(骨生物力学课件)肌腱与韧带的生物力学
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康复医学概论3-运动学基础ppt课件
面：水平面、矢状面、冠状面 轴：垂直轴、矢状轴、冠状轴
以解剖姿势为准
2.关节运动的基本术语
ห้องสมุดไป่ตู้
屈和伸 内收和外展 内旋和外旋
旋转
屈和伸:冠状轴、矢状面
内收和外展：矢状轴、冠状面
内旋和外旋：垂直轴、水平面
3.关节运动的自由度
单轴关节：指间关节
双轴关节：鞍状关节 三轴关节：肩关节、髋关节
肌力：肌肉收缩时的最大力量 影响肌力的因素：
肌肉的横截面积
肌肉的初长度 运动单位的募集
肌力和肌耐力的区别： 肌力是肌肉的最大力量，决定瞬间爆发力 肌耐力是机体抗疲劳的能力
5.肌腱和韧带的运动生理
肌腱和韧带均由致密结蹄组织（胶原纤 维）构成，弹性差，血供差，损伤后因 局部血液供应不足不易愈合。
临床常见肌腱、韧带的损伤
前后交叉韧带断裂 内外侧副韧带断裂 跟腱断裂
( 多由运动损伤导致)
肌腱、韧带的愈合
1.炎症期 2.增殖期
3.成熟期（重塑行期）
骨的生物力学
垂直应力是骨的正常生理所必须的
应力过大→骨质增生
应力过小→骨质疏松
骨质疏松的预防：适当应力
骨折的愈合
(四)运动对中枢神经系统的影响
运动是中枢神经最有效的刺激形式，所有的 运动都可向中枢神经提供感觉、运动和反射性 传入 多次重复训练是条件反射的综合，随着运动 复杂性的增加，大脑皮层将建立暂时性的联系 和条件反射，神经活动的兴奋性、灵活性和反 应性都得以提高 运动可调节人的精神和情绪，锻炼人的意 志，增强自信心
骨科生物力学
脊柱失稳
脊柱失稳是指脊柱在承受外力时发生异常位移或变形，可能导致疼痛 和功能障碍等症状。
脊柱疾病生物力学研究及治疗策略
脊柱疾病的生物力学研究
通过对脊柱疾病的生物力学研究，可以深入了解疾病的发生机制和发展过程，为制定有效 的治疗策略提供依据。
脊柱疾病的治疗策略
根据脊柱疾病的类型和严重程度，可以采取保守治疗、药物治疗、物理治疗、手术治疗等 多种治疗策略。
骨骼为人体提供支持和保护，维持身体姿势 和稳定。
造血和免疫
红骨髓具有造血功能，黄骨髓则具有免疫作 用。
运动功能
骨骼与肌肉、关节等协同作用，实现人体的 运动功能。
储存矿物质
骨骼是体内重要的矿物质储存库，尤其是钙 和磷。
骨骼损伤与修复机制
骨骼损伤类型
损伤修复过程
骨折、骨裂、骨挫伤等 是常见的骨骼损伤类型。
生物力学在治疗骨折、关节置 换、脊柱矫形等骨科手术中发 挥着重要作用，手术方案的设 计和实施需要考虑生物力学因 素，以确保手术效果和患者康 复。
在康复医学中，生物力学评估 和治疗手段可以帮助患者恢复 骨骼、肌肉和关节的正常功能 ，提高患者的生活质量。
通过对人群的生物力学指标进 行监测和评估，可以为骨科疾 病的预防提供科学依据。
纤维关节
骨性关节
由骨组织连接，如颅骨的骨连接，几 乎无活动性。
由纤维结缔组织连接，如韧带关节和 缝合关节，运动范围较小。
关节运动学与动力学分析
运动学分析
01
研究关节在三维空间中的运动轨迹、速度和加速度等，揭示关
节运动规律。
动力学分析
02
研究关节在运动过程中的力学特性和相互作用，包括力矩、功
率和能量等。
肌肉-骨骼系统分析
脊柱失稳是指脊柱在承受外力时发生异常位移或变形，可能导致疼痛 和功能障碍等症状。
脊柱疾病生物力学研究及治疗策略
脊柱疾病的生物力学研究
通过对脊柱疾病的生物力学研究，可以深入了解疾病的发生机制和发展过程，为制定有效 的治疗策略提供依据。
脊柱疾病的治疗策略
根据脊柱疾病的类型和严重程度，可以采取保守治疗、药物治疗、物理治疗、手术治疗等 多种治疗策略。
骨骼为人体提供支持和保护，维持身体姿势 和稳定。
造血和免疫
红骨髓具有造血功能，黄骨髓则具有免疫作 用。
运动功能
骨骼与肌肉、关节等协同作用，实现人体的 运动功能。
储存矿物质
骨骼是体内重要的矿物质储存库，尤其是钙 和磷。
骨骼损伤与修复机制
骨骼损伤类型
损伤修复过程
骨折、骨裂、骨挫伤等 是常见的骨骼损伤类型。
生物力学在治疗骨折、关节置 换、脊柱矫形等骨科手术中发 挥着重要作用，手术方案的设 计和实施需要考虑生物力学因 素，以确保手术效果和患者康 复。
在康复医学中，生物力学评估 和治疗手段可以帮助患者恢复 骨骼、肌肉和关节的正常功能 ，提高患者的生活质量。
