肌腱和韌帶的生物力學名師優(yōu)質(zhì)課獲獎市賽課一等獎?wù)n件

肌腱和韌帶生物力學第1頁肌腱和韌帶組成與結(jié)構(gòu)膠原彈力蛋白基質(zhì)血液供給及滑動結(jié)構(gòu)外圍結(jié)構(gòu)及在骨骼上附著點第2頁肌腱和韌帶機械特征生物力學特征肌腱和韌帶生理負荷肌腱和韌帶粘彈性表現(xiàn)（對應(yīng)力速率依賴性）第3頁韌帶斷裂和肌腱受傷機制第4頁影響肌腱和韌帶生物力學特征原因成長及老化壬辰和產(chǎn)后活動及制動糖尿病類固醇非類固醇消炎藥血液透析移植物第5頁概述肌腱、韌帶和關(guān)節(jié)囊是覆蓋、連接和制動關(guān)節(jié)三個主要結(jié)構(gòu)組織。即使它們都不像肌肉那樣主動收縮，但它們對關(guān)節(jié)運動都有著主要作用。韌帶和關(guān)節(jié)囊提供骨與骨連接，從而增強關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和引導正常關(guān)節(jié)運動及預(yù)防關(guān)節(jié)過分屈伸。韌帶和關(guān)節(jié)囊都給關(guān)節(jié)提供靜態(tài)限制。肌腱連接肌肉與骨骼，把肌肉收縮力傳至骨骼上，從而使關(guān)節(jié)運動或保持身體姿勢。肌腱與肌肉組合成肌腱-肌肉單位，組成動態(tài)限制。肌腱另一個功效是確保肌肉在其兩端附著處之間能夠維持最正確收縮長度，以免過分伸展。第6頁肌腱和韌帶受傷或不協(xié)調(diào)很常見。對這些組織生物力學特征及本身復原潛能有適當了解是正確處理這些損傷基礎(chǔ)第7頁肌腱和韌帶是組成與結(jié)構(gòu)第8頁肌腱和韌帶都是高密度結(jié)締組織，含有大量平行排列纖維膠原組織。這些血流量少組織擁有很多膠原，而膠原是一個纖維蛋白質(zhì)，它占全身總蛋白1/3.膠原機械穩(wěn)定性對肌腱和韌帶強度和韌帶都很主要。第9頁和其它結(jié)締組織一樣，肌腱和韌帶都只含有少數(shù)細胞（成纖維細胞）和大量細胞外基質(zhì)。細胞大約占整個結(jié)構(gòu)20%體積百分比，而其它細胞外基質(zhì)占其余80%。組成這些外基質(zhì)大約70%是水分，其它30%是固體物質(zhì)。固體物質(zhì)包含膠原、基質(zhì)和少許彈力蛋白。膠原占75%或以上，而肌腱比韌帶含有更多膠原；在四肢肌腱中，固體物質(zhì)中膠原可高達99%干重第10頁第11頁膠原

膠原分子是由成纖維細胞在其細胞中首先制造較大基本前體（前膠原）之后由細胞內(nèi)分泌到細胞體外成為膠原。3條多肽鏈組成膠原分子，五個膠原分子組成一條微纖維，之后再組成次級纖維及原纖維。原纖維經(jīng)過聚合形成膠原纖維。很多條纖維聚合在一起便組成一個纖維束。成纖維細胞便分布在纖維束之間。經(jīng)纖維膜（腱內(nèi)膜）組成肌腱。第12頁第13頁肌腱滑動結(jié)構(gòu)

腱旁組織是一個網(wǎng)狀疏松結(jié)締組織，它即將肌腱與周圍骨膜等組織牢靠連接，又將肌腱與其它組織隔開，便于肌腱在這些硬韌組織上滑動。

滑膜鞘分為臟層和壁層，臟層覆蓋肌腱，形成腱外膜。臟層又分出纖維膜進入肌腱，將肌腱分為若干束，形成間隔，成為腱內(nèi)膜。壁層組成纖維膜襯里。臟層壁層滑膜在纖維鞘遠近兩端反褶成盲囊狀，中空為滑膜腔腔內(nèi)有滑液，有利于肌腱在期間滑動。

