生物力學(xué)-第五章-軟組織力學(xué)課件

按力學(xué)性質(zhì)分：一、分類：第五章軟組織力學(xué)第一節(jié)軟組織的基本生物力學(xué)特性主動軟組織：不僅能被動承載，而且能主動做功。被動軟組織：只能被動承載。肌肉皮膚、肌腱、韌帶、血管、軟骨柔軟易變形的組織機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束主動軟組織、被動軟組織按力學(xué)性質(zhì)分：一、分類：第五章軟組織力學(xué)第一節(jié)軟組織1二、特性（一）柔軟易變形（三）有預(yù)拉伸應(yīng)力（二）具有不同程度的抗拉強(qiáng)度（四）應(yīng)力、應(yīng)變非線性機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束二、特性（一）柔軟易變形（三）有預(yù)拉伸應(yīng)力（二）具有不同2應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系曲線OO,正常生理工作段0,F強(qiáng)度儲備段特點是小應(yīng)力大變形（正常生理狀態(tài)的需要）特點是沒有屈服段、展性強(qiáng)（大應(yīng)力不破壞的保證）OO,ABCDEF機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系曲線OO,正常生理工作段0,F強(qiáng)度儲備段特點是3（五）粘彈性（六）趨近性機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束

（應(yīng)力松弛蠕變滯后）

（每次加、卸載循環(huán)下應(yīng)力應(yīng)變曲線都不重合）從力學(xué)觀點看：軟組織在靜息狀態(tài)是一種非均勻、各向異性不可壓縮的粘彈性材料。（且它的特性隨溫度和環(huán)境狀態(tài)而改變）在保持伸長時表現(xiàn)出應(yīng)力松弛，而在保持應(yīng)力時產(chǎn)生蠕變。在循環(huán)加載卸載時要消耗能量，具有滯后環(huán)。（五）粘彈性（六）趨近性機(jī)動目錄上頁下4三、研究方向（前沿）

1.實驗：

3.超微結(jié)構(gòu)與組織化學(xué)：

2.本構(gòu)方程：①由軟組織組成的整體器官軟組織力學(xué)性質(zhì)的數(shù)學(xué)描述②離體軟組織取樣③在體軟組織性能綜合量①組織內(nèi)物質(zhì)傳輸和能量傳輸②組織內(nèi)生長與吸收①各種成分的幾何結(jié)構(gòu)及相互作用②各種化學(xué)成分的圖像分析機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束三、研究方向（前沿）1.實驗：3.超微結(jié)構(gòu)與組織化學(xué)：5

肌肉（骨骼?。┦侨梭w運(yùn)動系統(tǒng)重要的組成部分，是人體運(yùn)動的動力來源?？梢哉f肌肉在生物力學(xué)研究中是最具吸引力、最有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。肌肉的力學(xué)性質(zhì)十分復(fù)雜，它跟組成肌肉各種成份的力學(xué)特性有關(guān)，迄今為止人們?nèi)匀辉诓粩嗟难芯亢吞剿髦?。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束第二節(jié)肌肉的力學(xué)性質(zhì)肌肉（骨骼?。┦侨梭w運(yùn)動系統(tǒng)重要的組6（一）特點：一、肌肉的基本知識：（二）分類：（三）組成：肌纖維：肌內(nèi)膜、細(xì)胞核、肌漿、肌原纖維骨骼肌、心肌、平滑肌構(gòu)造要素和收縮機(jī)理大致相同結(jié)構(gòu)、功能和力學(xué)性質(zhì)不同肌原纖維：特殊的收縮蛋白（肌動蛋白、肌漿球蛋白）柔軟易變形機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（一）特點：一、肌肉的基本知識：（二）分類：（三）組成：肌纖7（四）能量：（五）理化性質(zhì)：三磷酸腺苷（ATP)：其他儲存能量的物質(zhì)：磷酸肌酸①消耗化學(xué)能產(chǎn)生機(jī)械能②機(jī)械功率等于收縮力乘以收縮速度是肌漿中的線粒體在收縮活動中生成的機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（四）能量：（五）理化性質(zhì)：三磷酸腺苷（ATP)：其他儲存能8（六）主動張力：肌肉既具有一般軟組織的力學(xué)性質(zhì)又有其獨(dú)具特點——主動收縮產(chǎn)生張力。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（六）主動張力：肌肉既具有一般軟組織的力學(xué)性質(zhì)又有其機(jī)動9被動張力：松弛狀態(tài)下（不受刺激），肌肉沒有收縮時的張力。激活狀態(tài)下即肌肉受到刺激（不是負(fù)載），由于主動收縮產(chǎn)生的張力。主動張力：名詞解釋機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束松弛狀態(tài)：肌肉未受到神經(jīng)脈沖、電、化學(xué)等刺激時。激活狀態(tài)：肌肉受到神經(jīng)脈沖、電、化學(xué)等刺激時。被動張力：松弛狀態(tài)下（不受刺激），肌肉沒激活狀態(tài)下即肌肉受到10主動張力是怎樣產(chǎn)生的呢？①骨骼肌：在神經(jīng)、電、化學(xué)刺激下產(chǎn)生主動收縮。②心?。涸诟]房結(jié)發(fā)出的電信號下產(chǎn)生主動收縮。③平滑?。嚎梢宰园l(fā)的產(chǎn)生主動收縮。不受自主神經(jīng)控制。人體除心臟外內(nèi)臟器均由平滑肌組成，如腸、肝、脾、腎。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束主動張力是怎樣產(chǎn)生的呢？①骨骼?。孩谛募。孩燮交。簷C(jī)11（七）結(jié)構(gòu)：1、鏡下觀察：骨骼肌橫紋肌心肌平滑肌橫紋肌2、線粒體與毛細(xì)管的多少：線粒體少—磷酸肌酸多毛細(xì)管少—可以暫時性缺氧線粒體多（大量）—磷酸肌酸少毛細(xì)管多（每根都有）—不可以暫時性缺氧（不可須臾不足）不屬于橫紋肌鏡下見不到明暗相間的條紋機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（七）結(jié)構(gòu)：1、鏡下觀察：骨骼肌橫紋肌心肌平滑肌橫紋肌2、線12機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束13機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束14生物力學(xué)-第五章-軟組織力學(xué)課件15生物力學(xué)-第五章-軟組織力學(xué)課件16機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束173、細(xì)胞大?。?、肌纖維有序度：骨骼肌心肌平滑肌大中小肌纖維排列有序度高——平直規(guī)則肌纖維排列有序度中——不彎曲纏繞肌纖維排列有序度低——彎曲纏繞呈螺旋機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束3、細(xì)胞大?。?、肌纖維有序度：骨骼肌心肌平滑肌大中小肌纖維18（八）功能：（運(yùn)動的支配）運(yùn)動受——自主神經(jīng)控制收縮可不必同步5、肌纖維節(jié)：肌節(jié)明顯——工作范圍大2~3.5收縮速度快骨骼肌心肌平滑肌肌節(jié)不夠明顯——工作范圍小2~2.6收縮速度次無肌節(jié)——收縮速度慢運(yùn)動不受——任何神經(jīng)控制收縮和松弛必同步運(yùn)動不受——自主神經(jīng)控制可自發(fā)的、節(jié)律性的收縮機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（八）功能：（運(yùn)動的支配）運(yùn)動受——5、肌纖維節(jié)：肌節(jié)明顯—19豚鼠帶狀結(jié)腸?。ㄆ交。樵嚇佑^測其自發(fā)收縮的過程。值得注意的是：不同長度的帶狀結(jié)腸肌其波形和張力大小都是不同的。豚鼠帶狀結(jié)腸?。ㄆ交。樵嚇佑^測其自發(fā)收縮的過程。值得注意20對帶狀結(jié)腸?。ㄆ交?進(jìn)行應(yīng)力松弛實驗時，也會出現(xiàn)自發(fā)收縮的現(xiàn)象。對帶狀結(jié)腸?。ㄆ交?進(jìn)行應(yīng)力松弛實驗時，也會出現(xiàn)自發(fā)收縮的21（九）力學(xué)性質(zhì)：1、狀態(tài)：允許攣縮——研究是在強(qiáng)直狀態(tài)下進(jìn)行的刺激頻率越高，產(chǎn)生的張力越大。當(dāng)頻率足夠高（高于100HZ）時，張力達(dá)到最大值，且不隨時間變化。這種狀態(tài)稱攣縮或強(qiáng)直狀態(tài)。

