骨折的生物力学
跟骨骨折 生物力学
跟骨骨折是指跟骨（Calcaneus）发生断裂或断裂性变形的情况。
在了解跟骨骨折的生物力学时，我们需要考虑以下几个方面：
1. 受力方式：跟骨骨折通常是由于外力作用造成的，如高处坠落、车祸等。
这些外力可能通过直接压力、扭转或剪切等方式作用于跟骨。
2. 解剖结构特点：跟骨具有复杂的解剖结构，包括骨皮质、骨小梁、韧带、滑膜等。
这些结构对其抗力和稳定性起着重要作用。
3. 应力分布：受力施加在跟骨上时，会导致应力分布不均匀。
一般来说，跟骨中间部分承受的力较大，而前后部位较轻。
4. 强度和骨质状况：骨折的发生还与个体的骨强度和骨质状况相关。
例如，骨质疏松、骨质疾病等因素会降低骨的强度，增加骨折的风险。
5. 力的传递路径：跟骨骨折通常涉及到相邻结构的受力情况。
例如，踝关节和跟腱可能会对跟骨的应力产生影响。
了解这些生物力学的相关因素可以帮助我们更好地理解跟骨骨折的发生机制和治疗方法。
同时，在设计骨折修复手术或康复方案时，也需要考虑这些生物力学因素来确保恢复过程中的稳定性和功能恢复。
股骨干骨折的生物力学研究进展
实用骨科杂志
第 １ ３卷 ， １ 第 １期 ，０ ７年 １ ２０
图霪
股 骨 干 骨 折 的 生 物 力 学 研 究 进 展
张 华 ， 鹏 ， 耀 荣 ， 建 民 赵 安 吴
（ 肃 中医学院 ， 肃 兰州 ７００） 甘 甘 ３ ０ ０
文 章 编 号 ：０ ８ ５ ７ （ ０ ７ １ — ０ ６ １ ０ — ５ ２ ２ ０ ） １ ６ ９—０ ３
中图分类号 ： ８．２ Ｒ６ ３ ４
文献标识码 ： Ａ
股骨干是人体中最长的管状骨， 由厚而坚强的圆柱形密 致骨构成。股骨干骨折是临床的常见病和多发病， 其正确治
疗需要了解股骨干的解剖、 生物力学及创作机制， 并根据骨
有关。刘安庆等 也通过实验分析认为， 在不同的载荷下股 骨干上的应力分布范 围主要集中在中下 １３ 并由此得 ／ 处，
１ 股 骨干的解 剖及生物力学特 性
１２ 股骨干材料力学特性 股骨干是一种具有新陈代谢功 ．
能的有生命的材料。它主要 由密质骨构成， 是胶原纤维增强 的层合复合材料， 除血管和骨细胞外， 空隙极少， 含有大量的
哈佛式系统， 呈现非线性粘弹性性能。它的生长符合 Ｗｏ ｆ ｌ ｆ 定律， 活体骨不断进行着骨再建的过程， 使骨的内部结构和
股骨干下 １３ ， ／ 段 即股骨踝上 ５ ｍ 的部位为股骨干 ～７ ｃ 与股骨髁的移行部， 此处股骨的横截面由圆形逐渐增大变成 扁圆形， 骨髓腔也产生相应的变化， 股骨嵴的两唇在此平面 的后侧彼此分离形成一尖端向上的三角形平面（ 胭面）此处 ， 骨表面凹凸不平。根据工程力学原理［ ， ２ 在构件断面突然改 ］ 变的附近区域或构件表面粗糙不平、 光洁度不好的部分 ， 会 引起应力集 中， 成为力学上的薄弱点， 应力损伤往往由此开
胫骨平台骨折生物力学研究进展
・１１０・其数值越大，说明系统固定越牢固。
指定负载（ａｓｓｉｇｎｅｄｌｏａｄｉｎｇ）是研究者通过给予相同的负载，来达到测量相同受力下系统的承载能力。
指定负载的具体数值，一般参考以往经验或实验结果加以确定［１“。
最大失效载荷（ｍａｘｉｍｕｍｌｏａｄｔｏｆａｉｌｕｒｅ），也称作最终失效载荷（ｕｌｔｉｍａｔｅｆａｉｌｕｒｅｌｏａｄ）［７］，是指系统固定失败前所能承受的最大负载。
它反映了系统对负载的最大承受量ｌｉｓ．１６３。
