骨運(yùn)動(dòng)學(xué)骨運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性

1、關(guān)于骨運(yùn)動(dòng)學(xué)骨的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性第一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月骨的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容骨的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性第二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月骨的生物力學(xué)特性1骨的功能適應(yīng)性2 二、骨的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性 第三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）骨的生物力學(xué)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(qiáng)度。即指骨在承載負(fù)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。第四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 骨的載荷及變形 人體在日常生活與運(yùn)動(dòng)中都會(huì)對(duì)機(jī)體

2、的每塊骨產(chǎn)生復(fù)雜的力。即骨會(huì)承受來自多方的不同形式的載荷。第五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）骨的載荷 人體在運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)時(shí)，骨要承受不同方式的載荷。當(dāng)力和力矩以不同方式施加于骨時(shí)，骨將受到拉伸a、壓縮b、彎曲c、剪切d、扭轉(zhuǎn)e和復(fù)合f等載荷。第六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 1）拉伸載荷 在骨的兩端受到一對(duì)大小相等、方向相反沿軸線的力的作用。骨受力后，能夠?qū)е鹿趋纼?nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力和應(yīng)變，使骨伸長(zhǎng)并同時(shí)變細(xì)。 例如在進(jìn)行吊環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)上肢骨被拉伸。 第七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2）壓縮載荷 是施加于骨組織表面的兩個(gè)沿軸線的大小相等、方向相對(duì)的載荷。 該載

3、荷在骨組織內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力和應(yīng)變。 如舉重運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴后上肢和下肢骨被壓縮。第八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月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(dāng)脊柱前屈或后伸時(shí)脊柱的彎曲則為彎曲載荷。 特點(diǎn)：骨骼在彎曲載荷時(shí)，其中性軸兩旁一側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，另側(cè)則產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，在中性軸上則沒有應(yīng)力和應(yīng)變。 應(yīng)力的大小與至骨骼中性軸距離成正比，即距中性軸越遠(yuǎn)，其應(yīng)力就越大。第九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4）剪切載荷 在骨的表面受到一對(duì)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(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力和應(yīng)變。例如車床剪切斷肢體時(shí)即為剪切載荷。第十張，PPT

4、共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5）扭轉(zhuǎn)載荷 加在骨上并使其沿軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)的載荷即為扭轉(zhuǎn)載荷。 如作轉(zhuǎn)身動(dòng)作時(shí)，下肢骨受到的扭轉(zhuǎn)作用。 在生理狀態(tài)下，扭轉(zhuǎn)載荷常見于前臂、脊柱的旋轉(zhuǎn)與骨關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)中。 當(dāng)骨受到扭轉(zhuǎn)時(shí)，所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力便分布在整個(gè)骨骼結(jié)構(gòu)中。第十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6）復(fù)合載荷 人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于骨的幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，同時(shí)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(fù)合載荷。 如人體在受傷骨折時(shí)，往往是幾種作用力的復(fù)合。 像跌倒后發(fā)生的橈骨遠(yuǎn)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(jié)果。第十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022

5、年6月 持續(xù)載荷對(duì)骨也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。 即骨受到持續(xù)低載荷作用一段時(shí)間后，其組織會(huì)產(chǎn)生緩慢變形或蠕變。 在加載后的最初數(shù)小時(shí)（68小時(shí)），其蠕變現(xiàn)象最顯著，隨后蠕變的速率則會(huì)降低。 一般而言，骨承受壓力負(fù)荷的能力最大，其次是拉力、剪切力和扭轉(zhuǎn)力。 骨所受的正常生理負(fù)荷是這些力的綜合。第十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）骨的基本變形 骨骼在承受各種不同載荷時(shí)會(huì)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(zhuǎn)等五種基本變形。第十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3.骨的應(yīng)力與應(yīng)變 骨力學(xué)

6、包含二個(gè)最基本的元素，即應(yīng)力和應(yīng)變。（1）骨的應(yīng)力概念：當(dāng)外力作用于骨時(shí)，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(yīng)力。特點(diǎn)：應(yīng)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(jì)算公式：第十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月種類：根據(jù)作用于骨的力不同，其內(nèi)部分別會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，如壓應(yīng)力、拉壓力等。作用：應(yīng)力對(duì)骨的改變、生長(zhǎng)和吸收起著調(diào)節(jié)作用，應(yīng)力不足會(huì)使骨萎縮，應(yīng)力過大也會(huì)使骨萎縮。因此，對(duì)于骨來說，存在一個(gè)最佳的應(yīng)力范圍。第十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2）應(yīng)變概念：骨的應(yīng)變是指骨在外力作用下的局

