无机生物材料学第三章.ppt

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1、无机生物材料学第三章现在学习的是第1页，共50页骨的定义 骨是有生命的器官骨是有生命的器官 从力学角度讲，骨是人体受力的主要载体从力学角度讲，骨是人体受力的主要载体 分类分类 部位部位 形态形态现在学习的是第2页，共50页骨的分类 成人骨共206块，按存在部位可分为颅骨、躯干骨和四肢骨。按骨的形态可分为长骨、短骨、扁骨、不规则骨。现在学习的是第3页，共50页骨的形态骨的形态长骨：主要分布于四肢，起支持和杠杆作用；长骨中间部为骨干，呈长管状，骨干内空腔为骨髓腔，两端膨大，为骺(hou)。如肱(gong)骨。短骨：形似立方形，多分布于既能承受压力又能活动的部位，如手的腕骨和足的跗(fu)骨；现在学

2、习的是第4页，共50页骨的形态骨的形态扁骨：呈板状，富有较大的弹性和坚固性，围成空腔对腔内器官起保护作用，如顶骨、枕骨等；不规则骨：形状不规则，如椎骨、蝶骨。现在学习的是第5页，共50页第一节 骨的成分 有机质有机质 胶原纤维、无定形基质胶原纤维、无定形基质 四种骨组织细胞：四种骨组织细胞：骨祖细胞骨祖细胞 成骨细胞成骨细胞 骨细胞骨细胞 破骨细胞破骨细胞 无机盐无机盐-主要是羟基磷灰石主要是羟基磷灰石 水水现在学习的是第6页，共50页骨的成分现在学习的是第7页，共50页无机物无机物碱性磷酸钙为主的无机盐类、碳酸钙等。碱性磷酸钙为主的无机盐类、碳酸钙等。作用作用：使骨挺硬坚实。：使骨挺硬坚实。

3、有机物有机物大量排列规则的骨胶原纤维束和粘多糖蛋白大量排列规则的骨胶原纤维束和粘多糖蛋白作用作用：作为骨支架，赋予骨弹性和韧性，：作为骨支架，赋予骨弹性和韧性，使骨具有基本形态。使骨具有基本形态。现在学习的是第8页，共50页第二节 骨的基本结构 骨的基本结构包括：骨膜、骨质和骨髓。现在学习的是第9页，共50页骨的基本结构（骨膜）骨膜是一层坚韧的结缔组织膜，覆盖在骨的表面；内含丰富的 血管、神经和成骨细 胞，对骨营养、再生、和感觉有重要作用。现在学习的是第10页，共50页骨膜 骨膜内的骨膜内的成骨细胞成骨细胞在生长发育期能形成新骨，使骨在生长发育期能形成新骨，使骨长粗。成年以后则处于相对静止状态

4、，但在骨折时，成长粗。成年以后则处于相对静止状态，但在骨折时，成骨细胞可再增生活动，促进骨的愈合。骨细胞可再增生活动，促进骨的愈合。骨膜内的骨膜内的破骨细胞破骨细胞能破坏骨质。能破坏骨质。成骨细胞与破骨细胞对骨的发生、生长改造、修复起成骨细胞与破骨细胞对骨的发生、生长改造、修复起着重要作用。着重要作用。现在学习的是第11页，共50页骨质分骨密质和骨松质两类。分骨密质和骨松质两类。骨密质：骨密质：在骨的表面，由在骨的表面，由层层紧密排列的层层紧密排列的骨板骨板构成，结构构成，结构致密坚硬，抗压致密坚硬，抗压、抗扭曲力强。、抗扭曲力强。现在学习的是第12页，共50页骨松质骨松质：骨松质：骨松质在骨

