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骨代谢生化指标及其对骨再造阈值的影响

作　者: 王燕
导　师: 郭同彤
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 力学
关键词: 骨代谢 骨再造 骨再造阈值方程 生化指标 骨密度 有限元
分类号: Q66
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


骨代谢性疾病是骨基质和骨细胞代谢的一种不平衡状态，是由于骨组织中骨细胞的活动或钙、磷等矿物质含量的变化而引起的。国内外学者认为生物力学因素可以影响机体的骨代谢过程。骨代谢相关生化指标的变化必然会引起骨骼力学特性的改变，进而导致骨质疏松、类风湿性关节炎等骨代谢性疾病。不少骨代谢生化指标与骨骼力学特性之间的定性关系已经在国内外的相关研究中得到验证。然而，到目前为止，仍然没有骨代谢生化指标与骨骼力学特性之间定量关系的研究。因此，本文的目的是建立多种骨代谢生化指标与骨组织层次力学特性之间的“动态”定量关系，从而可以提前预测疾病的发生，并及早预防。本文以骨再造理论为指导，主要采用了两种研究方法，即动物实验、有限元模拟。第一步，提出17个可以使骨骼力学特性发生变化的生化指标；第二步，从大量的相关文献中找到17个生化指标各自影响骨代谢的定量实验数据，并确定在每一个研究生化指标对骨代谢的影响时实验起始点和结束点老鼠体内17个生化指标的含量；第三步，计算每一个生化指标影响骨密度所对应的骨再造阈值，采用将生化指标影响骨密度的实验数据带入骨再造方程来求解的方法；第四步，建立多种骨代谢生化指标与骨骼力学特性的定量关系，利用多元线性回归模型，将每一个生化指标影响骨密度的骨再造阈值和老鼠体内生化指标含量的变化带入所提出的骨再造阈值方程，得到骨再造阈值关于17个生化指标的多元线性回归方程；第五步，利用有限元模拟验证所提出骨再造阈值方程的合理性。本文在验证骨再造阈值方程的合理性时所采用的实验数据来自于在清华大学深圳研究生院所做的SD（Sprague-Dawley的缩写）大鼠实验，即11个月大的SD大鼠在患I型糖尿病以后0、3、6、9周的骨密度；有限元模型是利用此实验中11个月大的健康SD大鼠右侧股骨所建立的骨小梁多孔模型。第一步，利用所得到的骨再造阈值方程计算I型糖尿病SD大鼠对应的骨再造阈值；第二步，编写并运行骨再造程序；第三步，进行骨再造模拟，得到正常大鼠在I型糖尿病大鼠所对应骨再造阈值下的骨密度0.4921g/cm3；第四步，将有限元模拟得到的骨密度与I型糖尿病大鼠9周时的骨密度进行比较，并加以分析讨论，得到的结论是本文所提出的骨再造阈值方程是合理的。本文首次提出了骨代谢生化指标与骨组织力学层次之间的定量关系研究，并建立了骨再造阈值关于17个生化指标的多元线性回归方程，利用有限元模拟验证了其合理性，为相关疾病的预测和预防提供了一定的理论支持。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 研究目的和意义  11-12
  1.3 国内外在该方向的研究现状  12-16
    1.3.1 国内研究现状  12-13
    1.3.2 国外研究现状  13-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-18
第2章 理论基础  18-24
  2.1 骨组织  18-19
    2.1.1 骨基质  18
    2.1.2 细胞  18-19
  2.2 骨再造理论  19-21
  2.3 骨代谢  21-23
    2.3.1 骨代谢的定义  21
    2.3.2 骨代谢的调节  21-22
    2.3.3 生化指标对骨代谢的影响  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章 生化指标影响骨代谢的实验数据  24-38
  3.1 影响骨代谢的生化指标  24
  3.2 生化指标影响骨代谢的机理及其分类  24-28
    3.2.1 生化指标影响骨代谢的机理  24-26
    3.2.2 生化指标影响骨代谢机理的分类  26-27
    3.2.3 生化指标之间的相互作用  27-28
  3.3 生化指标对成年鼠骨密度的影响  28-31
  3.4 生化指标在骨密度实验鼠体内的含量  31-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章 骨再造阈值方程的建立  38-51
  4.1 骨再造理论的选择  38-39
  4.2 生化指标与机体骨再造的联系  39
  4.3 骨再造阈值的计算  39-44
    4.3.1 生化指标对应初始应变能密度的计算  39-43
    4.3.2 生化指标对应骨再造阈值的计算  43-44
  4.4 多元线性回归  44-47
    4.4.1 多元线性回归模型  44-46
    4.4.2 多元回归参数的估计  46-47
  4.5 骨再造阈值方程  47-50
    4.5.1 骨再造阈值方程的提出  47
    4.5.2 骨再造阈值方程的确定  47-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章 骨再造阈值方程的验证  51-58
  5.1 验证骨再造阈值方程的模型和数据  51-52
    5.1.1 有限元模型  51
    5.1.2 实验数据  51-52
  5.2 骨再造阈值方程的验证  52-57
    5.2.1 I 型糖尿病大鼠骨再造阈值的计算  52
    5.2.2 骨再造程序  52-56
    5.2.3 有限元模拟的结果  56-57
  5.3 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-65
致谢  65

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中图分类: > 生物科学 > 生物物理学 > 生物力学
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