骨骼肌心肌平滑肌不允許攣縮——因心肌收縮張弛節(jié)律性很強(qiáng)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（九）力學(xué)性質(zhì)：1、狀態(tài)：允許攣縮——刺激頻率越高，產(chǎn)生的張22神經(jīng)脈沖、電脈沖或化學(xué)刺激下，肌肉收縮產(chǎn)生張力，每次激發(fā)可持續(xù)數(shù)十至數(shù)百毫秒。收縮力不隨時間和頻率變化——攣縮機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束神經(jīng)脈沖、電脈沖或化學(xué)刺激下，肌肉收縮產(chǎn)生張力，每次激發(fā)可持232、近似：在松弛狀態(tài)下應(yīng)力很小可以忽略不計。骨骼肌心肌平滑肌在松弛狀態(tài)下應(yīng)力很小但不可以忽略不計。松弛狀態(tài)下的應(yīng)力是心臟功能至關(guān)重要的因素。因心博量取決于舒張末期的容積，舒張末期的容積又取決于舒張狀態(tài)時心肌的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、近似：在松弛狀態(tài)下骨骼肌心肌平滑肌在松弛狀態(tài)下松弛狀態(tài)下24（十）實驗：1、樣品：骨骼肌心肌平滑肌縫匠肌——蛙的乳突肌——貓兔等小動物的光衍射鏡要得到明暗相間的衍射條紋肌肉樣品必須很薄。分離的心室的乳突肌沒有很強(qiáng)的起搏能力所以能在無刺激狀態(tài)下進(jìn)行實驗。肌纖維較細(xì)可以通過擴(kuò)散維持活性24~48小時。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束擴(kuò)散液：95%02,5%CO2混合氣體的Krebs-Ringer溶液（十）實驗：1、樣品：骨骼肌心肌平滑肌縫匠肌——乳突肌——光252、條件：骨骼肌心肌平滑肌可強(qiáng)直狀態(tài)可松弛狀態(tài)可離體實驗可離體或在體實驗（取決于動物的大小）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、條件：骨骼肌心肌平滑肌可強(qiáng)直狀態(tài)可松弛狀態(tài)可離體實驗可離26說明：除心臟外人體內(nèi)臟器官均有平滑肌組成①不同器官平滑肌的組織結(jié)構(gòu)、功能、力學(xué)性質(zhì)有顯著差異，很難用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)刻畫它。②種類多其機(jī)械性能復(fù)雜③細(xì)胞小…平滑肌的研究比骨骼肌、心肌的研究復(fù)雜的多機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束說明：除心臟外人體內(nèi)臟器官均有平滑肌組成①不同器官平滑肌的組27（一）基本結(jié)構(gòu)：二、骨骼肌的結(jié)構(gòu)和收縮機(jī)理肌纖維→肌束→肌肉機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨骼肌由平行排列的許多肌束組成，肌束中包含著許多平行排列的肌纖維。肌纖維是構(gòu)成肌肉的基本單位（是細(xì)胞）。肌原纖維肌纖維小肌束大肌束肌肉肌群（一）基本結(jié)構(gòu)：二、骨骼肌的結(jié)構(gòu)和收縮機(jī)理肌纖維→肌束→肌肉281、肌纖維構(gòu)成：肌內(nèi)膜：細(xì)胞核：肌漿：肌原纖維：外膜和內(nèi)膜肌核多個，位于肌膜下；活動期生成ATP肌質(zhì)中含大量與細(xì)胞長軸平行的成束排列的肌原纖維——蛋白質(zhì)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束它本身是個細(xì)胞，有膜、核、質(zhì)、肌原纖維。骨骼肌細(xì)胞的LM結(jié)構(gòu)：骨骼肌細(xì)胞的形態(tài)——長圓柱形心肌細(xì)胞的形態(tài)——分支短桿狀平滑肌細(xì)胞的形態(tài)——梭形肌原纖維是肌細(xì)胞特有的重要組成部分，它是肌肉細(xì)胞的收縮單位。

