第三章 第一节 骨的生物力学特性

第三章第三章第三章第三章骨、肌肉的力学特性骨、肌肉的力学特性骨、肌肉的力学特性骨、肌肉的力学特性及人体基本活动原理及人体基本活动原理及人体基本活动原理及人体基本活动原理人体模型人体模型人体模型人体模型————————运动生物力学研究人体结构机能的运动生物力学研究人体结构机能的运动生物力学研究人体结构机能的运动生物力学研究人体结构机能的特性，主要研究对于完成运动活动特性，主要研究对于完成运动活动特性，主要研究对于完成运动活动特性，主要研究对于完成运动活动有重要意义的那些结构及机能的生有重要意义的那些结构及机能的生有重要意义的那些结构及机能的生有重要意义的那些结构及机能的生物力学特性。避开运动器官系统解物力学特性。避开运动器官系统解物力学特性。避开运动器官系统解物力学特性。避开运动器官系统解剖学结构及生理机制的一些详细内剖学结构及生理机制的一些详细内剖学结构及生理机制的一些详细内剖学结构及生理机制的一些详细内容，而把它视为生物力学系统。容，而把它视为生物力学系统。容，而把它视为生物力学系统。容，而把它视为生物力学系统。运动偶运动偶运动偶运动偶————————身体相邻环节的活动连结构成运动偶。身体相邻环节的活动连结构成运动偶。身体相邻环节的活动连结构成运动偶。身体相邻环节的活动连结构成运动偶。运动链运动链运动链运动链————————运动偶的连结构成运动链。运动偶的连结构成运动链。运动偶的连结构成运动链。运动偶的连结构成运动链。第一节第一节第一节第一节骨的生物力学特性骨的生物力学特性骨的生物力学特性骨的生物力学特性一、骨的力学特性一、骨的力学特性一、骨的力学特性一、骨的力学特性（一）（一）（一）（一）骨骼的成分与性能骨骼的成分与性能骨骼的成分与性能骨骼的成分与性能————————弹性与坚硬性弹性与坚硬性弹性与坚硬性弹性与坚硬性弹性弹性弹性弹性————————骨中的有机物中含骨胶原纤维和粘多糖骨中的有机物中含骨胶原纤维和粘多糖骨中的有机物中含骨胶原纤维和粘多糖骨中的有机物中含骨胶原纤维和粘多糖蛋白。蛋白。蛋白。蛋白。坚硬性坚硬性坚硬性坚硬性————————骨中的有机物主要是钙盐。骨中的有机物主要是钙盐。骨中的有机物主要是钙盐。骨中的有机物主要是钙盐。（二）（二）（二）（二）管状骨的材料力学特性管状骨的材料力学特性管状骨的材料力学特性管状骨的材料力学特性（三）（三）（三）（三）骨的载荷骨的载荷骨的载荷骨的载荷————————形变曲线形变曲线形变曲线形变曲线屈服阶段屈服阶段屈服阶段屈服阶段断裂点（载荷与形断裂点（载荷与形断裂点（载荷与形断裂点（载荷与形变所表达的强度）变所表达的强度）变所表达的强度）变所表达的强度）曲线围成的面积表示能曲线围成的面积表示能曲线围成的面积表示能曲线围成的面积表示能量贮存所表达的强度量贮存所表达的强度量贮存所表达的强度量贮存所表达的强度变形变形变形变形载载载载荷荷荷荷A屈服点BC塑性范围弹性范围O（四）（四）（四）（四）骨的应力骨的应力骨的应力骨的应力————————应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线断裂点断裂点断裂点断裂点屈服阶段屈服阶段屈服阶段屈服阶段应变应变应变应变应应应应力力力力A屈服点BC塑性范围弹性范围O拉伸实验时皮质骨的应力——应变曲线斜率表示刚度曲线围成的面积表示能曲线围成的面积表示能曲线围成的面积表示能曲线围成的面积表示能量贮存所表达的强度量贮存所表达的强度量贮存所表达的强度量贮存所表达的强度二、骨的受力形式及其表现在体骨总是处于一定的应力场中。骨在体骨总是处于一定的应力场中。骨在体骨总是处于一定的应力场中。骨在体骨总是处于一定的应力场中。骨变形的基本方式有拉伸、压缩、弯曲、变形的基本方式有拉伸、压缩、弯曲、变形的基本方式有拉伸、压缩、弯曲、变形的基本方式有拉伸、压缩、弯曲、扭转和复合载荷。现在简要介绍这几种扭转和复合载荷。现在简要介绍这几种扭转和复合载荷。