生物力學特征范文
時間：2023-11-20 17:55:28
導語：如何才能寫好一篇生物力學特征，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
關鍵詞：足底壓力分布、踝關節、專項運動
生物力學的研究范圍包括整個人體，足部生物力學的研究是其中重要的一部分。由于體育運動中，運動損傷的多發性使其成為眾多科研項目的焦點內容。其中，踝關節損傷是所有運動損傷中最常見的運動損傷之一。這類損傷經常發生在籃球、排球和足球等通常需要迅速敏捷地跑動、急停和跳起的項目中。因此，不同專項足踝部的傷病發生機制與防治已成為學術界研究的熱點。此外，隨著專項運動員和教練員對專項運動鞋的防傷能力和功能表現力的要求越來越高，對不同專項動作中足踝部的生物力學特征研究就顯得尤為緊迫和重要。本文在閱讀大量相關文獻的基礎上，應用目前最先進的足底壓力分布測試系統，對網球、足球2個專項的6名男子大學生運動員進行了2個特征動作的足部的生物力學分析。試圖通過不同項目指標的對比分析得出不同專項的足底壓力和運動學特征，從而為足踝部損傷研究和運動鞋專項化的相關領域提供實驗依據和理論基礎。
1.研究方法：
1.1文獻資料法
1.2實驗法
1.3對比分析法
2.研究對象：本研究選取湖北大學體育學院6名本科生為研究對象，其中三名為足球專項，3名為網球專項。6名受試者均無下肢足底足踝病痛史。
3.實驗器材：1.Novel Pedar system （鞋墊式足底壓力測量系統）――垂直壓力測量/靜止狀態和運動狀態. 2.身高、體重測量器
4.實驗步驟：
4.1.進行Novel Pedar system 足底壓力分布測試系統的連接和調試。
4.2要求受試者均穿著運動服裝、體操鞋，測量受試者身高、體重后登記受試者情況。
4.3選擇符合各受試者鞋內底尺碼的測試鞋墊，確保測試鞋墊邊緣無折痕，鞋墊大小與鞋內底邊緣吻合，配戴測試設備后，受試者進行3-5分鐘適應性動作練習。
4.4采集網球、足球2個項目運動員各自專項特征動作的足底壓力分布數據，共2個特征動作分別是網球項目中網前急停反手截擊球（右手執拍）， 足球項目中的急停轉身跑左轉90度，每人每個動作測試三次，2次動作間隔2分鐘。
5.測試指標：
壓力峰值：分區內所有傳感器在測試階段內受到的最大合力。
壓強峰值：分區內每個傳感器在測試階段內所受壓強的最大值。
壓力峰值百分比：某分區壓力峰值占前中后足的壓力峰值總和的百分比。
6.實驗數據處理：
6.1采用Excel進行數據分析。
6.2選取網球和足球受試者三次動作取平均值進行分析。
6.3將每只鞋墊分為前足區、中足區、后足區三個分區，這三個分區覆蓋了整個足底，此外在定前足區內義了三個特定區域，第一跖趾關節區、趾區、除趾外其他四趾^。
7.實驗結果與分析：
7.1網球（網前急停反手截擊球）
在網球急停反手截擊動作中從跑動、急停到最后的截擊步仍然以前足的承載為主趾區的壓力峰值尤其顯著、后足尤其是支撐腳后足的受力從跑動截擊過程有不斷增大的趨勢，中足幾乎不受力，支撐腳的足底壓力峰值普遍大于發力腳，急停和截擊步足底受力大于跑動步。
7.2足球（急停左轉向跑）
由跑動到急停，足球運動員的前足受力面積變小，前足受力集中到前足的局部。
在跑動步離地蹬伸階段，趾對身體向前移動起著舉足輕重的作用，但在急停步的落地緩沖階段，趾的作用減弱，其他四趾對地的制動作用增大。我們從左腳和右腳的跑動步和急停步對足球急停左轉向跑動作的足底壓力進行分析可以看出從跑動步到急停步，前足壓力峰值明顯降低后足的壓力峰值明顯增大，但前足內側的壓強峰值始終維持較高的水平。
兩個項目足底壓力分布的對比：
1.第一跖趾關節和趾的足底受力模式。第一跖趾關節區和趾區是前足受力明顯的兩個特殊區域，這兩個位于前足內側的區域通常是各個動作中前足壓力峰值和壓強峰值發生的區域。此外，比起緩沖階段它們在足部主動發力的離地蹬伸階段起著更重要的推動人體向前的作用。
2.網球運動中，趾區的足底壓力峰值表現顯著，顯示了網球運動中趾作為推動人體重心移動的最后一個小關節，其支撐穩定性和關節力量比起第一跖趾關節更為重要，足球運動中不論是第一跖趾關節區還是趾區都表現出2個項目動作中最大的壓強峰值。比較2個項目前足內側壓強峰值情況，可以得到足球項目動作前足內側壓強峰值較大，網球項目動作較小。
3.對比網球急停反手截擊球和足球急停轉向跑動作，從跑動到急停時后足均有受力增大的變化趨勢，因此急停階段后足明顯的受力增大趨勢是由于急停階段為了增大身體重心向后的加速度，運動員必須增大對地受力面積以增大對地反作用力從而達到急停的目的，盡管后足受力增幅較大并且分擔了前足載荷的很大部分但是從壓力峰值百分比上仍然可以看出，前足依然是急停階段最主要的承載區域。
8.結論：
8.1足部承擔離地蹬伸任務時前足承擔主要載荷，中后足受力不顯著，足部承擔落地緩沖任務時后足和中足受力增大，前、中、后足共同承擔身體載荷。
8.2足球項目前足內側壓強峰值最大，網球相對較小。
8.3網球運動中，趾區的壓強峰值超過第一跖趾關節區，足球運動中，第一跖趾關節區和趾區壓強峰值大。
9.建議：
綜上所述我們從運動生物力學的角度出發，對2個專項的運動鞋設計提出以下建議：
9.1網球運動網前截擊等動作需要其專項鞋考慮到指在網球特征動作中的重要作用和影響應當增大鞋底跖趾關節部位的靈活性以及趾區域足底支撐的穩定性，以利于趾部位在網球動作中更好的充當最后關節支撐面的作用。
9.2足球運動專項鞋應當具備良好的前足減震緩沖能力并提供穩定性來抵抗踝關節在跖屈位置時的內翻力，通過對鞋面材料進行加厚和加固以增加運動員踢球的舒適度同時提供正常的距下關節靈活性。
參考文獻：
[1]王蘭美， 郭業民， 潘志國. 人體足底壓力分布研究與應用[J]. 機械制造與自動化， 2005， 34（1）：35-38.
篇2
關鍵詞：運動生物力學；膝關節；等速向心收縮；跳高；排球
中圖分類號：G804.66 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7116(2009)03-0105-03
膝關節作為人體運動的主要關節，其工作能力和效率往往制約著許多項目的運動水平和良好運動成績的獲得，掌握不同項目運動員膝關節的力學特征，探索在不同速度下肌肉活動的規律，對科學指導力量訓練、提高運動員的訓練水平等具有非常重要的意義。本文旨在通過應用等速技術對跳高、排球運動員膝關節肌力的測試。找出其主要差異和各自的肌力特征，以了解不同運動項目運動員同一肌群的肌肉工作特點，從而為運動員的選拔及輔助訓練手段的使用提供科學依據。
1 實驗對象及方法
1.1 實驗對象
成都體育學院22名排球運動員和28名跳高運動員，均為一級運動員。
1.2 實驗儀器
采用美國Lumex公司的Cybex-6000測力系統進行膝關節屈、伸肌力測試，此測力系統由等速動力儀(Dynamometer)、測試條凳(U.B.X.T)、數據處理計算機、打印機等組成。測試前對測試系統進行常規校正。
1.3 測試方法
測試前對等速測力系統進行常規標定，受試者測試前進行常規10min熱身，測試部位為雙側膝關節的股四頭肌和繩肌，測試時，受試者坐在測試椅上，雙手環抱胸前，上體及大腿均用寬帶固定，坐位的角度約為110°，膝關節的軸心與動力臂的軸心一致，動力臂末端的阻力墊固定在踝關節內踝上緣3cm處，設置關節活動范圍0°～90°。測試前儀器系統校準。股四頭肌、繩肌等速向心收縮測試方案：屈90(O)／s×5，伸90(O)／s×5；屈360(O)／s×30，伸360(O)／s×30。每組測試間隔2.5min。測試時先進行3次練習，然后進行5次正式測試。
相對峰力矩(PT／BM)，即峰力矩與體重的比值、股四頭肌與胭繩肌峰力矩比值(H／Q)等。
采用SPSS11.5軟件對測試數據進行處理，應用獨立樣本t檢驗進行不同組之間測試結果比較。
2 結果及分析
2.1 排球、跳高運動員膝關節屈肌和伸肌相對峰力矩
從表1可知，跳高運動員優勢腿、非優勢腿股四頭肌相對峰力矩在360(O)／s和90(O)／s上均大于排球運動員(P＜0.05)，而排球運動員繩肌相對峰力矩與跳高運動員無明顯差異(p＞0.05)。隨著測試速度的變化(90～360(O)／s)，相對峰力矩測試值呈下降趨勢。