纖維鞘管壁薄厚不一致，由多個環(huán)狀和交叉韌帶組成，形成一系列含有主要生物力學特征滑車系統(tǒng)第14頁第15頁彈力蛋白

肌腱和韌帶機械特征除掉取決它們膠原結(jié)構(gòu)特質(zhì)外，也受它們擁有彈力蛋白百分比影響。彈力蛋白在肌腱與四肢韌帶中只占極少數(shù)，但在彈性強韌帶如黃韌帶，它含量便很高第16頁基質(zhì)

肌腱和韌帶基質(zhì)主要成份是蛋白聚糖（大約固體重量20%），結(jié)構(gòu)糖蛋白，離子蛋白和其它小分子蛋白。

這些蛋白聚糖與肌腱和韌帶細胞外水分結(jié)合，形成有高度結(jié)構(gòu)組織半固體物質(zhì)，加上它們在肌腱和韌帶內(nèi)作用似混凝土將纖維粘合，以增強這合成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強韌度第17頁血液供給

肌腱和韌帶只有少許血管，這影響了它們代謝與受傷后康復速度。肌腱血管來自它們所連接著肌束膜，骨膜和圍繞它們鍵旁組織及腱系膜。被腱旁組織所包圍肌腱又稱含血管腱，而被腱鞘包圍肌腱成為無血管腱。在含血管腱中血管從周圍多個路徑進入肌腱，之后又會與縱向毛細血管系統(tǒng)相同。第18頁被腱鞘包圍肌腱血管分布形式不一樣。這種肌腱系膜退化為紐帶樣。缺血部分被認為有兩個路徑來得到養(yǎng)分，一是由血液吸收，二是在沒有血循環(huán)部分養(yǎng)分經(jīng)關(guān)節(jié)液滲透到肌腱。養(yǎng)分滲透概念有很主要臨床意義，即肌腱復原可在沒有粘連情況下（即有血液供給）進行。相反，韌帶較周圍組織血循環(huán)少，但從形態(tài)學研究結(jié)果顯示韌帶有相當血液分布，這些血液多來自韌帶與骨接點。即使血流量不多，但這些血液對維持它功效起到很主要作用。尤其是把養(yǎng)分輸送到細胞和令韌帶組織于受傷后有復原機會是尤其主要。在沒有血液供給到這些組織情況下，韌帶疲勞時，微創(chuàng)傷會不停積聚，最終可能使韌帶斷裂第19頁相關(guān)腱鞘區(qū)肌腱營養(yǎng)起源曾有很多爭議，現(xiàn)在較一致認為滑液是腱鞘區(qū)肌腱主要營養(yǎng)起源?；籂I養(yǎng)肌腱方式主要有主動擴散和肌腱屈伸運動時滑液被動擠入肌腱組織。傳統(tǒng)觀念認為肌腱經(jīng)外源性路徑愈合，肌腱粘連組織是細胞和血管張入斷端載體，粘連形成是肌腱愈合主要步驟。但大量研究表明腱鞘滑液環(huán)境使肌腱含有內(nèi)在愈合能力，從此人們認為外源性愈合路徑不再是肌腱愈合主要原因。術(shù)后早期活動使肌腱外源性愈合優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為內(nèi)源性愈合優(yōu)勢。肌腱和韌帶相對滑動（主動反主動肌腱功效方向活動）既限制了外來肉芽生長，改進組織灌注和促進滑液擴散，又在縫合端產(chǎn)生間斷重復張力，刺激內(nèi)源性愈合，增加肌腱強度和滑動能力，降低粘連。第20頁外周結(jié)構(gòu)及在骨骼上附著點