通过对人群的生物力学指标进 行监测和评估，可以为骨科疾 病的预防提供科学依据。
纤维关节
骨性关节
由骨组织连接，如颅骨的骨连接，几 乎无活动性。
由纤维结缔组织连接，如韧带关节和 缝合关节，运动范围较小。
关节运动学与动力学分析
运动学分析
01
研究关节在三维空间中的运动轨迹、速度和加速度等，揭示关
节运动规律。
动力学分析
02
研究关节在运动过程中的力学特性和相互作用，包括力矩、功
率和能量等。
肌肉-骨骼系统分析
生物力学—肌腱与韧带的生物力学特性
• 胶原分子是由 纤维母细胞合 成，这种分子 属于I型胶原， 由3个a链按右 旋成三重螺旋 线，呈绳状排 列
图片3-2
绕织多肽链 交联
○
首（阳性） 尾（阴性）
3个ɑ链
胶原分子
膜 纤维束
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微原纤维+绕织多肽链
原纤维+腱内
5
肌腱与韧带的胶原纤维 排列的不同与其所适应 结构的功能有关
1. 肌腱：纤维呈有序的 平行排列，可承受高 度的轴向拉张负荷
肌腱与韧带的弹性模量 （E）
• E基于应力与应变的曲线 关系
• E=应力/应变 • 趾区：E不稳定 • 线区：较稳定
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2、生理性负荷
• 肌腱和韧带的最高生理 应变极限，即在跑跳时 的极限，应变幅度只是 Pmax的三分之一或四分之 一。
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3、损伤的机能
• 在活体内,假设组织的生理性负荷为P， Plin为组织的屈服点。
年龄<20岁，交联的质和量随年龄增 加，肌腱和韧带的拉张强度增加；
年龄>20岁即成熟后及进入老年，胶 原的机械性能达到平衡，胶原量也开 始减少，组织的强度和刚度开始下降。
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3、妊娠与产后期
• 在妊娠和产后期，耻 骨区的肌腱和韧带的 松弛度往往增加。
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4、非类固醇抗炎药物
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• 具有粘弹性行为的典型结构—骨-韧 带-骨复合体：
①使用慢负荷时（60s），骨-韧带骨复合体最薄弱的部分是骨附着处。
②使用快负荷时（0.6s），骨-韧带 -骨复合体最薄弱的部分是韧带。
表明负荷速度在增加时， 骨的强度增加得要比韧 带快得多。
韧带肌腱的力学特性 ppt课件
当关节制动时，等长运动训练并不能模拟正常的生 理载荷，所以不能防止韧带强度的降低。但关节制 动期间进行等长运动训练有很多有益效果。
老年化在韧带上产生的改变与制动引起的结果相似。 韧带的强度和刚度随着年龄的增长有明显降低。
肌腱拉伸强度
健康肌腱的拉 伸强度是肌肉 强度的两倍。
临床现象：肌 肉断裂比肌腱 断裂更为常见。
承受应力能力 大约是皮质骨在拉伸下 仅为皮质骨在拉伸下
的一半
所能承受的1/10。
胶原纤维
– 未受载荷时呈波浪状。 – 受低载荷时，胶原纤维稍有伸长，直到波浪状的纤维拉直，
此时胶原纤维束迅速变刚硬，直到屈服点。 – 然后发生非弹性变形，直到极限而断裂破坏。
– 破坏时的变性范围为6～8%。
弹性纤维
腱鞘炎
腱鞘囊肿
谢谢！
7
肌腱、韧带的力学特性
纤维排列不同，力学特性不同。 – 肌腱能承受最强的拉伸载荷。 – 韧带受拉伸载荷时，由于纤维不成行，只有与主纤维方向完 全一致的纤维首先被完全拉直而承受最大载荷；那些与主纤 维方向不平行的纤维，只承受低载荷。
9
弹性纤维
别名：黄纤维，新鲜时呈黄色。 组成：弹性蛋白。 特点：富有弹性，容易被拉长及复原。 作用：在组织受载时提供延展性。
腱鞘
腱鞘就是套在肌腱外面的双层套管样密闭的滑 膜管，是保护肌腱的滑液鞘。它分两层包绕着 肌腱，两层之间一空腔即滑液腔，内有腱鞘滑 液。内层与肌腱紧密相贴，外层衬于腱纤维鞘 里面，共同与骨面结合，具有固定、保护和润 滑肌腱，使其免受摩擦或压迫的作用。肌腱长 期在此过度摩擦，即可发生肌腱和腱鞘的损伤 性炎症，引起肿胀，称为腱鞘炎。若不治疗， 便有可能发展成永久性活动不便。
