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关键词： 慢性踝关节不稳   侧切   运动学   动力学   生物力学   交叉训练  

摘要： 背景:研究表明,单侧慢性踝关节不稳患者存在双侧感觉运动障碍。然而,双侧感觉运动障碍会对患侧和健侧的生物力学特征造成怎样的影响目前尚未可知。目的:探究单侧慢性踝关节不稳患者双侧下肢在进行侧切动作时的运动学和动力学特征。方法:招募18例男性单侧慢性踝关节不稳患者和18名男性健康受试者,慢性踝关节不稳患者分别用患侧和健侧完成90°侧切动作,健康受试者用优势侧完成90°侧切动作。应用红外高速运动捕捉系统采集侧切过程中下肢运动学参数,应用三维测力台采集下肢动力学参数,比较各生物力学变量的差异。结果与结论:①与健康受试者相比,慢性踝关节不稳患者患侧表现出更高的踝关节内翻(P=0.047)和内旋角度(P=0.046),健侧表现出更高的踝关节内翻角度(P=0.049);与患侧相比,慢性踝关节不稳患者健侧的膝关节外翻(P<0.001)和髋关节内收角度(P=0.046)显著提高;②与健康受试者相比,慢性踝关节不稳患者患侧表现出更高的膝关节伸直力矩(P=0.029);与患侧相比,慢性踝关节不稳患者健侧的踝关节跖屈力矩显著提高(P=0.027),膝关节伸直力矩显著降低(P=0.048);③结果提示,单侧慢性踝关节不稳患者不仅患侧,健侧也存在下肢生物力学特征异常,两侧均存在“让位”或复发性踝关节扭伤的潜在风险;此外,单侧慢性踝关节不稳患者患侧近端关节冠状面生物力学特征也产生改变。

关键词： 髌股关节疼痛   下台阶   运动学   表面肌电   生物力学   下肢   疼痛  

摘要： 背景:髌股关节疼痛的发病机制复杂,不良的动作模式及错误的肌肉激活模式等被认为可能增高髌股关节应力而造成损伤,但当前研究结果尚不统一。关于髌股关节疼痛患者下台阶动作的生物力学研究多集中于运动学特征,有关表面肌电特征的研究较少。此外,目前尚无研究分析髌股关节疼痛患者在执行下台阶动作过程中健侧和患侧生物力学表现相较于健康人的差异。目的:探究髌股关节疼痛患者双侧下肢下台阶过程中的运动学及表面肌电特征。方法:招募髌股关节疼痛男性与健康男性各21名,两组受试者均进行下台阶测试。采用三维动态捕捉系统、测力台及表面肌电测试仪同步采集运动学、动力学及表面肌电数据。结果与结论:①运动学指标:与健康对照组相比,髌股关节疼痛组患侧与健侧均显示出较小的髋关节屈曲角度(P=0.005,P=0.011)、较大的髋关节内收角度(P=0.033,P=0.039)、较大的膝关节内翻角度(P=0.001,P=0.001),髌股关节疼痛组患侧表现出较大的髋关节内旋角度(P=0.013)、较小的膝关节屈曲角度(P=0.043)、较小的踝关节背屈角度(P=0.002);与健侧相比,患侧表现出较小的踝关节背屈角度(P=0.002);②表面肌电指标:与健康对照组相比,髌股关节疼痛组患侧股内侧肌激活程度减小(P=0.002)、臀中肌激活程度减小(P=0.015)、股内侧肌/股外侧肌的激活比率下降(P=0.010);与健侧相比,患侧臀中肌激活程度减小(P=0.008);③结果表明,髌股关节疼痛患者在下台阶动作时存在异常的下肢生物力学特征,主要表现为下肢关节在矢状面和额状面的运动学指标变化及股内侧肌和臀中肌的激活程度变化,这些改变反映了髌股关节疼痛患者在下台阶过程中采用了僵硬的落地模式,并显示出下肢其他关节代偿的现象。此外,异常的下肢生物力学特征同时存在于髌股关节疼痛患者的健侧肢体中,患者双侧下肢存在不对称。