5、密质的内面，结构疏松，弹骨松质在骨密质的内面，结构疏松，弹性较大，由许多片状的性较大，由许多片状的骨小梁骨小梁交织排列而成。交织排列而成。呈蜂窝状，骨小梁与压力的传递方向一致，能呈蜂窝状，骨小梁与压力的传递方向一致，能承受很大的压力。承受很大的压力。现在学习的是第13页，共50页 骨密质和骨松质的骨密质和骨松质的分布分布 长骨骨干长骨骨干：有很厚的骨密质，骨干有很厚的骨密质，骨干 中央为骨髓腔。中央为骨髓腔。长骨骨骺及短骨长骨骨骺及短骨：表面有一层薄的骨密表面有一层薄的骨密 质，中央为骨松质。质，中央为骨松质。扁骨扁骨：内外表面都是骨密质形内外表面都是骨密质形 成的骨板，中央为骨松质成的骨板，

6、中央为骨松质现在学习的是第14页，共50页骨髓 在胎儿和幼儿时期全部都是在胎儿和幼儿时期全部都是红骨髓红骨髓，具，具有造血功能。随着年龄的增长有造血功能。随着年龄的增长(约约57岁岁)，骨髓腔中的红骨髓逐渐被脂肪组织所代替骨髓腔中的红骨髓逐渐被脂肪组织所代替，颜色变黄称为，颜色变黄称为黄骨髓黄骨髓，失去造血功能。，失去造血功能。但当大失血或严重贫血时，黄骨髓可再转但当大失血或严重贫血时，黄骨髓可再转变为红骨髓，恢复造血功能。变为红骨髓，恢复造血功能。在在骨骺、短骨骨骺、短骨及及扁骨扁骨的骨松质内的红骨的骨松质内的红骨髓终生保持造血功能。髓终生保持造血功能。充填于骨髓腔和骨松质的网眼内。充填于骨

7、髓腔和骨松质的网眼内。现在学习的是第15页，共50页骨的显微结构 作用作用：骨组织与软骨组织均属于具有支持：骨组织与软骨组织均属于具有支持和保护作用的结缔组织。和保护作用的结缔组织。骨质、骨质、骨膜（血管、神经）、骨髓骨膜（血管、神经）、骨髓骨组织骨组织骨细胞：多突起，位于骨陷窝内，埋藏骨细胞：多突起，位于骨陷窝内，埋藏 在固体状态基质中在固体状态基质中基质：基质和纤维排列成紧密的骨板。基质：基质和纤维排列成紧密的骨板。具有一定的形状和强大的坚韧性具有一定的形状和强大的坚韧性 和弹性。和弹性。软骨组织软骨组织骨组织骨组织透明软骨、弹力软骨和纤维软骨透明软骨、弹力软骨和纤维软骨现在学习的是第16

8、页，共50页骨的显微结构现在学习的是第17页，共50页第三节 骨的力学特性 具有很高的抗拉、压性能具有很高的抗拉、压性能 有一定的硬度有一定的硬度 从骨的结构而言，经过生物优化过程，具从骨的结构而言，经过生物优化过程，具有最优的力学性能，既优化为最大的强度有最优的力学性能，既优化为最大的强度、最省的材料、最轻的重量。、最省的材料、最轻的重量。现在学习的是第18页，共50页 骨的可塑性骨的可塑性：在生长、发育过程中，由于：在生长、发育过程中，由于各种条件的影响使得骨的形态有所改变。各种条件的影响使得骨的形态有所改变。骨的粘弹性骨的粘弹性：在外力作用下，骨产生的形：在外力作用下，骨产生的形变与时间

9、相关。变与时间相关。现在学习的是第19页，共50页骨骼及其力学性质骨骼及其力学性质（极限压缩强度和压缩率）（极限压缩强度和压缩率）股骨股骨切向颅骨切向颅骨径向颅骨径向颅骨椎骨椎骨骨试件压缩应力骨试件压缩应力应变曲线（应变曲线（图）图）现在学习的是第20页，共50页骨力学特性的基本概念 力学性质：力学性质：（极限）极限）强度强度：抵抗破坏的能力抵抗破坏的能力 抗张强度抗张强度 抗压强度抗压强度 弯曲强度弯曲强度 刚度刚度：抵抗变形的能力抵抗变形的能力 稳定性：保持相对位置的能力稳定性：保持相对位置的能力 弹性模量弹性模量：韧性韧性：应力应变曲线：应力应变曲线：现在学习的是第21页，共50页骨的材

