淺談骨折生物力學(xué)課件

1、骨生物力學(xué)淺談骨折生物力學(xué)1骨生物力學(xué)淺談骨折生物力學(xué)1第一節(jié)：生物力學(xué)概念人體活動對骨骼的三種力1 作用于骨的外力2 肌肉收縮和韌帶的張力對骨骼的內(nèi)力3 骨的內(nèi)反應(yīng)力（負(fù)荷）淺談骨折生物力學(xué)2第一節(jié)：生物力學(xué)概念人體活動對骨骼的三種力淺談骨折生物力學(xué)2力負(fù)荷作用于骨骼可使骨發(fā)生形變微觀顯微骨折青枝骨折骨折骨折因素：1.力的大小方向面積和幾何學(xué)。 2.骨的材料特性。淺談骨折生物力學(xué)3力負(fù)荷淺談骨折生物力學(xué)31.應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)力：骨骼某點內(nèi)力的強度，單位面積所 受的力應(yīng)變：骨骼受力時，其內(nèi)部任何一點發(fā)生 變形，稱為該點的應(yīng)變。淺談骨折生物力學(xué)41.應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)力：骨骼某點內(nèi)力的強度，單位面積所 淺

2、談骨折兩種應(yīng)力：正常應(yīng)力：垂直于所給平面的單位面積的 力（使立方體前面變薄變長）剪式應(yīng)力：平行于所給平面的單位面積的 力（使立方體變?yōu)槠叫辛骟w）淺談骨折生物力學(xué)5兩種應(yīng)力：正常應(yīng)力：垂直于所給平面的單位面積的 淺談骨折生物力學(xué)6淺談骨折生物力學(xué)6 2.拉力和壓力骨骼系統(tǒng)的特點幾何學(xué)復(fù)雜：管狀骨、不規(guī)則骨、扁骨等力的類型復(fù)雜應(yīng)力和應(yīng)變復(fù)雜淺談骨折生物力學(xué)7 2.拉力和壓力骨骼系統(tǒng)的特點淺談屈服(失控) ： 應(yīng)力達到某一點時，提示骨小梁斷裂開始（屈服用Y點），且持續(xù)時間較長，骨小梁斷裂逐漸增多（極限用U點）。材料的硬度：彈性模量（應(yīng)力比應(yīng)變）拉力和壓力作用于棒產(chǎn)生45剪應(yīng)力。淺談骨折生物力學(xué)8屈

3、服(失控) ： 應(yīng)力達到某一點時，提示骨小梁斷裂開始（屈服淺談骨折生物力學(xué)9淺談骨折生物力學(xué)93.彎曲 （長管狀骨）1.純彎曲：凹側(cè)- 壓應(yīng)變（力），凸側(cè)- 張 應(yīng)變（力），中位軸-應(yīng)變（力）為0. 壓力點(橫切面)不會產(chǎn)生剪式應(yīng)力2.三點彎曲：骨骼受力較常見.兩端支撐，對側(cè)受力。（受力點：彎矩） 應(yīng)力點(橫切面)會產(chǎn)生剪式應(yīng)力淺談骨折生物力學(xué)103.彎曲 （長管狀骨）1.純彎曲：凹側(cè)- 壓應(yīng)變（力），4.彎曲聯(lián)合軸向負(fù)荷長管狀骨 受兩方向外力壓力負(fù)荷 彎曲負(fù)荷側(cè)張應(yīng)力 側(cè)壓應(yīng)力壓力+彎曲=聯(lián)合負(fù)荷（常見）淺談骨折生物力學(xué)114.彎曲聯(lián)合軸向負(fù)荷長管狀骨 受兩方向外力壓力負(fù)荷淺談 5.扭轉(zhuǎn)長管