2.2 排球、跳高運動員雙側膝關節肌力差異比較
每次測試中的峰力矩將作為計算雙側肌力差異的參數，雙側肌力差異計算公式：(優勢腿峰力矩一非優勢腿峰力矩)／優勢腿峰力矩×100％，從表2可知，排球運動員雙側股四頭肌峰力矩差異程度與跳高運動員相近(p＞0.05)，排球運動員雙側繩肌峰力矩(360(O)／s)差異程度與跳高運動員相近(p＞0.05)，而排球運動員雙側腦繩肌峰力矩(90(O)／s)差異程度顯著小于跳高運動員(P＜0.05)。
2.3 排球、跳高運動員膝關節股四頭肌與胭繩肌峰力矩比值(H／Q)功比較
從表3可知，排球運動員在90(O)／s的速度下測得的股四頭肌與胭繩肌峰力矩比值(H／Q)要顯著低于跳高運動員(P＜0.05)，而360(O)／s的速度下測得的股四頭肌與胭繩肌峰力矩比值(H／Q)與跳高運動員無明顯差異(p＞0.05)。隨著角速度的變化(90～360(O)／s)，排球運動員和跳高運動員股四頭肌與繩肌峰力矩比值(H／Q)均隨之增大(P＜0.05)。
3 討論
等速技術的發展始于20世紀60年代后期，首先由Hislop和Perrine提出等速運動的概念，被認為是肌力測試和訓練的一項革命。目前，國外已普遍將等速測力結果用來作為評價被試者肌肉系統的機能狀態的指標。在運動生理學研究中，主要用來評價不同專項運動員完成主要技術動作所需肌肉的功能狀況以及受傷肢體的康復狀況。等速測試評價指標較多，實際上最常用的是峰力矩(peak torque，PT)，峰力矩指肌肉收縮產生的最大力矩輸出，即力矩曲線上最高點處的力矩值。在等速測試中，PT值具有較高的準確性和可重復性，被視為等速肌力測試的黃金指標和參考值。
本研究中跳高運動員優勢腿、非優勢腿股四頭肌相對峰力矩在360(O)／s和90(O)／s上均大于排球運動員，而排球運動員繩肌峰力矩與跳高運動員無明顯差異，這提示：跳高運動員伸肌快速和慢速收縮時，其最大肌力均好于排球運動員，分析認為，跳高項目對股四頭肌向心收縮肌力要求更高。隨著測試速度的增快，跳高、排球運動員的膝關節屈伸肌峰力矩呈下降趨勢，原因可能是收縮元中的橫橋斷開時損失肌力，在收縮過程中再形成橫橋時也要損失肌力；而速度的增加造成收縮元和結締組織中的黏滯阻力增加也會影響屈伸峰力矩的大小。
膝屈伸肌力量的平衡是保持關節穩定的主要因素。膝關節屈肌和伸肌峰力矩比值(H／Q)是評價膝關節屈伸肌力平衡的重要指標，對判斷膝關節穩定性有重要意義。一般認為在膝關節康復過程中，除了肌力絕對值恢復外，H／Q值的重建可能是康復及預防再受傷的重要指標。國外學者認為H／Q的正常范圍為60％～67％，國內學者認為H／Q一般在50％～60％，H／Q值具有一定的范圍可能有以下兩方面原因：首先從人類發育史角度來看，股四頭肌在克服地心引力、承擔肢體重量方面起著重要作用，因此，伸肌力量要大于屈肌力量；其次從膝關節穩定性角度來看，當膝關節伸直以及微屈時，體重作用于膝關節伸屈軸的后面，使膝關節趨向于進一步屈曲，此時便需要股四頭肌的收縮來對抗此運動。另一方面，如果膝關節過度伸展，就會很快被膝后關節囊和有關韌帶所限制，同時由于此時屈肌受到牽拉而引發肌牽張反射也會抑制膝關節的過度伸展。本研究中跳高運動員在90(O)／s的速度下測得的股四頭肌與胭繩肌峰力矩比值(H／Q)要顯著高于排球運動員(p＜0.05)。造成這種結果的原因可能是跳高運動員伸肌峰力矩顯著大于排球運動員，而屈肌峰力矩與排球運動員無明顯差異，所以股四頭肌與繩肌峰力矩比值(H／Q)要低于跳高運動員。運動員在進行股四頭肌力量訓練的同時應加強繩肌力量訓練以保持拮抗肌與主動肌力量的平衡，這對提高運動能力、防治運動創傷有重要作用。測試結果還表明，隨著角速度的變化(90～360(O)／s)，排球運動員和跳高運動員股四頭肌與繩肌峰力矩比值(H／Q)均隨之增大。這與吳毅等的研究結果一致。
篇3
關鍵詞：大學生；網絡購物；個案研究
中圖分類號：C912.6 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2012）22-0090-02
一、問題的提出
一般意義上，網絡購物是利用Internet直接購買自己需要的商品或者服務。從專業角度講，網絡購物屬于電子商務的一個分支，它由以下若干元素組成：必要元素有賣方、買方、交易商品、網絡、購物網站平臺；補充元素有郵局/物流、網上銀行、支付寶/財付通等[1]。在校大學生已經是成為網絡購物的主要消費群體，大學生在享受網絡購物帶給自己的學習和生活方面便利的同時，也正在被一些問題所困擾。以往對大學生網絡購物行為的研究多以問卷調查的形式開展，但是要了解大學生在網絡購物過程中的行為特點和消費心理的變化，就必須深入到大學生網購群體當中，選擇個案進行跟蹤分析。本文采用個案研究的方法對大學生網絡購物的行為進行具體剖析，有利于了解大學生網絡購物過程中存在的問題，探究網絡購物的經濟價值、社會價值和文化價值，同時將為良好的大學生網絡購物的經濟秩序和道德規范的建立提供有益啟示。
二、研究方法的選擇
本文將針對大學生網絡購物這一問題采用質的研究方法進行個案追蹤，具體安排如下：一是訪談法：將采用開放式與半開放式訪談相結合的方式選擇若干具有代表性的大學生進行訪談，盡量兼顧性別、城鄉來源、文理科等比較項；二是敘事分析：對部分大學生在網絡購物中的難忘經歷采用敘事分析的方法進一步研究。
三、研究對象的確定
陳向明認為，“研究結果的效度不在于樣本數量的多少，而在于該樣本是否可以比較完整地、相對準確地回答研究者的研究問題?！盵2]本著這個原則，筆者選擇了如下因素作為確定研究對象的依據：研究對象參與網購的時間長短、網購能力及網購經驗，最終選擇了蘭州大學2007級的肇肇和夢夢兩位同學作為研究對象。下面對兩位研究對象進行簡單介紹：
肇肇：男，22歲，來自遼寧，愛好廣泛，喜歡收集軍事雜志、野外生存用具、郵票等物品。因為所處的校區在城郊，肇肇只能在網上購買戶外運動商品，并且購買的多是“the north face”之類的名牌。他還經常在網絡上幫同學代買東西，對于網絡購物有自己獨到的見解。
夢夢：女，23歲，來自河北，家境優越，熱衷網絡購物。夢夢有豐富的網絡購物經歷，使用的所有商品幾乎都是從網上購得，身邊的許多同學都喜歡向她請教網購的技巧，她被大家稱為“網購達人”。
四、研究結論
（一）當網絡購物成為一種習慣
和肇肇與夢夢的訪談中，順理成章地要問到二人進行網絡購物的原因，二人開始網購的原因不盡相同，但是后來都不約而同地提到“現在，網絡購物已經成為了一種生活習慣”。
肇肇是個風趣健談的人，嘴上始終掛著可愛的笑容，在問到為什么進行網絡購物時，肇肇和筆者有這樣一段對話：
L:訪談者
Z:肇肇
L：你是從什么時候開始進行網絡購物的？
Z：應該是大二下學期。
L：那你還記得第一次網絡購物買的什么東西嗎？
Z：嗯，記得，是一本書，是在拍拍網上買的。
L：哦，為什么要在網上買呢？
Z：當時主要是考慮認為自己會用（拍拍），而且那本書在周圍的書店里買不到。
L:那你以后仍然進行網絡購物，又是出于什么原因呢？
Z:哎，有時候需要許多東西，但是學校這邊買不到，不過最大的感覺還是網絡購物已經成為了一種生活習慣，成了生活的一部分，沒事干的時候、心煩的時候、累的時候都喜歡上上淘寶，呵呵。
肇肇說他開始網購是出于兩個原因：一是他已經提前掌握了網購的方法和程序；二是他當時很喜歡一本書，在市面上買不到，這體現了網購的一些要求和優點。我們無法把肇肇的網購的“處子秀”歸到成功一類中去，因為這件商品高達600元，這對于大學生來說不是一筆小書目。雖然第一次網購并沒有使肇肇嘗到甜頭，但是后來網購還是成為了他的一種生活習慣。肇肇已經開始依賴網絡購物帶給他的輕松與舒暢。
夢夢是這樣解讀自己和網購的第一次親密接觸的：
第一次網購完全出于好奇，第一次在網上買的是一雙“卓詩尼”的鞋，當時沒跟賣家聯系就拍了，第二天賣家跟我聯系說暫時沒貨，她主動給我調了貨，當時好感動呢。第一次網購的成功經歷成為我繼續堅持下去的理由，但是現在網購是我的一種習慣（大笑），融入了我的生活。
夢夢出于好奇開始網絡購物是完全可以理解的，畢竟大家都有嘗試新鮮事物的想法，何況第一次網購的成功經歷也激發了她的動機，這符合心理學中操作性條件反射的原理，但是當后面她和肇肇如出一轍地強調網購是一種習慣的時候，還是著實讓人疑惑：是不是網絡購物也會成癮?
