颞下颌关节盘围限压缩力学的动物实验
作者：康宏 包广洁 董玙 朱任之 易新竹 巢永烈 陈孟诗
单位：康宏、包广洁、董玙、朱任之 730000 兰州医学院口腔系；易新竹、巢永烈 华西医科大学口腔医学院；陈孟诗 四川大学生物力学研究所
关键词：
中华口腔医学杂志990621 对关节盘生物力学性质的了解目前多限于理论分析，关于关节盘作为颞下颌关节囊内应力缓冲器的观点尚缺乏实验依据。我们用猪关节盘作为实验材料，参考Nickel和Mclachlan的实验应力值[1]及猴TMJ承载的最大力值[2]，用围限压缩力学实验方法对关节盘的粘弹性和渗透性进行了研究。
1. 材料和方法：①动物来源和试件制备：选健康杂种猪4头，雌雄各半，年龄(12±2)月，口颌器官无明显异常。动物处死后1小时内切取其双侧颞下颌关节盘，以林格氏液冲去表面滑膜液，沿垂直于盘表面的方向用不同直径(2 mm、3 mm、4 mm)的不锈钢冲头，分别切取关节盘前带、中带、后带各区的小圆柱形试件共54个。②压缩刚度和渗透系数K值的确定：实验在围限压缩仪(美国产传感元件，四川大学生物力学研究所装配)上进行，将试件置于与其内径相同的刚性小室中，瞬时加载，同步记录蠕变曲线100 s，通过下式近似确定组织平衡模量和试件受压2s时的压缩刚度：E=σ/ε，式中σ为轴向应力，ε为轴向应变。按照二相理论公式[3]，对关节盘蠕变实验曲线进行拟合，求出关节盘受压时的渗透系数K值。
, http://www.100md.com
2. 结果： 在0.07MPa应力水平，关节盘前、中、后带承受压缩载荷2 s时的压缩刚度分别为(4.48±1.39)MPa、(3.93±1.17)MPa、(6.31±1.70)MPa，盘后带压缩刚度最大；渗透系数K值分别为(0.272±0.123)×10-12m4/NS、(0.030±0.015)×10-12m4/NS、(0.042±0.014)×10-12m4/NS，中带和后带的K值明显低于前带。在0.30MPa水平，前带、中带、后带刚度增至(14.07 ±2.58)MPa、(16.68 ±2.17)MPa、(14.00 ±2.45)MPa，渗透系数为(0.017±0.008)×10-12m4/NS, (0.012±0.005)×10-12m4/NS, (0.005±0.002)×10-12m4/NS，各带之间刚度无差异而渗透系数减小。
, 百拇医药
3. 讨论：由于关节盘承受压缩载荷的时间与咀嚼周期同步，本项实验采用试件受压2 s时的压缩刚度代表关节盘组织抗变形的能力。研究表明，关节盘在0.07 MPa的低应力水平时，各带之间压缩刚度并不相同，后带大于前带和中间带。在0.30MPa应力水平时，随应力值增大，压缩刚度迅速增高且各区域刚度非常接近。二相理论认为，关节软骨是一种非线性多孔可渗透性组织，关节软骨间隙液的流动决定着其力学性能、营养和润滑作用。由于颞下颌关节盘为纤维软骨，其间隙液量远较透明软骨小，故其渗透性也很低；在低应力状态下盘中后带的渗透性更低。这是否与生理状态下中后带承受着更大的压力有关，尚待进一步验证。我们认为，应力增大时关节盘各带的渗透性普遍下降，说明通过液体流出，固体基质共同承担了压力，有利于关节盘抵抗压缩及冲击载荷。关节盘通过对其渗透性和刚度的调节来缓冲外界压缩和冲击载荷，可更好地完成其作为应力缓冲器的功能。
甘肃省中青年基金资助课题(ZS981-A23-60Y)
参考文献
, 百拇医药
1 Nickel JC, Mclachlan KR. In vitro measurement of the stress-distribution properties of the pig temporomandibular joint disc. Arch Oral Biol, 1994, 39: 439-446.
2 Inuzuka SI, Niwa KI. Direct measurement of the TMJ loading in monkey using a micropressure-sensor composed of hydroxyapatite/lead-zirconate-titanate laminated ceramics. Dent Jap, 1998, 34: 81-86.
3 Mow VC, Kuei SC, Lai WM, et al. Biphasic creep and stress relaxation of articular cartilage in compression: Theory and experiment. ASME J Biomech Eng, 1980, 102: 73-76.
