关节软骨的生物力学特性课件
合集下载
关节软骨的生物力学特性(课堂PPT)
2020/6/23
24
• 软骨的蠕变反应
一个恒定的载荷瞬间 施加于关节上，在载 荷的作用下，软骨的 压缩变形连续增加， 直至获得一个平稳状 态或近似值，这就是 “蠕变”。
2020/6/23
25
蠕变
2020/6/23
26
界面润滑
• 润滑：界面润滑和液膜润滑
– 界面润滑是依靠单层润滑剂分子化学吸附到接触的固 体面上。作相对运动时，承载面受到互相滑动的润滑 剂分子保护，防止因表面粗糙发生的粘合和磨损。
38
2020/6/23
32
软骨变性的生物力学
• 关节软骨的修复和再生能力有限，如果承 受应力太大，可能很快发生完全破坏。
– 高接触压力会减少液膜润滑的可能性。 – 固体表面凹凸不平点的接触，可引起显微应力
点的集中，使这些关节面材料发生磨损。
• 关节总载荷频率和数量的增加，可以解释 为什么某些职业的人员关节变性的发生率 高。
15
胶原纤维
• 是体内含量最丰富的 蛋白。
• 高度结构性的组织， 可形成最佳的力学性 能。
• 胶原为关节软骨提供 一种纤维状超微结构， 这种胶原网和多水的 糖蛋白一起，共同抵 抗关节的应力和应变。
2020/6/23
16
蛋白多糖
• 蛋白多糖是一种蛋白多糖大分子,由核心蛋白附着 了一个或多个粘多糖（硫酸角质素与硫酸软骨素） 组成。
2020/6/23
30
动关节的润滑作用机制
• 软骨的近似无摩擦属性与人造材料不同。 用于解释刚性非渗透性材料（如钢铁）的 润滑作用的经典理论不能完全解释动关节 的润滑作用机制。
• 例如，当承受材料是非刚性的，而是相对 柔软的，如关节表面所覆盖的关节软骨， 会产生液膜润滑的动态流体滑膜模型与挤 压润滑模型的不同。
骨生物力学教学ppt课件
劳寿命是无限的，该应力水平称疲劳极限。 疲劳极限是一个安全控制数据，只要应力
低于它，不管周期数目多少是不会短裂的。
43
骨单位密度较高的骨，抗疲劳性能较好， 有助于防止骨折-因骨的胶接线及中央管制 止裂隙扩展。
44
ห้องสมุดไป่ตู้
3.骨折治疗生物力学
接骨原则：1.血供。2.维持骨生理和力学环 境。
弹性固定好，活动度难掌握。牢固固定， 缺点骨愈合不牢固。
松质骨（骨端）（骨孔30%-90%）
13
1.骨皮质
骨皮质 其材料特性取决于骨组织负荷或变形率。 骨皮质快速受力较缓慢受力吸收的能量大。 骨组织应力-应变特征：骨皮质纵向骨小梁
排列比横向强度大，硬度也较强。（长骨 长轴比横轴更对抗应力）
14
应变率
表示骨受力过程中变形迅速的程度
骨骼系统的特点 几何学复杂：管状骨、不规则骨、扁骨等 力的类型复杂 应力和应变复杂
7
屈服(失控) ： 应力达到某一点时，提示骨 小梁断裂开始（屈服用Y点），且持续时间 较长，骨小梁断裂逐渐增多（极限用U点）。
材料的硬度：弹性模量（应力比应变） 拉力和压力作用于棒产生45°剪应力。
负荷，90%可瞬间恢复。 软骨的渗透性很低，通过压力梯度和挤压
渗透。机械反刍调节机制
22
4.2 软骨的张力特性
软骨主要抗张力成分----胶原纤维 （软骨张力硬度取决于胶原纤维含量多少
和排列次序） 张力继发于压力 软骨表面胶原纤维的主要排列方向与压力
垂直关节产生的最大表面张力相一致， 张力强度随关节面下的深度增加而减少。
骨结构(弯曲)本身：减低弯应力
骨空心结构：比实心结构承受弯曲及旋转
低于它，不管周期数目多少是不会短裂的。
43
骨单位密度较高的骨，抗疲劳性能较好， 有助于防止骨折-因骨的胶接线及中央管制 止裂隙扩展。
44
ห้องสมุดไป่ตู้
3.骨折治疗生物力学
接骨原则：1.血供。2.维持骨生理和力学环 境。
弹性固定好，活动度难掌握。牢固固定， 缺点骨愈合不牢固。
松质骨（骨端）（骨孔30%-90%）
13
1.骨皮质
骨皮质 其材料特性取决于骨组织负荷或变形率。 骨皮质快速受力较缓慢受力吸收的能量大。 骨组织应力-应变特征：骨皮质纵向骨小梁
排列比横向强度大，硬度也较强。（长骨 长轴比横轴更对抗应力）
14
应变率
