运动学——02骨运动学.ppt

三个面 三条轴 屈曲、伸展、内旋、外旋、外展、内收、 应力 应变 蠕变 应力松弛 自由度 运动连 开链运动 闭链运动 刚度 强度 骨运动学　　 一、概述 骨是体内最硬的结构，是体内最具动力和代谢活力的组织之一。并在整个生命过程中保持活跃性。 具有丰富的血供和良好的自我修复能力，骨的性能和结构随力学环境的变化而变化。 废用（disuse）或者过度使用常会伴随骨密度的改变； 骨折愈合过程中和骨手术后骨形状会发生显著改变。骨就是这样适应力学环境的改变。 （一）骨的功能 骨骼系统的功能 保护内脏器官； 提供运动系统的刚性支架和链接； 肌肉附着点； 参与肌肉活动和身体运动。 骨的独特结构和力学性能是实现这些目标的基础。 （二）骨的构成 细胞 成骨细胞 破骨细胞 胞外基质 细胞外有机纤维基质，占骨干重的25~30%。 胶原：胶原占细胞外有机基质的约90%， 糖胺聚糖（GAGs） 无机成分（骨的矿物质）：主要由钙和磷组成，占骨组织干重的60~70%； 5~8%的水构成 骨无机质内嵌于交织排列的蛋白胶原纤维中，这些蛋白胶原即胞外基质的纤维部分-有机基质。 胶原纤维（1型）具有韧性和柔软性，因此可以抵抗拉伸，并且具有部分可延展性。 包绕于矿化胶原纤维外的胶状无定形基质主要是蛋白多糖或者葡萄糖胺聚糖（GAGs），其主要存在形式是复杂的大分子蛋白聚糖（Pcs）。葡萄糖胺聚糖相当于矿化胶原纤维层之间的粘合剂。 二、骨的生物力学性能 （一）骨的强度与刚度 骨组织是一种双相复合材料； 一相为无机物，大量，坚固，脆性； 另一相为胶原和无定形基质（氨基葡萄糖或称单板多糖），较弱但柔韧性强； 在这类材料中，当坚固的脆性材料嵌入另一种力度较弱但柔韧性强的材料中后，复合材料的性能比其中任何一种单纯材料更加坚韧（Bassett，1965）。 从功能上来说，骨最重要的力学性能是它的强度（strength）和刚度（stiffness） 刚度：反应物体抗变形的能力； 强度：反应物体抗破坏的能力； 1.骨强度 是指骨在承受载荷时所具有的足够的抵抗破坏的能力，以致不发生破坏。 反映结构强度的三个参数是： ①结构在破坏前所能承受的载荷； ②结构在破坏前所能承受的变形； ③结构在破坏前所能贮存的能量。 2.骨的刚度 是指骨具有足够的抵抗变形的能力。 在某种载荷作用下，骨虽不发生断裂，但如果变形过大，往往会影响骨结构与功能。 骨结构的刚度由弹性范围内的曲线斜率表示。 3.影响骨强度与刚度的因素有： ① 压应力——肌收缩时所产生的压应力能防止拉伸骨折的发生； 滑雪者向前摔倒时，小腿三头肌的作用。 髋关节运动过程中，股骨颈收到的作用力。 ② 骨的大小和形状——骨的横截面积的大小及骨组织在骨中轴周围的分布、形状等均可影响骨强度和刚度。　 如骨试件在压缩时，横截面积大和刚度也越大；破坏载荷及刚度的大小与横截面积成正比。 （一）骨的力学特征之一 ——骨的应力与应变 骨力学包含二个最基本的元素，即应力和应变 1.骨的应力　 结构受到外来载荷时其表面单位面积所受到的力。常用单位：牛顿/平方厘米（N/cm2）。 作用：应力对骨的改变、生长和吸收起着调节作用，应力不足会使骨萎缩，应力过大也会使骨萎缩。因此，对于骨来说，存在一个最佳的应力范围。 种类：根据作用于骨的力不同，其内部分别会产生相应的应力，如压应力、拉压力等。 骨受到的外力（载荷）分类 载荷即为外力，是一物体对另一物体的作用； 当力和力矩以不同方式施加于骨时，骨将受到a.拉伸、 b.压缩、 c.弯曲、 d.剪切、 e.扭转和f.复合等载荷。 （1）压缩载荷 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； （2） 拉伸载荷 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。 （3）弯曲载荷 骨沿其轴线发生弯曲形变的载荷。 特点：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 　 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。 （5）扭转载荷 加在骨上并使其沿轴线发生扭转的载荷即为扭转载荷。 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。 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。 （6）复合载荷 　 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