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骨骼的力学特性

发布时间 2021-01-06 00:27

  骨骼的力学特性_基础医学_医药卫生_专业资料。第四节 骨骼的力学特性 丁浩 骨:连结形成骨骼,构成人体支架,支持体重、 保护内脏,并参与运动,充当杠杆。 对机体起支持运动和保护的作用 红骨髓是造血部位 骨组织是机体钙、磷的储存库 ?

  第四节 骨骼的力学特性 丁浩 骨:连结形成骨骼,构成人体支架,支持体重、 保护内脏,并参与运动,充当杠杆。 对机体起支持运动和保护的作用 红骨髓是造血部位 骨组织是机体钙、磷的储存库 ? ? ? 功能 骨的分类 ? ? ? ? ? 成人有206块骨 按部位分: 颅骨 中轴骨 躯干骨 四肢骨 按形状分 ? 1.长骨 ? 尺骨 掌骨 ? 2.短骨 ? 腕骨 跗骨 ? 3.扁骨 ? 颅 胸 盆部 ? 4.不规则骨 ? 椎骨 听小骨 骨的构造 骨密质 骨质 骨膜 骺线 骨松质 红骨髓 骨膜 骨松质 骨密质 骨髓 骨膜 外板 内板 骨 骨髓 黄骨髓 血管、淋巴和神经 骨密质 内板 外板 颅骨 板障 骨松质-板障 骨的化学成分和物理性质 有机质:胶原纤维束和粘多糖蛋白等。 无机质:碱性磷酸钙等。 煅烧骨 脱钙骨 一、骨组织结构(osseous tissue) 骨组织 细胞 骨基质 骨 原 细 胞 成 骨 细 胞 骨 细 胞 破 骨 细 胞 有 类 机 骨 成 质 分 无 骨 机 盐 成 分 ⒈ 骨基质(bone matrix) 骨基质: 又名骨质。是钙化的细胞间质,是人体 最大的Ca2+ 库。 有机成分 成骨细胞分泌,包括大量胶原纤维 (95%)及少量无定形基质。类骨质 粗大的胶原纤维束聚集。 凝胶状,主要成分蛋白多糖、还含有 骨钙蛋白、骨桥蛋白、骨粘连蛋白。 胶原纤维 无定形基质 无机成分 又称骨盐,主要为羟磷灰石结晶,沿 胶原原纤维长轴排列并与之结合。 胶原纤维 有机成分 24% 75% 90% 基质:蛋白多糖及其复合物 无机成分:羟磷灰石结晶(Ca10[PO4] 6[OH]2) 骨盐 类骨质:最初形成时并无骨盐沉积的骨基质。 骨板(bone lamella) 骨基质呈板层状排列称为骨板,是骨基质结构 形式。同一骨板内胶原纤维平行排列,相邻骨 板间胶原纤维相互垂直。 2.长骨的结构 骨骺 骨干 长骨结构 骨膜 关节软骨 骨髓 a. 密质骨结构 环骨板(内、外) 哈弗斯骨板 骨干 哈弗斯系统(骨单位) 中央管 间骨板 骨 骺 ——骨松质 骨 干 ——骨髓腔 b.松质骨:片状或针状骨板(小梁) c.骨膜 DCT 骨外膜 (periosteum) 外层:胶原纤维粗大密集, 形成穿通纤维 内层:富含小血管和细胞 (骨原细胞) 富含血管神经,有骨原细胞 骨内膜: (endosteum) 骨膜的功能 营养骨组织 为骨的生长和修复提供骨祖细胞。 3. 骨的发生 (一)、骨组织发生的基本过程 1.骨组织的形成 类骨质→→骨质 骨祖细胞→成骨细胞→分泌纤维及基质,形成类 骨质→钙化形成骨质,成骨细胞转变为骨细胞。 2.骨组织的破坏 (二)、骨发生的方式 1、膜内成骨 (intramembranous ossification) 间充质 胚胎性结 缔组织膜 骨(扁骨) 2、软骨内成骨(endochondral ossification) 间充质 透明软 骨雏形 骨(长骨和 不规则骨) (1).软骨雏形形成 (2).骨领形成 (3).