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摘 要: 目的 觀察豬主動脈瓣葉去細胞后的組織學和理化性能變化,探討其作為未來“雜種”瓣膜支架的可能性.方法 新鮮采集的豬主動脈瓣葉經(jīng)表面活性劑、核酸酶、滲透壓變化作用,去除瓣葉組織的細胞成分,在光鏡、電鏡下觀察組織學變化,測定瓣葉組織的含水量、可溶性蛋白含量、熱皺縮溫度、瓣葉厚度、描計了應力應變曲線.結果 成功地去除了豬主動脈瓣組織中的細胞成分;瓣葉去細胞后組織含水量明顯增高[φ(94.6±0.3)% vs (91.2±2.0)%,p<0.01],可溶性蛋白含量明顯降低[ω(0.041±0.008)% vs (0.056±0.006)%,p<0.05];熱皺縮溫度[(72.0±0.7)℃ vs (71.2±0.8)℃,p>0.05],瓣葉厚度[(0.8±0.3) mm vs (0.7±0.3) mm,p>0.05],斷裂強度[(646±133) g・mm-2 vs (650±105) g・mm-2, p>0.05]和斷裂伸長率[(57±14)% vs (65±18)%,p>0.05]均無明顯差別.結論 采用表面活性劑、核酸酶結合滲透壓變化的方法,能夠成功地去除豬主動脈瓣組織的細胞成分,且不影響組織的理化性能,有可能作為纖維支架,用于構建“雜種”生物瓣膜.
引言
大量研究表明,異種生物瓣鈣化與瓣膜中的細胞成分關系密切.我們將瓣膜組織中細胞成分去除,研究了其組織學變化,測定了力學強度,探討其能否作為組織工程瓣膜的異種纖維支架,取得了初步的實驗結果.
1 材料和方法
1.1 材料?、傩迈r豬主動脈瓣與4℃ hanks液中帶回實驗室,洗盡血液,輕輕擦去內(nèi)皮,作為新鮮瓣(f組’ n=25). ②去細胞瓣葉的制備[1’2]:瓣葉于10 ml・l-1 triton x-100 0.01 mol・l-1 tris緩沖液中(20 ml+pmsf 100μl/片),4℃下持續(xù)振蕩24 h;轉入10 ml・l-1 triton x-100 1.5 mol・l-1 kcl溶液,同樣作用24 h;0.01 mol・l-1 tris cl溶液充分洗滌(20 ml/片,振蕩洗滌10 min×6次);轉入100 ml dna酶、rna酶工作液中,加dna酶2 ml,rna酶100μl ,37℃水浴過夜;轉入低滲triton x-100液中,4℃振蕩24 h,充分洗滌.為去細胞瓣(af組 n=25) .
1.2 方法 新鮮瓣葉去細胞前后分別測定瓣葉可溶性蛋白含量、含水量、熱皺縮溫度、斷裂強度、斷裂伸長率.標本經(jīng)固定后常規(guī)制作電鏡、光鏡標本,觀察組織結構.
統(tǒng)計學分析:結果以x±s表示,采用t檢驗對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析.
2 結果
瓣葉去細胞后組織含水量明顯增高[φ(94.6±0.3)% vs (91.2±2.0)%,p<0.01],可溶性蛋白含量明顯降低[ω(0.041±0.008)% vs (0.056±0.006)%,p<0.05];熱皺縮溫度[(72.0±0.7)℃ vs (71.2±0.8)℃,p>0.05],瓣葉厚度[(0.8±0.3) mm vs (0.7±0.3) mm,p>0.05],斷裂強度[(646±133) g・mm-2 vs (650±104) g・mm-2,p>0.05]和斷裂伸長率[(57±14)% vs (65±18)%,p>0.05]均無明顯差別.
新鮮瓣(f組)瓣葉組織常規(guī)病理切片,he染色,光鏡下觀察,見瓣葉表面內(nèi)皮細胞絕大部分已被擦去,纖維層、松質層、室層三層結構完整,纖維細胞無自溶現(xiàn)象,纖維結構無損傷(fig1a).掃描電鏡下,見表面無細胞成分殘留,暴露出粗大的纖維,比較紊亂,深層纖維仍呈波浪狀結構(fig2a).去細胞(af組)瓣葉經(jīng)常規(guī)切片染色,光鏡下觀察,見瓣葉組織中細胞成分完全消失,纖維層、松質層、室層三層結構在失去細胞后,單憑纖維網(wǎng)架亦可清晰辯認,纖維網(wǎng)之間的空白區(qū),應該是原先纖維細胞占據(jù)的位置(fig1b);掃描電鏡下見表面沒有任何細胞成分殘留,波浪狀結構保存完好,排列規(guī)則,連極細小的纖維都能保存(fig2b);透射電鏡下見交錯排列的膠原纖維的縱剖面和橫斷面,纖維橫紋清晰,結構無破壞(fig3a’3b).
3 討論
我們采用了表面活性劑、滲透壓改變結合核酸酶消化的方法’完全去除了豬主動脈瓣組織中的細胞成分’獲得了完整無細胞的纖維網(wǎng)狀支架.此無細胞纖維支架與新鮮瓣葉相比在力學強度和穩(wěn)定性上沒有明顯差別.經(jīng)去細胞處理后,與新鮮瓣葉相比,組織含水量增加,可溶性蛋白含量下降,說明此去細胞過程,不但有效地去除了新鮮瓣葉組織中的細胞成分,也去除了大量的可溶性物質.組織含水量的增加,說明瓣葉組織中疏水性的脂質也得到了去除,膠原纖維、彈力纖維構成的網(wǎng)架結構及附著在網(wǎng)狀結構上的糖蛋白得到了保留,這些親水性的物質,使水分在網(wǎng)狀結構中聚集,從而引起含水量的明顯增加[1].courtman等[1]報道采用此方法去除牛心包組織中的細胞成分后,使組織厚度增加20%之多,他認為系含水量增加,組織腫脹所致.我們采用豬主動脈瓣組織,未發(fā)現(xiàn)有厚度增加的現(xiàn)象,可能與豬主動脈瓣和牛心包組織結構不完全相同有關.
豬主動脈瓣中含有大約55%的膠原,主要成分為ⅰ,ⅲ型膠原,13%的彈力纖維,剩下的為富含粘多糖的基質[2],而牛心包組織中膠原的含量達90%,主要是ⅰ型膠原,ⅲ型膠原含量很少,彈力纖維的含量少于1%[3].豬主動脈瓣組織在復雜高壓血流沖擊下長成,其膠原、彈力纖維網(wǎng)狀結構可能編織得更致密,更合理,特別是高含量的彈力纖維在豬主動脈瓣中呈蜂窩狀結構,使膠原束在其網(wǎng)孔中穿過,有助于保持膠原纖維的形態(tài).疏水性的彈力纖維[1]可能使水分不易在瓣葉組織中大量蓄積,厚度不致顯著增加.