这是测量系统生物力学的一个重要指标。
但对于系统失效的界定，文献报道各有不同，Ｍｕｅｌｌｅｒ等提出为胫骨平台轴向塌陷超过１ｃ耐５｜，而～ｉ等［６］认为在指定负载下，轴向塌陷超过３ｒｎｌＴｌ即被认定为系统失效。
然而，多数学者在研究中以３ｍｍ作为判断系统是否失效的标准。
４临床意义４．１内固定与外固定在胫骨平台骨折的治疗中，外固定和内固定以一种对立而又统一的方式存在，且各有优缺点。
外固定往往作为一种临时固定，对于难以在短期内行内固定手术，又需要早期固定的患者，是最佳选择之一。
Ｚｈｉｍ等［２］经相关研究后认为，虽然内固定在固定强度上要优于外固定，但外固定在骨折固定中能够非常准确地进行微调，更适合需要微小校正、延长或短缩肢体的患者。
～ｉ等【１７］随访研究年纪较大的双髁移位性胫骨平台骨折患者平均３ｌ；个月，认为圆环形外固定支架是治疗这类患者安全、稳定、可信赖的固定方式。
在胫骨近段非关节内骨折中，当骨折片的高度小于６ｃｎｌ时，许多方法如石膏固定、髓内钉固定尚存在一定争议，但外固定是此类骨折的应用指征ｎ８｜。
在非经关节的胫骨近段楔形骨折模型实验中，Ｐｅｉｎｄｌ等［８］选用了多种不同的内固定与外固定进行固定比较（见图１），实验中双钢板结构在轴向移位、内旋等方面明显好于锁定钢板结构和外固定支架，而在后侧旋转稳定性比较中，双钢板结构要明显优于外固定支架，而与锁定钢板组结果相似。
但在考虑软组织的临床骨折应用中，作者指出双钢板与外固定支架往往代表了两种治疗方法的极端，即双钢板对于软组织的影响破坏最大，临床往往无法施行或不被建议使用，而外固定支架则被认为是对软组织“最为友好”的方法，尽管可能存在钉道感染等并发症。
髋臼骨折生物力学研究进展
特点做 一综 述。
１ 髋 臼解 剖 学 特 点 及 生 理 功 能
力 约 为体 重 的 ２ ％ ～３ ％ ： 足 静 止 站 的 ２ ５ 由髂 骨构成 。正 常人体 负重力 ０ ０ 单 ／．
一
拱 形结 构 ， 臼顶 ， 髋 臼 主要负 重 的厚 薄与坚实状态 ， 称 是 决定 解剖形 态下 的
状态下 的致伤 机制及 对人体 的影 响 。 区。前后 两柱之 间的髋 臼窝较 薄弱 。 外 固定 质量［－］ １１。 ３４ 本 文 就 髋 臼 的 解 剖 学 特 点 及 生 理 功 能 、 伤 时 。股 骨头 可 由此 向 内穿透 进入 盆 ３ 髋 臼 骨 折 生 物 力 学 特 点
较 大 ，特 别 是 一 些 复 杂 的髋 臼 骨 折 ， 即 角度 ， 髋 臼的后 角到 前角 ， 臼的前 还分若干 亚型 。 从 髋 国内张春才等学者 提出
使 手术治疗也难 以达到完全 解剖复位 ， 倾 角逐渐下 降 ， 坐位 时 。 前倾 角增 大 ， 站 将髋 臼分 为三柱 、 壁和基 于此 的髋 臼骨 卧位时前 倾角减 折浮 动分类 法 【］并认 为 ， 臼前 、 、 Ｉ， ２ 髋 中 从 而易导致创伤性关节炎的发生 】不 立 时前倾 角变化不 大 ， 。 同类 型的骨折有着完 全不 同的预后 ． 而 小 。 后柱 的划分 。提示在复 位与 固定方 面 ： 且作 为一种关节 内骨 折 。 其生物力 学研 髋 臼及邻 近结构划分 为前柱 、 后柱
理功能 ， 臼骨折后将 使股 骨头与髋 臼 是直线 型 。 端 为 曲线 状 ， 臼前 缘 的 骨折 ； ２ Ｔ形 骨折 ； ３ 髋 远 髋 Ｂ． Ｂ ，前柱加后 半横
肱骨远端骨折内固定选择及其生物力学分析
