幼年和成年關(guān)節(jié)軟骨的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能和棘輪性能研究.pdf

1、骨關(guān)節(jié)炎是一種退行性疾病，主要表現(xiàn)為進(jìn)行性破壞的關(guān)節(jié)軟骨，軟骨下骨增厚，骨贅形成和滑膜炎癥，盡管是所有因素的聯(lián)合影響，關(guān)節(jié)軟骨破壞被認(rèn)為是骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制的主要中介。關(guān)節(jié)軟骨覆蓋在膝蓋關(guān)節(jié)的末端，支持和分配關(guān)節(jié)表面的負(fù)載和壓力，在運(yùn)動(dòng)中起到減緩震動(dòng)的作用。關(guān)節(jié)軟骨的成熟是后天發(fā)展的過(guò)程，用以適應(yīng)關(guān)節(jié)表面特定位置生物力學(xué)的需求，一般軟骨在生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中形態(tài)上發(fā)生變化進(jìn)一步達(dá)到成熟，同時(shí)機(jī)械疲勞是生長(zhǎng)過(guò)程中造成骨關(guān)節(jié)炎的主要原因。因此，研

2、究成年和幼年關(guān)節(jié)軟骨的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)機(jī)械性能對(duì)關(guān)節(jié)軟骨疾病的預(yù)測(cè)和治療有重要作用，并能夠?yàn)槿斯ぼ浌堑闹圃焯峁┮罁?jù)。
　　本文采用一個(gè)月和八個(gè)月豬的新鮮關(guān)節(jié)軟骨制備了幼年組和成年組的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，測(cè)試了它們?cè)跍?zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷下的蠕變、率相關(guān)性能以及動(dòng)態(tài)壓縮下的棘輪行為。同時(shí)，借助非接觸式數(shù)字圖像技術(shù)研究了幼年和成年豬關(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)的力學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著施加應(yīng)力的增加，幼年組軟骨和成年組軟骨蠕變應(yīng)變的累積速率明顯增快，并且幼年組軟骨的

3、蠕變速率明顯大于成年組軟骨蠕變速率，二者之間的差距隨著施加應(yīng)力的增加而增加；幼年組軟骨各個(gè)層區(qū)的蠕變應(yīng)變和蠕變速率均高于成年組軟骨蠕變應(yīng)變和蠕變速率，在淺表層二者之間的差距最大，中間層弱之，在深層區(qū)二者的差距并不明顯，并且隨著應(yīng)力增大這種現(xiàn)象更加明顯；成年軟骨和幼年軟骨有著各自的率相關(guān)性，加載過(guò)程中成年組軟骨的彈性模量高于幼年組軟骨的彈性模量。比較幼年組軟骨和成年組軟骨的棘輪行為發(fā)現(xiàn)，相同圈數(shù)、應(yīng)力幅值和加載率下，幼年組軟骨的高于成年組

4、軟骨的棘輪應(yīng)變，循環(huán)加載初期二者差異比較明顯，并且應(yīng)力幅值的改變對(duì)成年軟骨和幼年軟骨棘輪行為的差異影響很大。
　　通過(guò)完成蠕變、蠕變-恢復(fù)和保持時(shí)間對(duì)循環(huán)加載影響的實(shí)驗(yàn)，研究了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)載荷結(jié)合下關(guān)節(jié)軟骨的力學(xué)行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蠕變?cè)骄?，?yīng)變?cè)酱?，在一定時(shí)間恢復(fù)之后仍然存在不可逆的變形；幅值越大關(guān)節(jié)軟骨棘輪應(yīng)變積累越迅速；隨波峰和波谷保持時(shí)間的增加，關(guān)節(jié)軟骨棘輪應(yīng)變速率加快；蠕變預(yù)加載使軟骨強(qiáng)化，有效地改善了關(guān)節(jié)軟骨抵抗棘輪變形的能