一、進行物理實驗的心理品質
1.感知的片面性。教師借助演示物理實驗,可以滿足學生的好奇心。生動、直觀、鮮明的現(xiàn)象,變幻莫測的物理變化可以提高學生學習物理的直接興趣,但他們很難準確地感知重點現(xiàn)象,捕捉物理實驗的本質屬性及變化特點。感知停留在一般水平上,并產(chǎn)生對實驗結果的誤判,導致感知的片面性。
2.注意的發(fā)散性。教師演示實驗時,學生一般對實驗目的不甚明確,觀察實驗的系統(tǒng)性不強,條理不清,因而注意力容易發(fā)散。不能透過物理變化的現(xiàn)象反映事物的本質,感知效果不理想,得不到對實驗結果的清晰認識,對學生學習物理產(chǎn)生了一定的障礙。演示物理實驗時,學生在新鮮有趣的實驗現(xiàn)象中,能獲得有說服力的感性知識,但往往抓住其中一點不同的現(xiàn)象懷疑一切,思維停留在直觀印象水平,無法深入,即思維具有強烈的直覺色彩。
3.想象的自控性。初中生的認識水平雖有提高,但其想象空間仍然有限。學生根據(jù)已有的物理知識對實驗現(xiàn)象概括具備了一定的能力,他們對物理現(xiàn)象的認識不斷增強,從而完善想象的自我調(diào)節(jié)能力。
4.記憶的差異性。初中生在不同年齡階段,其機械識記、理解識記存在著相對差異,從而產(chǎn)生一種心理不平衡現(xiàn)象。只要教師對物理實驗引導得法,會更加激發(fā)學生學習物理的內(nèi)在動機,去認識物理現(xiàn)象,理解物理知識,記憶物理變化規(guī)律。反之則可能形成學生學習物理的心理障礙。
二、學生進行物理實驗的心理特征
與上述心理品質相關,學生在參與實驗中,會表現(xiàn)出以下的心理特征。
1.好奇心理。初中生走進物理實驗室,便會對實驗儀器、實驗操作、實驗現(xiàn)象感到新鮮、有趣,急于想做一做,處于直接興趣為主的階段。他們的注意力集中在各種儀器上,不能認真聽講,對實驗目的不清,操作不規(guī)范,急于實驗,得出結果而滿足好奇的心理。
2.畏懼心理。有部分學生進入物理實驗室時,雖然興趣濃厚,但怕觸電、怕玻璃片,害怕一些實驗器具傷害到自己,所以對自己動手實驗產(chǎn)生了心理障礙,他們就只想看別的同學做,自己當一個旁觀者。即使是自己動手做實驗也只是敷衍了事,不能全面仔細地觀察,分析實驗發(fā)生的現(xiàn)象。
3.運用心理。學生在進行物理實驗的過程中,在教師的啟發(fā)引導下,懂得了實驗的目的、要求和步驟,觀察什么、怎樣觀察,同時也能認識到物理實驗操作規(guī)范的重要性。此時,他們多數(shù)人都能認真按要求實驗,對實驗的全過程進行仔細全面觀察,能獲得準確、有說服力的感性認識驗證所學知識。學生的這種驗證運用心理,具有較高的實驗探索的熱情,對物理概念、原理及書上所描述的實驗現(xiàn)象都想自己動手進行驗證,以此滿足自我價值實現(xiàn)的心理需要。
1中學物理能力的性別差異表現(xiàn)
1.1年齡傾向。我國學者對男女兩性差異發(fā)展變化與年齡傾向研究表明,男女兩性在智力差異的發(fā)展變化與年齡增長密切相關,這種相關的傾向是:男女兩性在學齡前智力差異不很明顯,在童年和少年階段,女生的智力明顯優(yōu)于男生。這種優(yōu)勢到了青春發(fā)育期就開始下降,下降趨勢一直維持到女性青春發(fā)育的高峰期,大約10~13歲。到了男性青春發(fā)育的高峰期(約15歲)男性智力就開始逐漸地優(yōu)于女性,并且隨著年齡的增長,這樣的優(yōu)勢就表現(xiàn)得越明顯。這種優(yōu)勢要維持到整個青春發(fā)育期結束為止,這時他們的年齡到了18~20歲。男女兩性智力差異的變化,是以青春發(fā)育高峰期為界線而表現(xiàn)出明顯的年齡傾向的。
中學物理知識的整個教學過程正是13歲到18歲,是在男生表現(xiàn)出智力優(yōu)勢的過程中完成的。從國內(nèi)外的統(tǒng)計研究中發(fā)現(xiàn),初二與高三男生的物理成績方面比女生優(yōu)勢小,在初三與高一高二呈波峰狀態(tài),即在整個青春期發(fā)育終止后,男女兩性智力差異現(xiàn)象依然存在。到高三的成績又互相接近,但男女兩性智力發(fā)展變化的年齡傾向已不十分明顯,已經(jīng)達到了與成人接近的成熟時期。
1.2差異的特點。在物理學習能力的發(fā)展過程中,造成男女生差異的原因十分復雜,國內(nèi)外心理學的研究表明,在感知覺方面,男性的視覺能力較強,對視覺刺激的反應速度較快。在接受視覺刺激時,他們常能以發(fā)達的視覺通道彌補其他感官的不足。特別是視覺的空間知覺能力,男性明顯優(yōu)于女性。由于這個原因,從投影圖和剖面圖中認知物體,分析物體的運動等空間現(xiàn)象的能力明顯優(yōu)于女性。
在注意力的發(fā)展方面,男生的注意力多定向于物,喜歡擺弄物體并探索物體運動變化的奧秘,在物體上的注意穩(wěn)定性較好,持續(xù)的時間較長。女生的注意力多定向于人,以及人與人的關系。在物理教學中定向于人的注意有其有利的一面,如聽講時精力比較集中,容易受到教師情感的影響,主動與教師配合等;也有不利的一面,如沖淡了對物理內(nèi)容和物理規(guī)律更深刻的體會。
在記憶力方面,男生理解記憶和抽象記憶較強,女生的機械記憶和形象記憶較強。在思維力上,男生傾向于分析,比較,抽象與概括,傾向于邏輯的意義性,如表象、記憶,想象的意義性,思維的抽象性等;女生由于心理感受性強,因而更多地偏向于形象思維類型。上述情況僅是就大部分男女而言,善于對個體、群體的差異進行比較研究,就能對癥下藥,合理地實施物理情境教學。
2適應學生年齡特征、性別差異的物理情境教學
性別差異是客觀存在的。女生的外語、語文等學科成績優(yōu)于男生,而在物理學習中卻落后于男生,這給物理情境教學提出了一個重要課題。如何根據(jù)女生的心理特點,發(fā)揮女生的優(yōu)勢,提高女生的物理學習成績,為此我們認為應從以下幾個方面著手:
2.1首先要幫助女生提高自信心,消除自卑感,發(fā)揮非智力因素的作用。古今中外的許多事實都可以證明,女性在政治、經(jīng)濟、文化、體育、科技各個領域都作出了卓越的成就。在許多領域,她們的貢獻甚至超過了男性。教師要利用這些女中英杰和拔尖女生的事例,鼓生,樹立學好物理的信心。
2.2教學中加強對女生抽象思維能力的培養(yǎng)。由于女生抽象思維能力發(fā)展水平較低,在理解物理概念時易發(fā)生困難,教師要緊扣教材,利用她們形象思維能力強的特點,講課盡量從具體到抽象,小坡度前進,多舉實例,幫助她們理解抽象概念。
2.3鼓勵勤學好問,質疑討論,調(diào)動女生思考問題的積極性開展質疑討論,是發(fā)展女生智力的一種有效方式。教師應根據(jù)女生的心理特點,多給她們回答問題、上臺演板的機會,對她們的進步多鼓勵,多贊揚,久而久之,她們就會變得喜歡思考,敢于講話,思路開闊。
2.4鼓勵男女生之間相互探討物理問題。為了彌補兩性智力因素中的薄弱成分,加強他們之間的交往是十分必要的,在青春發(fā)育期開始后,由于異性相處產(chǎn)生著羞怯心理,交往活動明顯減少,因而,兩性之間智力上的互相影響,互相促進就受到了干擾和阻礙。在物理活動(如日常觀察,興趣小組)中教師要有意識地促進男女生的交往和交流,在友誼和探討中促進物理教學。
