1.2.2 模型实验

模型实验方法是通过人体组织或器官的替代品来完成相关实验，进行定量研究的一种方法。人类离体标本是与有生命的人体最为接近的事物，是人体科学研究的重要工具。在新鲜人类离体标本中，保存有完整的骨、软骨、韧带和关节结构。在尸体标本中，虽然肌肉的活性丧失，但其结构以及与其他组织的解剖关系仍被完整地保留下来，其被动力学性能也未发生改变。所以，在生物力学研究中，离体实验是一种重要的手段。

在Withrow等人[4]的实验中，采用11具膝关节离体标本来研究在着陆时前交叉韧带牵张与冲击力、股四头肌力和膝关节屈曲角度的关系。Hashemi等[5]通过巧妙的实验设计，应用离体实验来研究在着陆运动中膝关节前交叉韧带的非接触性损伤机制。新加坡国立大学的研究者们应用人类离体实验，研究反复着陆冲击载荷对前交叉韧带失效的影响，以及离体膝关节软骨损伤的程度和分布[6]。

虽然人类离体标本实验具有一定优越性，但是标本来源有限，实验成本较高。由于动物具有与人类类似的解剖结构和组织力学性质，可以在一定程度上代替人体进行实验。新加坡国立大学使用猪膝关节离体标本研究在着陆冲击时前交叉韧带损伤对关节软骨的影响[7]。另外，他们也采用细胞活性评估、甘油氨基聚糖和胶原成分测定、组织学、免疫组织化学和μCT等方法通过猪标本来评价着陆动作引起的膝关节软骨损伤和退行性改变[8]。

无论是人类离体标本，还是在体的或离体的动物模型，都是有生命的人体的天然替代品，但是其应用往往受到相关法律、法规、宗教或伦理限制。另外，对实验标本的构成很难人为进行控制，不同标本之间的个体差异性比较大，对实验结果构成影响的因素比较多。在冲击生物力学中，也经常采用机械的，带有加速度传感器的假人来作为真实人体的替代品。一般来说，在人体突然遭受冲击时，人体的神经肌肉系统来不及做出相应自主反应，例如在车祸、非自主跌落中，这时候假人能够在相当程度上模拟组织器官的生物力学响应。但是，在具有自主调节姿势、神经肌肉收缩以对抗冲击的着陆动作中，假人的使用效果并不理想。这也是这种方法极少应用在着陆生物力学研究中的原因。