钢板固定 （ １ ３管形钢 板 、 解 剖钢板 、 Ｙ形钢板 、 重 建钢板 及各种新 型钢板单钢板 、 双钢板 平行或垂直 内固定 ） 和外 固定支架 固定 。然而 任何 一种 内 固定 方 法并 非尽 善尽 美 。内固定中存在的主要问题是肱骨远端皮质较薄， 钢板 固定 比较 困难 ， 尤 其 是 骨折 粉 碎严 重者 ， 无法达到有效 固 定； 克 氏针 、 张力带虽在 固定碎骨块方 面有优势 ， 但克 氏针 退 出是其最大缺陷， 由此导致 的关节活动受限 、 感染是内固 定失败的主要原因。目前经生物力学研究验证的内固定方 式以 Ａ Ｏ双钢板或特型钢板为代表， 术后符合肱 骨远端生 物力学特点并允许患者早期进行肘关节功 能训练 ， 临床应 用较 多 。Ｙ形 钢板 、 双 钢板 、 双 克 氏针及 双张 力带 固定 有 助
Байду номын сангаас
关节外关节囊内骨折（ Ⅱ 型） 和关节囊外骨折（ Ⅲ型） 。
２ 内 固定 及 手 术方 式 选 择
鉴于肱骨远端骨折保 守治疗并 发症发 生率高 ， 肘 关 节功能差 ， 目前 多主 张采用 切开 复位牢 固 内固定术 。 国内外学者提 出肱骨远 端双柱理 论 ， 即肱骨远 端在冠 状 面为三角形 ， 前方 的冠状窝 和后方 的鹰嘴窝 占据 中央区 域大部分 ， 两 侧 内、 外髁 向近侧 延伸 形成 坚强 的双柱 ； 认 为肱骨远端的合理 固定不仅要恢 复带关 节面的肱骨小 头和滑 车关节 ， 还要恢复内 、 外侧双柱 的完整性。 肱骨远端骨折内固定方法有多种 ， 包括 克氏针 、 螺钉 固定（ 经皮交叉克氏针 固定 、 双克 氏针及 双张力带 固定） ，
骨折的生物力学原理
骨折的生物力学原理骨折是指骨骼的完整性受到破坏，通常由于外力作用而导致。
在人体中，骨骼是一个重要的支撑系统，能够承受和分散身体的压力和力量。
因此，了解骨折的生物力学原理对于骨折的治疗和康复至关重要。
骨骼的生物力学特性骨骼是由钙盐和胶原纤维组成的复杂结构。
它具有一定的韧性和强度，能够承受外力的作用。
骨骼的生物力学特性取决于其微观结构和组织排列方式。
骨折的力学原理在应用力的作用下，骨折通常发生在骨骼受力最弱的部位。
骨骼受到外力作用时，会出现压力、拉力和剪力。
这些力的作用会导致骨骼发生形变，当力的大小超过骨骼能承受的极限时，骨骼就会发生骨折。
骨折的类型根据骨折发生的方式和骨骼断裂的形态，骨折可以分为多种类型。
常见的骨折类型包括：完全骨折、不完全骨折、开放性骨折和闭合性骨折。
完全骨折是指骨骼完全断裂成两段，不完全骨折则是指骨骼只有部分断裂。
开放性骨折是指骨骼断裂后露出皮肤，而闭合性骨折则是指骨骼断裂后未露出皮肤。
骨折的治疗原则骨折的治疗旨在恢复骨骼的完整性和功能。
根据骨折的类型和位置，治疗方法可以包括保守治疗和手术治疗。
保守治疗主要包括骨折复位、固定和康复训练，手术治疗则是通过手术操作来恢复骨骼的完整性。
骨折的固定方法骨折的固定是指将骨骼断裂的两段牢固地连接在一起，以促进骨折的愈合。
常用的固定方法包括外固定和内固定。
外固定是通过外部装置将骨骼断裂的两段固定在一起，而内固定则是通过内部装置（如钢板、钢钉等）将骨骼断裂的两段固定在一起。
骨折的愈合过程骨折的愈合是一个复杂的生物力学过程。
在骨折发生后，通过骨骼周围的软组织形成血肉瘢痕，这是骨折愈合的第一阶段。