– 快加载荷速度：在2/3的测试样本中，最弱的部位 在韧带。
老年化在韧带上产生的改变与制动引起的结果相似。 韧带的强度和刚度随着年龄的增长有明显降低。
肌腱拉伸强度
健康肌腱的拉 伸强度是肌肉 强度的两倍。
临床现象：肌 肉断裂比肌腱 断裂更为常见。
承受应力能力 大约是皮质骨在拉伸下 仅为皮质骨在拉伸下
的一半
所能承受的1/10。
胶原纤维
– 未受载荷时呈波浪状。 – 受低载荷时，胶原纤维稍有伸长，直到波浪状的纤维拉直，
此时胶原纤维束迅速变刚硬，直到屈服点。 – 然后发生非弹性变形，直到极限而断裂破坏。
– 破坏时的变性范围为6～8%。
弹性纤维
腱鞘炎
腱鞘囊肿
谢谢！
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肌腱、韧带的力学特性
纤维排列不同，力学特性不同。 – 肌腱能承受最强的拉伸载荷。 – 韧带受拉伸载荷时，由于纤维不成行，只有与主纤维方向完 全一致的纤维首先被完全拉直而承受最大载荷；那些与主纤 维方向不平行的纤维，只承受低载荷。
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弹性纤维
别名：黄纤维，新鲜时呈黄色。 组成：弹性蛋白。 特点：富有弹性，容易被拉长及复原。 作用：在组织受载时提供延展性。
腱鞘
腱鞘就是套在肌腱外面的双层套管样密闭的滑 膜管，是保护肌腱的滑液鞘。它分两层包绕着 肌腱，两层之间一空腔即滑液腔，内有腱鞘滑 液。内层与肌腱紧密相贴，外层衬于腱纤维鞘 里面，共同与骨面结合，具有固定、保护和润 滑肌腱，使其免受摩擦或压迫的作用。肌腱长 期在此过度摩擦，即可发生肌腱和腱鞘的损伤 性炎症，引起肿胀，称为腱鞘炎。若不治疗， 便有可能发展成永久性活动不便。
– 快加载荷速度：在2/3的测试样本中，最弱的部位 在韧带。
骨的生物力学PPT课件
第15页/共65页
三、骨的应力与应变
骨力学包含二个最基本的元素，即应力和应变。 （一）骨的应力 概念：当外力作用于骨时，
骨以形变产生内部的阻抗 以抗衡外力，即是骨产生的应力。 特点：应力的大小等于作用于骨截面上的外力与骨横断面面积 之比，单位为Pascal(Pa=N/m2)，即牛顿/平方米。 计算公式：
由拉力、压力、旋转、弯曲和压力联合弯曲造成的骨折类 型。
第35页/共65页
五、骨折的生物力学
骨的完整性或连续性中断时称骨折。 常见原因有： 直接暴力、 间接暴力、 肌拉力、 积累劳损及骨骼疾病。
第36页/共65页
(一) 骨的受载形式与骨折类型的关系 常见的骨折类型与骨所受载荷的形式有关，
第16页/共65页
种类：根据作用于骨的力不同，其内部分别会产生相 应的应力，如压应力、拉压力等。
作用：应力对骨的改变、生长和吸收起着调节作用， 应力不足会使骨萎缩，应力过大也会使骨萎缩。 因此，对于骨来说，存在一个最佳的应力范围。
第17页/共65页
（二）应变
概念：骨的应变是指骨在外力作用下的局部变 形。
如骨试件在压缩时，和刚度也越大。 破坏载荷及刚度的大小与横截面积成正比。
第26页/共65页
7.机械力对骨的影响 机械应力与骨组织之间存在着生理平衡。 骨对生理应力刺激的反应是处于动态平衡状态，
应力越大，骨组织增生和骨密质增厚越明显。
8.骨是人体理想的结构材料 骨具有强度大质量轻的特点。
第27页/共65页
力负荷很快减低，低于应变水平。 松质骨在拉力负荷下的能量吸收能力明显降低。
第29页/共65页
2.骨密质在受载时的生物力学特性 人类骨骼80%是皮质骨。 在受载时与骨松质相比，骨密质在断裂前应变
三、骨的应力与应变
骨力学包含二个最基本的元素，即应力和应变。 （一）骨的应力 概念：当外力作用于骨时，
骨以形变产生内部的阻抗 以抗衡外力，即是骨产生的应力。 特点：应力的大小等于作用于骨截面上的外力与骨横断面面积 之比，单位为Pascal(Pa=N/m2)，即牛顿/平方米。 计算公式：
由拉力、压力、旋转、弯曲和压力联合弯曲造成的骨折类 型。
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五、骨折的生物力学
骨的完整性或连续性中断时称骨折。 常见原因有： 直接暴力、 间接暴力、 肌拉力、 积累劳损及骨骼疾病。
