解剖学

2.2体育运动对关节的影响 2.2体育运动对关节的影响
• • • • • • 关节面软骨的构成： 关节面软骨的力学特性： 运动对关节面软骨的影响 纤维的构成及成份 纤维的力学性能 运动对关节囊、韧带的影响
关节面软骨的构成：
• 关节面软骨由胶原纤维，蛋白多糖和软骨 细胞以及水构成。其中胶原纤维占除水重 的60%，蛋白多糖凝胶占除水重的40%， 软骨细胞〈2%，水占总重量的60%－80%， 大部分水份在承受载荷时可被挤出。
• 疲劳骨折通常发生于持续而剧 烈的体育运动期间，这种活动 造成肌肉疲劳，而肌肉疲劳时 收缩能力减弱，以致难以贮存 能量和对抗加于骨骼上的应力。 结果改变了骨骼的应力分布， 使骨骼受到异常的高载荷而可 能导致疲劳骨折。断裂可发生 于骨的拉伸侧，压缩侧或两侧 均有。位伸侧的断裂为横向裂 纹并迅速发展为完全骨折。压 缩则的疲劳骨折发生缓慢，疲 劳损伤的进展较难超过重建而 可能不致发展到完全骨折。
• 在压缩载何作用下， 结构因此而缩短和变 宽，骨组织在压缩载 荷下破坏的机理主要 是骨单位的斜行破裂 (图1-7)。 • 压缩载荷所致的骨折 常见于椎体。关节周 围肌肉异常强烈收缩 可造成关节的压缩骨 折。
剪切载荷
• 剪切载荷为施加于结 构表面的方向与结构 横断面平行的载荷。 在结构内部产生剪应 力和应变。剪应力可 看作许多小的内力作 用于与载荷平行的平 面上(图1-8)。
金属、玻璃和骨骼的应力－－应变 曲线
• 显示了三者之间力学性质 的不同(图1-3)。在弹性范 围内曲线斜率的差异反映 出刚度的不同，金属的倾 斜度最陡，是刚性最大的 材料。刚度值为曲线弹性 部分内任一点的应力除以 该点上的应变，称为弹性 模量(杨氏模量)，刚度较 大的材料具有较高的模量。
骨的疏松度与损伤的关系
• 结构承受剪切载荷时 其内部发生角变形， 直角变为钝角或锐角 (图1-9)。 • 结构承受拉伸或压缩 载荷时的角变形如图 (1-10)。 • 剪切骨折通常见于骨 松质如股骨髁和胫骨 平台骨析。
• 成人骨密质的极限应 力在压缩、拉伸和剪 切载荷时是不同的(图 1-11)。骨密质所能承 受的压应力大于拉应 力，所能承受的拉应 力又大于剪应力。
第二讲 体育运动对人体器 官的形态学影响
第二讲 体育运动对人体器官的形态 学影响
• • • • • • 2.1体育运动对骨的影响 2.2体育运动对关节的影响 2.3体育运动对肌肉的影响 2.4体育运动对心血管系统的影响 2.5体育运动对消化系统的影响 2.6体育运动对神经系统的影响
2.1体育运动对骨的影响 2.1体育运动对骨的影响
• 结构在拉伸载荷作用 下伸长同时变窄，骨 组织在拉伸载荷下断 裂的机理主要为骨单 位的脱离。(图1-5) • 拉伸载荷所致的骨析 通常见于骨松质，如 跟腱附着点附近的跟 骨骨折，小腿三头肌 的强烈收缩对跟骨产 生异常高的拉伸载荷。
压缩载荷
• 压缩载荷为加于结构 表面的相等而方向相 反的作用载荷。在结 构内部产生压缩应力 和应变。压缩应力可 看作许多自表面朝向 结构内的内力。最大 压缩应力出现在与载 荷相垂直的平面上(图 1-6)。
载荷一变形曲线：
• 载荷－－变形曲线对确定各种材料组成的、 不同大小和形状的完整结构的强度和刚度 甚为有用。检查组成某一结构的材料的力 学性能，以及比较不同材料的力学性能时， 必须使试件的试验条件标准化。当测试标 准大小和形状的试样时，可确定单位面积 上的载荷以及用长度来表示的变形量，所 绘制的曲线称为应力－－应变曲线。
