載荷率特征和對(duì)稱(chēng)指數(shù)

跑步支撐期載荷率特征如圖5所示，跑步支撐期優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)載荷率特征兩側(cè)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。第1載荷率（34.92±28.48）和第2載荷率（20.95+17.44）對(duì)稱(chēng)指數(shù)均值大于10%，如圖6所示。

3分析與討論

本研究發(fā)現(xiàn)在跑步支撐期，非優(yōu)勢(shì)側(cè)與優(yōu)勢(shì)側(cè)相比僅在矢狀面內(nèi)的膝關(guān)節(jié)最大屈曲角度和髓關(guān)節(jié)最大伸角度表現(xiàn)出差異性（P0.05）。關(guān)于無(wú)損傷者跑步支撐期優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)下肢關(guān)節(jié)角度的研究較少，Brown等對(duì)研究指出無(wú)損傷女性受試者跑步時(shí)優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)未表現(xiàn)出差異性，性別和所選指標(biāo)的不同可能是導(dǎo)致上述結(jié)果不同的原因。此外，有學(xué)者對(duì)優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)單腿下落著地的生物力學(xué)偏側(cè)性進(jìn)行研究，指出非優(yōu)勢(shì)腿落地時(shí)膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)在矢狀面活動(dòng)范圍較小增加了非優(yōu)勢(shì)腿在單側(cè)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)的損傷風(fēng)險(xiǎn)；而有研究對(duì)兩側(cè)連續(xù)縱跳的生物力學(xué)進(jìn)行了分析，指出非優(yōu)勢(shì)側(cè)可能在屈伸與外旋方向進(jìn)行了較大的運(yùn)動(dòng)限制，減小了其下落損傷的風(fēng)險(xiǎn)。上述研究說(shuō)明了不同的運(yùn)動(dòng)形式表現(xiàn)出不同的下肢對(duì)稱(chēng)性，其易損傷的機(jī)制可能就有所不同；因此，在不同運(yùn)動(dòng)形式中所呈現(xiàn)出的下肢不對(duì)稱(chēng)性及損傷的機(jī)制有待學(xué)者們進(jìn)一步探索，對(duì)下肢損傷與康復(fù)具有重要的作用。本研究所呈現(xiàn)出的運(yùn)動(dòng)學(xué)差異性，提示了在跑鞋、矯形儀器以及臨床康復(fù)治療時(shí)，不能只選擇一側(cè)來(lái)代表整個(gè)下肢的感受或康復(fù)效果，需要考慮其存在的差異性。

優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)在跑步支撐期所表現(xiàn)出的運(yùn)動(dòng)學(xué)差異可能與下肢僵硬程度有關(guān)。Brauner等對(duì)單腿跳躍時(shí)優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)腿部僵硬程度進(jìn)行了研究，并指出優(yōu)勢(shì)側(cè)較大的肌肉力量可能會(huì)導(dǎo)致其腿部僵硬程度較高；但研究結(jié)果卻表明兩側(cè)的腿部僵硬程度相似。De等指出赤足跑與穿鞋跑相比，在支撐期腿部更加僵硬。本研究受試者赤足跑步支撐期優(yōu)勢(shì)腿與非優(yōu)勢(shì)腿是否存在不同的僵硬程度，有待進(jìn)一步研究。此外，下肢屈伸肌肉力量也可能是造成上述\動(dòng)學(xué)差異性的原因之一，Lanshammar等對(duì)159名健康女性（非運(yùn)動(dòng)員）下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)屈伸肌力量進(jìn)行了對(duì)比，指出優(yōu)勢(shì)腿的屈肌弱于非優(yōu)勢(shì)腿，伸肌力量強(qiáng)于優(yōu)勢(shì)腿。Rahnama等也指出足球運(yùn)動(dòng)員優(yōu)勢(shì)腿膝關(guān)節(jié)屈肌較弱。優(yōu)勢(shì)腿較弱的膝關(guān)節(jié)屈肌可能是造成膝關(guān)節(jié)最大屈曲角度較小的原因。由表1和表2可知，髖、膝、踝關(guān)節(jié)無(wú)論是在矢狀面還是額狀面，在足跟著地時(shí)刻和足趾離地時(shí)刻兩側(cè)角度的差異比較均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），在跑步支撐期相似的著地和離地角度。說(shuō)明無(wú)論是優(yōu)勢(shì)側(cè)還是非優(yōu)勢(shì)側(cè)在著地和離地時(shí)刻分別采用了相同的控制策略，間接反映了兩側(cè)在此時(shí)刻的控制機(jī)制的相似性。此前已有研究指出跑速會(huì)影響跑步時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的變化，由于本研究對(duì)受試者的跑速進(jìn)行了控制，那么隨著跑速的增加，在著地和離地時(shí)刻或者說(shuō)在整個(gè)支撐期的關(guān)節(jié)角度是否會(huì)因跑速的增加表現(xiàn)出不同的差異性，今后的實(shí)驗(yàn)研究中可以考慮跑速的變化對(duì)兩側(cè)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)偏側(cè)性的研究。此外，從研究結(jié)果還可以看出：矢狀面內(nèi)的髖關(guān)節(jié)最大伸角度和膝關(guān)節(jié)最大屈曲角度兩側(cè)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05），從足跟著地時(shí)刻過(guò)渡到支撐中期再到足趾離地時(shí)刻，神經(jīng)機(jī)制是如何在控制下肢運(yùn)動(dòng)，使得矢狀面兩側(cè)髖膝角度在支撐期經(jīng)歷了相似、差異、相似的過(guò)程，未知而復(fù)雜的神經(jīng)控制機(jī)理可能是學(xué)者和臨床醫(yī)生對(duì)跑步損傷的原因研究多年，還一直有所困惑的重要原因之一。