10、料力学性能特点 有生命有生命 非均匀、各向异性的复合材料非均匀、各向异性的复合材料 接近于工程材料，用工程学方法分析骨的接近于工程材料，用工程学方法分析骨的力学性能力学性能现在学习的是第22页，共50页骨材料力学试样的选取 单质试样单质试样 选取单一种类的骨质材料最为试样（如只选取选取单一种类的骨质材料最为试样（如只选取密致骨）密致骨）多质试样多质试样 多针对扁骨这样的结构多针对扁骨这样的结构 整体骨骼试样整体骨骼试样现在学习的是第23页，共50页骨的材料力学性能 拉伸压缩拉伸压缩 剪切剪切 弯曲弯曲 扭转扭转 骨的疲劳性能骨的疲劳性能 骨的断裂韧性骨的断裂韧性现在学习的是第24页，共50页骨

11、的拉伸和压缩骨的拉伸和压缩成人湿润密质骨试件的拉伸应力成人湿润密质骨试件的拉伸应力应变曲线（应变曲线（图）图）桡骨桡骨腓骨腓骨肱骨肱骨=117Mpa=1.5%线弹性现在学习的是第25页，共50页 年龄、部位、性别年龄、部位、性别 同一骨的不同方向的试同一骨的不同方向的试样样 湿骨和干骨湿骨和干骨 加载速度加载速度现在学习的是第26页，共50页骨的剪切 受一对大小相等、方向相反，相距很近的受一对大小相等、方向相反，相距很近的力的作用。力的作用。影响因素影响因素：干骨湿骨、性别、年龄等：干骨湿骨、性别、年龄等 各向异性各向异性现在学习的是第27页，共50页骨的弯曲 骨在与轴垂直方向上受骨在与轴垂直

12、方向上受力会产生弯曲变形，骨力会产生弯曲变形，骨在弯曲时受到有拉应力在弯曲时受到有拉应力、压应力以及剪应力，、压应力以及剪应力，情况较为复杂。情况较为复杂。长骨长骨-简化为等厚度的简化为等厚度的椭圆环形截面的直杆。椭圆环形截面的直杆。现在学习的是第28页，共50页骨的扭转 实验表明，骨的抗扭能力较差实验表明，骨的抗扭能力较差 密致骨受压能力最好、受拉性能其次、受密致骨受压能力最好、受拉性能其次、受剪性能最差。剪性能最差。松质骨各项强度均小的多松质骨各项强度均小的多现在学习的是第29页，共50页骨的疲劳性能 运动过程骨反复受力，运动过程骨反复受力，当作用超过某一限度，当作用超过某一限度，骨组织会

13、发生损伤骨组织会发生损伤疲劳损伤疲劳损伤 自行修复能力自行修复能力 过度疲劳过度疲劳永久损伤永久损伤现在学习的是第30页，共50页骨受冲击性能 影响因素影响因素 冲击载荷大小冲击载荷大小 冲击载荷作用时间（能量）冲击载荷作用时间（能量）骨的结构骨的结构现在学习的是第31页，共50页骨的断裂韧性 断裂韧性断裂韧性某种材料阻止裂纹扩展的能某种材料阻止裂纹扩展的能力，描述材料抵抗脆性破坏的能力。力，描述材料抵抗脆性破坏的能力。骨上存在孔洞、缺陷、裂隙等，降低了骨骨上存在孔洞、缺陷、裂隙等，降低了骨的断裂韧性。的断裂韧性。现在学习的是第32页，共50页第四节 软骨 软骨由软骨组织及其周围的软骨膜构成，