5．运动与骨的重建
• 重建是骨骼通过改变大小、形状和结构以适应力 学需要的功能。这种适应性是按Wolff定律进行的， 即骨骼在需要处多生长，而在不需要处吸收，骨 的重建与运动关系密切。运动对骨组织产生一种 机械应力，而机械应力与骨组织之间存在着一种 生理平衡，在平衡状态，骨组织的成骨细胞和破 骨细胞的活性是相同的。当应力增大时成骨细胞 活跃，引起骨质增生，承载面增大，使应力下降， 达到新的平衡。如运动减少，应力下降，破骨细 胞再吸收加强，骨组织疏松，承载在减小，使应 力增加，达到新的平衡。
关节面软骨的力学特性：
• 渗透性：健康关节面软骨的渗透性与普通 海绵相比很小。渗透性是表示液体流过多 孔的固体基质时的摩擦阻力。在增加压力 并发生变形时，健康软骨的渗透性大大降 低。
关节面软骨的力学特性：
• 弹性：由于关节软骨对液体的流动有很大的阻力， 也就是渗透性很低，所以它的材料性能与载荷的 施加和消除速度密切相关。在快速加载与去载的 情况下，没有时间将液体挤出(如跳跃时)，软骨 组织弹性好，在承载时变形，去载后又立即复原。 但如果缓慢地对软骨组织施加载荷并维持恒定， 如长期站立时，由于液体被挤出，组织变形将随 时间持续而加重。消除载荷后，组织不能立即恢 复原来的状态，软骨组织弹性差，需有充分的时 间才能恢复原来的状态。
载荷一变形曲线：
• 载荷－－变形曲线显示出确定结构强度的 三个参数：⑴结构在破坏前所能承受的载 荷；⑵结构在破坏前所能承受的变形；⑶ 结构在破坏前所能贮存的能量。曲线图上， 由载荷与变形所表达的强度，用极限断裂 点来表示；由能量贮存所表达的强度，则 以整个曲线下方的面积大小来表示，此外， 结构的刚度，则用弹性范围曲线的斜率来 表示。
运动对关节面软骨的影响
• 2．不适运动对关节面软骨的影响： • 作用在关节面软骨上力量过大的运动可引 起关节面软骨的断裂，这种断裂常发生在 垂直方向；大量的反复运动可引起关节面 软骨的疲劳性磨损，这种疲劳性磨损是由 于关节面软骨反复受压而产生的微小损伤 的积累。
纤维的构成及成份
• 关节囊、韧带的纤维包括三种成份，即：胶原纤 维，弹性纤维和网状纤维，其中胶原纤维和弹性 纤维为主要成份，它们占90%左右，而弹性纤维 和胶原纤维的比例随着关节囊、韧带所处的作用 不同而变化，人体大多数韧带、关节囊中胶原纤 维占的成份大，弹性纤维占的成份小，而项韧带 和黄韧带是由2/3的弹性纤维组成。 • 关节囊、韧带的纤维多呈平行排列，并且与纤 维受载情况有关。纤维松驰即不受载荷时，呈波 浪形。施加载荷时，低载荷一直持续到与载荷方 向一致的纤维被拉紧时。载荷继续增加时纤维在 生理允许范围内承受着载荷。
不同载何对骨的作用
• 人体骨骼受到肌肉内力和各种外力的作用， 由于力施加于骨的方向不同，产生了拉伸、 压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷。
拉伸载荷
• 拉伸载荷为自结构表 面向外施加相等而相 反的载荷，在结构内 部产生拉应力和应变。 拉应力可看作许多自 结构表面向外的内力。 最大拉应力出现在垂 直于施加载荷的平面 上(图1-4)。