【摘要】 目的 探討乳腺癌病理生物學特征對預后的影響。方法 回顧性分析1995年1月~2004年12月手術的704例女性乳腺癌病理生物學特征與預后的關系。全組均經(jīng)病理學檢查。壽命表法統(tǒng)計生存率。并作顯著性檢驗。結果 全組5年生存率82.2%。各病理類型的5年生存率差異無顯著性(P>0.05);腫瘤的分布與淋巴結轉移及預后無關;病理分期與預后呈負相關;腫瘤大小與腋淋巴結轉移呈正相關,與生存率呈負相關;腋淋巴結陽性的5年生存率明顯下降(P
【關鍵詞】 乳腺癌;病理生物學特征;多因素分析;預后
Breast cancer with pathobiology features for prognosis relation
CHEN Guo-qing,XU Ying-jie,XIE Jiang,et al.Department of Surgery,ST.Luke’s Hospital,Shanghai 200050,China
【Abstract】 Objective To study the influence of pathobiology features on prognosis of breast cancer.Methods 704 patients with female breast cancers who had been operated from Jan,1995 to Dec,2004 were analyzed retrospectively and relation between the pathobiology features and statistical was examined.Results Their 5-year survival rate was 82.2%,there was no statistically significant difference(P>0.05),the distribution of cancer were no prognosis.Pathological staging was negatively correlated with prognosis.Size of tumor was positively correlated with axillary lymph node involvement and negatively correlated with survival rate.5-year survival rate was dramatic decreased of axillary lymph node positive breast cancer(P
【Key words】 breast cancer;pathobiology feature;multivariate analysis;prognosis
乳腺癌是嚴重威脅婦女健康的主要惡性腫瘤之一。據(jù)統(tǒng)計[1~3],1999年上海市區(qū)女性乳腺癌發(fā)病率已達52.98/10萬,居婦女惡性腫瘤的首位。影響乳腺癌預后的因素很多,本文以臨床病理生物學角度分析704例乳腺癌的腫瘤大小、部位、病理類型、腋淋巴結轉移等病理生物學特征與預后的關系,探討病理生物學特征對乳腺癌臨床診治的重要性。
1 資料與方法
1.1 一般資料 1995年1月~2004年12月,共收治初次治療的女性乳腺癌716例。12例因未行腋淋巴結清掃而剔除。704例5年均獲密切隨訪,隨訪率100%。年齡26~78歲,中位年齡47歲。
1.2 治療方法 手術采用改良根治術(Auchinclo’s)644例 ,占91.5%。采用根治術(Halsted’s)60例,占8.5%。2種術式均常規(guī)清掃腋窩第1組淋巴組織及胸小肌后及胸肌間的第2組淋巴組織,Halsted’s術式再清掃至胸小肌內(nèi)側緣以上之第3組淋巴組織[3]。各組淋巴結分別送病理檢查。
1.3 療效評定標準 TNM分類及分期按國際抗癌聯(lián)盟及美國癌癥聯(lián)合會1988年評定的標準。使用壽命表法統(tǒng)計生存率,并作顯著性檢驗。
1.4 統(tǒng)計學方法 乳腺癌病理類型較多,尤以浸潤性導管癌為主,故本文資料分析時,對浸潤性導管癌作單一統(tǒng)計分析,以減少因不同病理類型形成的偏差。
2 結果與分析
2.1 病理類型與腋淋巴結轉移及預后的關系 乳腺癌的病理類型與腋淋巴結轉移及預后的關系見表1。分析結果可見:(1)704例乳腺癌中,非浸潤性乳腺癌18例,占2.6%。其中僅1例導管內(nèi)癌有第1組淋巴結轉移(1/12+)。其余均未見腋淋巴結轉移。18例非浸潤性乳腺癌腋淋巴結轉移率5.6%(1/18),5年生存率100%(18/18)。(2)浸潤性特殊乳腺癌40例,占全組的5.7%,其腋淋巴結轉移率22.5%(9/40),5年生存率85.0%(34/40)。病理類型以黏液腺癌居多。(3)浸潤性非特殊型乳腺癌646例,占91.8%。其腋淋巴結轉移率44.9%(290/646),5年生存率81.6(527/646),其中浸潤性導管癌最多為597例,占所有浸潤性非特殊型乳腺癌的92.4%,占全組病例的84.8%。浸潤性導管癌腋淋巴結轉移率高達47.1%(281/597)。(4)以導管性病變?yōu)橹鞯哪[瘤遵循導管內(nèi)癌至導管內(nèi)癌局部浸潤至浸潤性導管癌的發(fā)展模式,提示了病程的不同發(fā)展階段,并且腋淋巴結轉移率也分別為6.3%(1/16),17.4%(4/23)和47.1%(281/597),呈遞增趨勢。(5)生存率以黏液腺癌和髓樣癌最差,其次是浸潤性導管癌。病理類型的五年生存率顯著性檢驗結果:非浸潤性癌、浸潤性特殊類型癌、浸潤性非特殊類型癌三者比較P>0.05(χ2=2.76);非浸潤性癌、浸潤性非特殊類型癌比較P>0.05(χ2=2.81),差異均無顯著性。
表1 病理類型與腋淋巴結轉移及預后的關系 例(%)
在新世紀的曙光里,我們共同迎來了新一輪基礎教育課程改革。作為科學教育工作者,對其中的一些特點應當尤為關注。一是知識經(jīng)濟初露端倪,國際間競爭日趨激烈,需要培養(yǎng)大批創(chuàng)新型的人才;而是社會的科學技術化,以及科學技術的社會化,需要全面提高受教育者的科學素養(yǎng);三十年科學技術發(fā)展的速度力度快,學習化社會的特征日趨明顯,須要著重培養(yǎng)學生終身學習的愿望和能力。
面對時代的要求和挑戰(zhàn),課程的理念和內(nèi)容需要更新,教學和評價的方法需要改革。當然,教材也需要改革,在新理念與思維定式的碰撞中,教師們逐漸理解了新課程,體驗到新課程帶來學生日益高漲的學習熱情。新教材突破傳統(tǒng)的學科體系,突出了能力與素質的培養(yǎng),注重科學的學科體系,注重科學方法教育,重視能力培養(yǎng)的梯度設計,突出了生物學重要地位及所帶來的新進展。根據(jù)這些特點,學科教學要適應現(xiàn)代教育的要求,靈活調(diào)整,探討學科教學方法,體現(xiàn)新教材所反映的教育發(fā)展趨勢。
根據(jù)新教材突破傳統(tǒng)的科學體系,構建突出人與生物圈的知識體系特點,學科教學應培養(yǎng)學生尊重知識,使用知識的能力。