随后，骨骼周围的软骨组织逐渐转变为硬骨组织，形成初生骨，这是骨折愈合的第二阶段。
最后，初生骨逐渐重塑为成熟的骨组织，完成骨折的愈合。
骨折的康复训练骨折的康复训练是恢复骨骼功能和加速骨折愈合的关键。
康复训练包括功能锻炼、肌肉力量训练和平衡训练等。
通过逐渐增加运动强度和范围，可以促进骨折部位的血液循环和新陈代谢，加速骨折的愈合。
股骨近端骨折及其临床治疗的生物力学研究进展
骨颈 的扭 转角 度 ； 结果 显示 上述 指 标 经统 计 学分 析 差
异无 统计 学意 义 ， 记忆 合 金 钉 板 较 Ｄ 但 ＨＳ稳 定 ， 质 骨
的进 一步 破坏 少 ， 能保持 股 骨 近段 结 构 的完 整性 。李
云峰 等 Ｈ 将 ８具 国人 新 鲜股 骨 标 本 通 过解 剖 型 锁定
靠 的理 论 指导 －］ ２。现 将 股 骨 近 端 骨 折 及 其 临床 治 疗 的生 物力学 研究 进展 综述 如下 。
１ 股 骨 近 端 骨 折 的 生物 力 学 性 人 群 股 骨结
构 的三维 有 限元模 型 ， 析 了运 动荷 载 作 用下 此 类股 分
钩板 （ ｎ ｔ ｃｌｙ ｅｌ ｋｄ ｈｏ ａａｏ ａ ｔ ｏ ｅ ｏｋ～ｐａ ， Ｌ Ｐ） ｍｉ ｐ ｃ ｌ ｅ Ａ Ｈ 和动 ｔ
２ 内 固定 治 疗 股 骨 近 端 骨 折 的 生 物 力 学研 究
２ １ 髓 外 固定 姚 建 锋 等 运 用 动 力 髋 螺 钉 （ ｙ ． ｄ ｎ ｍ ｅｈｐｓｒｗ， Ｈ ） 固定 治疗 股 骨 转 子 问骨 折 ， ａ ｉ ｉ ｃｅ Ｄ Ｓ 内 从 生物力 学 角 度 分 析 认 为 ， Ｈ Ｄ Ｓ主 要 分 担 张 应 力 传 导 ； ＨＳ通 过 Ｗａｄ氏 三 角 内 以 减 少 对 分 隔 线 的 破 Ｄ ｒ
合 。Ｓｍ 等 用生 物力 学分 析 Ｄ Ｓ断 钉原 因 ， 果显 ｉ Ｈ 结 示 股骨 负 重 时 Ｄ ＨＳ在 股 骨 外 侧 产 生 压 拉 应 变 的 倒 转， 作为 股 骨最 大 负 重 部 分 的 小 转 子 部 分 ， 后 应 变 术 数 正常 ， 但力 臂变 大 ； 当小 转子 侧 骨质 不 能 支持 时 ， 易 发 生折 弯力 及应 力遮 挡 ， 成 钢板 侧 固定螺 钉疲 劳性 造 折 断 ， 固定 松 动 ， 发骨 不连 及髋 内翻 。 内 继 何斌 等 将 １ ０对股 骨标 本 随机 分 为骨 折模 型抗 扭 和抗 压 两 组 ， 两 组制 成 Ｅ ａｓＶ 的 不稳 定 转 子 在 ｖｎ Ｉ 型 问 骨折 模 型 的 一 侧 直 接 置 入 Ｄ ＨＳ内 固定 作 为 对 照 组， 另一侧 注入 ＭＩ Ｘ Ｉ ３后 再置 入 Ｄ Ｓ内 固定 作 为 强 Ｇ Ｈ 化组 ， 分别 进行 扭 转 加 载 试 验 及 轴 向压 缩 试 验 ， 比较 强化组 与 对照组 的生物 力学 性 能 ， 结果 表 明 强化 组 在
医用生物力学
医用生物力学生物力学是研究生物体在受力作用下的运动和变形规律的一门学科。
在医学领域，生物力学特指人体组织和器官的力学特性研究，即医用生物力学。
医用生物力学通过力学原理分析人体运动和生理功能，为医学诊断和治疗提供重要依据。
1. 医用生物力学的基础概念医用生物力学是交叉学科，结合了力学、生物学和医学知识。
医用生物力学研究的对象包括骨骼、肌肉、关节等人体组织与器官，着重于分析其结构、功能和运动特性。
