Applications——Influence of Biology on Engineering

Examples are presented showing the way in which biological systems produce a range of functions which can be implemented in engineering, such as feedback-control of stiffness （muscles and nervous system）, the design of fault-free structures （trees） and damage-tolerant materials （wood） and high performance insulation （penguin feathers） and shock absorbers （hedgehog spines）.     

骨骼肌损伤修复的生理生化机制研究

为探讨新西兰兔股四头肌损伤修复过程中,按摩对骨骼肌和运动终板(MEP)损伤修复的生理生化机制,将30只雄性新西兰大白兔随机分成正常组、自然恢复组(损伤后7d(3只)、14 d和21 d三个亚组(各6只))和按摩治疗组(按摩7d和14d两个亚组(各6只)).重物打击法制作兔股四头肌急性损伤模型,H&E染色,AchE酶组化...     

骨骼肌特异表达线虫ω-3脂肪酸去饱和酶基因载体的构建与验证

根据猪α-actin基因已知DNA序列设计合成了两个特异性引物,以猪基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到α-actin 5'调控序列,然后与线虫ω-3脂肪酸去饱和酶基因cDNA、去除CMV启动子的表达载体pcDNA3.1连接构成肌肉特异性表达载体pcDNA3.1-AF,小鼠股四头肌注射该重组载体,RT-PCR检测证明...     

蛋白和抗氧化剂对离心运动后肌肉功能和疼痛的影响

大量研究证实补充蛋白质或抗氧化剂均可有效提高机体的运动能力,然而,蛋白质和抗氧化剂联用的效果尚不清楚。本研究将60只SD大鼠随机分为4组,安静组(CG)、运动组(EG)、蛋白组(PG)和蛋白+抗氧化剂组(PAG),每组15只。PG组大鼠按照0.5 g/kg的剂量灌胃乳清蛋白溶液,PAG组大鼠按照0.5 g/kg的剂量灌胃乳清蛋白和抗氧化剂(富含花青素的浆果提取物)溶液。CG和EG组大鼠灌胃等体积的蒸馏水,共灌胃1周。然后,EG、PG和PAG组大鼠进行90 min的离心运动。采用机械缩足阈值来反映各组大鼠离心运动后的肌肉酸痛程度,研究显示,离心运动48 h后,PG组和PAG组大鼠的机械缩足阈值明显高于EG组,并且PG组和PAG组高于PG组。多项研究均显示,IL-6、IL-1β、MG53和MyoD参与肌肉的损伤及修复过程。本研究检测了上述因子的变化情况,发现大鼠在离心运动48 h后,后胫骨前肌组织中IL-6、IL-1β、MG53和MyoD的蛋白表达水平均显著升高,而蛋白+抗氧化剂可显著抑制上述指标的升高。苏木精伊红(HE)染色显示,离心运动48 h后,运动组大鼠的肌纤维受损程度达39.43%,显著高于蛋白组(23.54%)和蛋白+抗氧化剂组(8.42%)。此外,蛋白和抗氧化剂可显著抑制离心运动诱导的血清肌酸激酶的升高,并提高超氧化物歧化酶的活性。本研究证实蛋白联合抗氧化剂可有效减少离心运动引起的肌肉损伤、抑制机体的炎症反应并降低肌肉酸痛程度。     

最大等速离心运动诱发肌肉损伤程度与肌酸激酶水平的关系

为探讨人体进行最大等速离心运动(ECC)诱发血液肌酸激酶(CK)水平变化、血清肌酸激酶水平与肌肉损伤(EIMD)的关系,本研究筛选出150名"缺乏运动"的健康大学生为受试者,进行血样采集,进行前测包括血清肌酸激酶(CK)、最大等长肌力(MVC)、肘关节活动角度(ROM)、上臂围(CIR)、肌肉感受(VAS)。受试者进行5组×12次最大等速离心运动,运动后恢复期,将全部受试者血清肌酸激酶值进行排序:血清肌酸激酶值最高和最低20%样本,高肌酸激酶水平组(HCK组)和低肌酸激酶水平组(low LCK组),利用SPSS18.0统计学软件,以方差分析和多元回归分析进行统计分析。本研究发现全部受试者、高肌酸激酶水平组、低肌酸激酶水平组在最大等速离心运动后各评估指标均显著高于比前测结果,p<0.05。全部受试者、高肌酸激酶水平组受试者在最大等速离心运动后各指标变化皆明显大于低肌酸激酶水平组受试者,p<0.05。受试者血清肌酸激酶峰值与最大等长肌力、肘关节活动角度、上臂围、肌肉感受最大变化值有相关,p<0.05。本研究认为肌肉损伤程度与肌酸激酶水平具有显著相关,尤其高血清肌酸激酶水平者肌酸激酶水平较大程度反映肌肉损伤程度趋势。本研究表明,肘关节活动角度、上臂围具有预测肌酸激酶峰值的效果。     

