第六章 运动器系的生物力学与损伤
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运动生物力学
运动生物力学运动生物力学：是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械规律的科学。
运动生物力学的主要任务：提高运动能力，预防运动损伤运动生物力学的研究方法分为测量方法和分析方法，其中测量方法可以分为运动学测量、动力学测量、人体测量、肌电图测量运动学测量的参数：（角）位移、（角）速度、（角）加速度动力学测量的参数：主要界定在力的测量方面。
人体测量是用来测量人体环节的长度、围度及,（质量、转动惯量等）肌电图测量是用来测量肌肉收缩时的神经支配特性。
动作结构：运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方法或顺序动作结构的特征主要表现在运动学和动力学，运动学特征指完成动作时的时间、空间和时空方面表现出来的形式或外貌上的特征；动力学的特征指决定动作形式的各种力（力矩）相互作用的形式和特点，包括力、惯性和能量特征。
运动学特征：时间特征、空间特征和时空特征时间特征反映的是人体运动动作和时间的关系：半蹲起立和深蹲起立空间特征是指人体完成运动动作时人体各环节随时间变化所产生的空间位置改变状况：下肢和躯干等空间移动轨迹时空特征指人体完成运动动作时人体位置变化的快慢情况。
动力学特征包括，力的特征、能量特征和惯性特征能量特征：人体运动时完成的功、能和功率方面的表现形式。
惯性特征：人体运动中人的整体、环节以及运动器械的质量、转动惯量对运动动作所具有的影响。
动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术叫做动作系统。
人体基本运动动作形式可主要归纳为推与拉动作、鞭打动作、缓冲和蹬伸动作及扭转、摆动和相向运动等动作形式上肢基本运动动作形式——推（铅球）、拉（单双杠）、鞭打（标枪）★人体基本运动下肢基本运动动作形式——缓冲、蹬伸、鞭打动作形式全身基本运动动作形式——摆动、躯干扭转、相向运动人体的运动是由运动器系的机能特征所决定的，即以关节为支点，以骨为杠杆，在肌肉力的牵拉下绕支点转动，各肢体环节运动的不同组合使人完成千变万化的动作。
运动生物力学复习资料
运动生物力学复习资料名词解释运动生物力学：运动生物力学是以人体解剖学，人体生理学的理论和方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的科学。
生物力学系统：运动器系简化为一个简单的人体模型，这个模型叫做生物力学系统。
动作结构：每个完整的特定动作都有其固有的特点，动作的这种固有特点和固定内在联系叫做动作结构。
动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的技术动作叫做动作系统。
内力和外力：若将人体看作一个力学系统，则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力。
若将人体看作一个力学系统，那么外界对人体作用的力称人体外力。
人体惯性参数：人体惯性参数是指人体整体及环节的质量，质心位置，转动惯量及转动半径。
惯性参照系和非惯性参照系：惯性参照系是指以地球或相对于地球静止不动的物体，或做匀速直线运动的物体作为参照系，通常又称静参考系。
非惯性参照系是指以相对于地球作变速运动的物体，或者说以相对惯性参照系做加速运动的物体作为参照系，通常又称动参照系。
肌肉的静息长度和肌肉的平衡长度：表现最大张力时的长度称肌肉的静息长度。
解除一切负荷的长度称肌肉的平衡长度。
稳定角和稳定系数：稳定角是动作用线同重心与支撑面相对应边界的连线之间的夹角。
稳定力矩（重力矩）与翻到力矩（外力矩）之比称为稳定系数。
肌肉力量的速度梯度和时间梯度：达到二分之一最大力所需的时间，称为力的时间梯度。
力的最大值与所需时间所得的商Fmax/Tmax,这个指标叫力的速度梯度。
问答题1.拉伸实验中，试件从开始加载带断裂的全过程中力和形变的关系的四个阶段。
（1）弹性阶段。
既图中的OA段。
若在OA段内卸载后，变形能完全恢复，为弹性形变。
直线OA段说明σ与ε成正比。
与B点相对应得应力值σy称为弹性极限，应力超过弹性极限后，若除去外力，将留有残余变形。
（2）屈服阶段。
过了B点，曲线的坡度逐渐减小，既材料对于变形的抵抗能力逐渐减弱；到了C点附近，曲线上出现几乎与横坐标轴平行的一小段；这时变形继续增长而应力并不增加，这种现象叫做材料的屈服。
第六章 运动器系的生物力学与损伤
硬。
2.骨组织中的细胞: 分4类。 A.骨原细胞：位于结缔组织形成的骨外膜及
骨内膜贴近骨组织处。
B.成骨细胞:来源于骨原细胞。 C.骨细胞:来源于类骨质钙化
后所包绕的成骨细胞。 D.破骨细胞:位于骨基质表面的小凹陷内。
(二)骨密质和骨松质
1.骨密质：分布于长骨的骨干、骨髓及其他 类型骨的表面。骨质成 板状有规律排列，称为 骨板。根据骨板分布位 置及排列方式可分为怀 骨板、骨单位和间骨板。
成人皮质骨式样不同受载能力比较
成人皮质骨的极 限应力在压缩、拉 伸和剪切负荷时是 不同的.皮质骨所能 承受的压缩应力大 于拉伸应力,所能承 受的拉伸应力又大 于剪切应力.
