1、1,第三章 康復(fù)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論,主講人：黃朝露 黔東南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2,第一節(jié) 運(yùn)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),3,學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握運(yùn)動(dòng)的生理生化效應(yīng) 熟悉牛頓運(yùn)動(dòng)定律的在人體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用；熟悉骨、關(guān)節(jié)、韌帶和肌腱的生物力學(xué)特性及其在康復(fù)治療中的應(yīng)用。 了解運(yùn)動(dòng)中力的合成與分解及其在人體運(yùn)動(dòng)中受力分析中的應(yīng)用,4,運(yùn)動(dòng)是生命的標(biāo)志，不僅表現(xiàn)為物體的物理性位移，而且也表現(xiàn)為生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化和功能的發(fā)揮,運(yùn)動(dòng)是良醫(yī)（Exercise is Medicine）作為一種學(xué)術(shù)理念和健康促進(jìn)項(xiàng)目在2007年11月由美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和美國(guó)醫(yī)學(xué)會(huì)正式提出,5,一 人體運(yùn)動(dòng)學(xué),運(yùn)動(dòng)學(xué)是理論力學(xué)的一個(gè)分支，是運(yùn)用幾何學(xué)的方法來(lái)

2、研究物體運(yùn)動(dòng)的一門(mén)學(xué)科。人體運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究機(jī)體活動(dòng)時(shí)各系統(tǒng)生理效應(yīng)變化的科學(xué)，主要包括運(yùn)動(dòng)生理學(xué)（exercise physiology）和生物力學(xué)（biomechanics,人體運(yùn)動(dòng)學(xué)是力學(xué)，生理學(xué)，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)相互滲透的學(xué)科，運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中用于分析運(yùn)動(dòng)功能障礙的原因，指導(dǎo)康復(fù)治療實(shí)踐，是康復(fù)醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)理論之一,6,一） 運(yùn)動(dòng)的生理生化效應(yīng),運(yùn)動(dòng)是人類最常見(jiàn)的生理性刺激，對(duì)多個(gè)系統(tǒng)和器官的功能具有明顯的調(diào)節(jié)作用，只要生命存在，運(yùn)動(dòng)就不會(huì)停止。運(yùn)動(dòng)時(shí)身體的各個(gè)系統(tǒng)都將產(chǎn)生適應(yīng)性變化，繼而引起功能的改變,7,心臟大比拼,8,1. 運(yùn)動(dòng)對(duì)心血管系統(tǒng)的影響,心臟即是儲(chǔ)血器官，也是動(dòng)力器官。

3、心血管系統(tǒng)是以心臟為中心通過(guò)血管與全身各器官，組織相連，血液在其中循環(huán)流動(dòng),9,體循環(huán),左心室,主動(dòng)脈,各級(jí)動(dòng)脈,毛細(xì)血管,各級(jí)靜脈,上下腔靜脈,右心房,肺循環(huán),右心室,肺動(dòng)脈,肺部毛細(xì)血管,肺靜脈,左心房,10,血液循環(huán),心臟的一次收縮和舒張，構(gòu)成一個(gè)機(jī)械活動(dòng)周期，稱為心動(dòng)周期。分為收縮期和舒張期,11,運(yùn)動(dòng)時(shí)心血管活動(dòng)的調(diào)節(jié),神經(jīng)調(diào)節(jié),體液調(diào)節(jié),局部血流調(diào)節(jié),冠狀血流的調(diào)節(jié),12,交感神經(jīng)VS副交感神經(jīng),13,交感神經(jīng)VS副交感神經(jīng),交感神經(jīng)興奮的場(chǎng)景就像在戰(zhàn)場(chǎng)上，戰(zhàn)士們殺敵的場(chǎng)面：他們手拿沖鋒槍，大喊一聲：沖??！然后向敵人陣地沖去,14,神經(jīng)調(diào)節(jié),心臟接受心血管中樞發(fā)出的心交感神經(jīng)和心迷

