時(shí)間:2023-03-06 16:03:42
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起重機(jī)械可以廣泛的應(yīng)用到各類工程施工,尤其是大型材料的運(yùn)送,起重機(jī)械的應(yīng)用,可以有效的提高施工效率,推動(dòng)相關(guān)工程的順利完成。現(xiàn)階段,起重機(jī)械主要采用PLC控制系統(tǒng)的控制方式,在提高控制水平的基礎(chǔ)上,增加起重機(jī)械運(yùn)行的效率性和安全性,規(guī)避安全隱患的發(fā)生。但是在實(shí)際的PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用時(shí),會(huì)受到一些干擾的影響,不但會(huì)影響PLC控制的信息傳遞和控制水平,甚至可能引起安全事故的發(fā)生。為此,在分析PLC控制的同時(shí),需要強(qiáng)化對(duì)抗干擾問(wèn)題的分析,提高起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行水平,推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。
1 起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)及其電磁干擾分析
1.1 PLC在起重機(jī)械中的應(yīng)用
PLC控制系統(tǒng)主要采用串行通信的方式,針對(duì)起重機(jī)械的運(yùn)行情況進(jìn)行控制,使得起重機(jī)械可以執(zhí)行相關(guān)的執(zhí)行的作業(yè),提高起重機(jī)械的運(yùn)行效率,規(guī)避安全隱患。其中,PLC控制系統(tǒng),可以對(duì)起重機(jī)械的運(yùn)動(dòng)、過(guò)程和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行落控制,構(gòu)建良好的運(yùn)動(dòng)控制模塊等,發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的功能性,提高起重機(jī)械的運(yùn)行質(zhì)量。此外,PLC控制系統(tǒng)可以完成數(shù)據(jù)的處理任務(wù),并結(jié)合串行通信的方式,實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用到起重機(jī)械中,對(duì)其的功能性和運(yùn)行穩(wěn)定性具有良好推動(dòng)作用。
1.2 起重機(jī)械的PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾
PLC控制系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中,會(huì)受到內(nèi)部因素和外部因素的影響,使得PLC控制的效率和控制的質(zhì)量不能得到保障,影響控制系統(tǒng)的效果。其中電磁干擾是干擾的主要因素。由于干擾源的存在,會(huì)使得PLC系統(tǒng)中的通信部分和測(cè)量部分存在誤差,也就會(huì)導(dǎo)致操作人員輸入的相關(guān)指令不能得到有效的實(shí)施,影響PLC控制的質(zhì)量和控制的效率,導(dǎo)致安全問(wèn)題的產(chǎn)生。因此,在實(shí)際的起重機(jī)械應(yīng)用的過(guò)程中,需要重視對(duì)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾分析,科學(xué)的進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì),減少控制系統(tǒng)的干擾問(wèn)題。
2 PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾主要來(lái)源
2.1 空間的輻射干擾
空間輻射干擾主要來(lái)源電力系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程和感應(yīng)雷、無(wú)線電廣播等的存在,會(huì)導(dǎo)致空間輻射干擾產(chǎn)生。由于輻射干擾的來(lái)源較為廣泛,對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成的影響較為直接,導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性受到影響。空間輻射干擾主要是對(duì)PLC內(nèi)部的電路感應(yīng)和通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)造成影響,致使PLC控制系統(tǒng)的功能性不能得到發(fā)揮,導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。
2.2 起重機(jī)械系統(tǒng)外引線的干擾
傳導(dǎo)干擾是現(xiàn)代起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)中,最為常見(jiàn)的干擾問(wèn)題,也是最為嚴(yán)重的干擾問(wèn)題,影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全,其中主要有電源的干擾和信號(hào)線引入的干擾等,干擾的來(lái)源不同,但同樣會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)械的運(yùn)行質(zhì)量受到影響。其中電源干擾,主要來(lái)自于電力系統(tǒng)的相關(guān)波動(dòng),會(huì)通過(guò)輸電線路傳遞到起重機(jī)械的電源中,也就會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)械的電源出現(xiàn)干擾。對(duì)于信號(hào)線引入的干擾,主要是由于PLC中需要通過(guò)各類信號(hào)傳輸線,而這些信號(hào)線會(huì)導(dǎo)致各類干擾的入侵,使得信號(hào)之間互相干擾,最終導(dǎo)致PLC控制的質(zhì)量不能得到保障。此外,接地系統(tǒng)混亂的干擾同樣會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成影響,當(dāng)接地系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂時(shí),會(huì)使得系統(tǒng)中的電位發(fā)生變化,致使電位差的產(chǎn)生,也就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)感應(yīng)電流,由于耦合現(xiàn)象的發(fā)生,使得PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)或數(shù)據(jù)錯(cuò)亂的現(xiàn)象,制約PLC控制系統(tǒng)的可靠性。
