【摘要】：關(guān)節(jié)軟骨的構(gòu)造非常精巧和科學,以應(yīng)對功能上的差異。膠原纖維組成軟骨的基本框架,軟骨細胞在纖維間呈漫衍分布,淺表層細胞呈梭形,中層和深層細胞為卵圓形或圓形,軟骨細胞是維持關(guān)節(jié)軟骨正常代謝的唯一單位。關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)不含神經(jīng)組織,也沒有運輸營養(yǎng)物質(zhì)的血管、淋巴管,因此軟骨細胞必須依賴關(guān)節(jié)液在軟骨內(nèi)外的交換來完成獲取營養(yǎng)、排出代謝廢的生理活動。外力或退行性病變引發(fā)關(guān)節(jié)損傷后無法修復(fù)。傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)損傷療法不能產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)、功能方面與正常軟骨相媲美的透明軟骨。隨著組織工程進入臨床,使其有希望成為解決這一問題最有效的途徑。但由于植入的人工軟骨與宿主軟骨力學性能的差異造成修復(fù)區(qū)細胞的力學環(huán)境及周圍流場發(fā)生改變,且頻現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)。必將引起軟骨細胞基因表達發(fā)生改變,無法正常代謝,從而造成修復(fù)失效。本文分別研究了靜壓載荷和循環(huán)壓縮載荷作用下,修復(fù)區(qū)關(guān)節(jié)軟骨和軟骨細胞的力學環(huán)境及流場變化。主要的研究方法和仿真結(jié)果如下:應(yīng)用COMSOL軟件建立缺損軟骨修復(fù)的整體模型,及軟骨細胞微觀模型。宿主軟骨考慮其固液雙相特性、纖維增強特性、彈性模量隨軟骨深度變化、滲透率隨深度及應(yīng)變變化等材料屬性。本文數(shù)值模擬研究不同彈性模量的人工軟骨對缺損修復(fù)區(qū)的軟骨及軟骨細胞力學環(huán)境的影響。模擬結(jié)果表明,隨著載荷作用時間增加,固體基質(zhì)的液體壓力和等效應(yīng)力均增加,修復(fù)區(qū)的接合面處應(yīng)力集中最為明顯。可能會造成基質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及細胞的應(yīng)力損傷,造成修復(fù)失效。經(jīng)驗證較小彈性模量的人工軟骨(如0.3MPa)對修復(fù)區(qū)的整體力學環(huán)境性能有所改善,且可減小結(jié)合面處的應(yīng)力集中程度。研究表明,在軟骨細胞單位中細胞周基質(zhì)對軟骨細胞具有保護作用,可避免細胞受到過大的應(yīng)力刺激。使用不同彈性模量的人工軟骨修復(fù)缺損時,對各層軟骨細胞的應(yīng)力分布均有影響,淺表層和中間層細胞應(yīng)力均增大,淺表層尤為顯著;深層細胞應(yīng)力略減小。缺損修復(fù)對各層區(qū)細胞周圍的流場分布及液體流速和細胞所受的液體壓力也有影響,即改變了軟骨細胞依靠液體流動供給營養(yǎng)的方式。通過分析,可以明確臨床修復(fù)中引起修復(fù)失效的潛在力學因素。因此,跨尺度研究軟骨缺損修復(fù)區(qū)細胞的力學環(huán)境具有重要的臨床意義。
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R68

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 高昊;許世雄;蔡穎;M.W.Collins;蔣雨平;王堅;;力學環(huán)境影響下腫瘤內(nèi)外血管生成的數(shù)值模擬[J];醫(yī)用生物力學;2006年01期

2 蔡彥;古娜;張洪一;曹金鳳;許世雄;;基質(zhì)力學環(huán)境影響下實體腫瘤血管生成的二維數(shù)值模擬[J];醫(yī)用生物力學;2008年06期

3 王健智,張紅;股骨頸骨折與愈合的力學環(huán)境[J];中醫(yī)正骨;2000年04期

4 張春秋;孫明林;李江;葉金鐸;劉海英;;關(guān)節(jié)軟骨體外構(gòu)建力學環(huán)境的研究進展[J];醫(yī)用生物力學;2009年06期