1、肌纖維構(gòu)成：肌內(nèi)膜：細(xì)胞核：肌漿：肌原纖維：外膜和內(nèi)膜肌29骨骼肌細(xì)胞骨骼肌細(xì)胞30生物力學(xué)-第五章-軟組織力學(xué)課件31機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束32心肌細(xì)胞的LM結(jié)構(gòu)：胞核1～2個，位于心肌纖維中央；有閏盤；也可見橫紋心肌細(xì)胞的LM結(jié)構(gòu)：33平滑肌細(xì)胞的LM結(jié)構(gòu)：胞核一個，位于中央；核周圍有模糊的縱紋；無橫紋（無明暗相間的條紋）平滑肌細(xì)胞的LM結(jié)構(gòu)：34肌原纖維肌膜橫小管，又稱T小管可將肌膜的興奮迅速同步地傳導(dǎo)至肌纖維內(nèi)部肌質(zhì)網(wǎng)是肌纖維內(nèi)高度發(fā)達(dá)的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，形成縱小管，又稱L小管；終池；三聯(lián)體功能：濃縮、儲存、釋放Ca2+

骨骼肌細(xì)胞的EM結(jié)構(gòu)：肌原纖維骨骼肌細(xì)胞的EM結(jié)構(gòu)：35機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束心肌細(xì)胞的EM結(jié)構(gòu)：終池扁小；形成二聯(lián)體；T小管位于Z線水平；閏盤的橫位有中間連接和橋粒；縱位有縫隙連接機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束心肌36群：A帶——帶中有兩種肌絲；與肌球蛋白絲同長；H帶——帶中無肌動蛋白絲；M線、盤——H中連接相鄰肌球蛋白絲。I帶——只是肌動蛋白絲；Z線、盤——I中連接肌動蛋白絲。（相鄰兩Z線之間稱肌節(jié)）收縮時長度不變收縮時長度變化收縮時長度變化明暗相間的橫紋，橫紋排列呈周期性。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、肌原纖維構(gòu)造：群：A帶——帶中有兩種肌絲；H帶——帶中無肌動蛋白絲；M線、37肌原纖維結(jié)構(gòu)：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束肌原纖維結(jié)構(gòu)：機(jī)動目錄上頁下頁返回38肌絲（肌原纖維）的分子結(jié)構(gòu)粗肌絲：由許多肌球蛋白分子或稱肌凝蛋白分子按特定規(guī)律排列而成肌球蛋白分子，其頭部有一膨大部--橫橋：①能與細(xì)肌絲上的結(jié)合位點發(fā)生可逆性結(jié)合；②具有ATP酶的作用，與結(jié)合位點結(jié)合后,分解ATP提供橫橋扭動(肌絲滑行)和作功的能量。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束肌絲（肌原纖維）的分子結(jié)構(gòu)粗肌絲：肌球蛋白分子，其頭部有一膨39粗肌絲：

由肌球蛋白（肌凝蛋白）組成機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束粗肌絲：由肌球蛋白（肌凝40肌球蛋白（肌漿球蛋白）結(jié)構(gòu)

由肌凝蛋白組成每一根粗肌絲上有許多細(xì)小的橋樣突起，稱橫橋，在粗肌絲上作螺旋狀成對排列。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束肌球蛋白（肌漿球蛋白）結(jié)構(gòu)41肌動（纖)蛋白分子細(xì)肌絲：原肌球蛋白分子

肌鈣（原）蛋白分子肌動蛋白：表面有與橫橋結(jié)合的位點，靜息時被原肌球蛋白掩蓋；原肌球蛋白：靜息時掩蓋橫橋結(jié)合位點；肌鈣蛋白：與Ca2+結(jié)合變構(gòu)后,使原肌球蛋白位移，暴露出結(jié)合位點。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束肌動（纖)蛋白分子肌鈣（原）蛋白分子42細(xì)肌絲：由肌纖蛋白、原肌凝蛋白、肌鈣蛋白質(zhì)組成機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束細(xì)肌絲：由肌纖蛋白、原肌凝蛋白、肌鈣蛋白質(zhì)組成機(jī)動目43肌原纖維機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束肌原纖維機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)44機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束45肌絲的分子組成機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束肌絲的分子組成機(jī)動目錄上頁下頁返回46單個：細(xì)肌絲——粗肌絲——分子頭成對出現(xiàn)平行排列橫向保持一定距離相互對插一根粗肌絲被六根細(xì)肌絲包圍（一根細(xì)肌絲被三根粗肌絲包圍）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束單個：細(xì)肌絲——粗肌絲——分子頭成對出現(xiàn)平行排列機(jī)動目47機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束48（二）收縮機(jī)理：1、觀察儀器：2、觀察試樣：光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡光衍射儀小青蛙的縫匠肌3、橫橋?qū)W說（肌絲滑行學(xué)說）：肌纖維收縮并不是肌纖維中肌絲本身的縮短或卷曲，而是細(xì)肌絲在粗肌絲之間滑行的結(jié)果。肌絲滑行使肌節(jié)長度縮短，肌原纖維縮短表現(xiàn)為肌纖維收縮。

機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（二）收縮機(jī)理：1、觀察儀器：2、觀察試樣：光學(xué)顯微鏡49肌纖維處于靜息狀態(tài)時——肌動蛋白單體上能與肌球蛋白頭部相結(jié)合的位點被遮蓋，橫橋無法與位點結(jié)合。即肌球蛋白分子的頭部貼近肌動蛋白纖維上，但沒有接觸。

