骨的力學(xué)性質(zhì)ppt課件

.,骨的力學(xué)性質(zhì),.,骨是有生命的器官從力學(xué)角度講，骨是人體受力的主要載體分類部位形態(tài),.,骨的形態(tài),成人全身骨約占體重的20，206塊。形態(tài)多樣，分為四類：長骨：主要分布于四肢，起支持和杠桿作用；長骨中間部為骨干，呈長管狀，骨干內(nèi)空腔為骨髓腔，兩端膨大，為骺。如肱骨。短骨：形似立方形，多分布于既能承受壓力又能活動的部位，如手的腕骨和足的跗骨；,.,骨的形態(tài),成人全身骨約占體重的20，206塊。形態(tài)多樣，分為四類：扁骨：呈板狀，富有較大的彈性和堅固性，圍成空腔對腔內(nèi)器官起保護作用，如頂骨、枕骨等；不規(guī)則骨：形狀不規(guī)則，如椎骨、蝶骨。,.,第一節(jié)骨的成分,有機質(zhì)膠原纖維、無定形基質(zhì)四種骨組織細胞：骨祖細胞成骨細胞骨細胞破骨細胞無機鹽-主要是羥基磷灰石水,.,.,無機物,堿性磷酸鈣為主的無機鹽類、碳酸鈣等。作用：使骨挺硬堅實。,有機物,大量排列規(guī)則的骨膠原纖維束和粘多糖蛋白作用：作為骨支架，賦予骨彈性和韌性，使骨具有基本形態(tài)。,.,第二節(jié)骨的構(gòu)造,骨膜：緊貼在除關(guān)節(jié)面以外的骨表面的一層致密纖維結(jié)締組織膜，很堅韌，分為內(nèi)外兩層。內(nèi)層中有一些細胞可分化為成骨細胞和破骨細胞。骨膜內(nèi)含有豐富的血管和神經(jīng)，對骨起營養(yǎng)作用。,骨由骨膜、骨質(zhì)和骨髓構(gòu)成，有豐富的血管和神經(jīng)?；铙w內(nèi)的每一塊骨都是一個活的器官。,.,骨膜,骨膜內(nèi)的成骨細胞在生長發(fā)育期能形成新骨，使骨長粗。成年以后則處于相對靜止狀態(tài)，但在骨折時，成骨細胞可再增生活動，促進骨的愈合。骨膜內(nèi)的破骨細胞能破壞骨質(zhì)。成骨細胞與破骨細胞對骨的發(fā)生、生長改造、修復(fù)起著重要作用。,.,骨質(zhì),分骨密質(zhì)和骨松質(zhì)兩類。,骨密質(zhì)：在骨的表面，由層層緊密排列的骨板構(gòu)成，結(jié)構(gòu)致密堅硬，抗壓、抗扭曲力強。,.,骨松質(zhì),骨松質(zhì)：骨松質(zhì)在骨密質(zhì)的內(nèi)面，結(jié)構(gòu)疏松，彈性較大，由許多片狀的骨小梁交織排列而成。呈蜂窩狀，骨小梁與壓力的傳遞方向一致，能承受很大的壓力。,.,骨密質(zhì)和骨松質(zhì)的分布,長骨骨干：有很厚的骨密質(zhì)，骨干中央為骨髓腔。長骨骨骺及短骨：表面有一層薄的骨密質(zhì)，中央為骨松質(zhì)。扁骨：內(nèi)外表面都是骨密質(zhì)形成的骨板，中央為骨松質(zhì),.,骨髓,在胎兒和幼兒時期全部都是紅骨髓，具有造血功能。隨著年齡的增長(約57歲)，骨髓腔中的紅骨髓逐漸被脂肪組織所代替，顏色變黃稱為黃骨髓，失去造血功能。但當大失血或嚴重貧血時，黃骨髓可再轉(zhuǎn)變?yōu)榧t骨髓，恢復(fù)造血功能。在骨骺、短骨及扁骨的骨松質(zhì)內(nèi)的紅骨髓終生保持造血功能。,充填于骨髓腔和骨松質(zhì)的網(wǎng)眼內(nèi)。,.,骨的顯微結(jié)構(gòu),作用：骨組織與軟骨組織均屬于具有支持和保護作用的結(jié)締組織。