4、走神經(jīng)的雙重支配,心交感神經(jīng)緊張：心跳加快，收縮加強(qiáng)，每搏輸出量增加，心排出量增加，血管收縮，外周阻力加強(qiáng),副交感神經(jīng)：心跳減慢，收縮變?nèi)酰坎敵隽繙p少，心排出量減少,返回,15,體液調(diào)節(jié),運(yùn)動(dòng)時(shí)交感神經(jīng)興奮，腎上腺素和去甲腎上腺素進(jìn)入血液，使心率加快，心肌收縮力增強(qiáng)，心排出量增加，血壓升高。皮膚，腎臟，腸胃等內(nèi)臟的血管收縮，骨骼肌和肝臟中血管及冠狀動(dòng)脈舒張，有助于血液的重新分配,返回,16,局部血流調(diào)節(jié),運(yùn)動(dòng)使組織代謝活動(dòng)增強(qiáng)，局部組織中氧分壓降低，代謝產(chǎn)物積聚增加，CO2， H+，腺苷，ATP，K+等能刺激局部的微動(dòng)脈和毛細(xì)血管舒張，使局部的血流量增多，能向組織提供更多的氧，并帶走代謝產(chǎn)

5、物,返回,17,冠狀血流的調(diào)節(jié),在運(yùn)動(dòng)或精神緊張等情況下，心肌代謝活動(dòng)增強(qiáng)，耗氧量也隨加。此時(shí)，機(jī)體主要通過(guò)舒張冠狀動(dòng)脈，即增加冠狀動(dòng)脈血流量來(lái)滿足,返回,18,運(yùn)動(dòng)時(shí)心血管功能的變化,心率變化,每搏輸出量和心排出量變化,血壓的變化,運(yùn)動(dòng)時(shí)器官的血流變化,19,心率的變化,低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)： 100次/min 中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)：150次/min 極量運(yùn)動(dòng)： 200次/min,正常心率： 60-100次/min 平均：75次/min,返回,20,每搏輸出量和心排出量的變化,運(yùn)動(dòng)時(shí)血流速度加快，靜脈回心血量增加，使舒張末期心室容積提高。 交感神經(jīng)興奮及兒茶酚胺分泌增加，使心肌收縮力增強(qiáng)，減少收縮末期心室容積

6、，二者共同作用使每搏輸出量明顯增加，每搏量的增加和心率的加快使心排出量顯著加大。 心率超過(guò)150-160次/min，每搏輸出量逐漸減少。 心率超過(guò)180次/min，心室充盈期縮短，心輸出量減少,返回,21,血壓的變化,動(dòng)脈血壓水平取決于心排出量和外周阻力兩者之間的關(guān)系。 運(yùn)動(dòng)時(shí)，心排出量增加，故收縮壓升高，外周阻力變化不大。 等長(zhǎng)收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，因心排出量增加不明顯，而骨骼肌持續(xù)收縮壓迫血管，使外周阻力增加，故血壓變化主要表現(xiàn)為舒張壓升高。 長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)有助于降壓，高血壓長(zhǎng)期堅(jiān)持有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)血壓降低（尤其舒張壓）有較大意義,22,人體血壓,血壓（blood pressure）是指血液在血管內(nèi)流動(dòng)時(shí)對(duì)

7、單位面積血管壁的側(cè)壓力。平常所說(shuō)的血壓是指動(dòng)脈血壓。 收縮壓：心室收縮時(shí)血液對(duì)動(dòng)脈管壁的最大壓強(qiáng)，一定程度上反映了心臟的收縮能力和大動(dòng)脈的彈性貯器能力 舒張壓：心臟舒張時(shí)血液對(duì)動(dòng)脈管壁的最小壓強(qiáng)，一定程度上反映了外周阻力高低,23,高血壓,原發(fā)性高血壓：是體循環(huán)動(dòng)脈壓升高為主要臨床表現(xiàn)的心血管綜合征。收縮壓140mmHg或舒張壓90mmHg,返回,24,運(yùn)動(dòng)時(shí)器官的血流變化,人體安靜時(shí)骨骼肌血流量約占心排出量20%。 運(yùn)動(dòng)狀況下，骨骼肌的血流量比安靜時(shí)增加4-20倍，心肌血流量增加3-5倍，而內(nèi)臟器官，皮膚等部位的血管收縮，血流量比安靜時(shí)減少2-5倍 如果持續(xù)運(yùn)動(dòng)，肌肉產(chǎn)熱增加，體溫升高有利于