新教材突出人與生物圈的關系。一方面,人和生物都生活在生物圈中,人既是生物學的研究者,又是生物學的研究對象。人類的活動與生物圈息息相關,生物學知識對人類意義重大。只有在教學中培養(yǎng)學生尊重知識的能力,才能激發(fā)學生的學習興趣,認真學習生物知識。另一方面,人作為生物圈的最高主宰者,人活動對生物圈的影響越來越大,人類只有利用生物知識才能解決當今世界許多嚴重的社會問題,如環(huán)境問題、糧食問題、疾病問題等。所以,21世紀被稱為“生物學的世紀”。因此要使現(xiàn)在學生熟悉如何使用生物學知識,并從現(xiàn)在,從身邊、從個人做起。
那么,我們在教學中具體應怎樣做呢?首先,我們要結合身邊的實際情況,激發(fā)學生學習生物學科學知識的興趣,促使學生重視生物學知識及其使用。其次,我們要結合中外生物學發(fā)展史激勵學生,是指認識到生物學科學研究大有作為。第三,我們要努力督促學生由知識向能力轉化,注重知識信息理解的質,體驗運用知識的樂趣,逐步提高使用知識的能力。最后,引導學生認識多個類群的生物在生物圈中如何生存,延續(xù)和發(fā)展對生物圈有什么意義,進而認識生物和生物圈與人類的關系,樹立人與自然和諧發(fā)展的觀點。比如,每次實驗完后,教育學生妥善處理材料,注意清潔,樹立環(huán)保意識,活的生物材料應及時放回大自然,重視人與自然的協(xié)調(diào)關系,倡導珍愛生命。
根據(jù)新教材安排關系,“多樣化的科學探究活動”的特點,學科教學應培養(yǎng)學生能達到老師確定目標的能力。
倡導探究性學習是生物課程標準的重要理念。設計并實施好科學探究活動,是貫徹落實這一課程理念的關鍵所在。新教材安排了觀察與思考、實驗、調(diào)查、探究、資料分析、模擬制作、進一步探究、演示實驗、設計、技能訓練、課外時間等探究活動。這些探究活動的設計,給與學生學習理念的全面創(chuàng)新,以期順應時代要求,掀起一場學習的革命。
那么,我們在教學中應該如何做呢?第一,在教學中我們要深刻領悟《生物課程標準》,認真鉆研教材,突出教學重、難點,力爭全面達到目標?!坝^察與思考”主要是讓學生觀察食物,聯(lián)系觀察的方法,培養(yǎng)觀察能力。實驗主要是學生會通過動手操作來增加感性認識,加深對所學知識的理解,培養(yǎng)學生的動手能力?!罢{(diào)查”旨在倡導走出課堂,到大自然或社會中去就某個與生物學有關的問題進行調(diào)查,培養(yǎng)實踐能力。“探究”旨在讓學生參與體驗科學探究的一般過程,包括提出問題,作出假設,制定計劃,收集證據(jù),得出結論,表達與交流等,以培養(yǎng)學生的科學探究能力?!百Y料分析”主要是結合學生提供圖文資料,讓學生進行分析,得出結論。教材在很大程度上改變了先說結論,后舉實力的寫法,讓學生通過資料分析和討論,培養(yǎng)學生處理生物科學信息的能力?!斑M一步探究”和“課外實踐”,旨在鼓勵學生進行擴展性的探究和實踐,大多需要在課外完成,但是教師也應當提供機會讓同學間進行交流和討論。另外,我們在教學中發(fā)現(xiàn)學生已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題,提出問題時,要盡力幫助學生尋求解決、分析問題的方法。
雖然教師現(xiàn)在的角色是組織者,但也不是說對學生實驗過程的放手不管。初中生只是能力不是很強,獨立去完成實驗還有很大的難度,教師必須做適當?shù)闹笇?,對實驗困難小組采取“一帶二幫三放手”的指導方法?!耙粠А笔侵笇嶒灢牧喜恢翁幱械模梢詭麄?nèi)フ??!岸汀笔菍χ贫ㄓ媱澔蛑谱餮b置有困難的,可幫他們提供參考意見或分析原因,共同探討、完善等?!叭拧笔侵阜攀肿寣W生做實驗。
根據(jù)新教材“注重科學方法教育,凸顯能力培養(yǎng)的梯度設計”的特點,學科教學應該培養(yǎng)學生使用知識,有秩序有系統(tǒng)進行工作的能力。
一個人所學的知識有多有少,一個人的能力有大有小,關鍵是一個人到底能運用自己的只是做多大的事,有多大的能力。雖然,一個人能力的發(fā)揮有其社會、經(jīng)濟等諸多因素的影響,但終究離不開一個人運用科學的方法,有秩序有系統(tǒng)地進行研究工作。新教材按照學生能力發(fā)展水平需要,呈現(xiàn)能力培養(yǎng)的梯度設計。新教材意在引導學生在活動中注意領悟、總結和應用這些方法,使學生在學習知識的過程中同時學習科學的方法,培養(yǎng)有秩序有系統(tǒng)地進行工作能力。
根據(jù)這些特點,我們在教學中,一要提高學生認識到科學方法的重要性以及有秩序有系統(tǒng)地進行工作的重要性。二要加強知識、技能和方法的學習,確保探究性學習活動的數(shù)量和質量。因為這些因素是我們教學目標之一和學生走向社會不可或缺的文化儲備。三要讓學生在合作學習中增強合作交往能力和社會適應能力。四要注意有目的有意識的對學生進行科學方法的訓練。這種訓練包括分析問題、解決問題的各個步驟,譬如:應達到什么目標,圍繞目標應該怎樣做,每一細節(jié)、每一步驟如何環(huán)環(huán)相扣,步步銜接,要準備哪一方面的知識,對技能有什么要求,采取什么樣的方法等等。
根據(jù)新教材“注意反映生物科學的新進展”的特點,學科教學應培養(yǎng)能夠學生建立唯物主義思想和方法論以及正確的世界觀、人生觀的能力。
新教材安排了設計中外科學家對于生物科學的研究步驟和研究成果以及進現(xiàn)代的最新生物學知識的利用成果,目的是讓學生迅速接受最新的生物學知識,同時認識到科學是一把雙刃劍,利用的好,可以為人類服務,利用的不好,會對社會和人類造成危害。
根據(jù)新教材的特點,我們在教學中可以采取以下措施:第一:我們要教育學生按照自然規(guī)律辦事,從而建立唯物主義的世界觀和方法論。其次,我們對生物學的成果的運用加深講解,使之知道了科學規(guī)律的認識是無止境的。第三,我們要幫助學生樹立“人定勝天”的思想,防止學生悲觀主義的產(chǎn)生,從而使之積極對待人類的進步,進而積極地度過一生。
關鍵詞:乒乓球;運動生物力學;研究方法;研究領域
中圖分類號:G804.6文獻標識碼:B文章編號:1007-3612(2007)10-1381-03
隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提高,運動生物力學研究手段與方法也不斷地更新,研究內(nèi)容和層次不斷深入、系統(tǒng),運動生物力學的研究方法在許多運動項目中有了廣泛的應用,對于認識運動項目技術的規(guī)律和提高運動技術水平,起到了重要的作用。
對于運動生物力學的原理和方法在乒乓球運動項目中的應用,國內(nèi)外已進行了許多研究,但已有的研究不夠系統(tǒng)和深入,所用的運動生物力學研究方法比較單一,乒乓球專項化的運動生物力學儀器很少,對于乒乓球與球臺或球拍碰撞的原理、乒乓球飛行的運動狀態(tài)、乒乓球動作技術原理等有些方面揭示得還不夠全面或尚未揭示,對于運動器材、服裝的研究很少。
