骨骼的生物力學(xué)課件

1、侯文軒 41111109 資源1104骨骼的生物力學(xué)讓我們來(lái)看看幾張生物骨骼的圖片骨的結(jié)構(gòu)前臂和手的生物力學(xué)模型舉物時(shí)腰部生物力學(xué)模型身體各部舒適姿勢(shì)的調(diào)節(jié)范圍骨的載荷（一）骨的載荷載荷即為外力，是一物體對(duì)另一物體的作用。 人體在運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)時(shí)，骨要承受不同方式的載荷。當(dāng)力和力矩以不同方式施加于骨時(shí)，骨將受到拉伸a、壓縮b、彎曲c、剪切d、扭轉(zhuǎn)e和復(fù)合f等載荷。持續(xù)載荷對(duì)骨也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。即骨受到持續(xù)低載荷作用一段時(shí)間后，其組織會(huì)產(chǎn)生緩慢變形或蠕變。在加載后的最初數(shù)小時(shí)（68小時(shí)），其蠕變現(xiàn)象最顯著，隨后蠕變的速率則會(huì)降低。一般而言，骨承受壓力負(fù)荷的能力最大，其次是拉力、剪切力和扭轉(zhuǎn)力。骨所

2、受的正常生理負(fù)荷是這些力的綜合。三、骨的應(yīng)力與應(yīng)變 骨力學(xué)包含二個(gè)最基本的元素，即應(yīng)力和應(yīng)變。（一）骨的應(yīng)力概念：當(dāng)外力作用于骨時(shí)，骨以形變產(chǎn)生內(nèi)部的阻抗以抗衡外力，即是骨產(chǎn)生的應(yīng)力。特點(diǎn)：應(yīng)力的大小等于作用于骨截面上的外力與骨橫斷面面積之比，單位為Pascal(Pa=N/m2)，即牛頓/平方米。計(jì)算公式：種類(lèi)：根據(jù)作用于骨的力不同，其內(nèi)部分別會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，如壓應(yīng)力、拉壓力等。作用：應(yīng)力對(duì)骨的改變、生長(zhǎng)和吸收起著調(diào)節(jié)作用，應(yīng)力不足會(huì)使骨萎縮，應(yīng)力過(guò)大也會(huì)使骨萎縮。 因此，對(duì)于骨來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)最佳的應(yīng)力范圍。（二）應(yīng)變概念：骨的應(yīng)變是指骨在外力作用下的局部變形。其大小等于骨受力后長(zhǎng)度的變化量

3、與原長(zhǎng)度之比，即形變量與原尺度之比。一般以百分比來(lái)表示(下圖)。由壓力、形變和樣本的大小計(jì)算出應(yīng)力和應(yīng)變的大小當(dāng)骨承受了很重的力并超出其耐受應(yīng)力與應(yīng)變的極限時(shí)，便可造成骨骼損傷甚至發(fā)生骨折。（三）應(yīng)力-應(yīng)變曲線 表示應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系。 應(yīng)力-應(yīng)變曲線分成兩個(gè)區(qū)：彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)。 在彈性變形區(qū)內(nèi)的載荷不會(huì)造成永久性形變（如骨折）。 彈性區(qū)末端點(diǎn)或塑性區(qū)初始點(diǎn)稱(chēng)屈服點(diǎn)。 該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是產(chǎn)生骨最大應(yīng)力的彈性形變，亦稱(chēng)為彈性極限。 塑性區(qū)：屈服點(diǎn)以后的區(qū)。 此時(shí)已出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損壞和永久變形。 當(dāng)載荷超過(guò)彈性極限后，骨發(fā)生斷裂即骨折。導(dǎo)致骨折所需的應(yīng)力叫骨的最大應(yīng)力或極限強(qiáng)度。在應(yīng)力-應(yīng)變曲

4、線彈性區(qū)的斜率叫彈性模量或楊氏模量(Youngs Modules)，表示材料抗形變的能力。一般而言，彈性模量是一個(gè)常數(shù)。彈性模量越大，產(chǎn)生一定應(yīng)變所需的應(yīng)力越大。3.抗壓力強(qiáng)、抗張力差骨對(duì)縱向壓縮的抵抗最強(qiáng)，即在壓力情況下不易損壞，在張力情況下易損壞。 4.耐沖擊力和持續(xù)力差骨對(duì)沖擊力的抵抗比較小。同其他材料相比，其持續(xù)性能、耐疲勞性能較差。5.應(yīng)力強(qiáng)度的方向性皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)不同，承受的力量及兩者的剛度也不同。皮質(zhì)骨的剛度比松質(zhì)骨大，變形程度則較之要小。兩者的各向異性對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)在不同方向各不相同。6.骨的強(qiáng)度和剛度1）骨強(qiáng)度是指骨在承受載荷時(shí)所具有的足夠的抵抗破壞的能力，以致不發(fā)生破壞

5、。在壓縮載荷的試驗(yàn)中，載荷變形曲線能反映結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三個(gè)參數(shù)是：結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的載荷;結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的變形;結(jié)構(gòu)在破壞前所能貯存的能量。2）骨的剛度是指骨具有足夠的抵抗變形的能力。在某種載荷作用下，骨雖不發(fā)生斷裂，但如果變形過(guò)大，往往會(huì)影響骨結(jié)構(gòu)與功能。骨結(jié)構(gòu)的剛度由彈性范圍內(nèi)的曲線斜率表示影響骨強(qiáng)度與剛度的因素有：.壓應(yīng)力肌收縮時(shí)所產(chǎn)生的壓應(yīng)力能防止拉伸骨折的發(fā)生；.骨的大小和形狀骨的橫截面積的大小及骨組織在骨中軸周?chē)姆植?、形狀等均可影響骨?qiáng)度和剛度。如骨試件在壓縮時(shí)，和剛度也越大。破壞載荷及剛度的大小與橫截面積成正比。五、骨折的生物力學(xué)骨的完整性或連續(xù)性中斷時(shí)稱(chēng)骨折。 常見(jiàn)原因有：直接暴力、間接暴力、肌拉力、積累勞損及骨骼疾病。（一）骨折的生物力學(xué)原理1.骨受拉伸載荷所致的骨折其斷裂的機(jī)理主要為骨組織結(jié)合線的分離和骨單位的脫離。臨床上，拉伸載荷所致的骨折常見(jiàn)于骨松質(zhì)，表現(xiàn)形式多為撕裂性骨折。如跟腱附著點(diǎn)附近的跟骨骨折。2.骨受壓縮載荷所致的骨折 其機(jī)制主要是骨單位的斜行破裂。 如運(yùn)動(dòng)員在單杠失手或跳傘落地技術(shù)不正確時(shí)所導(dǎo)致的胸腰椎骨折，其原因大多是由高處落下臀部著地時(shí)受瞬間沖力引起。瞬間沖力沿縱向擠壓，產(chǎn)生椎體的壓縮骨折，椎體在高壓縮載荷下發(fā)生縮短且變寬。壓縮載荷所致的骨折常見(jiàn)于椎體3.骨受剪切載荷所致的骨折當(dāng)一對(duì)相距很短、方向相反的力的作用于骨時(shí)