行走时胫骨前内侧骨密质的应力值
正常行走时,足跟 着地时为压应力,支 撑阶段为拉应力,足 离地时为压应力.在 步态周期的后部分 出现较高的剪应力, 表示存在显著的扭 转载荷,提示在支撑 时相和足趾离地时 相胫骨外旋
从机能学得角度研究各关节的力学特性，对 提高运动机能，预防关节损伤有着重要的 Nhomakorabea际意 义。
一、关节结构的运动生物力学
基本结构
关节面及关节软骨 关节囊 关节腔
辅助结构
韧带 关节内软骨 关节唇 滑膜囊 滑膜襞
（一）关节稳定性
1.关节面形状 相应关节面的吻合及其差异程度，影响着
关节的稳定性与灵活性。如髋关节的股骨 头关节面与髋臼关节面的角度值均为180° 左右，所以很稳定；而肩关节的肱骨头关 节面角度值约为135°，关节盂的角度值仅 75°左右，故稳定程度相对于髋关节小，而 运动的灵活性较之髋关节要高。
1.急性骨折
高能量外力作用所致的急性骨折多发生于 意外性的跌摔、暴力性撞击等情况。根据 骨承载载荷形式的不同所导致的骨折形式 也不同。
2.骨组织中的细胞: 分4类。 A.骨原细胞：位于结缔组织形成的骨外膜及
骨内膜贴近骨组织处。
B.成骨细胞:来源于骨原细胞。 C.骨细胞:来源于类骨质钙化
后所包绕的成骨细胞。 D.破骨细胞:位于骨基质表面的小凹陷内。
(二)骨密质和骨松质
1.骨密质：分布于长骨的骨干、骨髓及其他 类型骨的表面。骨质成 板状有规律排列，称为 骨板。根据骨板分布位 置及排列方式可分为怀 骨板、骨单位和间骨板。
成人皮质骨式样不同受载能力比较
成人皮质骨的极 限应力在压缩、拉 伸和剪切负荷时是 不同的.皮质骨所能 承受的压缩应力大 于拉伸应力,所能承 受的拉伸应力又大 于剪切应力.
