關(guān)鍵詞】密度

【摘要】目的研究人髕腱密度與其生物力學(xué)的關(guān)系,尋找能于前交叉韌帶重建術(shù)前檢測(cè)髕腱移植物生物力學(xué)性質(zhì)的方法。方法對(duì)20例不成對(duì)人體髕腱(男10例，女10例)進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn),來(lái)研究供者性別及髕腱密度對(duì)其生物力學(xué)性質(zhì)的影響,髕腱密度根據(jù)其所測(cè)得體積和質(zhì)量計(jì)算出。結(jié)果髕腱的生物力學(xué)性質(zhì)基于性別上的差異均無(wú)顯著性,而與其密度呈正相關(guān)。密度＞1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強(qiáng)度比質(zhì)量密度＜1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。結(jié)論髕腱密度可以用來(lái)評(píng)價(jià)該髕腱的質(zhì)量,因此，可利用術(shù)前測(cè)量活體內(nèi)髕腱的密度來(lái)決定該前交叉韌帶重建是用異體移植物還是自體移植物。

【關(guān)鍵詞】髕腱；密度；移植物質(zhì)量；生物力學(xué)性質(zhì)

Themechanicalpropertiesofthehumanpatellartendoncorrelatedtoitsmassdensity

【Abstract】ObjectiveTostudytheeffectsoftissuemassdensityonthemechanicalpropertiesofthepatellartendonandfindoutpredictorsofthemechanicalpropertiesofthepatellartendon,usedasgraftsinanteriorcruciateligamentreconstructionsurgeries.MethodsUniaxialtensiontestswereperformedtodeterminetheeffectsofdonorsexandmassdensityofthetissueonthemechanicalpropertiesoftwentyunpairedhumanpatellartendons(10maleand10female).Massdensityofthepatellartendonwasdeterminedbymeasuringitsvolumeandmass.ResultsNoevidenceofsex-baseddifferencesinanyofthemechanicalpropertiesofthepatellartendonwasfound.Themechanicalpropertiesofthepatellartendonweresignificantlycorrelatedtoitsmassdensity.Thetensilestrengthweresignificantlyhigherforthosepatellartendonshavingamassdensitygreaterthan1.68g/cm3.ConclusionThemassdensityofthepatellartendonmaybeconsideredasanindicatorofmechanicalpropertiesofthepatellartendonorgraftquality.Invivomeasurementofthemassdensityofthepatellartendon,priortosurgery,canbeusedtodecideifaparticularACLreconstructionshouldbecarriedoutwithanallograftoranautograft.

【Keywords】patellartendon；massdensity；graftquality；mechnicalproperties

1材料與方法

1．1材料來(lái)源經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選的人手掌肌腱45根,男35根,女10根,供者平均年齡為(55±3)歲,由中國(guó)人民解放軍第401醫(yī)院提供.肌腱經(jīng)過(guò)－80℃深低溫冷凍7周后隨機(jī)分成A、B、C組共3組。

1．2研究方法A組肌腱在干冰環(huán)境下行3．5kGy高能電子束照射10次,總輻射劑量為35kGy.B組在干冰環(huán)境下行3．5kGy的γ射線(xiàn)照射,共10次,總輻射劑量為35kGy.C組肌腱只在干冰環(huán)境下保存.

1．3組織學(xué)觀(guān)察對(duì)各組肌腱分別行蘇木精G伊紅(HE)染色和膠原纖維經(jīng)典VG染色,觀(guān)察組織形態(tài)學(xué)改變.

1．4羥脯氨酸(Hyp)含量檢測(cè)采用高效液相色譜法分別檢測(cè)各組肌腱Hyp的含量.

2結(jié)果

1材料與方法

1．1材料來(lái)源

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選的人手掌肌腱45根，男35根，女10根，供者平均年齡為（55±3）歲，由中國(guó)人民解放軍第401醫(yī)院提供。肌腱經(jīng)過(guò)－80℃深低溫冷凍7周后隨機(jī)分成A、B、C組共3組。

1．2研究方法

A組肌腱在干冰環(huán)境下行3．5kGy高能電子束照射10次，總輻射劑量為35kGy。B組在干冰環(huán)境下行3．5kGy的γ射線(xiàn)照射，共10次，總輻射劑量為35kGy。C組肌腱只在干冰環(huán)境下保存。