8、散熱,返回,25,運(yùn)動(dòng)在心血管疾病防治中的作用及機(jī)制,適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)可增加體能并在心血管疾病的防治上有重要意義。 運(yùn)動(dòng)可以預(yù)防和控制高血壓 可以延緩動(dòng)脈粥樣斑塊的進(jìn)展 增加冠狀動(dòng)脈血流貯備，有利于冠心病 對(duì)于心功能不全的患者，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)可使患者癥狀得到改善，提高心血管疾病患者的整體功能，生活質(zhì)量，存活率,26,維持或增加心肌氧的供應(yīng)，減少心肌工作耗氧量： 可預(yù)防或延緩冠狀動(dòng)脈樣硬化的進(jìn)展，并且能增加冠脈側(cè)支循環(huán)，增加冠脈直徑，從而改善心肌的血流灌注和分布,運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能降低安靜心率和動(dòng)脈血壓，減少循環(huán)血液中的兒茶酚胺水平，從而減少心臟負(fù)荷，降低心臟耗氧量,27,提高心肌功能和電穩(wěn)定性： 運(yùn)動(dòng)可以增加休

9、息和運(yùn)動(dòng)時(shí)的每搏輸出量，射血分?jǐn)?shù)，提高心肌抗缺氧能力，從而增加心肌收縮力和電穩(wěn)定性,28,血管貯備力增強(qiáng),運(yùn)動(dòng)使毛細(xì)血管增加，促進(jìn)血管內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)皮舒張因子，更好的參與心血管功能的調(diào)節(jié)。運(yùn)動(dòng)后血管對(duì)縮血管物質(zhì)的反應(yīng)性減弱，從而使心臟負(fù)荷降低，心功能改善,縮血管物質(zhì)：內(nèi)皮素，兒茶酚胺，血管緊張素，血管升壓素，血栓烷A2，舒血管物質(zhì)：內(nèi)啡肽，激肽，PGI2,NO,腺苷，組胺,29,提高抗動(dòng)脈粥樣硬化能力： 改善HDL-c/LDL-c比值，改善糖代謝，增加胰島素敏感性，減少血小板聚集，增加纖溶酶活性，減輕肥胖等,30,2.運(yùn)動(dòng)對(duì)呼吸系統(tǒng)的影響,運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體代謝加快，呼吸系統(tǒng)也將發(fā)生一系列變化，以適應(yīng)機(jī)體代

10、謝的需求和保證運(yùn)動(dòng)的順利完成,31,肺通氣的動(dòng)力,呼吸肌收縮和舒張 胸廓擴(kuò)大和縮小 肺的舒縮 外界環(huán)境和肺泡間周期性壓力差 通氣,肺通氣的直接動(dòng)力是外界環(huán)境和肺泡間的壓力差 原動(dòng)力是呼吸肌的收縮和舒張引起的節(jié)律性呼吸運(yùn)動(dòng),32,肺通氣的阻力,33,肺容積和肺容量,34,肺換氣,肺換氣是指肺泡與毛細(xì)血管之間的氣體交換。 在肺泡，O2從分壓高的肺泡通過(guò)呼吸膜擴(kuò)散到血液 CO2則從分壓高的毛細(xì)血管血液中擴(kuò)散到分壓低的肺泡中,每分鐘肺泡通氣量 Va/Q= 每分鐘血流量 =4.2/5=0.84,35,1.O2，CO2在血液中存在形式,36,1.肺擴(kuò)張反射：肺充氣或擴(kuò)張時(shí)，抑制吸氣 沖動(dòng)傳導(dǎo)：肺擴(kuò)張 感受

11、器 迷走神經(jīng) 髓延 切斷吸氣轉(zhuǎn)入呼氣 加快呼吸頻率 2.肺萎縮反射：肺萎縮時(shí)，增強(qiáng)吸氣，使呼氣轉(zhuǎn)為吸氣 沖動(dòng)傳導(dǎo)：肺萎縮 感受器 迷走神經(jīng) 阻止呼氣過(guò)深，防止肺不張,2.呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié),37,運(yùn)動(dòng)與肺通氣功能的變化,運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體需要消耗更多的O2和排出更多的CO2。通氣功能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，主要表現(xiàn)為：呼吸加深加快，肺通氣量增加。 潮氣量：500ml-2000ml 呼吸： 12-18 - 40-60次/min 每分通氣量：6-8L - 80-150L 通氣耗氧量：安靜時(shí)占總耗氧量的1%-2%，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)占8%-10,38,運(yùn)動(dòng)與肺換氣,運(yùn)動(dòng)時(shí)換氣機(jī)能的變化，主要通過(guò)O2的擴(kuò)散與CO2的交換體現(xiàn),