关键词： 股骨颈骨折   股骨颈系统   空心钉   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景:青壮年PauwelsⅢ型股骨颈骨折的治疗极为棘手,内固定治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折时,不仅需保障内固定物的机械稳固性,更要确保其能够抵抗剪切、压缩和张力的冲击,防止在骨折愈合过程中内固定物因疲劳而断裂或松动。然而,现有的内固定方式还不能完全满足要求。目的:期望能够为临床治疗青壮年PauwelsⅢ型股骨颈骨折时,提供更为合理、有效的内固定方式选择,从而优化治疗效果,减少并发症的发生,提高患者的康复速度和生活质量。方法:利用志愿者股骨CT数据构建了Pauwels角为70°的股骨颈骨折模型,设置3种置入方式:①股骨颈动力交叉钉系统组:股骨颈动力交叉钉系统主钉位于股骨颈轴位中心;②联合组:股骨颈动力交叉钉系统主钉位于股骨颈轴位的偏下1/3,1枚空心钉位于股骨颈轴位的偏上1/3;③空心钉组:3枚空心钉的布置以经典的倒三角形状排列,确保固定效果的最大化。分析3种不同内固定方式下股骨近端骨折块和内固定装置的应力分布和位移;结果与结论:①3组股骨近端模型的应力均集中在骨折线附近,联合组(201.10 MPa)<股骨颈动力交叉钉系统组(222.25 MPa)<空心钉组(271.25 MPa);②股骨近端移位峰值均位于顶部,联合组(6.33 mm)<股骨颈动力交叉钉系统组(9.37 mm)<空心钉组(9.92 mm);③内固定应力均集中于骨折断端处的螺钉表面,并从该处向两侧逐渐延伸,空心钉组(136.67 MPa)<联合组(201.10 MPa)<股骨颈动力交叉钉系统组(222.25 MPa);④内固定装置模型位移最大处均位于内固定物的最顶端,3组均由顶部至远端逐渐减小,位移峰值分别为:联合组(6.21 mm)<股骨颈动力交叉钉系统组(9.19 mm)<空心钉组(9.51 mm);⑤3组模型的近端骨块应力主要集中在骨折断端,特别是在骨折端靠下方的区域,这表明这些区域在力学传递过程中承受了较大的应力和应变,联合组(24.96 MPa)<股骨颈动力交叉钉系统组(39.69 MPa)<空心钉组(44.47 MPa);⑥结果说明股骨颈动力交叉钉系统联合空心钉在冠状面呈平行排列的内固定策略,相较于单一的股骨颈动力交叉钉系统固定或倒三角形空心钉固定,展现出了更高的生物力学稳定性,为青壮年PauwelsⅢ型股骨颈骨折提供了更为可靠和有效的治疗方案。

关键词： 踝关节   肌腱   韧带缺损   邻近核心肌腱   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景:高能量损伤导致的内、外踝韧带断裂、缺损是足踝外科常见难题之一,邻近肌腱常作为移植材料重建缺损,探究韧带缺损状态下邻近核心肌腱的力学特性对于选择肌腱供区具有重要意义。目的:探究踝关节活动过程中,内、外踝韧带不同程度缺损时,其各自邻近核心肌腱间的相互作用及生物力学变化。方法:基于一名50岁健康男性左足的CT影像数据,通过MIMICS软件提取并构建表面立体模型,利用Geomagic Wrap进行拟合曲面,并在SOLIDWORKS中构建包含不同程度韧带缺损的骨-软骨-韧带-肌腱足踝复合体模型。采用Ansys Workbench进行有限元分析,通过前抽屉实验验证模型有效后,模拟踝关节内、外翻及内、外旋条件,观察腓骨短、长肌腱与胫前、后肌腱的Von-Mises应力最大值变化及分布特征。结果与结论:①前抽屉实验中距骨最大位移5.2085 mm,与文献报道的数据相似,验证模型有效;②4种工况下,踝关节单侧单束韧带缺损对邻近核心肌腱的应力最大值影响较小,单侧多束韧带缺损则显著增加肌腱应力最大值;除胫前肌腱各段应力载荷均偏高外,腓骨短、长肌腱及胫后肌腱的高应力区域均集中在肌腱远端;③外踝韧带一旦缺损,内翻、内旋时腓骨短肌腱的应力最大值及变化量均高于腓骨长肌腱;距腓前韧带缺损时内翻,腓骨短肌腱应力最大值较正常相比增加0.9512 MPa,腓骨长肌腱应力最大值降低0.0651 MPa;跟腓韧带缺损时内旋,腓骨短肌腱应力最大值增加2.3529 MPa,腓骨长肌腱应力最大值降低0.2692 MPa;④提示内踝韧带缺损时外翻、外旋,胫前、后肌腱的应力最大值变化复杂,取决于缺损韧带类型,尤其全层韧带缺损将显著增加二者应力最大值。