（二）網絡購物學問多
與二人交流時，自然而然要問到一些與網絡購物相關的細節問題，肇肇和夢夢的說法存在諸多差別，比如肇肇與筆者有這樣一段對話：
L：你能不能跟我分享一下你網絡購物的經驗和技巧？
Z：我網購還是比較謹慎的，一般會反復挑選，找比較誠信的賣家，看買家有什么評價。
L：如果同一件東西，有的是網家信譽度好，有的是東西更便宜一些，你會選擇哪一家？
Z：我會選擇信譽度好的。
在網絡購物的技巧、方法方面，夢夢給了我們更多有益的信息：
L:訪談者
M:夢夢
篇4
一、中學生學習物理的心理動態特征
1.學生興奮與思維障礙的矛盾
奇妙有趣的物理現象使學生對物理學習充滿興奮，但許多學生常?！耙宦牼投?，一學就會，一做就錯”。在老師精心設置的情境下，如課堂演示實驗、錄像、FLASH動畫模擬實驗和生活生產實際情境，學生都會產生好奇心和心理興奮，產生學習的動力；當老師引導學生總結概念規律后，學生的興奮度就明顯開始降低；當老師對概念規律的內涵和外延進行講解，要求學生對規律應用時，學生會產生思維障礙，興奮度就沒了。這種矛盾差不多所有學生都存在。
2.科學知識與生活經驗的矛盾
物理學研究的是自然界中的客觀物體及其運動規律，學生在生活中不斷接觸自然，自然會獲得有關物理學方面的感性認識，并形成一定的生活觀念和心理經驗。這些觀念有的是正確的，對學習有積極地促進作用；有的是錯誤的，對概念的形成、規律的正確理解有消極阻礙作用，造成學習障礙。學生在這種知識和經驗有矛盾時，心理變化是非常明顯的。
3.思想開放和自我意識的矛盾
中學生自我意識極強，普遍存在一種傾向，就是在師長面前“閉索”。他們“閉索”的表現一般都是在師長面前或是一言不發，或是應付了事，他們不愿意主動和師長交流，就是在家里，也不愿意和父母、長輩交流。相反，他們和同齡伙伴卻無話不談，甚至可通宵達旦。
4.學習內驅力與學習困難的矛盾
中學生學習的內驅力大部分來自于好奇心與求知欲，他們已經意識到學習物理對科學素養的提升大有裨益，還有一部分學習內驅力來自于父母的希望、中考的要求。學生在這種學習動力的驅使下，想把物理學好，但物理學習中物理思想的獲得總是有這樣那樣的困難，這就使學生心理發生變化。學習內驅力和學習困難的斗爭總是在學生心理發生著。
另外，初中學生還有一些對物理學習產生影響的心理表現如：爭強好勝心理、虛榮心理、怯弱心理、消極心理等，都是我們在平時教學中應注意引導和調節的。
二、加強課堂學生活動，促進學生心理“正向”變化
教師利用好學生的心理變化，是提高課堂教學效果的重要途徑。在物理教學過程中，教師應做到以下幾方面，才能使學生有更好的心理狀態學習，從而達到提高課堂效果的目的。
1.課堂導入蓄意性
課堂導入的設計是課堂教學設計的重要組成部分。教師在進行導入設計時要分析知識的邏輯性和學生的認知特點，“蓄意”的采用一些有目的的導入方法，讓學生在心理上容易接受教師的導入和教學內容。如在學習一些學生有生活經驗的科學概念和規律時，設置形成認知沖突的問題情境導入。
2.知識探究開放性
教師在組織教學時，如果一直去引導學生去探究，時間長了，學生的心理就會厭煩，不去探究了。在探究過程中放開手讓學生自主探究，形成開放的探究環境，才能促進學生心理探索欲望的激發。
(1)放手讓學生問
愛因斯坦曾說過：“提出一個問題，比解決一個問題更重要?！蹦芊e極的提問題，往往是深入探究的結果，教師要善于鼓勵學生勇于提問。
(2)放手讓學生做
動手操作對于開發學生智力、調節學生的心理有著不可估量的作用。在課堂中，教師要盡量多的設計一些小實驗，放手讓學生做，這樣不僅能加深學生的理解，也能促進學生心理探究欲望。
（3）放手讓學生說
學生的“說”是展示學生思維過程的重要途徑。開放的教學要求學生思維開放，而“說”則是思維廣度和深度的具體顯現。因此在課堂中“說”的權利應盡量還給學生。
3.知識應用活動性
學生在積極的心態下完成了知識的探究，總結出物理概念和規律后，學生的思維已有些疲勞，心理某些不安定成分又會發揮作用，這時應進行知識的應用。物理是一門實用性學科，物理學知識的應用是用一些日常生活中的情境，提高學生應用物理的積極性。
4.課堂評價針對性
教師在課堂中給學生的評價是師生間心靈交流的橋梁和紐帶。隨著新課程標準的實施，賞識教育也被引入物理課堂。然而，在具體實施過程中，教師評價的語言單一性的現象比較普遍，“很好”、“不錯”、“非常好”、“你真棒”等在課堂中泛濫。雖然，教師應該學會理解、欣賞和鼓勵學生，對學生積極的評價是激發學生情感的有效手段，但是對不同的學生用同一種評價方式，對學生心理的調動是不科學的。中學生已經有自己的邏輯思維能力和自我判斷能力，教師千遍一律的評價，會引起學生的反感，產生抵觸心理。
篇5
關鍵詞：生物實驗；心理障礙；心理特點
中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）01-0034
生物學是一門實驗科學，生物實驗對于激發學生學習的興趣、啟迪學生思維、培養科學素養和創新精神均能產生積極的作用。了解和把握中學生在實驗教學中的心理活動特點，從學生的心理特點出發設計實驗教學，把學生對生物實驗的認識和態度引導到正確的軌道上，這將為學生今后的學習和工作打下良好的基礎。
一、了解學生對生物實驗的心理障礙，創設教學情境，引導學生愉快地走進實驗室
對大多數農村中學的學生來說，有著不同的背景和生物學習的經歷，對生物實驗也就有各種不同的看法和體驗。因此，教師應該注意到部分學生對生物實驗的不正確的認識，或者是不良的體驗，分析實驗心理障礙形成的原因，在學生進入一個新的環境，對學習、生活有著新的憧憬的時候，運用適當的方法，糾正學生不正確的認識和突破心理障礙，將能對教學起到事半功倍的作用。
1. 對實驗的輕視心理
由于傳統的考試功能的缺陷，學生往往重視理論而輕實驗，重于記憶而輕能力。學生受此影響，認為生物實驗并不重要，做不做實驗都能學好、考好生物。這些學生對生物實驗往往采取敬而遠之的態度，做實驗時敷衍了事，不嚴格按照要求操作或袖手旁觀，實驗現象的記錄和分析往往采取主觀的判斷或抄襲來應付。
對有這種心理的學生，教師應該在教學過程中經常強調。一是說明生物實驗能培養自己的科學素養和科學能力，對于今后的學習和工作都有好處。二是介紹近年來中高考中實驗題的分值逐年增加的事實，以及中高考實驗題的新穎、靈活、綜合性強的特點，沒有經過嚴格的實驗操作訓練，只是憑記憶和背誦是根本考不好這些題目的。通過這樣的說理，讓學生對于實驗課的學習在思想上重視起來。
2. 對實驗的恐懼心理
生物課有時需要用到一些化工藥品或者試劑，但由于受社會輿論和報刊宣傳的影響，認為化工產品都是有毒的或有致癌作用的，所以有些學生認為做生物實驗會有危險。此外，做實驗時，有時要用到貴重儀器，如顯微鏡，有些學生聽到教師說是貴重儀器，就害怕因使用不當而弄壞儀器，需要他賠償或被教師批評，從而產生了對實驗的恐懼感。另外，有些生物發出的腥臭味和看到令人作嘔的樣子，也是學生產生恐懼感的一個原因。
恐懼心理屬于心理障礙，是外部刺激作用于腦和植物性神經系統的結果，一旦外部刺激弱化或消除，這種心理也將隨之淡化并消失。因此，在學生剛剛做生物實驗時，教師不要引入新的刺激，并采取一些措施來消除學生的恐懼心理。一是實驗室要通風好，要給第一次進入實驗室的學生創造良好的環境，改變他們那種認為實驗室有毒的、令人作嘔的心理。策略是：教師和實驗員在新一屆學生的第一次實驗前，組織學生親自打掃實驗室，打開窗戶和排氣扇，換進新鮮的空氣。教師還應該在實驗之前，對一些有腐蝕性的藥品或者試劑，要講明白怎么樣去防護，使用貴重物品時要注意什么事項等等。二是多安排一些隨堂實驗，讓他們多試驗并能親身感受到生物實驗可以得到其他學科很難得到的體會和樂趣，從而淡化恐懼心理。
3. 做實驗時的緊張心理
學生實驗操作中的緊張心理往往是因操作不熟練引起的，一些以前沒有見過的實驗儀器，學生對它很陌生，不會使用，必然有些緊張；有時做了幾次沒有做好，就更加緊張了。這就要求教師在教學中要重視指導學生課前的預習，以及對生物實驗的基本操作的訓練，在訓練中，教師不要急于求成，而是結合學生實際，由淺入深，循序漸進，讓學生反復練習，自己體會，熟能生巧之后，學生在實驗中自然就會有自信。
學生獨立操作時，他們既希望有人幫助指導，但又怕教師總站在旁邊監視，害怕操作錯誤而被教師批評，從而強化了緊張心理。這就要求教師在輔導學生實驗時要有耐心、態度和藹、話語要輕柔，不要總是站在一個學生的身旁，一般只需適時地給予幫助即可。
二、克服學生的不良實驗心理特點，培養學生良好的學習生物實驗的習慣和持久穩定的實驗研究興趣
1. 改變把實驗當成“變戲法”和“看熱鬧”的心理，明確實驗的目的要求
平時一說到上生物實驗課，許多學生往往是帶著好奇、新鮮、興奮的心情來上實驗課的。在教師講解時，他們常常忙于看各種儀器、藥品，急于動手做，做出了結果，看到了現象就很高興和滿足了。他們的注意力不在操作的規范上，對實驗目的也不是很明確，較多的是“照方子抓藥”。他們無論是看教師的演示實驗還是自己操作，都是以“變戲法”“看熱鬧”的心理來對待。長期以這種心情對待實驗，不僅對學習實驗操作的知識的鞏固和能力的培養沒有什么作用，而且使學生形成對實驗錯誤的認識。
抓課前準備是解決這一問題的有效方法。一般學生的預習主要是了解實驗的內容、步驟及如何操作等，較少想到要了解實驗的目的，教師應使學生認識明確實驗目的的重要性，具體地了解實驗目的對于實驗技能、知識、觀察能力等諸方面的要求。為把課前準備引向深入，可以提出一兩個問題，讓學生思考。