,骨質(zhì)、骨膜（血管、神經(jīng)）、骨髓,骨組織,骨細胞：多突起，位于骨陷窩內(nèi)，埋藏在固體狀態(tài)基質(zhì)中基質(zhì)：基質(zhì)和纖維排列成緊密的骨板。具有一定的形狀和強大的堅韌性和彈性。,軟骨組織骨組織,透明軟骨、彈力軟骨和纖維軟骨,.,骨的顯微結(jié)構(gòu),.,第三節(jié)骨的力學(xué)特性,具有很高的抗拉、壓性能有一定的硬度從骨的結(jié)構(gòu)而言，經(jīng)過生物優(yōu)化過程，具有最優(yōu)的力學(xué)性能，既優(yōu)化為最大的強度、最省的材料、最輕的重量。,.,骨的可塑性：在生長、發(fā)育過程中，由于各種條件的影響使得骨的形態(tài)有所改變。骨的粘彈性：在外力作用下，骨產(chǎn)生的形變與時間相關(guān)。,.,力學(xué)性質(zhì)：極限強度：抗張強度抗壓強度彎曲強度剛度：彈性模量：韌性：應(yīng)力應(yīng)變曲線：,在此施加壓力,在此拉伸,體重的著力點,人體股骨的應(yīng)力分布,.,應(yīng)力與應(yīng)變曲線,STRESS,骨密質(zhì)骨松質(zhì),GreaterArea:AbsorbsmoreEnergy,.,骨骼及其力學(xué)性質(zhì)（極限壓縮強度和壓縮率）,股骨,切向顱骨,徑向顱骨,椎骨,骨試件壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖）,.,骨力學(xué)特性的基本概念,力學(xué)性質(zhì)：（極限）強度：抵抗破壞的能力抗張強度抗壓強度彎曲強度剛度：抵抗變形的能力穩(wěn)定性：保持相對位置的能力彈性模量：韌性：應(yīng)力應(yīng)變曲線：,.,骨的材料力學(xué)性能特點,有生命非均勻、各向異性的復(fù)合材料接近于工程材料，用工程學(xué)方法分析骨的力學(xué)性能,.,骨材料力學(xué)試樣的選取,單質(zhì)試樣選取單一種類的骨質(zhì)材料最為試樣（如只選取密致骨）多質(zhì)試樣多針對扁骨這樣的結(jié)構(gòu)整體骨骼試樣,.,骨的材料力學(xué)性能,拉伸壓縮剪切彎曲扭轉(zhuǎn)骨的疲勞性能骨的斷裂韌性,.,骨的拉伸和壓縮,成人濕潤密質(zhì)骨試件的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖）,橈骨,腓骨,肱骨=117Mpa=1.5%,線彈性,.,年齡、部位、性別同一骨的不同方向的試樣濕骨和干骨加載速度,.,骨的剪切,受一對大小相等、方向相反，相距很近的力的作用。影響因素：干骨濕骨、性別、年齡等各向異性,.,骨的彎曲,骨在與軸垂直方向上受力會產(chǎn)生彎曲變形，骨在彎曲時受到有拉應(yīng)力、壓應(yīng)力以及剪應(yīng)力，情況較為復(fù)雜。長骨-簡化為等厚度的橢圓環(huán)形截面的直桿。,.,骨的扭轉(zhuǎn),實驗表明，骨的抗扭能力較差密致骨受壓能力最好、受拉性能其次、受剪性能最差。松質(zhì)骨各項強度均小的多,.,骨的疲勞性能,運動過程骨反復(fù)受力，當作用超過某一限度，骨組織會發(fā)生損傷疲勞損傷自行修復(fù)能力過度疲勞永久損傷,.,骨受沖擊性能,影響因素沖擊載荷大小沖擊載荷作用時間（能量）骨的結(jié)構(gòu),.,骨的斷裂韌性,斷裂韌性某種材料阻止裂紋擴展的能力，描述材料抵抗脆性破壞的能力。