幼年和成年關節(jié)軟骨的準靜態(tài)力學性能和棘輪性能研究.pdf

1、骨關節(jié)炎是一種退行性疾病，主要表現(xiàn)為進行性破壞的關節(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，關節(jié)軟骨破壞被認為是骨關節(jié)炎發(fā)病機制的主要中介。關節(jié)軟骨覆蓋在膝蓋關節(jié)的末端，支持和分配關節(jié)表面的負載和壓力，在運動中起到減緩震動的作用。關節(jié)軟骨的成熟是后天發(fā)展的過程，用以適應關節(jié)表面特定位置生物力學的需求，一般軟骨在生長和發(fā)育過程中形態(tài)上發(fā)生變化進一步達到成熟，同時機械疲勞是生長過程中造成骨關節(jié)炎的主要原因。因此，研

2、究成年和幼年關節(jié)軟骨的動態(tài)和靜態(tài)機械性能對關節(jié)軟骨疾病的預測和治療有重要作用，并能夠為人工軟骨的制造提供依據(jù)。
　　本文采用一個月和八個月豬的新鮮關節(jié)軟骨制備了幼年組和成年組的實驗模型，測試了它們在準靜態(tài)壓縮載荷下的蠕變、率相關性能以及動態(tài)壓縮下的棘輪行為。同時，借助非接觸式數(shù)字圖像技術研究了幼年和成年豬關節(jié)軟骨不同層區(qū)的力學行為。實驗研究發(fā)現(xiàn)，隨著施加應力的增加，幼年組軟骨和成年組軟骨蠕變應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力的增加而增加；幼年組軟骨各個層區(qū)的蠕變應變和蠕變速率均高于成年組軟骨蠕變應變和蠕變速率，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性，加載過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、軟骨的棘輪應變，循環(huán)加載初期二者差異比較明顯，并且應力幅值的改變對成年軟骨和幼年軟骨棘輪行為的差異影響很大。
　　通過完成蠕變、蠕變-恢復和保持時間對循環(huán)加載影響的實驗，研究了靜態(tài)與動態(tài)載荷結(jié)合下關節(jié)軟骨的力學行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蠕變越久，應變越大，在一定時間恢復之后仍然存在不可逆的變形；幅值越大關節(jié)軟骨棘輪應變積累越迅速；隨波峰和波谷保持時間的增加，關節(jié)軟骨棘輪應變速率加快；蠕變預加載使軟骨強化，有效地改善了關節(jié)軟骨抵抗棘輪變形的能