12、1）通氣血流比值：Va/Q大于0.84，意味肺泡通氣量過(guò)剩，而血流不足，有部分肺泡氣未能與血液充分交換，增加肺泡無(wú)效腔，使通氣效率下降。反之比值小于0.84，則意味著肺泡通氣量不足，部分血液不能得到充分的氣體交換，造成機(jī)體缺氧,2.運(yùn)動(dòng)時(shí)肺換氣的具體變化： （1）PO2比安靜時(shí)更低，呼吸膜兩側(cè)PO2差增加，O2在肺部的擴(kuò)散速度增大 （2）兒茶酚胺增多 （3）毛細(xì)血管前括約肌擴(kuò)張 （4）右心室泵血量增加,39,運(yùn)動(dòng)與氧耗,最大攝氧量（maximal oxygen consumption，VO2max）： 指長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行有大量骨骼肌參與的激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體單位時(shí)間內(nèi)所能攝取的最大攝氧量,氧虧和氧債：

13、在攝氧量能瞞足需氧量的小或中等強(qiáng)度不變能量消耗恒定時(shí)，攝氧量能保持在一定水平，稱為“穩(wěn)定狀態(tài)”。但在運(yùn)動(dòng)起始階段，因呼吸，循環(huán)的調(diào)節(jié)較為遲緩，氧在體內(nèi)的運(yùn)輸滯后，致使攝氧水平不能立即到位，而是呈指數(shù)函數(shù)曲線樣逐漸上升，稱為“非穩(wěn)定期”。這一階段的攝氧量與根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)推斷的需氧量相比，不足部分叫“氧虧”。運(yùn)動(dòng)后通過(guò)快速，慢速兩個(gè)階段逐漸移行到安靜水平，超過(guò)安靜水平的耗氧量叫“氧債,40,3.運(yùn)動(dòng)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響,所有的運(yùn)動(dòng)都可向中樞神經(jīng)提供感覺(jué)，運(yùn)動(dòng)和反射傳入。隨著復(fù)雜性的增加，神經(jīng)活動(dòng)的興奮性，靈活性和反應(yīng)性都可以得到提高,周?chē)窠?jīng)按部位可分為：腦神經(jīng)（12對(duì)）脊神經(jīng)（31對(duì)）。根據(jù)分布的

14、對(duì)象不同分為軀體神經(jīng)和內(nèi)臟神經(jīng)周?chē)窠?jīng)?？筛鶕?jù)傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的方向不同分為傳入神經(jīng)（感覺(jué)神經(jīng)）和傳出神經(jīng)（運(yùn)動(dòng)神經(jīng),41,內(nèi)分泌系統(tǒng),內(nèi)分泌系統(tǒng)（endocrine system）是一種整合性的調(diào)節(jié)機(jī)制，通過(guò)分泌特殊的化學(xué)物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)體的控制與調(diào)節(jié)。同時(shí)它也是機(jī)體的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它與神經(jīng)系統(tǒng)相輔相成，共同調(diào)節(jié)機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育和各種代謝，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，并影響行為和控制生殖等,42,運(yùn)動(dòng)對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響,胰腺,腎上腺,性激素,43,胰腺,胰腺分為外分泌腺和內(nèi)分泌腺兩部分。外分泌腺由腺泡和腺管組成，腺泡分泌胰液，腺管是胰液排出的通道。 胰島能分泌胰島素與胰高血糖素等激素。人類的胰島細(xì)胞按其染色

15、和形態(tài)學(xué)特點(diǎn)，主要分為細(xì)胞、細(xì)胞、細(xì)胞及PP細(xì)胞。細(xì)胞約占胰島細(xì)胞的20%，分泌胰高血糖素；細(xì)胞占胰島細(xì)胞的60%-70%，分泌胰島素；細(xì)胞占胰島細(xì)胞的10%，分泌“生長(zhǎng)抑素”；PP細(xì)胞數(shù)量很少，分泌胰多肽,運(yùn)動(dòng)使體內(nèi)胰島素水平下降，且降低程度與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，運(yùn)動(dòng)時(shí)間相關(guān)。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后需要1小時(shí)或更多時(shí)間，血漿胰島素才可以恢復(fù)到運(yùn)動(dòng)以前的水平。運(yùn)動(dòng)可以提高血漿胰高血糖素水平，后者與運(yùn)動(dòng)負(fù)荷有關(guān)，大幅度運(yùn)動(dòng)后胰高血糖素水平明顯提高,44,腎上腺,腎上腺主要產(chǎn)生腎上腺皮質(zhì)素和腎上腺髓質(zhì)素,腎上腺皮質(zhì)素主要生理效應(yīng)是調(diào)節(jié)機(jī)體水鹽糖，蛋白質(zhì)代謝，并與第二性征及及性器官的發(fā)育有關(guān)。腎上腺髓質(zhì)包括腎上腺素和去甲