柔鱼科近缘种茎柔鱼与鸢乌贼营养生态位及相互关系

同域近缘种由于进化选择的压力,会形成不同的行为适应策略。研究同域近缘种生态位格局,有助于理解近缘物种的竞争和共存机制,是深入了解种群动态变化的基础性问题。选取东太平洋赤道海域的柔鱼科头足类近缘种茎柔鱼和鸢乌贼为研究对象,利用生物地球化学示踪物(稳定同位素和脂肪酸)分析两种头足类的营养生态位及相互关系。结果显示,茎柔鱼和鸢乌贼肌肉的部分必需脂肪酸(C18∶2n6、C20∶2n6、C20∶3n3、C20∶4n6和C20∶5n3)含量存在差异,说明二者食物来源不同,但其碳、氮稳定同位素比值无显著差异,可能是因为相同个体大小的茎柔鱼和鸢乌贼营养级相近,且摄食空间相似。这些结果在营养生态位的分析结果中也得到了验证,稳定同位素营养生态位的重叠程度高于脂肪酸营养生态位,表明脂肪酸组成更能体现同域近缘种的食性差异。本研究可加深对头足类进化过程中摄食行为适应机制的理解,并为评估同域近缘种的营养生态位关系提供有益参考。     

Sec-10 影响神经肌肉接头突触后敏感性的研究

exocyst复合物在分泌过程中起重要作用．可是分子机理尚未研究透彻．通过TMP/UV的基因敲除方法,得到了exocyst复合物中一种组分sec-10的缺陷型线虫．药学结果显示这种线虫神经信号传递存在缺陷,可是电生理的方法证明在神经肌肉接头处的已报道离子型受体和野生型相比并未发生改变．因此猜测,sec-10并未直接影响神经肌肉接头处的离子型受体,而是通过其他途径来行使功能．     

山溪鲵头部肌肉大体解剖

通过染色、解剖、观察和绘图对山溪鲵头部肌肉做了详细描述.山溪鲵头部肌肉包括头侧肌肉、头腹肌肉、眼部肌肉及喉部肌肉.其肌肉组成与有尾类头部肌肉的一般构成基本一致.从第二鳃弓游离端内侧发出一细条状肌纤维,附着在三角骨外侧末端,此种情况在以前其他有尾类肌肉系统研究中未见报道.     

pH值对FOXO1、GDF-8基因反义RNA寡核苷酸吸收的影响

研究不同pH值下,口服靶向FOXO1与GDF-8基因反义RNA寡核苷酸药物对药效的影响.化学合成靶向FOXO1与GDF-8基因的有效反义RNA寡核苷酸片段,调节药物PH值,通过灌胃方式给药,给药20 d后处死小鼠,进行体重,腿部肌肉增长情况分析.提取腿部肌肉组织总RNA,用real time PCR检测FOXO1与GDF-8基因的表达.结果表明,服用RNA oligos的试验组小鼠腿部肌肉重量均比对照组肌肉重量增长快.其中pH为7.0的RNA oligos的效果比pH为5.0的效果好, pH9.0的RNA oligos的作用效果最弱.与小鼠体重变化结果一致,real time PCR检测实验组FOXO1与GDF-8基因转录水平较对照组均有明显下降,其中服用pH为7.0的RNA oligos的下降最多.因此,口服靶向FOXO1与GDF-8基因的反义RNA寡核苷酸药物的最适pH值应为中性偏酸.     

性腺发育不同阶段野生瓯江凤鲚肌肉营养成分的分析与评价

研究旨在针对不同性腺发育阶段(Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ期)野生瓯江凤鲚(Coiliamystus)性腺发育情况和肌肉营养成分进行分析与评价。研究表明: 在雌、雄野生瓯江凤鲚性腺从Ⅰ期发育至Ⅴ期的过程中, 成熟系数呈现上升趋势, 凤鲚卵巢的GSI值是精巢GSI值的5倍。在卵巢发育Ⅰ—Ⅴ期, 粗脂肪含量显著下降, 粗蛋白和水分显著上升(P<0.05); 在精巢发育Ⅰ—Ⅴ期, 粗脂肪含量显著上升, 粗蛋白和水分显著下降(P<0.05), 灰分含量先升后降, 说明野生瓯江凤鲚在卵巢发育过程中脂肪为主要供能物质。雌凤鲚肌肉在卵巢发育Ⅰ—Ⅴ期显著上升(P<0.05), 雄凤鲚肌肉氨基酸含量在精巢发育Ⅰ—Ⅴ期显著下降(P<0.05)。但各性腺发育阶段氨基酸组成相对稳定, 雌、雄鱼肌肉总必需氨基酸/总氨基酸分别为(37.88±0.32)%—(41.66±0.44)%和(40.30±0.69)%—(40.94±0.29)%。依据氨基酸评分(AAS)和化学评分(CS)标准, 不同性腺发育阶段的野生瓯江雌、雄凤鲚肌肉中第一限制性氨基酸均为色氨酸, 第二限制性氨基酸均为甲硫氨酸(Met)和胱氨酸(Cys)。在卵巢发育Ⅰ—Ⅴ期, 性腺发育阶段含量最丰富的C16﹕0和C18﹕1呈下降趋势, 可能是作为主要的供能脂肪酸。多不饱和脂肪酸的主要脂肪酸DHA在卵巢发育中呈现先上升后下降趋势。在精巢发育Ⅰ—Ⅴ期, 多不饱和脂肪酸呈现下降趋势。因此, 在繁殖过程中, 野生瓯江凤鲚雌雄鱼的发育特征和肌肉营养组成变化规律及差异与生殖洄游产卵的繁殖习性密切相关。