近年來,國際乒聯(lián)對乒乓球競賽規(guī)則的三大改革,以及現(xiàn)代世界乒乓球技術的迅猛發(fā)展,都要求我們要借助于科技的力量和手段,更加全面地、深刻地認識乒乓球運動的規(guī)律,不斷地更新觀念,技術上不斷創(chuàng)新進步,訓練方法上要更加科學合理,以促進乒乓球運動的發(fā)展。本文根據(jù)乒乓球運動專項運動生物力學研究的現(xiàn)狀、運動生物力學學科發(fā)展趨勢、以及乒乓球運動發(fā)展的實際需求,對運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究領域和研究方法的發(fā)展趨勢進行展望,以期對乒乓球運動規(guī)律有更加深刻而全面的認識,為運動生物力學如何更好地結合乒乓球專項特點為乒乓球運動實踐服務提供借鑒。
1運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究領域的展望
從運動生物力學角度來看,乒乓球運動是通過乒乓球和球拍位置的變化(平動和轉動)與運動員機體的活動相結合的一項運動。運動員的擊球動作使球拍和球碰撞后,擊出的球以一定的動量、動量矩落到對方臺面,與臺面發(fā)生碰撞,反彈后再與對方的球拍相碰撞。歸納起來,乒乓球項目中的運動包括:運動員的運動(動作技術)、乒乓球在空中的運動(速度、旋轉、弧線)、乒乓球的碰撞運動(乒乓球與球臺或球拍碰撞)。對乒乓球這三個方面的運動生物力學研究分析需要一定的設備儀器與方法。與乒乓球運動相關聯(lián)的還有球、球臺、球拍等器材以及運動員的服裝。
以往對乒乓球運動的運動生物力學研究在上述方面已進行過一定的研究,但對于乒乓球與球臺或球拍碰撞的原理、乒乓球飛行的運動狀態(tài)、乒乓球動作技術原理等有些方面尚未揭示,或揭示得還不夠全面,對于運動器材、服裝的研究很少。根據(jù)運動生物力學和乒乓球運動的發(fā)展趨勢,運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究領域,可以預計運動技術研究仍將會占較大比例,同時,在全民健身、運動醫(yī)學、康復醫(yī)學、運動器材、服裝及實驗儀器設備等方面也會開展研制。具體可以開展以下幾個方面的研究:
1) 動作技術診斷;
2) 乒乓球與球拍碰撞、與球臺碰撞的研究;
3) 對乒乓球拍運動的研究;
4) 乒乓球拍、乒乓球運動鞋的研制與優(yōu)化;
5) 乒乓球運動員肌肉、骨骼力學特性的研究;
6) 乒乓球專項測試儀器的開發(fā);
7) 乒乓球運動員損傷機理和預防的研究。
2運動生物力學研究方法在乒乓球運動中的應用與展望
按研究方法劃分,運動生物力學應用在乒乓球運動中的研究大體可分為兩類: 一是力學理論研究方法,二是實驗研究方法。兩者應當緊密結合,才能使運動生物力學更好地在運動實踐中應用。
2.1運動生物力學的力學理論研究方法在乒乓球運動項目中的應用與展望該研究方法因為是通過模擬手段對人體運動仿真,一般包括5個步驟:1) 確定運動恃征,建立目標函數(shù);2) 選擇模型確定剛體的自由度;3) 建立動力學模型(拉氏方法、Kane方法、雅各賓法等);4) 實測已知數(shù)據(jù)并求解;5) 根據(jù)求解結果解釋運動規(guī)律,這一步驟是將求得的數(shù)學規(guī)律化為體育運動語言對運動技術進行合理的指導。
縱觀運動生物力學在乒乓球運動中應用的現(xiàn)狀,可以看到,以往用的最多的是運用力學原理對一些現(xiàn)象進行解釋。而利用力學理論研究的方法卻很少。根據(jù)此研究方法,可以對乒乓球中許多問題進行研究。
如對于乒乓球運動員的傷病的研究,至今還沒有在擊球過程中對腕、肘、肩關節(jié)、頸椎、腰椎等的關節(jié)力和力矩的定量分析,而對其認識有助于對乒乓球運動員運動損傷的認識和預防。可以利用力學理論研究的方法對關節(jié)力和力矩進行推算。以計算上肢各關節(jié)的關節(jié)力和力矩為例。首先確定乒乓球運動員擊球過程中上肢的運動特征。二、建立上肢模型,整個上肢可分為上臂、前臂和手(包括器械)三個部分,根據(jù)上肢實際的生理結構和以往生物力學建模的經(jīng)驗,可將人體上肢簡化為3剛體7自由度的物理模型。三、運用多剛體系統(tǒng)動力學理論中的Kane方法,建立系統(tǒng)運動學和動力學方程,四、通過攝像的方法獲取上肢的運動學參數(shù)以及鄭秀媛公布的人體環(huán)節(jié)參數(shù),求出腕、肘、肩關節(jié)的關節(jié)力和力矩。五、根據(jù)關節(jié)力和力矩對乒乓球運動員的傷病進行認識。
2.2運動生物力學的實驗研究方法在乒乓球運動中的應用和展望運動生物力的實驗研究方法在乒乓球運動項目中應用現(xiàn)狀是,動力學研究幾乎沒有,運動學測試也不多,所運用到的生物力學儀器很少。所以實驗研究方法在乒乓球運動項目中有極大的發(fā)展空間。
2.2.1常用的生物力學儀器將在乒乓球項目中的廣泛應用許多已經(jīng)在其他專項中運用較為廣泛的生物力學儀器在乒乓球運動項目中尚未廣泛使用。比如,三維測力臺,肌電儀,足底壓力鞋墊。
三維測力臺可以反映地面對人體的反作用力。運動員擊球的力最終是通過人體蹬地面,同時地面給人體的反作用力而實現(xiàn)的。而對乒乓球運動員地面反作用力的動力學特征的描述至今尚無。
通過在運動員的鞋子里放上壓力鞋墊,可以得出在移動過程中,腳底壓力的分布圖,可以為乒乓球運動員鞋子的設計提供參數(shù)。
通過肌電儀可對完成某動作所參與的肌肉活動的強度和時間進行描述,確定主要的參與肌群。用在乒乓球運動員身上,就可以很清楚的知道完成某動作的肌肉用力順序是什么,哪些是主動肌,哪些是被動肌,可為力量訓練提供參考。
2.2.2開發(fā)乒乓球專項化、反饋快速化的運動技術測試儀器這是運動生物力學測試儀器的發(fā)展趨勢,至今為止,在乒乓球界中尚無有此類測試儀器的研發(fā)成功。近年來其他運動項目共用運動學、動力學及生物學指標,測試儀器的質量、功能、效率不斷提高,同時,某些運動項目專用的測試儀器不斷出現(xiàn)。例如,體操項目單杠、雙杠、高低杠、跳馬、吊環(huán)的測力系統(tǒng)、賽艇多參數(shù)遙測分析系統(tǒng)、起跑蹬力測試系統(tǒng)、蹬冰力測試系統(tǒng)、游泳出發(fā)測力系統(tǒng)等。
其他專項的研究可為乒乓球專項化的測試儀器提供借鑒,比如考慮是否可以在乒乓球拍上安裝加速度傳感儀。隨著科學技術的迅速發(fā)展,加速度傳感器體積和質量都可以做到非常小,精度可以達到很高,此儀器可以實時監(jiān)控球拍三個方向上的速度、加速度和角速度,并可據(jù)此推算球拍的受力情況,以及擊打乒乓球后,球體獲得的初速度。而對乒乓球拍的運動情況的所做的研究非常之少。
如果這些設想可以實現(xiàn)的話,將豐富乒乓球理論知識,對乒乓球運動的實踐將會有快捷的幫助。
2.2.3多機同步測試的研究多機同步測試研究是運動生物力學研究的發(fā)展趨勢。人體運動十分復雜,因此,多機同步測試方法對各項運動技術研究十分重要。由于多機同步測試研究需要的儀器多、經(jīng)費多、時間長、技術人員多,而且多數(shù)動力學指標和生物學指標的測試在正式大賽中很難進行,所以,多機同步研究的報道較少。隨著科學技術的進步和對運動技術研究的深入,多機同步測試研究將會得到較快發(fā)展。
對于乒乓球這項精密的運動,以往的研究多是從一維的視角來進行的,對乒乓球運動的生物力學的研究應朝著多維的研究視角發(fā)展。比如,將攝像系統(tǒng)和測力臺系統(tǒng)同步的測試方法,綜合運動學和動力學的數(shù)據(jù)對乒乓球運動進行更加深入、全面的認識。