4、狀骨不規(guī)則骨 扭轉(zhuǎn) 剪性應(yīng)變 橫向及縱向剪性應(yīng)變 聯(lián)合剪性應(yīng)力 骨折方向：斜形或螺旋形淺談骨折生物力學(xué)12 5.扭轉(zhuǎn)長管狀骨淺第二節(jié)：骨的生物力學(xué)骨組織材料特性 硬組織 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系骨折取決于其材料特性 骨成分：基質(zhì) 膠原骨小梁結(jié)構(gòu) ：皮質(zhì)骨（骨干）（骨孔5%-30%），松質(zhì)骨（骨端）（骨孔30%-90%）淺談骨折生物力學(xué)13第二節(jié)：骨的生物力學(xué)淺談骨折生物力學(xué)131.骨皮質(zhì)骨皮質(zhì)其材料特性取決于骨組織負(fù)荷或變形率。骨皮質(zhì)快速受力較緩慢受力吸收的能量大。骨組織應(yīng)力-應(yīng)變特征：骨皮質(zhì)縱向骨小梁排列比橫向強度大，硬度也較強。（長骨長軸比橫軸更對抗應(yīng)力）淺談骨折生物力學(xué)141.骨皮質(zhì)淺談骨折生物力

5、學(xué)14應(yīng)變率表示骨受力過程中變形迅速的程度 （單位/S）如 正常骨 低于0.01/S 骨折瞬間 超過10.0/S淺談骨折生物力學(xué)15應(yīng)變率淺談骨折生物力學(xué)152.拉力、壓力和剪力骨皮質(zhì)的拉力、壓力和剪力與工程材料相似，骨皮質(zhì)有一定范圍的彈性變形能力骨組織材料極限強度取決于負(fù)荷類型和承受負(fù)荷的方向。負(fù)荷作用下拉力及壓力超過彈性變形范圍 發(fā)生骨折淺談骨折生物力學(xué)162.拉力、壓力和剪力骨皮質(zhì)的拉力、壓力和剪力淺談骨折生物力學(xué)不同載荷造成的骨折類型 拉力 壓力 旋轉(zhuǎn) 彎曲 壓力淺談骨折生物力學(xué)17不同載荷造成的骨折類型 拉力 壓力 成人股骨骨皮質(zhì)極限程度負(fù)荷類型 極限程度（MPa）縱向拉力 133壓

6、力 193剪力（縱向扭轉(zhuǎn)） 68橫向拉力 51壓力 133淺談骨折生物力學(xué)18成人股骨骨皮質(zhì)極限程度負(fù)荷類型 3.骨松質(zhì)骨松質(zhì)：多孔 硬度較皮質(zhì)骨差屈服：當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，變形增加較快，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達到一定程度，塑性應(yīng)變急劇增加，這種現(xiàn)象稱為屈服。淺談骨折生物力學(xué)193.骨松質(zhì)骨松質(zhì)：多孔 硬度較皮質(zhì)骨差淺談骨折生物力學(xué)19屈服 ： 提示骨小梁斷裂開始，且持續(xù)時間較 長。骨小梁斷裂逐漸增多。骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)標(biāo)本負(fù)荷應(yīng)變水平在0.036和0.5時有能量吸收現(xiàn)象，骨松質(zhì)能量吸收超過骨皮質(zhì)。淺談骨折生物力學(xué)20屈服 ： 提示骨小梁斷裂開始，且持續(xù)時間較 長。骨

7、小梁斷裂逐第二節(jié) 骨折與固定生物力學(xué)骨折與固定的生物力學(xué)淺談骨折生物力學(xué)21第二節(jié) 骨折與固定生物力學(xué)淺談骨折生物力學(xué)211.骨折力學(xué)原理骨某一區(qū)域應(yīng)力超過極限強度，發(fā)生骨折。骨結(jié)構(gòu)(彎曲)本身：減低彎應(yīng)力骨空心結(jié)構(gòu)：比實心結(jié)構(gòu)承受彎曲及旋轉(zhuǎn) 應(yīng)力強棒的壓力和張力和橫斷面面積成正比.淺談骨折生物力學(xué)221.骨折力學(xué)原理骨某一區(qū)域應(yīng)力超過極限強度，發(fā)生骨折。淺談骨骨折原因創(chuàng)傷骨病積累勞損淺談骨折生物力學(xué)23骨折原因淺談骨折生物力學(xué)23扭轉(zhuǎn)應(yīng)力導(dǎo)致螺旋骨折受力機制為剪應(yīng)力旋轉(zhuǎn)軸45度時應(yīng)力最大。淺談骨折生物力學(xué)24扭轉(zhuǎn)應(yīng)力淺談骨折生物力學(xué)24軸向壓力易在長管狀骨縱軸方向形成最大的剪力進而造成骨干斜