行走时胫骨前内侧骨密质的应力值
正常行走时,足跟 着地时为压应力,支 撑阶段为拉应力,足 离地时为压应力.在 步态周期的后部分 出现较高的剪应力, 表示存在显著的扭 转载荷,提示在支撑 时相和足趾离地时 相胫骨外旋
从机能学得角度研究各关节的力学特性，对 提高运动机能，预防关节损伤有着重要的 Nhomakorabea际意 义。
一、关节结构的运动生物力学
基本结构
关节面及关节软骨 关节囊 关节腔
辅助结构
韧带 关节内软骨 关节唇 滑膜囊 滑膜襞
（一）关节稳定性
1.关节面形状 相应关节面的吻合及其差异程度，影响着
关节的稳定性与灵活性。如髋关节的股骨 头关节面与髋臼关节面的角度值均为180° 左右，所以很稳定；而肩关节的肱骨头关 节面角度值约为135°，关节盂的角度值仅 75°左右，故稳定程度相对于髋关节小，而 运动的灵活性较之髋关节要高。
1.急性骨折
高能量外力作用所致的急性骨折多发生于 意外性的跌摔、暴力性撞击等情况。根据 骨承载载荷形式的不同所导致的骨折形式 也不同。
运动器系的生物力学ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
（一）生物运动链
1．生物运动偶： 两个相邻环节之间的可动连接。
2．生物运动链： 两个或两个以上生物运动偶的 串联式连接。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
3．关节的灵活性和稳固性。 （1）影响关节灵活性的因素： 关节软骨、关节腔、关节囊内的滑液、滑膜皱 襞、粘液囊等。 关节内滑液： 1/10s时，柔软的弹性体； 1/100s时，关节动作灵活； 1/1000s时，坚硬的“固体”。
（2）维持关节稳固性的因素： 骨骼、肌肉、韧带、关节囊、关节软骨和关节腔
内的负压等。 二、关节动力学
二、载荷的表现形式
1．拉伸载荷：自物体表面向外施加大小相等而方向相反的载荷。 2．压缩载荷：向内加于物体表面的大小相等而方向相反的载荷。 3．弯曲载荷：使物体沿其轴线发生弯曲的载荷。 4．剪切载荷：使物体受到一对相距很近，大小相等，方向相反
力的载荷。
5．扭转载荷：使物体沿轴线产生扭转的载荷。 6．复合载荷：物体同时受到多种载荷的作用。
冲击载荷： 冲击载荷：当某一物体同
其他物体作用，使其速度在
交变载荷
极短时间内有很大改变时所 受的载荷。
交变载荷：随时间作周期性 的改变并且多次重复地作用 在物体上的载荷。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
肌肉活动对骨应力的影响
✓ 骨承受载荷时，附着于骨骼上的肌肉收缩可改变 骨的应力分布情况。肌肉收缩产生的压应力能部分或 全部抵消作用于骨骼上的张应力。
生物力学损害护理PPT课件
定期进行身体检查，及时 发现并预防生物力学损害
3
生物力学损害预 防
预防措施
01
保持正确的姿势和体 态
02
避免长时间保持一个 姿势
03
加强肌肉力量和柔韧 性训练
04
穿戴合适的护具和鞋 垫
05
保持良好的生活习惯， 如饮食、睡眠等
预防效果评估
减少生物力学损害的发生率 降低生物力学损害的严重程度 提高患者的生活质量 减少医疗费用和康复时间 提高患者满意度和康复效果
01
03
02
生物力学因素：包括 外力、重力、肌肉力 量、关节运动等。
04
生物力学损害原因：运 动方式不当、运动强度 过大、运动时间过长等。
生物力学损害分类
01
静态损害：长时间保持一个姿势 导致的肌肉、关节、骨骼等组织 的损伤
03
冲击损害：受到外部冲击导致的 肌肉、关节、骨骼等组织的损伤
02
动态损害：运动过程中，由于动 作不当、力量过大等原因导致的 肌肉、关节、骨骼等组织的损伤
05
心理支持：提供心理 支持和辅导，帮助患 者调整心态，积极面 对疾病
02
康复训练：进行针对 性的康复训练，增强 肌肉力量和柔韧性
04
药物治疗：在医生指 导下使用药物，缓解 疼痛和炎症
护理注意事项
保持正确的坐姿和站姿， 避免长时间保持一个姿势
避免长时间重复性动作，如 长时间打字、操作鼠标等
保持良好的生活习惯，如充 足的睡眠、合理的饮食等