7、部變形。其大小等于骨受力后長(zhǎng)度的變化量與原長(zhǎng)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(jì)算出應(yīng)力和應(yīng)變的大小 當(dāng)骨承受了很重的力并超出其耐受應(yīng)力與應(yīng)變的極限時(shí)，便可造成骨骼損傷甚至發(fā)生骨折。第十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （3）應(yīng)力-應(yīng)變曲線 表示應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系。 應(yīng)力-應(yīng)變曲線分成兩個(gè)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(huì)造成永久性形變（如骨折）。 彈性區(qū)末端點(diǎn)或塑性區(qū)初始點(diǎn)稱屈服點(diǎn)。 該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是產(chǎn)生骨最大應(yīng)力的彈性形變，亦稱為彈性極限。 塑性區(qū)：屈服點(diǎn)以后的區(qū)。此時(shí)已出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損壞和永久變形。當(dāng)載荷超過彈性極限

8、后，骨發(fā)生斷裂即骨折。第十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 導(dǎo)致骨折所需的應(yīng)力叫骨的最大應(yīng)力或極限強(qiáng)度。 在應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性區(qū)的斜率叫彈性模量或楊氏模量（Youngs Modules），表示材料抗形變的能力。 一般而言，彈性模量是一個(gè)常數(shù)。 彈性模量越大，產(chǎn)生一定應(yīng)變所需的應(yīng)力越大。第十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）骨應(yīng)變能量 概念：達(dá)到極限負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線下面積,表示導(dǎo)致骨折所需要的能量。 一般骨的生理負(fù)荷使骨產(chǎn)生彈性變形，是彈性區(qū)內(nèi)骨所能承受應(yīng)力的大小。 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)骨不斷受到外力重復(fù)作用時(shí)，其應(yīng)變

9、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)，臨床上則表現(xiàn)為疲勞性骨折。第二十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4.骨的生物力學(xué)特性 包括骨的材料力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)力學(xué)特性。骨的材料力學(xué)特性： 是指骨組織本身的力學(xué)性能，與骨的幾何形狀無關(guān)。骨的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性： 是指整個(gè)骨結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，不但與骨的材料力學(xué)特性有關(guān)而且受骨的幾何特性即形狀、尺寸等的影響。第二十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （1）骨組織的基本生物力學(xué)特性 1）各向異性 骨的結(jié)構(gòu)為中間多孔介質(zhì)的各向異性體，其不同方向的力學(xué)性質(zhì)不同，即各向異性。 2）彈性和堅(jiān)固性 骨的有機(jī)成分組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使骨具有彈性，并具

10、有抗張能力。 骨的無機(jī)物填充在有機(jī)物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，使骨具有堅(jiān)固性，具有抗壓能力。第二十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 3）抗壓力強(qiáng)、抗張力差 骨對(duì)縱向壓縮的抵抗最強(qiáng)，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(duì)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(yīng)力強(qiáng)度的方向性 皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)力的反應(yīng)在不同方向各不相同。第二十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 6）骨的強(qiáng)度和剛度 骨強(qiáng)度是指骨在承受載荷時(shí)所具有的足

11、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(yàn)中，載荷變形曲線能反映結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三個(gè)參數(shù)是：a.結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的載荷，b.結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的變形，c.結(jié)構(gòu)在破壞前所能貯存的能量。 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(huì)影響骨結(jié)構(gòu)與功能。骨結(jié)構(gòu)的剛度由彈性范圍內(nèi)的曲線斜率表示。第二十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 影響骨強(qiáng)度與剛度的因素有：壓應(yīng)力肌收縮時(shí)所產(chǎn)生的壓應(yīng)力能防止拉伸骨折的發(fā)生；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(qiáng)度和剛度。如骨試件在壓縮時(shí)，骨的橫截面面積越大

12、，強(qiáng)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。第二十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 7）機(jī)械力對(duì)骨的影響 機(jī)械應(yīng)力與骨組織之間存在著生理平衡。 骨對(duì)生理應(yīng)力刺激的反應(yīng)是處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，應(yīng)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(jié)構(gòu)材料 骨具有強(qiáng)度大質(zhì)量輕的特點(diǎn)。第二十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2）骨受載時(shí)的生物力學(xué)特性 1）骨對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)骨對(duì)生理應(yīng)力刺激的反應(yīng)一般處于平衡狀態(tài)，應(yīng)力越大，骨的增生和密度越大，最終，又提高了骨的生理應(yīng)力能力。 密質(zhì)骨對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)：密質(zhì)骨具有很高的強(qiáng)度，其抗壓強(qiáng)度大于骨松質(zhì)，可承受較大的壓縮應(yīng)力。第

13、二十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 松質(zhì)骨對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)： 骨松質(zhì)的疏松度為3090，其應(yīng)力應(yīng)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(jìn)行性斷裂，使拉力負(fù)荷很快減低，低于應(yīng)變水平。 松質(zhì)骨在拉力負(fù)荷下的能量吸收能力明顯降低。第二十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2）骨密質(zhì)在受載時(shí)的生物力學(xué)特性 人類骨骼80%是皮質(zhì)骨。 在受載時(shí)與骨松質(zhì)相比： 骨密質(zhì)在斷裂前應(yīng)變較小，其應(yīng)變超過原長(zhǎng)的2時(shí)就發(fā)生斷裂； 而骨松質(zhì)的應(yīng)變超過7時(shí)才斷裂； 這與密質(zhì)骨的疏松度及能量?jī)?chǔ)存能力較松質(zhì)骨小有關(guān)。 第二十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3）骨松質(zhì)在受載時(shí)的生物力學(xué)