表示骨受力过程中变形迅速的程度
骨骼系统的特点 几何学复杂：管状骨、不规则骨、扁骨等 力的类型复杂 应力和应变复杂
7
屈服(失控) ： 应力达到某一点时，提示骨 小梁断裂开始（屈服用Y点），且持续时间 较长，骨小梁断裂逐渐增多（极限用U点）。
材料的硬度：弹性模量（应力比应变） 拉力和压力作用于棒产生45°剪应力。
负荷，90%可瞬间恢复。 软骨的渗透性很低，通过压力梯度和挤压
渗透。机械反刍调节机制
22
4.2 软骨的张力特性
软骨主要抗张力成分----胶原纤维 （软骨张力硬度取决于胶原纤维含量多少
和排列次序） 张力继发于压力 软骨表面胶原纤维的主要排列方向与压力
垂直关节产生的最大表面张力相一致， 张力强度随关节面下的深度增加而减少。
骨结构(弯曲)本身：减低弯应力
骨空心结构：比实心结构承受弯曲及旋转
关节软骨的生物力学特性
关节软骨的疲劳特 性是指关节软骨在 重复载荷作用下的 力学行为
疲劳特性的研究对 于理解关节软骨的 损伤机制和预防损 伤具有重要意义
关节软骨的疲劳特 性受到多种因素的 影响，包括载荷类 型、载荷频率、载 荷持续时间等
关节软骨的疲劳特 性可以通过实验和 数值模拟的方法进 行研究
Prt Five
关节软骨生物力学 特性的影响因素
软骨替代 材料：使 用人工合 成或生物 材料替代 软骨，但 需要解决 生物相容 性和力学 性能问题
关节镜下 微创手术： 通过关节 镜进行软 骨修复和 重建，但 手术难度 较大
机器人辅 助手术： 利用机器 人技术进 行软骨修 复和重建， 可以提高 手术精度 和成功率
基于关节软骨生物力学特性的假体设计
年龄对关节软骨生物力学特性的影响
年龄增长导致关节软骨 退化
软骨细胞活性降低，导 致软骨弹性和韧性下降
软骨基质合成减少，导 致软骨硬度增加
软骨磨损加剧，导致软 骨厚度减少
年龄相关的疾病，如骨 质疏松症，也会影响关 节软骨的生物力学特性
性别对关节软骨生物力学特性的影响
性别差异：男性和女性在关节软骨生物力学特性上存在差异 激素水平：性别差异可能导致激素水平不同，从而影响关节软骨生物力学特性 运动模式：性别差异可能导致运动模式不同，从而影响关节软骨生物力学特性 生理结构：性别差异可能导致生理结构不同，从而影响关节软骨生物力学特性
关节软骨的生物力学特性：弹性、塑性、粘弹性等 康复治疗的目的：恢复关节功能，减轻疼痛，提高生活质量 康复治疗的方法：物理治疗、运动治疗、药物治疗等 康复治疗的效果：改善关节功能，减轻疼痛，提高生活质量
THNKS
汇报人：XX
假体设计的基本原则：模拟 关节软骨的生物力学特性
关节软骨生物力学
3．张力特性：软骨承受的张力负荷与关节软骨面相平行时，其硬度和强度与胶原纤维平行于张力方向排列的范围有密切关系，因为胶原纤维是抗张力的主要成分。随着关节表面距离的增加，正常成人关节软骨的拉伸强度均降低，这使胶原蛋白密集的软骨表浅层对软骨组织起到一种坚韧耐磨、保护皮肤的作用。
4．润滑作用：在工程学中有两种基本润滑类型，界面润滑和液膜润滑。在某些负荷条件下，关节内的滑液可作为关节软骨的界面润滑剂，而这种润滑能力与滑液的黏滞度无关。如果承力不重，且接触面的相对运动速度较高，关节可能采用第二种润滑机制——液膜润滑。
5．磨损：磨损分两个部分，即承载面之间相互作用引起的界面磨损和接受体变形引起的疲劳性磨损。如果两承载面接触，可因粘连或磨损而产生界面磨损。即使承载面润滑作用好，由于反复变形，承载面可发生疲劳性磨损。疲劳性磨损之所以发生，是由于材料反复受压而产生微小的损伤累积所致。
6．关节软骨变性生物力学：关节软骨的修复和再生能力有限，如果承受应力太大，很快会出现全面破坏。可能与下列因素有关：
(1)承受应力的量级。
(2)承受应力峰值的总数。
(3)胶原蛋白多糖基质的内部分子和细微结构。
应力的过度集中可导致软骨的衰竭，如先天性髋臼发育不良、关节内骨折、半月板切除后等都可增加总负，是人体各部位活动杠杆的支点。关节的作用有：①保证人体的运动。②力的传递。③润滑作用。而关节软骨有其独特的力学性能，一般说来，它是一种各向异性的、非均匀的、具有黏弹性的、充满液体的可渗透物质。
