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基于负荷诱导的皮质骨改建力学生物学环境的运动成骨潜能评估的计算模型

来源:csobmr 发布日期:2023-07-26 13:32:55浏览:10648次

Computational modeling for osteogenic potential assessment of physical exercises based on loading-induced mechanobiological environments in cortical bone remodeling

基于负荷诱导的皮质骨改建力学生物学环境的运动成骨潜能评估的计算模型
(Biomechanics and modeling in mechanobiology. 2022 Oct 28. doi: 10.1007/s10237-022-01647-5)    

骨质疏松症和长期废用会导致骨丢失,从而降低长骨的承重强度。体育锻炼或机械负荷可以通过成骨促进骨形成,即新骨形成来防止骨丢失。一些研究已经观察到体育锻炼对骨重塑的明显反应;然而,这种反应背后的潜在机制还没有很好地建立起来。载荷诱导的孔隙压力和流体运动对骨细胞起机械生物刺激作用,进而启动骨活动。加载波形的形状也会影响骨的孔隙力学环境。因此,本研究假设,与生理运动相关的负荷波形可能会使骨骼暴露于不同的机械生物学刺激下,从而导致不同的骨重建。建立了一个孔隙力学有限元模型,计算健康和骨质疏松的股骨皮质骨组织在行走、跑步和跳跃三种生理运动加载波形下的孔隙压力和间质流体速度。该模型还计算了机械生物刺激作为流体速度的函数。结果表明,骨质疏松性骨组织的孔隙压力和间质流体速度较健康骨组织明显降低。跳跃和跑步都能改善健康和骨质疏松组织的孔隙压力和间质流体速度,而跑步显著增强了这两个组织的机械生物学刺激,这可能是不同体育运动导致不同的骨重塑的原因之一。目前的工作还表明,跑步可能被推荐为一种潜在的生物力学治疗方法,以防止骨丢失。总体而言,本工作有助于骨科研究领域设计开发有效的预防性练习,以改善骨骼健康。

编译:刘子文 苗军 
天津市天津医院脊柱外科

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