骨是由鈣離子和磷所構(gòu)成的輕基磷灰石結(jié)晶沉著于由膠原蛋白組成的基質(zhì)上而成。骨骼的質(zhì)量主要由骨礦鹽與骨基質(zhì)之間的比例所決定,反映骨質(zhì)質(zhì)量的指標主要有骨骼的強度、彈性、剛度以及骨質(zhì)的密度等。所以判斷骨骼質(zhì)量的高低,需要測定其生物力學和骨礦鹽密度等指標。雖然骨礦鹽密度常被用于預測骨折的危險度和評定骨脆性,但是僅有骨礦鹽密度并不能準確反映骨質(zhì)量的高低。如單純骨礦鹽含量的增加,骨質(zhì)量并不一定相應(yīng)的增加有時反而降低。骨生物力學是生物力學的分枝它以工程力學的理論為基礎(chǔ),研究骨組織在外力作用下的力學特性和骨在受力作用后的生物學效應(yīng)是對骨質(zhì)量評定的一種直接、客觀并且可靠的方法。

研究骨質(zhì)量變化的最終目的在于研究骨骼力學強度的變化和再負荷時骨折發(fā)生的可能性大小所以開展骨生物力學的研究,不但有助于對骨質(zhì)量進行直接評價,也是評價各種對抗骨質(zhì)丟失措施的最佳方法之一。我們經(jīng)過幾年的探索,根據(jù)質(zhì)構(gòu)儀(Stevens quality and test systems ，OTS25 型英國)的工作原理和特點,結(jié)合工程力學和理論力學的概念和方法,將其應(yīng)用于骨生物力學的檢測.建立了一套比較系統(tǒng)和成熟的檢測骨骼生物力學指標的方法并用于多項課題的研究,試驗結(jié)果比較滿意。筆者對用質(zhì)構(gòu)儀所測定的骨生物力學常用的指標及意義、試驗方法和注意事項等做如下報道。

1.質(zhì)構(gòu)儀的構(gòu)成和工作原理質(zhì)構(gòu)儀的主機與微機相連,主機上的機械臂可以隨著凹槽上下移動.探頭與機械臂遠端相接,與探頭相對應(yīng)的是主機的底座,探頭和底座有10幾種不司形狀和大小,分別適用于各種標本。其工作原理是在主機的機械臂和探頭連接處有一個力學感應(yīng)器.能感應(yīng)標本對探頭的反作用力,并將這種力學信號傳遞給微機 .在應(yīng)用軟件的處理下將力學信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字和圖形顯示于顯示器上,即直接快速地記錄標本受力情況。

2.質(zhì)構(gòu)儀檢測骨標本的試驗:

(1)壓縮試驗(compressive test):是一種測量骨力學性能的技術(shù).常用于對椎骨的檢測。其優(yōu)點是骨樣本受力方向與生理狀態(tài)相近,使用時簡便。缺點是如果與機器接觸的標本面不平整,使質(zhì)構(gòu)儀對標本施加的力集中于某個局部,影響測定結(jié)果。

(2)拉伸試驗(tensible test):能準確的測試皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的生物力學性狀。但該試驗由于骨標本的受力方向與正常的生理狀態(tài)受力方向相反,在研究中使用的較少。

(3)彎曲試驗(bending test):該試驗常用于測量長骨如脛骨和股骨的力學性能。試驗外力作用的方向垂直于標本,主要模擬長骨受到外力作用后.骨骼抵抗能力的大小.是目前試驗室最常用的方法。主要有3點彎曲(theree point bending test)和4點彎曲試驗(four point bending test)。4點彎曲試驗由于要求各加壓點上的力度必須相等,技術(shù)難度較大，一般不常用。