关键词： 特发性肺纤维化   线粒体自噬   自噬关键基因   亚型分析   富集分析   免疫浸润分析   肺功能   生物信息学  

摘要： 背景:线粒体自噬与特发性肺纤维化的发生发展关系密切,但其作用机制尚不清楚。目的:探讨线粒体自噬在特发性肺纤维化中的生物学机制,为临床特发性肺纤维化风险预测及亚型区分提供思路。方法:通过GEO和Reactome Pathway数据库等获取特发性肺纤维化的线粒体自噬相关基因,基于组间差异、随机森林模型筛选特发性肺纤维化的线粒体自噬特征基因。采用g:Profiler数据库进行GO功能富集分析和KEGG、Reactome、WIKI通路富集分析。通过共识聚类法区分特发性肺纤维化线粒体自噬亚型,进行亚型间免疫浸润分析,并筛选出线粒体自噬关键基因。最后,通过列线图模型量化线粒体自噬关键基因对临床特发性肺纤维化发生风险的预测价值,并探索线粒体自噬关键基因与特发性肺纤维化临床特征的相关性。结果与结论:①特发性肺纤维化中与线粒体自噬相关的基因共13个,经组间差异、随机森林模型筛选出线粒体自噬特征基因5个,分别是PINK1、RPS27A、SRC、HIF1A和CDH6;②GO分析主要涉及泛素蛋白连接酶结合、细胞对缺氧的反应;通路富集分析主要涉及PINK1-PRKN介导的线粒体自噬、NOTCH信号通路、EGFR的信号传递和血管生成等;③HIF1A在不同特发性肺纤维化亚型间具有显著的表达差异,可能成为特发性肺纤维化线粒体自噬亚型区分的关键基因;④免疫浸润分析提示骨髓来源抑制性细胞、中性粒细胞与1型辅助性T细胞可能在不同亚型之间存在浸润差异,而HIF1A与多种免疫细胞浸润程度呈正相关;⑤列线图模型提示通过HIF1A的表达水平可能预测临床特发性肺纤维化的发生风险;⑥临床特征分析提示,HIF1A高表达患者可能肺功能更差,纤维化程度更严重。结果表明,PINK1、RPS27A、SRC、HIF1A和CDH6可能通过线粒体自噬影响特发性肺纤维化的发生发展,其中HIF1A可能成为特发性肺纤维化风险预测及临床亚型区分的关键基因,且与患者的肺功能水平密切相关。