5
案例五：孕 妇腰背痛
护理方案
评估生物力学 损害程度
定期评估护理 效果，调整护
理方案
制定个性化护 理计划
实施护理措施， 如减轻压力、
运动 损伤
（四）肘外侧疼痛综合征
• 肘关节外侧疼痛或影响伸腕和前臂旋转、屈伸功能的慢性 或劳损性疾病，由于疼痛多发生在肘外侧的肱骨外上髁周 围，所以称为肱骨外上髁炎，又因好发于网球运动员，故 又名网球肘。
（五）桡骨茎突部狭窄性腱鞘炎
• 经常作拇指内收、腕关节的尺偏动作，使伸拇短肌及外展 拇长肌在骨韧带管内长期受到牵拉、摩擦；反复作腕背伸 桡偏动作，可使肌腱折屈并加大成角；腕及手指的运动， 使两腱活动不完全一致，在鞘内互相摩擦等一系列的机械 刺激，都可导致桡骨茎突部狭窄性腱鞘炎。长期手工操作 的妇女、步枪运动员及举重运动员容易发病。
4.现金管理的内容
现金预算
确定最佳现金持有量
现金日常管理
（二）现金最佳持有量的确定
1.成本分析模式
通过分析持有现金的成本，寻求现金成本最低 的现金持有量。一般来说，企业现金持有成本 包括机会成本即资金成本、管理成本和短缺成 本。
总 短缺成本线 成 本
总成本线
资金成本线 管理成本线
例题8.1：P212
运动损伤的生物力学分析
一、运动损伤的分类
• （一）按损伤的组织分类 • 1．软组织损伤 • 2．关节与韧带损伤 • 3．骨骼损伤 • 4．内脏损伤 • 5．其他损伤 • （二）按损伤的时间分类 • 1．急性损伤 • 2．慢性损伤 • （三）按损伤的程度分类 • 1．轻度损伤 • 2．中度损伤 • 3．重度损伤 • （四）按受伤部位的皮肤或粘膜是否破损分类 • 1．闭合性损伤 • 2．开放性损伤
• （2）储存成本
• 储存成本TCc＝F2+Kc×Q/2 • F2——固定储存成本 • Kc——单位变动储存成本
• （3）缺货成本
• 由于存货供应中断而造成的损失，用TCs表示， 储备存货的总成本用Tc表示
第六章生物力学
5、牙伸长或压低移动（Extrusion or Intrusion） （1 ）概念 沿牙长轴方向的牙移动方式，属整 体移动中的一类。 （ 2 ）应力分布、加载、组织反应、临床应用。 ①应力分布 牙伸长：整个牙周纤维受到牵拉 牙压低：应力集中于根尖区 ② 加载 需要一通过牙阻力中心的力 牙伸长： 50g-100g （单根牙 50g ，磨牙 100g ） 牙压低：10g-25g（切牙10g，磨牙25g)
上颌骨的矫形治疗 1上颌骨和上颌牙弓阻抗中心的位置 2临床应用 3颌骨矫形力 下颌骨的矫形治疗 1促进下颌骨的生长 2限制下颌骨的生长
二、正畸矫治的生物学基础
正畸矫治过程，是在力的作用下，牙周组 织、颌骨产生生理性的组织改建，牙齿 或颌骨由异常位置变为正常位置的过程
（一）颌骨、牙骨质、牙周膜的生物学特性 1、颌骨的可塑性 （1）具有高度可塑性，牙槽骨是人体中最活跃 的骨组织。 （2）在生理状态下可有形态及结构变化，改建 包括增生和吸收两个过程。 2、牙骨质的抗压性 覆盖于牙根表面； 只有新生没有吸收，随年龄增长缓慢沉积。
（3）应力分布、加载、组织反应、临床应用 ① 应力分布： 根尖区应力最为集中， ② 加载 ：M/F=12：1
③ 组织反应 ：由于根尖区应力最为集中，根尖 区 牙 槽 表 现 为 潜 挖 性 吸 收 （ undermining resorption）。如应力过大，易造成根尖的吸收 和牙髓坏死。 ④ 临床应用 给切牙加转矩力以获得正确的冠倾斜度；间隙 关闭后建立尖牙正确的冠倾角；竖直近中倾斜 的后牙；加强支抗，应采用口外弓或远中方向 的力，防止冠的反向移动。
3、牙周膜内环境的稳定性 （1）固定牙齿于牙槽窝内，传导与调节牙齿所 受外力； （2）其分解与合成的功能是全身最活跃的。
第2次课运动器系的生物力
作业
• 1、试举体育实例说明载荷的表现形式有哪 几种？ • 2、试分析骨疲劳的特征和产生的过程及原 因？
关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性
• 一、关节软骨力学特性 1、关节的作用 1）保证人体的运动 2）传递力 2、关节软骨独特的力学特点 1）使力在关节中的传递变得均匀 2）使关节更灵活且少受磨损