韌帶和肌腱外周結(jié)構(gòu)有一定相同地方，二者都被疏松結(jié)締組織包裹，疏松結(jié)締組織在韌帶中沒有別名稱，但在肌腱中被稱為腱旁組織，它也更含有結(jié)構(gòu)性，它形成一層腱鞘以保護肌腱及讓它在內(nèi)滑動。比如手指屈肌腱中，腱鞘包著整條肌腱，但其它肌腱中，腱鞘也可能只包著肌腱某一段第21頁在摩擦力大部位，比如手腕和手掌，腱旁組織之下有一層滑膜，稱之為腱外膜，它包圍著幾組纖維束。腱外膜上滑膜細胞所分泌滑液有助肌腱滑動。在沒有太大摩擦力部位，肌腱便只有腱旁組織而沒有腱外膜

每一條纖維束都是唄腱內(nèi)膜包著，它連接肌腱與肌束膜交接點。在骨與腱接點膠原纖維與sharpey貫通纖維相連接，并一直連續(xù)也骨膜連接第22頁肌腱和韌帶在骨骼上附著點結(jié)構(gòu)很相同，都以下所表示有四個不一樣區(qū)域，即肌腱末端1區(qū)，膠原與纖維軟骨混合區(qū)2區(qū)，組織礦化區(qū)3區(qū)，而后融入密質(zhì)骨4區(qū)。這種由肌腱逐步轉(zhuǎn)為骨質(zhì)結(jié)構(gòu)改變使組織機械特征漸漸改變，故能降低應(yīng)力聚集在肌腱-骨骼附著點上第23頁電鏡顯示狗髕腱與骨骼接點四區(qū)1區(qū)是膠原纖維；2區(qū)是非礦化區(qū)纖維軟骨；3區(qū)是礦化纖維軟骨；4區(qū)是皮質(zhì)骨。第24頁肌腱和韌帶機械特征第25頁肌腱和韌帶都是粘彈性組織并具粘彈性特質(zhì)。肌腱能承受很強張力將肌肉收縮力傳至關(guān)節(jié)和帶動關(guān)節(jié)運動，但它也是柔軟組織，能繞著骨骼是外緣改變肌肉拉力方向。韌帶更為柔軟及及可屈曲，可允許骨與骨之間活動，但它們也能承受很大張力及反抗外力以免過分伸展。第26頁分析肌腱和韌帶機械性能對了解它們受傷原理有主要意義。兩種組織在正?；蜻^分負荷下受張力影響。當張力過大造成受傷時，受傷程度視其張力速率和力度大小而定。第27頁1足趾區(qū)，組織只承受極少應(yīng)力后，出現(xiàn)很大應(yīng)變。2直線區(qū)，纖維受力后出現(xiàn)線性應(yīng)變。組織剛性急劇增加。3直線變形區(qū)終止，膠原纖維在拉力超出此區(qū)后逐步斷裂。4最大應(yīng)力肌腱強度，整個肌腱以斷裂。第28頁肌腱和韌帶生理負荷在正常活體生理情況下，這些組織所承受應(yīng)力只是它們極限1/3.它們普通應(yīng)變度（比如跑步和跳躍）大約是2%-5%之間。在羊跖伸肌腱植入應(yīng)變器顯示，當羊以快步疾走時，肌腱應(yīng)變2.6%，但速度減慢時應(yīng)變更少。每走一步肌腱最大應(yīng)變只維持0.1秒，而肌腱在步行中所承受最大負荷是45N，相當于它能承受最大應(yīng)力1/4第29頁肌腱和韌帶粘彈性表現(xiàn)（對應(yīng)力速率依賴性）當肌腱和韌帶承受應(yīng)變速率增加時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線線性部分傾斜度增加，表明組織在較高應(yīng)變速率有較大剛度，肌腱和韌帶儲存能量教也較高，所以需要較強應(yīng)力才能把這些組織拉斷當肌腱和韌帶在進行重復拉伸測試時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線會沿伸長軸右移應(yīng)變會增加。假如重復負載連續(xù)加于受損剛性減弱組織，正常生理負荷范圍內(nèi)組織也會微斷裂第30頁韌帶斷裂和肌腱受傷機制第31頁韌帶斷裂與肌腱受傷機制基本相同，所以一下對韌帶斷裂討論也可引用于肌腱。當韌帶在活體內(nèi)受到一個超出它生能負荷，到達屈服點前會出現(xiàn)微斷裂。當負荷超出直線變形區(qū)，整條韌帶會有顯著斷裂，而它所連接關(guān)節(jié)會有不正常移位。移位會造成在韌帶周圍組織包含關(guān)節(jié)囊、韌帶、和供養(yǎng)這些組織血管也同時受損。第32頁第33頁第34頁載荷變形曲線第一區(qū)顯示正常生理反應(yīng)，在微創(chuàng)區(qū)中，大應(yīng)變造成應(yīng)力加大最終令韌帶斷裂。人類測試顯示前十字韌帶屈服點340-390N前十字韌帶受傷關(guān)節(jié)會出現(xiàn)很大關(guān)節(jié)內(nèi)部移位，造成應(yīng)力和軟骨負荷增加而出現(xiàn)關(guān)節(jié)退化。沒有前十字韌帶功效膝關(guān)節(jié)會出現(xiàn)關(guān)節(jié)不穩(wěn)和突然松動，這會影響日常生活如步行、跑步、蹲膝動作。第35頁肌腱和韌帶受傷機制十分相同，但因肌腱于肌肉連接，要多考慮兩個主要原因，分別是連接著肌腱肌肉所發(fā)揮收縮力與肌腱相對于肌肉橫切面積百分比。第36頁肌肉收縮時，連接肌腱便會承受應(yīng)力，在肌肉承受最大收縮時，肌腱拉伸應(yīng)力也達最高點。在肌肉進行離心收縮時，肌腱承受應(yīng)力會更大。比如很快背屈踝關(guān)節(jié)，小腿跖曲肌肉還未來及發(fā)揮反射性松弛，所方便會增加跟腱拉力。如負荷超出跟腱屈曲點便會造成跟腱斷裂。

