骨运动学骨的运动适应性精选PPT讲稿.ppt
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1、关于骨运动学骨的运动适应性第一页,讲稿共四十二页哦骨的运动学骨的运动学基础基础内容内容骨的运动适骨的运动适应性应性第二页,讲稿共四十二页哦骨的生物力学特性骨的生物力学特性1骨的功能适应性骨的功能适应性2 二、骨的运动适应性二、骨的运动适应性 第三页,讲稿共四十二页哦(一)骨的生物力学特性骨的生物力学特性1.骨的承载能力骨的承载能力衡量骨承载能力的三要素:衡量骨承载能力的三要素:第一,要求骨有足够的强度。第一,要求骨有足够的强度。即指骨在承载负荷的情况下抵抗破坏的能力。即指骨在承载负荷的情况下抵抗破坏的能力。第二,要求骨有足够的刚度。第二,要求骨有足够的刚度。即指骨在外力作用下抵抗变形的能力。即
2、指骨在外力作用下抵抗变形的能力。第三,要求骨有足够的稳定性。第三,要求骨有足够的稳定性。即指骨保持原有平衡形态的能力。即指骨保持原有平衡形态的能力。第四页,讲稿共四十二页哦2.骨的载荷及变形骨的载荷及变形 人体在日常生活与运动中都会对机体人体在日常生活与运动中都会对机体的每块骨产生复杂的力。即骨会承受来自的每块骨产生复杂的力。即骨会承受来自多方的不同形式的载荷。多方的不同形式的载荷。第五页,讲稿共四十二页哦(1)骨的载荷)骨的载荷 人体在运动或劳动时,骨要承受不同人体在运动或劳动时,骨要承受不同方式的载荷。当力和力矩以不同方式施加方式的载荷。当力和力矩以不同方式施加于骨时,骨将受到拉伸于骨时,
3、骨将受到拉伸a、压缩、压缩b、弯曲、弯曲c、剪切剪切d、扭转、扭转e和复合和复合f等载荷。等载荷。第六页,讲稿共四十二页哦 1)拉伸载荷拉伸载荷 在骨的两端受到一对大小相等、方在骨的两端受到一对大小相等、方向相反沿轴线的力的作用。骨受力后,能向相反沿轴线的力的作用。骨受力后,能够导致骨骼内部产生拉应力和应变,使骨够导致骨骼内部产生拉应力和应变,使骨伸长并同时变细。伸长并同时变细。例如在进行吊环运动时上肢骨被拉例如在进行吊环运动时上肢骨被拉伸。伸。第七页,讲稿共四十二页哦2)压缩载荷压缩载荷 是施加于骨组织表面的两个沿轴是施加于骨组织表面的两个沿轴线的大小相等、方向相对的载荷。线的大小相等、方向
4、相对的载荷。该载荷在骨组织内部产生压应力该载荷在骨组织内部产生压应力和应变。和应变。如举重运动员举起杠铃后上肢和如举重运动员举起杠铃后上肢和下肢骨被压缩。下肢骨被压缩。第八页,讲稿共四十二页哦3)弯曲载荷弯曲载荷 是使骨沿其轴线发生弯曲形变的载是使骨沿其轴线发生弯曲形变的载荷。荷。例如当脊柱前屈或后伸时脊柱的弯例如当脊柱前屈或后伸时脊柱的弯曲则为弯曲载荷。曲则为弯曲载荷。特点:骨骼在弯曲载荷时,其中性特点:骨骼在弯曲载荷时,其中性轴两旁一侧产生拉应力和拉应变,另轴两旁一侧产生拉应力和拉应变,另侧则产生压应力和压应变,在中性轴上侧则产生压应力和压应变,在中性轴上则没有应力和应变。则没有应力和应变
5、。应力的大小与至骨骼中性轴距离成应力的大小与至骨骼中性轴距离成正比,即距中性轴越远,其应力就越大。正比,即距中性轴越远,其应力就越大。第九页,讲稿共四十二页哦4)剪切载荷剪切载荷 在骨的表面受到一对大小相等、方在骨的表面受到一对大小相等、方向相反且相距很近的力的作用。向相反且相距很近的力的作用。在骨内部也会产生剪切应力和应变。在骨内部也会产生剪切应力和应变。例如车床剪切断肢体时即为剪切载例如车床剪切断肢体时即为剪切载荷。荷。第十页,讲稿共四十二页哦5)扭转载荷扭转载荷 加在骨上并使其沿轴线发生扭转的加在骨上并使其沿轴线发生扭转的载荷即为扭转载荷。载荷即为扭转载荷。如作转身动作时,下肢骨受到的扭