1．软骨的负荷变形：关节软骨在承受压力(负荷)时会发生变形，并随时间变化变形加快，1小时后达到平衡。当压力消除后，原有的软骨厚度很快恢复。
2．渗透性：组织间液在流经软骨基质时，其输送机制主要有两种。第一种是组织间液体借助于组织两边液体的正压力梯度经过多孔的可渗透基质输送，液体的输送与压力梯度成正比。第二种是靠软骨基质的变形来输送液体。Mow通过实验证明，在增加压力发生变形时，健康软骨的渗透性大大降低。这样，关节软骨就阻止了所有的组织间液流出，这个生物力学调节系统与正常组织的营养需要、关节的润滑和承载能力、软骨组织的磨损程度有密切关系。
4．润滑作用：在工程学中有两种基本润滑类型，界面润滑和液膜润滑。在某些负荷条件下，关节内的滑液可作为关节软骨的界面润滑剂，而这种润滑能力与滑液的黏滞度无关。如果承力不重，且接触面的相对运动速度较高，关节可能采用第二种润滑机制——液膜润滑。
5．磨损：磨损分两个部分，即承载面之间相互作用引起的界面磨损和接受体变形引起的疲劳性磨损。如果两承载面接触，可因粘连或磨损而产生界面磨损。即使承载面润滑作用好，由于反复变形，承载面可发生疲劳性磨损。疲劳性磨损之所以发生，是由于材料反复受压而产生微小的损伤累积所致。
6．关节软骨变性生物力学：关节软骨的修复和再生能力有限，如果承受应力太大，很快会出现全面破坏。可能与下列因素有关：
(1)承受应力的量级。
(2)承受应力峰值的总数。
(3)胶原蛋白多糖基质的内部分子和细微结构。
应力的过度集中可导致软骨的衰竭，如先天性髋臼发育不良、关节内骨折、半月板切除后等都可增加总负，是人体各部位活动杠杆的支点。关节的作用有：①保证人体的运动。②力的传递。③润滑作用。而关节软骨有其独特的力学性能，一般说来，它是一种各向异性的、非均匀的、具有黏弹性的、充满液体的可渗透物质。
1．软骨的负荷变形：关节软骨在承受压力(负荷)时会发生变形，并随时间变化变形加快，1小时后达到平衡。当压力消除后，原有的软骨厚度很快恢复。
2．渗透性：组织间液在流经软骨基质时，其输送机制主要有两种。第一种是组织间液体借助于组织两边液体的正压力梯度经过多孔的可渗透基质输送，液体的输送与压力梯度成正比。第二种是靠软骨基质的变形来输送液体。Mow通过实验证明，在增加压力发生变形时，健康软骨的渗透性大大降低。这样，关节软骨就阻止了所有的组织间液流出，这个生物力学调节系统与正常组织的营养需要、关节的润滑和承载能力、软骨组织的磨损程度有密切关系。
关节的生物力学PPT课件
编辑版pppt
8
（1）、拉伸负荷特征：
编辑版pppt
9
（2）蠕变特征：
应 力
由于关节软骨是固、液双相材 料，因此蠕变曲线的早期有大 量液体渗出，当无液体渗出时， 蠕变曲线稳定。
编辑版pppt
时间
10
2、渗透性：
渗透性是指液体流过多孔的固体基质时的摩擦阻力，因此 是这种二相材料的重要材料参数。渗透性越低，在承受载荷时 液体流动的阻力越大。
编辑版pppt
19
⑶、上肢开放运动链的力学特征：
肩部连接与支点作 用；
肩部载荷来源：上 肢的自身重量；外 界作用负荷。
F=ma，有些运动 如乒乓球、羽毛球， 复合小，但产生的 a大，那么对肩关 节的负荷就大。
编辑版pppt
20
4、锁骨的生物学意义： 锁骨的存在，产生对肩胛骨的支撑，使上肢远离身体中线。 所以：锁骨对增加上肢灵活性的意义很大。 当然，暴露了，也易损伤。 如：肩着地，导致锁骨骨折。
一、应力-应变曲线
在肌腱和韧带中，胶原纤维和弹性纤维的排列不同，以满足 各种不同的功能要求。肌腱中的纤维几乎完全是平行排列的，这 使它能够承受很高的拉伸载荷。韧带的排列主要根据功能而定。 纤维在受载和不受载的情况下也有不同的状况。不受载是，纤维 呈波浪形，受载后，纤维被拉直。
编辑版pppt
38
胶原纤维-拉伸试验
编辑版pppt
21
（二）、髋关节： 1、髋关节解剖：
编辑版pppt
22
2、运动：
从髂股韧带（限后伸）、坐股韧带（限内收、旋内）、 耻股韧带（限外展、旋外）来分析限制其某方向的运动。