1．3組織學(xué)觀(guān)察

【摘要】口腔種植學(xué)產(chǎn)生于口腔修復(fù)學(xué)、口腔外、牙周病學(xué)、口腔組織病、口腔材料學(xué)、口腔放射學(xué)、口腔預(yù)防保健學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械工學(xué)等學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在它們的交界邊緣處形成。人工種植牙生物力學(xué)是種植牙成功不可忽視的一個(gè)重要方面，過(guò)大或過(guò)小的應(yīng)力均可引起牙周骨組織的吸收或萎縮，從而導(dǎo)致人工種植牙的失敗。筆者通過(guò)種植體材料，種植體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，種植體長(zhǎng)度及直徑，種植體與上部結(jié)構(gòu)的連接方式等因素對(duì)應(yīng)力分布的，把近年來(lái)人工種植牙生物力學(xué)進(jìn)行綜述。希望本文能對(duì)廣大口腔醫(yī)務(wù)工作者了解這門(mén)學(xué)科及從事種植義齒活動(dòng)工作時(shí)，發(fā)揮一些有益的作用。

【關(guān)鍵詞】人工種植體生物力學(xué)研究進(jìn)展；種植材料；種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)；植體上連接裝置種植體長(zhǎng)度和直徑；種對(duì)應(yīng)力分布的影響

種植義齒是口腔科領(lǐng)域中最快，最令人興奮的一個(gè)分支，已成為與高速渦輪牙機(jī)、全景X線(xiàn)機(jī)、高分子粘固材料并列的20世紀(jì)牙科發(fā)展的四項(xiàng)重大突破之一。一個(gè)成功的人工種植體應(yīng)該和骨組織直接結(jié)合，形成良好的生物力學(xué)相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周?chē)墙M織，應(yīng)力過(guò)大或過(guò)小，都無(wú)益于種植牙周骨組織的重建，都將導(dǎo)致種植牙的失敗。

1應(yīng)力分布研究的發(fā)展

在20世紀(jì)70年代以前，生物力學(xué)研究和應(yīng)力分布的檢測(cè)多采用電測(cè)法和光彈法，電測(cè)法是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，用于各種復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量多種力學(xué)參數(shù)，但電測(cè)法只能逐點(diǎn)測(cè)量物件表面的應(yīng)變，且僅能獲得應(yīng)變片所在位置的應(yīng)變平均值，不能直觀(guān)得出構(gòu)件應(yīng)力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時(shí)誤差較大。光彈應(yīng)力分析法具有直觀(guān)性和全場(chǎng)性的優(yōu)點(diǎn)，可用以分析各種形狀的復(fù)雜構(gòu)件和表面應(yīng)力，也是口腔生物力學(xué)常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學(xué)和彈性聯(lián)系起來(lái)，如不能出模型內(nèi)任意處的應(yīng)力值和位移植。自從1973年resher和Farah幾乎同時(shí)將有限元法（finiteelementmethod,FEM)于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數(shù)學(xué)工具，在口腔生物力學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。FEM具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜的幾何形狀；可以在同一模型上對(duì)不同性質(zhì)的材料進(jìn)行力學(xué)分析；可以進(jìn)行復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)力分析；模型的轉(zhuǎn)換較為簡(jiǎn)便；對(duì)應(yīng)力的內(nèi)部狀態(tài)及其它力學(xué)性能定量測(cè)定的代表性好，同時(shí)FEM在應(yīng)用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個(gè)飛躍。1976年Weinstein等應(yīng)用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應(yīng)力分布，將FEM引入了口腔種植領(lǐng)域，從此，有關(guān)種植義齒生物力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

2種植體材料對(duì)應(yīng)力分布的影響

人工種植牙生物力學(xué)相容性是種植牙成功的不可忽視的一個(gè)重要方面，過(guò)大或過(guò)小的應(yīng)力均可引起牙周骨組織的吸收或萎縮，從而導(dǎo)致人工種植牙的失敗。本文通過(guò)種植體的材料，種植體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，種植體長(zhǎng)度及直徑，種植體與上部結(jié)構(gòu)的連接方式等因素對(duì)應(yīng)力分布的影響，把近年來(lái)人工種植牙生物力學(xué)研究進(jìn)展簡(jiǎn)略的進(jìn)行綜述。

種植義齒是口腔科領(lǐng)域中發(fā)展最快，最令人興奮的一個(gè)分支，已成為與高速渦輪牙機(jī)、全景X線(xiàn)機(jī)、高分子粘固材料并列的20世紀(jì)牙科發(fā)展的四項(xiàng)重大突破之一。一個(gè)成功的人工種植體應(yīng)該和骨組織直接結(jié)合，形成良好的生物力學(xué)相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周?chē)墙M織，應(yīng)力過(guò)大或過(guò)小，都無(wú)益于種植牙周骨組織的重建，都將導(dǎo)致種植牙的失敗。據(jù)此，本文特將人工種植牙的生物力學(xué)研究進(jìn)展作一概述。