通过观察生物体受力时的行为，可以了解疾病的发生和发展机制，为疾病的治疗和康复提供理论和技术支持。
2. 医用生物力学在医学中的应用2.1 骨折修复医用生物力学在骨折修复领域有重要应用。
通过研究骨折部位受力情况和骨折愈合过程，医师可以设计合适的支具和康复方案，促进骨折愈合，恢复患者的功能。
2.2 关节疾病治疗关节疾病如骨关节炎是医学中常见病症。
医用生物力学研究了关节受力时的应力分布和关节运动规律，为关节疾病的治疗提供了重要依据。
例如，通过改善关节受力方式和设计合适的假体，可以有效治疗关节疾病，缓解患者疼痛。
2.3 运动损伤预防医用生物力学还可用于运动损伤的预防。
研究人体在运动中的受力情况，分析不同运动方式对身体的影响，有助于制定科学的运动计划，减少运动损伤的发生率，提高运动效果。
3. 医用生物力学的未来发展随着医学和技术的不断进步，医用生物力学将在医学中发挥更大的作用。
未来，医用生物力学或将应用于个性化医学、生物医学工程等领域，为医学诊断和治疗提供更精准的信息和方案，实现个体化医疗的目标。
结语医用生物力学是医学领域中一个重要的交叉学科，通过力学原理研究人体结构和功能，为医学诊断和治疗提供科学依据。
随着科学技术的不断发展，医用生物力学的应用范围将不断扩大，为人类健康带来更多福祉。
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A.一期愈合 （1）一期接触愈合 （2）一期间隙愈合
B.二期愈合 （1）二期接触愈合 （2）二期间隙愈合
骨折愈合的影响因素
血供、生物学因子、化学因子、力 学环境、电磁刺激、超声刺激等
影响骨折端力学环境的因素
骨折固定的强度、骨折形态、骨折 复位情况、活动及负重时骨折间隙产生 应力的类型及大小
2. 板被用于抵抗张力置于骨的张力侧， 也可用于抗压缩、扭转或支持作用
3. 板的预弯允许骨折端的更均匀的加压 ，并防止对侧张开
骨螺钉
•把持力由外径和螺纹间距决定 •螺钉本身强度由杆的直径决定
髓内针
•大直径抗扭转能力好 •实心髓内针提供更大的抗 扭转和抗弯曲能力
DHS
•承受弯曲负荷，并 提供折端加压 •角钢板可抵抗扭转 但不提供折端加压
严格复查）
钢板
髓内针
适用于长管状骨粉碎骨折
生物学固定
尽可能保留有生物活性的组织 间接复位 获解剖对线，适合的稳定。
髓内针可完全替代钢板？
不可能
邻近关节的骨折多发损伤 尤其是胸外伤 国内现有条件
关于钢板使用长度的变化
S. R. Rozbruch Clin Orthop (Vol.354 1998) ■ 分析81例股骨干骨折钢板内固定 ■ 7 0年代；80年代；90年代；
对所有外固定架进行测试
其失败载荷均低于200N 前路应用1-2钢板固定，失败载荷 亦低于200N
多数作者认为
对于垂直不稳定型损伤前后 均应实施固定。 如垂直稳定而旋转不稳定， 前路固定仍是最好的指征（Tile）。
外固定常用于控制骨盆的出血
3枚针强度高于2枚针 5mm直径针强于4mm直径针
（Dather 1984）
骨折的生物力学
力学基本概念
生物力学
生物力学(biomechanics) － 是力和能量在生物系统 中的作用的科学
生物力学中力的形式
1.外力：通过接触点的作用力:重力，地面反作用力 2.内力：肌肉收缩力，关节囊及韧带的约束力
力矩
力矩－ 使物体围绕某个轴旋转 的力的作用，称为力矩或扭矩
力矩＝力×力到旋转轴的垂直距离