16、腎上腺素（合稱兒茶酚胺），與受體結(jié)合 跟血管收縮有關(guān)，與受體結(jié)合跟糖原分解，脂肪動(dòng)員，血管擴(kuò)張，心率增加，支氣管擴(kuò)張有關(guān),45,性激素,性激素sexhormone（化學(xué)本質(zhì)是脂質(zhì)）是指由動(dòng)物體的性腺，以及胎盤(pán)、腎上腺皮質(zhì)網(wǎng)狀帶等組織合成的甾體激素，具有促進(jìn)性器官成熟、副性征發(fā)育及維持性功能等作用。雌性動(dòng)物卵巢主要分泌兩種性激素雌激素與孕激素，雄性動(dòng)物睪丸主要分泌以睪酮為主的雄激素,雄激素主要在睪丸合成，腎上腺皮質(zhì)，卵巢也能分泌也能分泌少量的雄激素。 雌激素主要由卵巢和胎盤(pán)產(chǎn)生，腎上腺皮質(zhì)也產(chǎn)生少量雄激素,46,物質(zhì)代謝,47,運(yùn)動(dòng)對(duì)代謝的影響,物質(zhì)代謝和能量代謝是人體生命活動(dòng)的基本過(guò)程。不同的

17、運(yùn)動(dòng)能力和功能狀態(tài)的人在運(yùn)動(dòng)中的代謝特點(diǎn)也有所不同。因此，在康復(fù)治療中應(yīng)根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)類型的特點(diǎn)，科學(xué)地制訂運(yùn)動(dòng)處方，以更加有效地促進(jìn)康復(fù),48,運(yùn)動(dòng)對(duì)糖代謝的影響,糖是人體主要的能量來(lái)源，一般情況下機(jī)體60%的熱能由糖提供。短時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量絕大部分由糖供給；而長(zhǎng)時(shí)間小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，也首先利用糖氧化供給，當(dāng)可利用的糖耗竭時(shí)才動(dòng)用脂肪和蛋白質(zhì)。糖在體內(nèi)主要以兩種形式存在：一是以糖原的形式存在于組織的細(xì)胞漿內(nèi)，主要是肌糖原和肝糖原；二是以葡萄糖形式存在于血液中，即血糖。運(yùn)動(dòng)對(duì)糖代謝的影響主要涉及對(duì)肝糖原，肌糖原以及血糖三個(gè)方面的影響,49,運(yùn)動(dòng)對(duì)肝糖原的影響 肝糖原的分解與運(yùn)動(dòng)時(shí)間有關(guān),運(yùn)動(dòng)對(duì)

18、肌糖原的影響 運(yùn)動(dòng)時(shí)肌糖原是骨骼肌的最重要能量來(lái)源,運(yùn)動(dòng)的血糖的影響 安靜狀態(tài)下，肌攝取血糖量不多，運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌吸收和利用血糖增多，其數(shù)量與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，持續(xù)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)前肌糖原儲(chǔ)量有關(guān),50,運(yùn)動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)代謝的影響,蛋白質(zhì)的基本組成單位是氨基酸，氨基酸進(jìn)行分解代謝供能或參與新的蛋白質(zhì)合成。氨基酸的主要功能是合成蛋白質(zhì)，成為細(xì)胞的構(gòu)成成分，以實(shí)現(xiàn)組織的自我更新。為機(jī)體提供能量是氨基酸的次要功能，只要某些特殊情況下，如長(zhǎng)期不能進(jìn)食或體力極度消耗時(shí)，機(jī)體才會(huì)依靠由蛋白質(zhì)分解所產(chǎn)生的氨基酸供能，以維持基本的生理功能,51,運(yùn)動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)供能的影響,在機(jī)體肌糖原貯備充足時(shí)，蛋白質(zhì)供能僅占總量的5%，在肌糖原