• 5、扭转 载荷加于物体上使其沿轴线产生扭曲时， 即形成扭转。 如：旋转出手时， 小腿受力。 • 6、复合载荷 复合载荷是指物体同时受到多种载荷的 作用。如：人体髋关节的股骨颈断裂，它 承受压、弯、剪切力3种载荷。
二、应变
• 物体在受到外力作用时，其中任意两点 间的距离和任意两直线或两平面问的夹角 会发生变化，它们反映了物体的尺寸和几 何形状的改变，称之为变形。但这种变形 是很微小的。ε称为线应变。
（二）肌肉长度与肌肉收缩力量的关系
• • • •
1）收缩成分的长度—张力关系； 2）并联弹性成分的长度—张力关系； 3）肌肉长度—总张力的关系； 4）串联弹性成分对肌肉收缩长度—张力曲 线的影响
三、肌肉收缩的力—速度关系
• （一）希尔方程 (a+P)(V+b)=b(P0+a) • （二）肌肉离心收缩的力—速度关系 可把离心收缩时的力—速度曲线看成是 向心收缩曲线的延伸。
影响韧带和肌腱力学特性的因素
① 韧带和肌腱的材料性质力学与温度、加载 速度、应变量等实验条件密切相关。 ② 韧带的强度和刚度受应力大小影响 ③ 运动训练对韧带力学性质的影响 ④ 年龄对韧带力学性质的影响 ⑤ 时间对韧带力学性质的影响
人体关节力学
一、关节运动学 1、 关节的基本运动形式（屈伸、收展和旋 转） 2、 关节运动幅度及测量方法（角度表示） ①影响关节运动幅度的因素（关节面弧度 差、关节周围软组织的结构及力学特性） ② 关节运动幅度测量方法（摄影测量、 录像测量、关节测量仪、电子关节角度仪 等）
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应变：是描述受载物体结构形变的物理量， 它包括单位长度的变化与结构单元体角度 的变化。长度的变化称为线应变，角度的 变化称为剪应变。
三、骨损伤的运动生物力学原理
（一）骨的受载形式
根据外力作用的不同,人体骨骼的受力形式 可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和 复合载荷几种形式（图3-1）.这些载荷会在 骨内产生拉应力、压应力和剪应力,相应产 生拉应变（伸长）、压应变（缩短）和剪 应变（截面错位）,对骨的结构造成不同的 影响.应力：单位面积所受的力.应变：受力 条件下单位长度或单位面积的变化量.
剪切载荷
扭转载荷
压缩载荷 拉伸载荷
弯曲载荷
由于骨结构为多孔介质的夹层结构，且
骨质密度也有着较大的差异（骨松质、骨 密质），在承载时具有明显的异向性特征 （不同方向上的力学性质不同）。这种异 向性不仅表现在不同负荷形式下骨承载能 力，即使同质结构在不同方向上受载，其 力学性能也表现出较大的差异特征。
（如图）骨密质的结构及骨板的排列方式决 定了其力学强度优于松质骨。
2.骨松质：由针状 和片状的骨小梁构 成。主要位于骨骺 和骨干内侧面。其 骨小梁排列受多种 因素的影响，表现 出很大的可塑性。
二、骨的生长及机械应力的影响
（一）骨的生长 骨的生长包括长度的增长和横向增粗两
个方面。骨的生长与诸多因素有关，如遗 传、激素分泌、营养的摄取、运动状态、 维生素的摄取、运动性物理负荷等。生长 发育期的少年儿童，适宜的负荷刺激可以 促进骨的生长发育，而过载的负荷作用， 则会影响骨的长长。
一、骨力学性能的结构基础
骨由外面的骨膜、中间的骨质、内部骨髓 及分布的神经血管组织构成。骨质的多细 胞功能活动决定了骨的生长与适应，不同 的骨质结构与不同的排列影响着骨质的 1.骨基质:又名骨质，是钙化的细胞间质，是人体最
大的Ca2+ 库。 A.有机部分:由胶原纤维 和基质构成，后者主要 包括糖蛋白和蛋白多糖。 有一定的弹性和韧性。 B.无机部分：又名骨盐，主要为羟基磷灰石。很坚
第六章 运动器系的生物力学与损伤
骨
关节
肌肉
内容提要:
人体运动的“硬件”是以骨骼为杠杆,关节 为枢纽,肌肉收缩为动力的运动系统.这个运 动系统受神经中枢“软件”的控制,通过内 力和外力的相互作用,完成目标动作和适应 外界环境变化.这是人体运动训练可行性的 重要基础.
