滾壓載荷下軟骨傳質(zhì)行為的研究.pdf

1、關(guān)節(jié)軟骨是一種白色致密的結(jié)締組織，在關(guān)節(jié)內(nèi)部覆蓋骨關(guān)節(jié)末端，內(nèi)部無神經(jīng)、無血管、無淋巴，其營養(yǎng)成分的取得以及代謝廢物的排出大都需要外部力學環(huán)境，通過改變傳輸過程來改變軟骨細胞的生物活性，特別是對于因傷或者疾病造成軟骨的缺損，采用外部載荷可以改變組織的生物代謝過程，加速軟骨修復。
　　本文根據(jù)膝關(guān)節(jié)的運動特點，提出一種滾壓加載方式，從實驗和有限元數(shù)值模擬兩個方面研究關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)溶質(zhì)的傳遞行為。
　　實驗使用異硫氰酸熒光素–右旋糖

2、酐（4kDa）和四甲基異硫氰酸羅丹明–右旋糖酐（0.43kDa）的示蹤劑溶液對新鮮成年豬關(guān)節(jié)軟骨進行標記，采用熒光顯微鏡成像方法，分別測量滾壓載荷作用和靜置狀態(tài)下軟骨內(nèi)溶質(zhì)熒光強度隨時間和軟骨層位置的變化，計算得到相應的相對濃度分布和溶質(zhì)擴散系數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：與靜置放置的樣本相比，滾壓載荷作用下，關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)溶質(zhì)相對濃度和擴散系數(shù)明顯增加，尤其是中間層和深層的相對濃度和擴散系數(shù)明顯增加，而淺表層的擴散系數(shù)沒有顯著變化；滾壓初期，淺

3、表層的相對濃度及深層的擴散系數(shù)增加明顯，隨著滾壓次數(shù)的增加，中層和深層相對濃度增加明顯，中層擴散系數(shù)增加明顯；小分子量溶質(zhì)較大分子量溶質(zhì)更容易擴散。因此，滾壓載荷可以促進關(guān)節(jié)軟骨的溶質(zhì)傳遞，提高溶質(zhì)的擴散系數(shù)。
　　數(shù)值模擬使用ANSYS軟件建立二維有限元模型，討論了滾壓載荷下軟骨應力場和濃度場分布情況，并得到了濃度隨時間、軟骨深度的變化曲線；分別探究不同滾壓速率、摩擦系數(shù)和壓縮量下溶質(zhì)濃度與時間及軟骨深度的關(guān)系。結(jié)果表明，壓縮量