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(一) 骨的受载形式与骨折类型的关系 常见的骨折类型与骨所受载荷的形式有关，
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种类：根据作用于骨的力不同，其内部分别会产生相 应的应力，如压应力、拉压力等。
作用：应力对骨的改变、生长和吸收起着调节作用， 应力不足会使骨萎缩，应力过大也会使骨萎缩。 因此，对于骨来说，存在一个最佳的应力范围。
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（二）应变
概念：骨的应变是指骨在外力作用下的局部变 形。
如骨试件在压缩时，和刚度也越大。 破坏载荷及刚度的大小与横截面积成正比。
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7.机械力对骨的影响 机械应力与骨组织之间存在着生理平衡。 骨对生理应力刺激的反应是处于动态平衡状态，
应力越大，骨组织增生和骨密质增厚越明显。
8.骨是人体理想的结构材料 骨具有强度大质量轻的特点。
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力负荷很快减低，低于应变水平。 松质骨在拉力负荷下的能量吸收能力明显降低。
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2.骨密质在受载时的生物力学特性 人类骨骼80%是皮质骨。 在受载时与骨松质相比，骨密质在断裂前应变
生物力学课件PPT课件
足部矫形鞋垫使用目标：
１.功能的辅助
２.影响人体结构
提供支撑基础
任何位置，特别是站立及行走时的稳定需要控制足部及下肢。
过度旋前使足部错位，失去稳定性，导致支撑基础失衡。
使用足部矫形鞋垫限制过度旋前，并且使足部保持正确位置，为下肢其它部分 提供了稳定的支撑基础。
矫正或防止畸形
由肌肉、软组织及骨骼系统异常引起的足部及下肢固定畸形可以通过矫形鞋垫 得到矫正及支撑。
剪切-摩 擦 骨骼 和关节 软骨
剪切-扭 转 骨骼 和韧带
多种负荷 骨骼、肌 腱、韧带
行走看似简单行为
这三个人体系统中任何一个的损伤都会导致正常的生长发育出现并发症。
骨骼承载肌肉及组织，用于 支撑承重活动。 骨骼 肌肉、筋膜和其 它相连组织允许 骨骼协调活动 身体的本受感觉 系统接收来自身 体和外界的反馈， 并据此协调身体 活动。
步态周期中距下关节错位可导致足部和小腿在整 个活动过程中错位。
平均斜轴方向为矢平面42o
（± 4°变化）。
如大于42o = 高足弓 如小于42o = 低足弓
协调三平面的运动 被称为旋前和旋后。
旋前 中间的 既不是 旋前也不 是旋后 旋后 足部内收，跖 屈和内翻
内收
两种运动贯穿于负 重活动始终。
足部外展、背屈 和外翻
双下肢不等长： 长腿膝关节弯曲 长腿膝反张. 单侧膝外翻 单侧长腿旋前 结构性短肢的单侧旋后
步骤五&六:RCSP和NCSP
ICB矫形器 （ 2/3 的长度、完整长度和服装 风格）的后足部有固有5°角度， 矫形目的是限制过度的旋前—较小 的旋前角度(大约4°)可以吸收冲 击力。
RCSP和NCSP
后标线用来量测旋前的范围 胫骨和脚后跟之间靠下三分之一段等 分线 目的是为了获取旋前的范围 NCSP + RCSP = RoP (旋前的范围)
肌腱和韧带的生物力学
外周结构及在骨骼上的附着点 韧带和肌腱的外周结构有一定的相似地 方，两者都被疏松的结缔组织包裹，疏 松结缔组织在韧带中没有别的名称，但 在肌腱中被称为腱旁组织，它也更具有 结构性，它形成一层腱鞘以保护肌腱及 让它在内滑动。例如手指的屈肌腱中， 腱鞘包着整条肌腱，但其他肌腱中，腱 鞘也可能只包着肌腱的某一段
肌腱和韧带受伤或不协调很常见。对这些组 织的生物力学特性及自身复原的潜能有适 当了解是正确处理这些损伤的基础
肌腱和韧带是组成与结构
肌腱和韧带都是高密度的结缔 组织，含有大量平行排列的纤 维胶原组织。这些血流量少的 组织拥有很多胶原，而胶原是 一种纤维蛋白质，它占全身总 蛋白的1/3.胶原的机械稳定性对 肌腱和韧带的强度和韧带都很 重要。
肌腱和韧带的机械特性