粗大肌腱能承受較大負荷。普通大肌肉有較大肌腱連接。第37頁影響肌腱和韌帶生物力學特征原因第38頁有很多原因會影響肌腱和韌帶生物力學特質(zhì)。最常見包含老化、妊娠、活動及制動、糖尿病、使用類固醇或非類固醇消炎藥或血液透析等第39頁在成人中或超出60歲年老人中，膠原纖維直徑顯著縮小。成長久過后步入衰老期，細小膠原原纖維增加，膠原生物力學特征會有一段時間橫向發(fā)展，之后組織拉伸強度和剛度便會減退第40頁妊娠和產(chǎn)后

可能和妊娠后肌腱和韌帶較為松弛相關(guān)第41頁活動和制動生物組織是活，它機械性是會伴隨它所承受應(yīng)力而改變，造成它能適應(yīng)不一樣功效要求及發(fā)揮最正確。韌帶和肌腱都像骨一樣會受應(yīng)力影響而產(chǎn)生重新塑造。若應(yīng)力大，它們會變更堅韌，若應(yīng)力降低，它們剛度也會減低運動訓練增加肌腱和韌帶與骨連接點拉伸強度制動后這些韌帶新陳代謝有所增加，造成大量未成熟膠原產(chǎn)生和膠原分子間關(guān)聯(lián)飛質(zhì)和量減低第42頁糖尿病糖尿病病人新陳代謝異常造成身體喪失氧碳化合物功效。糖尿病人比正常人多肌腱攣縮（29%比9%）腱膜炎（59%比7%)關(guān)節(jié)強直（40%比9%）關(guān)節(jié)囊炎（16%比1%），骨質(zhì)疏松等第43頁類固醇在韌帶受傷后使用皮質(zhì)類固醇可能會嚴重影響它生物力學和組織特征，也會妨礙膠原合成第44頁非類固醇非類固醇消炎藥慣用于處理肌肉骨骼系統(tǒng)痛癥。短期使用非類固醇消炎藥不會對肌腱恢