现在简要介绍这几种扭转和复合载荷。现在简要介绍这几种加载方式导致骨折的受力分析。加载方式导致骨折的受力分析。加载方式导致骨折的受力分析。加载方式导致骨折的受力分析。1111、拉伸、拉伸、拉伸、拉伸拉伸载荷在骨内部产生拉应力和拉应变，最拉伸载荷在骨内部产生拉应力和拉应变，最拉伸载荷在骨内部产生拉应力和拉应变，最拉伸载荷在骨内部产生拉应力和拉应变，最大拉应力出现在垂直于施加载荷的平面上，骨大拉应力出现在垂直于施加载荷的平面上，骨大拉应力出现在垂直于施加载荷的平面上，骨大拉应力出现在垂直于施加载荷的平面上，骨在拉伸载荷作用下伸长同时变窄，其发生骨折在拉伸载荷作用下伸长同时变窄，其发生骨折在拉伸载荷作用下伸长同时变窄，其发生骨折在拉伸载荷作用下伸长同时变窄，其发生骨折的主要机理是骨结合线的分离和骨单位被拔出。的主要机理是骨结合线的分离和骨单位被拔出。的主要机理是骨结合线的分离和骨单位被拔出。的主要机理是骨结合线的分离和骨单位被拔出。临床上拉伸载荷引起的骨折主要见于肌腱附着临床上拉伸载荷引起的骨折主要见于肌腱附着临床上拉伸载荷引起的骨折主要见于肌腱附着临床上拉伸载荷引起的骨折主要见于肌腱附着点或松质骨，如因股四头肌强力收缩所致的髌点或松质骨，如因股四头肌强力收缩所致的髌点或松质骨，如因股四头肌强力收缩所致的髌点或松质骨，如因股四头肌强力收缩所致的髌骨横骨折。骨横骨折。骨横骨折。骨横骨折。二、骨的受力形式及其表现二、骨的受力形式及其表现2222、压缩、压缩、压缩、压缩压缩载荷在骨内部产生压应力和压应变。最压缩载荷在骨内部产生压应力和压应变。最压缩载荷在骨内部产生压应力和压应变。最压缩载荷在骨内部产生压应力和压应变。最大压应力出现在与载荷相垂直的平面上。大压应力出现在与载荷相垂直的平面上。大压应力出现在与载荷相垂直的平面上。大压应力出现在与载荷相垂直的平面上。在压在压在压在压缩载荷的作用下，骨缩短变粗，其破坏机理是缩载荷的作用下，骨缩短变粗，其破坏机理是缩载荷的作用下，骨缩短变粗，其破坏机理是缩载荷的作用下，骨缩短变粗，其破坏机理是骨单位和骨小梁斜行断裂或微观失稳。临床上骨单位和骨小梁斜行断裂或微观失稳。临床上骨单位和骨小梁斜行断裂或微观失稳。临床上骨单位和骨小梁斜行断裂或微观失稳。临床上这类载荷引起的骨折主要见于松质骨，如不能这类载荷引起的骨折主要见于松质骨，如不能这类载荷引起的骨折主要见于松质骨，如不能这类载荷引起的骨折主要见于松质骨，如不能控制的大幅度坠落伤所致的胸椎或腰椎体压缩控制的大幅度坠落伤所致的胸椎或腰椎体压缩控制的大幅度坠落伤所致的胸椎或腰椎体压缩控制的大幅度坠落伤所致的胸椎或腰椎体压缩骨折。骨折。骨折。骨折。二、骨的受力形式及其表现3333、剪切、剪切、剪切、剪切骨受到大小相等、方向相反而又相距骨受到大小相等、方向相反而又相距骨受到大小相等、方向相反而又相距骨受到大小相等、方向相反而又相距很近的一对力的作用，就会产生剪切变很近的一对力的作用，就会产生剪切变很近的一对力的作用，就会产生剪切变很近的一对力的作用，就会产生剪切变形，在剪切面上则产生剪应力和剪应变。形，在剪切面上则产生剪应力和剪应变。形，在剪切面上则产生剪应力和剪应变。形，在剪切面上则产生剪应力和剪应变。临床上因剪切载荷导致的骨折常见于松临床上因剪切载荷导致的骨折常见于松临床上因剪切载荷导致的骨折常见于松临床上因剪切载荷导致的骨折常见于松质骨，如股骨颈骨折。质骨，如股骨颈骨折。质骨，如股骨颈骨折。质骨，如股骨颈骨折。二、骨的受力形式及其表现4444、弯曲、弯曲、弯曲、弯曲表示三点弯曲的受力状态。骨发生弯曲变形时，骨的凸表示三点弯曲的受力状态。骨发生弯曲变形时，骨的凸表示三点弯曲的受力状态。骨发生弯曲变形时，骨的凸表示三点弯曲的受力状态。骨发生弯曲变形时，骨的凸侧受拉，凹侧受压，中性轴上没有应力和应变。应力的侧受拉，凹侧受压，中性轴上没有应力和应变。应力的侧受拉，凹侧受压，中性轴上没有应力和应变。应力的侧受拉，凹侧受压，中性轴上没有应力和应变。