运动系统生物力学.ppt

第二章 运动系统的生物力学特性 教学目标 1、了解运动系统的生物力学特性　 2、掌握骨组织的生物力学性质 第一章 运动中的生物力学问题 力(force)是一种作用，它能改变受力物体的静止或运动状态。它无处不在，没有力就没有世界，例如太阳的引力，地球的重力，水的浮力和压力等等。对力进行广泛综合研究的学科称为力学(mechanics)。 当力作用于人体和其他生物体上并加以研究的学科，则称之为生物力学 在康复治疗中常以运动治疗作为主要方法。 决定其有效性的主要因素是骨骼系统对力的耐受性及其活动性，也即肌肉收缩所产生的力，驱动骨骼围绕关节进行活动，并通过活动达到增强肌力，改善关节活动状况，提高心、肺代谢等功能，促进神经功能恢复等效果。因此，正确认识运动器官各部分的力学特性及其与运动之间的相互关系极为重要，而运用运动疗法对躯体进行功能训练，则更需要生物力学理论为指导。 作用于人体的力 人体经常受外力和内力这两大类力的影响： 1．外力是指外界环境作用于人体的力。 (重力、支撑反作用力、摩擦力、流体作用力等) 各种外力经常被用来作为运动训练的负荷，这种负荷要求肢体运动的方向和力量与之适应，从而选择投入工作的肌群及其收缩强度，这是肌力训练的方法学基础。 2．内力 是指人体内部各组织器官间相互作用的力， (1)肌肉收缩时产生的力 (2)各组织器官间的被动阻力 (3)各内脏器官的摩擦力 (4)内脏器官和固定装置间的阻力 (5)血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力 各种内力总是相互适应，以维持最佳活动，例如为克服重力对血液流动的影响，有时需要肌肉收缩来帮助血流循环。 骨组织的生物力学 骨骼系统的作用是保护内脏器官并为肌肉提供坚强的动力联系和附着点，以利于肌肉收缩和身体运动。骨具有实现该目的所需的力学性能。除此之外，骨具有自我修复的能力，并能根据力学的需要改变其性能和外形。 在持久运动后其承受最大应力的骨骼可以产生相应的改变，可见到骨皮质增厚，骨密度增加，甚至可以见到骨粗隆增大；而在肢体废用后则可以见到相反的改变。在骨折愈合的过程中和进行某些手术后，可发现骨形状的改变。这些都说明骨对其承受的力具有一定的适应能力。 骨的力学性质 强度和刚度是骨的重要力学性质 强度是材料承受负荷时抵抗破坏的能力，用极限应力表示。 刚度是材料在受载时抵抗变形的能力。 经典假想图 载荷 人体在日常生活和体育运动中时刻受到外力的作用，包括载荷和约束力，载荷就是人体所受外力的一种。 载荷可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷（下图）。 载荷的几种形式 骨承受不同载荷的能力 肌肉活动对骨应力的影响 应力-应变 当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变（外力）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力．把分布内力在一点的集度称为应力（内部抵抗力） 应变与变形 重心和重量 应力骨折 疲劳骨折 应力性骨折病因探究 又称疲劳性骨折或积累性劳损，是一种过度使用造成的骨骼损伤，当肌肉过度使用疲劳后，不能及时吸收反复碰撞所产生的震动，将应力传导至骨骼，这样长期、反复、轻微的直接或间接损伤可引起特定部位小的骨裂或骨折。多发生于身体承重部位，如小腿胫腓骨和足部(跟骨、足舟骨、跖骨)。易患人群为足部承重较多的运动员，如篮球、足球、网球运动员，以及田径、体操运动员和芭蕾舞演员及军人的超负荷大强度训练 应力性骨折病因探究 应力性骨折是骨的机械强度崩溃所产生的骨折，产生崩溃的因素有： 1、持续、长期或反复的应力作用于受力的骨 2、骨本身的强度。常见于足部的应力骨折是第二跖骨、跟骨、距骨、腓骨、舟状骨存在解剖学缺陷。小儿以跟骨为多见，距、腓骨则在成人与小儿均可产生。第二跖骨则以运动员，新兵训练期尤其是女性新兵(约占新兵的25%)为多见。疲劳骨折的外伤史可模糊不清。在活动后出现疼痛，休息后即缓解。病骨受应力后即有痛。检查见局部肿胀、压痛。早期X线片见骨折线不清，后期才见清晰的骨折线，并有骨痂形成。 经典的应力-应变曲线 塑性变形与屈服 塑性变形（Plastic Deformation）的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。 当应力达到一定值时，应力虽不增加（或者在小范围内波动），而变形却急剧增长的现象，称为屈服现象 。即，材料受外力到一定限度时，即使不增加负荷它仍继续发生明显的塑性变形。这种现象叫屈服。（压断骆驼脊梁的最后一根稻草） 塑性变形 永久性变形： （均匀）塑性变形阶段 不均匀塑性变形阶段（断裂阶段） 弹性极限 屈服极限 强度极限 骨组织结构 骨骼是由骨密质和骨松质组成。这两种骨的类型可以