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骨組織對力學的反應

充分瞭解骨組織的力學反應過程是建立科學的種植義齒修復的基礎。種植體與骨組織的介面在受到載荷作用後,各種細胞、細胞外基質、骨組織結構會發生改變,最終形成與力學環境相適應的結構。本節主要闡述介面區骨組織對力學的生物學反應。

種植體與骨的介面區組織的形成是一個非常活躍的過程,並且與種植體的初期穩定性、力學環境密切相關。例如,大量研究表明,當種植體植入時,獲得了良好的初期穩定性,種植體與骨組織之間會形成骨性整合;若種植體在癒合過程中,受到外力的作用,即使十分微小的動度也會導致介面區纖維組織的形成。

目前,研究的重點是應力引起的應變轉化為何種化學信號來影響和指導介面區組織的形成和改建。研究表明,骨組織的改建受到生長激素和生物力學這兩種因素的調控。介面區組織受到應力作用後,會發生一定的形變,這種應變會影響介面區的細胞和細胞外基質,進一步引起一系列的生物學反應,調控介面區結構的形成。因此,理想的種植體的設計應當是使種植體周圍的骨組織及介面區組織能夠建立和維持一個理想的應變,正因為如此,骨性介面才得成形成和維持。

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骨組織的改建與其功能相適應,因此很早就有學者提出了“結構服從功能”的理論,認為結構的改變是細胞調節功能的結果。Fmst將應力分為微弱載荷、生理性載荷、過度載荷以及病理性載荷,並且將這4種載荷與相應的應變量建立了對應關係。合理的應變量會刺激皮質骨的增生,隨後通過改變骨組織的量、密度、彈性模量等,降低應變量,降低到不能引起骨反應增生的程度。當應力超過6.9xlON/n™2時,會導致細胞的破壞;當應力為2.48x10N/mn?時,會引起骨組織的增生。

只有保持應力的一定節律,才能起到增強骨組織的目的。有研究表明,短時的反復載荷可以使實驗組骨組織橫截面積增加24%,而靜止加載或沒有加載組的骨面積則減少13%。體內、外實驗均顯示,只有動態、反復的應力加載,才能引起有效的細胞代謝變化,這種變化與應力的頻率、大小、持續時間都有關系。

到目前為止,已經建立了一些通過體外實驗檢測細胞因應變產生的生物學效應的方法,大部分實驗都是將被測試的細胞培養在具有一定彈性的薄膜上,如聚四氟乙烯(Teflon)、膠原等,通過空氣或液壓改變薄膜的體積,將應變傳遞到生長在薄膜上的細胞,造成細胞形態的改變,來考察細胞生物學性能的變化。

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