初级骨化中心与骨髓腔形成 (4).次级骨化中心与骨骺形成 (三)、软骨的进一步生长 1.骨的加长 是通过骺板的不断生长,并替换成骨组织实现的。 2.骨的增粗 骨外膜中的骨祖细胞分化为成骨细胞,在骨干表 面添加骨组织,使骨干变粗。 影响骨生长发育的因素 除遗传因素外,体内的激素水平(生长 激素、甲状腺激素、甲状旁腺激素、降钙素、 性激素等)、维生素含量(维生素A、D、C) 及其他活性物质(转化生长因子、表皮生长 因子、白细胞介素1等)均不同程度地影响 骨的生长发育。 二、骨骼的力学特性 ? ? ? ? ? ? ? (一)骨骼的载荷模式 1.拉伸 2.压缩 3.弯曲 4.剪切 5.扭转 6.复合载荷 (二)应力对骨结构的影响 骨的应力是指骨结构受到外来载荷时其表面单位面积 所受到的力。骨的应变是指骨在外力作用下的局部形 变,包括线性应变和剪切应变。 骨的应力与应变曲线 ?应力较小时,在一定的范围内,应力与应变之间存在着 一个线性关系,应力-应变曲线为直线,即应力与应变成 正比关系,称为弹性区。去除外部载荷移后,材料将恢 复到原来的形状,即不会造成永久形变。 ?载荷持续增加时,骨最外层某些部位就会发生屈服,即 弹性区末端点称为屈服点。屈服点以后的曲线则变成了 非线性,骨将产生永久变形,称为塑性区。 ?载荷持续增加,骨组织的结构体将在某个部位失效(骨 折,图 中 C 点 为 断裂点 ) ,5分快3, 对应的应力称为极限应力 (C’)。 在应力-应变曲线图中的弹性区,材料的应力与应变之 间存在着一定的关系,即应力/应变是常数,此常数为材 料的弹性模量或杨氏模量,其大小等于这段直线的斜率。 弹性模量或杨氏模量大小表示了材料抵抗变形的能力, 称为刚度。 达到极限应力时的应力-应变曲线下面的面积表示导致 骨折所需要的能量。一般骨在生理负荷范围内,骨产生弹 性变形,当外力去除后,弹性区内的能量能同时被骨释放, 使骨恢复原状。但当骨不断受到外力作用时,其应变能量 不能被及时完全释放,经积累后可能会损坏材料的结构。 (三)机械应力对骨生长的影响 骨的生长是破坏和重建两个过程对立统一的结果。 骨的塑形与重建是通过适应力的作用,这种适应性是 按沃尔夫(Wolff)定律进行的。 适宜的载荷对骨有积极的影响,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。 (四)骨疲劳 运动中,骨会反复受力,超过某一生理限度时使骨组 织受到损伤,造成骨的损伤为疲劳性损伤。 在持续性紧张的骨骼肌运动中,首先引起骨骼肌疲劳, 收缩能力降低,其结果是抵消作用于骨上的应力的能力 也减弱,导致对骨的作用力过大,骨结构在反复的应力 刺激下导致结构的改变而发生骨折。 持续剧烈运动/大强度劳动 疲 劳 性 骨 折 的 发 生 过 程 示 意 图 骨骼肌疲劳 贮存能量能力下降 动作结构特征改变 骨受载荷异常 应力分布改变 高压缩 复 合 高拉伸 斜行裂纹 横向裂纹 斜行骨折 横行骨折 (五)影响骨力学性能的其他因素 骨的力学性质还受到以下因素的影响。 ?骨的大小和形状 ?骨折愈合:当骨折愈合开始时,骨痂在骨折处周围形成 套状以稳定骨折区。骨痂使截面积显著增加,从而增加骨 骼的强度和刚度。 ?手术因素:有些外科手术造成骨缺损而使其力学性能明 显减弱。 ?衰老与骨质疏松:骨组织总量的减少和骨体积的轻度减 少。 Have a rest !

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