狗的动物实验证明 ☆ 8～12周 钢板固定的骨强度逐渐加强 ☆ 20周以后 达到正常骨强度80％
钢板固定下的骨愈合
20周后取板 ☆ 骨强度在4周内轻度下降 ☆ 取板8周后，骨强度甚至高于对侧完整骨
什麽因素造成钢板断裂？
？
骨折的愈合和钢板的断裂始终是一场竞技！
病人自身的因素
1 病人的配合------智障、帕金森氏病等 2 骨折周围软组织损伤严重------高能量损伤 3 全身因素------癌症、糖尿病等
微动及骨折愈合
早期，Sarmieno等发现，骨折端 的一定程度的活动刺激骨痂形成
Goodship等通过动物及临床研究： 外固定架固定下，可控制的微动与坚强 固定相比促进骨折愈合
微动的时机
微动在骨折愈合早期，一些特异性的细胞 募集或分化之前最有效，而在骨折愈合负重阶 段的周期微动使骨折愈合延迟
微动的频率
骨折长度：复位后骨折线长度 钢板跨越率：钢板与骨折长度比 拉力钉指数：钢板外拉力钉数与骨折 线长度（厘米）的百分比
骨折螺钉密度：经钢板的 螺钉数与骨折 长度（厘米）的比值
骨痂测量：骨折愈合后在其最大宽度处 测量其正侧位
结果
■ 钢板跨越率增加 ■ 固定螺钉数目减少 ■ 拉力螺钉指数下降 ■ 单皮质固定螺钉密度为零
医源性因素
1手术技术使用不当（减少手术步骤、内固定的选 择等） 2 间接复位技术 3 软组织剥离广泛 4 医生的经验--------病人的情况
医院现有的条件 器械情况
质量问题
预防措施
☆ 树立骨保护钢板的概念 ☆ 采用骨牵开器复位 ☆ 依据骨折的特点选用正确的内固定物 ☆ 正确的康复训练（CPM使用、地秤使用、
1. 切断SP韧带加大SP分离但并不影响SI 2. 切断SI前韧带加大SI移位而不影响SP 3. 切断SS、ST韧带对SI、SP影响很小
通常认为
合并后方损伤时存在垂直不稳定，单纯固定 前SP稳定性不够，仅提供完整骨盆 强度的 5％
双针三角形外固定架可提供最大稳定性，但 仅可承受300N载荷。
Tile
2. 当载荷增加时，骨承受重复性载荷的次数相 应下降
Loading Mode Tension Compression Shear
Ultimate Strength 135 MPa 205 MPa 71 MPa
年龄因素与骨结构变化的关系
△ 骨量下降——进行性丢失（50岁女性） △ 骨密度下降 △ 力学特性改变 △ 组织学改变
结构内部 发生角变形
跟骨、股骨 髁、胫骨平台
不同加载下骨的特性
弯曲
A.三点弯曲
B.四点弯曲
不同加载下骨的特性
弯曲
中位轴
沿中位轴，弯曲和扭转的应力是0 ，弯曲时凸侧为张力区，凹侧为 压力区
不同加载下骨的特性
扭转
几种固定物的力学特点
骨板
1. 板的抗弯能力与厚度的立方成正比， 板的厚度加倍，抗弯能力增加8倍
应力集中
疲劳
疲劳－是材料的特性，它导致材料 在被施加许多次较小负荷时破坏； 这个负荷小于单周期破坏材料所需 的负荷
不同加载下骨的特性
拉伸、压缩、 弯曲、剪切、 扭转、及复 合加载
不同加载下骨的特性
拉伸
结构变长 变细
跟骨撕脱 骨折
不同加载下骨的特性
压缩
变短变粗 锥体骨折
不同加载下骨的特性
剪切
结论
■ 在恒定的弯曲力矩下，钢板越长， 其发生的应变越小，且作用在螺 钉上的 应力也越小
■ 粉碎骨折中损伤面积 的增大， 也可使应变变小。
Gotzen 尸体截骨研究证实
■ 10 孔钢板两端各用两枚螺钉 ■ 8 孔钢板两端各用 在钢板上超过四枚螺钉固定 作用已足够。
