第一節(jié)骨運(yùn)動(dòng)學(xué)骨的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性演示文稿

第一節(jié)骨運(yùn)動(dòng)學(xué)骨的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性演示文稿當(dāng)前第1頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)優(yōu)選第一節(jié)骨運(yùn)動(dòng)學(xué)骨的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性當(dāng)前第2頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)骨的生物力學(xué)特性1骨的功能適應(yīng)性2

二、骨的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性

當(dāng)前第3頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)（一）骨的生物力學(xué)特性

1.骨的承載能力

衡量骨承載能力的三要素：

第一，要求骨有足夠的強(qiáng)度。即指骨在承載負(fù)荷的情況下抵抗破壞的能力。

第二，要求骨有足夠的剛度。

即指骨在外力作用下抵抗變形的能力。

第三，要求骨有足夠的穩(wěn)定性。

即指骨保持原有平衡形態(tài)的能力。當(dāng)前第4頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

2.骨的載荷及變形人體在日常生活與運(yùn)動(dòng)中都會(huì)對(duì)機(jī)體的每塊骨產(chǎn)生復(fù)雜的力。即骨會(huì)承受來自多方的不同形式的載荷。當(dāng)前第5頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)（1）骨的載荷

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。當(dāng)前第6頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

1）拉伸載荷

在骨的兩端受到一對(duì)大小相等、方向相反沿軸線的力的作用。骨受力后，能夠?qū)е鹿趋纼?nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力和應(yīng)變，使骨伸長(zhǎng)并同時(shí)變細(xì)。例如在進(jìn)行吊環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)上肢骨被拉伸。

當(dāng)前第7頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)2）壓縮載荷

是施加于骨組織表面的兩個(gè)沿軸線的大小相等、方向相對(duì)的載荷。該載荷在骨組織內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力和應(yīng)變。如舉重運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴后上肢和下肢骨被壓縮。當(dāng)前第8頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)3）彎曲載荷

是使骨沿其軸線發(fā)生彎曲形變的載荷。例如當(dāng)脊柱前屈或后伸時(shí)脊柱的彎曲則為彎曲載荷。特點(diǎn)：骨骼在彎曲載荷時(shí)，其中性軸兩旁一側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，另—側(cè)則產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，在中性軸上則沒有應(yīng)力和應(yīng)變。應(yīng)力的大小與至骨骼中性軸距離成正比，即距中性軸越遠(yuǎn)，其應(yīng)力就越大。當(dāng)前第9頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)4）剪切載荷

在骨的表面受到一對(duì)大小相等、方向相反且相距很近的力的作用。在骨內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力和應(yīng)變。例如車床剪切斷肢體時(shí)即為剪切載荷。當(dāng)前第10頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)5）扭轉(zhuǎn)載荷

加在骨上并使其沿軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)的載荷即為扭轉(zhuǎn)載荷。如作轉(zhuǎn)身動(dòng)作時(shí)，下肢骨受到的扭轉(zhuǎn)作用。在生理狀態(tài)下，扭轉(zhuǎn)載荷常見于前臂、脊柱的旋轉(zhuǎn)與骨關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)中。當(dāng)骨受到扭轉(zhuǎn)時(shí)，所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力便分布在整個(gè)骨骼結(jié)構(gòu)中。當(dāng)前第11頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)6）復(fù)合載荷

人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于骨的幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，同時(shí)又受到多種不定的載荷，往往使骨處于兩種或多種載荷的狀態(tài)，即為復(fù)合載荷。如人體在受傷骨折時(shí)，往往是幾種作用力的復(fù)合。像跌倒后發(fā)生的橈骨遠(yuǎn)端骨折，便是既有剪切力又有壓縮力等多種力綜合作用的結(jié)果。當(dāng)前第12頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)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)（6～8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。骨所受的正常生理負(fù)荷是這些力的綜合。當(dāng)前第13頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)（2）骨的基本變形

骨骼在承受各種不同載荷時(shí)會(huì)發(fā)生不同程度的變形，如腰脊柱前凸即是受力變形。根據(jù)骨骼受載形式及受載后的變形形式，一般可將其變形分為拉伸、壓縮、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)等五種基本變形。當(dāng)前第14頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)3.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。（1）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：當(dāng)前第15頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)種類：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)力過大也會(huì)使骨萎縮。因此，對(duì)于骨來說，存在一個(gè)最佳的應(yīng)力范圍。當(dāng)前第16頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

（2）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)度的變化量與原長(zhǎng)度之比，即形變量與原尺度之比。一般以百分比來表示。

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。當(dāng)前第17頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)（3）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)載荷超過彈性極限后，骨發(fā)生斷裂即骨折。當(dāng)前第18頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

★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)變曲線彈性區(qū)的斜率叫彈性模量或楊氏模量（Young’sModules），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。

當(dāng)前第19頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

（4）骨應(yīng)變能量

概念：達(dá)到極限負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線下面積,表示導(dǎo)致骨折所需要的能量。一般骨的生理負(fù)荷使骨產(chǎn)生彈性變形，是彈性區(qū)內(nèi)骨所能承受應(yīng)力的大小。當(dāng)外力去除后，彈性區(qū)內(nèi)的能量能同時(shí)被骨釋放，使骨恢復(fù)原狀。但當(dāng)骨不斷受到外力重復(fù)作用時(shí)，其應(yīng)變能量不能被及時(shí)完全釋放，經(jīng)積累后可能會(huì)損壞材料的結(jié)構(gòu)，臨床上則表現(xiàn)為疲勞性骨折。當(dāng)前第20頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)4.骨的生物力學(xué)特性包括骨的材料力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)力學(xué)特性。骨的材料力學(xué)特性：是指骨組織本身的力學(xué)性能，與骨的幾何形狀無關(guān)。骨的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性：是指整個(gè)骨結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，不但與骨的材料力學(xué)特性有關(guān)而且受骨的幾何特性即形狀、尺寸等的影響。當(dāng)前第21頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)（1）骨組織的基本生物力學(xué)特性