肌腱和韧带都是粘弹性组织并具粘弹 性特质。肌腱能承受很强的张力将肌 肉的收缩力传至关节和带动关节运动， 但它也是柔软的组织，能绕着骨骼是 外缘改变肌肉拉力方向。韧带更为柔 软及及可屈曲，可容许骨与骨之间的 活动，但它们也能承受很大的张力及 对抗外力以免过度伸展。
分析肌腱和韧带的机械性能对了解它 们受伤的原理有重要的意义。两种组 织在正常或过度负荷下受张力影响。 当张力过大导致受伤时，受伤的程度 视其张力的速率和力度的大小而定。
韧带断裂和肌腱受伤的机制
韧带断裂与肌腱受伤的机制基本相同， 因此一下对韧带断裂的讨论也可引用 于肌腱。当韧带在活体内受到一个超 过它的生能负荷，达到屈服点前会出 现微断裂。当负荷超出直线变形区， 整条韧带会有明显的断裂，而它所连 接的关节会有不正常的移位。移位会 导致在韧带周边的组织包括关节囊、 韧带、和供养这些组织的血管也同时 受损。
1足趾区，组织只承受很少应力后，出现很大的 应变。2直线区，纤维受力后出现线性应变。组 织的刚性急剧增加。3直线变形区终止，胶原纤 维在拉力超过此区后逐渐断裂。4最大应力肌腱 强度，整个肌腱以断裂。
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。
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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。
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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%）
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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）
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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
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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
关节的生物力学PPT课件
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8
（1）、拉伸负荷特征：
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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。
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时间
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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。
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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。
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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。
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胶原纤维-拉伸试验
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（二）、髋关节： 1、髋关节解剖：
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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。