機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束肌纖維處于靜息狀態(tài)時——機(jī)動目錄上頁下頁50當(dāng)肌纖維興奮時——引起肌鈣蛋白構(gòu)型發(fā)生改變，牽拉原肌球蛋白移位，將肌動蛋白上與橫橋結(jié)合的位點暴露出來，引發(fā)橫橋與肌動蛋白結(jié)合。肌球蛋白的頭部具有ATP酶活性。當(dāng)頭部與細(xì)肌絲的肌動蛋白接觸時，ATP酶被激活，分解ATP并釋放能量，使橫橋屈動，使肌絲產(chǎn)生相對滑動。即肌球蛋白分子的頭部突起，橫橋粘接于肌動蛋白纖維上，產(chǎn)生張力，橫橋使兩肌絲發(fā)生相對滑動，收縮做功。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束當(dāng)肌纖維興奮時——機(jī)動目錄上頁下頁返51機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束松弛時：頭部匍匐受刺激：頭部凸起機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束松弛52注：①收縮過程中，肌微絲、分子頭、周圍組織都會有彈性。②收縮如同拉拽繩索的動作一樣。③能量可由ATP供給。（當(dāng)ATP缺乏時…）當(dāng)肌纖維舒張時——引起肌鈣蛋白構(gòu)型復(fù)原，牽拉原肌球蛋白又回歸原位，將肌動蛋白上與橫橋結(jié)合的位點掩蓋起來，橫橋停止扭動，與肌動蛋白脫離，細(xì)肌絲滑出，肌節(jié)恢復(fù)原長度。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束注：①收縮過程中，肌微絲、分子頭、周圍組織都會有彈性。②收縮53Hill方程：可描述骨骼肌的力學(xué)性質(zhì)。三、希爾方程與心肌、平滑肌相比，對骨骼肌研究的比較深入。Hill方程：可描述骨骼肌的功能狀態(tài)。上世紀(jì)30年代,Hill的經(jīng)典性的工作,奠定了骨骼肌力學(xué)的基礎(chǔ).

Hill方程是肌肉力學(xué)中最有名的方程，是骨骼肌的力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束Hill方程：可描述骨骼肌的力學(xué)性質(zhì)。三、希爾方程與心肌、平54（一）試樣：青蛙的縫匠?。ǘ┟枋觯汗趋兰≡趶?qiáng)直狀態(tài)下快速釋放時張力T收縮速度V之間的關(guān)系。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（一）試樣：青蛙的縫匠?。ǘ┟枋觯汗趋兰≡趶?qiáng)直狀態(tài)下快速釋55（三）方程：兩端夾緊,保持固定長度為L0；然后將肌肉的一端松開,使其張力降為T在強(qiáng)直狀態(tài)下快速釋放，釋放后，立即測得T和V,T和V之間的經(jīng)驗公式就是Hill方程機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束Hill不僅測定T與V的關(guān)系,還測定了肌肉縮短時產(chǎn)生的熱量,以及維持?jǐn)伩s狀態(tài)所需的熱量.L小于L0,T小于T0則肌肉纖維以速度v縮短.

以足夠高的頻率和電壓加電刺激,使攣縮產(chǎn)生張力為T0；（三）方程：兩端夾緊,保持固定長度為L0；然后將肌肉的一端松56實驗繪圖理論推得它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中a、b、T0是獨(dú)立的常數(shù)，都是肌肉的初始長度、環(huán)境溫度和成分、鈣離子的濃度以及藥品等因素的函數(shù)。強(qiáng)直狀態(tài)下的蛙縫匠肌快速釋放實驗中測得的機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束實驗繪圖理論推得它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中a、b、T0是獨(dú)立的常57攣縮狀態(tài)的蛙縫匠肌快速釋放實驗中測得的收縮時T,v數(shù)據(jù)與Hill方程相比較（引自實驗室）攣縮狀態(tài)的蛙縫匠肌快速釋放實驗中測得的收縮時T,v數(shù)58Hill方程的理論推導(dǎo)：（T、V、T0的關(guān)系）據(jù)能量守恒定律有E=QA+QS+P肌纖維單位時間內(nèi)釋放的能量E；┉保持的熱量QA;┉收縮的熱量QS;┉所做的功P設(shè)：Hill測定：E-QA=b(T0-T)Hill假定：QS=aV功率：P=TV機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束Hill方程的理論推導(dǎo)：（T、V、T0的關(guān)系）據(jù)能量守恒定律59Hill方程也可以寫成如下形式：式中V0是T=0是速度的最大值。且V0是bT0/a機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束Hill方程也可以寫成如下形式：式中V0是T=0是速度的最大60（四）方程的使用條件：骨骼肌強(qiáng)直狀態(tài)快速釋放方程不能描述：肌肉未受刺激，沒有主動收縮的狀態(tài)單收縮狀態(tài)緩慢釋放機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（四）方程的使用條件：骨骼肌強(qiáng)直狀態(tài)快速釋放方程不能描述：肌61（一）模型的建立：四、三元素模型三元素的串并聯(lián)組成機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（一）模型的建立：四、三元素模型三元素的串并聯(lián)組成機(jī)動621、收縮元——骨骼肌的三元素模型表示在激活狀態(tài)下肌肉的力學(xué)性質(zhì)。（二）各元素的特性：在靜息狀態(tài)下肌張力為零，但受刺激后可收縮。能反映粗肌絲和細(xì)肌絲相對運(yùn)動形成的張力，即主動張力部分。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束代表可以相對滑動的肌漿球蛋白和肌動蛋白纖維絲,其張力與它們之間的橫橋數(shù)目有關(guān).松弛狀態(tài)下,張力為零；1、收縮元——骨骼肌的三元素模型表示在激活狀態(tài)下?。ǘ└髟?32、串聯(lián)彈性元——表示兩種肌絲、橫橋、Z盤以及結(jié)蹄組織本身固有的彈性?？稍O(shè)它是完全彈性體；機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨骼肌的三元素模型3、并聯(lián)彈性元——表示松弛（靜息）狀態(tài)下肌肉的力學(xué)性質(zhì)，即被動張力部分。2、串聯(lián)彈性元——表示兩種肌絲、橫橋、Z盤以機(jī)動目錄64松弛態(tài)下肌肉力學(xué)性質(zhì)兩種肌絲、橫橋、Z盤的彈性激活態(tài)下肌肉力學(xué)性質(zhì)歸納：松弛態(tài)下兩種肌絲、激活態(tài)下歸納：65（三）意義：（五）改進(jìn)：描述了Hill方程不能描述的狀態(tài)表明了活的肌肉由三個元素組成（四）使用條件：主動張力、被動張力可以分開，彼此獨(dú)立。即收縮狀態(tài)不影響松弛狀態(tài)。松弛狀態(tài)下應(yīng)力很小，可以忽略?？梢杂腥亍⒍?、一元素模型。（三）意義：（五）改進(jìn)：描述了Hill方程不能描述的狀態(tài)表明66Hill模型的發(fā)展?fàn)顩r幾十年來的實踐表明,對于骨骼肌的性質(zhì)來說：Hill方程和模型仍然是一種良好的近似.到目前為止,這也是唯一可操作的模型.當(dāng)務(wù)之急不在于新的、更完善的理論的探索和更完備的本構(gòu)關(guān)系的尋求,而在于肌肉（肌群）力的在體無創(chuàng)監(jiān)測方法的研究,這無論對于骨和關(guān)節(jié)的受力分析、骨折的治療的方法選擇和參數(shù)優(yōu)化,以及運(yùn)動生物力學(xué)等都有重大的實用意義.在這方面,Hill模型理論有可能發(fā)揮它的獨(dú)特的作用.Hill模型的發(fā)展?fàn)顩r幾十年來的實踐表明,對于骨骼肌的性質(zhì)67（六）希爾模型應(yīng)用于心肌為了確定心肌Hill三元素模型中各個元素的參數(shù)，做了大量實驗，實驗結(jié)果表明：①肌張力是肌纖維長度的函數(shù)。與心臟搏動周期有關(guān)②心肌的力-速度不能用Hill方程表示,因此Hill三元素模型就十分復(fù)雜,目前尚無有效方法能唯一確定這些元素的性質(zhì)。（六）希爾模型應(yīng)用于心肌為了確定心肌Hill三元素模型中各個681、元素的取舍：可以有三元素、二元素模型。

