【摘要】：骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)與其功能是相適應(yīng)的。骨所處的力學(xué)環(huán)境對(duì)其形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能有顯著影響。除了力學(xué)環(huán)境外,藥物也可以影響骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。但長(zhǎng)期服用藥物可能產(chǎn)生副作用。有必要探索非藥物、非侵入性療法對(duì)骨骼力學(xué)性能的影響。大量先前的探索分別單獨(dú)地研究了高頻率低載荷振動(dòng)和額外負(fù)重訓(xùn)練對(duì)骨力學(xué)性能的影響。由于這些高頻率低載荷振動(dòng)研究在實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度、檢測(cè)的結(jié)果和適用條件等存在著差異,在分析其效果時(shí)出現(xiàn)了不一致的結(jié)論。額外負(fù)重訓(xùn)練,即相對(duì)日常生活可對(duì)骨產(chǎn)生更大應(yīng)力的運(yùn)動(dòng),有助于骨礦含量的積累和骨量的增加,并影響骨的力學(xué)性能。然而,骨在額外負(fù)重的同時(shí)接受高頻率低載荷振動(dòng)刺激的效果卻鮮為人知。本研究有利于研究人員了解額外負(fù)重結(jié)合高頻率低載荷振動(dòng)對(duì)骨的作用機(jī)理。本研究旨在從宏觀、微觀和納觀尺度來(lái)探索額外負(fù)重結(jié)合高頻率低載荷振動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期雌性大鼠骨的影響。將120只1月齡雌性Wistar大鼠隨機(jī)平均分為10組,即,靜坐組(SED),額外負(fù)重為本體體重x%的負(fù)重組(WBx,x=5,12,19,26),基礎(chǔ)振動(dòng)組(V),和額外負(fù)重為本體體重x%同時(shí)振動(dòng)的負(fù)重振動(dòng)組(Vx,x=5,12,19,26)。振動(dòng)的頻率和加速度分別設(shè)為45 Hz和0.3 g。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行12周,每周7天,每天15 min。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前一天,準(zhǔn)確測(cè)得大鼠體重,從而確定第一周大鼠所負(fù)背包的重量。隨后,在每周的周末測(cè)量大鼠的體重,并重新為背包配重。12周后,大鼠處死,采集血清和左側(cè)股骨。定量分析血清中的抗酒石酸酸性磷酸酶(Tartrate-resistant phosphatase 5b,TRAP5b)、堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)、鈣(Calcium,Ca)和磷(Phosphorus,P)的含量。對(duì)于得到的左側(cè)股骨,通過(guò)三點(diǎn)彎曲力學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)其宏觀力學(xué)性能;通過(guò)計(jì)算機(jī)顯微斷層掃描(Micro-computed tomography,micro-CT)來(lái)評(píng)估其股骨頭松質(zhì)骨和股骨干皮質(zhì)骨的微觀結(jié)構(gòu);利用納米壓痕測(cè)試技術(shù)在納觀尺度測(cè)試骨材料力學(xué)特性。研究結(jié)果表明,SED組的宏觀力學(xué)性能,微觀結(jié)構(gòu)和納觀的材料力學(xué)性能較好;V19組的破壞載荷顯著低于SED組(P0.05);Vx(x=5,12,19,26)組的微觀結(jié)構(gòu)較差,Vx(x=5,12,19,26)組中血清的TRAP5b含量顯著高于SED組(P0.05);相比WB26,V26組的納觀材料力學(xué)性能較好。SED組體重最高,且顯著高于V5組,V19組和V26組(P0.05)。本研究得到以下結(jié)論:(1)額外負(fù)重結(jié)合高頻率低載荷振動(dòng)未對(duì)生長(zhǎng)期骨的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生積極作用;同時(shí),隨著負(fù)重的增加,骨的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)受到的負(fù)面影響較為嚴(yán)重。只進(jìn)行額外負(fù)重對(duì)生長(zhǎng)期骨微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)影響不大;隨著額外負(fù)重的增加,微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)受到一定的影響,但不足以導(dǎo)致宏觀力學(xué)性能出現(xiàn)顯著性變化。(2)額外負(fù)重結(jié)合高頻率低載荷振動(dòng)未能提高骨納觀尺度的力學(xué)性能。但額外負(fù)重較高時(shí),如負(fù)重體重的26%,額外負(fù)重結(jié)合高頻率低載荷振動(dòng)相對(duì)于單獨(dú)的振動(dòng)刺激更有利于提高骨材料納觀尺度的力學(xué)性能。(3)適當(dāng)額外負(fù)重結(jié)合高頻率低載荷振動(dòng)有助于降低體重。體重減少不僅影響骨密度(Bone mineral density,BMD),同時(shí)也對(duì)微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)骨體積分?jǐn)?shù)(Bone fraction,BV/TV),骨小梁厚度(Trabecular thickness,Tb.Th)和骨小梁分離度(Trabecular separation,Tb.Sp)產(chǎn)生了影響。
[Abstract]:The morphological structure of bone is suitable for its function. The mechanical environment at the bone has a significant effect on its morphological structure and mechanical properties. In addition to the mechanical environment, the drug can also influence the morphological structure and mechanical properties of the bone. But long-term administration may have side effects. It is necessary to explore the effect of non-drug and non-invasive therapy on the mechanical properties of bone. The effects of high frequency low load vibration and extra load training on the mechanical properties of bone were studied in a large number of previous studies. Because these high-frequency low-load vibration studies differ in the length of experiment, the result of the test and the applicable conditions, there are different conclusions in the analysis of the effect. The additional weight-bearing training, i.e., relative daily life can generate greater stress to the bone, contributes to the accumulation of bone mineral