2.3 PLC內(nèi)部的干擾
PLC控制系統(tǒng)是由諸多電氣元件構(gòu)成的,在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中,各類電氣元件之間會(huì)有電流通過(guò),而這一過(guò)程中,會(huì)導(dǎo)致電氣元件之間出現(xiàn)電磁輻射。由于輻射是相互的,會(huì)使得電氣元件的運(yùn)行質(zhì)量受到影響,制約系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,導(dǎo)致控制不夠合理的情況發(fā)生。PLC內(nèi)部的干擾是普遍存在的,對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾也是十分明顯的,為此,需要經(jīng)過(guò)有效的控制。
3 起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施
3.1 科學(xué)的設(shè)備選型
針對(duì)PLC控制系統(tǒng)中,切實(shí)存在干擾的情況,在實(shí)際的起重機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)元件的選擇時(shí),需要重視設(shè)備的抗干擾能力,使得設(shè)備本身具有良好的抗干擾效果,使得電磁干擾影響設(shè)備的運(yùn)行的效果降低。此外,PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要明確系統(tǒng)的抗干擾等級(jí),并根據(jù)工作場(chǎng)所的干擾強(qiáng)度,合理的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建,降低干擾對(duì)控制系統(tǒng)控制效果的影響。對(duì)于起重機(jī)械的電纜部分,需要根據(jù)不同的信號(hào)類型,選擇適宜的電纜類型,并采用平行敷設(shè)的方式,避免電纜間的交叉和雜亂的情況。
3.2 嚴(yán)格的控制電源
電源的可靠性,對(duì)PLC控制系統(tǒng)具有十分明顯的影響,尤其是起重機(jī)械,需要合理的對(duì)獨(dú)立電源進(jìn)行設(shè)置,減少電力系統(tǒng)中的電流對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成影響。還可以選擇具有良好隔離性能的電源,抑制電源的波動(dòng)情況。例如:UPS電源應(yīng)用到起重機(jī)械中,可以有效的提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3.3 科學(xué)的對(duì)接地進(jìn)行控制,規(guī)避接地混亂
針對(duì)起重機(jī)械的PLC系統(tǒng)的實(shí)際情況,需要重視對(duì)接地點(diǎn)的選擇,使得接地點(diǎn)的選擇有效合理,滿足PLC控制系統(tǒng)的實(shí)際需求,提高系統(tǒng)的可靠性。通常情況下,提高系統(tǒng)的抗干擾的能力可以采用直接接地、浮地接地的方式,促使接地水平和接地質(zhì)量的提升。并合理的對(duì)接地線之間的距離和走向進(jìn)行控制,采用單獨(dú)接地的方式,避免解讀出現(xiàn)混亂的情況。
3.4 嚴(yán)格的對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行控制
空間輻射帶來(lái)的起重機(jī)PLC電磁干擾,需要強(qiáng)化對(duì)起重機(jī)機(jī)械作業(yè)環(huán)境的控制。結(jié)合工程建設(shè)項(xiàng)目的基本情況,選擇適宜的位置進(jìn)行起重機(jī)械的組裝,減少作業(yè)環(huán)境對(duì)起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)的干擾。需要由專業(yè)的勘察人員,提前展開(kāi)相關(guān)勘察活動(dòng),獲得工程現(xiàn)場(chǎng)的基本情況,對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)存在的干擾源進(jìn)行標(biāo)記,并結(jié)合干擾源的干擾范圍,合理的展開(kāi)起重機(jī)械的布置工作,使得起重機(jī)械可以有效的避免臨近高壓線、信號(hào)塔、無(wú)線電發(fā)射設(shè)備。此外,還需要嚴(yán)格的對(duì)周邊車輛進(jìn)行控制,由于車輛的啟動(dòng)對(duì)PLC會(huì)造成干擾,控制周邊車輛的運(yùn)行。減少作業(yè)環(huán)境對(duì)起重機(jī)械的PLC控制系統(tǒng)的影響,發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的功能性。
4 結(jié)束語(yǔ)
起重機(jī)械是現(xiàn)代工程中的重要部分,承擔(dān)重物運(yùn)送,提高施工的效率和施工的質(zhì)量。在實(shí)際的PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行中,會(huì)受到系統(tǒng)內(nèi)部和外部的因素導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)干擾問(wèn)題。為此,需要分析干擾的主要來(lái)源,并制定有效的應(yīng)對(duì)措施,提高起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力,實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械的功能性提升,推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]岳志剛,洪文杰.PLC在電力起重機(jī)械中的應(yīng)用分析[J].硅谷,2013,2:165-166.