骨上存在孔洞、缺陷、裂隙等，降低了骨的斷裂韌性。,.,第四節(jié)軟骨,軟骨由軟骨組織及其周圍的軟骨膜構(gòu)成，軟骨組織由軟骨細胞、基質(zhì)及纖維構(gòu)成。根據(jù)軟骨組織內(nèi)所含纖維成分的不同，可將軟骨分為透明軟骨、彈性軟骨和纖維軟骨三種，其中以透明軟骨的分布較廣，結(jié)構(gòu)也較典型。軟骨是具有某種程度硬度和彈性的支持器管。,.,一、透明軟骨(HyalineCartilage)透明軟骨間質(zhì)內(nèi)僅含少量膠原原纖維，基質(zhì)較豐富，新鮮時呈半透明狀。主要分布于關(guān)節(jié)軟骨、肋軟骨等。二、纖維軟骨(FibrousCartilage)：纖維軟骨分布于椎間盤、關(guān)節(jié)盤及恥骨聯(lián)合等處。基質(zhì)內(nèi)富含膠原纖維束，呈平行或交錯排列。軟骨細胞較小而少，成行排列于膠原纖維束之間。,.,三、彈性軟骨(ElasticCartilage)彈性軟骨分布于耳廓及會厭等處。結(jié)構(gòu)類似透明軟骨，僅在間質(zhì)中含有大量交織成網(wǎng)的彈性纖維，纖維在軟骨中部較密集，周邊部較稀少。這種軟骨具有良好的彈性。四、軟骨膜(Perichondrium)除關(guān)節(jié)面的軟骨表面以外，軟骨的周圍均覆有一層較致密的結(jié)締組織，即軟骨膜。其外層纖維較致密，主要為保護作用；內(nèi)層較疏松，富含細胞、神經(jīng)及一些小血管。在緊貼軟骨處的軟骨膜內(nèi)還有一種能形成骨或軟骨的幼稚細胞(干細胞)，呈梭形，可增殖分化為軟骨細胞。軟骨膜能保護及營養(yǎng)軟骨，同時對軟骨的生長有重要作用。,.,關(guān)節(jié)軟骨,關(guān)節(jié)軟骨主要的功能是緩解壓力的作用，在壓力作用下，軟骨被壓縮，解除壓力，又可伸展，可以保護軟骨下的骨骼不受破壞，或者僅發(fā)生輕微的損傷。除此之外，關(guān)節(jié)軟骨還有潤滑作用，使骨端滑動。由于彈性作用，可迅速恢復(fù)原狀，因此關(guān)節(jié)軟骨的形狀改變而體積不變。在青年人，這種彈性作用較強，緩沖效果亦佳。然而老年人其纖維變性，彈性減弱，關(guān)節(jié)軟骨的延伸能力也減弱，且恢復(fù)原狀的能力也變得不如青年人，再加上老年人關(guān)節(jié)液減少，使關(guān)節(jié)軟骨變得干燥，因此老年人的關(guān)節(jié)軟骨易受損傷，經(jīng)常發(fā)生退行性骨關(guān)節(jié)病。,.,第五節(jié)骨的連接,直接連接韌帶連接軟骨結(jié)合骨結(jié)合間接連接關(guān)節(jié),.,韌帶連接,兩骨之間靠結(jié)締組織直接連結(jié)的叫韌帶連接。韌帶多呈膜狀、扁帶狀或束狀，由致密結(jié)締組織構(gòu)成。肉眼觀呈白色，有光澤，附著于骨的地方與骨膜編織在一起，很難剝除，有的韌帶由彈性結(jié)締組織構(gòu)成，肉眼觀呈淡黃色，叫做黃韌帶（如項韌帶）。一般的韌帶連接允許兩骨間有極微的動度。但有些骨與骨之間，兩直線緣相對或互以齒狀緣相嵌，中間有少量結(jié)締組織纖維穿入兩側(cè)的骨質(zhì)中，使連結(jié)極為緊密，叫做縫，如顱骨的冠狀縫和人字縫。,.,軟骨結(jié)合,相鄰兩骨之間以軟骨相連接叫軟骨結(jié)合。