人們期望將骨胳肌的Hill方程和模型用于心肌。但經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，在心肌收縮情況下，當(dāng)其纖維很短，以至松弛狀態(tài)應(yīng)力可以忽略不計時，Hill模型可用于心肌。這時由串聯(lián)彈性元素和收縮元素所組成的二元素模型有效。

如果心肌纖維比較長，以至松弛張力必須考慮時，應(yīng)采用Hill三元素模型。1、元素的取舍：可以有三元素、二元素模型。人們期望69*2、引用活化因子：*2、引用活化因子：70*未受刺激時心肌力學(xué)性質(zhì)心肌瞬時張力和伸長比有下列關(guān)系對心肌一定的應(yīng)變率進(jìn)行循環(huán)加載和卸載時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線穩(wěn)定顯示滯后環(huán)dTe/dλ=α(Te+β)*未受刺激時心肌力學(xué)性質(zhì)心肌瞬時張力和伸長比有下列關(guān)系dT71*平滑肌的被動張力和主動張力1．被動張力不可忽略骨骼肌在未激活狀態(tài)下的被動張力比激活狀態(tài)下產(chǎn)生的主動張力小得多，通常可以忽略不計；心肌的被動張力雖然不可忽略，但通常比主動張力小；平滑肌的被動張力可等于或大于主動張力，這是平滑肌異于骨骼肌和心肌的另一特點。（七）希爾模型應(yīng)用于平滑肌*平滑肌的被動張力和主動張力1．被動張力不可忽略（七）希爾722.被動張力對主動張力的依賴關(guān)系

對于骨胳肌，它的主動收縮機(jī)制并不影響它的特性，其主動張力和被動張力是獨(dú)立的、可分的，在Hill模型中用收縮元和并聯(lián)彈性元表示。2.被動張力對主動張力的依賴關(guān)系對于骨胳肌，它的73

