运动中的生物力学问题.ppt

4、肌肉活动对骨应力分布的影响骨在体内受载时，止于骨上的肌肉收缩可以改变骨的应力分布。这种肌肉收缩时所产生的压应力，可减少或消除骨上的拉应力，使拉应力全部或部分抵消。第31页,共61页，星期六，2024年，5月三、关节软骨的生物力学关节是骨骼系统中相邻骨间的功能性联接。主要功能是：①把施加于关节上的载荷扩散到较大的区域，以减少接触应力；②使对应的关节面以最小的摩擦和磨损进行相对运动。第32页,共61页，星期六，2024年，5月1、软骨的成分关节软骨的固体基质大约占组织湿重的20％~40%，是由胶原纤维（60%）、与水亲和力很强的原纤维间糖蛋白凝胶（40%）以及软骨细胞（少于2%）所组成。剩下的重量为水分，占60%~80%，大部分水分在承载时可被挤出。第33页,共61页，星期六，2024年，5月第34页,共61页，星期六，2024年，5月（1）胶原：胶原是体内最丰富的蛋白。具有高级的结构组织，可形成最佳的力学性能。胶原的基本生物单位是一种多肽链的三键螺旋,称为原胶原。（2）糖蛋白凝胶：软骨的另一主要结构成分是高含水量凝胶，此种凝胶由分布不均匀的糖蛋白大分子及其聚合物组成。（3）软骨各成分间结构上的相互作用：糖蛋白有很强的亲水性，在水中的溶解度很高。第35页,共61页，星期六，2024年，5月3.软骨变性的生物力学关节软骨破坏的进程与下述各点有关：①承受的应力值；②承受应力峰值的总数；③胶原-糖蛋白基质的分子和显微结构。第36页,共61页，星期六，2024年，5月关节软骨的生物学性质1渗透性：渗透性越低，承载时液体流动阻力越大2关节软骨的蠕变(creep)反应3润滑：两种基本的润滑类型：界面润滑和液膜润滑。第37页,共61页，星期六，2024年，5月四、胶原组织的生物力学胶原组织主要由三种类型的纤维组成：胶原纤维、弹性纤维和网状纤维。胶原纤维主要为组织提供强度和刚度，弹性纤维在组织受载时提供延展性，而网状纤维提供容积。1.胶原组织的力学特性在载荷下，胶原组织的特性受三种主要因素影响：①纤维的结构；②胶原纤维和弹性纤维的特性；③胶原纤维和弹性纤维之间的比例。第38页,共61页，星期六，2024年，5月（1）纤维的结构：肌腱、韧带、皮肤中三种胶原的结构不同，并与每种结构的功能相适应。肌腱纤维几乎完全平行排列，使肌腱更适应于承受高拉伸载荷。韧带纤维，包括关节囊，较少恒定的结构，在不同的韧带中，结构随韧带的功能而异。皮肤纤维呈网状，这种结构使皮肤在各个方向上具有延展性。第39页,共61页，星期六，2024年，5月（2）胶原纤维和弹性纤维的特性：胶原组织的主要成分是胶原纤维和弹性纤维，二者一起构成该组织的90%左右。由于胶原纤维为类塑性材料，而弹性纤维为类脆性材料，故受载时这两类纤维的表现完全不同。第40页,共61页，星期六，2024年，5月（3）胶原纤维和弹性纤维的比例：胶原组织中弹性纤维和胶原纤维之间的比例随该组织功能的不同而不同，并影响组织的力学性能。第41页,共61页，星期六，2024年，5月2.骨-韧带-骨复合体前面提到的是离体韧带的力学性能，但是必须把韧带的结构考虑为骨-韧带-骨复合体的一个环节。第42页,共61页，星期六，2024年，5月3.各种载荷条件下骨-韧带-骨复合体的性能载荷的速度和持续时间对骨-韧带-骨复合体的影响，在估计关节损伤和治疗各种关节疾病方面具有很高的临床价值。（1)恒定载荷效应关节在长时间内承受恒定的低载荷时，软组织发生缓慢变形即蠕变。（2)加载荷速度的影响在慢速和快速下做拉伸破坏试验，韧带的骨性止点是最弱的部分。第43页,共61页，星期六，2024年，5月4、肌腱肌腱装置有两种类型：有鞘肌腱和无鞘肌腱。第44页,共61页，星期六，2024年，5月（1）肌肉-肌腱-骨复合体：有两个因素决定肌腱的强度：肌腱的粗细形状以及加载荷速度。活动时，有两个主要因素影响肌腱承受的应力值：①与肌腱连结的肌肉收缩量；②肌腱的直径与肌肉直径的比值。（2）手术修复后屈肌腱的愈合：手术修复的主要目的是恢复肌腱断端的连结和肌腱的正常滑动功能。人手术后必须制动3周左右，以防止修复的肌腱再断裂。但制动3周以上，常引起肌腱、腱鞘和周围软组织的粘连。第45页,共61页，星期六，2024年，5月 五、关节的生物力学关节的结构关节面及关节软骨基本结构关节囊关节腔