1）各向異性

骨的結(jié)構(gòu)為中間多孔介質(zhì)的各向異性體，其不同方向的力學(xué)性質(zhì)不同，即各向異性。2）彈性和堅(jiān)固性

骨的有機(jī)成分組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使骨具有彈性，并具有抗張能力。骨的無機(jī)物填充在有機(jī)物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，使骨具有堅(jiān)固性，具有抗壓能力。

當(dāng)前第22頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)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。當(dāng)前第23頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

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。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：a.結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的載荷，

b.結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的變形，

c.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。當(dāng)前第24頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

影響骨強(qiáng)度與剛度的因素有：①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；②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圍的分布、形狀等均可影響骨強(qiáng)度和剛度。如骨試件在壓縮時(shí)，骨的橫截面面積越大，強(qiáng)度和剛度也越大。破壞載荷及剛度的大小與橫截面積成正比。當(dāng)前第25頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)7）機(jī)械力對(duì)骨的影響

機(jī)械應(yīng)力與骨組織之間存在著生理平衡。骨對(duì)生理應(yīng)力刺激的反應(yīng)是處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，應(yīng)力越大，骨組織增生和骨密質(zhì)增厚越明顯。

8）骨是人體理想的結(jié)構(gòu)材料骨具有強(qiáng)度大質(zhì)量輕的特點(diǎn)。當(dāng)前第26頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

（2）骨受載時(shí)的生物力學(xué)特性

1）骨對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)

骨對(duì)生理應(yīng)力刺激的反應(yīng)一般處于平衡狀態(tài)，應(yīng)力越大，骨的增生和密度越大，最終，又提高了骨的生理應(yīng)力能力。

密質(zhì)骨對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)：密質(zhì)骨具有很高的強(qiáng)度，其抗壓強(qiáng)度大于骨松質(zhì)，可承受較大的壓縮應(yīng)力。當(dāng)前第27頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)松質(zhì)骨對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)：骨松質(zhì)的疏松度為30％～90％，其應(yīng)力—應(yīng)變特征與密質(zhì)骨有很大差異。松質(zhì)骨在屈服之后，骨小梁進(jìn)行性斷裂，使拉力負(fù)荷很快減低，低于應(yīng)變水平。松質(zhì)骨在拉力負(fù)荷下的能量吸收能力明顯降低。當(dāng)前第28頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)2）骨密質(zhì)在受載時(shí)的生物力學(xué)特性

人類骨骼80%是皮質(zhì)骨。在受載時(shí)與骨松質(zhì)相比：骨密質(zhì)在斷裂前應(yīng)變較小，其應(yīng)變超過原長(zhǎng)的2％時(shí)就發(fā)生斷裂；而骨松質(zhì)的應(yīng)變超過7％時(shí)才斷裂；這與密質(zhì)骨的疏松度及能量?jī)?chǔ)存能力較松質(zhì)骨小有關(guān)。

當(dāng)前第29頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

3）骨松質(zhì)在受載時(shí)的生物力學(xué)特性

骨松質(zhì)具有多孔結(jié)構(gòu)而具有較高的能量?jī)?chǔ)存能力。骨松質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

骨松質(zhì)由針狀或片狀骨小梁相交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其顯微結(jié)構(gòu)分為四種基本結(jié)構(gòu)類型：針狀非對(duì)稱形開放網(wǎng)格、片狀非對(duì)稱形封閉網(wǎng)格、針狀圓柱體形開放網(wǎng)格、片狀圓柱體形封閉網(wǎng)格。當(dāng)前第30頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)骨松質(zhì)結(jié)構(gòu)特征與應(yīng)力適應(yīng)性★骨松質(zhì)的網(wǎng)格形式與其結(jié)構(gòu)密度有密切關(guān)系。不同部位骨松質(zhì)具有著不同類型的顯微結(jié)構(gòu)?！锕撬少|(zhì)的結(jié)構(gòu)密度與其所受的應(yīng)力大小成正比，在密度相對(duì)較低的骨松質(zhì)部位，骨小梁主要表現(xiàn)為開放型的針狀結(jié)構(gòu)；在密度相對(duì)較高的骨松質(zhì)部位，形成封閉式的片狀結(jié)構(gòu)；中等密度時(shí)，結(jié)構(gòu)由針狀和片狀網(wǎng)格混合而成?！锕切×旱呐帕蟹较蛞蕾囉谧饔迷诠撬少|(zhì)上的應(yīng)力的大小、方向和力的類型。當(dāng)前第31頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

骨松質(zhì)粘彈性性質(zhì)與蠕變

骨松質(zhì)具有粘彈性性質(zhì)和蠕變性質(zhì)，在一定應(yīng)力作用下，其蠕變將隨時(shí)間而變化，蠕變?cè)陂_始時(shí)速度快，繼之變慢，最后速度又變快。當(dāng)前第32頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

5.骨折的生物力學(xué)

骨的完整性或連續(xù)性中斷時(shí)稱骨折。常見原因有直接暴力、間接暴力、肌拉力、積累勞損及骨骼疾病。當(dāng)前第33頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)

（1）骨的受載形式與骨折類型的關(guān)系常見的骨折類型與骨所受載荷的形式有關(guān)，一般包括有：拉伸、壓縮、彎曲、旋轉(zhuǎn)和壓力聯(lián)合彎曲

5種基本形式所致的骨折。

當(dāng)前第34頁\共有38頁\編于星期六\14點(diǎn)（2）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