引言
機(jī)械手是一種能夠自動(dòng)定位,用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作的機(jī)器。目前機(jī)械手常采用電力驅(qū)動(dòng)的方式,采用伺服電機(jī)控制,通過(guò)伺服電機(jī),將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或者直線位移,達(dá)到控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的目的[2]。機(jī)械手的核心是控制系統(tǒng),為了實(shí)現(xiàn)高精度快速跟蹤和減少不確定性因素的干擾,必須采取合適的控制策略。除了外界的擾動(dòng)和系統(tǒng)自身的不確定性,由于機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)處存在相互耦合,使得機(jī)械手的非線性特性十分明顯,難以建立數(shù)學(xué)模型。文章介紹了通過(guò)把滑??刂坪妥赃m應(yīng)理論相結(jié)合的方法對(duì)雙關(guān)節(jié)機(jī)械手設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)滑膜控制器,以提高伺服精度,克服抖震問(wèn)題,減少干擾誤差,實(shí)現(xiàn)機(jī)械手高精度位置跟蹤控制。
1 雙關(guān)節(jié)機(jī)械手動(dòng)力學(xué)方程
文章選用雙關(guān)節(jié)機(jī)械手進(jìn)行研究,對(duì)于雙關(guān)節(jié)機(jī)械手,它的動(dòng)力學(xué)方程為:
(1)
它是一種非線性微分方程,其中,q=[q1 q2]T,?子=[?子1 ?子2]T,H,C,G是與?琢、?茁、?著、?濁相關(guān)的矩陣。其中?琢、?茁、?著和?濁為與機(jī)械手物理參數(shù)相關(guān)的常數(shù)[6]。對(duì)上面的方程進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q,取a=[?琢 ?茁 ?著 ?濁]T,■=[■ ■ ■ ■]T。令■=■-a,由于a為常數(shù)向量,則 。則有
2 控制器的設(shè)計(jì)
一般的控制方法如PID控制,對(duì)線性系統(tǒng)模型能取得較理想的控制效果,但機(jī)械手系統(tǒng)是一個(gè)高耦合,不確定性很強(qiáng)的非線性系統(tǒng),在實(shí)際控制過(guò)程中,如機(jī)械手負(fù)載發(fā)生變化時(shí),傳統(tǒng)的PID控制不能使系統(tǒng)達(dá)到較好的動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能。因此,文章設(shè)計(jì)一種強(qiáng)魯棒性的自適應(yīng)滑模控制器,使系統(tǒng)能快速,準(zhǔn)確的跟蹤期望軌跡。
根據(jù)式(1),假設(shè)?琢、?茁、?著和?濁為未知常數(shù),取誤差■(t)=q(t)-qd(t),
定義■r=■d-?撰■, ,其中,?撰=■■,?姿1和?姿2均大于零。設(shè)計(jì)滑模函數(shù)為: (2),設(shè)計(jì)控制器為:?子=■(q)■r+■(q,■)■r+■(q)-Kds(3),其中,Kd為對(duì)角矩陣,由于H為正定陣,設(shè)計(jì)Lyapunov函數(shù)為:V=■sTHs+■■■??!銎渲校孔榇笥诹愕膶?duì)角矩陣[7]。將控制律式(3)代入上式,得■=sT(■■r+■■r+■-Kds-Cs)+■sT■s+■■?祝 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)力學(xué)方程的線性化特性,有: ,Y
依據(jù)前面方程分析計(jì)算可得。于是 設(shè)計(jì)
自適應(yīng)律為: (4),則 ,從而可知當(dāng)t∞時(shí),■0。符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
3 仿真結(jié)果分析
被控對(duì)象采用式(1),?。孔?6.7,?茁=3.4,?著=3.0,?濁=0,兩關(guān)節(jié)指令分別為qd1=sin(2?仔t)和qd2=sin(2?仔t)??刂坡珊妥赃m應(yīng)律分別采用式(3)和式(4)。?。孔?■■,Kd=■■,?祝為單位對(duì)角矩陣,被控對(duì)象初始狀態(tài)為[1 0 1 0],結(jié)果如圖1和圖2所示。