关键词： 髌骨下极   骨折   骨折内固定   克氏针张力带结合纵向捆绑   有限元分析   生物力学   骨科植入物  

摘要： 背景:髌骨下极对伸膝装置完整性和稳定性以及保持良好的膝关节功能非常重要。目前临床治疗髌骨下极骨折尚没有统一的手术方法,但有效的内固定应该具备对抗股四头肌和髌韧带的拉应力与股骨髁的屈曲应力以及骨折断端分离移位的能力。目的:通过有限元法建立髌骨下极骨折三维模型,对比克氏针张力带、克氏针张力带结合环抱、克氏针张力带结合纵向捆绑3种固定方式的生物力学稳定性,进而为髌骨下极骨折的治疗提供一种可靠的术式选择。方法:选择一名健康的女性志愿者进行膝关节CT扫描,利用有限元软件构建髌骨下极骨折模型。根据不同内固定方式设定为A、B、C组:A组为克氏针张力带固定,B组为克氏针张力带结合环抱固定,C组为克氏针张力带结合纵向捆绑固定。在相同的支撑和约束条件下,运用有限元分析软件评估3种内固定模型的生物力学特性。结果与结论:有限元分析结果表明,在45°合力方向上施加不同大小载荷的条件下,C组相比于A、B两组整体模型、髌骨骨折端及内固定物的位移最小,模型及内固定物的应力最小。提示相较于克氏针张力带和克氏针张力带结合环抱这两种内固定方式,克氏针张力带结合纵向捆绑技术呈现出更小的位移和应力,具备更出色的生物力学强度及更为可靠的内固定强度,从理论上来讲可以很好地满足患者术后早期进行功能锻炼的需求。

关键词： 新型骶髂拉力钉   骶髂经皮拉力钉   松质骨   骶髂关节损伤   生物力学  

摘要： 背景:骨盆松质骨含量丰富,普通骶髂经皮拉力钉把持松质骨的能力有限,易固定失效,开发更能有效把持松质骨的拉力钉具有重要意义。目的:采用生物力学测试和数值模型分析的方法探究新型骶髂拉力钉的力学性能,并分析抗拔出力数值模型的可靠性。方法:根据新型骶髂拉力钉的工作原理建立力学模型,采用数值方法分析其抗拔出性能并用聚氨酯材料进行抗拔出力的力学测试验证,分析抗拔出力数值模型的可靠性。采用骨盆标本,分析正常站立姿态下新型骶髂拉力钉修复骶髂关节损伤的力学效果;并分析站立姿态下,不同骨盆固定模型的承载刚度。结果与结论:①数值模型的计算值和实测值平均误差为13.19%,数值模型具有一定的有效性;②观察拉力钉拔出后的聚氨酯材料破坏情况,新型骶髂拉力钉组的破坏更小;③新型骶髂拉力钉抗拔出力的平均有效把持位移为(9.24±0.27)mm,显著大于普通骶髂经皮拉力钉的平均位移(1.71±0.57)mm;但普通骶髂经皮拉力的最大抗拔出力显著大于新型骶髂拉力钉;④新型骶髂拉力钉能有效修复骶髂关节损伤;⑤关于骶髂关节损伤修复后的刚度,1枚新型骶髂拉力钉与2枚普通骶髂经皮拉力钉效果相当;⑥此文建立的拉力钉理论模型具有一定有效性,能够参考并设计力学性能更优异的拉力钉;新型骶髂拉力钉具有更良好的固定性能,具有临床实用性。

关键词： 骨髓间充质干细胞   端粒酶卡哈尔体蛋白1   衰老   过表达   干扰   细胞增殖   细胞凋亡   工程化干细胞  

摘要： 背景:随着年龄的增长,骨髓间充质干细胞的功能逐渐降低,延缓骨髓间充质干细胞自身衰老成为一项重要课题。目的:通过改变端粒酶卡哈尔体蛋白1(telomerase cajal body protein 1,TCAB1)基因的表达,探讨延缓骨髓间充质干细胞衰老的途径。方法:细胞贴壁法培养小鼠骨髓间充质干细胞,应用重组慢病毒技术过表达或干扰骨髓间充质干细胞中的TCAB1基因,采用qPCR检测衰老相关基因P16、P21、P53、P27的表达,qPCR检测Telomere的表达判断端粒的相对长度;Western blot检测衰老蛋白P16、P21、P53、P27的表达;CCK-8法检测细胞增殖情况;Annexin V-PE/7-AAD细胞凋亡试剂盒检测细胞凋亡情况。结果与结论:过表达TCAB1基因骨髓间充质干细胞中衰老相关基因及蛋白的表达量下降,端粒相对长度增加,细胞增殖能力较强,细胞凋亡数量较少,细胞呈现年轻状态;干扰TCAB1基因骨髓间充质干细胞中衰老相关基因及蛋白的表达量上升,端粒相对长度缩短,细胞增殖能力较弱,细胞凋亡数量较多,细胞呈现衰老状态。以上结果表明,在适当范围内增加TCAB1的表达量,可以延缓细胞衰老的速度。

