Lecture4BoneBiomechanics概述.pptx

　 Lecture 4 骨的生物力学　　 Bone Biomechanics; 　学习内容　　 一、骨的基本结构、分类、作用 二、骨的承载能力 　三、骨的载荷与变形 　四、骨的应力与应变 　　五、骨的生物力学特性 　六、骨折的生物力学 　七、骨的功能适应性 　八、骨生物力学指标 　　　九、骨质疏松症运动防治 ;3;4;5;6;7;8;9;10; 　二、骨的承载能力 　　　衡量骨承载能力的三要素： 　第一，要求骨有足够的强度。 　　　　即指骨在承载负荷的情况下抵抗破坏的能力。 　第二，要求骨有足够的刚度。 　　　　即指骨在外力作用下抵抗变形的能力。　 　第三，要求骨有足够的稳定性。 　　　　即指骨保持原有平衡形态的能力。; 　 　三、骨的载荷及变形 　　人体在日常生活与运动中都会对机体???每块骨 产生复杂的力。 　　即骨会承受来自多方的不同形式的载荷。 　; 　　（一）骨的载荷　　 　　载荷即为外力，是一物体对另一物体的作用。 　 人体在运动或劳动时，骨要承受不同方式的载荷。 当力和力矩以不同方式施加于骨时，骨将受到拉伸a、 压缩b、弯曲c、剪切d、扭转e和复合f等载荷。; 1.拉伸载荷(图a) 　 在骨的两端受到一对大小相等、方向相反沿轴线的力的作用。骨受力后，能够导致骨骼内部产生拉应力和应变，使骨伸长并同时变细。 例如在进行吊环运动时上肢骨被拉伸。 ; 　 2.压缩载荷(图b)　 　是施加于骨组织表面的两个沿轴线的大小相等、 方向相对的载荷。 　　 该载荷在骨组织内部产生压应力和应变。 　　 如举重运动员举起杠铃后上肢和下肢骨被压缩。;　 3.弯曲载荷 (图c) 　 是使骨沿其轴线发生弯曲形变的载荷。 　 例如当脊柱前屈或后伸时脊柱的弯曲则为弯曲载荷。 特点：骨骼在弯曲载荷时，其中性轴两旁一侧产生拉应力和拉应变，另一侧则产生压应力和压应变，在中性轴上则没有应力和应变。 　　 应力的大小与至骨骼中性轴距离成正比，即距中性轴越远，其应力就越大。; 　 4.剪切载荷(图d) 　 　　在骨的表面受到一对大小相等、 方向相反且相距很近的力的作用。 　　在骨内部也会产生剪切应力和应变。 　　　　 　　例如车床剪切断肢体时即为剪切载荷。 　　　;　 5.扭转载荷 (图e) 　 加在骨上并使其沿轴线发生扭转的载荷即为扭转载荷。　　　 　 如作转身动作时，下肢骨受到的扭转作用。 在生理状态下，扭转载荷常见于前臂、脊柱的旋转与骨关节的旋转活动中。 　 当骨受到扭转时，所产生的剪切应力便分布在整个骨骼结构中。;　 6.复合载荷(图f) 　 　　人体在运动时，由于骨的几何结构不规则，　　　同时又受到多种不定的载荷， 　　往往使骨处于两种或多种载荷的状态，即为复合载荷。 　　如人体在受伤骨折时，往往是几种作用力的复合。 　　像跌倒后发生的桡骨远端骨折，便是既有剪切力又有压缩力等多种力综合作用的结果。 　　 　　;　　持续载荷对骨也会产生一定的影响。 　　即骨受到持续低载荷作用一段时间后，其组织会产生缓慢变形或蠕变。 　　在加载后的最初数小时（6～8小时），其蠕变现象最显著，随后蠕变的速率则会降低。 　　一般而言，骨承受压力负荷的能力最大，其次是拉力、剪切力和扭转力。 　　 　　骨所受的正常生理负荷是这些力的综合。; 　（二）骨的基本变形　 　 骨骼在承受各种不同载荷时会发生不同程度的变形，如腰脊柱前凸即是受力变形。 　 根据骨骼受载形式及受载后的变形形式，一般可将其变形分为拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转等五种基本变形。 　　　　 　;★力和变形之间的关系，反映了完整骨的结构行为。 在中等量负荷时，负荷骨会出现变形，当负荷去除时， 骨的原有形状和几何学结构便恢复。 如果骨骼系统遭受严重创伤，超过了其所能承受的负 荷，则会引起严重变形，并可能发生骨断裂。 ★决定骨断裂抵抗力和变形特征的主要因素是骨所承受力 的大小、力的方向和力的作用点，及组成骨组织的材 料特性等。 骨所承受的力越大，引起骨的变形就越严重，而且易引 起骨的断裂。骨在承受轴向力(axial force)与承受弯曲 (bending)或扭转力(torsional force)方面存在有很大 差异。 ★大骨抵抗力的能力优于小骨。;　 ★骨的几何结构对抵抗特殊方向的力具有一定的特 殊性。 ★在决定骨的变形和断裂特性中，组成骨组织的物