圖1 第一個(gè)關(guān)節(jié)的角度和角速度跟蹤
圖2 第二個(gè)關(guān)節(jié)的角度和角速度跟蹤
由圖1和圖2可以看出,系統(tǒng)在0.5s之前,跟蹤信號(hào)與理想信號(hào)有一定的誤差,這是信號(hào)跟蹤的過(guò)程需要一定的時(shí)間,并且跟蹤信號(hào)與理想信號(hào)之間的誤差是成遞減趨勢(shì),誤差范圍也是在可允許范圍之內(nèi)。0.5s之后,跟蹤信號(hào)曲線就幾乎與理想曲線重合,表明采用自適應(yīng)滑??刂圃O(shè)計(jì)的控制器使系統(tǒng)響應(yīng)速度有所提高,克服了系統(tǒng)的抖震問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了高精度位置跟蹤。
4 結(jié)束語(yǔ)
文章針對(duì)機(jī)械手耦合程度高,難于建立數(shù)學(xué)模型,且控制過(guò)程中容易產(chǎn)生振蕩,控制精度有待提高等問(wèn)題,對(duì)機(jī)械手的系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的描述,建立了動(dòng)力學(xué)方程。應(yīng)用變結(jié)構(gòu)控制理論和自適應(yīng)控制理論相結(jié)合的方法,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于機(jī)械手雙關(guān)節(jié)處控制的自適應(yīng)滑??刂破鳎岣吡似渌欧?。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,自適應(yīng)滑??刂破鞯膽?yīng)用使雙關(guān)節(jié)機(jī)械手系統(tǒng)消除了系統(tǒng)的抖震,提高了系統(tǒng)魯棒性,實(shí)現(xiàn)了高精度位置跟蹤。
參考文獻(xiàn)
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[關(guān)鍵詞] 17-β雌二醇; 流體剪切力; 協(xié)同作用; 成骨細(xì)胞
[中圖分類號(hào)] Q 25 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.01.016 正常狀態(tài)下骨形成與骨吸收處于一種平衡狀態(tài),該平衡是由成骨細(xì)胞介導(dǎo)的新骨形成和破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。MC3T3-E1細(xì)胞株是成骨分化研究中的經(jīng)典細(xì)胞株,很多學(xué)者將其用于骨形成機(jī)制的研究[1]。影響成骨及破骨細(xì)胞增殖及活性的因素有很多,雌激素和應(yīng)力是影響成骨細(xì)胞活性及增殖的重要因素[2]。
研究[3-4]表明:雌激素對(duì)成骨細(xì)胞的功能有促進(jìn)作用。還有學(xué)者[5]發(fā)現(xiàn):流體剪切力(fluid shear stress,F(xiàn)SS)能夠活化成骨細(xì)胞的跨膜受體,促進(jìn)成骨細(xì)胞增
殖。Yeh等[6]通過(guò)研究證實(shí):雌激素可以通過(guò)雌激素受體增加成骨細(xì)胞對(duì)FSS的敏感性。本實(shí)驗(yàn)采用MC3T3-E1成骨細(xì)胞系,對(duì)其施加不同濃度的17-β雌二醇及不同力值的FSS,探討17-β雌二醇、FSS以及二者共同作用對(duì)成骨細(xì)胞增殖活性的影響。
1 材料和方法
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
MC3T3-E1第3代細(xì)胞株(ADCC公司,美國(guó))。17-β雌二醇、二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)、MTT(Sigma公司,美國(guó)),胰蛋白酶(Gibco公司,美國(guó)),含105 U?L-1青霉素及100 mg?L-1鏈霉素的α-MEM培養(yǎng)基、胎牛血清(Gibco公司,美國(guó)),堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)試劑盒(南京建成生物有限公司),Triton X-100(Fluka公司北京原生生物