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臀中肌的外展作用。 前屈的动力来源为髂腰肌。
肌肉生物力学 ppt课件
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5、 肌肉与肌腱的生物力学特性对运动的影响
➢ 增加动作的力和速度 ➢ 提高动作的经济性：利用弹性能 ➢ 缓冲作用
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6、 肌肉的收缩形式
以肌肉外部长度变化来确定肌肉收缩形式： ➢ 等长收缩：肌肉长度不变，但有内部收缩。 ➢ 向心收缩：肌肉主动收缩，长度缩短。 ➢ 离心收缩：肌肉主动收缩，但不能克服阻力而
② 随载荷的增加，肌肉收缩速度随之下降，当处于1/3 最大收缩力与速度位置时，功率最大（Nm）。
③ 随着力与速度的进一步变化，功率开始减小。当阻 力增大到肌肉不能缩短时，速度为零，不做功，功 率为零。
④ 如果载荷继续增加，肌肉由等长收缩变为离心收缩， 此时肌肉开始做负功，但肌肉的负功率随离心收缩 速度的增加而增大，这是由于肌力随速度增大而增 大的结果。
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收缩元（CC）力——长度曲线
Gorden（1966）得到了肌肉精确数据，他对 蛙单个肌纤维肌节长度在1.27μ和3.65μ（μ为 微米）之间变化与其产生力的变化关系进行 调查（图3-3）。运用肌纤维“横桥理论” （Huxley 1957）对这一关系进行解释。肌肉 在静息长度下收缩元表现出的肌力最大（③④），此时肌微丝之间的横桥联系数目最多。 随肌肉长度增加肌微丝被拉开，横桥联系数 目减少，张力随之下降（④-⑤）。达到4μm 时，横桥无联系，张力下降为零。当肌肉缩 短小于静息长度时，横桥重叠产生干扰，使 其联系数目减少，导致张力下降（③-②-①）， 这一过程将一直继续的全部重叠为止。虽然 这一过程中肌肉张力明显下降，但张力不可 能降为零。
白和肌动蛋白纤维丝，其张力与
它们的横桥数目有关； SEC表示
肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维、横
Hale Waihona Puke 桥、Z盘以及结缔组织的固有弹性，
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在妊娠和产后期，耻骨区的肌腱和韧带的松弛度往往增加。
NSAID如阿司匹林、消炎痛等对肌腱韧带损伤后恢复有利
右图A为一动物关节制动 实验： 使用石膏固定膝关 节八周后，从张拉 开始直至完全衰竭， 描绘出最大负荷和 达到衰竭的能量储 存与对照组的百分 比以及负荷—延伸 曲线图
结论：制动后的膝的骨-韧带骨复合体的机械性能明显下降
韧带：外结构为更多的结缔组织
与骨附着：每一束纤维都有腱内膜紧裹，在肌肉-肌腱 连接处与肌束膜连接，在肌腱-骨连接处，腱内膜的胶 原纤维与骨连接，形成通透性Sharpey纤维，并与骨外 膜连接
三、机械行为
生物力学性能 生理性负荷 损伤的机能及分类 肌腱与韧带内的粘弹性行为（速度依赖性）
1.生物力学性能
解。 应力在开始时迅速减 小，然后逐渐放慢，重复进 行，应力减小将变得逐渐不
明显。
②蠕动实验 负荷停留在应力— 应变曲线的线区内， 应力维持于恒定，重 复实验，变形在开始 时较快，之后逐渐放
慢。
这一特性在临床上的应用
利用蠕动实验反应的特点，能对一些畸形进行有效的 治疗， 如 ：
①用手法治疗儿童的马蹄内翻足 ②治疗特发性脊柱侧弯等。
当运动减少（止动）时机械性能将变弱，硬度也降低。
成熟与老年
胶原的物理性能与胶原分子内和胶原分子间交联的质和量有密切关系。 年龄<20岁，交联的质和量随年龄增加，肌腱和韧带的拉张强度增加； 年龄>20岁即成熟后及进入老年，胶原的机械性能达到平衡，胶原量也
开始减少，组织的强度和刚度开始下降。
妊娠与产后期
(骨生物力学课件)肌腱与韧带的生物 力学
主要内容
肌腱与韧带功能 肌腱与韧带组成和结构 肌腱与韧带机械行为 影响肌腱与韧带生物力学性能的因素
一、肌腱和韧带的功能
