生体外疲労試験による骨の疲労特性評価および骨の疲労特性と圧電特性の関連性の解明

利用体外疲劳试验评价骨疲劳特性并阐明骨疲劳特性与压电特性之间的关系

基本信息

批准号：
11750087
负责人：
山本衛
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kinki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750087/
关键词：
骨繰り返し負荷圧電特性疲労特性

项目摘要

骨組織に力学的負荷を作用させると,分極によって電荷が誘起される圧電現象を示すことが知られており,この現象が骨の形成・吸収に大きな影響を及ぼしているといわれている.しかしながら,骨に作用する力学的負荷と,それによって生じる圧電位との定量的な関係は調べられていない.そこで本研究では,力学的負荷が骨の圧電特性に及ぼす影響について定量的に検討した.成熟日本白色家兎の大腿骨に2本の電極を導電性接着剤を用いて固定した後,種々の条件の力学的負荷を骨に作用させ,発生する圧電位を測定した.まず,6N,40N,120Nの静的荷重を作用させると,それぞれ約4mV,10mV,10mVの圧電位が生じ,この結果より,低荷重領域では負荷の増大に伴い圧電位も増加するが,高荷重領域では負荷を増加させても圧電位に変化が生じないことが明らかになった.また,周波数4Hzの繰り返し負荷を,18N,44Nの2種類のピーク荷重で骨に作用させる実験を行い,その結果,繰り返し数1×10^2までならばピーク荷重時に生じる圧電位は常にほぼ一定であることが分かった.さらに,ピーク荷重34Nで,繰り返し周波数を0.1Hz,1Hz,5Hzの3種類に変化させて,圧電位の計測を行ったところ,繰り返し周波数の相違による圧電位の違いはみられなかったが,周波数の大きな繰り返し負荷を作用させた場合に,ピーク荷重が作用する前に圧電位がピークに達するという極めて興味深い現象が確認された.以上のような本研究の結果より,骨に生じる圧電位が最も有効に発生する負荷条件が存在する可能性が示唆された.今後は,より詳細な負荷条件を設定した実験を行うことで,負荷条件と圧電位の定量的な関係を完全に明らかにし,これにより骨の機能維持に最適な負荷条件を探求するための新しい知見が得られるものと推察される.

众所周知，当对骨组织施加机械载荷时，会表现出通过极化而感应出电荷的压电现象，据说这种现象对骨形成和吸收之间的定量关系有重大影响。尚未研究作用在骨骼上的机械载荷以及由此产生的压电势。因此，在本研究中，我们定量研究了机械载荷对骨骼压电特性的影响，将两个电极引入日本成人的股骨中。白兔。使用电粘合剂固定后，对骨施加各种条件下的机械载荷，并测量产生的压电电势。首先，当施加6N、40N和120N的静载荷时，4mV、10mV、10mV压电电势结果表明，在低负载区域，压电电势随着负载的增加而增加，但在高负载区域，即使负载增加4Hz、18N，压电电势也不会变化。我们进行了一项实验，将两种类型的 44N 峰值载荷施加到骨骼上，结果发现，峰值载荷处产生的压电势在重复次数为 1×10^2 之前几乎恒定。当通过将重复频率改变为0.1Hz、1Hz和5Hz三种类型来测量34N的压电势时，没有观察到由于重复频率的差异而导致的压电势的差异，但发现压电势没有变化。由于动作时的重复频率不同，证实了一个极其有趣的现象，即压电电势在施加峰值负载之前达到峰值。本研究的上述结果表明，未来可能存在某种负载条件，在该负载条件下，骨骼中产生的压电电势最有效。下一步，我们将进行更详细的加载条件的实验，以充分阐明加载条件与压电势之间的定量关系，从而确定维持骨功能的最佳加载条件，推测将获得探索的新知识。