编辑版pppt
23
臀中肌的外展作用。 前屈的动力来源为髂腰肌。
关节软骨的生物力学特性培训课件
透明软骨、纤维软骨和弹性软骨。
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
2
(一)、透明软骨(hyaline cartilage)
➢分布 • 关节、肋软骨、呼吸道等部位。
➢特点 • 新鲜时呈透明状，较脆，易折断。
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
3
透
胶原原纤维
明
软
骨
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
• 其中，仅滑膜关节亦称为动关节，允许较 大幅度的活动。在正常年轻关节内，动关 节的关节骨末端覆盖了一层厚1-6mm、致 密且透明的白色结缔组织，称为透明关节 软骨。
• 关节软骨是一种十分特殊的组织，在一般
人的寿命期内都可以无损地承担高负荷关
节运动。
关节软骨的生物力学特性
10
1/11/2021
• 但从生理学的角度上 看，关节软骨实际上 是一种孤立的组织， 没有单独的血液和淋 巴供应。它主要依赖 软骨下骨组织提供软 骨 下 部 近 1/3 的 血 供 ， 其余依赖滑膜周围毛 细血管的渗入。
17
1/11/2021
软骨细胞和水分
1/11/2021
软骨细胞
关节软骨的生物力学特性
18
软骨各成分间结构上的相互作用
• 硫酸软骨素与硫酸角质素链上相距很近的硫 酸基和羧基团离子在生理PH溶液中被拉开， 留下了高浓度的固定负电荷产生分子内与分 子间的强电荷-电荷排斥力，使组织内保持一 种挺而伸展的状态。
一、软骨 (cartilage)
软骨细胞
软骨组织 基质
软骨
纤维
软骨膜
胶原原纤维 透明软骨 弹性纤维 弹性软骨 胶原纤维 纤维软骨
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
2
(一)、透明软骨(hyaline cartilage)
➢分布 • 关节、肋软骨、呼吸道等部位。
➢特点 • 新鲜时呈透明状，较脆，易折断。
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
3
透
胶原原纤维
明
软
骨
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
• 其中，仅滑膜关节亦称为动关节，允许较 大幅度的活动。在正常年轻关节内，动关 节的关节骨末端覆盖了一层厚1-6mm、致 密且透明的白色结缔组织，称为透明关节 软骨。
• 关节软骨是一种十分特殊的组织，在一般
人的寿命期内都可以无损地承担高负荷关
节运动。
关节软骨的生物力学特性
10
1/11/2021
• 但从生理学的角度上 看，关节软骨实际上 是一种孤立的组织， 没有单独的血液和淋 巴供应。它主要依赖 软骨下骨组织提供软 骨 下 部 近 1/3 的 血 供 ， 其余依赖滑膜周围毛 细血管的渗入。
17
1/11/2021
软骨细胞和水分
1/11/2021
软骨细胞
关节软骨的生物力学特性
18
软骨各成分间结构上的相互作用
• 硫酸软骨素与硫酸角质素链上相距很近的硫 酸基和羧基团离子在生理PH溶液中被拉开， 留下了高浓度的固定负电荷产生分子内与分 子间的强电荷-电荷排斥力，使组织内保持一 种挺而伸展的状态。
一、软骨 (cartilage)
软骨细胞
软骨组织 基质
软骨
纤维
软骨膜
胶原原纤维 透明软骨 弹性纤维 弹性软骨 胶原纤维 纤维软骨
1/11/2关02节1 软骨的生物力学特性
膝关节生物力学ppt课件
膝关节屈曲时股骨髁前移
原因 股骨髁的原始位置太过靠后 矢状面形合度低 所有作用在胫骨上的力量都 使其向后
74
TKA术后生物力学的调节
股四头肌力量
TKR术中可调节力臂，以 增加或减少所需的股四头肌 力量 滑车沟矢状面的形状影响 了股四头肌力量 髌骨形状影响了股四头肌 力量
75
51
髌骨周围作用组织
52