2. 克服單憑興趣做實驗的心理，培養科學實驗的嚴謹態度
興趣是一個人力求認識某種事物或從事某項活動的心理傾向。生物實驗能使學生得到從其他方面難以體會到的快樂和興趣，但是學生正處于青春發育期，他們的興趣往往不能持久，容易漂移。以單純興趣觀點做實驗的學生，只是追求個人感情上的某種需要或者刺激，學習只是跟著感覺走，對學習的艱苦性沒有準備，當實驗操作需要多次進行時，他們就會感覺到枯燥乏味而轉移興趣；當在實驗中受到紀律的約束時，他們也會把興趣轉移；當受到教師的批評，或者不喜歡教師的形象或語言特征時，他們也會把興趣轉移。
對此，我們要想辦法把他們最初對實驗的熱情，轉化為對生物實驗的持久穩定的興趣上，培養其科學實驗的嚴謹態度。首先，可以通過向學生介紹偉大科學家的事例，如居里夫人用手工勞動苦戰1300天從8噸鈾瀝青礦渣中提煉出1/10克氯化鐳，并初步測定鐳的相對原子質量為225，從而獲得1903年的諾貝爾物理獎的事例，激勵學生要艱苦學習，以苦為樂。其次，可以通過開展研究性實驗的學習活動，有意識地把實驗所帶來的直覺興趣引導到對實驗的因果關系或對實驗的本質的研究中去，使他們不僅成為做好生物實驗的興趣動力，也成為促進學生心理品質良好發展的重要因素。再次，在實驗中教師要做到多一點寬容，少一點不必要的約束；多一點鼓勵，少一點指責；多一點嚴格，少一點嚴厲；多一點引導，少一點干涉。最后，做教師的要加強自身的修養，做到衣著整潔、美觀，語言生動親切，在實驗室中應保持適宜的情緒狀態，演示實驗操作時應盡量規范、熟練、靈巧、現象鮮明，給人以美的享受，對實驗中的意外事件，要果斷處理，但又能處之泰然，這樣才可以使學生能“親其師而信其道”。
三、把握學生良好的心理特點出現的時機，培養學生的創新思維能力
1. 抓住學以致用的心理，開展與生活聯系的實驗
應用是創新和社會發展的動力，也是學生學習的動力。中學生物教材中的實驗是以訓練基本操作和驗證所學知識為主的，實驗的理論性較強，開始時學生會有較高的熱情和興趣，做多了，學生就會想，這些知識除了考試需要外還會與我的生活實際有什么關系呢？如果這個問題長期得不到回答，就會使學生形成生物實驗是與生活無關的“科學”，部分學生就會因此對生物實驗失去興趣。
對生物實驗進行情境化處理和適時增加趣味性、實用性的實驗，將能很好地滿足學生這樣的心理需求，甚至會取得意想不到的教學效果。如：“制作細胞模型”這一實驗材料中的瓊脂不容易取得，需要量相對較多。在實驗前，筆者讓學生考慮“可以用什么材料來代替瓊脂，有無更好的方法，做到既經濟又實惠呢？”有的學生就想到了用果凍代替瓊脂，在制作過程中，果凍殼做細胞膜，綠豆作葉綠體，花生做細胞核。這樣，一個既經濟又有觀賞價值的細胞模型就做好了。
2. 激發設計實驗的心理，培養創新的能力
學生做多了教材中明確列出的實驗步驟與實驗用品和用量的實驗后，會由于自己的主動性無從發揮而產生厭倦的心理；另外，學生通過自己實驗和驗證實驗，逐步地認識到，實驗是研究生物的結構與功能，揭示生命本質的一種手段，也是用來解決生活中實際問題的重要手段，到了一定時候就會激起自己設計實驗和運用所學的知識來解決一些簡單問題的意向性心理需要。
總之，重視根據學生的心理特點來設計實驗教學，糾正學生的不良心理障礙，培養健康的實驗心理，有利于學生知識的掌握和技能的形成，促進學生能力的發展，提高實驗教學質量。
篇6
（安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南 232001）
【摘要】采礦專業大學生就業去向以艱苦行業為主,就業形勢總體較為平衡,專業對口率較高。采礦專業近年需求較旺但區域不平衡，就業區域相對比較集中。指導采礦專業大學生成為綜合能力強、專業技術高的復合型人才，要求針對采礦專業具體情況創新就業指導形式，實現畢業生充分和高質量就業。本文結合我校采礦專業就業具體情況進行分析并初步探討提出對策。
關鍵詞 安徽理工大學；采礦專業；就業特征；就業指導與服務
近年來，隨著普通高校招生規模的不斷擴大，高等教育逐漸從“精英教育”轉向“大眾教育”。高校畢業生人數倍增，導致面臨就業和待就業的大學生群體不斷膨脹，大學生就業問題成為全社會普遍關注的問題。
煤炭主體專業近年需求較旺但區域不平衡，就業存在扎堆現象。從總體來看，畢業生競爭力不強，結構性、摩擦性失業并存，就業矛盾比較突出[1]。采礦專業大學生在思維態度、素質特征等方面有別于其他學科的大學生，從而形成獨有的特色，因此有必要建立一套適合采礦專業大學生就業特征的就業指導與服務模式, 以提高大學生就業指導科學化水平。以安徽理工大學能源與安全學院采礦系近兩年就業情況為基礎，對采礦專業大學生就業指導與服務的研究，為實現高校畢業生更加充分和更高質量的就業提供了一個新的思路。
1 采礦專業大學生就業特征
1.1 就業去向以艱苦行業為主，專業對口率高
根據世界能源國際組織和能源專家的預測，21世紀煤炭作為主要基礎能源的地位不會改變[2]。采礦專業學生承擔推進采礦技術的發展，提升采礦工程質量水平等重要職責。
當代大學生多為獨生子女，很少有機會經歷艱苦生活的磨煉，選擇工作時更傾向于追求安逸，而采礦專業畢業生需要到采煤一線工作，井下工作環境惡劣，從事的行業比較艱苦，甚至比較危險。相比2012年，2013年采礦專業學生畢業后選擇艱苦行業就業的比例有下降的趨勢，但仍然是采礦專業畢業生最主要的流向。
20世紀90年代煤炭工業低谷時期，煤炭高校煤炭主體專業發展受阻，紛紛減少招生或轉變專業方向，采礦專業畢業生少，進入煤炭行業的更少，再加上行業人才流失等，煤炭行業人才短缺，采礦專業畢業生一直是各煤炭企業的香餑餑，供求比不斷增加，就業率普遍較高。我院2013年和2013年采礦專業畢業生就業率分別為100%和95.36%，專業對口率分別為99.16%和98.73，高于全國平均值77%，高于全國“985”和“211”工程院校平均值69%[3]。
1.2 就業區域集中，就業去向以地級市為主
采礦專業畢業生就業就業區域相對比較集中，主要分布在安徽省內和煤炭資源豐富的山西、河南、山東、寧夏幾個省份。安徽省內以淮南市和淮北市為主，具體主要集中在大型煤礦企業，如淮南礦業集團，國投新集能源股份有限公司和淮北礦業（集團）有限責任公司等。
采礦專業2012屆、2013屆畢業生就業主要集中在我國的地級市，占畢業生的比例都在70%以上，在省會城市就業的，占畢業生的比例分別為8.86%和13.27%,在縣級市就業的，占畢業生的比例分別為18.99%和13.72%。
2 就業指導與服務
近年來煤炭行業供需關系與長遠戰略發展的矛盾凸顯，加之煤炭行業在工作環境特殊、經濟基礎薄弱和眾多安全因素影響下，已然影響采礦專業畢業生就業。
采礦專業的學生由于其專業的特殊性，在就業中往往還面臨著其他特殊的問題，比如：工作環境艱苦，對本專業忠誠度不高；人云亦云，盲目跟風考研；過分低估自己，信心不足等。針對采礦專業學生狀況，除通用的一些就業促進措施外，筆者認為還應著力從以下幾個方面加強工作，更好做好采礦專業就業指導與服務。
2.1 加強就業價值觀教育，增強采礦專業學生為采礦事業奮斗的決心
結合采礦專業及煤炭行業特點，做好入學教育，加強專業思想教育，通過就業指導課、形勢報告會、經驗交流會等途徑，讓大學生轉變就業觀念，認清行業發展前景，引導他們及早做好適合自己的職業生涯規劃，及時調整就業心態和期望值，樹立“先就業，后擇業”的觀念[4-5]。同時，要使他們了解我國煤炭行業快速發展與人才短缺的現象，幫助學生樹立信心，使他們具有學習熱情，堅定選擇采礦行業就業的決心。
2.2 加強采礦專業大學生實踐能力培養
通過對我校采礦專業畢業生跟蹤調查發現，社會用人單位普遍反映目前采礦專業畢業生具備較好的基礎理論知識和專業知識，但動手能力差，實踐能力薄弱，難以較快適應礦山工作的需要，畢業年后仍不能獨立勝任礦山生產技術和管理工作。針對這一狀況，在教學過程中優化專業培養方案，改善硬件環境，增加實踐性教學學時，具體從課程設計、實習、實驗、科研創新、社會實踐、畢業設計環節建立完備的實踐教學體系[6]。提升采礦專業學生能力、素質、創新意識和初步創新能力，縮短采礦專業學生獨立勝任礦山生產技術和管理工作的周期。
2.3 有效拓寬實習、就業渠道，實現“走出去”戰略
有關就業部門積極主動聯系或實地考察畢業生實習單位，在各類實習實踐環節，帶學生深入煤炭企業一線，尤其是省外的煤炭企業，假期多進行進煤炭企業社會實踐等；大力開拓就業市場，進一步加強同煤炭勘探、建設、生產、設計、煤機等煤炭行業單位合作，邀請其來校招聘，同時，利用好校友資源，創造條件，拓寬就業渠道，充分挖掘煤炭行業就業潛力；加大與非煤礦企業、建筑、鐵路等行業聯系，開拓就業市場；鼓勵、引導學生考研深造不僅可以培養煤炭行業更高級的專業技術人才，同時也一定程度緩解就業壓力；引導學生結合自身情況考公務員和事業單位、自主創業、應征入伍拓寬就業途徑。
2.4 增強學生人文素質教育，提升大學生就業能力
基本工作能力、專業技能、求職技能構成了大學生就業的核心能力[7]，從就業能力的角度，采礦專業學生由于其專業特殊性，普遍知識面較窄，與人溝通交流機會相對較少，第二課堂參與度不高，表現在就業能力上主要為表達能力差、組織管理和人際溝通能力差、綜合知識能力差，除此之外，還有自我推銷能力、發展能力等方面優勢不足。以上的不足與缺陷可以通過增強學生人文素質來提升就業能力[7]，具體通過開設人文素質教育必修和選修課程、豐富第二課堂等方式提高學生綜合素質。增強采礦專業學生人文素質教育，改變單一、唯專業論的就業能力機制，培養學生成為綜合能力強，專業技術高的復合型人才。
