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1、運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ) 浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三醫(yī)院骨傷科 周?chē)?guó)慶 運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué) 生物力學(xué)應(yīng)用力學(xué)原理和方法對(duì)生物體中的力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行定量研究的學(xué)科。 作用于人體的力 外力 外界環(huán)境作用于人體的力 內(nèi)力 人體內(nèi)部各組織器官間相互作用的力 外力 重力 支撐反作用力 摩擦力 流體作用力人體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)所承受的流體阻力。大小與運(yùn)動(dòng)速度、流體密度成正比。 分析游泳運(yùn)動(dòng) 機(jī)械的其他阻力機(jī)械的重力、慣性力、摩擦力、彈力等所產(chǎn)生的阻力。 利用外力是康復(fù)中肌力訓(xùn)練的基礎(chǔ)利用外力是康復(fù)中肌力訓(xùn)練的基礎(chǔ) 內(nèi)力 肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的力 各組織器官間的被動(dòng)阻力 各內(nèi)臟器官的摩擦力 內(nèi)臟器官與固定裝置間的阻力 流體的阻力體液在管道內(nèi)流
2、動(dòng)所產(chǎn)生 各種內(nèi)力相互適應(yīng)，以維持最佳活動(dòng)，同時(shí)也不斷與外力相抗衡以適應(yīng)人體生活的需要。 骨組織的生物力學(xué) 骨骼系統(tǒng)的作用是保護(hù)內(nèi)臟器官并為肌肉提供堅(jiān)強(qiáng)的動(dòng)力聯(lián)系和附著點(diǎn)，以利于肌肉收縮和身體運(yùn)動(dòng)。 而骨組織具有自我修復(fù)的能力，并能根據(jù)力學(xué)的需要改變其性能和外形（在一定的限度內(nèi)）。 機(jī)械應(yīng)力對(duì)骨結(jié)構(gòu)的影響 機(jī)械應(yīng)力與骨組織之間存在著一種生理平衡，在平衡狀態(tài)，骨組織的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的活性是相同的，當(dāng)應(yīng)力增大時(shí)成骨細(xì)胞活躍，引起骨質(zhì)增生，承載面增大，使應(yīng)力下降，達(dá)到新的平衡。當(dāng)應(yīng)力下降時(shí)破骨細(xì)胞再吸收加強(qiáng)，骨組織量下降，使應(yīng)力增加。 骨的力學(xué)性能的基本概念 應(yīng)力應(yīng)力表示結(jié)構(gòu)內(nèi)某一平面對(duì)外部負(fù)荷
3、的反應(yīng)，即外部載荷在單位面積上所產(chǎn)生的負(fù)荷。 單位：每平方米牛頓/帕斯卡（N/m2 ，Pa） 應(yīng)變結(jié)構(gòu)在載荷下某一點(diǎn)上所發(fā)生的變形。 線(xiàn)應(yīng)變長(zhǎng)度的改變/結(jié)構(gòu)原長(zhǎng)度，以百分比表示 剪應(yīng)變?cè)谳d荷下所發(fā)生的角改變，以弧度（rad） 表示 骨的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)：在載荷下以應(yīng)力和應(yīng)變的數(shù)值繪出的曲線(xiàn)，稱(chēng)為應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，其分區(qū)與載荷變形曲線(xiàn)相似。 骨組織的加載荷變形曲線(xiàn) 非彈性區(qū) C D 斷裂點(diǎn) 載 B 荷 屈服點(diǎn) 彈性區(qū) 能 量 A D 變形 骨的力學(xué)性能 強(qiáng)度和剛度是骨的重要力學(xué)性能 彈性模量載荷變形曲線(xiàn)上彈性范圍內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)力對(duì)應(yīng)變的比值，即材料的剛度剛度，亦即彈性區(qū)的曲線(xiàn)斜率。 在曲線(xiàn)上，由載荷和變
4、形顯示的強(qiáng)度強(qiáng)度，用極限斷裂點(diǎn)來(lái)表示；由能量?jī)?chǔ)存顯示的強(qiáng)強(qiáng)度度，用整個(gè)曲線(xiàn)下的面積大小來(lái)表示。 骨組織的結(jié)構(gòu) 骨骼由骨密質(zhì)和骨松質(zhì)組成，其區(qū)別在于孔隙率不同。 孔隙率孔隙率：指非礦物組織所占骨組織的比率，以百分比表示 骨密質(zhì)骨密質(zhì) 孔隙率 5%30% 承受更大的應(yīng)力 應(yīng)變2% 骨松質(zhì)骨松質(zhì) 孔隙率30%90% 承受更大的應(yīng)變7% 不同加載形式的骨性能 1.拉伸 拉伸載荷是自骨的表面向外施加相等而相反的載荷，在骨內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力和應(yīng)變。 2.壓縮 壓縮載荷為加于骨表面的相等而方向相反的作用載荷。 3.剪切 剪切載荷作用時(shí)，載荷施加方向與骨表面平行，在骨內(nèi)部產(chǎn)生剪切應(yīng)力和應(yīng)變。 不同加載形式的骨性能
5、 4.彎曲 骨在彎曲時(shí)同時(shí)受到拉伸和壓縮，拉應(yīng)力和應(yīng)變作用于中性軸的一側(cè)，壓應(yīng)力和應(yīng)變作用于另一側(cè)。而在中性軸上，沒(méi)有應(yīng)力和應(yīng)變。 5.扭轉(zhuǎn) 載荷加于骨上使其沿軸線(xiàn)產(chǎn)生扭曲時(shí)，即形成扭轉(zhuǎn)。 6.復(fù)合載荷 在人體，骨的載荷是復(fù)雜的，主要原因：骨骼的幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，且始終受到多種不定的載荷。 Pre-OP After-OP 1 year 體育活動(dòng)中骨骼的受力形式及其強(qiáng)度 骨骼承受壓縮載荷的能力最強(qiáng)；彎曲載荷通常是在骨骼起杠桿作用時(shí)出現(xiàn)的；拉伸載荷常見(jiàn)于身體懸垂姿勢(shì)中，骨的兩端受到反向拉力；骨骼的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度最小，因而過(guò)大的扭轉(zhuǎn)載荷容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)性（螺旋型）骨折 肌肉活動(dòng)對(duì)骨骼應(yīng)力分布的影響 肌肉收縮所產(chǎn)生的壓應(yīng)力，與部分或全部拉應(yīng)力相抵，從而降低或消除加于骨骼上的拉應(yīng)力。 肌肉收縮比其他任何方式使股骨頸有可能承受很高的載荷。 關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué) 關(guān)節(jié)軟骨主要功能： 1、將載荷擴(kuò)散，減少接觸應(yīng)力 2、使得對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)面以最小的摩擦和磨損進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng) 關(guān)節(jié)軟骨 由透明軟骨構(gòu)成； 作用： 減少摩擦； 增強(qiáng)關(guān)節(jié)靈活性
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