第一節(jié)骨運動學骨的運動適應性演示文稿本文檔共38頁；當前第1頁；編輯于星期二\18點28分優(yōu)選第一節(jié)骨運動學骨的運動適應性本文檔共38頁；當前第2頁；編輯于星期二\18點28分骨的生物力學特性1骨的功能適應性2

二、骨的運動適應性

本文檔共38頁；當前第3頁；編輯于星期二\18點28分（一）骨的生物力學特性

1.骨的承載能力

衡量骨承載能力的三要素：

第一，要求骨有足夠的強度。即指骨在承載負荷的情況下抵抗破壞的能力。

第二，要求骨有足夠的剛度。

即指骨在外力作用下抵抗變形的能力。

第三，要求骨有足夠的穩(wěn)定性。

即指骨保持原有平衡形態(tài)的能力。本文檔共38頁；當前第4頁；編輯于星期二\18點28分

2.骨的載荷及變形人體在日常生活與運動中都會對機體的每塊骨產(chǎn)生復雜的力。即骨會承受來自多方的不同形式的載荷。本文檔共38頁；當前第5頁；編輯于星期二\18點28分（1）骨的載荷

人體在運動或勞動時，骨要承受不同方式的載荷。當力和力矩以不同方式施加于骨時，骨將受到拉伸a、壓縮b、彎曲c、剪切d、扭轉e和復合f等載荷。本文檔共38頁；當前第6頁；編輯于星期二\18點28分

1）拉伸載荷

在骨的兩端受到一對大小相等、方向相反沿軸線的力的作用。骨受力后，能夠導致骨骼內(nèi)部產(chǎn)生拉應力和應變，使骨伸長并同時變細。例如在進行吊環(huán)運動時上肢骨被拉伸。

本文檔共38頁；當前第7頁；編輯于星期二\18點28分2）壓縮載荷

是施加于骨組織表面的兩個沿軸線的大小相等、方向相對的載荷。該載荷在骨組織內(nèi)部產(chǎn)生壓應力和應變。如舉重運動員舉起杠鈴后上肢和下肢骨被壓縮。本文檔共38頁；當前第8頁；編輯于星期二\18點28分3）彎曲載荷

是使骨沿其軸線發(fā)生彎曲形變的載荷。例如當脊柱前屈或后伸時脊柱的彎曲則為彎曲載荷。特點：骨骼在彎曲載荷時，其中性軸兩旁一側產(chǎn)生拉應力和拉應變，另—側則產(chǎn)生壓應力和壓應變，在中性軸上則沒有應力和應變。應力的大小與至骨骼中性軸距離成正比，即距中性軸越遠，其應力就越大。本文檔共38頁；當前第9頁；編輯于星期二\18點28分4）剪切載荷

在骨的表面受到一對大小相等、方向相反且相距很近的力的作用。在骨內(nèi)部也會產(chǎn)生剪切應力和應變。例如車床剪切斷肢體時即為剪切載荷。本文檔共38頁；當前第10頁；編輯于星期二\18點28分5）扭轉載荷

加在骨上并使其沿軸線發(fā)生扭轉的載荷即為扭轉載荷。如作轉身動作時，下肢骨受到的扭轉作用。在生理狀態(tài)下，扭轉載荷常見于前臂、脊柱的旋轉與骨關節(jié)的旋轉活動中。當骨受到扭轉時，所產(chǎn)生的剪切應力便分布在整個骨骼結構中。本文檔共38頁；當前第11頁；編輯于星期二\18點28分6）復合載荷

人體在運動時，由于骨的幾何結構不規(guī)則，同時又受到多種不定的載荷，往往使骨處于兩種或多種載荷的狀態(tài)，即為復合載荷。如人體在受傷骨折時，往往是幾種作用力的復合。像跌倒后發(fā)生的橈骨遠端骨折，便是既有剪切力又有壓縮力等多種力綜合作用的結果。本文檔共38頁；當前第12頁；編輯于星期二\18點28分持續(xù)載荷對骨也會產(chǎn)生一定的影響。即骨受到持續(xù)低載荷作用一段時間后，其組織會產(chǎn)生緩慢變形或蠕變。在加載后的最初數(shù)小時（6～8小時），其蠕變現(xiàn)象最顯著，隨后蠕變的速率則會降低。一般而言，骨承受壓力負荷的能力最大，其次是拉力、剪切力和扭轉力。骨所受的正常生理負荷是這些力的綜合。本文檔共38頁；當前第13頁；編輯于星期二\18點28分（2）骨的基本變形

骨骼在承受各種不同載荷時會發(fā)生不同程度的變形，如腰脊柱前凸即是受力變形。根據(jù)骨骼受載形式及受載后的變形形式，一般可將其變形分為拉伸、壓縮、剪切、彎曲和扭轉等五種基本變形。本文檔共38頁；當前第14頁；編輯于星期二\18點28分3.骨的應力與應變骨力學包含二個最基本的元素，即應力和應變。（1）骨的應力