Q角的存在使髌骨总有向外脱位的趋势
53
Q角的变化可改变髌骨轨迹
54
低位髌骨与高位髌骨
Patella alta：高位髌骨 Patella baja：低位髌骨 TKA后低位髌骨较为常见，特别是之前 有高位胫骨截骨者。
55
髌骨高度的测量
Insall-Salvati指数：髌韧带长度/髌骨高度 正常=1.0 高位髌骨>1.2 低位髌骨<0.8 Blumensaat’s 线：屈膝30度时，髌骨下极应 该在髁间窝线上。
29
股骨髁的后滚 在生理性膝关节，股骨髁的后滚是由 四边框架系统来调整的。
ACL和PCL是这一系统中的韧带连接 部分，而其在胫骨与股骨止点之间的骨 质是这一系统中的另外两边。
整个膝关节的瞬间旋转中心位于ACL 与PCL的交叉处
30
ACL/PCL 四边框架
31
膝关节的滚动和滑动 股骨髁的后滚
11
胫骨平台后倾
12
TKA中重要的画线
13
TKA中重要的画线
14
关节的形合度
与髋关节不同，膝关节两相对骨面 形合度较差。因此，软组织结构在维 持关节稳定中起到了至关重要的作用
术者了解正常的下肢对线、作用于 膝关节上的外力和膝关节运动的限制 结构等都是必须的
15
原因 股骨髁的原始位置太过靠后 矢状面形合度低 所有作用在胫骨上的力量都 使其向后
74
TKA术后生物力学的调节
股四头肌力量
TKR术中可调节力臂，以 增加或减少所需的股四头肌 力量 滑车沟矢状面的形状影响 了股四头肌力量 髌骨形状影响了股四头肌 力量
75
51
髌骨周围作用组织
52
Q角的存在使髌骨总有向外脱位的趋势
53
Q角的变化可改变髌骨轨迹
54
低位髌骨与高位髌骨
Patella alta：高位髌骨 Patella baja：低位髌骨 TKA后低位髌骨较为常见，特别是之前 有高位胫骨截骨者。
55
髌骨高度的测量
Insall-Salvati指数：髌韧带长度/髌骨高度 正常=1.0 高位髌骨>1.2 低位髌骨<0.8 Blumensaat’s 线：屈膝30度时，髌骨下极应 该在髁间窝线上。
29
股骨髁的后滚 在生理性膝关节，股骨髁的后滚是由 四边框架系统来调整的。
ACL和PCL是这一系统中的韧带连接 部分，而其在胫骨与股骨止点之间的骨 质是这一系统中的另外两边。
整个膝关节的瞬间旋转中心位于ACL 与PCL的交叉处
30
ACL/PCL 四边框架
31
膝关节的滚动和滑动 股骨髁的后滚
11
胫骨平台后倾
12
TKA中重要的画线
13
TKA中重要的画线
14
关节的形合度
与髋关节不同，膝关节两相对骨面 形合度较差。因此，软组织结构在维 持关节稳定中起到了至关重要的作用
术者了解正常的下肢对线、作用于 膝关节上的外力和膝关节运动的限制 结构等都是必须的
15
关节-生物力学
关节生物力学01关节的生物力学特征02关节软骨的力学特征03运对关节性能的影响04脊柱运动节段的力学特征目录| Contents3关节生物力学踝关节膝关节髋关节4关节的生物力学特征（一）关节的润滑机制1、关节的摩擦系数摩擦系数测定条件膝关节①0.014～0.024固定身体膝关节②0.006～0,010固定小腿右手中指关节①0.0055无肌肉被动张力右手中指关节②0.0104正常关节综合0.003～0.024关节炎0.01～0.09关节软骨的主要功能减小关节活动时的阻力（润滑关节）减小关节面负载时压强减轻震动（缓冲）(适应关节面）一、渗透性三、时间—形变关系形变与外力作用速度有关四、关节润滑机制①界面润滑②压渗润滑二、粘弹性①应力松弛②蠕变和滞后7关节结构的力学特性1. 关节静力学单腿站立时髋关节静力分析•采用环节静力分析法•对同一个关节来说，不同的环节位置、负重的大小会有不同的关节反作用力和关节肌力矩8关节结构的力学特性2．关节运动学•一是关节的运动幅度（角度），二是达到这个运动幅度的方式（随意和强迫运动范围）。
•从生物力学运动分析的角度，有两点还需要注意：•（1）动作的顺序•（2）关节瞬时中心的位置思考：膝关节曲屈时瞬时中心的位置如何确定？3.关节动力学•一是组成关节的各部分在外力作用下的运动特性，如关节软骨、关节液及其润滑机制等。