1應(yīng)力分布研究方法的發(fā)展

在20世紀(jì)70年代以前，生物力學(xué)研究和應(yīng)力分布的檢測(cè)多采用電測(cè)法和光彈法，電測(cè)法和光彈法屬于實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析法。電測(cè)法是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，用于各種復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量多種力學(xué)參數(shù)，但電測(cè)法只能逐點(diǎn)測(cè)量物件表面的應(yīng)變，且僅能獲得應(yīng)變片所在位置的應(yīng)變平均值，不能直觀(guān)得出構(gòu)件應(yīng)力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時(shí)誤差較大。光彈應(yīng)力分析法具有直觀(guān)性和全場(chǎng)性的優(yōu)點(diǎn)，可用以分析各種形狀的復(fù)雜構(gòu)件和表面應(yīng)力，也是口腔生物力學(xué)常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學(xué)和彈性理論聯(lián)系起來(lái)，如不能計(jì)算出模型內(nèi)任意處的應(yīng)力值和位移值。自從1973年Theresher和Farah幾乎同時(shí)將有限元法（finiteelementmethod，F(xiàn)EM）應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數(shù)學(xué)工具，在口腔生物力學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。FEM具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜的幾何形狀；可以在同一模型上對(duì)不同性質(zhì)的材料進(jìn)行力學(xué)分析；可以進(jìn)行復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)力分析；模型的轉(zhuǎn)換較為簡(jiǎn)便；對(duì)應(yīng)力的內(nèi)部狀態(tài)及其它力學(xué)性能定量測(cè)定的代表性好，同時(shí)FEM在應(yīng)用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個(gè)飛躍。1976年Weinstein等應(yīng)用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應(yīng)力分布，將FEM引入了口腔種植領(lǐng)域，從此，有關(guān)種植義齒生物力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。Meijer等［1］將二維有限元法和三維有限元法進(jìn)行了比較，認(rèn)為后者的模型相似性好，可客觀(guān)反映被分析受力結(jié)構(gòu)的信息，但是有限元法的單元在大小、形狀、數(shù)目、載荷情況、假設(shè)條件與真實(shí)情況差異及邊界條件等均影響結(jié)果。因此，為使結(jié)果更加真實(shí)可信，有限元法的研究手段不斷完善，目前已從靜態(tài)研究發(fā)展到動(dòng)態(tài)研究，并有向非線(xiàn)性發(fā)展的趨勢(shì)。

2種植體材料對(duì)應(yīng)力分布的影響

人工牙種植體的研究和應(yīng)用已有30多年的歷史，但迄今為止，只有少數(shù)幾種材料的種植體為人們所接受，其中應(yīng)用歷史最長(zhǎng)、也最廣泛的是鈦質(zhì)種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結(jié)合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結(jié)合所形成的界面是動(dòng)態(tài)的，在適當(dāng)負(fù)荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會(huì)從53％增加到74％［2］，所以說(shuō)鈦是一種理想的種植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法對(duì)種植體材料進(jìn)行了研究得出結(jié)論，種植體材料的彈性模量至少為110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三維有限元法研究了Screw－vent骨內(nèi)種植體及支持組織應(yīng)力分布情況，這種商業(yè)純鈦種植體最大應(yīng)力區(qū)是在種植體的頸部，這些應(yīng)力比商業(yè)純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內(nèi)最大壓力值（19．57MPa）是在頸部的舌側(cè)區(qū)，而且Screw－vent種植體近遠(yuǎn)中應(yīng)力（最大為0．38MPa）比種植體頰、舌側(cè)低得多。這一點(diǎn)和以前放射照片研究的骨吸收發(fā)生在種植體的近遠(yuǎn)中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但還是有很大爭(zhēng)議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結(jié)合方式，從生化角度上看，對(duì)種植牙長(zhǎng)期成功是有益的，但從生物力學(xué)角度是否有明顯的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）進(jìn)行了研究認(rèn)為：骨結(jié)合界面與骨適應(yīng)界面比較，從生物力學(xué)上看種植牙周?chē)莾?nèi)的應(yīng)力分布比較并沒(méi)有明顯的改善，這還有待于進(jìn)一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韌高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯對(duì)二苯酸鹽（酯）聚合物（polyethylene－oxidepolybutylene－terephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿齦種植體進(jìn)行動(dòng)物（狗）實(shí)驗(yàn)研究，從組織學(xué)上和臨床方面作一比較，PL設(shè)有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個(gè)月加載，PL和HA種植體周?chē)墙M織在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可見(jiàn)重建，18周后恢復(fù)到原來(lái)的水平，結(jié)果PL比HA引起密度上較少的降低。這個(gè)結(jié)果顯示：柔韌種植材料更有利于應(yīng)力向周?chē)墙M織傳導(dǎo)。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結(jié)果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應(yīng)力峰值，致密型PL功能合適，運(yùn)動(dòng)性能與天然牙相近似，表現(xiàn)出最好的臨床功能，也能減少種植體周?chē)鷳?yīng)力峰值。從組織學(xué)觀(guān)察得出結(jié)論：柔韌的骨結(jié)合，種植體更能較好地把應(yīng)力傳導(dǎo)到周?chē)墙M織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。