6、如作转身动作时,下肢骨受到的扭转作用。转作用。在生理状态下,扭转载荷常见于前在生理状态下,扭转载荷常见于前臂、脊柱的旋转与骨关节的旋转活动中。臂、脊柱的旋转与骨关节的旋转活动中。当骨受到扭转时,所产生的剪切应当骨受到扭转时,所产生的剪切应力便分布在整个骨骼结构中。力便分布在整个骨骼结构中。第十一页,讲稿共四十二页哦6)复合载荷复合载荷 人体在运动时,由于骨的几何结构不人体在运动时,由于骨的几何结构不规则,同时又受到多种不定的载荷,往往规则,同时又受到多种不定的载荷,往往使骨处于两种或多种载荷的状态,即为复使骨处于两种或多种载荷的状态,即为复合载荷。合载荷。如人体在受伤骨折时,往往是几种作如人体
7、在受伤骨折时,往往是几种作用力的复合。用力的复合。像跌倒后发生的桡骨远端骨折,便是像跌倒后发生的桡骨远端骨折,便是既有剪切力又有压缩力等多种力综合作用既有剪切力又有压缩力等多种力综合作用的结果。的结果。第十二页,讲稿共四十二页哦 持续载荷持续载荷对骨也会产生一定的影响。对骨也会产生一定的影响。即骨受到持续低载荷作用一段时间后,即骨受到持续低载荷作用一段时间后,其组织会产生缓慢变形或蠕变。其组织会产生缓慢变形或蠕变。在加载后的最初数小时(在加载后的最初数小时(6 68 8小时),小时),其蠕变现象最显著,随后蠕变的速率则会其蠕变现象最显著,随后蠕变的速率则会降低。降低。一般而言,骨承受压力负荷的
8、能力最一般而言,骨承受压力负荷的能力最大,其次是拉力、剪切力和扭转力。大,其次是拉力、剪切力和扭转力。骨所受的正常生理负荷是这些力的综骨所受的正常生理负荷是这些力的综合。合。第十三页,讲稿共四十二页哦(2 2)骨的基本变形)骨的基本变形 骨骼在承受各种不同载荷时会发生不骨骼在承受各种不同载荷时会发生不同程度的变形,如腰脊柱前凸即是受力变同程度的变形,如腰脊柱前凸即是受力变形。形。根据骨骼受载形式及受载后的变形形根据骨骼受载形式及受载后的变形形式,一般可将其变形分为拉伸、压缩、剪式,一般可将其变形分为拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转等五种基本变形。切、弯曲和扭转等五种基本变形。第十四页,讲稿共四十二
9、页哦3.3.骨的应力与应变骨的应力与应变 骨力学包含二个最基本的元素,骨力学包含二个最基本的元素,即应力和应变。即应力和应变。(1 1)骨的应力)骨的应力概念概念:当外力作用于骨时,骨以形变:当外力作用于骨时,骨以形变产生内部的阻抗以抗衡外力,即是骨产生内部的阻抗以抗衡外力,即是骨产生的应力。产生的应力。特点特点:应力的大小等于作用于骨截面: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,单位上的外力与骨横断面面积之比,单位为为Pascal(Pa=N/mPascal(Pa=N/m2 2),即牛顿,即牛顿/平方米。平方米。计算公式:计算公式:第十五页,讲稿共四十二页哦种类种类:根据作用于骨
10、的力不同,其内部: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、拉分别会产生相应的应力,如压应力、拉压力等。压力等。作用作用:应力对骨的改变、生长和吸收起: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。说,存在一个最佳的应力范围。第十六页,讲稿共四十二页哦(2)应变应变概念概念:骨的应变是指骨在外力作用下的局部变:骨的应变是指骨在外力作用下的局部变形。形。其大小等于骨受力后长度的变化量与原长度之其大小等于骨受力后长度的变化量与原长度之比