• 骨质由骨密质和骨松质组成，这两类骨质 可看作疏松度变化幅度很大的同一材料 (Carter和Hayes.1977)。疏松度为骨骼内非 矿化(非骨性)组织所占的比例，可用百分比 表示。Carter研究出人胫骨骨质的骨密质疏 松度为5-30%，骨松质疏松度为30%-90%。
骨的疏松度与损伤的关系
• 骨密质的刚度大于骨松质，可耐受较大的 应力，但在断裂前应变较小，体外试验骨 密质的应变超过原始长度2%时断裂，而骨 松质的应变超过7%时才断裂。这是因为骨 松质具有多孔结构而有较高的能量储存能 力(Carter和Hayds,1976)。
关节面软骨的力学特性：
• 润滑作用：关节面软骨表面光滑、在关节 活动时可减少磨擦力，防止软骨磨损。
运动对关节面软骨的影响
• 1．适宜运动对关节面软骨的影响： • 动物实验证明，长期运动可使关节面软 骨增厚。短时间的运动可以使关节软骨肿 胀，运动停止后肿胀消失。这种变化在25 岁以下的年轻人的关节中较老年人要明显。 这种关节软骨的增厚据说是由于软骨基质 和细胞吸收液体的结果。
• • 骨的载荷一变形曲线： 图1-1表示某一韧性材料的假 想载荷－－变形曲线，当加载 在曲线的弹性范围内，然后再 卸去载荷，结构可回复原有形 状，即不发生永久性变形。如 继续加载，材料最外层的纤维 在某一点开始屈服，载荷继续 增加超过屈服点而进入曲线的 非弹性(塑性)范围，将造成永久 性变形。如非弹性范围继续加 载，则将达到该结构极限的断 裂点。
• 在成人骨骼破裂开始于拉伸侧，因成人骨 骼抗拉能力弱于抗压能力。未成熟骨则首 先自压缩侧破裂，而在压缩侧形成皱曲骨 析。
扭转载荷
• 扭转载荷为施加于结构上使其沿轴线产生扭曲的载荷。结 构受到扭转时，剪应力分布于整个结构。剪应力的大小与 距中性轴的距离成正比，离中性轴越远，剪应也就越大 (图1-13)。 • 因此，扭转产生的骨折开始于骨质的表面（图1-14）。
骨的应力一应变曲线：
• 将一个骨组织的标准试件 置于夹具中加载至破坏， 即可获得骨的应力和应变 值，所形成的变形可在应 力－－应变曲线中表示出 来(图1-2)。应力一应变曲 线的范围划分与载荷－－ 变形曲线相似，在弹性范 围内的载荷不会造成永久 性变形。然而，一旦超过 屈服点，则将发生永久性 变形。材料的刚度以曲线 在弹性范围内的斜率来表 示。
2．在体育活动中，人体骨骼的受力 形式是多样的。
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• 压缩载荷：常见于身体处于垂直姿势中， 作用力从骨的两端作用于骨，一端是人体 的重力和外加载荷的力，另一端是支撑反 作用力，骨骼承受压缩载荷的能力最强。
• 弯曲载荷：通常是在骨骼起杠杆作用时出现的。 常见于肌肉力以及关节的压力作用于骨上，使骨 产生弯曲载荷，通常这种载荷骨骼都能承受，但 突然非正常载荷或外来较大的冲力作用下骨骼易 损伤。所以足球比赛中，规则上禁止踏蹬踢法。 因为这种动作使对方运动员的胫骨受到弯曲载荷， 容易产生弯曲性骨折，摔倒时用直臂撑地易造成 骨折，其原因也在于此。
弯曲载荷
• 弯曲载荷为使结构沿其轴线发生弯曲的载荷。结构在弯曲 时受到拉伸和压缩。骨骼承受弯曲载荷时，拉应力和应变 作用于中性轴的一侧，压应力和应变作用于另一侧(图112)，而在中性轴上没有应力和应变。应力的大小与至骨 骼中性轴的距离成正比，距中性轴越远，应力越大，由于 骨骼是不对称的，所以拉应力与压应力可不相等。