概念：當外力作用于骨時，骨以形變產(chǎn)生內(nèi)部的阻抗以抗衡外力，即是骨產(chǎn)生的應力。特點：應力的大小等于作用于骨截面上的外力與骨橫斷面面積之比，單位為Pascal(Pa=N/m2)，即牛頓/平方米。

計算公式：本文檔共38頁；當前第15頁；編輯于星期二\18點28分種類：根據(jù)作用于骨的力不同，其內(nèi)部分別會產(chǎn)生相應的應力，如壓應力、拉壓力等。

作用：應力對骨的改變、生長和吸收起著調(diào)節(jié)作用，應力不足會使骨萎縮，應力過大也會使骨萎縮。因此，對于骨來說，存在一個最佳的應力范圍。本文檔共38頁；當前第16頁；編輯于星期二\18點28分

（2）應變

概念：骨的應變是指骨在外力作用下的局部變形。其大小等于骨受力后長度的變化量與原長度之比，即形變量與原尺度之比。一般以百分比來表示。

由壓力、形變和樣本的大小計算出應力和應變的大小

當骨承受了很重的力并超出其耐受應力與應變的極限時，便可造成骨骼損傷甚至發(fā)生骨折。本文檔共38頁；當前第17頁；編輯于星期二\18點28分（3）應力-應變曲線表示應力和應變之間的關系。應力-應變曲線分成兩個區(qū)：彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)。在彈性變形區(qū)內(nèi)的載荷不會造成永久性形變（如骨折）。彈性區(qū)末端點或塑性區(qū)初始點稱屈服點。該點對應的應力是產(chǎn)生骨最大應力的彈性形變，亦稱為彈性極限。塑性區(qū)：屈服點以后的區(qū)。此時已出現(xiàn)結構的損壞和永久變形。當載荷超過彈性極限后，骨發(fā)生斷裂即骨折。本文檔共38頁；當前第18頁；編輯于星期二\18點28分

★導致骨折所需的應力叫骨的最大應力或極限強度。★在應力-應變曲線彈性區(qū)的斜率叫彈性模量或楊氏模量（Young’sModules），表示材料抗形變的能力。一般而言，彈性模量是一個常數(shù)。彈性模量越大，產(chǎn)生一定應變所需的應力越大。

本文檔共38頁；當前第19頁；編輯于星期二\18點28分

（4）骨應變能量

概念：達到極限負荷時的應力-應變曲線下面積,表示導致骨折所需要的能量。一般骨的生理負荷使骨產(chǎn)生彈性變形，是彈性區(qū)內(nèi)骨所能承受應力的大小。當外力去除后，彈性區(qū)內(nèi)的能量能同時被骨釋放，使骨恢復原狀。但當骨不斷受到外力重復作用時，其應變能量不能被及時完全釋放，經(jīng)積累后可能會損壞材料的結構，臨床上則表現(xiàn)為疲勞性骨折。本文檔共38頁；當前第20頁；編輯于星期二\18點28分4.骨的生物力學特性包括骨的材料力學特性和結構力學特性。骨的材料力學特性：是指骨組織本身的力學性能，與骨的幾何形狀無關。骨的結構力學特性：是指整個骨結構的力學性能，不但與骨的材料力學特性有關而且受骨的幾何特性即形狀、尺寸等的影響。本文檔共38頁；當前第21頁；編輯于星期二\18點28分（1）骨組織的基本生物力學特性

1）各向異性

骨的結構為中間多孔介質(zhì)的各向異性體，其不同方向的力學性質(zhì)不同，即各向異性。2）彈性和堅固性

骨的有機成分組成網(wǎng)狀結構，使骨具有彈性，并具有抗張能力。骨的無機物填充在有機物的網(wǎng)狀結構中，使骨具有堅固性，具有抗壓能力。

本文檔共38頁；當前第22頁；編輯于星期二\18點28分3）抗壓力強、抗張力差

骨對縱向壓縮的抵抗最強，即在壓力情況下不易損壞，在張力情況下易損壞。

4）耐沖擊力和持續(xù)力差骨對沖擊力的抵抗比較小。同其他材料相比，其持續(xù)性能、耐疲勞性能較差。5）應力強度的方向性

皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨的結構不同，承受的力量及兩者的剛度也不同。皮質(zhì)骨的剛度比松質(zhì)骨大，變形程度則較之要小。兩者的各向異性對應力的反應在不同方向各不相同。本文檔共38頁；當前第23頁；編輯于星期二\18點28分

6）骨的強度和剛度①骨強度是指骨在承受載荷時所具有的足夠的抵抗破壞的能力，以致不發(fā)生破壞。在壓縮載荷的試驗中，載荷－變形曲線能反映結構強度的三個參數(shù)是：a.結構在破壞前所能承受的載荷，

b.結構在破壞前所能承受的變形，

c.結構在破壞前所能貯存的能量。②骨的剛度是指骨具有足夠的抵抗變形的能力。在某種載荷作用下，骨雖不發(fā)生斷裂，但如果變形過大，往往會影響骨結構與功能。骨結構的剛度由彈性范圍內(nèi)的曲線斜率表示。本文檔共38頁；當前第24頁；編輯于星期二\18點28分