关键词： 烟雾病   数据挖掘   生物标志物   补黄四五汤   人脐静脉内皮细胞   工程化组织构建  

摘要： 背景:目前烟雾病的发病机制尚不清楚,缺乏早期诊断方法及有效的内科治疗手段。目的:通过机器学习识别烟雾病的生物标志物,分析补黄四五汤治疗烟雾病的作用机制。方法:从GEO数据库获取烟雾病基因数据集,使用R语言进行差异基因筛选,对差异基因进行富集分析;通过LASSO和支持向量机递归特征消除机器学习算法筛选烟雾病的生物标志物。通过建立列线图构建诊断模型,评估其临床效用及诊断价值,并通过临床烟雾病患者血清标志物检测进行进一步验证。利用体外实验观察补黄四五汤含药血清对氧糖剥夺下脐静脉内皮细胞的影响,选取补黄四五汤的主要成分与筛选出的靶点进行分子对接、分子动力学模拟,以探索其潜在的作用机制。结果与结论:此次研究共筛选出76个差异基因,这些差异基因主要富集于免疫和代谢相关通路。通过机器学习得到CFD和DKFZp434L192两个潜在烟雾病生物标志物;校准曲线、决策曲线分析、临床影响曲线显示列线图具有很好的预测能力,qRT-PCR分析表明烟雾病患者血清中CFD和DKFZp434L192表达显著上调(P<0.001)。体外实验结果显示,补黄四五汤可显著提升氧糖剥夺下脐静脉内皮细胞的活性和迁移能力(P<0.01),分子对接显示补黄四五汤的4种有效成分均可与目标靶点结合,动力学模拟结果进一步验证了其结合的稳定性。结果表明CFD和DKFZp434L192对烟雾病表现出较好的诊断效能,可作为烟雾病潜在的诊断生物标志物及治疗靶点;补黄四五汤对缺血状态下的血管内皮细胞存在一定保护作用,该方可能与CFD存在作用关系。

关键词： 腰椎间盘突出症   经皮椎间孔镜椎间盘切除   整体功能性体育锻炼   传统康复   腰椎生物力学  

摘要： 背景:经皮椎间孔镜椎间盘切除术患者预后较差,预后较差的原因与缺少功能锻炼有关,常规的康复方法疗效有限,主要原因是康复方法较单一且缺少针对性,因此需要改进整体功能性体育锻炼方法。目的:探讨整体功能性体育锻炼对行经皮椎间孔镜椎间盘切除的腰椎间盘突出症患者术后腰椎生物力学的影响。方法:选择2021年4月至2022年9月在河南省人民医院行经皮椎间孔镜椎间盘切除术的腰椎间盘突出症患者120例作为研究对象,根据随机数法随机分为传统康复组和整体功能性体育锻炼组,两组患者分别进行8周的传统康复和整体功能性体育锻炼。在干预前和干预8周后,使用IsoMed2000等速肌力测试系统进行等速肌力测试;应用Oswestry功能障碍指数评估腰椎功能;以目测类比评分法评价疼痛程度;以焦虑自评量表和抑郁自评量表评估焦虑和抑郁症状。在锻炼干预8周后,采用改良Macnab疗效评定标准评定疗效。结果与结论:①干预8周后,与传统康复组比较,整体功能性体育锻炼组患者的腰背肌群屈肌和伸肌峰力矩、平均功率均升高,屈伸峰力矩比降低,Oswestry功能障碍指数、目测类比评分、焦虑自评量表和抑郁自评量表评分均降低,改良Macnab疗效优良率升高(P<0.001);②提示与传统康复方案相比,腰椎间盘突出症患者经皮椎间孔镜椎间盘切除术后进行整体功能性体育锻炼可有效改善腰椎生物力学和功能、缓解疼痛、减少术后不良情绪、改善预后,具有较高的临床价值。