2.2.4生物反饋技術將在乒乓球運動技術訓練中應用運動生物力學測試中提供給運動員、教練員的技術動作的速度、幅度、方向、力量等指標數(shù)據(jù),運動員在訓練中很難掌握,如將測試的數(shù)據(jù)轉換成聲、光信號直接提示給運動員,表示其當前的動作是否達到了要求或某個范圍,運動員接收到聲、光信號后,便馬上做出反應,調(diào)整動作的幅度、強度、速度等就容易得多。這方面研究在其他專項中已經(jīng)取得了一定進展,例如北京體育大學金季春教授指導其博士生閆松華所研制的用于短跑訓練的“測試鞋”,對每一步的著地時間和騰空時間進行實時監(jiān)控,正朝著生物反饋的方向發(fā)展。
生物反饋技術在乒乓球運動技術訓練中的應用也是乒乓球運動項目生物力學發(fā)展的趨勢。
2.3將力學理論研究方法和實驗研究方法緊密結合是運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究方法的發(fā)展趨勢力學理論研究方法的基礎是經(jīng)典力學理論,并應用它解釋分析生物體運動及探索其運動規(guī)律。力學理論研究方法優(yōu)點是能使研究工作更加嚴謹和深人,但由于模擬研究目標和對運動數(shù)學化描述的困難,這類研究難度很大,且研究結果與運動實踐尚有一定的距離。所以力學理論研究方法必須輔之實驗和經(jīng)驗,才能使它在實際應用方面的作用得以發(fā)揮,力學理論方法與實驗測試方法兩者應當緊密結合。前者提供了運動普遍規(guī)律,對分析有理論指導意義,后者是理論研究與實際應用的橋梁,能使研究更好地為運動實際服務。實驗研究方法,通過各種實驗手段,測試記錄體育運動過程,并以此作為依據(jù),結合經(jīng)驗,對運動技術進行分析對比,從而提出改進技術的意見和建議。這種研究方式是以具體運動員的具體動作作為研究對象。
實驗通常用高速攝影、錄像、測力臺測得運動學和外力參數(shù),用肌電測試儀測得人體內(nèi)力參數(shù),然后通過數(shù)據(jù)處理和分析,來診斷運動技術的優(yōu)劣及動作的合理性。這種方法以實驗手段為主,與運動實踐聯(lián)系緊密,能對運動員的技術訓練直接施加影響。但由于該方法研究和實驗的對象是具有個體特征的人,不可避免地造成對共性的運動規(guī)律研究的困難,從而使研究結論難以達到理論升華。因此實驗方法必須和力學理論研究共同發(fā)展、相輔相成,才能使運動生物力學學科漸趨深入完善。
用理論力學理論研究方法和實驗研究的方法對乒乓球運動進行運動生物力學的研究,將提供認識乒乓球運動規(guī)律的多維視角,會對乒乓球運動規(guī)律有更加深刻而全面的認識,進而可使運動生物力學更好地為乒乓球實踐服務。是運動生物力學在乒乓球運動中應用的發(fā)展趨勢。
3總結
根據(jù)乒乓球運動專項運動生物力學研究的現(xiàn)狀、運動生物力學學科發(fā)展趨勢、以及乒乓球運動發(fā)展的實際需求,運用多種運動生物力學的理論力學和實驗研究相結合的方法,對乒乓球運動中的多個領域進行分析和研究,是運動生物力學在乒乓球運動項目中的研究發(fā)展趨勢。
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胸腰段后凸畸形的病因主要有先天性脊柱畸形、胸腰段脊柱骨折、強直性脊柱炎、Scheuermanns病、老年性脊柱后凸、脊柱結核椎體破壞、椎體腫瘤、軟骨發(fā)育不全等〔1、2〕,除了脊柱本身的因素外,胸腰段后凸畸形可由腹部腫瘤引起〔3〕。脊柱曲度正常時,身體重力線應通過各節(jié)段生理彎曲的交界處。胸腰段以上重心位于胸椎的前部,胸腰段后凸畸形所造成的成角的或短弧形后凸畸形使損傷平面以上軀體的重心更趨前移,必將進一步加重后凸畸形〔4〕。隨著我國進入老齡化社會,胸腰段后凸畸形的患者不斷增多,胸腰段后凸畸形常出現(xiàn)局部不穩(wěn)定,脊柱支撐功能喪失,從而引發(fā)腰痛,且多并發(fā)上腰椎的失穩(wěn)及加速腰椎間盤退變,從而給患者造成極大的痛苦,有些患者通過保守治療無效,常需要手術治療,給患者家庭和社會造成了巨大的負擔。下面筆者就目前國內(nèi)外胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性的研究情況進行綜述。
1 脊柱胸腰段及腰骶椎的解剖及生物力學特點
胸腰椎移行部與腰椎及腰骶椎相比其形態(tài)和生物力學特性大不相同。該部位是后凸的胸椎與前凸的腰椎的移行區(qū),生理弧度變直,這一區(qū)域恰好位于活動度較小、穩(wěn)定性較強的胸椎與活動度較大、穩(wěn)定性相對較差的腰椎之間;T11、12肋骨為浮肋,抵止在相應的椎體上而不是椎體間,不參與垂直載荷;從T10~12L1關節(jié)突關節(jié)的關節(jié)面的傾斜則發(fā)生很大變化,即左右旋轉和左右側屈的ROM大大降低,而前后屈曲ROM較胸椎明顯增大;正常情況下,該部脊柱前方的垂直載荷分擔率遠遠大于后方。在T11及T12胸椎,上關節(jié)突表現(xiàn)為胸椎上關節(jié)突的形態(tài)特征,而下關節(jié)突的形態(tài)特征卻與腰椎相近,其前、后方無胸肋關節(jié)和肋橫突關節(jié)的加強,且僅與一個椎體相關節(jié),這些均構成了胸腰椎容易損傷的解剖學基礎〔5〕。因此,脊柱的壓縮性或爆裂性骨折常發(fā)生在胸腰段,從而造成胸腰段后凸畸形。從胸腰椎至腰骶椎,前后屈曲ROM逐漸增大,腰骶椎髂腰韌帶的存在使該部位的運動和穩(wěn)定性與L4、5以上有所不同〔6〕。
Abumi等〔7〕通過人尸體腰椎節(jié)段的破壞模型證實,棘上韌帶、棘間韌帶損傷甚至雙側關節(jié)突關節(jié)內(nèi)側半部分切除難以造成腰椎失穩(wěn),而單側或雙側關節(jié)突關節(jié)完全切除則可導致椎間旋轉和屈曲的失穩(wěn)。椎間孔部的減壓易導致關節(jié)突間(峽部)的分離。單側時由于有椎弓的存在,兩側關節(jié)突關節(jié)還可發(fā)揮其功能。
2 目前利用動物脊柱標本進行的生物力學研究
王新偉等〔8〕利用出生1周以內(nèi)的小牛胸腰椎新鮮標本,研究了小牛胸腰椎前路模型中的相關解剖,并與人體相關數(shù)據(jù)進行比較,發(fā)現(xiàn):與人體相比,小牛脊柱椎體及椎間盤更接近圓柱狀,椎間盤高度占脊柱高度的比例更大。又進行了生物力學實驗,測試屈曲、伸展及側屈狀態(tài)下的載荷-應變、載荷-位移關系、最大載荷時的應力強度及屈曲、伸展、側屈及扭轉狀態(tài)下的軸向剛度,最后進行極限力學性能測試。發(fā)現(xiàn)出生1周內(nèi)的小牛胸腰椎標本在人生理載荷范圍內(nèi),呈線形變化,與人體一致。
王向陽等〔9〕收集12具新鮮豬T10~L4節(jié)段胸腰椎脊柱標本,制造不同程度前中柱骨折模型,分為2組,分別安放椎弓根螺釘內(nèi)固定器和內(nèi)固定加前路植骨重建,每種狀態(tài)依次在CMT4104多功能力學試驗機上進行軸向壓縮和前屈壓縮測試,分別計算每組的完整標本、骨折內(nèi)固定標本和植骨內(nèi)固定標本的軸向壓縮剛度和前屈壓縮剛度。發(fā)現(xiàn):胸腰椎前中柱骨折后經(jīng)椎弓根螺釘系統(tǒng)固定不能使其恢復至原來的力學性能,椎體骨折累及范圍越大,固定后力學性能越差;前中柱重建是減少后路內(nèi)固定器械承載的關鍵。
