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，当机械载荷被施加到骨组织上时，是压电现象是通过极化引起的电荷的，据说这种现象对骨形成和吸收产生了重大影响。然而，尚未研究作用于骨头上的机械负荷与由其产生的压电电势之间的定量关系。因此，在这项研究中，我们定量检查了机械负荷对骨压电特性的影响。两个电极被引导到成熟的日本白兔子的股骨。用电粘着粘合剂固定后，将机械载荷在各种条件下施加到骨头上，以测量压电电势。首先，当施加6n，40n和120n的静态载荷时，分别分别为4MV，10MV和10MV的压电电势，结果表明，结果表明，在低负载的区域中，压电势会随着负载增加而增加的负载，而在高负载中增加了负载，甚至没有变化的负载。此外，在18N的频率下重复的4Hz载荷我们进行了一个实验，在该实验中，将骨骼用两个峰值载荷施加为44N，并发现在峰值载荷期间产生的压电电势始终几乎是恒定的，重复数为1×10^2。此外，当通过34N测量压电电位时，重复频率更改为0.1 Hz，1 Hz和5 Hz，并且测量了压电电位，尽管重复频率差异差异，但当大量频率载荷时，在应用大量频率时，压电电位差异没有差异。这项研究的结果表明，最有效地产生了骨骼中产生的压电电势的负载条件。将来，据估计，通过进行更详细的负载条件的实验，将充分揭示负载条件与压电电位之间的定量关系，这将提供新的发现，以探索维持骨骼功能的最佳负载条件。