技術(shù)有限公司分裝)。Multiskan MK3酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀(Thermo公司,美國(guó)),平行板流室加力裝置(四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院FSS課題組提供)。
1.2 細(xì)胞培養(yǎng)及傳代
將第3代MC3T3-E1細(xì)胞系用α-MEM培養(yǎng)基(含體積分?jǐn)?shù)為10%胎牛血清、105 U?L-1青霉素及100 mg?L-1鏈霉素)在37 ℃、5%CO2潮濕環(huán)境下培養(yǎng),2~3 d換
液1次,待細(xì)胞均勻一層鋪滿培養(yǎng)瓶底部時(shí),用0.25%胰蛋白酶消化獲得細(xì)胞,用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 17-β雌二醇處理分組 將用于17-β雌二醇處理的細(xì)胞等分為A、B、C、D、E共5組,每組再分為4個(gè)小組,分別標(biāo)記為A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4……以此類推。在A、B、C、D組的培養(yǎng)基中分別添加濃度為10-10、10-9、10-8、10-7 mol?L-1的17-β雌二醇,每一大組的4個(gè)小組分別培養(yǎng)1、3、5、7 d。E組為對(duì)照組,不加17-β雌二醇,其余處理同實(shí)驗(yàn)組。設(shè)置30個(gè)重復(fù)樣本。
1.3.2 FSS處理分組 將用于FSS處理的細(xì)胞等分為a、b、c、d、e、f共6組,每組再分為3個(gè)小組,分別標(biāo)記為a1、a2、a3、b1、b2、b3……以此類推。將各組細(xì)胞接種于放置在六孔板中的蓋玻片上,移入細(xì)胞培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)至細(xì)胞完全貼壁。采用平行板流室加力裝置分批次對(duì)a、b、c、d、e組細(xì)胞分別施加每平方厘米力值為2×10-5、6×10-5、12×10-5、20×10-5、25×10-5 N的力,每組中3個(gè)小組的作用時(shí)間分別為15、60、120 min。f組為對(duì)照組,不施加FSS,其余處理同實(shí)驗(yàn)組。設(shè)置30個(gè)重復(fù)樣本。
1.3.3 FSS+17-β雌二醇雙因素處理分組 經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)篩選出17-β雌二醇的最佳濃度和最佳培養(yǎng)天數(shù)后,設(shè)置雙因素作用組Ⅰ、FSS組Ⅱ、17-β雌二醇組Ⅲ、對(duì)照組Ⅳ。各組細(xì)胞的接種方法同1.3.2,其中Ⅰ、Ⅲ組添加最佳濃度的17-β雌二醇進(jìn)行培養(yǎng),Ⅱ、Ⅳ組添加等量DMSO培養(yǎng),常規(guī)培養(yǎng)經(jīng)1.3.1步驟篩選出的最佳天數(shù)后,Ⅰ、Ⅱ組施加經(jīng)1.3.2步驟篩選出的最佳力值及時(shí)間。設(shè)置30個(gè)重復(fù)樣本。
1.3.4 MTT檢測(cè) 在規(guī)定時(shí)間內(nèi),將實(shí)驗(yàn)樣本用0.25%胰蛋白酶消化獲取懸浮細(xì)胞,將細(xì)胞分別置于EP管離心5 min,接種于96孔板中,添加適量培養(yǎng)基,靜置培養(yǎng)6 h至細(xì)胞完全貼壁后,每孔加入5 g?L-1的MTT溶液20 μL,37 ℃繼續(xù)孵育4 h,終止培養(yǎng),小心吸棄孔內(nèi)培養(yǎng)上清液,每孔加入150 μL DMSO,置搖床上低速振蕩10 min,使結(jié)晶物充分溶解,然后置于酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀上檢測(cè),波長(zhǎng)為490 nm,記錄光密度A值。空白對(duì)照組做相同處理。
1.3.5 ALP活性檢測(cè) 獲取細(xì)胞及接種方法同上,根據(jù)ALP試劑盒的說(shuō)明,分別加入試劑1、2液50 μL離心5 min后加入試劑3液50 μL,置于酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀上檢測(cè),選擇520 nm波長(zhǎng),記錄吸光度A值??瞻讓?duì)照組做相同處理。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,同一時(shí)間組內(nèi)比較采用單因素方差分析,不同時(shí)間組間兩兩比較使用秩和檢驗(yàn),檢驗(yàn)水準(zhǔn)為雙側(cè)α=0.05。