周有禮等〔10〕利用羊的整條脊柱標本,對胸腰椎爆裂骨折后的局部載荷進行了研究。發(fā)現(xiàn):在胸腰椎結合區(qū)域有較大的應變值表示該區(qū)域局部所承受的力量較大,在實驗上脊柱承受牽引時,在胸腰椎接合之區(qū)域會承受較大的拉力。
3 利用在體動物模型進行的研究
Oda等〔11〕利用在體羊脊柱腰段后凸畸形模型,研究脊柱損傷和后凸畸形對相鄰運動節(jié)段的影響,他們將活體羊分為對照組、L3~5原位融合組及L3~5Cobbs角為30°的后凸畸形融合組,進行了影像學、生物力學及組織學的研究分析,結果證實:脊柱后凸畸形導致頭側鄰近節(jié)段的后方韌帶復合結構的前凸性攣縮;L2椎板在屈伸活動下所承受的應力在后凸畸形組更為明顯,提示更多的載荷轉移向后柱;后凸畸形組鄰近的頭側關節(jié)突關節(jié)有明顯的退變性骨關節(jié)病改變,鄰近的尾側關節(jié)突關節(jié)亦有輕微的退變性骨關節(jié)病改變,而在原位融合組退變輕微。
Nielsen LW等〔12〕利用幼年豬制作了Scheuermanns病的脊柱后凸畸形模型,利用病理學、放射影像學、血液生化等方法進行研究,發(fā)現(xiàn)豬的Scheuermanns病胸腰段后凸畸形模型,與人Scheuermanns病導致的胸腰段脊柱后凸畸形有可比性。
Lowe TG〔13〕等利用未成年羊的Scheuermanns病模型,進行了一項在體實驗,他將羊的胸腰段至下腰椎用椎弓根釘和聚乙烯繩在后面進行拴系,不融合,進行了13個月的觀察后,處死羊,取其脊柱進行生物力學研究,發(fā)現(xiàn)模型矢狀面上的非融合調(diào)整,能有效地減少椎體楔形變的程度,此方法可能成為治療青少年Scheuermanns病的一種可行辦法。
4 利用人的尸體新鮮脊柱標本進行的研究
Birnbaum等〔14〕利用11具新鮮尸體軀干標本(含胸廓),制造了胸椎后凸畸形模型,對前路松解前、后的矢狀面矯形效果進行了解剖學及生物力學研究,結果發(fā)現(xiàn):單純前路松解(開放或經(jīng)胸腔鏡輔助)矯形效果良好,且能有效地改善矢狀面平衡。
趙必增等〔15〕利用新鮮尸體胸腰椎標本,探討了椎體成形強化后對鄰近椎間盤、椎體的力學影響,發(fā)現(xiàn)強化椎體后,對鄰近椎體造成的應力集中很小,而對鄰近椎間盤有一定的影響。
5 利用三維有限元分析進行胸腰段后突畸形研究
有限元素法(FEM)是一個求偏微分方程式的數(shù)值方法。隨著個人計算機功能的完善,有限元素法的使用也越來越簡單,在醫(yī)用生物力學方面應用更是越來越普遍〔16〕。
Liebschner MA等〔17〕對19例人的尸體胸腰段椎體標本進行CT掃描,建立三維有限元模型,進行有限元分析;同時對標本實體進行解剖學測量以及生物力學試驗分析,最后將二者測得的數(shù)據(jù)進行對比研究,進行統(tǒng)計學分析,發(fā)現(xiàn):用恒定0.35層厚和457 MPa有效模量,結合CT重建的椎體幾何模型與骨小梁特性,進行椎體外殼的建模,能精確的預測整個椎體的生物力學特性。
程立明等〔18〕就胸腰段后突畸形對相鄰椎間盤力學影響進行了三維有限元分析研究。他們選取結構正常的脊柱作為實驗材料,通過CT掃描獲取脊柱的二維圖像,然后進行三維重建,轉化為有限元模型(FEM),利用Free Form成形軟件構建胸椎后凸畸形模型,分別對正常結構和胸椎后凸的脊柱有限元模型進行載荷試驗,分別比較椎間盤和小關節(jié)應力分布情況,總結出以下結論:脊柱胸腰段后凸畸形改變了相應椎間盤的載荷應力應變分布,這可能加快椎間盤退變及使后方纖維環(huán)易受損破壞。
6 利用影像學進行的臨床研究
Seel EH等〔19〕使用Oxford Cobbometer對椎體骨折導致胸腰段后凸畸形的Cobbs角進行測量,發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的測量方法相比,其測量的結果更簡便、準確、可行。
吉立新等〔20〕收集12例具備胸腰椎和腰骶椎正側位X線片的胸腰段后凸畸形病例,與20例正常對照組進行相應比較,進行分析研究。發(fā)現(xiàn)患病組平均腰椎前凸角度與正常對照組相比有極顯著性差異?;疾〗M單節(jié)段腰椎前凸角度以上腰椎變化更為明顯。從而認為:胸腰段的后凸畸形,使病損平面以上軀體的重心更趨前移,增加了致畸負荷,必將進一步加重后凸畸形。為維持直立下軀干重心的平衡,就需要調(diào)整頭、頸、胸和腰部的曲度甚至髖部和膝部的位置使重心后移,其中最主要是通過腰椎的前凸加大來實現(xiàn)這一目的。腰段所發(fā)生的代償性改變比腰骶段更為明顯,而腰段的代償性改變又更多地集中在上腰椎,而且椎體的后滑移也發(fā)生在上腰椎,表明胸腰段后凸畸形對上腰椎有更大的影響。
陳仲強等〔21〕測量14例后凸畸形截骨手術治療前后的胸腰段后凸角和腰椎的前凸角以及椎體滑移情況,對所得結果與正常組進行對比分析。發(fā)現(xiàn):胸腰段后凸畸形可導致腰椎過度前凸及椎體向后方滑移,尤其在上腰椎更為明顯,可能是引發(fā)腰背疼痛的重要原因之一:矯正胸腰段后凸畸形可減小腰椎的過度前凸和椎體滑移傾向,可明顯減輕患者的腰背疼痛;前后方聯(lián)合截骨更安全,矯正后凸畸形效果更好。
7 問題與展望
綜上所述,對于胸腰段后凸畸形,國內(nèi)外學者從解剖、動物標本模型、在體模型、人尸體標本模型、有限元分析模型及影像學臨床等不同角度出發(fā),進行了生物力學及其他方面的研究。研究更多的是解剖、標本模型、有限元分析及影像學方面。解剖學屬于形態(tài)學范疇,研究歷史較長;動物標本易于取材,但與人的生物力學特性還是有差異的;相對實驗分析而言,有限元分析的優(yōu)點在于它對分析參數(shù)控制的絕對性和簡易性,及完整多樣的結果數(shù)據(jù)。現(xiàn)階段有限元素分析,必須要配合恰當?shù)膶嶒灁?shù)據(jù)或臨床現(xiàn)象比對,結合有經(jīng)驗的臨床及力學人員,有限元素分析才能發(fā)揮它最大的功效。而由于受各方面條件的限制,在體動物生物力學模型與人新鮮尸體生物力學模型的研究,國內(nèi)外報道的很少,尤其是利用人新鮮尸體對胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性進行生物力學的研究,目前國內(nèi)外尚是一個空白,這方面還有很大的研究空間。 【參考文獻】