肌腱、韧带和关节囊是三个紧密围绕、连接和稳 定骨骼系统的关节的主要结构。
韧带和关节囊的作用是使骨与骨相连接，加强关节的机械性能，引导其运 动以及防止过度活动。
肌腱的作用是使肌肉与骨相连接，从肌肉传导拉张力到骨结构，从而产生 关节活动，另外肌腱可以提供一定的力臂。
二、组成和结构
肌腱与韧带是致密的结缔组织，呈平行纤维的胶原 结构
﹛ ﹛ ﹛ 纤维母细胞20% 细胞外母质80%
水70% 胶原75%
固体物质30% 基质
弹性蛋白
肌腱与韧带的胶原纤维排列的不同与其所适应 结构的功能有关
结果显示在超越正常负荷以前和整 个生理范围内，韧带已经在开始微 衰竭
韧带损伤的分类
①有些疼痛，无关节不稳定，胶原纤维发生微衰竭 ②韧带部分断裂，出现剧烈疼痛，关节不稳定，胶原纤维 ③损伤后一刹那之间出现剧烈疼痛，以后疼痛减轻，关节完全
不稳定，多数纤维断裂
4、肌腱和韧带内的粘弹性行为（速度依 赖性）
肌腱和韧带可在负荷下，表现出粘弹性和速度依 赖性（即时间依赖性），其机械性能随负荷的速 度不同而变化，若应力—应变曲线的线性部分显 得越陡，则应变率越高，组织的硬度也越强，若 曲线越平缓，情况则反之
测试韧带和肌腱的两个标准试验(周期性实验)
①应力—松懈实验 负荷停止在应力—
应变曲线的线区以下，而应 变保持一定伸展阶段，即延 展量恒定，显示出负荷的松
• 分析肌腱和韧带的生物力学性能的一种方式是使标 本在恒定延伸速度下观察拉张变形，延伸组织，直 至破坏，将所有的力或负荷P和变形量描画出来， 可得到负荷-延伸曲线图。
曲线分四个区： 第一区—趾区（或起始）：波形纤维被拉直。 第二区—线区：纤维组织硬度迅速增大并开 始变 形，呈线性变化。 第三区—胶原纤维逐渐出现衰竭。 第四区—组织出现完全衰竭，其抵抗负荷的 能力消失。
2.生理性负荷
肌腱和韧带的最高生理应变极限，即在跑跳时的极限， 应变幅度只是Pmax的三分之一或四分之一。
3.损伤的机能
在活体内,假设组织的生理性负荷为P，Plin为组织的屈服点 若J<P,韧带和肌腱处于正常的拉伸状态 若P<J<Plin,韧带和肌腱发生微断裂 若J>Plin,肌腱和韧带出现明显折断，同时关节等结构也会发 生移位，可能会造成周围结构的损害，如关节囊、血管等
Thanks
具有粘弹性行为的典型结构—骨-韧带-骨复合 体：
①使用慢负荷时（60s），骨- ②使用快负荷时（0.6s），骨-
韧带-骨复合体最薄弱的部分 韧带-骨复合体最薄弱的部分是
是骨附着处
韧带
表明负荷速度在增加时，骨的强度增加 得要比韧带快得多。
四、影响肌腱与韧带生物力学性能的因素
运动与止动
跟骨一样，韧带和肌腱随着运动的的增加其机械性能将增强，硬度也增 加；
肌腱：纤维呈有序的平行排列，可承受高度的轴 向拉张负荷
韧带：纤维呈近似平行排列，相互交织的很紧密。 除了能承受主方向上的张力外，还可以承受其他 方向较小的张力
外结构与骨附着
外结构：肌腱和韧带均被一层疏松细隙的结缔 组织包绕，但也有重要的区别
肌腱：其外结构组织被称为腱旁组织，是一个鞘， 有保护肌腱，减小磨察力的作用
Noyes采用临床试 验，即在尸体膝 关节作前抽屉实 验，直至前十字 韧带断裂，观察 前十字韧带的进 行性衰竭和胫骨 关节的位变，描 绘出应力—延伸 曲线图，以及记 录照片。
将应力—延伸曲线图转换成负荷—移 位曲线图，如右图所示，将 曲线图划分为三个区其各自 符合于 ①在临床稳定时所测试的前 十字韧带负荷； ②在生理活动时施加于韧带 生的负荷； ③自微衰竭开始至完全断裂 时韧带所承受的负荷
NSAID如阿司匹林、消炎痛等对肌腱韧带损伤后恢复有利
右图A为一动物关节制动 实验： 使用石膏固定膝关 节八周后，从张拉 开始直至完全衰竭， 描绘出最大负荷和 达到衰竭的能量储 存与对照组的百分 比以及负荷—延伸 曲线图
结论：制动后的膝的骨-韧带骨复合体的机械性能明显下降
韧带：外结构为更多的结缔组织
与骨附着：每一束纤维都有腱内膜紧裹，在肌肉-肌腱 连接处与肌束膜连接，在肌腱-骨连接处，腱内膜的胶 原纤维与骨连接，形成通透性Sharpey纤维，并与骨外 膜连接
三、机械行为
生物力学性能 生理性负荷 损伤的机能及分类 肌腱与韧带内的粘弹性行为（速度依赖性）
1.生物力学性能
解。 应力在开始时迅速减 小，然后逐渐放慢，重复进 行，应力减小将变得逐渐不
明显。
