關(guān)節(jié)的生物力學(xué)

1、會計學(xué)1關(guān)節(jié)的生物力學(xué)關(guān)節(jié)的生物力學(xué)第1頁/共50頁第1頁/共50頁第2頁/共50頁第2頁/共50頁第3頁/共50頁第3頁/共50頁第4頁/共50頁第4頁/共50頁第5頁/共50頁例如：肩關(guān)節(jié)能負(fù)擔(dān)整個上肢的重量（約為體重的1/20），若破壞了肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)囊，則不能負(fù)擔(dān)。第5頁/共50頁第6頁/共50頁第6頁/共50頁第7頁/共50頁第7頁/共50頁第8頁/共50頁第8頁/共50頁第9頁/共50頁應(yīng)力時間第9頁/共50頁第10頁/共50頁第10頁/共50頁第11頁/共50頁第11頁/共50頁第12頁/共50頁關(guān)節(jié)軟骨破壞的情況，紅箭示：正常的關(guān)節(jié)軟骨面，綠箭示：增生肥厚的髕下脂肪囊，黃箭示：關(guān)

2、節(jié)軟骨大部分被坡壞，表面充滿肥厚的炎癥性血管翳，關(guān)節(jié)軟骨的壞死呈海浪狀。第12頁/共50頁第13頁/共50頁1、肩關(guān)節(jié)解剖：思考：什么是肩關(guān)節(jié)？第13頁/共50頁第14頁/共50頁什么是肩關(guān)節(jié)：廣義：指肱骨、肩胛骨、鎖骨及其附屬結(jié)構(gòu)組成的多種連接復(fù)合體?；りP(guān)節(jié)：盂肱、胸鎖、肩鎖關(guān)節(jié)等。骨-肌-骨連接：肩胛骨與胸壁的肌肉連接等。肩峰與肱骨大結(jié)節(jié)之間構(gòu)成的“肩峰下關(guān)節(jié)”（又稱第二肩關(guān)節(jié)），以及喙鎖等關(guān)節(jié)。從運(yùn)動的角度上看，肩關(guān)節(jié)是一個多結(jié)構(gòu)的機(jī)能復(fù)合體。狹義的肩關(guān)節(jié)是指盂肱關(guān)節(jié)。第14頁/共50頁第15頁/共50頁2、肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動形式：、前屈、后伸：前屈角度一般大于90，后伸45。、外展、內(nèi)收：

3、、上舉、下降：、旋內(nèi)、旋外：、水平屈、伸：第15頁/共50頁第16頁/共50頁3、構(gòu)成：球窩關(guān)節(jié)，兩關(guān)節(jié)面面積差很大；關(guān)節(jié)囊松弛；運(yùn)動中的穩(wěn)定性：主要靠三角肌和肩袖肌的作用維持：三角肌的作用：主要起懸吊作用；喙肱韌帶限制過度旋內(nèi)、外；盂肱韌帶限制過度前屈和后伸。思考：肩關(guān)節(jié)外展時，其啟動肌是哪塊？第16頁/共50頁第17頁/共50頁（2）、盂肱關(guān)節(jié)的力學(xué)特征：、應(yīng)力：盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動時，肌拉力存在兩種力效剪應(yīng)力和正應(yīng)力，其中剪應(yīng)力在體育運(yùn)動中會產(chǎn)生傷害作用，如脫臼。、“過肩運(yùn)動”：指肘關(guān)節(jié)高于肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動。舉例：投擲類運(yùn)動：如標(biāo)槍、棒球、鉛球、扔手榴彈等，會對肩關(guān)節(jié)產(chǎn)生應(yīng)力，同時對肱骨產(chǎn)生高速的扭

4、轉(zhuǎn)載荷。比如：棒球運(yùn)動。球重140克。肱骨遠(yuǎn)側(cè)端產(chǎn)生逆時針運(yùn)動，近側(cè)端產(chǎn)生順時針運(yùn)動，從而對肱骨產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。思考：如何避免？第17頁/共50頁第18頁/共50頁、盂肱節(jié)律：指肱骨、肩胛骨的運(yùn)動是聯(lián)動的。在外展30以內(nèi)，每外展15，肩胛骨上回旋5；在大于30時，每外展10，肩胛骨上回旋5。、肱二頭肌長頭腱腱鞘炎：指肱骨不過肩時，肱骨外展而肩胛骨不動，易發(fā)生大結(jié)節(jié)與肩峰之間的研磨，導(dǎo)致肱二頭肌長頭腱損傷。第18頁/共50頁第19頁/共50頁、上肢開放運(yùn)動鏈的力學(xué)特征：肩部連接與支點(diǎn)作用；肩部載荷來源：上肢的自身重量；外界作用負(fù)荷。F=ma，有些運(yùn)動如乒乓球、羽毛球，復(fù)合小，但產(chǎn)生的a大，那么對肩