(收稿：1998-09-11 修回：1999-04-20), 百拇医药
单位：康宏、包广洁、董玙、朱任之 730000 兰州医学院口腔系；易新竹、巢永烈 华西医科大学口腔医学院；陈孟诗 四川大学生物力学研究所
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中华口腔医学杂志990621 对关节盘生物力学性质的了解目前多限于理论分析，关于关节盘作为颞下颌关节囊内应力缓冲器的观点尚缺乏实验依据。我们用猪关节盘作为实验材料，参考Nickel和Mclachlan的实验应力值[1]及猴TMJ承载的最大力值[2]，用围限压缩力学实验方法对关节盘的粘弹性和渗透性进行了研究。
1. 材料和方法：①动物来源和试件制备：选健康杂种猪4头，雌雄各半，年龄(12±2)月，口颌器官无明显异常。动物处死后1小时内切取其双侧颞下颌关节盘，以林格氏液冲去表面滑膜液，沿垂直于盘表面的方向用不同直径(2 mm、3 mm、4 mm)的不锈钢冲头，分别切取关节盘前带、中带、后带各区的小圆柱形试件共54个。②压缩刚度和渗透系数K值的确定：实验在围限压缩仪(美国产传感元件，四川大学生物力学研究所装配)上进行，将试件置于与其内径相同的刚性小室中，瞬时加载，同步记录蠕变曲线100 s，通过下式近似确定组织平衡模量和试件受压2s时的压缩刚度：E=σ/ε，式中σ为轴向应力，ε为轴向应变。按照二相理论公式[3]，对关节盘蠕变实验曲线进行拟合，求出关节盘受压时的渗透系数K值。
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2. 结果： 在0.07MPa应力水平，关节盘前、中、后带承受压缩载荷2 s时的压缩刚度分别为(4.48±1.39)MPa、(3.93±1.17)MPa、(6.31±1.70)MPa，盘后带压缩刚度最大；渗透系数K值分别为(0.272±0.123)×10-12m4/NS、(0.030±0.015)×10-12m4/NS、(0.042±0.014)×10-12m4/NS，中带和后带的K值明显低于前带。在0.30MPa水平，前带、中带、后带刚度增至(14.07 ±2.58)MPa、(16.68 ±2.17)MPa、(14.00 ±2.45)MPa，渗透系数为(0.017±0.008)×10-12m4/NS, (0.012±0.005)×10-12m4/NS, (0.005±0.002)×10-12m4/NS，各带之间刚度无差异而渗透系数减小。
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3. 讨论：由于关节盘承受压缩载荷的时间与咀嚼周期同步，本项实验采用试件受压2 s时的压缩刚度代表关节盘组织抗变形的能力。研究表明，关节盘在0.07 MPa的低应力水平时，各带之间压缩刚度并不相同，后带大于前带和中间带。在0.30MPa应力水平时，随应力值增大，压缩刚度迅速增高且各区域刚度非常接近。二相理论认为，关节软骨是一种非线性多孔可渗透性组织，关节软骨间隙液的流动决定着其力学性能、营养和润滑作用。由于颞下颌关节盘为纤维软骨，其间隙液量远较透明软骨小，故其渗透性也很低；在低应力状态下盘中后带的渗透性更低。这是否与生理状态下中后带承受着更大的压力有关，尚待进一步验证。我们认为，应力增大时关节盘各带的渗透性普遍下降，说明通过液体流出，固体基质共同承担了压力，有利于关节盘抵抗压缩及冲击载荷。关节盘通过对其渗透性和刚度的调节来缓冲外界压缩和冲击载荷，可更好地完成其作为应力缓冲器的功能。
甘肃省中青年基金资助课题(ZS981-A23-60Y)
参考文献
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1 Nickel JC, Mclachlan KR. In vitro measurement of the stress-distribution properties of the pig temporomandibular joint disc. Arch Oral Biol, 1994, 39: 439-446.
2 Inuzuka SI, Niwa KI. Direct measurement of the TMJ loading in monkey using a micropressure-sensor composed of hydroxyapatite/lead-zirconate-titanate laminated ceramics. Dent Jap, 1998, 34: 81-86.
3 Mow VC, Kuei SC, Lai WM, et al. Biphasic creep and stress relaxation of articular cartilage in compression: Theory and experiment. ASME J Biomech Eng, 1980, 102: 73-76.
(收稿：1998-09-11 修回：1999-04-20), 百拇医药