②蠕动实验 负荷停留在应力— 应变曲线的线区内， 应力维持于恒定，重 复实验，变形在开始 时较快，之后逐渐放
慢。
这一特性在临床上的应用
利用蠕动实验反应的特点，能对一些畸形进行有效的 治疗， 如 ：
①用手法治疗儿童的马蹄内翻足 ②治疗特发性脊柱侧弯等。
当运动减少（止动）时机械性能将变弱，硬度也降低。
成熟与老年
胶原的物理性能与胶原分子内和胶原分子间交联的质和量有密切关系。 年龄<20岁，交联的质和量随年龄增加，肌腱和韧带的拉张强度增加； 年龄>20岁即成熟后及进入老年，胶原的机械性能达到平衡，胶原量也
开始减少，组织的强度和刚度开始下降。
妊娠与产后期
(骨生物力学课件)肌腱与韧带的生物 力学
主要内容
肌腱与韧带功能 肌腱与韧带组成和结构 肌腱与韧带机械行为 影响肌腱与韧带生物力学性能的因素
一、肌腱和韧带的功能
肌腱、韧带和关节囊是三个紧密围绕、连接和稳 定骨骼系统的关节的主要结构。
韧带和关节囊的作用是使骨与骨相连接，加强关节的机械性能，引导其运 动以及防止过度活动。
肌腱的作用是使肌肉与骨相连接，从肌肉传导拉张力到骨结构，从而产生 关节活动，另外肌腱可以提供一定的力臂。
二、组成和结构
肌腱与韧带是致密的结缔组织，呈平行纤维的胶原 结构
﹛ ﹛ ﹛ 纤维母细胞20% 细胞外母质80%
水70% 胶原75%
固体物质30% 基质
弹性蛋白
肌腱与韧带的胶原纤维排列的不同与其所适应 结构的功能有关
结果显示在超越正常负荷以前和整 个生理范围内，韧带已经在开始微 衰竭
韧带损伤的分类
①有些疼痛，无关节不稳定，胶原纤维发生微衰竭 ②韧带部分断裂，出现剧烈疼痛，关节不稳定，胶原纤维 ③损伤后一刹那之间出现剧烈疼痛，以后疼痛减轻，关节完全
不稳定，多数纤维断裂
4、肌腱和韧带内的粘弹性行为（速度依 赖性）
肌腱和韧带可在负荷下，表现出粘弹性和速度依 赖性（即时间依赖性），其机械性能随负荷的速 度不同而变化，若应力—应变曲线的线性部分显 得越陡，则应变率越高，组织的硬度也越强，若 曲线越平缓，情况则反之
测试韧带和肌腱的两个标准试验(周期性实验)
①应力—松懈实验 负荷停止在应力—
应变曲线的线区以下，而应 变保持一定伸展阶段，即延 展量恒定，显示出负荷的松
• 分析肌腱和韧带的生物力学性能的一种方式是使标 本在恒定延伸速度下观察拉张变形，延伸组织，直 至破坏，将所有的力或负荷P和变形量描画出来， 可得到负荷-延伸曲线图。
曲线分四个区： 第一区—趾区（或起始）：波形纤维被拉直。 第二区—线区：纤维组织硬度迅速增大并开 始变 形，呈线性变化。 第三区—胶原纤维逐渐出现衰竭。 第四区—组织出现完全衰竭，其抵抗负荷的 能力消失。
2.生理性负荷
肌腱和韧带的最高生理应变极限，即在跑跳时的极限， 应变幅度只是Pmax的三分之一或四分之一。
3.损伤的机能
在活体内,假设组织的生理性负荷为P，Plin为组织的屈服点 若J<P,韧带和肌腱处于正常的拉伸状态 若P<J<Plin,韧带和肌腱发生微断裂 若J>Plin,肌腱和韧带出现明显折断，同时关节等结构也会发 生移位，可能会造成周围结构的损害，如关节囊、血管等
Thanks
具有粘弹性行为的典型结构—骨-韧带-骨复合 体：
①使用慢负荷时（60s），骨- ②使用快负荷时（0.6s），骨-
韧带-骨复合体最薄弱的部分 韧带-骨复合体最薄弱的部分是
是骨附着处
韧带
表明负荷速度在增加时，骨的强度增加 得要比韧带快得多。
四、影响肌腱与韧带生物力学性能的因素
运动与止动
跟骨一样，韧带和肌腱随着运动的的增加其机械性能将增强，硬度也增 加；
肌腱：纤维呈有序的平行排列，可承受高度的轴 向拉张负荷
韧带：纤维呈近似平行排列，相互交织的很紧密。 除了能承受主方向上的张力外，还可以承受其他 方向较小的张力
外结构与骨附着
外结构：肌腱和韧带均被一层疏松细隙的结缔 组织包绕，但也有重要的区别
肌腱：其外结构组织被称为腱旁组织，是一个鞘， 有保护肌腱，减小磨察力的作用
Noyes采用临床试 验，即在尸体膝 关节作前抽屉实 验，直至前十字 韧带断裂，观察 前十字韧带的进 行性衰竭和胫骨 关节的位变，描 绘出应力—延伸 曲线图，以及记 录照片。
将应力—延伸曲线图转换成负荷—移 位曲线图，如右图所示，将 曲线图划分为三个区其各自 符合于 ①在临床稳定时所测试的前 十字韧带负荷； ②在生理活动时施加于韧带 生的负荷； ③自微衰竭开始至完全断裂 时韧带所承受的负荷