•二是作为一个结构整体的关节动力学11关节结构的力学特性•步行时股骨头的关节反作用力足跟着地足趾离地足跟着地力站立相摆动相12运动对关节性能的影响适宜的体育锻炼对提高关节负载能力和减小摩擦阻力的影响关节半月板（关节内软骨）撕裂就是典型的突然受到压缩-扭转复合载荷的结果13运动对关节性能的影响姿态负荷N（Kg ）仰卧490（50）站立980（100）直坐（背部无依托）1373（140）步行1128（115）扭转1177（120）侧弯1225（125）（二）常见关节损伤和防治的生物力学机制（以腰脊劳损为例）不同姿态下第三腰椎椎间盘所承受的载荷14•脊柱的功能单位是运动节段•椎体是椎骨受力的主体•体截面随着上部躯干的重量逐步增加由上向下越来越大脊柱运动节段的力学特征谢谢欣赏。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
14
关节软骨的组成成分
胶原纤维
蛋白多糖
软骨细胞
水分
2020/4/16
显微镜下的关节软骨
关节软骨的生物力学特性课件
15
胶原纤维
• 是体内含量最丰富的 蛋白。
• 高度结构性的组织， 可形成最佳的力学性 能。
• 胶原为关节软骨提供 一种纤维状超微结构， 这种胶原网和多水的 糖蛋白一起，共同抵 抗关节的应力和应变。
– 椎间盘、关节盘、耻骨联合面等。 ➢结构
▪ 软骨基质内胶原纤维丰富。 ▪ 肉眼观察此类软骨呈乳白色。
关节软骨的生物力学特性课件
胶
纤
原
维
纤
软
维
骨
关节软骨的生物力学特性课件
（三）弹性软骨(elastic cartilage) ➢分布
耳廓、外耳道、咽鼓管、会厌等。 ➢结构
▪ 软骨基质内弹性纤维丰富。 ▪ 肉眼观察此类软骨呈黄色。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
30
动关节的润滑作用机制
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
24
• 软骨的蠕变反应
一个恒定的载荷瞬间 施加于关节上，在载 荷的作用下，软骨的 压缩变形连续增加， 直至获得一个平稳状 态或近似值，这就是 “蠕变”。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
25
蠕变
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
26
关节软骨的生物力学特性课件
12
动关节的关节软骨的功能
• 其主要功能是： • ① 分散压力。关节软
骨受压时提供较大的 接触面以降低其上的 压力
• ② 关节面做动作时减 少摩擦力，降低磨损。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
13
关节软骨的组成成分
2020/4/16
关节软骨层关结节软构骨的的生简物力要学特图性解课件
界面润滑
• 润滑：界面润滑和液膜润滑
– 界面润滑是依靠单层润滑剂分子化学吸附到接触的固 体面上。作相对运动时，承载面受到互相滑动的润滑 剂分子保护，防止因表面粗糙发生的粘合和磨损。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
27
液膜润滑
• 是一薄层的液膜将表面与表面分开，加载 时液膜内产生压力支持载荷。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
16
蛋白多糖
• 蛋白多糖是一种蛋白多糖大分子,由核心蛋白附着 了一个或多个粘多糖（硫酸角质素与硫酸软骨素） 组成。
• 糖蛋白有一特殊部分与胶原密切相连，并把胶原 纤维结合到一起。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
17
一个蛋白多糖大分子的简图
洗瓶刷模型