8、行骨折通常長管狀骨的軸向壓力不是單一的。淺談骨折生物力學(xué)25軸向壓力淺談骨折生物力學(xué)25淺談骨折生物力學(xué)26淺談骨折生物力學(xué)26淺談骨折生物力學(xué)27淺談骨折生物力學(xué)27淺談骨折生物力學(xué)28淺談骨折生物力學(xué)28骨病 骨腫瘤、骨缺損造成：骨的幾何學(xué)改變 骨的強度改變 骨缺損部位產(chǎn)生應(yīng)力集中 （骨折機制）淺談骨折生物力學(xué)29骨病 骨腫瘤、骨缺損淺談骨折生物力學(xué)292.疲勞斷裂疲勞斷裂淺談骨折生物力學(xué)302.疲勞斷裂淺談骨折生物力學(xué)30骨每天承受負(fù)荷，或長時間鍛煉，積累損傷，導(dǎo)致疲勞骨折常見于長途行軍，從事長距離行走及長跑者最常見于雙足第二趾骨遠(yuǎn)端淺談骨折生物力學(xué)31骨每天承受負(fù)荷，或長時間鍛煉，積累

9、損傷，導(dǎo)致疲勞骨折淺談骨折疲勞：材料在周期性和間歇負(fù)荷下發(fā)生的進行性損傷(顯微鏡下?lián)p傷)，在周期性負(fù)荷條件下，材料負(fù)荷水平低于能引起的材料損傷的單次負(fù)荷時，就會發(fā)生損傷。淺談骨折生物力學(xué)32疲勞：淺談骨折生物力學(xué)32材料的疲勞極限（Fatigue limit）任何材料具有一應(yīng)力水平，低于該水平疲勞壽命是無限的，該應(yīng)力水平稱疲勞極限。疲勞極限是一個安全控制數(shù)據(jù)，只要應(yīng)力低于它，不管周期數(shù)目多少是不會短裂的。淺談骨折生物力學(xué)33材料的疲勞極限（Fatigue limit）淺談骨折生物力學(xué)骨單位密度較高的骨，抗疲勞性能較好，有助于防止骨折-因骨的膠接線及中央管制止裂隙擴展。淺談骨折生物力學(xué)34骨單位

10、密度較高的骨，抗疲勞性能較好，有助于防止骨折-因骨的膠3.骨折治療生物力學(xué)接骨原則：1.血供。2.維持骨生理和力學(xué)環(huán)境。彈性固定好，活動度難掌握。牢固固定，缺點骨愈合不牢固。長骨骨折，因長力臂易移位。骨痂形成使骨折穩(wěn)定。骨折愈合有利：一定活動量和允許小的剪力。不利：剪力或彎曲力過度。淺談骨折生物力學(xué)353.骨折治療生物力學(xué)接骨原則：1.血供。2.維持骨生理和力學(xué)所有的活體細(xì)胞都有自己的特性，有自己的應(yīng)變。淺談骨折生物力學(xué)36所有的活體細(xì)胞都有自己的特性，有自己的應(yīng)變。淺談骨折生物力學(xué)不同的組織在斷裂前可以承受不同的最大張力應(yīng)變，肉芽組織可以承受100%的應(yīng)變，纖維組織和軟骨組織承受的應(yīng)變明顯降

11、低，軟骨組織約為10%，致密的骨組織只能承受2%的應(yīng)變。淺談骨折生物力學(xué)37不同的組織在斷裂前可以承受不同的最大張力應(yīng)變，肉芽組織可以承經(jīng)過加壓固定的骨折獲得堅強固定，在生理活動情況下所有應(yīng)力由鋼板承受，骨折端間不受應(yīng)力，無活動，骨折端間隙內(nèi)的細(xì)胞（干細(xì)胞）無形變（2%），所以細(xì)胞成骨，骨愈合。淺談骨折生物力學(xué)38經(jīng)過加壓固定的骨折獲得堅強固定，在生理活動情況下所有應(yīng)力由鋼如固定不牢靠，骨折端在外力下出現(xiàn)活動，如形變在10%，則形成軟骨，軟骨連接。淺談骨折生物力學(xué)39如固定不牢靠，骨折端在外力下出現(xiàn)活動，如形變在10%，則形成如不固定或僅簡單外固定，骨折端在外力下出現(xiàn)活動，如形變在100%，則