對于平滑肌，要設(shè)法消除其自發(fā)活性，研究其松弛態(tài)下的被動張力。采用三種方法：1.溫度降到-20度以下。2.消除自由鈣。3.加腎上腺素。

實驗結(jié)果表明：平滑肌松弛態(tài)力學(xué)性質(zhì)依賴于其激活態(tài)，因此將它的張力分為主動張力和被動張力是不行的。對于平滑肌，要設(shè)法消除其自發(fā)活性，研究其松弛態(tài)下的被動74五、張力—長度的關(guān)系肌纖維被牽拉或縮短時張力的變化，主要?dú)w因于肌節(jié)結(jié)構(gòu)的變化。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束五、張力—長度的關(guān)系肌纖維被牽拉或縮短時張力的變化，機(jī)動75機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束用肌纖維的微觀構(gòu)造來解釋機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束用肌76當(dāng)肌節(jié)處于松弛狀態(tài)，（靜息長度）肌節(jié)長度2.0—2.25微米時，肌絲間充分重疊，橫橋數(shù)量最多，能產(chǎn)生最大的張力。張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束當(dāng)肌節(jié)處于松弛狀態(tài)，張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄上77肌節(jié)長度3.5微米時，肌絲間幾乎沒有重疊，所以不能產(chǎn)生主動張力。張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束如果肌肉被拉長超過了靜息長度，張力也逐漸下降。（因為此時肌節(jié)被拉長，肌絲間的搭接少相結(jié)合的橫橋數(shù)目變少，張力會降低。)只剩下被動張力了。肌節(jié)長度3.5微米時，張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄78肌節(jié)長度1.65—2.0微米時，肌絲重疊干擾了橫橋張力開始慢慢下降。張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束如果肌纖維的長度縮短，張力開始慢慢下降。肌節(jié)長度1.65—2.0張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄79肌節(jié)長度小于1.65微米時，粗肌絲滑到了Z線，橫橋數(shù)目減少，張力大幅度降低。張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束隨著肌纖維的長度過短，張力在慢慢下降后迅速降低。因為肌絲過度重疊干擾了橫橋的形成。肌節(jié)長度小于1.65微張力與肌節(jié)長度關(guān)系機(jī)動目錄80張力張力81六、張力—時間的關(guān)系肌肉產(chǎn)生的張力與收縮的時間成正比。收縮的時間越長產(chǎn)生的張力越大，直到達(dá)最大張力。六、張力—時間的關(guān)系肌肉產(chǎn)生的張力與收縮的時間成正比。82七、收縮功能—結(jié)構(gòu)的關(guān)系肌肉由收縮成分即肌節(jié)組成，肌節(jié)能產(chǎn)生主動張力，收縮成分的排列方式顯著影響了肌肉的收縮功能。越多肌節(jié)呈串聯(lián)排列，肌原纖維越長；越多肌節(jié)呈并聯(lián)排列，肌原纖維橫截面積就越大；肌肉能產(chǎn)生的張力與肌原纖維的橫截面積大小成正比。如股四頭肌。肌肉收縮速度與范圍與肌原纖維的長度成正比。如縫匠肌。七、收縮功能—結(jié)構(gòu)的關(guān)系越多肌節(jié)呈串聯(lián)排列，肌原纖維越長；83八、收縮功能—ATP的關(guān)系（疲勞的影響）肌肉收縮和舒張都依賴于ATP的生成。如果肌肉有足夠的氧和營養(yǎng)供給分解產(chǎn)生ATP，肌肉就能維持長時間的連續(xù)低頻率收縮。該收縮頻率必須低至使肌肉收縮過程中ATP分解與合成的速率相等。八、收縮功能—ATP的關(guān)系84如果刺激頻率過快，超出了ATP代償速率，肌肉的收縮反映逐漸減弱最后為零。

在持續(xù)的刺激下肌肉的張力降低的現(xiàn)象稱為肌疲勞。如果刺激頻率過快，超出了ATP代償速率，肌肉的收縮反映逐漸減85*九、負(fù)荷-速度關(guān)系

肌肉向心縮短或離心收縮延長的速度與恒定的負(fù)荷之間存在一定的關(guān)系。向心縮短離心收縮等長收縮肌肉縮短，產(chǎn)生關(guān)節(jié)運(yùn)動肌肉伸長，關(guān)節(jié)運(yùn)動減慢肌肉不變，保持一定姿勢*九、負(fù)荷-速度關(guān)系向心縮短離心收縮等長收縮肌肉縮短，肌肉伸86肌肉向心收縮時縮短的速度與所受外界負(fù)荷成反比關(guān)系。肌肉向心收縮時縮短的速度與所受外界負(fù)荷成反比關(guān)系。87當(dāng)外界負(fù)荷為零時，肌肉縮短的速度最快：隨著負(fù)荷逐漸增加，肌肉縮短的越來越慢；當(dāng)負(fù)荷與肌肉產(chǎn)生的最大張力相等時，肌肉縮短的速度為零，肌肉做等長收縮；如果負(fù)荷繼續(xù)增加，肌肉做離心收縮，負(fù)荷越大肌肉伸長越快。當(dāng)外界負(fù)荷為零時，肌肉縮短的速度最快：隨著負(fù)荷逐漸增加，肌肉88意義：第三節(jié)血管的力學(xué)性質(zhì)血管是循環(huán)系統(tǒng)中的主要部分之一，是血液流動的基礎(chǔ)。與研究心血管疾病有直接關(guān)系。血管壁的性質(zhì)與研究病理機(jī)制、診斷、治療密切相關(guān)。因此，對血管的研究成為現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)的一項重大課題之一。血管壁的知識能研制和評價人造血管、人造器官。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束意義：第三節(jié)血管的力學(xué)性質(zhì)血管是循環(huán)系統(tǒng)中的主要部分之一89方法：在體實驗：如測血管內(nèi)壓及外徑的變化但實驗條件無法準(zhǔn)確的控制，則測量精度低，重復(fù)性差。活體取下，立即浸于與活體環(huán)境、溫度、PH值相當(dāng)?shù)牡葷B液中。離體實驗：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束方法：在體實驗：如測血管內(nèi)壓及外徑的變化但實驗條件無法準(zhǔn)確的90（一）成分：一、血管的主要成分與構(gòu)造（二）成分含量：（因血管而異）主動脈——其他動脈——靜脈（大動脈、分支動脈、小動脈）內(nèi)皮、彈性纖維、膠原纖維、平滑肌彈性纖維/膠原纖維逐漸減少（2/1,1/2,1/3)平滑肌的含量逐漸升高機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（一）成分：一、血管的主要成分與構(gòu)造（二）成分含量：（因血91（三）構(gòu)造：（內(nèi)、中、外三層）內(nèi)層：內(nèi)皮細(xì)胞、基質(zhì)膜和一層由纖細(xì)的膠原纖維、彈性纖維、平滑肌細(xì)胞等組成的松散聚集物外層：松散的結(jié)締組織中層：肌肉性組織若干同心的具有粘彈性的薄殼層含彈性纖維、膠原纖維、平滑肌層數(shù)隨壁厚的增加而增加厚度比一定機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（三）構(gòu)造：（內(nèi)、中、外三層）內(nèi)層：內(nèi)皮細(xì)胞、基質(zhì)膜和一層92血管壁空間構(gòu)型梗概圖彈性纖維---構(gòu)成有縱向裂隙的網(wǎng)絡(luò)膠原纖維---構(gòu)成折疊、屈曲、皺縮交織的網(wǎng)絡(luò)平滑肌---構(gòu)成螺旋形排列的網(wǎng)絡(luò)，螺距漸短機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束血管壁空間構(gòu)型梗概圖彈性纖維---膠原纖維---平滑肌---93*血管的結(jié)構(gòu)與其生理功能密切相關(guān)例如，接近心臟的大動脈中所含彈性纖維的比例較大，從而具有較大的彈性。心臟收縮時管徑擴(kuò)張，舒張時管徑回縮，使血液能在血管中持續(xù)較均勻的流動。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束*血管的結(jié)構(gòu)與其生理功能密切相關(guān)例如，機(jī)動目錄94例如，中動脈中平滑肌較發(fā)達(dá)，從而管壁收縮性較強(qiáng)。管徑可明顯縮小和擴(kuò)大，從而調(diào)節(jié)分配到機(jī)體各部分和各器官的供血量。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如，機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束95例如，小動脈和微動脈中平滑肌更發(fā)達(dá)，從而管壁收縮性更強(qiáng)。管徑更明顯縮小和擴(kuò)大，從而顯著調(diào)節(jié)進(jìn)入器官和組織的供血量。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如，機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束96血管壁的力學(xué)性質(zhì)主要取決于中層而中層又取決于彈性纖維、膠原纖維、平滑肌的性質(zhì)、含量及空間構(gòu)型。（四）力學(xué)性質(zhì)：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（四）力學(xué)性質(zhì)：機(jī)動目錄上頁下頁返回971、彈性纖維：無論是滯后環(huán)還是應(yīng)力松弛均甚微，近乎于完全彈性體。應(yīng)力應(yīng)變近乎于呈線性關(guān)系，滿足胡克定律，楊氏模量較低，約為E=0.3MPa。加熱很難變性與不易被固化是彈性纖維的兩個重要的生物力學(xué)特性。

