运动器系的生物力学.ppt

**骨疲劳的特征有第一，疲劳性骨折或永久性弯曲(塑性形变)；第二，周期性载荷引起的骨折，开始于应力集中点，形成蚌壳式裂纹；第三，疲劳过程如图；第四，重复载荷的第五，骨的疲劳极限可以通过疲劳试验加以测定，约为3.45kN／cm2。第六，疲劳寿命随载荷增加而减小，随温度升高亦减小，而随密度的增加而增加。第32页,共60页，星期六，2024年，5月**第三节关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性一、关节软骨的力学特性关节是人体中重要的骨与骨可动连接，是活动杠杆的支点。关节的作用一是保证人体的运动，二是传递力。在有滑液的或能自由运动的关节内，被连结的骨的末端被1～5mm厚致密无色的结缔组织和关节软骨所覆盖。关节软骨既使力在关节中的传递变得均匀，又提供了润滑良好的关节面，使关节能灵活运动而且少受磨损。一般来说，关节软骨是一种各向异性、非均匀、粘弹性、充满液体的可渗透物质。第33页,共60页，星期六，2024年，5月**(一)渗透性第一种液体输送机制是隙闭液体可以借助于组织两边液体的正压力梯度终过多孔的可渗透基质后输送。液体的输送与压力梯度成正比(图2—18A)；第二种液体输送机制是软骨基质的形变(图2—18B)．关节软骨是一种粘弹性材料，但它与众不同的特点在于关节软骨为多孔材料，组织间隙中充满着液体，在应力作用下，液体可在组织中流进流出第34页,共60页，星期六，2024年，5月**由于关节软骨对液体的流动有很大的阻力，也就是渗透性能低，所以它的材料性能与载荷的施加和消除速率密切相关。在快速加载与减载的情况下，没有时间让软骨组织将液体挤出(如跳跃时)。软骨组织有点像一种弹性单相物质，加载时立即变形，卸载后又立即复原。但如果缓慢地对软骨组织施加载荷并维持恒定，如长期站立时，随着液体被挤出，组织变形将不断增加。消除载荷后，如果有充分的时间使组织获得足够的液体，组织就可以恢复原来状态。上述材料性能的两种类型是：①与时间无关的或称弹性材料特性(可复原)；②与时间有关的或称粘弹性材料特性(也面复原)。(二)关节软骨的材料性能与负载速度的关系第35页,共60页，星期六，2024年，5月**曲线最初的低坡部分是由于施加拉力的方向与胶原蛋白结构的排列一致。最后，曲线的陡峭部分代表胶原蛋白本身的拉伸刚度。正常成人关节软骨的抗张硬度和抗张强度，随着离关节面的距离增加而减少。这些结果使人们相信胶原蛋白丰富密集的软骨表浅层对软骨组织起一种类似坚韧耐磨的保护层的作用（三）单轴向张力下关节软骨的性能第36页,共60页，星期六，2024年，5月**对粘弹性材料进行蠕变实验，可作为一种测定随时间变化的材料反应的方法。瞬时对标本施加固定的载荷并维持到实验结束，在施加载荷的情况下，压缩性变形持续加重，这就是标本的“蠕变”，直至获得一个平稳状态或一个渐进值为止。(四)关节软骨的蠕变反应第37页,共60页，星期六，2024年，5月**(五)润滑作用关节软骨相当于滑动轴承的轴瓦，作为滑膜关节中衬垫骨的轴承，在关节活动时防止磨损方面起着非凡的润滑作用。成年人的关节软骨几乎没有再生能力，但能维持几十年的磨损寿命。润滑界面润滑液膜润滑是依靠化学吸附于接触固体表面的单层润滑分子来进行。一层较厚的润滑剂膜使两个承载面之间产生较大的间隙，这层液膜内的压力可支持承载面上的负荷。第38页,共60页，星期六，2024年，5月**二、(转新教材)韧带、肌腱结构的生物力学特性韧带和肌腱都由致密结缔组织构成，主要含有胶原纤维、弹性纤维及成纤维细胞。其形态特点是细胞成分少，纤维成分多，排列紧密。所不同的是人体肌腱和大多数韧带都是以胶原纤维为主，只有项韧带和黄韧带是以弹性纤维为主。(一)应力一应变曲线在肌腱和韧带中，胶原纤维和弹性纤维的排列不同，以满足各种不同的功能要求。肌腱中纤维几乎完全是平行排列的，这使它能够承受很高的拉伸载荷。韧带中纤维排列的方向一致性较差，排列情况随韧带的功能不同而变化。第39页,共60页，星期六，2024年，5月**胶原纤维拉伸曲线弹性纤维拉伸曲线第40页,共60页，星期六，2024年，5月**1．韧带和肌腱的材料力学性质与温度、加载速度、应变量等试验条件密切相关2．韧带的强度和刚度受应力大小影响：应力增加，韧带的强度和刚度会增加，而应力减少时强度和刚度也减少。体育锻炼可能使人体的韧带的强度和刚度增加，使韧带增粗。(二)影响韧带和肌腱力学特性的因素第41页,共60页，星期