12、形成纖維，不愈合。淺談骨折生物力學(xué)40如不固定或僅簡單外固定，骨折端在外力下出現(xiàn)活動，如形變在10骨折或損傷后局部會聚集許多干細(xì)胞以修復(fù)損傷。淺談骨折生物力學(xué)41骨折或損傷后局部會聚集許多干細(xì)胞以修復(fù)損傷。淺談骨折生物力學(xué)干細(xì)胞能否形成骨細(xì)胞取決于骨折位置的力學(xué)環(huán)境。淺談骨折生物力學(xué)42干細(xì)胞能否形成骨細(xì)胞取決于骨折位置的力學(xué)環(huán)境。淺談骨折生物力肉芽組織和纖維組織比骨和軟骨更能耐受變形。超過2%的形變后骨組織不能形成，超過10%軟骨不可形成，但肉芽組織和纖維組織還能形成。淺談骨折生物力學(xué)43肉芽組織和纖維組織比骨和軟骨更能耐受變形。淺談骨折生物力學(xué)4這些都是微觀下的淺談骨折生物力學(xué)44這些都是

13、微觀下的淺談骨折生物力學(xué)44臨床見到：粉碎骨折打石膏比橫斷骨折打石膏容易長。所以：越是粉碎骨折對固定的穩(wěn)定性要求越低，越是簡單的骨折對穩(wěn)定性要求越高。粉碎性骨折可耐受更大的變形。淺談骨折生物力學(xué)45臨床見到：粉碎骨折打石膏比橫斷骨折打石膏容易長。淺談骨折生物10%左右可形成骨痂淺談骨折生物力學(xué)4610%左右可形成骨痂淺談骨折生物力學(xué)46骨折端吸收的機理：增加（干）細(xì)胞量分擔(dān)形變，科雷氏骨折復(fù)位后骨折線消失，兩周后拍片又見骨折線而且有所增寬，之后又慢慢消失。當(dāng)間隙增寬時，對個別細(xì)胞的拉力相對減低。骨折端的吸收由活動引起，間隙變大，減少骨折端間隙間的應(yīng)變。淺談骨折生物力學(xué)47骨折端吸收的機理：增加

14、（干）細(xì)胞量分擔(dān)形變，淺談骨折生物力學(xué)在活體上用應(yīng)變梯度試驗驗證Perren理論：在不同的應(yīng)變下骨痂的產(chǎn)生量不同。不同的擺動頻率也可改變骨痂的產(chǎn)生量。淺談骨折生物力學(xué)48在活體上用應(yīng)變梯度試驗驗證Perren理論：在不同的應(yīng)變下骨根據(jù)這一理論，局部骨折塊之間的應(yīng)變和骨痂組織的力學(xué)特性之間的平衡決定了一期和二期愈合的過程。淺談骨折生物力學(xué)49根據(jù)這一理論，局部骨折塊之間的應(yīng)變和骨痂組織的力學(xué)特性之間的4.張力帶固定張力來自：彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，肌力。骨折固定于張力側(cè)-使骨保持原有序列和對抗張力。張力帶用于：髕骨，尺骨鷹咀，大粗隆，內(nèi)外踝。張力帶和張力帶板。淺談骨折生物力學(xué)504.張力帶固定張力來自：彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，肌力。淺談骨折生5.鋼板固定骨折愈合后盡快去除內(nèi)固定。牢固內(nèi)固定有利早期愈合，晚期不利用塑形。牢固內(nèi)固定使板源骨質(zhì)減少，去除內(nèi)固定后再骨折。（骨折?。╀摪逯脧埩γ?，骨折受到通過骨折面上肌力的壓縮。骨折間有空隙用兩塊鋼板固定。淺談骨折生物力學(xué)515.鋼板固定骨折愈合后盡快去除內(nèi)固定。淺談骨折生物力學(xué)51淺談骨折生物力學(xué)52