本章从力学结构及运动对这些运动器官的 影响两个方面介绍骨、关节、肌肉的生物 力学特性.
成人皮质骨式样不同受载能力比较
成人皮质骨的极 限应力在压缩、拉 伸和剪切负荷时是 不同的.皮质骨所能 承受的压缩应力大 于拉伸应力,所能承 受的拉伸应力又大 于剪切应力.
行走时胫骨前内侧骨密质的应力值
正常行走时,足跟 着地时为压应力,支 撑阶段为拉应力,足 离地时为压应力.在 步态周期的后部分 出现较高的剪应力, 表示存在显著的扭 转载荷,提示在支撑 时相和足趾离地时 相胫骨外旋
(3)纯弯曲载荷造成的骨折不多见,常见的是侧力弯 曲载荷,如三点弯曲（图1-5（a））.从侧面和后面 对小腿腓骨击打极易造成这种骨折.因此,足球比赛 规则严禁从侧面和后面铲击小腿.
骨不同方向承载能力比较
骨结构在横向 与纵向上是不同 的,故骨胳强度随 载荷的方向而异. 在最常见的载荷 方向,骨胳的强度 和刚度最大.
（二）骨的运动损伤
由于骨的受载形式的多样性，决定了骨 折损伤发生的复杂性。根据导致骨折外力 作用特点，骨折可划分为单纯的高外能量 外力作用所致的机型骨折；长期反复性低 能量外力作用所致疲劳性骨折。
本章同时从力学角度介绍了运动器系的损 伤原理。
教学目标：
理解骨、关节、肌肉的生物力学特性.掌握 运动对骨、关节、肌肉的生物力学特性影 响及骨、关节、肌肉运动损伤的力学机制.
重点掌握肌肉的力学特性,为正确分析人体 动作奠定理论基础.
人体全身骨骼图
骨的图片
第一节 骨的运动生物力学与损伤
人体206 块骨借骨连接形成人体的支架系 统。骨的生理活性对力的作用有着很强的 依赖性，骨的结构性重塑、功能性适应与 外力作用有关。例如从事体力劳动或经常 参加体育活动者，其骨比较强壮；长期不 运动则会导致骨退化、萎缩；长期定式的 不良身体姿势会则会导致畸形。适宜的负 荷作用对骨有着积极的影响，但过载、过 用或过度冲击性载荷可引起骨损伤甚至骨 折发生。
硬。
2.骨组织中的细胞: 分4类。 A.骨原细胞：位于结缔组织形成的骨外膜及
骨内膜贴近骨组织处。
B.成骨细胞:来源于骨原细胞。 C.骨细胞:来源于类骨质钙化
后所包绕的成骨细胞。 D.破骨细胞:位于骨基质表面的小凹陷内。
(二)骨密质和骨松质
1.骨密质：分布于长骨的骨干、骨髓及其他 类型骨的表面。骨质成 板状有规律排列，称为 骨板。根据骨板分布位 置及排列方式可分为怀 骨板、骨单位和间骨板。
1.急性骨折
高能量外力作用所致的急性骨折多发生于 意外性的跌摔、暴力性撞击等情况。根据 骨承载载荷形式的不同所导致的骨折形式 也不同。
(1)拉伸载荷引起的骨折常见于跟骨. 第5跖骨基底靠近腓骨短肌附着 处的骨折以及跟腱靠近附着处 的跟骨骨折都是由于拉力产生 的骨折.