• 液膜润滑的两种典型模型：工程学上定义 为动态流体与挤压液膜润滑。这些模型应 用于刚性承载面由相对不变形材料组成， 如不锈钢。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
28
动态流体
• 动态流体润滑常发生 于液膜润滑的不平行 的刚性承重表面，彼 此相对切线运动（即 彼此滑动），间隙内 液体形成楔状。
关节软骨的生物力学特性
关节软骨的生物力学特性课件
一、软骨 (cartilage)
软骨细胞
软骨组织 基质
软骨
纤维
软骨膜
胶原原纤维 透明软骨 弹性纤维 弹性软骨 胶原纤维 纤维软骨
关节软骨的生物力学特性课件
➢特性：软骨组织是一种固态结缔组织，略 有弹性，内无血管、淋巴管和神经。
➢功能：支持、保护。 ➢分类：根据所含纤维的不同，软骨可分为
• 由于承载运动吸引液 体进入表面间的楔状 间隙，流体粘性产生 一个支撑力。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
29
挤压液膜
• 发生于承载表面彼此垂直运动 ，流体的粘性抵抗力起到阻止 流体从间隙中溢出，且形成液 膜，生成支撑力。
• 在短时间内，挤压液膜机制足 以承受高负载，但是，液膜最 终会变得很薄，使得两个承受 面的凸起部分（定点）接触。
关节软骨的生物力学特性课件
弹
弹性纤维
性
软
骨
关节软骨的生物力学特性课件
二、关节软骨
• 人体的关节分为纤维状关节、软骨质关节 和滑膜关节三种类型。
• 其中，仅滑膜关节亦称为动关节，允许较 大幅度的活动。在正常年轻关节内，动关 节的关节骨末端覆盖了一层厚1-6mm、致 密且透明的白色结缔组织，称为透明关节 软骨。
关节软骨的生物力学特性课件
22
关节软骨的生物学性质
• 渗透性 • 蠕变反应 • 润滑
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
23
关节软骨的生物学性质
• 渗透性
– 表示液体流过多孔物质的固体基质时的摩擦阻 力。
– 渗透性越低，承载时液体流动阻力越大。与普 通海绵的渗透性相比，健康软骨的渗透性是很 小的。随着压力和变形的增加，健康关节软骨 的渗透性大大降低。因此，关节软骨具有一个 机械反馈调节机制，阻止组织间液完全流出。
• 当软骨面受力时，可发生瞬间变形，这主要 是糖蛋白区的形状改变所致，这种外加的应 力使软骨基质中的内压超过了膨胀压，引起 液体从组织中外流。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
20
软骨各成分间结构上的相互作用
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
21
软骨各成分间结构上的相互作用
2020/4/16
透明软骨、纤维软骨和弹性软骨。
关节软骨的生物力学特性课件
(一)、透明软骨(hyaline cartilage)
➢分布 • 关节、肋软骨、呼吸道等部位。
➢特点 • 新鲜时呈透明状，较脆，易折断。
关节软骨的生物力学特性课件
透
胶原原纤维
明
软
骨
关节软骨的生物力学特性课件
关节软骨的生物力学特性课件
（二）、纤维软骨(fibrous cartilage) ➢分布
• 关节软骨是一种十分特殊的组织，在一般
人的寿命期内都可以无损地承担高负荷关
节运动。
关节软骨的生物力学特性课件
11
• 但从生理学的角度上 看，关节软骨实际上 是一种孤立的组织， 没有单独的血液和淋 巴供应。它主要依赖 软骨下骨组织提供软 骨 下 部 近 1/3 的 血 供 ， 其余依赖滑膜周围毛 细血管的渗入。
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件18Βιβλιοθήκη 软骨细胞和水分软骨细胞
2020/4/16
关节软骨的生物力学特性课件
19
软骨各成分间结构上的相互作用
• 硫酸软骨素与硫酸角质素链上相距很近的硫 酸基和羧基团离子在生理PH溶液中被拉开， 留下了高浓度的固定负电荷产生分子内与分 子间的强电荷-电荷排斥力，使组织内保持一 种挺而伸展的状态。