2.5 認清國內礦山企業的實際情況，引導學生合理流向
畢業生就業受經濟動因、社會動因和畢業生價值取向等影響較大[8]。學生在安徽度過四年大學時光，老師授課大多以兩淮煤田為例，實習基地和就業資源也多建于兩淮地區，從我校畢業生就業情況看，2012年我校采礦專業畢業生畢業后選擇在安徽工作的比例為54.21%，2013年為48.53%。
我國煤炭分布呈“西多東少”的格局，全國煤炭行業需要人才，而安徽兩淮地區煤炭企業人才基本飽和，西部一些省市急缺人才。要讓學生改變傳統觀念，引導學生了解西部煤炭企業，鼓勵學生到西部去，到祖國最需要的地方去建功立業。
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篇7
摘 要 文章通過分析膝關節解剖結構特點和生物力學特征，結合籃球技術動作特點，確定了膝關節各部位運動損傷的發生機制。并提出通過掌握運動員膝關節的運動生物力學特征，對科學指導訓練、提高運動員的訓練水平以及預防膝關節運動損傷發生等具有非常重要的意義。
關鍵詞 膝關節生物力學 運動損傷 力量訓練
運動生物力學根據人體的形態機能特點結合對運動場地器材的改進，研究最合理、最有效的運動技術；通過改善訓練手段增加運動訓練的適應性；通過研究運動損傷發生機制、改善不合理的運動技術，在訓練中改善神經肌肉系統功能和強化運動器官承受能力，達到預防損傷的目的[1]。作者通過參閱大量文獻，闡述籃球運動員膝關節運動生物力學特征，提出其指導膝關節科學訓練和預防膝關節損傷依據。
一、膝關節結構及生物力學特征
（一）膝關節是人體結構最復雜的關節，由兩個包在同一關節囊內的關節組成，即股-髕關節為滑車關節和股-脛關節為橢圓形關節。膝關節周圍的肌肉、肌腱、前方髕韌帶、內外側副韌帶、前后十字韌帶以及內外側半月板共同維持膝關節的穩定性[2]。
（二）膝關節的側副韌帶位于關節囊的外面，有內側副韌帶和外側副韌帶兩條，其主要作用是使膝關節不能產生內收與外展運動，并且限制膝關節過度發生旋轉的活動。[這兩側韌帶在膝關節伸直時被拉緊起固定作用，此時小腿不能做內旋及外旋動作。當屈膝時，這兩側韌帶松弛，小腿可做小幅度的內、外旋動作[3]。在籃球運動中膝關節屈曲，小腿突然內收內旋，或大腿突然外展外旋可能發生外側副韌帶損傷。常見持球突破，急停跳起投籃或跳起搶籃板等動作。
（三）半月板由致密環狀纖維所組成，其中含少量軟骨組織，具有一定的彈性，它們的主要功能是使股骨與脛骨兩者的關節面更加吻合，增加膝關節的穩定性，并且有緩沖股、脛骨之間沖擊力的作用[4]。
（四）膝關節囊內共兩條十字韌帶，主要功能是限制脛骨過度前移或后移。膝關節處于半屈曲位突然完成旋轉及內收、外展是重要的損傷機制，常合并內側副韌帶或半月板損傷。
股四頭肌腱大部分止于髕骨上緣，一部分越過髕骨上緣止于髕骨表面，股四頭肌在膝屈30°時，4個頭的合力最大，加上這時髕股間的力矩最大[5]。
（五）膝關節穩定性生物力學
膝關節是全身最大的負重關節，同時它又缺乏固有的內在穩定性，韌帶、關節囊和提供的靜力和動力性穩定作用起著特別重要作用[6]。
（六）籃球運動的基本技術動作生物力學分析
膝關節主要功能是屈伸運動，在半屈或屈90°時有輕微的旋轉運動?；@球運動中的特點是膝關節于半蹲位滑步、進攻、防守、制動、踏跳與上籃、落地緩沖等。這些動作都要求膝于半屈曲位屈伸與扭轉，以實現快速變向、伸膝發力的要求。
二、膝關節力量訓練
根據膝關節運動生物力學原理，力求膝關節在運動中穩定性和靈活性相統一，力量、速度和耐力相統一。所以對膝關節周圍肌肉韌帶的力量訓練尤為重要。使膝關節適應籃球運動技術特點的力學要求，同時保護關節避免損傷發生。通過對關節周圍肌肉力量訓練經過力的傳遞結構強化至肌腱、韌帶以及骨。
（一）肌肉力量訓練相關理論
“訓練適應”是反映運動員機體在長期訓練和外界環境（指自然環境與訓練、比賽環境、其中主要是訓練負荷）刺激的作用下所產生的生物學方面的“動態平衡”（指能量消耗與補充的動態平衡）。這種適應能滿足競技比賽所需要的各種機能能力，并按照“刺激—反應—適應—再刺激—再反應—再適應”的規律變化。運動訓練的任務就是通過合理的訓練負荷，打破機體原有的生物適應與平衡，使機體在新的水平上產生新的生物適應與平衡[7-8]。
（二）方法
1.固定阻力負荷練習
又稱靜力性練習。是指人體用力時，各運動環節無運動狀態的變化，此時，肌肉產生張力但不發生長度變化。如靜止負杠鈴半蹲等。
2.動力性沖擊負荷訓練
是指肌肉先進行離心收縮、緊接著迅速進行向心收縮的練習方法。是利用肌牽張反射會產生超大力量的原理，是在一次練習中增大肌肉訓練效果的較好練習形式。
3.等動練習器械訓練
該種練習是借助專門的等動力量練習器進行，在練習中，練習的阻力與運動員的用力相適應，從而保證了肌肉在收縮過程中始終按恒速或接近恒速的方式進行。
三、結論
膝關節是人體結構最復雜關節，本身內在不穩定。籃球運動員膝關節運動專項技術動作又處于關節生物力學的薄弱點。所以運動損傷發病率高，籃球技術動作要求膝關節適應其速度力量及耐力要求。在充分了解膝關節生物力學，掌握其力學規律，根據人體形態機能特點，進行科學訓練，不斷改進運動技術，提高運動成績。同時的預防運動損傷及康復都具有重要意義。
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篇8
【摘要】 目的 觀察辛伐他汀對骨質疏松大鼠骨代謝和股骨生物力學的影響。 方法 將SD大鼠隨機分成假手術組(SHAM)、卵巢切除組(OVX)、卵巢切除加辛伐他汀組(OVX+SIM)，每組16只。適應性喂養1周后手術，術后8周給藥，OVX+SIM組給予辛伐他汀5 mg·kg-1·d-1，其余2組用等量生理鹽水灌服。用藥后第4、12周分2批各處死半數大鼠，取血觀察各組大鼠的骨源性堿性磷酸酶(BALP)、骨鈣素(BGP)的代謝情況。分離股骨進行三點彎曲試驗，檢測股骨最大載荷、彈性載荷、最大橈度、彈性橈度等生物力學性能。 結果 (1)用藥4周，BALP水平OVX+SIM組較OVX組升高(P
【關鍵詞】 辛伐他汀; 股骨; 生物力學; 疾病模型， 動物; 骨質疏松; 骨鈣素; 堿性磷酸酶
辛伐他汀對去勢大鼠骨代謝和股骨生物力學影響骨質疏松癥(osteoporosis， OP)是以低骨量、骨組織微結構退變、骨脆性增加從而導致發生骨折的危險性升高為特征的一種全身性疾病，其主要危害是骨折，骨骼生物力學性能的降低是骨折發生的主要原因之一。近年發現他汀類藥物具有促進骨形成和加速骨折愈合的作用[1-2]。去卵巢大鼠可以較好地模擬婦女絕經后骨質疏松狀態，筆者以去卵巢大鼠建立絕經后OP模型，給予辛伐他汀(simvastatin，Simv)灌胃，取血觀察大鼠骨代謝的變化，取股骨標本進行三點彎曲試驗測定骨生物力學指標[3]。以評價Simv對去卵巢大鼠骨代謝及骨生物力學性能的影響，進一步探討Simv的抗骨質疏松作用。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 動物與分組 選用雌性SD大鼠48只，3～4月齡，體質量240~300 g[上海斯萊克實驗動物有限責任公司，動物許可證號：SCXK(滬)2003-0003]，適應性喂養1周后，隨機區組設計分為：假手術組(sham-ovariectomized rats， SHAM)，卵巢切除組(ovariectomized rats， OVX)，卵巢切除加Simv組(OVX+SIM)，每組16只。
1.1.2 試劑與儀器 Simv片(杭州默沙東制藥有限公司，進口藥品注冊證號：H20030704，批準文號：國藥準字號J20040032);大鼠血清骨源性堿性磷酸酶(BALP)、大鼠血清骨鈣素(BGP)，均為美國ADL公司;電子萬能生物力學試驗機(CSS-44100型，英國INSTRON公司);全自動生化儀(chemix 180，日本Sysmex公司)。
1.2 方法
1.2.1 造模 1%戊巴比妥納(4 mL/kg)腹腔注射麻醉。取仰臥位，常規消毒后打開腹腔，切除雙側卵巢。SHAM組以同樣術式在卵巢附近切取與卵巢大小相近的脂肪組織。動物自由進食飲水，自然光照。
1.2.2 給藥方法 卵巢切除8周后，OVX+SIM組以Simv 5 mg·kg -1·d-1灌胃，(Simv用生理鹽水配制成1 mg/mL的混懸液，用前搖勻)，連續12周;SHAM組及OVX組予同等體積生理鹽水灌胃。用藥4周隨機處死半數大鼠，12周處死全部大鼠。
1.2.3 血清生化指標測定 各組大鼠處死前摘除眼球取血5 mL，離心分離血清，-80 ℃保存備用。BALP、BGP測定ELISA定量。
1.2.4 三點彎曲實驗 將股骨標本自然解凍置于萬能電子生物力學試驗機上，保持其濕度，測試溫度為23 ℃，以股骨中點為加力點，支座跨距23 mm，加載速度1 mm/min，載荷測量精度為0.01 N，撓度測量精度為0.001 mm，勻速加載至標本斷裂。加載時注意股骨標本橫截面短軸的方向與加載的力的方向一致;支座及加載壓頭的形狀應加工成馬鞍形，可控制長骨試件在加載的過程中基本不發生滾動以減少系統誤差。計算機描記出載荷-變形(橈度)曲線，分析實驗數據并經過換算得出最大載荷、彈性載荷、最大橈度、彈性橈度。