11、,即形变量与原尺度之比。一般以百分比来表示。比,即形变量与原尺度之比。一般以百分比来表示。由压力、形变和样本的大小计算出应力和应变的大小由压力、形变和样本的大小计算出应力和应变的大小 当骨承受了很重的力并超出其耐受应力与应变的极当骨承受了很重的力并超出其耐受应力与应变的极限时,便可造成骨骼损伤甚至发生骨折。限时,便可造成骨骼损伤甚至发生骨折。第十七页,讲稿共四十二页哦 (3)应力应力-应变曲线应变曲线 表示应力和应变之间的关系。表示应力和应变之间的关系。应力应力-应变曲线分成两个区:应变曲线分成两个区:弹性变形区弹性变形区和和塑性塑性变形区变形区。在弹性变形区内的载荷不会造成永久性形变在弹性变
12、形区内的载荷不会造成永久性形变(如骨折)。(如骨折)。弹性区末端点或塑性区初始点称弹性区末端点或塑性区初始点称屈服点屈服点。该点对应的应力是产生骨最大应力的弹性形变,该点对应的应力是产生骨最大应力的弹性形变,亦称为亦称为弹性极限弹性极限。塑性区:屈服点以后的区。此时已出现结构塑性区:屈服点以后的区。此时已出现结构的损坏和永久变形。当载荷超过弹性极限后,骨发的损坏和永久变形。当载荷超过弹性极限后,骨发生断裂即骨折。生断裂即骨折。第十八页,讲稿共四十二页哦 导致骨折所需的应力叫骨的最大应力或极导致骨折所需的应力叫骨的最大应力或极限强度。限强度。在应力在应力-应变曲线弹性区的斜率叫弹性应变曲线弹性区
13、的斜率叫弹性模量或杨氏模量(模量或杨氏模量(Youngs Modules),表示),表示材料抗形变的能力。材料抗形变的能力。一般而言,弹性模量是一个常数。一般而言,弹性模量是一个常数。弹性模量越大,产生一定应变所需的应力越弹性模量越大,产生一定应变所需的应力越大。大。第十九页,讲稿共四十二页哦(4)骨应变能量骨应变能量 概念概念:达到极限负荷时的应力:达到极限负荷时的应力-应变应变曲线下面积曲线下面积,表示导致骨折所需要的能量。表示导致骨折所需要的能量。一般骨的生理负荷使骨产生弹性变一般骨的生理负荷使骨产生弹性变形,是弹性区内骨所能承受应力的大小。形,是弹性区内骨所能承受应力的大小。当外力去除
14、后,弹性区内的能量能当外力去除后,弹性区内的能量能同时被骨释放,使骨恢复原状。同时被骨释放,使骨恢复原状。但当骨不断受到外力重复作用时,但当骨不断受到外力重复作用时,其应变能量不能被及时完全释放,经积累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,临床上则表现后可能会损坏材料的结构,临床上则表现为疲劳性骨折。为疲劳性骨折。第二十页,讲稿共四十二页哦4.骨的生物力学特性骨的生物力学特性 包括骨的材料力学特性和结构力学包括骨的材料力学特性和结构力学特性。特性。骨的材料力学特性:骨的材料力学特性:是指骨组织本身的力学性能,与骨是指骨组织本身的力学性能,与骨的几何形状无关。的几何形状无关
15、。骨的结构力学特性:骨的结构力学特性:是指整个骨结构的力学性能,不但是指整个骨结构的力学性能,不但与骨的材料力学特性有关而且受骨的几何与骨的材料力学特性有关而且受骨的几何特性即形状、尺寸等的影响。特性即形状、尺寸等的影响。第二十一页,讲稿共四十二页哦 (1)骨组织的基本生物力学特性骨组织的基本生物力学特性 1)各向异性各向异性 骨的结构为中间多孔介质的各向异性体,其不骨的结构为中间多孔介质的各向异性体,其不同方向的力学性质不同,即各向异性。同方向的力学性质不同,即各向异性。2)弹性和坚固性弹性和坚固性 骨的有机成分组成网状结构,使骨具有弹性,骨的有机成分组成网状结构,使骨具有弹性,并具有抗张能
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