14、软骨由软骨组织及其周围的软骨膜构成，软骨组织由软骨细胞、基质及纤维构成。软骨组织由软骨细胞、基质及纤维构成。根据软骨组织内所含纤维成分的不同，可根据软骨组织内所含纤维成分的不同，可将软骨分为透明软骨、弹性软骨和纤维软将软骨分为透明软骨、弹性软骨和纤维软骨三种，其中以透明软骨的分布较广，结骨三种，其中以透明软骨的分布较广，结构也较典型。构也较典型。软骨是具有某种程度硬度和弹性的支持器软骨是具有某种程度硬度和弹性的支持器管。管。现在学习的是第33页，共50页 一、透明软骨一、透明软骨(Hyaline Cartilage)透明软骨间质内仅含少量胶原原纤维，基质较丰透明软骨间质内仅含少量胶原原纤维，基

15、质较丰富，新鲜时呈半透明状。主要分布于关节软骨、肋软富，新鲜时呈半透明状。主要分布于关节软骨、肋软骨等。骨等。二、纤维软骨二、纤维软骨(Fibrous Cartilage)：纤维软骨分布：纤维软骨分布于椎间盘、关节盘及耻骨联合等处。基质内富含胶原于椎间盘、关节盘及耻骨联合等处。基质内富含胶原纤维束，呈平行或交错排列。软骨细胞较小而少，成纤维束，呈平行或交错排列。软骨细胞较小而少，成行排列于胶原纤维束之间。行排列于胶原纤维束之间。现在学习的是第34页，共50页三、弹性软骨三、弹性软骨(Elastic Cartilage)弹性软骨分布于耳廓及会厌等处。结构类似透明软骨，仅在弹性软骨分布于耳廓及会厌

16、等处。结构类似透明软骨，仅在间质中含有大量交织成网的弹性纤维，纤维在软骨中部较密集，间质中含有大量交织成网的弹性纤维，纤维在软骨中部较密集，周边部较稀少。这种软骨具有良好的弹性。周边部较稀少。这种软骨具有良好的弹性。四、软骨膜四、软骨膜(Perichondrium)除关节面的软骨表面以外，软骨的周围均覆有一层较致密的除关节面的软骨表面以外，软骨的周围均覆有一层较致密的结缔组织，即软骨膜。其外层纤维较致密，主要为保护作用；内结缔组织，即软骨膜。其外层纤维较致密，主要为保护作用；内层较疏松，富含细胞、神经及一些小血管。在紧贴软骨处的软骨层较疏松，富含细胞、神经及一些小血管。在紧贴软骨处的软骨膜内还

17、有一种能形成骨或软骨的幼稚细胞膜内还有一种能形成骨或软骨的幼稚细胞(干细胞干细胞)，呈梭形，可，呈梭形，可增殖分化为软骨细胞。软骨膜能保护及营养软骨，同时对软骨的增殖分化为软骨细胞。软骨膜能保护及营养软骨，同时对软骨的生长有重要作用。生长有重要作用。现在学习的是第35页，共50页关节软骨关节软骨主要的功能是缓解压力的作用，在压力作用下，软骨被压关节软骨主要的功能是缓解压力的作用，在压力作用下，软骨被压缩，解除压力，又可伸展，可以保护软骨下的骨骼不受破坏，或者缩，解除压力，又可伸展，可以保护软骨下的骨骼不受破坏，或者仅发生轻微的损伤。仅发生轻微的损伤。除此之外，关节软骨还有润滑作用，使骨端滑动。

18、除此之外，关节软骨还有润滑作用，使骨端滑动。由于弹性作用，可迅速恢复原状，因此关节软骨的形状改变而体由于弹性作用，可迅速恢复原状，因此关节软骨的形状改变而体积不变。在青年人，这种弹性作用较强，缓冲效果亦佳。然而老积不变。在青年人，这种弹性作用较强，缓冲效果亦佳。然而老年人其纤维变性，弹性减弱，关节软骨的延伸能力也减弱，且恢年人其纤维变性，弹性减弱，关节软骨的延伸能力也减弱，且恢复原状的能力也变得不如青年人，再加上老年人关节液减少，使复原状的能力也变得不如青年人，再加上老年人关节液减少，使关节软骨变得干燥，因此老年人的关节软骨易受损伤，经常发生关节软骨变得干燥，因此老年人的关节软骨易受损伤，经常