影響骨強度與剛度的因素有：①壓應力――肌收縮時所產(chǎn)生的壓應力能防止拉伸骨折的發(fā)生；②骨的大小和形狀――骨的橫截面積的大小及骨組織在骨中軸周圍的分布、形狀等均可影響骨強度和剛度。如骨試件在壓縮時，骨的橫截面面積越大，強度和剛度也越大。破壞載荷及剛度的大小與橫截面積成正比。本文檔共38頁；當前第25頁；編輯于星期二\18點28分7）機械力對骨的影響

機械應力與骨組織之間存在著生理平衡。骨對生理應力刺激的反應是處于動態(tài)平衡狀態(tài)，應力越大，骨組織增生和骨密質(zhì)增厚越明顯。

8）骨是人體理想的結構材料骨具有強度大質(zhì)量輕的特點。本文檔共38頁；當前第26頁；編輯于星期二\18點28分

（2）骨受載時的生物力學特性

1）骨對應力的反應

骨對生理應力刺激的反應一般處于平衡狀態(tài)，應力越大，骨的增生和密度越大，最終，又提高了骨的生理應力能力。

密質(zhì)骨對應力的反應：密質(zhì)骨具有很高的強度，其抗壓強度大于骨松質(zhì)，可承受較大的壓縮應力。本文檔共38頁；當前第27頁；編輯于星期二\18點28分松質(zhì)骨對應力的反應：骨松質(zhì)的疏松度為30％～90％，其應力—應變特征與密質(zhì)骨有很大差異。松質(zhì)骨在屈服之后，骨小梁進行性斷裂，使拉力負荷很快減低，低于應變水平。松質(zhì)骨在拉力負荷下的能量吸收能力明顯降低。本文檔共38頁；當前第28頁；編輯于星期二\18點28分2）骨密質(zhì)在受載時的生物力學特性

人類骨骼80%是皮質(zhì)骨。在受載時與骨松質(zhì)相比：骨密質(zhì)在斷裂前應變較小，其應變超過原長的2％時就發(fā)生斷裂；而骨松質(zhì)的應變超過7％時才斷裂；這與密質(zhì)骨的疏松度及能量儲存能力較松質(zhì)骨小有關。

本文檔共38頁；當前第29頁；編輯于星期二\18點28分

3）骨松質(zhì)在受載時的生物力學特性

骨松質(zhì)具有多孔結構而具有較高的能量儲存能力。骨松質(zhì)的結構特點：

骨松質(zhì)由針狀或片狀骨小梁相交織成網(wǎng)狀結構。其顯微結構分為四種基本結構類型：針狀非對稱形開放網(wǎng)格、片狀非對稱形封閉網(wǎng)格、針狀圓柱體形開放網(wǎng)格、片狀圓柱體形封閉網(wǎng)格。本文檔共38頁；當前第30頁；編輯于星期二\18點28分骨松質(zhì)結構特征與應力適應性★骨松質(zhì)的網(wǎng)格形式與其結構密度有密切關系。不同部位骨松質(zhì)具有著不同類型的顯微結構?！锕撬少|(zhì)的結構密度與其所受的應力大小成正比，在密度相對較低的骨松質(zhì)部位，骨小梁主要表現(xiàn)為開放型的針狀結構；在密度相對較高的骨松質(zhì)部位，形成封閉式的片狀結構；中等密度時，結構由針狀和片狀網(wǎng)格混合而成?！锕切×旱呐帕蟹较蛞蕾囉谧饔迷诠撬少|(zhì)上的應力的大小、方向和力的類型。本文檔共38頁；當前第31頁；編輯于星期二\18點28分

骨松質(zhì)粘彈性性質(zhì)與蠕變

骨松質(zhì)具有粘彈性性質(zhì)和蠕變性質(zhì)，在一定應力作用下，其蠕變將隨時間而變化，蠕變在開始時速度快，繼之變慢，最后速度又變快。本文檔共38頁；當前第32頁；編輯于星期二\18點28分

5.骨折的生物力學

骨的完整性或連續(xù)性中斷時稱骨折。常見原因有直接暴力、間接暴力、肌拉力、積累勞損及骨骼疾病。本文檔共38頁；當前第33頁；編輯于星期二\18點28分

（1）骨的受載形式與骨折類型的關系

常見的骨折類型與骨所受載荷的形式有關，一般包括有：拉伸、壓縮、彎曲、旋轉和壓力聯(lián)合彎曲

5種基本形式所致的骨折。

本文檔共38頁；當前第34頁；編輯于星期二\18點28分（2）骨折的生物力學原理

1）骨受拉伸載荷所致的骨折

其斷裂的機理主要為骨組織結合線的分離和骨單位的脫離