19、耗竭時(shí)，可升至10%-15%.機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)蛋白質(zhì)提供能量的比例取決于運(yùn)動(dòng)類型，強(qiáng)度，時(shí)間,運(yùn)動(dòng)能促進(jìn)蛋白質(zhì)，尤其是肌肉蛋白質(zhì)的合成,52,運(yùn)動(dòng)對(duì)脂代謝的影響,脂肪在人體的主要功能是儲(chǔ)存和供給能量。1g脂肪在體內(nèi)氧化能，是同量糖和蛋白質(zhì)的2倍多。脂肪在體內(nèi)的儲(chǔ)量很大，是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)的主要能量來(lái)源。長(zhǎng)時(shí)間中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)（60%-85%VO2max）能夠增強(qiáng)脂代謝，維持機(jī)體熱量平衡，減少過(guò)多脂肪堆積，保持正常體重。運(yùn)動(dòng)能夠提高脂蛋白脂酶活性，使體內(nèi)三酰甘油清除增加。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)還能夠升高高密度脂蛋白濃度和降低低密度脂蛋白濃度，促進(jìn)膽固醇從周?chē)M織轉(zhuǎn)運(yùn)回肝臟，清除周?chē)M織包括動(dòng)脈壁的膽固醇沉淀，這對(duì)防治動(dòng)脈粥

20、樣硬化以及心腦血管疾病具體有非常重要的意義,53,二、運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué),生物力學(xué)是生物學(xué)和力學(xué)融合而成的一門(mén)邊緣學(xué)科，是利用力學(xué)的原理與方法研究生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的一門(mén)科學(xué)。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是生物力學(xué)的一個(gè)重要分支，是研究人體或者生物體在外力和內(nèi)部受控的肌力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是康復(fù)醫(yī)學(xué)的理論基礎(chǔ)之一,54,骨與關(guān)節(jié)的生物力學(xué),骨、關(guān)節(jié)和骨骼肌共同組成了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中骨骼肌是運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，而骨起著支撐和杠桿作用，關(guān)節(jié)是骨于骨連接成“鏈”的樞紐，為骨的杠桿作用提供支點(diǎn)。三者的協(xié)調(diào)活動(dòng)，使人體能完成各種動(dòng)作。因此，研究骨、關(guān)節(jié)的力學(xué)特征，對(duì)提高運(yùn)動(dòng)機(jī)能、預(yù)防關(guān)節(jié)損傷有重要的實(shí)際意義,55

21、,運(yùn)動(dòng)中的內(nèi)力和外力的關(guān)系,2.內(nèi)力可以改變外力的大小 3.外力可用來(lái)增強(qiáng)內(nèi)力,1.內(nèi)力與外力是相對(duì)的,56,當(dāng)骨骼肌在某一平面產(chǎn)生力作用時(shí)，可將肌力分解為兩個(gè)垂直分量：一個(gè)沿著骨軸線作用，另一個(gè)垂直骨軸線。前者起穩(wěn)固關(guān)節(jié)的作用，因而叫穩(wěn)固分量，后者是使骨產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的分量，所以叫轉(zhuǎn)動(dòng)分量,57,第四節(jié) 骨、關(guān)節(jié)生物力學(xué),一）骨受載荷形式,一、骨的生物力學(xué)性質(zhì),拉伸載荷 壓縮載荷 彎曲載荷 剪切載荷 扭轉(zhuǎn)載荷 復(fù)合載荷,58,骨的應(yīng)力是指骨結(jié)構(gòu)受到外來(lái)載荷時(shí)其表面單位面積所受到的力。骨的應(yīng)變是指骨在外力作用下的局部形變，包括線性應(yīng)變和剪切應(yīng)變,二）骨的應(yīng)力與應(yīng)變曲線,59,應(yīng)力較小時(shí)，在一定的范圍

22、內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著一個(gè)線性關(guān)系，應(yīng)力-應(yīng)變曲線為直線，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，稱為彈性區(qū)。去除外部載荷移后，材料將恢復(fù)到原來(lái)的形狀，即不會(huì)造成永久形變。 載荷持續(xù)增加時(shí)，骨最外層某些部位就會(huì)發(fā)生屈服，即彈性區(qū)末端點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)以后的曲線則變成了非線性，骨將產(chǎn)生永久變形，稱為塑性區(qū)。 載荷持續(xù)增加，骨組織的結(jié)構(gòu)體將在某個(gè)部位失效（骨折，圖中C點(diǎn)為斷裂點(diǎn)），對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為極限應(yīng)力（C,60,在應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖中的彈性區(qū)，材料的應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著一定的關(guān)系，即應(yīng)力/應(yīng)變是常數(shù)，此常數(shù)為材料的彈性模量或楊氏模量，其大小等于這段直線的斜率。彈性模量或楊氏模量大小表示了材料抵抗變形的能力，稱