19、发生退行性骨关节病。退行性骨关节病。现在学习的是第36页，共50页第五节 骨的连接 直接连接直接连接 韧带连接韧带连接 软骨结合软骨结合 骨结合骨结合 间接连接间接连接 关节关节现在学习的是第37页，共50页韧带连接 两骨之间靠结缔组织直接连结的叫韧带连接。韧带多呈两骨之间靠结缔组织直接连结的叫韧带连接。韧带多呈膜状、扁带状或束状，由致密结缔组织构成。肉眼观呈膜状、扁带状或束状，由致密结缔组织构成。肉眼观呈白色，有光泽，附着于骨的地方与骨膜编织在一起，很白色，有光泽，附着于骨的地方与骨膜编织在一起，很难剥除，有的韧带由弹性结缔组织构成，肉眼观呈淡黄难剥除，有的韧带由弹性结缔组织构成，肉眼观呈淡

20、黄色，叫做黄韧带（如项韧带）。一般的韧带连接允许两色，叫做黄韧带（如项韧带）。一般的韧带连接允许两骨间有极微的动度。但有些骨与骨之间，两直线缘相对骨间有极微的动度。但有些骨与骨之间，两直线缘相对或互以齿状缘相嵌，中间有少量结缔组织纤维穿入两侧或互以齿状缘相嵌，中间有少量结缔组织纤维穿入两侧的骨质中，使连结极为紧密，叫做缝，如颅骨的冠状缝的骨质中，使连结极为紧密，叫做缝，如颅骨的冠状缝和人字缝。和人字缝。现在学习的是第38页，共50页软骨结合 相邻两骨之间以软骨相连接叫软骨结合。相邻两骨之间以软骨相连接叫软骨结合。软骨组织属结缔组织的一种，呈固态有弹软骨组织属结缔组织的一种，呈固态有弹性，由大量

21、的软骨细胞和间质构成，由于性，由大量的软骨细胞和间质构成，由于间质的成分不同，又有透明软骨、纤维软间质的成分不同，又有透明软骨、纤维软骨和弹力软骨的区分。第一助骨连于胸骨骨和弹力软骨的区分。第一助骨连于胸骨的软骨属透明软骨，而相邻椎骨椎体之间的软骨属透明软骨，而相邻椎骨椎体之间的椎间盘则由纤维软骨构成。由于软骨具的椎间盘则由纤维软骨构成。由于软骨具有一定弹性，所以能做轻微的活动。有的有一定弹性，所以能做轻微的活动。有的软骨结合保持终生，而大部分软骨结合在软骨结合保持终生，而大部分软骨结合在发育过程中骨化变为骨结合。发育过程中骨化变为骨结合。现在学习的是第39页，共50页骨结合 由软骨结合经骨化

22、演变而成，完全不能活由软骨结合经骨化演变而成，完全不能活动，如五块骶椎以骨结合融为一块骶骨。动，如五块骶椎以骨结合融为一块骶骨。现在学习的是第40页，共50页关节尽管人体的关节有多种多样，但尽管人体的关节有多种多样，但其基本结构不外有关节面、关节其基本结构不外有关节面、关节囊和关节腔。囊和关节腔。1、关节面：各骨相互接触处关节面：各骨相互接触处的光滑面叫关节面。关节面为一层的光滑面叫关节面。关节面为一层软骨覆盖称关节软骨。软骨覆盖称关节软骨。2、关节囊：由结缔组织组成，它关节囊：由结缔组织组成，它附着于关节面周围的骨面上。可分为内附着于关节面周围的骨面上。可分为内外两层，外层为纤维层，由致密结