应力的大小与距骨中性轴的距离成正比，最大应力位于骨的凸大小与距骨中性轴的距离成正比，最大应力位于骨的凸大小与距骨中性轴的距离成正比，最大应力位于骨的凸大小与距骨中性轴的距离成正比，最大应力位于骨的凸侧或凹侧的最外表面。由于骨骼的不对称性，最大拉应侧或凹侧的最外表面。由于骨骼的不对称性，最大拉应侧或凹侧的最外表面。由于骨骼的不对称性，最大拉应侧或凹侧的最外表面。由于骨骼的不对称性，最大拉应力与最大压应力可以不相等。任何偏心载荷都会引起弯力与最大压应力可以不相等。任何偏心载荷都会引起弯力与最大压应力可以不相等。任何偏心载荷都会引起弯力与最大压应力可以不相等。任何偏心载荷都会引起弯曲变形，拉应力较压应力具有更大的破坏性，因此通常曲变形，拉应力较压应力具有更大的破坏性，因此通常曲变形，拉应力较压应力具有更大的破坏性，因此通常曲变形，拉应力较压应力具有更大的破坏性，因此通常由弯曲引起的骨折是拉应力所致。临床上这一机理发生由弯曲引起的骨折是拉应力所致。临床上这一机理发生由弯曲引起的骨折是拉应力所致。临床上这一机理发生由弯曲引起的骨折是拉应力所致。临床上这一机理发生的骨折多见于长骨，如直接暴力引起的胫骨干上段横行的骨折多见于长骨，如直接暴力引起的胫骨干上段横行的骨折多见于长骨，如直接暴力引起的胫骨干上段横行的骨折多见于长骨，如直接暴力引起的胫骨干上段横行骨折。骨折。骨折。骨折。二、骨的受力形式及其表现5555、扭转、扭转、扭转、扭转载荷作用于骨使其沿轴线产生扭曲，称为扭载荷作用于骨使其沿轴线产生扭曲，称为扭载荷作用于骨使其沿轴线产生扭曲，称为扭载荷作用于骨使其沿轴线产生扭曲，称为扭转．骨受扭转时，剪应力分布于整个受扭的转．骨受扭转时，剪应力分布于整个受扭的转．骨受扭转时，剪应力分布于整个受扭的转．骨受扭转时，剪应力分布于整个受扭的骨，最大剪应力作用于与骨中性轴平行和垂直骨，最大剪应力作用于与骨中性轴平行和垂直骨，最大剪应力作用于与骨中性轴平行和垂直骨，最大剪应力作用于与骨中性轴平行和垂直的平面，同时，最大拉应力和压应力作用于中的平面，同时，最大拉应力和压应力作用于中的平面，同时，最大拉应力和压应力作用于中的平面，同时，最大拉应力和压应力作用于中性轴的对角线平面内。临床上扭转所致的骨折性轴的对角线平面内。临床上扭转所致的骨折性轴的对角线平面内。临床上扭转所致的骨折性轴的对角线平面内。临床上扭转所致的骨折多见于长骨干，骨干首先受到剪切应力作用产多见于长骨干，骨干首先受到剪切应力作用产多见于长骨干，骨干首先受到剪切应力作用产多见于长骨干，骨干首先受到剪切应力作用产生一平行于骨中性轴的裂纹，随后裂纹沿最大生一平行于骨中性轴的裂纹，随后裂纹沿最大生一平行于骨中性轴的裂纹，随后裂纹沿最大生一平行于骨中性轴的裂纹，随后裂纹沿最大拉应力平面扩展，故骨折形状为螺旋形。拉应力平面扩展，故骨折形状为螺旋形。拉应力平面扩展，故骨折形状为螺旋形。拉应力平面扩展，故骨折形状为螺旋形。二、骨的受力形式及其表现6666、复合载荷、复合载荷、复合载荷、复合载荷活体骨很少只受一种载荷的作用，在体内骨活体骨很少只受一种载荷的作用，在体内骨活体骨很少只受一种载荷的作用，在体内骨活体骨很少只受一种载荷的作用，在体内骨所承受的载荷是复杂的，主要原因是骨骼的几所承受的载荷是复杂的，主要原因是骨骼的几所承受的载荷是复杂的，主要原因是骨骼的几所承受的载荷是复杂的，主要原因是骨骼的几何形状不规则，且始终受到多种不定的载荷的何形状不规则，且始终受到多种不定的载荷的何形状不规则，且始终受到多种不定的载荷的何形状不规则，且始终受到多种不定的载荷的作用。在骨折的成因中主要表现为压缩与弯曲、作用。在骨折的成因中主要表现为压缩与弯曲、作用。在骨折的成因中主要表现为压缩与弯曲、作用。在骨折的成因中主要表现为压缩与弯曲、压缩与扭转及弯曲与扭转三种类型。压缩与扭转及弯曲与扭转三种类型。压缩与扭转及弯曲与扭转三种类型。压缩与扭转及弯曲与扭转三种类型。骨的强度大小的排列顺序是：骨的强度大小的排列顺序是：骨的强度大