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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(fā)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(fā)生的主要原因之一。近年發(fā)現(xiàn)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(jīng)后骨質疏松狀態(tài),筆者以去卵巢大鼠建立絕經(jīng)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(yǎng)1周后,隨機區(qū)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(guī)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(xù)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(shù)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?zhèn)溆谩ALP、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(fā)生滾動以減少系統(tǒng)誤差。計算機描記出載荷-變形(橈度)曲線,分析實驗數(shù)據(jù)并經(jīng)過換算得出最大載荷、彈性載荷、最大橈度、彈性橈度。
1.3 統(tǒng)計學處理 數(shù)據(jù)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<0.05為差別有統(tǒng)計學意義。
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<0.05,P<0.01);SHAM、OVX、OVX+SIM組內(nèi)比較,用藥12周較4周時均明顯減少(P<0.05,P<0.01)。(2)用藥4周,12周OVX+SIM組BGP較OVX組差別無統(tǒng)計學意義,OVX組內(nèi)比較,用藥12周較4周時明顯減少(P<0.05),OVX+SIM組內(nèi)比較,用藥12周較4周時明顯增加(P<0.01,表1)。
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<0.05),用藥12周,OVX+SIM組、SHAM組較OVX組明顯增加(P<0.05,P<0.01);OVX+SIM組內(nèi)比較,用藥12周較4周時明顯增加(P<0.01)。用藥4周,OVX+SIM組彈性載荷較OVX組明顯降低(P<0.05),用藥12周OVX+SIM組較OVX組明顯增加(P<0.05);OVX+SIM組內(nèi)比較,用藥12周較4周時明顯增加(P<0.01)。用藥4周,SHAM組最大橈度較OVX組明顯降低(P<0.05)。各組間彈性橈度均無顯著性差異(表2,3)。表1 血清BALP、BGP測量
關鍵詞 運動生物力學 易損傷部位 體操
中圖分類號:G832 文獻標識碼:A
0前言
體操是我國傳統(tǒng)優(yōu)勢運動項目,舉國體制使得競技體操得到快速發(fā)展。從歷次奧運會中國獲得獎牌來看,競技體操獲得的獎牌所占總獎牌的比重在四分之一波動。然而榮耀的背后有鮮為人知的痛苦,由于體操項目具有難、新、力、美、穩(wěn)的特征,運動損傷現(xiàn)象日趨嚴重,導致現(xiàn)在運動員過早退役,使運動員的運動生涯提前結束。訓練的非科學性造成我國體操運動員嚴重的運動損傷,影響其進入優(yōu)秀體操運動員的行列,這不僅給國家?guī)順O大的人才浪費,而且影響我國競技體操整體水平的提高。因此,分析體操運動過程中容易損傷部位損傷機制,為預防和減少運動損傷、設計專項訓練方法等有指導意義。
1運動損傷
1.1運動損傷的概況
運動損傷可分為兩類,即慢性勞損性傷和急性一次致傷。前者主要是訓練過度、教學組織不當?shù)慕Y果。此類損傷主要有手腕、踝關節(jié)的各種慢性創(chuàng)傷性腱鞘炎等;后者最常見的是落地或失手時姿勢失常而致傷,此類損傷主要有骨折、摔傷等。研究表明,慢性損傷多于急性損傷。
體操是指練習者在地面上、持輕器械或在器械上,完成依據(jù)人體生理、解剖特征及人體運動生物力學原理設計的各種不同難度動作,在空間上展示身體技藝,表現(xiàn)力量、健康、美麗、智慧的一種實踐活動。J.E.Taunton提到由于競技體操競爭較激烈,過去十年競技體操的隊伍不斷壯大,由于青少年的骨骼發(fā)育不完全,沒有針對性的科學的訓練方法,足踝、腕骨關節(jié)、腰等極易受到損傷。
1.2運動損傷導致運動員過早退役
隨著競技體操動作難度的不斷發(fā)展和競爭越來越激烈,運動損傷已成為我國體操運動員退役的主要原因。何曉敏以國家隊和專業(yè)隊現(xiàn)役和退役的運動員為研究對象,指出歷屆奧運女子體操冠軍的最佳年齡平均為21歲左右,甚至還有高齡而我國運動員在18歲以前就退役了,潛力還未得到完全發(fā)揮,主要原因就是運動性損傷。
2易受傷部位損傷機制
2.1腕部骨關節(jié)損傷部位機制分析
體操運動員腕部骨、關節(jié)的變異和損傷較常見,學者調(diào)查了50名體操運動員,X線征象分析發(fā)現(xiàn)體操長期訓練導致的損傷主要表現(xiàn)在橈骨遠端骨骺骨折、尺骨莖突骨折和舟骨骨折。被調(diào)查對象均處于青春期或青春前期,他們的骨骺較周圍纖維軟骨脆弱,致使其可塑性較強容易損傷。支撐動作對舟、月骨、橈骨遠端骨骺關節(jié)面施加力量不平衡,則可以形成扭錯應力,當這個應力超過了骨骺所能承受的最大限度,骨骺就會破裂。
肌腱是一種索條狀沒有彈力的組織,當肌肉收縮時肌腱緊張并拉成直線。人體的活動是依靠肌肉的收縮與肌腱的牽引實現(xiàn)的。因此,當肌腱繞過關節(jié)或骨骼的隆起部位時,為避免緊張的肌腱滑脫深筋膜就在這些部位增厚成環(huán)狀或寬平的支持帶將肌腱固定,如手腕部位的腕背側韌帶等。
2.2腰部受力特點及損傷的力學分析
腰椎是脊柱的主要承載部分,也是運動損傷的多發(fā)部位。所以對于力量型的運動員來說,腰椎的損傷往往意味著運動生涯的結束即過早的退役。采用生物力學的方法研究腰椎運動的力學性質,了解其承載的機制,不僅可以掌握科學的發(fā)力動作,充分發(fā)揮運動潛能,還可以避免損傷并延長運動壽命。外國學者指出自由體操中空翻、下橋等甩腰動作的多次反復練習,長期的疲勞導致腰椎損傷,腰部是運動鏈中的核心部位,核心部位的損傷直接影響動作技術的提高。
3損傷的康復和預防
任何運動都要遵循人體生物學、解剖學和力學上的規(guī)律,利用所學知識指導訓練預防和避免一些損傷,還可以有助提高訓練的效果。訓練負荷不宜太大,合理安排運動量是防止運動損傷高發(fā)生率的有效措施。加強核心力量訓練。競技體操中,身體始終處于非平衡狀態(tài)的位移之中,核心部位是人體動力鏈的中間環(huán)節(jié),如果核心力量弱則身體的平衡能力、穩(wěn)定性則弱。體操運動員落地時通過兩腳踝、膝、髖關節(jié)等合理彎曲來減緩壓力負荷對人體的傷害并控制平衡。所以,體操運動員經(jīng)常要控腰來維持平衡,通過腰部核心部位肌肉力量的整體協(xié)調(diào)用力保證落地穩(wěn)定性避免損傷。
4小結
體操運動員運動損傷一般為疲勞積累成的慢性勞損。關于我國體操運動損傷的研究越來越廣泛,運動損傷的年輕化趨勢令人擔憂。運動損傷的預防就顯得尤為重要,結合運動生物力學更科學地組織訓練,加強核心力量訓練,有效地提高運動技術并預防運動損傷的發(fā)生。預防運動性損傷的一套科學理論體系以及國家相關部門對國家運動員因傷退役的安撫措施有待健全和完善。
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