14、特性骨松質(zhì)具有多孔結(jié)構(gòu)而具有較高的能量?jī)?chǔ)存能力。 骨松質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：骨松質(zhì)由針狀或片狀骨小梁相交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 其顯微結(jié)構(gòu)分為四種基本結(jié)構(gòu)類型： 針狀非對(duì)稱形開放網(wǎng)格、 片狀非對(duì)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。第三十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月骨松質(zhì)結(jié)構(gòu)特征與應(yīng)力適應(yīng)性 骨松質(zhì)的網(wǎng)格形式與其結(jié)構(gòu)密度有密切關(guān)系。 不同部位骨松質(zhì)具有著不同類型的顯微結(jié)構(gòu)。 骨松質(zhì)的結(jié)構(gòu)密度與其所受的應(yīng)力大小成正比，在密度相對(duì)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(jié)構(gòu)； 在密度相對(duì)較高的骨松質(zhì)部位，形成封閉式的片狀結(jié)構(gòu)； 中等密度時(shí)，結(jié)構(gòu)由針狀和片狀網(wǎng)格混合而成。

15、 骨小梁的排列方向依賴于作用在骨松質(zhì)上的應(yīng)力的大小、方向和力的類型。第三十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 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(yīng)力作用下，其蠕變將隨時(shí)間而變化，蠕變?cè)陂_始時(shí)速度快，繼之變慢，最后速度又變快。第三十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 骨折的生物力學(xué)骨的完整性或連續(xù)性中斷時(shí)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。第三十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （1）骨的受載形式與骨折類型的關(guān)系 常見的骨折類型與骨所受載荷的形式有關(guān)， 一般包括有：拉伸、壓縮、彎曲、 旋轉(zhuǎn)和壓力聯(lián)合彎

16、曲 5種基本形式所致的骨折。第三十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）骨折的生物力學(xué)原理1）骨受拉伸載荷所致的骨折 其斷裂的機(jī)理主要為骨組織結(jié)合線的分離和骨單位的脫離。臨床上，拉伸載荷所致的骨折常見于骨松質(zhì)，表現(xiàn)形式多為撕裂性骨折。 如跟腱附著點(diǎn)附近的跟骨骨折。第三十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2）骨受壓縮載荷所致的骨折 其機(jī)理主要是骨單位的斜行破裂。 如運(yùn)動(dòng)員在單杠失手或跳傘落地技術(shù)不正確時(shí)所導(dǎo)致的胸腰椎骨折，其原因大多是由高處落下臀部著地時(shí)受瞬間沖力引起。瞬間沖力沿縱向擠壓，產(chǎn)生椎體的壓縮骨折，椎體在高壓縮載荷下發(fā)生縮短且變寬。壓縮載荷所致的骨折常見于椎體。第

17、三十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 3）骨受剪切載荷所致的骨折 當(dāng)一對(duì)相距很短、方向相反的力的作用于骨時(shí)，往 往會(huì)產(chǎn)生剪切骨折。 其骨折通常見于骨松質(zhì)，如股骨髁和脛骨平臺(tái)骨折。 4）骨受彎曲載荷所致的骨折 當(dāng)骨骼的彎曲載荷承受極限超出外力的突然襲擊時(shí)，造成拉應(yīng)力大于壓應(yīng)力，發(fā)生骨組織的彎曲斷裂。第三十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 5）骨受復(fù)合載荷所致的骨折 骨受到多種不定的載荷的作用而致的骨折。 臨床所見骨折的形式也較為復(fù)雜。 如臨床上所見的嵌插型、長(zhǎng)斜形、短斜形、螺旋形、粉碎形等骨折， 都屬于復(fù)合載荷狀態(tài)下所導(dǎo)致的骨折類型。第三十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2

18、022年6月 6）骨松質(zhì)的微細(xì)骨折 顯微鏡下所能看到的骨小梁裂損稱為骨松質(zhì)微細(xì)骨折。 微細(xì)骨折可以是正常生理活動(dòng)的結(jié)果。 在正常生理情況下，骨松質(zhì)具有修復(fù)微細(xì)骨折的能力。 當(dāng)微細(xì)骨折的程度超出生理水平，就會(huì)產(chǎn)生病理結(jié)果，使骨折的危險(xiǎn)性增加。第三十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） 骨的功能適應(yīng)性 1. 骨形態(tài)結(jié)構(gòu)的功能適應(yīng)性 骨是有生命的材料。 隨著它受到的應(yīng)力和應(yīng)變情況，通過自身修復(fù)來改變其性質(zhì)和外形，實(shí)現(xiàn)外表的再造。第四十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 骨組織結(jié)構(gòu)的功能適應(yīng)性 骨骼組織為了適應(yīng)各種力學(xué)功能的需要，不僅在形態(tài)結(jié)構(gòu)作了最佳搭配，而且對(duì)自身的組織結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了優(yōu)化組合。體內(nèi)骨組織的形成、發(fā)