(2)压缩载荷引起的骨折常见于椎体. 有时由于肌肉异常强烈的收缩,也可 产生关节内压缩型骨折.
行走时胫骨前内侧骨密质的应力值.HS-足跟着地； FF-全足平放；HO-足跟离地；TO-足趾离地；S摆动.
慢跑时胫骨前内侧骨密质的应力
慢跑时的应力 方式完全不同.在 足趾着地时先是 压应力,继而在离 地时转为高拉应 力,而剪应力在整 个支撑期间一直 较小,表明扭转载 荷很小.
图3-3慢跑时胫骨前内侧骨密质的应力 值.TS-足趾着地；TO-足趾离地.
(二）机械应力对骨的生物学反应
骨的塑形与重建过程，是以机械负载刺
激为前提条件的。也就是说，骨组织中存 在“机械应力—生物学反应”的调控系统， 这一系统中有3个基本的“最小有效阈值” 力学参量：骨重建阈值、骨塑建阈值和疲 劳损伤阈值，这些阈值参量影响着骨组织 塑形与重建的进行方向。
应力：是指在物体某一截面上单位面积所 受的里，包括正应力和剪应力。
三、骨损伤的运动生物力学原理
（一）骨的受载形式
根据外力作用的不同,人体骨骼的受力形式 可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和 复合载荷几种形式（图3-1）.这些载荷会在 骨内产生拉应力、压应力和剪应力,相应产 生拉应变（伸长）、压应变（缩短）和剪 应变（截面错位）,对骨的结构造成不同的 影响.应力：单位面积所受的力.应变：受力 条件下单位长度或单位面积的变化量.
剪切载荷
扭转载荷
压缩载荷 拉伸载荷
弯曲载荷
由于骨结构为多孔介质的夹层结构，且
骨质密度也有着较大的差异（骨松质、骨 密质），在承载时具有明显的异向性特征 （不同方向上的力学性质不同）。这种异 向性不仅表现在不同负荷形式下骨承载能 力，即使同质结构在不同方向上受载，其 力学性能也表现出较大的差异特征。
（如图）骨密质的结构及骨板的排列方式决 定了其力学强度优于松质骨。
2.骨松质：由针状 和片状的骨小梁构 成。主要位于骨骺 和骨干内侧面。其 骨小梁排列受多种 因素的影响，表现 出很大的可塑性。
二、骨的生长及机械应力的影响
（一）骨的生长 骨的生长包括长度的增长和横向增粗两
个方面。骨的生长与诸多因素有关，如遗 传、激素分泌、营养的摄取、运动状态、 维生素的摄取、运动性物理负荷等。生长 发育期的少年儿童，适宜的负荷刺激可以 促进骨的生长发育，而过载的负荷作用， 则会影响骨的长长。
一、骨力学性能的结构基础
骨由外面的骨膜、中间的骨质、内部骨髓 及分布的神经血管组织构成。骨质的多细 胞功能活动决定了骨的生长与适应，不同 的骨质结构与不同的排列影响着骨质的 1.骨基质:又名骨质，是钙化的细胞间质，是人体最
大的Ca2+ 库。 A.有机部分:由胶原纤维 和基质构成，后者主要 包括糖蛋白和蛋白多糖。 有一定的弹性和韧性。 B.无机部分：又名骨盐，主要为羟基磷灰石。很坚
第六章 运动器系的生物力学与损伤
骨
关节
肌肉
内容提要:
人体运动的“硬件”是以骨骼为杠杆,关节 为枢纽,肌肉收缩为动力的运动系统.这个运 动系统受神经中枢“软件”的控制,通过内 力和外力的相互作用,完成目标动作和适应 外界环境变化.这是人体运动训练可行性的 重要基础.
本章从力学结构及运动对这些运动器官的 影响两个方面介绍骨、关节、肌肉的生物 力学特性.
成人皮质骨式样不同受载能力比较
成人皮质骨的极 限应力在压缩、拉 伸和剪切负荷时是 不同的.皮质骨所能 承受的压缩应力大 于拉伸应力,所能承 受的拉伸应力又大 于剪切应力.
