不同弹性模量人工软骨对缺损软骨修复区细胞力学环境影响的研究

发布时间：2018-01-30 18:59

本文关键词： 数值模拟缺损软骨软骨细胞应力流场　出处：《生物医学工程学杂志》2017年01期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：应用有限元软件COMSOL建立关节软骨固液双相模型和细胞微观模型,跨尺度研究在生理载荷作用下不同弹性模量的人工软骨修复缺损时,宿主软骨各层细胞的力学环境和液相流场。模拟结果表明,均一弹性模量的人工软骨对不同层区细胞微环境的影响规律不同。随着人工软骨弹性模量增大,浅表层、中间层细胞应力增大,深层细胞应力减小。人工软骨植入改变了中间层、底层软骨的流场方向和营养供给方式,可能会造成软骨细胞营养供应障碍。上述影响可造成修复结果不确定。通过对跨尺度软骨细胞有限元模型进行仿真分析,可定量地评价宿主软骨各层细胞的力学环境,有助于更准确地评估软骨缺损修复的临床效果。
[Abstract]:The finite element software COMSOL was used to establish the solid-liquid biphasic model and the microcosmic model of articular cartilage. The simulation results show that the effect of homogeneous elastic modulus artificial cartilage on the microenvironment of different layers of cells is different, with the increase of the elastic modulus of artificial cartilage. In the shallow surface layer, the stress in the middle layer increased and the stress in the deep layer decreased. Artificial cartilage implantation changed the flow field and nutrient supply mode of the middle layer and the bottom layer of cartilage. These effects may lead to uncertain repair results. The finite element model of cross-scale chondrocytes is simulated and analyzed. It can quantitatively evaluate the mechanical environment of the host cartilage cells, which is helpful to evaluate the clinical effect of cartilage defect repair more accurately.
【作者单位】：天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室;天津大学机械工程学院力学系;中国汽车工业工程有限公司;福建医科大学附属第一医院骨科;
【基金】：国家自然科学基金青年基金(11402172);国家自然科学基金重点资助项目第二合作单位(11432016);国家自然科学基金(11572222) 天津市自然科学重点基金(15JCZJC32800) 福建省卫生系统中青年人才培养项目(2013-ZQN-ZD-19)
【分类号】：R68
【正文快照】： 引言正常情况下人体的关节软骨可以承受数以百万次的周期性高强度载荷[1],是因其固液双相特性及复杂精细的分层结构适应了不同的功能需要和力学环境的结果。外力或退行性变化引起关节软骨损伤后,依靠自身软骨细胞增殖分化,修复缺损的能力十分有限,传统的关节损伤疗法也不能产

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