23、為剛度,61,達(dá)到極限應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線下面的面積表示導(dǎo)致骨折所需要的能量。一般骨在生理負(fù)荷范圍內(nèi)，骨產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)外力去除后，彈性區(qū)內(nèi)的能量能同時(shí)被骨釋放，使骨恢復(fù)原狀。但當(dāng)骨不斷受到外力作用時(shí)，其應(yīng)變能量不能被及時(shí)完全釋放，經(jīng)積累后可能會(huì)損壞材料的結(jié)構(gòu),62,骨的生長(zhǎng)是破壞和重建兩個(gè)過(guò)程對(duì)立統(tǒng)一的結(jié)果。骨的塑形與重建是通過(guò)適應(yīng)力的作用，這種適應(yīng)性是按沃爾夫（Wolff）定律進(jìn)行的。 適宜的載荷對(duì)骨有積極的影響，但過(guò)載、過(guò)用或過(guò)度沖擊性載荷可引起骨損傷甚至骨折發(fā)生,三）機(jī)械應(yīng)力對(duì)骨生長(zhǎng)的影響,63,運(yùn)動(dòng)中，骨會(huì)反復(fù)受力，超過(guò)某一生理限度時(shí)使骨組織受到損傷，造成骨的損傷為疲勞性損傷。 在

24、持續(xù)性緊張的骨骼肌運(yùn)動(dòng)中，首先引起骨骼肌疲勞，收縮能力降低，其結(jié)果是抵消作用于骨上的應(yīng)力的能力也減弱，導(dǎo)致對(duì)骨的作用力過(guò)大，骨結(jié)構(gòu)在反復(fù)的應(yīng)力刺激下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生骨折,四）骨疲勞,64,疲勞性骨折的發(fā)生過(guò)程示意圖,65,骨的力學(xué)性質(zhì)還受到以下因素的影響。 骨的大小和形狀 骨折愈合：當(dāng)骨折愈合開(kāi)始時(shí)，骨痂在骨折處周?chē)纬商谞钜苑€(wěn)定骨折區(qū)。骨痂使截面積顯著增加，從而增加骨骼的強(qiáng)度和剛度。 手術(shù)因素：有些外科手術(shù)造成骨缺損而使其力學(xué)性能明顯減弱。 衰老與骨質(zhì)疏松：骨組織總量的減少和骨體積的輕度減少,五）影響骨力學(xué)性能的其他因素,66,人類三種類型的杠桿,六）骨的杠桿功能,67,二、關(guān)節(jié)的生物力

25、學(xué),關(guān)節(jié)面形狀 韌帶強(qiáng)弱 骨骼肌力量 關(guān)節(jié)負(fù)壓,一）關(guān)節(jié)穩(wěn)定性,68,關(guān)節(jié)的存在使骨的杠桿作用得以實(shí)現(xiàn)，而提供骨杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力、力矩可來(lái)自多方面，如承載的負(fù)荷與環(huán)節(jié)重量、關(guān)節(jié)韌帶牽拉、肌收縮力等,二）關(guān)節(jié)的力和力矩,69,力學(xué)性能與固體材料特性和滲透性有關(guān)。 滲透性是指液體流過(guò)多孔固體基質(zhì)時(shí)的摩擦阻力，是雙相材料的重要參數(shù)。 關(guān)節(jié)軟骨損害、變性與關(guān)節(jié)載荷的頻率與量級(jí)有關(guān)。關(guān)節(jié)的先天性發(fā)育不良以及關(guān)節(jié)損傷等因素，可以導(dǎo)致應(yīng)力集中,三）關(guān)節(jié)軟骨生物力學(xué)特性,70,肌腱和韌帶都是粘彈性組織，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀取決于組織中膠原纖維和彈性纖維的比例,三、肌腱和韌帶的生物力學(xué),一）肌腱和韌帶的應(yīng)力-應(yīng)變