1.3 統計學處理 數據以x±s表示，采用SPSS 12.0 for windows進行檢驗及分析，多組間比較采用方差分析，P
2 結 果
2.1 血清生化指標測定結果 (1)用藥4周，12周OVX+SIM組BALP較OVX組均明顯增加(P
2.2 大鼠股骨三點彎曲實驗結果 用藥4周，最大載荷SHAM組較OVX組明顯增加(P
SHAM：假手術組;OVX：卵巢切除組;OVX+SIM：卵巢切除加辛伐他汀組. BALP：血清骨源性堿性磷酸酶;BGP：大鼠血清骨鈣素. 與OVX組同時間點比較，：P
SHAM：假手術組;OVX：卵巢切除組;OVX+SIM：卵巢切除加辛伐他汀組. 與OVX組同時間點比較，：P
3 討 論
BGP是成骨細胞分泌的一種肽類物質，可促進骨鈣鹽沉積，增加骨細胞的礦化速度，其含量變化直接反映成骨細胞的活性，也直接反映骨形成率或骨轉換率。BALP是成骨細胞的一種胞外酶，其含量變化能夠直接反映成骨細胞活性。
在骨質疏松發生早期，由于體內雌激素水平降低，機體處于一種高骨轉換率的狀態，此時體內骨形成和骨吸收均會增高，因此OVX組BLAP水平可維持較高水平，故用藥4周，OVX組與SHAM組無明顯差異;用藥12周，OVX組的血清BALP與SHAM組比較明顯下降(P
用藥4周，OVX+SIM組大鼠的血清BALP增高，與OVX及SHAM組比較均有差別(P
生物力學特性是反映骨的生長代謝情況的一個重要指標，它是骨量、骨結構連續性、骨皮質厚度及骨的材料特性的綜合反映[9]。用藥4周，OVX組股骨最大載荷和最大橈度均小于SHAM組，差異均有顯著性。最大荷載直接反映松質骨骨小梁的骨質、結構的連續性，皮質骨的強度，最大橈度反映骨組織的變形能力。本實驗結果說明OVX組大鼠股骨斷裂前所能承受的最大載荷以及股骨發生斷裂時，股骨中性線偏離原始位置的最大位移均小于SHAM組，表明去卵巢造成股骨強度和整體抗骨折能力下降，符合骨質疏松后骨生物力學性能的本質特征。分析原因可能為去卵巢后，由于體內雌激素分泌減少，機體處于一種高骨轉換率的狀態，此時體內的骨吸收和骨形成均會增高，兩者的凈效應表現為骨丟失。而骨質疏松早期主要是松質骨受累，骨小梁變細、斷裂，骨小梁減少，骨髓腔變大，導致骨最大載荷和最大橈度下降。
用藥4周，OVX+SIM組股骨最大載荷和最大橈度與OVX組差別無統計學意義。說明4周時雖然Simv能使成骨細胞活性增加，促進成骨，但不能防止去勢大鼠的骨丟失，可能其成骨作用微弱，也可能其既促進骨形成同時也促進骨吸收。Sirola等的臨床研究表明早期Simv并不能防止骨丟失[10]，Frans等報道小劑量的Simv早期促進骨形成也促進骨吸收，使骨量減少[11]。用藥12周，OVX+SIM組股骨最大載荷和彈性載荷較4周時明顯增加，且為組間最大，差異具有顯著性。表明隨著時間的延長，Simv的促進成骨作用明顯增加，提高了斷裂前能承受的最大載荷以及股骨不發生永久形變所能承受的最大載荷，明顯改善了股骨的強度。
筆者認為，Simv具有促進骨形成的作用，隨時間延長成骨作用加強，能提高股骨的強度，降低骨折發生，為臨床骨質疏松的防治增添了實驗依據。其促進成骨的作用可能與BLAP和BGP水平密切相關。至于該藥物對骨質疏松大鼠股骨力學性能影響的詳細機制及藥物濃度、作用時間對力學性能的影響，還有待進一步研究。
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篇9
自1969年Hamdi首次報道L2漿細胞瘤和轉移性腺癌行椎體腫瘤切除、假體替代以來，經過近四十年的發展，人工椎體作為一類有效的椎體替代物在臨床上得到廣泛應用，目前報道的人工椎體模型，經過一系列生物力學測試和臨床應用發現，對不同脊柱節段的椎體骨折、不同類型的人工椎體的選擇、術中放置人工椎置的差異〔1〕，乃至輔加不同類型的內固定物，均可對脊柱重建術后的穩定性產生不同的影響。因此本文對近年來生物力學應用在人工椎體上的研究進行如下的綜述。
1 生物力學在人工椎體置換術評價中的應用
1.1 人工椎體置換術的應用
人工椎體目前運用最廣泛的是脊柱轉移性腫瘤病灶切除后的重建，童元等認為椎體腫瘤的手術適應證應該綜合考慮患者全身的情況、手術能否解決主要問題以及病程發展的快慢等因素。王新偉等〔2〕運用可調式中空人工椎體治療脊柱嚴重粉碎性骨折（附9例報告），認為對嚴重粉碎的椎體骨折，無法行自體骨重建者，人工椎體不失為一種選擇，但應嚴格掌握適應證。近來，王群波等〔3〕運用納米羥基磷灰石／聚酰胺66復合人工椎體治療胸腰椎椎體腫瘤14例，結果顯示復合人工椎體具有良好的生物相容性，植入融合率高，牢固可靠，是理想的骨移植替代材料。
1.2 人工椎體置換的生物學設計要求
脊柱椎體次全切除術至少破壞2個脊柱功能單元的完整性，起支撐、承載及緩沖功能的前柱連續性中斷，同樣導致后柱結構不穩，極易造成損傷。因而，行椎體切除術后無一例外的都要進行重建前柱的結構及生物力學的穩定性。故人工椎體的生物學設計是否合理對術后融合有著重要的影響，楊明亮等〔4〕從外科技術角度評價內鎖式人工頸椎間體，認為其設計符合頸椎的解剖學特點，生物力學上能有效穩定頸椎。特別適合陳舊的屈曲壓縮骨折及頸椎后突畸形矯形。楊瑞甫等〔5〕采用六鋁四釩鈦合金（Ti6Al4V）為材料，設計一種中空可調式、自固定式的人工椎體，用于治療脊柱腫瘤和椎體爆裂性骨折，實驗證明該人工椎體具有良好的即時穩定性和遠期穩定性，且勿需聯合使用前路或后路內固定器。綜上述，生物力學設計必須考慮以下幾個方面：（1）術后即刻穩定性與脊柱生理曲度的恢復程度;（2）與椎體遠期融合率;（3）有良好的生物相容性;（4）植入方便。
2 人工椎體生物力學測試的方法
2.1 屈服強度試驗
采用軸向壓縮荷載或屈曲壓縮荷載，加載至失穩，目的在于研究人工椎體在某種載荷下的承載強度，強度試驗需要加載直至材料破壞為止，通過荷載-位移曲線獲得生物力學參數。
2.2 內置椎體疲勞試驗
對內置人工椎體施加周期性的荷載（cyclic loading），觀察其疲勞強度，以失敗的周期數定義疲勞強度。
2.3 內固定物穩定性試驗
與前面兩種破壞性試驗不同，穩定性試驗是非破壞性的。目的在于研究內置物在非破壞性的載荷下的內固定強度與各種生理載荷的相關關系。
3 生物力學測試實驗模型的選擇
3.1 生物模型
目前常用的生物模型有尸體標本、活體及犬、牛、豬、猴、羊等動物模型，這幾種生物模型各有其優缺點。人尸體標本廣泛運用于生物力學測試的離體研究，其優點是能直接、精確測量脊柱各節段的運動，缺點在于新鮮的尸體受數量的限制，且其離體標本的測試亦在一定程度上改變了生理狀態下脊柱的力學特點；人的活體研究主要運用于臨床脊柱功能檢測，還需考慮很多社會因素。目前對于在幾種動物模型，是否與人類脊柱具有共性尚需進一步探索，Kumar等〔6〕研究發現四足動物脊柱的解剖學和形態學與人相似，他認為從四足動物的標本上得出的結論可運用到人的標本上。Goel等利用有限元模型分析比較肯定了狗作為脊柱腰段生物力學研究模型的可靠性。牛椎體雖偏大，但因其與人椎體具有相同的運動學特征，故其運用較多〔7〕。
3.2 非生物模型
3.2.1 有限元模型
1974年Belytschko首先將有限元分析方法應用于脊柱力學研究，使脊柱有限元模型成為最早建立的脊柱非生物模型。通過對有限元法的生物力學研究與實體的生物力學實驗進行比較分析發現，其結果是可靠、有效的。具有能夠獲得實體實驗中無法得到的許多重要參數，能任意改變某一參數以觀察其產生的影響，能進行前瞻性研究并直接指導臨床實踐。隨著人們對組織力學特性的認識，有限元分析軟件在國內外不斷開發與應用，不但促進了有限元技術的發展，而且推動著脊柱生物力學更深入的發展。
3.2.2 數學相關模型
隨著Chu等將數學相關方法運用到力學研究中，近年來，數學相關模型已成為未來生物力學發展的一大方向〔8〕。其實質上是采用先進的圖像處理技術與設備，通過被測對象的原始圖像字灰度進行直接的數字處理，由計算機控制整個系統的工作和一些圖像處理運算，再把圖像信息轉變成電信號，實現物體變形場的測量。對采集對象、測量環境要求較低。具有自動、非接觸式的、運用范圍廣等優點。
4 穩定性實驗的設計及其測試方法
4.1 穩定性實驗的設計
主要要解決離體脊柱標本測試時的運動必須模擬脊柱的自然運動和任意脊柱結構平面負載的均衡性這兩個方面的問題。Panjabi提出的穩定性試驗模型是一種非損傷性生理載荷模式，通過加載夾具對試驗對象分別施加6對大小相等、方向相反、互為平行的“純力矩”，產生相應的前屈、后伸，左右側屈，左右旋轉6種運動方式。Niosi等〔9〕在此基礎上，測量時加用光電子照相技術，使結果更精確。
4.2 穩定性實驗的測試方法
4.2.1 光學測量法
光學測量法包括光干涉效應直接測量法、光學杠桿延伸擴大位移法和光學遙測法〔10〕。立體的光學系統由2個互成角度的平面光學測量系統構成的，利用動作分析系統記錄受試者運動時的皮表標記坐標，經過計算機重建三維運動，確定脊柱的空間坐標位置。其優點是立體重建、定位精確、可以非接觸多節段測量。Pflugmacher等〔11〕對成人尸體胸腰椎標本用4種可調節與不可調的人工椎體附加內固定后進行生物力學性能測試，利用的是光學系統，分別在T12和L2椎體上安裝非線性二極管，通過PCReflex運動分析系統，得出載荷-位移曲線，試驗顯示：可調節人工椎體與不可調節椎體在體外的力學性能方面沒有顯著差異，但聯合前后路內固定后，其強度和穩定性最大。