23、缔组外两层，外层为纤维层，由致密结缔组织构成；内层为滑膜层，由薄层疏松结织构成；内层为滑膜层，由薄层疏松结缔组织构成，可分泌滑液，起到润滑作缔组织构成，可分泌滑液，起到润滑作用。用。3、关节腔：就是关节软骨和关节腔：就是关节软骨和关节囊间所密闭的腔隙。关节囊间所密闭的腔隙。现在学习的是第41页，共50页第六节 骨的功能适应性原理 Wolf定律定律：活体骨按其所受应力而改变成：活体骨按其所受应力而改变成分、内部结构以及外部形态分、内部结构以及外部形态重建（内重建（内部重建、表面重建）部重建、表面重建）现在学习的是第42页，共50页第七节 骨折不同受力形式下的骨折不同受力形式下的骨折拉伸力拉伸力压

24、缩力压缩力弯曲力弯曲力 扭转力扭转力复合力复合力外力作用性质和骨折外力作用性质和骨折静力静力冲击力冲击力交变载荷交变载荷骨折愈合的力学环境骨折愈合的力学环境骨痂愈合过程骨痂愈合过程直接骨愈合直接骨愈合接触愈合接触愈合间隙愈合间隙愈合影响骨折愈合的力学环境影响骨折愈合的力学环境现在学习的是第43页，共50页不同受力形式下的骨折 不同受力形式下的骨折不同受力形式下的骨折 拉伸力拉伸力 压缩力压缩力 常发生于脊柱，原因是破坏性的压缩力常发生于脊柱，原因是破坏性的压缩力 弯曲力弯曲力 骨折常先发生于张应力一侧骨折常先发生于张应力一侧 扭转力扭转力 常见于长骨，骨折形状表现为螺旋形常见于长骨，骨折形状表

25、现为螺旋形 复合力复合力现在学习的是第44页，共50页外力作用性质和骨折 外力作用性质和骨折外力作用性质和骨折 静力静力 冲击力冲击力 造成骨折的主要原因造成骨折的主要原因 交变载荷交变载荷现在学习的是第45页，共50页骨折愈合的力学环境 骨折愈合的力学环境骨折愈合的力学环境 骨痂愈合过程骨痂愈合过程 直接骨愈合直接骨愈合 接触愈合接触愈合 间隙愈合间隙愈合现在学习的是第46页，共50页骨痂愈合过程 固定稳定性较差的骨折，在多个方向应力固定稳定性较差的骨折，在多个方向应力刺激下，通过骨痂的形成和改建、塑形获刺激下，通过骨痂的形成和改建、塑形获得骨折愈合。得骨折愈合。阶段：阶段：炎症期炎症期 修

26、复期修复期 改建塑形期改建塑形期现在学习的是第47页，共50页骨折修复期骨折修复期1、血肿的形成：、血肿的形成：血肿血肿软组织损伤、血管破裂软组织损伤、血管破裂骨折骨折巨噬细胞、血小板、血细胞巨噬细胞、血小板、血细胞生化反应生化反应毛细血管通透性毛细血管通透性纤维蛋白原纤维蛋白原不溶纤维蛋白素不溶纤维蛋白素凝血因子：凝血酶、血小板、凝血因子：凝血酶、血小板、钙钙纤维网架纤维网架纤维细胞纤维细胞胶原、骨基质胶原、骨基质骨折处肉芽组织骨折处肉芽组织入侵细胞、毛细血管增生入侵细胞、毛细血管增生使血块吸收，形成使血块吸收，形成收集入侵细胞收集入侵细胞现在学习的是第48页，共50页骨折修复期骨折修复期2、纤维骨痂的形成：、纤维骨痂的形成：肉芽组织肉芽组织骨内膜骨内膜成骨细胞成骨细胞骨髓内骨髓内软骨质软骨质骨小梁骨小梁骨外膜内层骨细胞骨外膜内层骨细胞成软骨细胞成软骨细胞骨外膜软骨骨外膜软骨3、骨痂改建期：、骨痂改建期：成骨细胞成骨细胞 破骨细胞破骨细胞 骨移除和骨代替骨移除和骨代替现在学习的是第49页，共50页直接骨愈合 无肌肉应力遮挡无肌肉应力遮挡 紧密接触紧密接触 弯曲、扭转、剪切力完弯曲、扭转、剪切力完全被控制全被控制 只有轴向压力只有轴向压力 血供良好血供良好现在学习的是第50页，共50页