行走时胫骨前内侧骨密质的应力值
正常行走时,足跟 着地时为压应力,支 撑阶段为拉应力,足 离地时为压应力.在 步态周期的后部分 出现较高的剪应力, 表示存在显著的扭 转载荷,提示在支撑 时相和足趾离地时 相胫骨外旋
(3)纯弯曲载荷造成的骨折不多见,常见的是侧力弯 曲载荷,如三点弯曲（图1-5（a））.从侧面和后面 对小腿腓骨击打极易造成这种骨折.因此,足球比赛 规则严禁从侧面和后面铲击小腿.
骨不同方向承载能力比较
骨结构在横向 与纵向上是不同 的,故骨胳强度随 载荷的方向而异. 在最常见的载荷 方向,骨胳的强度 和刚度最大.
（二）骨的运动损伤
由于骨的受载形式的多样性，决定了骨 折损伤发生的复杂性。根据导致骨折外力 作用特点，骨折可划分为单纯的高外能量 外力作用所致的机型骨折；长期反复性低 能量外力作用所致疲劳性骨折。
本章同时从力学角度介绍了运动器系的损 伤原理。
教学目标：
理解骨、关节、肌肉的生物力学特性.掌握 运动对骨、关节、肌肉的生物力学特性影 响及骨、关节、肌肉运动损伤的力学机制.
重点掌握肌肉的力学特性,为正确分析人体 动作奠定理论基础.
人体全身骨骼图
骨的图片
第一节 骨的运动生物力学与损伤
人体206 块骨借骨连接形成人体的支架系 统。骨的生理活性对力的作用有着很强的 依赖性，骨的结构性重塑、功能性适应与 外力作用有关。例如从事体力劳动或经常 参加体育活动者，其骨比较强壮；长期不 运动则会导致骨退化、萎缩；长期定式的 不良身体姿势会则会导致畸形。适宜的负 荷作用对骨有着积极的影响，但过载、过 用或过度冲击性载荷可引起骨损伤甚至骨 折发生。
硬。
2.骨组织中的细胞: 分4类。 A.骨原细胞：位于结缔组织形成的骨外膜及
骨内膜贴近骨组织处。
B.成骨细胞:来源于骨原细胞。 C.骨细胞:来源于类骨质钙化
后所包绕的成骨细胞。 D.破骨细胞:位于骨基质表面的小凹陷内。
(二)骨密质和骨松质
1.骨密质：分布于长骨的骨干、骨髓及其他 类型骨的表面。骨质成 板状有规律排列，称为 骨板。根据骨板分布位 置及排列方式可分为怀 骨板、骨单位和间骨板。
1.急性骨折
高能量外力作用所致的急性骨折多发生于 意外性的跌摔、暴力性撞击等情况。根据 骨承载载荷形式的不同所导致的骨折形式 也不同。
(1)拉伸载荷引起的骨折常见于跟骨. 第5跖骨基底靠近腓骨短肌附着 处的骨折以及跟腱靠近附着处 的跟骨骨折都是由于拉力产生 的骨折.
(2)压缩载荷引起的骨折常见于椎体. 有时由于肌肉异常强烈的收缩,也可 产生关节内压缩型骨折.
行走时胫骨前内侧骨密质的应力值.HS-足跟着地； FF-全足平放；HO-足跟离地；TO-足趾离地；S摆动.
慢跑时胫骨前内侧骨密质的应力
慢跑时的应力 方式完全不同.在 足趾着地时先是 压应力,继而在离 地时转为高拉应 力,而剪应力在整 个支撑期间一直 较小,表明扭转载 荷很小.
图3-3慢跑时胫骨前内侧骨密质的应力 值.TS-足趾着地；TO-足趾离地.
(二）机械应力对骨的生物学反应
骨的塑形与重建过程，是以机械负载刺
激为前提条件的。也就是说，骨组织中存 在“机械应力—生物学反应”的调控系统， 这一系统中有3个基本的“最小有效阈值” 力学参量：骨重建阈值、骨塑建阈值和疲 劳损伤阈值，这些阈值参量影响着骨组织 塑形与重建的进行方向。
应力：是指在物体某一截面上单位面积所 受的里，包括正应力和剪应力。