軟骨組織屬結(jié)締組織的一種，呈固態(tài)有彈性，由大量的軟骨細胞和間質(zhì)構(gòu)成，由于間質(zhì)的成分不同，又有透明軟骨、纖維軟骨和彈力軟骨的區(qū)分。第一助骨連于胸骨的軟骨屬透明軟骨，而相鄰椎骨椎體之間的椎間盤則由纖維軟骨構(gòu)成。由于軟骨具有一定彈性，所以能做輕微的活動。有的軟骨結(jié)合保持終生，而大部分軟骨結(jié)合在發(fā)育過程中骨化變?yōu)楣墙Y(jié)合。,.,骨結(jié)合,由軟骨結(jié)合經(jīng)骨化演變而成，完全不能活動，如五塊骶椎以骨結(jié)合融為一塊骶骨。,.,關(guān)節(jié),盡管人體的關(guān)節(jié)有多種多樣，但其基本結(jié)構(gòu)不外有關(guān)節(jié)面、關(guān)節(jié)囊和關(guān)節(jié)腔。1、關(guān)節(jié)面：各骨相互接觸處的光滑面叫關(guān)節(jié)面。關(guān)節(jié)面為一層軟骨覆蓋稱關(guān)節(jié)軟骨。2、關(guān)節(jié)囊：由結(jié)締組織組成，它附著于關(guān)節(jié)面周圍的骨面上?？煞譃閮?nèi)外兩層，外層為纖維層，由致密結(jié)締組織構(gòu)成；內(nèi)層為滑膜層，由薄層疏松結(jié)締組織構(gòu)成，可分泌滑液，起到潤滑作用。3、關(guān)節(jié)腔：就是關(guān)節(jié)軟骨和關(guān)節(jié)囊間所密閉的腔隙。,.,第六節(jié)骨的功能適應(yīng)性原理,Wolf定律：活體骨按其所受應(yīng)力而改變成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部形態(tài)重建（內(nèi)部重建、表面重建）,.,第七節(jié)骨折,不同受力形式下的骨折拉伸力壓縮力彎曲力扭轉(zhuǎn)力復(fù)合力外力作用性質(zhì)和骨折靜力沖擊力交變載荷骨折愈合的力學(xué)環(huán)境骨痂愈合過程直接骨愈合接觸愈合間隙愈合影響骨折愈合的力學(xué)環(huán)境,.,不同受力形式下的骨折,不同受力形式下的骨折拉伸力壓縮力常發(fā)生于脊柱，原因是破壞性的壓縮力彎曲力骨折常先發(fā)生于張應(yīng)力一側(cè)扭轉(zhuǎn)力常見于長骨，骨折形狀表現(xiàn)為螺旋形復(fù)合力,.,外力作用性質(zhì)和骨折,外力作用性質(zhì)和骨折靜力沖擊力造成骨折的主要原因交變載荷,.,骨折愈合的力學(xué)環(huán)境,骨折愈合的力學(xué)環(huán)境骨痂愈合過程直接骨愈合接觸愈合間隙愈合,.,骨痂愈合過程,固定穩(wěn)定性較差的骨折，在多個方向應(yīng)力刺激下，通過骨痂的形成和改建、塑形獲得骨折愈合。階段：炎癥期修復(fù)期改建塑形期,.,骨折修復(fù)期,1、血腫的形成：,血腫,軟組織損傷、血管破裂,骨折,巨噬細胞、血小板、血細胞,生化反應(yīng),毛細血管通透性,纖維蛋白原,不溶纖維蛋白素,凝血因子：凝血酶、血小板、鈣,纖維網(wǎng)架,纖維細胞,膠原、骨基質(zhì),骨折處肉芽組織,入侵細胞、毛細血管增生使血塊吸收，形成,收集入侵細胞,.,骨折修復(fù)期,2、纖維骨痂的形成：,肉芽組織,骨內(nèi)膜成骨細