5、關(guān)節(jié)的負(fù)荷就大。第19頁/共50頁第20頁/共50頁4、鎖骨的生物學(xué)意義：鎖骨的存在，產(chǎn)生對肩胛骨的支撐，使上肢遠(yuǎn)離身體中線。所以：鎖骨對增加上肢靈活性的意義很大。當(dāng)然，暴露了，也易損傷。如：肩著地，導(dǎo)致鎖骨骨折。第20頁/共50頁第21頁/共50頁（二）、髖關(guān)節(jié)：1、髖關(guān)節(jié)解剖：第21頁/共50頁第22頁/共50頁2、運(yùn)動：從髂股韌帶（限后伸）、坐股韌帶（限內(nèi)收、旋內(nèi)）、恥股韌帶（限外展、旋外）來分析限制其某方向的運(yùn)動。第22頁/共50頁第23頁/共50頁臀中肌的外展作用。前屈的動力來源為髂腰肌。提供肌力來源，單關(guān)節(jié)肌大于多關(guān)節(jié)肌第23頁/共50頁第24頁/共50頁3、髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)性力學(xué)特性：

6、、股骨頸：存在的意義：增加關(guān)節(jié)運(yùn)動的幅度。特別是前屈和后伸。股骨頸連接股骨干和股骨頭，形成兩個角度。頸干角：頸與干的夾角。嬰兒約為150，成人范圍110-140，大多數(shù)人為125-135。第24頁/共50頁第25頁/共50頁股骨頸與股骨干長軸形成一個夾角，叫頸干角，正常頸干角125135，平均127。正常的頸干角是保持髖關(guān)節(jié)正常功能的必要條件。頸干角140稱為髖外翻。髖內(nèi)翻和髖外翻都會干擾髖關(guān)節(jié)的力學(xué)環(huán)境，影響髖關(guān)節(jié)的功能。 第25頁/共50頁第26頁/共50頁前傾角：股骨頸的中軸線與股骨兩髁中點(diǎn)間的連線形成一個角度，稱之。成年人約為1215度。 第26頁/共50頁第27頁/共50頁、穩(wěn)定性：

7、肌肉的作用，如：臀中肌癱瘓，導(dǎo)致走路雙支撐變單支撐，出現(xiàn)步態(tài)不穩(wěn)，即：鴨步。、髖關(guān)節(jié)受力：第27頁/共50頁第28頁/共50頁（三）膝關(guān)節(jié)：1、膝關(guān)節(jié)的解剖：特點(diǎn)：頭大，盂平淺，應(yīng)該不穩(wěn)定，但是由于一些輔助結(jié)構(gòu)的存在，膝關(guān)節(jié)很少脫位。前方的髕韌帶的力矩，肌拉力線的改變股四頭肌拉力力的方向作用。外側(cè)韌帶不與關(guān)節(jié)囊相連，內(nèi)側(cè)韌帶則相連。半月板的損傷：特別是下肢處于半蹲旋轉(zhuǎn)蹬伸的狀態(tài)時。檢測半月板損傷的實(shí)驗(yàn)：研磨實(shí)驗(yàn)。檢測較差韌帶損傷的實(shí)驗(yàn)：抽屜實(shí)驗(yàn)。第28頁/共50頁第29頁/共50頁2、運(yùn)動：（1）、屈伸：130；（2）、旋內(nèi)、旋外：屈膝90時，（橢圓關(guān)節(jié)變球窩關(guān)節(jié)），運(yùn)動范圍最大，旋內(nèi)10，旋

8、外40。思考：為什么？股骨髁的解剖特點(diǎn)：股骨髁的前后徑大于左右徑，其前部呈橢圓形后部呈球形，因此膝關(guān)節(jié)為橢圓關(guān)節(jié)和球窩關(guān)節(jié)。其前部的運(yùn)動幅度較小，主要作用為承重；后部的運(yùn)動幅度大，可以在膝關(guān)節(jié)屈90的情況下做旋內(nèi)、外。股骨髁的外側(cè)部分的長軸與矢狀面一致，內(nèi)側(cè)部分的長軸與矢狀面約呈22角。第29頁/共50頁第30頁/共50頁3、股脛外側(cè)角與、股脛外側(cè)角與Q角：角：股脛外側(cè)角：指股骨干長軸與脛骨縱軸相交形成的角度稱股脛外側(cè)角，大約為174，即膝關(guān)節(jié)大約有6的外翻角。 Q角是股四頭肌力線和髕韌帶力線的夾角，即從髂前上嵴到髕骨中點(diǎn)的連線為股四頭肌力線，髕骨中點(diǎn)至脛骨結(jié)節(jié)最高點(diǎn)連線為髕韌帶力線，兩線所形

