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1、運動學基礎 浙江中醫(yī)藥大學附屬第三醫(yī)院骨傷科 周國慶 運動的生物力學 生物力學應用力學原理和方法對生物體中的力學問題進行定量研究的學科。 作用于人體的力 外力 外界環(huán)境作用于人體的力 內(nèi)力 人體內(nèi)部各組織器官間相互作用的力 外力 重力 支撐反作用力 摩擦力 流體作用力人體在流體中運動時所承受的流體阻力。大小與運動速度、流體密度成正比。 分析游泳運動 機械的其他阻力機械的重力、慣性力、摩擦力、彈力等所產(chǎn)生的阻力。 利用外力是康復中肌力訓練的基礎利用外力是康復中肌力訓練的基礎 內(nèi)力 肌肉收縮時產(chǎn)生的力 各組織器官間的被動阻力 各內(nèi)臟器官的摩擦力 內(nèi)臟器官與固定裝置間的阻力 流體的阻力體液在管道內(nèi)流

2、動所產(chǎn)生 各種內(nèi)力相互適應，以維持最佳活動，同時也不斷與外力相抗衡以適應人體生活的需要。 骨組織的生物力學 骨骼系統(tǒng)的作用是保護內(nèi)臟器官并為肌肉提供堅強的動力聯(lián)系和附著點，以利于肌肉收縮和身體運動。 而骨組織具有自我修復的能力，并能根據(jù)力學的需要改變其性能和外形（在一定的限度內(nèi)）。 機械應力對骨結(jié)構(gòu)的影響 機械應力與骨組織之間存在著一種生理平衡，在平衡狀態(tài)，骨組織的成骨細胞和破骨細胞的活性是相同的，當應力增大時成骨細胞活躍，引起骨質(zhì)增生，承載面增大，使應力下降，達到新的平衡。當應力下降時破骨細胞再吸收加強，骨組織量下降，使應力增加。 骨的力學性能的基本概念 應力應力表示結(jié)構(gòu)內(nèi)某一平面對外部負荷

3、的反應，即外部載荷在單位面積上所產(chǎn)生的負荷。 單位：每平方米牛頓/帕斯卡（N/m2 ，Pa） 應變結(jié)構(gòu)在載荷下某一點上所發(fā)生的變形。 線應變長度的改變/結(jié)構(gòu)原長度，以百分比表示 剪應變在載荷下所發(fā)生的角改變，以弧度（rad） 表示 骨的應力應變曲線：在載荷下以應力和應變的數(shù)值繪出的曲線，稱為應力應變曲線，其分區(qū)與載荷變形曲線相似。 骨組織的加載荷變形曲線 非彈性區(qū) C D 斷裂點 載 B 荷 屈服點 彈性區(qū) 能 量 A D 變形 骨的力學性能 強度和剛度是骨的重要力學性能 彈性模量載荷變形曲線上彈性范圍內(nèi)任意一點的應力對應變的比值，即材料的剛度剛度，亦即彈性區(qū)的曲線斜率。 在曲線上，由載荷和變

4、形顯示的強度強度，用極限斷裂點來表示；由能量儲存顯示的強強度度，用整個曲線下的面積大小來表示。 骨組織的結(jié)構(gòu) 骨骼由骨密質(zhì)和骨松質(zhì)組成，其區(qū)別在于孔隙率不同。 孔隙率孔隙率：指非礦物組織所占骨組織的比率，以百分比表示 骨密質(zhì)骨密質(zhì) 孔隙率 5%30% 承受更大的應力 應變2% 骨松質(zhì)骨松質(zhì) 孔隙率30%90% 承受更大的應變7% 不同加載形式的骨性能 1.拉伸 拉伸載荷是自骨的表面向外施加相等而相反的載荷，在骨內(nèi)部產(chǎn)生拉應力和應變。 2.壓縮 壓縮載荷為加于骨表面的相等而方向相反的作用載荷。 3.剪切 剪切載荷作用時，載荷施加方向與骨表面平行，在骨內(nèi)部產(chǎn)生剪切應力和應變。 不同加載形式的骨性能

5、 4.彎曲 骨在彎曲時同時受到拉伸和壓縮，拉應力和應變作用于中性軸的一側(cè)，壓應力和應變作用于另一側(cè)。而在中性軸上，沒有應力和應變。 5.扭轉(zhuǎn) 載荷加于骨上使其沿軸線產(chǎn)生扭曲時，即形成扭轉(zhuǎn)。 6.復合載荷 在人體，骨的載荷是復雜的，主要原因：骨骼的幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，且始終受到多種不定的載荷。 Pre-OP After-OP 1 year 體育活動中骨骼的受力形式及其強度 骨骼承受壓縮載荷的能力最強；彎曲載荷通常是在骨骼起杠桿作用時出現(xiàn)的；拉伸載荷常見于身體懸垂姿勢中，骨的兩端受到反向拉力；骨骼的扭轉(zhuǎn)強度最小，因而過大的扭轉(zhuǎn)載荷容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)性（螺旋型）骨折 肌肉活動對骨骼應力分布的影響 肌肉收縮所產(chǎn)生的壓應力，與部分或全部拉應力相抵，從而降低或消除加于骨骼上的拉應力。 肌肉收縮比其他任何方式使股骨頸有可能承受很高的載荷。 關節(jié)軟骨的生物力學 關節(jié)軟骨主要功能： 1、將載荷擴散，減少接觸應力 2、使得對應的關節(jié)面以最小的摩擦和磨損進行相對運動 關節(jié)軟骨 由透明軟骨構(gòu)成； 作用： 減少摩擦； 增強關節(jié)靈活性