26、曲線,71,1.解剖位置 2.鍛煉和固定 3.年齡 4.激光和熱治療,二）影響肌腱生物力學(xué)特性的因素,72,1.溫度、負(fù)荷加載速度的影響 2.機(jī)械應(yīng)力的影響 3.年齡的影響,三）影響韌帶生物力學(xué)特性的因素,73,骨骼肌的生物力學(xué),白肌1型纖維（快速糖酵解纖維），具有最快的收縮時(shí)間和最小的抗疲勞能力。白肌1型纖維的線粒體和毛細(xì)血管少，有完善的酵解系統(tǒng)，但氧化系統(tǒng)不完善，主要依靠無(wú)氧糖酵解來(lái)提供能量。 白肌2型纖維是一種中間型纖維，氧化和酵解代謝途徑均較完善，特性在1型纖維和紅纖維之間。 紅肌纖維含有豐富的氧化酶，收縮和舒張時(shí)間比其他類型都要長(zhǎng)，抗疲勞能力比白肌纖維大得多，更適應(yīng)于有氧代謝。在維持

27、姿勢(shì)的靜力性工作為主的肌中，紅纖維的比例較高，以動(dòng)力性工作為主的肌中，紅纖維的比例較低,74,運(yùn)動(dòng)對(duì)肌纖維類型的影響 在白肌纖維中，白肌1型和2型纖維可以相互轉(zhuǎn)化。耐力訓(xùn)練在減少白肌1型纖維的同時(shí)可增加白肌2型纖維的比例，而力量訓(xùn)練可增加白肌1型纖維的比例,運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)員 指運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同類型的運(yùn)動(dòng)單位參與活動(dòng)的次序和程度，也稱為運(yùn)動(dòng)單位募集。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)沖動(dòng)頻率越高，募集的運(yùn)動(dòng)單位越多，肌收縮產(chǎn)生的張力就越大，反之則少,75,骨骼肌的特性,物理特性：（1）伸展性 （2）彈性 （3）黏滯性,生理特性：（1）興奮性 （2）收縮性,76,骨骼肌在運(yùn)動(dòng)中的作用類型,1)原動(dòng)?。涸谶\(yùn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)和維持中一直起主

28、動(dòng)作用的肌肉 （2）拮抗肌：與原動(dòng)力功能相反的肌群為拮抗肌 （3）固定?。簽榱税l(fā)揮原動(dòng)機(jī)對(duì)肢體的動(dòng)力作用，需將肌肉近端附著的骨骼做充分固定 （4）協(xié)同肌：一塊原動(dòng)機(jī)跨過(guò)一個(gè)單軸關(guān)節(jié)可產(chǎn)生單一運(yùn)動(dòng)，如多個(gè)原動(dòng)肌跨過(guò)單軸或多個(gè)關(guān)節(jié)，就能產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),77,骨骼肌的運(yùn)動(dòng)形式,肌運(yùn)動(dòng)是肌力和外力相互作用的結(jié)果。骨骼肌收縮時(shí)產(chǎn)生兩種基本運(yùn)動(dòng)形式：靜力性運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性運(yùn)動(dòng),1.靜力性運(yùn)動(dòng)：又稱等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)或等長(zhǎng)收縮，等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌收縮阻力相等，肌肉的起止點(diǎn)無(wú)位移，肌長(zhǎng)度不變，不引起關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，不做功。 2.動(dòng)力性運(yùn)動(dòng)：又稱等張收縮，是形成運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的肌運(yùn)動(dòng)形式，分兩種：（1）向心運(yùn)動(dòng)（向心收縮）是指肌肉收縮時(shí)肌力大于阻力，肌肉起止點(diǎn)相近，肌的長(zhǎng)度縮短的工作形式。（2）離心運(yùn)動(dòng)：（離心收縮）是指肌收縮時(shí)肌力低于阻力，肌肉起止點(diǎn)相互遠(yuǎn)離，肌的長(zhǎng)度被拉長(zhǎng)的工作形式。 3.等速運(yùn)動(dòng)：又稱等速收縮，是指在整個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍內(nèi)，骨骼肌以恒定的速度進(jìn)行最大的收縮，要通過(guò)儀器來(lái)完成,78,骨骼肌收縮與負(fù)荷的關(guān)系,1）肌收縮的長(zhǎng)度-張力關(guān)系：指前負(fù)荷（肌收縮前所承受的負(fù)荷）對(duì)肌收縮的張力影響,2）肌收縮的張力-速度關(guān)系：指后負(fù)荷（肌開(kāi)始收縮時(shí)遇到