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​体科院范毅方教授团队在《生物工程和生物技术前沿》发表最新研究成果

时间:2020-09-09访问次数:16

 近日,我院范毅方教授团队的研究成果发表在《生物工程和生物技术前沿》(Frontiers in Bioengineering and Biotechnology)期刊上。由2019级硕士研究生余根宇为第一作者、范毅方教授为通讯作者的“鞋在拇外翻发病机制中的作用——现代人类与纳莱迪人的有限元分析” (The Role of Footwear in the Pathogenesis of Hallux Valgus: A Proof-of-Concept Finite Element Analysis in Recent Humans and Homo naledi)一文简介如下:

“拇外翻”(Hallux valgus),即第一跖趾关节(metatarsophalangeal joint)囊肿,困扰着许多成年人。关于拇外翻的发病原因尚未有定论,遗传性、获得性等多种因素均被认为是病因。用CT扫描所得第一跖趾关节角数据诊断拇外翻方法的准确性也尚未达成共识,因为在大多数情况下,关节角的大小受到扫描姿势的影响,导致测量不准确。在这项研究中,假设拇外翻主要为获得性疾病,而穿鞋是诱使拇外翻发病的重要因素。为了验证假设,团队以赤足纳莱迪人(Homo naledi)的足骨化石为样本,重建纳莱迪人第一跖趾关节有限元(finite element)模型,并比较分析五名穿鞋摔跤运动员的跖趾关节有限元模型(十个有限元模型分别来自时间间隔约为18个月的两次扫描)。纳莱迪人赤足行走,且籽骨槽为平行状,因此其第一跖趾关节是研究分析的理想模型。本研究提出了第一跖趾关节结构变换方法,建立了纳莱迪人和摔跤运动员的第一跖趾关节关节囊模型。在第一跖趾关节内侧设置约束来模拟穿鞋条件,而赤足情况下无内侧约束。通过结构变换方法分析纳莱迪人第一跖趾关节八个不同角度的有限元模型,结果表明:在模拟穿鞋状态时,即使是关节角在的情况下,第一跖趾关节囊的内侧也有集中应力存在,随着关节角增大,集中应力明显增加。根据应力-生长关系,这也许是拇外翻发病的原因。接下来,我们创设了一种定位摔跤运动员第一跖趾关节的方法,并建立两个时间点的CT扫描模型。除一名运动员外,其他运动员的第一跖趾关节角均有增大,最大增幅为4.03°。这验证了假设的正确性,即拇外翻可能是由穿鞋引起的。下一步还需要进行更大样本量的纵向研究来验证结果,并确定穿鞋对拇外翻发展的影响程度。

全文链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2020.00648/full 

 

论文不仅被SCIE(Science Citation Index Expanded)、SSCI(Social Science Citation Index)EI(Engineering Village)收录,还被多篇论文选为扩充阅读(Further reading)材料,如:

https://www.nature.com/articles/262460a0

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1345-6

https://www.nature.com/articles/ncomms9432

https://www.nature.com/articles/nature03052

 

扩充阅读:

穿简易的鞋能够治愈拇外翻?

https://mp.weixin.qq.com/s/DH3pP9gYkKr6bDlRWRzONA 

重建纳莱迪人的第一跖趾关节

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2019.00167/full