5 張春秋,朱興華;改變力學環(huán)境后松質(zhì)骨胞元結(jié)構(gòu)的預(yù)測[J];中國生物醫(yī)學工程學報;2001年02期

6 劉璐;張云霞;董欣;劉虎;曾強成;;力學環(huán)境下成纖維細胞生物學響應(yīng)研究[J];德州學院學報;2014年02期

7 張英,崔磊,劉偉,曹誼林;力學環(huán)境對軟骨基質(zhì)代謝的影響[J];中國生物工程雜志;2003年07期

8 ;編輯觀點[J];中國組織工程研究與臨床康復(fù);2008年44期

9 侯旭;黃華;萬昌秀;劉子佳;;組織工程生物反應(yīng)器及其仿生力學環(huán)境探討[J];航天醫(yī)學與醫(yī)學工程;2006年02期

10 張述卿;劉海英;董黎敏;張春秋;;組織工程修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損的力學環(huán)境研究[J];醫(yī)用生物力學;2009年S1期

相關(guān)會議論文 前10條

1 蔣麗;楊春;趙磊;鄭泉水;;細胞應(yīng)力纖維響應(yīng)胞外力學環(huán)境的自由能模型[A];第十屆全國生物力學學術(shù)會議暨第十二屆全國生物流變學學術(shù)會議論文摘要匯編[C];2012年

2 鄒元杰;韓增堯;張瑾;;航天器全頻域力學環(huán)境預(yù)示的主要方法[A];全國結(jié)構(gòu)振動與動力學學術(shù)研討會論文集[C];2011年

3 孫樹津;后曉南;龍勉;陶祖萊;;力學環(huán)境因素與骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖與分化[A];第七屆全國生物力學學術(shù)會議論文集[C];2003年

4 曹雷霆;董心;門玉濤;郭勇;付立會;張春秋;張西正;;仿椎體力學環(huán)境的加載裝置[A];第十屆全國生物力學學術(shù)會議暨第十二屆全國生物流變學學術(shù)會議論文摘要匯編[C];2012年

5 徐強;董心;郭勇;武漢;葉金鐸;張春秋;;骨組織工程化培養(yǎng)的力學環(huán)境(綜述)[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第29屆學術(shù)年會暨首屆生物醫(yī)學工程前沿科學研討會論文集[C];2009年

6 秦朝紅;任方;韓麗;張忠;李海波;;基于FE-SEA混合方法的中頻力學環(huán)境預(yù)示技術(shù)及應(yīng)用研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

7 宋新新;董黎敏;李炫;葉金鐸;張春秋;;力學環(huán)境對鎂合金降解性能影響的實驗研究[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十四屆學術(shù)年會論文集[C];2014年

8 張述卿;高麗蘭;徐強;趙丹;靳麗蘋;蔣科學;張春秋;;組織工程修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損的力學環(huán)境研究[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第30次學術(shù)年會暨生物醫(yī)學工程前沿科學研討會論文集[C];2010年

9 馬宗民;朱興華;;基于Wolff定律的各向異性骨再造模型[A];中國力學學會學術(shù)大會'2005論文摘要集（上）[C];2005年

10 曹雷霆;郭勇;李江;付立會;張春秋;張西正;;一種模擬椎體力學環(huán)境的加載裝置[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十二屆學術(shù)年會論文集[C];2012年

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 方娟;不同力學環(huán)境導(dǎo)致宏微觀骨結(jié)構(gòu)變化的數(shù)值模擬及多尺度實驗研究[D];吉林大學;2016年

2 萬宗明;力學環(huán)境下天然骨組織體外三維培養(yǎng)的研究[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前6條

1 楊建民;航天用行程開關(guān)耐力學環(huán)境設(shè)計方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 李穎;力學環(huán)境對大鼠骨折愈合早期骨斷端MSCs募集和分化的影響[D];濟南大學;2016年

3 段航天;壓縮載荷作用下關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)區(qū)細胞的力學環(huán)境研究[D];天津理工大學;2017年

4 張華;飛行器結(jié)構(gòu)力學環(huán)境虛擬技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學;2007年

5 張云霞;水凝膠基質(zhì)力學環(huán)境下心肌干細胞分化研究[D];山東師范大學;2015年

6 曹魯英;運載火箭星箭對接面力學環(huán)境參數(shù)高精度測量系統(tǒng)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2007年

，

本文編號：2532402