激光全息-散斑干涉法是將激光全息干涉與散斑干涉結合在一起的一種三維位移測量技術，對人工椎體和椎間盤均能獲得高質量的全息干涉條紋圖和散斑條紋圖，通過圖像可計算出椎體和椎間盤的剛性位移和應變。Vahldiek等〔12〕對新鮮冰凍尸體脊柱（T12~L4）行T2椎體切除后，用碳纖維材料的人工椎體代替，并分別附加前路固定、后路固定及前后路聯合固定，加載不同的負荷，用一個帶有可發射非線性紅外線二極管的光電測量系統，記錄載荷-位移曲線，得出結果示椎體替代物植入后僅附加前路內固定與完整的椎體相比移動度較大，特別是軸向扭轉。
4.2.2 電應變法
電應變式傳感器可通過電子儀器直接轉化為位移〔13〕，Lowe等〔15〕運用MTS 809雙軸液壓隨動生物力學測試系統（biaxial servohydraulic biomechanical testing system）測量其可以承受的最大加載載荷大小，研究終板的抗壓縮強度。實驗表明:終板后外側抗壓縮強度最大，中間部分最小，抗中空植入物臨界壓縮強度明顯高于抗實體植入物的裝置。對臨床上人工椎體的類型及放置位置的選擇具有一定的指導意義。
4.2.3 影像學法
影像學檢測手段已經從早期簡單的靜態平片發展到雙平片及三維動態X線檢測。靜態片因其片子質量、標定不一等因素，誤差較大。Lee等〔16〕描述了一種用于腰椎三維運動實時測量旋轉式X線照相裝置。該系統通過整合獲得三維方向的角度率。所獲數據和實時展示通過與計算機相連的電子單元加工處理。能提供脊柱位置的實時信息，有利于及時做出臨床檢測和評價。Wang等〔16〕采用的Zebirs CMS 70P系統是一種運動分析脊柱的三維分析儀，利用了超聲反射定位的原理，測定脊柱的三維空間位置，具有無創性、立體性、可靠和可重復性等優點。
5 生物力學評價指標
5.1 載荷-位移曲線
反映了內固定結構的穩定性隨載荷變化的趨勢。Glazer等以6~8個樣本測量值進行統計學處理及相關分析；由載荷-位移曲線可以得到以下指標（參數）：
運動范圍（range of motion，ROM）：指在載荷最大時脊柱運動的節段間的角度變化和節段間的位移量。由于每個標本的生物力學性質不同，為了直接進行定量的比較，把各試驗組的運動范圍均與同一完整脊柱標本的運動范圍作比較，得出相對運動范圍（relative range of motion，RROM）。
硬度／穩定性和柔韌度／不穩定性：可用硬度系數／穩定性系數和柔韌系數／不穩定性系數表示，是所施加的載荷除以椎體間所產生的運動大小。
伸展-屈曲中性區（NZ）：為中性區到實際加載荷時的位移，伸展中性區用-NZ表示，屈曲中性區用+NZ表示。
伸展-屈曲彈性區：是彈性位移階段，從0載荷時的位移到最大載荷位移。伸展彈性區用-EZ表示，屈曲彈性區用+EZ表示。
5.2 載荷-圈數疲勞曲線
屈服強度和疲勞強度試驗樣本量小，常以個體值或中位數加以比較。Huang等〔17〕選擇幾個大小不同的載荷量重復實驗，獲得載荷-圈數疲勞曲線。
以上2個指標均適用于離體標本的測量使用。對于在體的人工椎體的生物力學評價指標，可運用運動測量方法，利用光學原理或者影像學方法，立體重建、定位精確，并結合神經功能恢復情況（Frankel分級），綜合得到人工椎體移位及重建節段骨融合情況。
6 生物力學評價促進了人工椎體在脊柱重建術中的應用及發展前景
一種新的脊柱內固定裝置在運用之前，除了要對器械本身的材料學測試外，大部分的器械還均以非破壞性試驗進行生物力學評價，生物力學研究的發展，大大縮短了內固定器械應用于臨床的周期，因而在近20年來，脊柱新器械包括人工椎體的發展速度空前提高。有很多學者認為目前的人工椎體置換既應具有術后的即刻穩定性，亦應注重其對脊柱生理曲度的恢復以及兼顧遠期的融合功能。王新偉等〔18〕應用萬能力學試驗機對牛胸腰椎進行力學測試，得出結果顯示任何內固定都不能替代人體骨骼本身行使脊柱的力學性能。從遠期效果看，人工椎體的作用是融合而不是支撐。因此生物力學的評價已經成為人工椎體置換術適應證及手術后效果評估不可或缺的一部分。
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篇10
脊柱椎體的壓縮性骨折是骨質疏松患者最常見的并發癥，嚴重的椎體壓縮性骨折保守治療5 a內死亡率可達23％～34％，目前常用的手術治療包括椎體撐開后單純植骨固定和（或）同時進行堅強內固定材料進行固定等，手術創傷大，并發癥也多。經皮椎體成形術（percutaneous vertebroplasty，PVP）與后凸成形術（percutaneous kyphoplasty，PKP）是脊柱外科近來發展迅速的一項新型微創外科技術，通過經皮向壓縮骨折椎體內直接注入（PVP）或者先通過球囊擴張再注入（PKP）骨水泥等填充物，從而增強病變椎體的力學穩定性，臨床應用證實其有穩定可靠、迅速有效的治療效果，且并發癥少，但到目前為止長期臨床隨訪資料還不足，椎體成形術后脊柱生物力學的研究也發現了一些問題，椎體成形技術還需要不斷的改進和探索，特別是材料的發展對減小椎體成形術的并發癥發生率和改善術后脊柱的生物力學特性起著關鍵的作用。
1 PVP和PKP的充填材料研究進展
應用于椎體成形的充填材料主要包括注射型聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）、復合骨水泥如玻璃陶瓷強化復合骨水泥（Orthocomp）、Cortoss（Orthovia）、Hydroxyapatite composite resin（Kuraray）以及可生物降解的骨水泥如天然珊瑚骨替代物和磷酸鈣骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）等。
11 PMMA
具有粘稠度低，容易灌注，能快速提供需要的椎體強度和剛度，價格較便宜等優點，現在仍是目前臨床上椎體成形術較常用的材料，但其有一定的局限性：（1）粘滯性較低，滲漏是最常見的并發癥，向后方滲漏入椎管可壓迫脊髓，嚴重時可滲漏入血管沿靜脈回流引起肺栓塞，甚至導致患者死亡；（2）放熱反應：PMMA聚合時產熱可對周圍組織造成熱燒傷，有研究顯示骨水泥聚合時的溫度在椎體前部達44～113 ℃，在椎體中心達49～112 ℃，椎管內達39～57 ℃，而溫度超過50 ℃的滯留時間分別可達55、8min和25 min〔1〕；（3）缺乏骨傳導性和生物活性，無法生物降解，后期可出現骨水泥與骨質界面的松動；（4）PMMA注射后的椎體與臨近椎體的力學強度差異大，易導致臨近椎體的骨折;（5）有毒單體的釋放和PMMA碎屑的作用使細胞的生長、DNA的合成和糖代謝受到抑制而具有細胞毒性，其單體毒性可引起患者血壓驟降，從而引起患者猝死的可能。另外，還有致敏、局部組織抗感染能力降低、致腫瘤等不良反應。為了提高其機械性能和生物相容性，近年已有將具有生物活性的無機顆?；蚶w維增強的高分子骨粘合劑加入PMMA來提高其生物相容性的報道，但仍然不滿意，其機械強度降低較快。
12 復合骨水泥
如Orthocomp、Cortoss、Hydroxyapatite composite resin（Kuraray）等與PMMA具有相似的基本性質，但較PMMA有更合適的粘稠度、X線的不透射性、硬化快、產熱低、具有更好的力學性能、生物活性及骨誘導性等優點。Cortoss是一種新型合成骨腔填充物，容易彌散進入松質骨，彈性模量與骨相近。Orthocomp是一種玻璃陶瓷增強的多種基質復合物骨水泥，雖然為不可吸收材料，但其具有親水性的表面，使骨水泥可以通過化學鍵與松質骨連結。Jasper等研究發現Orthocomp的強度和剛度是PMMA骨水泥的2倍左右〔2〕。Belkoff等也研究表明Orthocomp對椎體的強度和剛度都有較好的恢復。Lu等介紹了一種含鍶羥基磷灰石粉末和BisGMA（bisphenol A diglycidylether dimethacrylate）的復合骨水泥，在動物實驗模型中進行30 000和20 000次的疲勞載荷測試后，骨水泥成形椎體的剛度與對照組相比分別下降75％和56％，平均抗壓極限載荷分別為5 056 N和5 301 N〔3〕。
13 磷酸鈣類骨水泥（CPC）
CPC具有任意塑形、自行固化、生物相容、逐步降解等特性，較PMMA有更好的生物相容性、骨傳導性和粘滯度。新骨的替代方式由CPC的表面向深層逐漸推進，6個月時平均長入深度為6 mm，12個月時為114 mm。CPC可能是椎體成形術更好的注入材料，但在體內的應用及長期生物力學和生物效應還需要進一步的研究〔4、5〕。Heini和Lim等〔6、7〕研究認為CPC及改良的CPC在體內成形過程中產熱明顯減少，并且具有良好的彌散能力，可以明顯增強骨質疏松椎體的抗壓強度和剛度。其本身的強度低于正常椎體，但高于骨質疏松椎體，在成形術后可以減小因椎體的剛度變化而導致上下緣椎體骨折的幾率〔8〕。CPC固化后的微孔結構具有引導新骨形成能力，但無誘導成骨活性，生物活性CPC利用其固化過程溫和的特性，將骨形態生長蛋白BMP與CPC均相負荷，使材料在充填修復的同時加速CPC的降解和促進成骨作用。然而，Heini等認為CPC的生物降解也會導致相應的問題，治療骨質疏松椎體壓縮骨折時，骨水泥快速吸收會削弱椎體并導致其進一步塌陷〔9〕。