2 結(jié)果
2.1 17-β雌二醇處理組
不同濃度17-β雌二醇作用不同時(shí)間后,經(jīng)MTT檢測(cè)得到的A值見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn):同一處理時(shí)間,C組(10-8 mol?L-1組)多優(yōu)于其他實(shí)驗(yàn)組,實(shí)驗(yàn)組多優(yōu)于E組(對(duì)照組);各處理時(shí)間組的表現(xiàn)趨勢(shì)相同,均隨著17-β雌二醇濃度的增高,成骨細(xì)胞活性增強(qiáng),達(dá)到高峰后逐漸回落。各時(shí)間組的增長(zhǎng)百分比結(jié)果見(jiàn)圖1,可見(jiàn)各時(shí)間段的曲線趨勢(shì)大致相同,隨著17-β雌二醇濃度的升高,曲線升高,達(dá)到峰值后開(kāi)始回落,其中5、7 d組中D組(10-7 mol?L-1組)呈現(xiàn)明顯負(fù)增長(zhǎng),5 d組中C組(10-8 mol?L-1組)明顯高于其他各組。
ALP結(jié)果的分析趨勢(shì)與MTT相同,表現(xiàn)為C3組成骨細(xì)胞分化活性最佳。
2.2 FSS處理組
2.2.1 細(xì)胞形態(tài)觀察 倒置相差顯微鏡下觀察可見(jiàn):FSS作用前細(xì)胞呈多角形、梭形,排列無(wú)序(圖2左);
FSS作用后細(xì)胞呈長(zhǎng)梭形,細(xì)胞長(zhǎng)軸沿力的方向排列(圖2右)。
2.2.2 MTT檢測(cè)結(jié)果 不同力值的FSS作用不同時(shí)間后,MTT檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2:每個(gè)作用時(shí)間組內(nèi),隨著力值增大,A值呈上升趨勢(shì),到達(dá)高峰后,隨著力值繼續(xù)增大,A值則呈下降趨勢(shì);在3組數(shù)據(jù)中,作用60 min組明顯高于其他組。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn),1組(作用15 min組)內(nèi)各實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意
義(P>0.05);2組(作用60 min組)內(nèi),c2組(12×10-5 N)優(yōu)于其他各組,e2組(25×10-5 N)低于對(duì)照組(P
2.2.3 ALP檢測(cè)結(jié)果 ALP檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,ALP的變化趨勢(shì)與MTT結(jié)果基本相同,c2組(12×10-5 N作用60 min)成骨細(xì)胞的增殖活性最佳。
2.3 FSS+17-β雌二醇雙因素處理組
將篩選出的最佳濃度(10-8 mol?L-1)17-β雌二醇和最佳FSS力值(12×10-5 N)用作雙因素處理,不同處理組的MTT和ALP檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。MTT數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示:Ⅰ組大于其他3組(P0.05),但均大于對(duì)照組(P
3 討論
隨著我國(guó)國(guó)民結(jié)構(gòu)的老齡化,骨質(zhì)疏松患病率的增高、骨折危險(xiǎn)性的增加及牙齒缺失后牙槽骨的吸收都成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)亟需解決的問(wèn)題。如何維持骨改建的平衡,促進(jìn)骨的生長(zhǎng)和重建,抑制或減緩骨吸收成為近年研究的熱點(diǎn)。影響骨改建的因素很多,
雌激素和FSS刺激是其中2個(gè)重要的因素[2],目前關(guān)
于這2種因素影響骨改建的研究也是一大熱點(diǎn)。