9、成的夾角為Q角，國人正常Q角在11-18。 第30頁/共50頁第31頁/共50頁4、受力與關(guān)節(jié)穩(wěn)定：第31頁/共50頁第32頁/共50頁第32頁/共50頁第33頁/共50頁（四）、脊柱：1、脊柱的解剖：生理彎曲的意義：調(diào)節(jié)重心，減震，支撐臟器等。椎間盤的結(jié)構(gòu)及功能：彎曲載荷。2、脊柱的運(yùn)動：第33頁/共50頁第34頁/共50頁第34頁/共50頁第35頁/共50頁第35頁/共50頁第36頁/共50頁第36頁/共50頁第37頁/共50頁韌帶、肌腱的生物韌帶、肌腱的生物力學(xué)力學(xué)韌帶和肌腱都由致密結(jié)締組織構(gòu)成，主要含有膠原纖維、彈性纖維及成纖維細(xì)胞。其形態(tài)是細(xì)胞成分少，纖維成分多，排列緊密。所不同的是

10、人體肌腱和大多數(shù)韌帶都是以膠原纖維為主，只有項韌帶和黃韌帶是以彈性纖維為主。第37頁/共50頁第38頁/共50頁膠原纖維-拉伸試驗(yàn)彈性纖維-拉伸試驗(yàn)第38頁/共50頁第39頁/共50頁膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶的載荷第39頁/共50頁第40頁/共50頁黃韌帶拉伸試驗(yàn)韌帶在剛性增加之前，伸長變形就已達(dá)韌帶在剛性增加之前，伸長變形就已達(dá)50%，但在變形達(dá)到，但在變形達(dá)到50%之后，剛性迅速增加并之后，剛性迅速增加并使韌帶突然破壞。使韌帶突然破壞。思考：結(jié)合兩種韌帶的應(yīng)力思考：結(jié)合兩種韌帶的應(yīng)力-應(yīng)變曲線試驗(yàn)結(jié)應(yīng)變曲線試驗(yàn)結(jié)果，請大家闡述兩者與功能的適應(yīng)性。最好果，請大家闡述兩者與功能的適應(yīng)性。最好用例子解釋

11、。用例子解釋。第40頁/共50頁第41頁/共50頁由于肌腱主要由平行致密排列的膠原纖維組成，所以肌腱的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎類同于韌帶。據(jù)研究，當(dāng)小腿三頭肌收縮拉跟腱時，在160KG的范圍內(nèi)，跟腱張力變化近似呈線性關(guān)系。但肌腱比韌帶的剛性更差，強(qiáng)度更大。二、影響韌帶和肌腱力學(xué)特性的因素：第41頁/共50頁第42頁/共50頁第42頁/共50頁第43頁/共50頁、上肢開放運(yùn)動鏈的力學(xué)特征：肩部連接與支點(diǎn)作用；肩部載荷來源：上肢的自身重量；外界作用負(fù)荷。F=ma，有些運(yùn)動如乒乓球、羽毛球，復(fù)合小，但產(chǎn)生的a大，那么對肩關(guān)節(jié)的負(fù)荷就大。第43頁/共50頁第44頁/共50頁4、鎖骨的生物學(xué)意義：鎖骨的存在，

12、產(chǎn)生對肩胛骨的支撐，使上肢遠(yuǎn)離身體中線。所以：鎖骨對增加上肢靈活性的意義很大。當(dāng)然，暴露了，也易損傷。如：肩著地，導(dǎo)致鎖骨骨折。第44頁/共50頁第45頁/共50頁2、運(yùn)動：（1）、屈伸：130；（2）、旋內(nèi)、旋外：屈膝90時，（橢圓關(guān)節(jié)變球窩關(guān)節(jié)），運(yùn)動范圍最大，旋內(nèi)10，旋外40。思考：為什么？股骨髁的解剖特點(diǎn)：股骨髁的前后徑大于左右徑，其前部呈橢圓形后部呈球形，因此膝關(guān)節(jié)為橢圓關(guān)節(jié)和球窩關(guān)節(jié)。其前部的運(yùn)動幅度較小，主要作用為承重；后部的運(yùn)動幅度大，可以在膝關(guān)節(jié)屈90的情況下做旋內(nèi)、外。股骨髁的外側(cè)部分的長軸與矢狀面一致，內(nèi)側(cè)部分的長軸與矢狀面約呈22角。第45頁/共50頁第46頁/共50頁第46頁/共50頁第