Cunin應用一種具有多孔狀結構的天然珊瑚加入骨誘導因子BMP進行研究，認為顆粒狀的天然珊瑚具有可注射性、生物相容性和骨誘導性，但其生物力學特性還需進一步研究〔7〕。最近有報道用MMA（methyl methacrylate）處理的SrHAC（strontiumcontaining hydroxyapatite cement）對椎體剛度、壓縮強度、彎曲強度和楊氏系數的恢復都具有很好的效果〔10〕。
2 PVP和PKP的生物力學研究
椎體成形術的短期療效十分令人鼓舞，也推動了PVP和PKP在臨床的發展，Garfin等報道了從1998年10月～2000年5月由多家醫院參與的臨床研究結果，共340例，603個椎體，隨訪最長18個月，超過90％的患者癥狀改善。有人對13例經過經皮椎體成形術的患者進行了長達5 a的隨訪觀察，結果臨床療效顯著，5 a的長期隨訪發現VAS（visual analogue scale）評分略升高，但仍然明顯低于術前水平，未發現成形椎體的進一步壓縮〔11〕。近年來對于椎體成形術后脊柱的生物力學研究顯示椎體成形術后對于脊柱整體特別是臨近椎體的影響還是顯著的。對椎體成形術后脊柱的生物力學研究對于正確應用椎體成形術十分有幫助，并對臨床應用進行正確的指導。
21 術后骨折椎體的生物力學性質
PMMA或磷酸鈣椎體成形后的生物力學研究證實骨折椎體成形后的穩定性參數顯著提高〔12〕，可防止椎體的進一步塌陷和變形。椎體壓縮骨折后降低了運動節段的椎體壓縮強度，增加后柱的負荷而引起疼痛，通過對尸體模型的測量發現病變椎體后柱的壓力負荷在屈曲時增高21％、42％，后伸時增加39％~68％，椎體成形術后則使脊柱屈曲時后柱的壓力負荷減小26％，后伸時減小61％，結果示椎體骨折前和成形術后的神經弓壓力無明顯差異，全部或部分的逆轉了后部結構的壓力負荷，從而使疼痛癥狀立即緩解〔13〕。
22 充填材料與骨折椎體生物力學的關系
基于骨水泥注入越多椎體可以得到更好強化的觀念，有些臨床醫生在病變椎體內注入最大劑量的骨水泥來提高其椎體抗壓強度，有人報道在尸體標本中可以注入椎體容積70％的骨水泥〔14〕。椎體成形后的強度越大，對上下位椎體的應力也越強，使臨近椎體的骨折發生率增高，特別是在高齡骨質嚴重疏松患者。成形術后臨近椎體有抗壓縮力下降及椎體間移位等改變，并且臨近椎體抗壓力下降的程度與成形術時注入的骨水泥量相關〔15、16〕。是否注入的骨水泥量越大，椎體的抗壓強度和剛度就越高?Molloy，S等對120個椎體（T6~L5）注入2~8 ml不等量的骨水泥，研究發現注入量與椎體抗壓強度和剛度的恢復只有弱相關（r2分別為021和027），抗壓強度和剛度的恢復平均只需要注入椎體容積的162％和298％〔17〕。注入的骨水泥量越大，滲漏的幾率則越高。Belkog等〔18〕人對骨質疏松女性尸體的椎體建立壓縮性骨折模型，用Orthocomp或Simplex P作為充填材料，結果僅需2 ml即可恢復椎體的壓縮強度，而椎體剛度的恢復與水泥充填容量缺乏相關關系。減小骨水泥的注入量同時可縮短注入時間，明顯降低骨水泥滲漏的危險。也有人報道椎體成形術后椎體剛度的恢復與注入的骨水泥量相關，14％容積的骨水泥就可滿足剛度恢復的要求，30％容積的骨水泥注入則可使剛度明顯增加，使臨近椎體的骨折危險增加〔19〕。
不同的充填材料對椎體生物力學性質的影響也有不同。Belkoff等人先后對Simplex P，Cranoplastic，Osteobond，Orthocomp等不同材料進行椎體成形術后的椎體生物力學研究，結果顯示Simplex P、Osteobond及Orthocomp能有效恢復椎體的剛度和壓縮強度，而Cranoplastic則僅能增加壓縮強度，不能恢復椎體的剛度，且在剛度的恢復程度上Orthocomp優于Simplex P〔20、21〕。新型材料CPC能明顯恢復骨質疏松椎體的抗壓強度，對剛度的恢復也較好，CPC的微孔結構可以使新骨長入，使其具有更好的生物相容性。對羥基磷灰石骨水泥（HA）充填椎體后的生物力學測試表明其對壓縮強度的恢復滿意，但對剛度的恢復作用小。MMA處理的SrHAC不僅有利于界面的融合，對椎體剛度、壓縮強度、彎曲強度和楊氏系數的恢復都具有很好的效果，而且明顯優于單純的SrHAC〔10〕。
23 PVP和PKP兩種術式的生物力學比較
Belkoff等先后兩次進行了關于后凸成形術的體外生物力學檢測，發現無論在有無載荷的情況下后凸成形術均能部分恢復椎體的高度，恢復椎體的強度。它在無載荷的情況下可以恢復丟失高度的97％，而椎體成形術僅能恢復30％，兩種方法都能明顯增強椎體的強度。Belkoff對16個椎體隨機分為PVP和PKP治療組，結果顯示PKP組能恢復椎體的起始剛度，而PVP則不能，PKP與PVP相比，不僅能有效恢復椎體的高度，而且能恢復椎體的壓縮強度和剛度〔22〕。但也有不同觀點，Tomita等對30個骨質疏松椎體隨機分為4組：（1）PKP+CPC；（2）PKP+PMMA；（3）PVP+CPC；（4）PVP+PMMA，術前及術后對椎體強度和剛度的分析顯示各組對椎體強度的恢復都較好，但對椎體剛度的恢復PKP組不及PVP組〔23〕。對于PVP和PKP術后的生物力學差異還有待進一步研究。
24 預防性應用椎體成形術可行性研究
水平骨小梁的丟失和骨小梁間空隙的增大降低了椎體的壓縮強度，這與骨礦物質含量和密度高度相關，椎體成形術的確切療效也僅在骨折疏松性骨折中發現，術后椎體的抗壓能力能夠通過注入骨水泥而顯著增強，但在正常BMD（bone mineral density）的椎體，成形術前后則沒有明顯差別。Skos Pheumaticos等對4個新鮮脊柱共40個正常椎體進行椎體注入了PMMA與不注入PMMA的生物力學研究顯示未進行成形術的椎體最大負荷為（6 72402±3 29170）N，然而注入了PMMA的椎體最大負荷為（5 770504±2 13372）N，兩組間統計學上無明顯區別。這提醒對有椎體骨折高危患者進行預防性的椎體成形術治療可能是不可取的〔24〕。在骨折椎體上下緣椎體注入適當的骨水泥來緩解椎體間強度差異，是否可以減少因為椎體間應力不平衡導致的骨折以及是否能夠更有效的維持脊柱的生物力學穩定性還有待進一步的研究。但對于有嚴重骨質疏松患者的椎體壓縮性骨折，也有在包括骨折椎體共4個椎體注入PMMA（其中骨折椎體為T6、7，注入骨水泥椎體T6~9）〔25〕。近來陸續有對骨質疏松患者預防性注入骨水泥來提高椎體強度可行性的研究。Sun，K等研究發現，對高?；颊咦⑷胫辽僮刁w容積20％的骨水泥才能有效減少其骨折風險，而對中等程度危險度患者則需要注入椎體容積5％～15％的骨水泥，而這種預防性治療和骨折后進行椎體成形術治療的并發癥發生率并無太大區別〔26〕。
25 椎體成形術后臨近椎體的生物力學改變
對椎體成形術后的生物力學研究同時發現其不足之處，特別是對上下緣椎體的影響較為明顯。椎體成形術的目的為最大程度上的恢復壓縮椎體的剛度和抗壓強度，但對椎體強度的恢復或增強，可能是臨近椎體骨折的重要原因，因其可使上下緣椎體所受壓力升高〔27〕。
Bertemann等對10例人體新鮮標本相鄰椎體共20對，隨機分成2組，一組下緣椎體注射PMMA，另一組設為對照，對上緣椎體負荷的生物力學研究顯示，2組上緣椎體在低于臨界負荷下與對照組無明顯差別，但在臨界負荷時實驗組壓力平均低于對照組19％，在實驗組中，骨折總發生在成形椎體的上緣椎體〔28〕。臨床上也有椎體成形術后上下臨近椎體骨折的報道〔15、29〕。在APerezHigueras等對13例經過經皮椎體成形術的患者進行5 a長期隨訪觀察得出臨床療效顯著的同時也發現有2例發生臨近椎體骨折〔11〕。對1組平均年齡74歲的椎體成形術后患者研究顯示，臨近椎體發生骨折概率每年遞增66％。其下緣椎體有一個或多個椎體骨折時，第1 a發生骨折的危險性提高了約5倍，在椎體骨折后的1 a里發生新的骨折的概率約192%〔30〕。
如前所述，椎體骨折可能與臨近椎體的強度增加有關。對L4、5椎體的研究發現椎體成形術后堅硬的骨水泥對椎體上緣的終板造成約7％的壓縮，使椎間盤內壓力較正常增高了19％，特別是在脊柱負荷增高時，椎間關節活動度下降11％，上緣椎體下終板內凸增加17％，這可能是導致成形術后臨近椎體骨折的原因〔31〕。由于患者術后疼痛的減輕，改變了生活方式，脊柱運動量和負荷增加，也使椎體骨折的幾率增加。同時與成形術后椎體臨近的椎間盤內壓力升高也使椎間盤突出的危險性增加。
不同材料的使用對臨近椎體生物力學影響不同。一般而言，松質骨彈性模量為168 MPa，PMMA則為2 700 MPa，CPC彈性模量在180 MPa左右，CPC較PMMA在避免應力遮擋效應和載荷傳遞異常以及減少相鄰椎體繼發骨折方面有優越性。有研究顯示CPC椎體成形后，相鄰椎間盤應力沒有明顯變化，應力遮擋和異常載荷傳遞效應甚微，相比PMMA、CPC椎體成形術在降低相鄰椎體骨折發生率方面有潛在的優勢。
到目前為止，對椎體成形術后與未進行椎體成形術時對臨近椎體發生骨折的危險性是否增高還未見完全隨機試驗的研究，然而臨近椎體的骨折也許是嚴重骨質疏松的自然進程，特別是臨近椎體有相似的機械和形態學特征。但近來相繼有報道椎體成形術后臨近椎體的力學性質下降，可能增加骨折的危險性。填充材料的發展可以有效增強骨折椎體的抗壓能力和維持良好的形態學特征，并可能使骨折椎體的生物力學性質恢復到最佳的狀態。
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