雌激素是由卵巢分泌的一種性激素,能夠維持機(jī)體的生理功能,可用來(lái)治療由于雌激素缺乏所導(dǎo)致的各種疾病。這種替代療法已得到普遍應(yīng)用。雌二醇可以通過(guò)雌激素受體抑制成骨細(xì)胞凋亡,促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖,提高ALP活性,促使骨基質(zhì)礦化。有研究[7]發(fā)現(xiàn):成骨細(xì)胞是雌二醇的直接靶器官。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:成骨細(xì)胞的活性并不始終與17-β雌二醇的濃度呈正相關(guān)關(guān)系,在17-β雌二醇濃度為10-8 mol?L-1作用5 d時(shí),細(xì)胞的增殖活性最佳,而隨著濃度的繼續(xù)升高,增殖活性開(kāi)始降低。
機(jī)械應(yīng)力是影響骨改建的另一個(gè)重要因素,適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力刺激能夠促進(jìn)骨組織的生長(zhǎng)。在骨改建過(guò)程中,成骨細(xì)胞的增殖和分化有重要的作用。吳丹等[8]研究證實(shí):FSS作用于成骨細(xì)胞后,其增殖能力提高,細(xì)胞活性增強(qiáng)。本研究結(jié)果表明:對(duì)體外培養(yǎng)的MC3T3-E1細(xì)胞施加FSS,力值為12×10-5 N作用60 min時(shí),其促增殖效果最明顯;加力后可見(jiàn)細(xì)胞長(zhǎng)軸沿力的方向排列。FSS施加力值和時(shí)間長(zhǎng)短不同,成骨細(xì)胞的反應(yīng)也不同。隨著力加載時(shí)間的延長(zhǎng),成骨細(xì)胞對(duì)應(yīng)力的敏感性減弱,這可能與其逐步適應(yīng)了應(yīng)力刺激有關(guān)。當(dāng)力值較大時(shí),細(xì)胞活性反而降低,提示過(guò)大的應(yīng)力非但不能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖反而會(huì)抑制其生長(zhǎng)活性。在有關(guān)成骨細(xì)胞的體外研究中,應(yīng)注意FSS強(qiáng)度的取值范圍。
Genetos等[9]研究證實(shí):骨小管內(nèi)液體的流動(dòng)對(duì)
成骨細(xì)胞的作用主要由剪應(yīng)力介導(dǎo)。FSS加載裝置有很多種,平行板流室加載系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在平行板流動(dòng)小室里,能夠達(dá)到層流和二維流動(dòng),通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵來(lái)提供穩(wěn)定有效的FSS,而且設(shè)備輕便,培養(yǎng)基更換方便,易于培養(yǎng),易于鏡下觀察,加力所需培養(yǎng)基的量也較少。本實(shí)驗(yàn)所采用的四川大學(xué)獲取專利的FSS加載裝置能夠精確地控制力值的大小[10],較好地模擬了體內(nèi)骨組織的成骨細(xì)胞受到的應(yīng)力狀態(tài),其施加的FSS大小均一,并且可以調(diào)節(jié)到很小的范圍,得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有代表性。
成骨細(xì)胞受到10-8 mol?L-1的17-β雌二醇和12×10-5 N的力影響時(shí),細(xì)胞增殖活性明顯高于單純施加10-8 mol?L-1的17-β雌二醇和單純施加12×10-5 N的加力組,提示17-β雌二醇和FSS對(duì)成骨細(xì)胞具有協(xié)同作用。這可能與二者提高了成骨細(xì)胞對(duì)彼此的敏感性有關(guān),亦有可能與二者共同促進(jìn)某一離子通道的開(kāi)放或者激活某一信號(hào)通路有關(guān)。
綜上所述,由本實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論:濃度為10-8 mol?L-1的17-β雌二醇作用5 d時(shí),成骨細(xì)胞的增殖活性優(yōu)于其他17-β雌二醇處理組;FSS力值為12×10-5 N作用60 min時(shí),成骨細(xì)胞的增殖活性大于其他FSS處理組;當(dāng)二者同時(shí)作用于成骨細(xì)胞時(shí),其增殖活性大于任一單因素處理組,此雙因素具有協(xié)同作用。本實(shí)驗(yàn)為探討體外培養(yǎng)成骨細(xì)胞的骨代謝相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路提供了一定的參考。
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