骨的力学性质精选PPT.ppt
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1、骨的力学性质第1页,此课件共53页哦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 形态形态第2页,此课件共53页哦骨的形态骨的形态n 成人全身骨约占体重的成人全身骨约占体重的20,206块块。n 形态多样,分为四类:形态多样,分为四类:长骨长骨:主要分布于四肢,起支持和杠杆作用;: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。内空腔为骨髓腔,两端膨大,为骺。如肱骨。如肱骨。短骨短骨:形似立方形,多分布于既能承受压力:形似立方形,多分
2、布于既能承受压力 又能活动的部位,如手的腕骨和足的又能活动的部位,如手的腕骨和足的 跗骨;跗骨;第3页,此课件共53页哦骨的形态骨的形态n 成人全身骨约占体重的成人全身骨约占体重的20,206块块。n 形态多样,分为四类:形态多样,分为四类:扁骨扁骨:呈板状,富有较大的弹性和坚固性,: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,围成空腔对腔内器官起保护作用,如顶骨、枕骨等;如顶骨、枕骨等;不规则骨不规则骨:形状不规则,如椎骨、蝶骨。:形状不规则,如椎骨、蝶骨。第4页,此课件共53页哦第一节 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
3、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第5页,此课件共53页哦第6页,此课件共53页哦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。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。第7页,此课件共53页哦第二节 骨的构造 骨骨膜膜:紧紧贴贴在在除除关关节节面面以以外外的的骨骨表表面面的的一一层层
4、致致密密纤纤维维结结缔缔组组织织膜膜,很很坚坚韧韧,分分为为内内外外两两层层。内内层层中中有有一一些些细细胞胞可可分分化化为为成成骨骨细细胞胞和和破破骨细胞。骨细胞。骨骨膜膜内内含含有有丰丰富富的的血血管管和和神神经经,对对骨骨起起营营养作用。养作用。骨骨由由骨骨膜膜、骨骨质质和和骨骨髓髓构构成成,有有丰丰富富的的血血管管和和神神经经。活活体体内内的的每每一一块块骨骨都都是是一一个个活活的的器官。器官。第8页,此课件共53页哦骨膜 骨骨膜膜内内的的成成骨骨细细胞胞在在生生长长发发育育期期能能形形成成新新骨骨,使使骨骨长长粗粗。成成年年以以后后则则处处于于相相对对静静止止状状态态,但但在在骨骨折
5、折时时,成骨细胞可再增生活动,促进骨的愈合。成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。成成骨骨细细胞胞与与破破骨骨细细胞胞对对骨骨的的发发生生、生生长长改改造造、修复起着重要作用。修复起着重要作用。第9页,此课件共53页哦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:在在骨骨的的表表面面,由由层层层层紧紧密密排排列列的的骨骨板板构构成成,结结构构致致密密坚坚硬硬,抗抗压压、抗扭曲力强。抗扭曲力强。第10页,此课件共53页哦骨松质骨松质:骨松质:骨松质在骨密质的内面,结构疏松,骨松质在骨密质的内面,结构疏松,弹性较大,由许多片状
6、的弹性较大,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,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。能承受很大的压力。第11页,此课件共53页哦 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,中央为骨松质第12页,此课件共53页哦骨髓 在在胎胎儿儿和和幼幼儿儿时时期期全
7、全部部都都是是红红骨骨髓髓,具具有有造造血血功功能能。随随着着年年龄龄的的增增长长(约约57岁岁),骨骨髓髓腔腔中中的的红红骨骨髓髓逐逐渐渐被被脂脂肪肪组组织织所所代代替替,颜颜色色变变黄黄称称为为黄黄骨骨髓髓,失失去去造造血血功功能能。但但当当大大失失血血或或严严重重贫贫血血时时,黄黄骨骨髓髓可可再转变为红骨髓,恢复造血功能。再转变为红骨髓,恢复造血功能。在在骨骨骺骺、短短骨骨及及扁扁骨骨的的骨骨松松质质内内的的红红骨髓终生保持造血功能。骨髓终生保持造血功能。充填于骨髓腔和骨松质的网眼内。充填于骨髓腔和骨松质的网眼内。第13页,此课件共53页哦骨的显微结构 作作用用:骨骨组组织织与与软软骨骨
8、组组织织均均属属于于具具有有支支持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第14页,此课件共53页哦骨的显微结构第15页,此课件共53页哦第三节 骨的力学特性具有很高的抗拉、压性能具有很高的抗拉
9、、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,具有从骨的结构而言,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、最最优的力学性能,既优化为最大的强度、最省的材料、最轻的重量。省的材料、最轻的重量。第16页,此课件共53页哦骨的可塑性骨的可塑性:在生长、发育过程中,由于各: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。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,骨产生的形变:在外力作用下,骨产生的形变与时间相关。与时间相关。第17页,此课件共53页哦力学性质:力学性质:极限极限强度强度:抗张强度抗张强度 抗压强度抗压强度 弯
10、曲强度弯曲强度 刚度刚度:弹性模量弹性模量:韧性韧性:应力应变曲线:应力应变曲线:在此施加压力在此拉伸体重的着力点 人 体 股 骨 的 应 力 分 布 第18页,此课件共53页哦应力与应变曲线应力与应变曲线STRESS骨密质 骨松质Greater Area:Absorbs more Energy第19页,此课件共53页哦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)第20页,此课件共53页哦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
11、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:第21页,此课件共53页哦骨的材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力接近于工程材料,用工程学方法分析骨的力学性能学性能第22页,此课件共53页哦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
12、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第23页,此课件共53页哦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第24页,此课件共53页哦骨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%线弹性第25页,此课件共53页哦年龄、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 第26页,此课件共53页哦骨的剪切受一对大小相等、方向相反,相距很近的力受一
13、对大小相等、方向相反,相距很近的力的作用。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第27页,此课件共53页哦骨的弯曲骨在与轴垂直方向上受骨在与轴垂直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,情压应力以及剪应力,情况较为复杂。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。第28页,此课件共53页哦骨的扭转实验表明,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、受剪密致骨受压能力最好、受拉性能其次、受剪性能最差
14、。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第29页,此课件共53页哦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永久损伤伤第30页,此课件共53页哦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)骨的结构骨的结构第31页,此课件共53页哦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力,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。描述材料抵抗脆性破坏的能力。骨上存在孔洞、
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