機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、彈性纖維：無論是滯后環(huán)還是應(yīng)力松弛均甚微，近乎于完全彈性982、膠原纖維：有中等的滯后環(huán)和應(yīng)力松弛。對較小的拉伸率有高的應(yīng)力響應(yīng)，即比彈性纖維堅硬得多，楊氏模量為E=100MPa。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、膠原纖維：有中等的滯后環(huán)和應(yīng)力松弛。對較小的拉伸率有高的993、平滑?。阂子谧冃危瑴蟓h(huán)很大，應(yīng)力幾乎完全松弛。對較大的變形有較低的應(yīng)力響應(yīng)，即楊氏模量與彈性纖維接近。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束3、平滑?。阂子谧冃?，滯后環(huán)很大，應(yīng)力幾乎完全對較大的變形有100滯后環(huán)圖

非血管組織的滯后環(huán)類型（項背韌帶肌腱腸）橫坐標(biāo)表示拉伸率，縱坐標(biāo)表示應(yīng)力。項背韌帶加熱到76°C——彈性纖維肌腱——膠原纖維腸——平滑肌機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束滯后環(huán)圖非血管組織的滯后環(huán)類型項背韌帶加熱101應(yīng)力松弛圖非血管組織的應(yīng)力松弛類型（項背韌帶肌腱腸）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束應(yīng)力松弛圖非血管組織的應(yīng)力松弛類型機(jī)動目錄上頁102蠕變圖說明：三種成分的蠕變現(xiàn)象都是有限的。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束蠕變圖說明：三種成分的蠕變現(xiàn)象都是有限的。機(jī)動目錄1031、滯后環(huán)：二、血管的力學(xué)性質(zhì)2、應(yīng)力松弛：3、蠕變：（一）粘彈性：例如，從升主動脈至股動脈其應(yīng)力松弛現(xiàn)象逐漸增大；例如，周向比縱向其應(yīng)力松弛現(xiàn)象更為明顯。會因血管的不同而略有差異血管壁是粘彈性體。實驗得知，血管試樣會發(fā)生蠕變、應(yīng)力松馳和滯后現(xiàn)象。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如，從升主動脈至股動脈其滯后環(huán)逐漸增大；模量逐漸高1、滯后環(huán)：二、血管的力學(xué)性質(zhì)2、應(yīng)力松弛：3、蠕變：（一）104動脈的順應(yīng)性：（二）順應(yīng)性：(可擴(kuò)張度）為表征動脈管內(nèi)壓力與其管腔容積之間的關(guān)系引入動脈的順應(yīng)性作為指標(biāo)。順應(yīng)性越大——同一壓力變化所引起的管腔容積的變化量也越大。因此，血壓越高順應(yīng)性越小。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束動脈的順應(yīng)性：（二）順應(yīng)性：(可擴(kuò)張度）為表征動脈管內(nèi)壓力105動脈的順應(yīng)性已作為一個反應(yīng)血管硬化程度的指標(biāo)而在臨床上得到廣泛應(yīng)用?？捎枚喾N方法測量動脈血管的順應(yīng)性，例如用脈沖測定順應(yīng)性。（略）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束動脈的順應(yīng)性已作為一個反應(yīng)血管硬化可用多種方法測量動脈血管的1061、周向張力與軸向張力：（三）血管壁內(nèi)的張力周向張力圖大?。簡挝还荛L上的作用力方向：與圓周的切向一致單位：牛頓/米（1）周向張力：TC大?。簡挝恢荛L上的作用力方向：平行于管軸單位：牛頓/米（2）軸向張力：TL軸向張力圖機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、周向張力與軸向張力：（三）血管壁內(nèi)的張力周向張力圖大?。?072.彈性張力與主動張力：TE彈性張力——是彈性應(yīng)變的函數(shù)；活、死血管都存在。TA主動張力——與彈性應(yīng)變無關(guān)；是平滑肌收縮產(chǎn)生的張力；活血管才存在。注：同樣可以分解成周向和軸向張力。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束2.彈性張力與主動張力：TE彈性張力——是彈性應(yīng)變的函數(shù)；T1083.周向張力與壓強(qiáng)、半徑的關(guān)系：對象：選一薄層的上半部分設(shè)：長度L內(nèi)半徑r1外半徑r2厚度h=r2-r1厚度比d=h/r2內(nèi)壓P1外壓P2假定：變形時血管仍為圓筒形狀。（1）公式：Oka-Azuma公式：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束3.周向張力與壓強(qiáng)、半徑的關(guān)系：對象：選一薄層的上半部分設(shè)：109（2）適用條件：①管壁材料——均質(zhì)或非均質(zhì)各向異性或各向同性服從或不服從胡克定律大變形或小變形有或無主動張力都適用②血管的狀態(tài)——平衡狀態(tài)③血壓的取值——一個周期內(nèi)的平均值機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（2）適用條件：①管壁材料——均質(zhì)或非均質(zhì)②血管的狀態(tài)110（3）變形公式：（4）討論：①管壁無限薄時：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（3）變形公式：（4）討論：①管壁無限薄時：機(jī)動目錄111說明：此時管壁受的是周向壓力不是周向張力實際管壁厚度和周向力差值不可能是零②內(nèi)壓等于外壓時：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束說明：此時管壁受的是周向壓力不是周向張力實際管壁厚度和周向力112③內(nèi)壓不等于外壓時：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束③內(nèi)壓不等于外壓時：機(jī)動目錄上頁下頁113例如，研究血管的彈性恢復(fù)壓（或周向張力）與管徑的關(guān)系機