content and the increase of bone volume, and affects the mechanical properties of the bone. However, the effect of receiving high-frequency low-load vibration stimulation at the same time of extra weight is little known. This study is useful for researchers to understand the mechanism of additional weight-bearing and high-frequency low-load vibration on bone. The purpose of this study was to explore the effects of additional weight-bearing combined with high-frequency low-load vibration on bone in growth phase from macroscopic, microscopic and nano-scales. Twenty-one-month-old female Wistar rats were randomly divided into 10 groups, namely, sedentary group (SED), negative recombination (Wbx, x = 5, 12, 19, 26), basic vibration group (V), and weight-bearing vibration group with additional weight (x = 5, 12, 19, 26). The frequency and acceleration of the vibration were 45 Hz and 0.3 g, respectively. The experiment was carried out for 12 weeks, 7 days a week, 15 minutes a day. The weight of the rat was accurately measured the day before the experiment to determine the weight of the negative backpack in the first week. Subsequently, the body weight of the rats was measured at the weekend of the week and re-weighed for the backpack. After 12 weeks, rats were sacrificed, serum and left femur were collected. The contents of anti-tartaric acid phosphatase (5b, TRAP5b), alkaline phosphatase (ALP), calcium (Callum, Ca) and phosphorus (P) in serum were analyzed quantitatively. For the left femur obtained, the macroscopic mechanical properties of femoral head were examined by three-point bending mechanics experiment, and the microstructure of femoral head cancellous bone and femoral shaft cortical bone was evaluated by micro-computed tomography (micro-CT). Using nano-indentation test technology to test the mechanical properties of bone materials at the nano-view scale. The results showed that the macroscopic mechanical properties, microstructure and nano-view mechanical properties of SED group were better than that of SED group (P0.05). The microstructures of group V19 (x = 5, 12, 19, 26) were poor, and the content of TRAP5b in serum was significantly higher than that in SED group (P0.05). The mechanical properties of nano-view materials in V26 group are better. The body weight of SED group was highest and significantly higher than that in V5 group, V19 group and V26 group (P0.05). The results obtained in this study: (1) The additional weight-bearing and high-frequency low-load vibration did not play an active role in the microstructure of growth phase bone; meanwhile, with the increase of weight, the microstructure of bone was negatively affected. The effect of extra load on the microstructure of growth phase bone is not big; with the increase of extra weight, the micro-morphological structure parameters will be affected, but not enough to cause significant change in macroscopic mechanical properties. (2) The high-frequency low-load vibration of extra weight load failed to improve the mechanical properties of the bone nano-scale. However, when the extra load is higher, such as 26% of weight bearing weight, the additional weight-bearing combined with high-frequency low-load vibration is more favorable for improving the mechanical properties of the nano-scale of bone material. (3) Appropriate additional loading, combined with high frequency low load vibration, helps to reduce body weight. Body weight reduction not only affects bone mineral density (BMD), but also affects microscopic structure parameters bone volume fraction (BV/ TV), bone small beam thickness (Tb. Th) and bone trabecula separation (Tb. Sp).
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R318.01

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本文編號(hào)：2260926