在跑步支撐期，優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)主要在內(nèi)外地面反作用力峰值存在差異性，內(nèi)側(cè)地面反作用力峰值優(yōu)勢(shì)側(cè)大于非優(yōu)勢(shì)側(cè)，外側(cè)地面反作用力峰值非優(yōu)勢(shì)側(cè)大于優(yōu)勢(shì)側(cè)（P

由圖3可以看出：垂直方向的地面反作用力呈現(xiàn)出“兩峰一谷”的特征，其中的第1峰值（A）出現(xiàn)在足著地期為沖擊力峰值，而第2峰值（C）出現(xiàn)在蹬地時(shí)刻為推動(dòng)力峰值，也有學(xué)者將第2峰值稱(chēng)之為活躍峰值。本研究中的第1峰值和第2峰值兩側(cè)相比差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（PI>0.05），但是優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)的第1峰值（沖擊力峰值）對(duì)稱(chēng)性指數(shù)SI（21.62±11.37）大于10%，說(shuō)明兩側(cè)在腳著地后所受的沖擊力值出現(xiàn)了偏側(cè)性。腳著地初期所受到的較高的、較快的沖擊力一直被認(rèn)為是造成下肢損傷的重要原因之一。相比非優(yōu)勢(shì)側(cè)，優(yōu)勢(shì)側(cè)在跑步支撐期較小的膝關(guān)節(jié)屈曲角度和髓關(guān)節(jié)伸角度，卻承受與非優(yōu)勢(shì)側(cè)相似的沖擊力，較小的膝關(guān)節(jié)屈曲角度，使得膝關(guān)節(jié)內(nèi)部承受的壓力增大，瞬間表現(xiàn)出ACL張力增加，以及兩側(cè)在腳著地后所受的沖擊力值的偏側(cè)性，都說(shuō)明了優(yōu)勢(shì)側(cè)膝關(guān)節(jié)更容易損傷。有研究指出，在支撐相前50%的時(shí)間內(nèi)較小的膝關(guān)節(jié)屈曲角度，此時(shí)主要股四頭肌的長(zhǎng)頭腱在維持膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，膝關(guān)節(jié)易損傷就預(yù)示著前交叉韌帶（ACL）損傷的概率大幅提高，甚至?xí)霈F(xiàn)ACL斷裂的現(xiàn)象，提示了優(yōu)勢(shì)側(cè)膝關(guān)節(jié)ACL容易損傷。沖擊力峰值出現(xiàn)在腳著地之后，此時(shí)沖擊力主要是通過(guò)足跟墊、跟骨、距骨然后轉(zhuǎn)移到腿部，將沖擊力轉(zhuǎn)移到骨也是一種緩沖震蕩的機(jī)制，也可能代表了骨的載荷。Lieberman等指出沖擊力轉(zhuǎn)移出現(xiàn)在足跟著地后的前50 ms，而沖擊力轉(zhuǎn)移和垂直載荷率及脛骨沖擊相關(guān)，可能造成骨和軟組織損傷（應(yīng)力性骨折和足底筋膜炎）。本研究中的第1載荷率和第2載荷率兩側(cè)相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），如圖5所示。結(jié)合圖6有關(guān)計(jì)算的載荷率對(duì)稱(chēng)性指數(shù)可知，其對(duì)稱(chēng)性指數(shù)均大于10%，說(shuō)明兩側(cè)在跑步支撐期的載荷率并不對(duì)稱(chēng)。有學(xué)者指出載荷率反映了垂直地面反作用力需要多長(zhǎng)r間可以達(dá)到第1峰值，也可以稱(chēng)為沖擊載荷，其主要指身體在單位時(shí)間內(nèi)吸收地面反作用力的快慢，單位時(shí)間內(nèi)吸收的能量越多，其損傷的風(fēng)險(xiǎn)就越高。長(zhǎng)期勞損積累，可能會(huì)造成優(yōu)勢(shì)側(cè)脛骨應(yīng)力性骨折和足底筋膜炎。從圖5所得到的數(shù)據(jù)可以看出優(yōu)勢(shì)側(cè)第1載荷率均值高于非優(yōu)勢(shì)側(cè)，其對(duì)稱(chēng)性指數(shù)（34.92±28.4）大于10%。說(shuō)明第1載荷率偏向于優(yōu)勢(shì)側(cè)，不對(duì)稱(chēng)的載荷率，再一次說(shuō)明了在跑步支撐期優(yōu)勢(shì)側(cè)較易損傷。目前，關(guān)于跑步載荷率的研究主要集中于沖擊載荷（第1載荷率），主要是因?yàn)闆_擊載荷與跑步常見(jiàn)損傷相關(guān)。

4結(jié)論