■ 因弯曲应力作用于任何一个 螺钉上的最高张力即使在骨 最薄弱区，也不超过须拔出 它的力的二分之一。
• 使用多长的钢板 ？ • 使用多少枚螺钉 ？
目前： ■ 钢板跨越率 — 6 ■ 钢板螺钉密度 — 50%
男39 术后 9m
男，46
骨盆的生物力学
尸体实验证实
男39 术后 9m
J.S
北.T京积水潭医院
钢板断裂的原因及预防策略
应力大小与次数的关系
循环载荷对不锈钢与钛的影响
相同载荷下钛抗变形度是不锈钢的2 倍
钛
不
的
锈
弹
钢
性
弹
模
性
量
模
是
量
骨
是
的
骨
6
的
倍
12
倍
影响骨折固定效果的几种因素
骨骼
具有复杂的生物特性 无与比拟的修复特性 特殊的结构材料
力学强度上的改变
每十年： △ 弹性模量下降1.5％ △ 极限应变下降5～7％ △ 骨骼变脆（Brittle） △ 骨吸收外力的能力下降
骨的力学特性对骨—钢板系统的影响
☆ 刚度较低的骨将减少钢板抗剪力的能力 ☆ 骨质疏松或其它骨疾患可影响骨—钢板和
骨—螺钉界面的骨再塑形，从而最终影响 骨—钢板力学作用
骨折愈合的生物力学
☆ 大部分骨愈合是二期骨愈合，其特性是骨痂
形成
术后16周骨折愈合
骨折固定后力学传导方式
☆ 骨折近端 --- 钢板----骨折远端 ☆ 稳定性是通过钢板与骨的摩擦阻力完成
Stability by plate bone friction Regular bone quality
钢板固定下的骨愈合
实验证实短时间的周期低频率微动与 坚强外固定相比明显促进骨折愈合
而高频率微动对完整骨骼的重建有效， 但对骨折愈合的影响还没统一认识
微动的方向
轴向周期微动，不论其作用力方向如 何，均刺激骨折愈合
而骨折块间剪切活动诱导软骨痂中大 量的软骨分化，而不是骨折延迟愈合和不 愈合的主要原因
LCP及其应用
对抗拉出的力量最大
外固定架
稳定性取决于：
•针直径，抗弯刚性与针直径4次方成正比 •针数目 •骨与连杆的距离 •不同平面的针、杆 •增加杆的质量或数量
张力带原则
Tension band principle
力学环境与骨折愈合
传统骨折愈合模式
直接愈合 间接愈合
DCP固定后也可以发生骨痂愈合！
Chao和Aro修订的骨折愈合分类
影响骨折端力学环境的因素
一期和二期愈合完全恢复骨骼正 常的力量和强度所需的时间没有明显 的差别。而骨折愈合早期，外骨痂的 形成，可在哈佛氏成骨之前增加骨折 部位的强度。这是骨折二期愈合的优 点
通过骨折部位力学环境的控制，达 到骨折的二期愈合已成为骨干骨折的首 选
而骨痂的伸展与分布及分化速度均 受到施加于折端的力学刺激的影响
北北京J.T.S 京积积水水潭潭医医院院
骨愈合的环境
生物学因素（骨折周围的血运） 力学因素（尽早恢复其稳定）
将骨块解剖复位？
骨折治疗的成功条件
1. 防止骨折区域软组织再度损伤 2. 相对稳定的愈合条件 3. 医生的经验
人体骨骼载荷的环境
1. 日常生活中，骨每天承受重复性载荷，但该 载荷极低，不足以造成骨折
应力与应变
应力：作用在某种结构单位面积上的负荷 应变：物体受到负荷后的内部变形
应变＝尺寸的改变/原始尺寸
应力－应变曲线
Y:屈服点 U:断裂点
应力集中
在常规负荷下，一个物体内部的应力 可因局部影响而增加，如结构或材料 的缺陷。此现象为应力集中，可导致 断裂。
材料缺陷如裂痕、空隙、空洞或凹槽；形状 突然改变，‘锐角转角’ 临床：骨钻孔，开创