一種新型大鼠骨力學(xué)生物學(xué)模型的建立及實(shí)驗(yàn)研究

發(fā)布時間：2020-02-13 22:35

【摘要】： 研究目的：建立一種新型的大鼠骨力學(xué)生物學(xué)模型，探討活體骨組織對壓縮載荷作用下的生物學(xué)響應(yīng)，了解力學(xué)環(huán)境對骨組織重建的影響。研究方法：將微型電阻應(yīng)變片粘貼在大鼠右尺骨表面，在體檢測載荷—應(yīng)變關(guān)系和大鼠正常行走時尺骨內(nèi)應(yīng)變情況，建立大鼠骨力學(xué)生物學(xué)模型。利用Instron材料試驗(yàn)機(jī)模擬體內(nèi)應(yīng)變對大鼠右側(cè)尺骨實(shí)施不同頻率的力學(xué)載荷，加載頻率分別為5Hz、10Hz和15Hz，壓縮應(yīng)變?yōu)?000με和3000με；加載最大振幅為0.1mm的半正弦波，每天加載10min，加載2周。實(shí)驗(yàn)結(jié)束前后分別檢測各組大鼠尺骨骨密度值變化；檢測骨材料力學(xué)性能；通過免疫組織化學(xué)染色評價骨基質(zhì)蛋白分泌情況；鹽酸四環(huán)素及鈣黃綠素雙熒光標(biāo)記觀察骨組織形態(tài)學(xué)變化，并利用圖像分析軟件分析比較加載前后骨生長發(fā)育的定量變化。研究結(jié)果：成功建立了活體大鼠骨力學(xué)生物學(xué)模型，在10Hz、15Hz組中，2000με和3000με組促進(jìn)了骨鈣蛋白、Ⅰ型膠原的分泌，表達(dá)為強(qiáng)陽性；在對照組和5Hz 2000με組中，其表達(dá)為弱陽性；雙熒光標(biāo)記可看到兩條明顯的黃色和綠色的熒光條帶，且實(shí)驗(yàn)組骨密度值顯著高于正常組(P＜0.05)，但骨材料的力學(xué)性能卻明顯低于對照組(P＜0.05)和正常組(P＜0.01)；在5Hz組中未見骨密度明顯增加(P＞0.05)。研究結(jié)論：骨組織對加載頻率具有一定的依賴性，，而且這種頻率響應(yīng)的特性與骨組織的性質(zhì)和部位有很大關(guān)聯(lián)；在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，短期的低幅高頻的載荷可促進(jìn)成骨反應(yīng)，頻率為10Hz和15Hz時促進(jìn)效應(yīng)明顯；骨形態(tài)學(xué)上的適應(yīng)及生物學(xué)變化與載荷頻率的劑量效應(yīng)，這種變化不會導(dǎo)致各實(shí)驗(yàn)組之間明顯的材料力學(xué)性能的差異。
【圖文】：

電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片的構(gòu)造很簡單，由一條很細(xì)具有高電阻率的金屬絲，在制片機(jī)上排繞后，用膠水粘在兩片薄紙之間，再焊上較粗的引出線。一般分為五部分:敏感柵、粘結(jié)劑、基底、引線及覆蓋層如圖2.1所示。將電阻應(yīng)變片固定在被測構(gòu)件表面上，金屬絲隨構(gòu)件一起變形，其電阻值也隨之發(fā)生變化，其電阻變化與構(gòu)件應(yīng)變有確定的線性關(guān)系，其工作原理如下:實(shí)驗(yàn)表明，絕大部分金屬絲受到拉伸(縮短)時，電阻值會增大(或減小)。這種電阻值隨變形發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。有些金屬絲在一定的變形范圍內(nèi)，電阻值的相對變化(電阻變化率)與其長度的相對變化(應(yīng)變)保持線性關(guān)系，而且對拉應(yīng)變和壓應(yīng)變是一樣的。這種規(guī)律可用下式表達(dá):△R—=KnCR(2一l)其中

材料試驗(yàn)機(jī),實(shí)物