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如，機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束114說明：當(dāng)血管半徑一定時，管壁的彈性恢復(fù)壓強(qiáng)與管壁的厚度、半徑的增量成正比由彈性模量、管壁厚度、平均半徑、半徑的增量，可計算周向張力和彈性恢復(fù)壓強(qiáng)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束周向彈性模量隨年齡的增長而增大（彈性纖維變性膠原纖維增多管壁增厚）說明：當(dāng)血管半徑一定時，管壁的彈性恢復(fù)壓強(qiáng)與管壁的厚度、半徑115計算比較：正常生理狀態(tài)下——周向張力多都是負(fù)值（受壓狀態(tài)）高血壓狀態(tài)下——周向張力多都是正值（受拉狀態(tài)）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束長期處于高拉應(yīng)力狀態(tài)：管壁內(nèi)皮增生——動脈硬化或動脈狹窄管壁變形膨脹——通透性指數(shù)上升（血漿中脂蛋白在管壁沉積硬化）計算比較：機(jī)動目錄上頁下頁返回116三、復(fù)雜性管壁血管（或營養(yǎng)血管）：管徑在1mm以上的（很小的血管除外）血管中外膜和中膜需管壁血管供養(yǎng)，內(nèi)膜營養(yǎng)由血液直接滲透供應(yīng)血管中專門營養(yǎng)血管壁的血管組織例如：動脈依賴性小，靜脈依賴性大，一旦營養(yǎng)供應(yīng)中斷，很快壞死。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束三、復(fù)雜性管壁血管（或營養(yǎng)血管）：管徑在1mm以上的（很小的117關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)機(jī)動目錄上頁下頁返118涉及到關(guān)節(jié)（補(bǔ)充）人體的關(guān)節(jié)分為無關(guān)節(jié)腔型纖維狀關(guān)節(jié)（不動關(guān)節(jié)）軟骨質(zhì)關(guān)節(jié)（微動關(guān)節(jié)）有關(guān)節(jié)腔型滑膜關(guān)節(jié)（可動關(guān)節(jié)）其中，僅滑膜關(guān)節(jié)亦稱為動關(guān)節(jié)，允許較大幅度的活動。在關(guān)節(jié)骨末端覆蓋了一層結(jié)締組織，稱為關(guān)節(jié)軟骨。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束涉及到關(guān)節(jié)（補(bǔ)充）人體的關(guān)節(jié)分為機(jī)動目錄上頁119第四節(jié)關(guān)節(jié)軟骨的力學(xué)特性一、關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)、成分及功能二、關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)性質(zhì)內(nèi)容：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束三、關(guān)節(jié)軟骨變性的生物力學(xué)特性第四節(jié)關(guān)節(jié)軟骨的力學(xué)特性一、關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)、成分及功能二120關(guān)節(jié)軟骨——是組成活動關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面的有粘彈性的負(fù)重組織。是人體里唯一不會發(fā)生癌變的組織關(guān)節(jié)軟骨血供營養(yǎng)代謝機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束關(guān)節(jié)軟骨——是人體里唯一不會發(fā)生癌變的組織關(guān)節(jié)軟骨血供121關(guān)節(jié)軟骨：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束是由一種特殊的叫做致密結(jié)締組織的膠原纖維構(gòu)成的基本框架，這種框架呈半環(huán)形，類似拱形球門，其底端緊緊附著在下面的骨質(zhì)上，上端朝向關(guān)節(jié)面。這種結(jié)構(gòu)使關(guān)節(jié)軟骨緊緊與骨結(jié)合起來而不會掉下來，同時當(dāng)受到壓力時候，還可以有少許的變形，起到緩沖壓力的作用。在這些纖維之間，填充蛋白多糖聚合體；散在分布著軟骨細(xì)胞，這些軟骨細(xì)胞維持關(guān)節(jié)軟骨的正常代謝；多孔內(nèi)充盈水等。關(guān)節(jié)軟骨：機(jī)動目錄上頁下頁返回122胚胎早起——骨大部分都是軟骨，后來多半發(fā)育為骨。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束到成年期——軟骨僅存于骨關(guān)節(jié)、胸骨、喉管、氣管、支氣管、鼻、耳及其顱骨等。胚胎早起——骨大部分都是軟骨，機(jī)動目錄上頁123血供：從生理學(xué)的角度上看，關(guān)節(jié)軟骨實際上是一種孤立的組織，沒有神經(jīng)支配，也沒有血管，沒有單獨(dú)的血液和淋巴供應(yīng)。它主要依賴軟骨下骨組織提供軟骨下部近1/3的血供，其余依賴滑膜周圍毛細(xì)血管的滲入。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束血供：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束124營養(yǎng)代謝：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束其營養(yǎng)成分必須從關(guān)節(jié)液中取得，而其代謝廢物也必須排至關(guān)節(jié)液中。關(guān)節(jié)軟骨的這種營養(yǎng)代謝必須通過關(guān)節(jié)運(yùn)動，使關(guān)節(jié)軟骨不斷的受到壓力刺激才行。所以關(guān)節(jié)運(yùn)動對于維持關(guān)節(jié)軟骨的正常結(jié)構(gòu)起重要的作用。營養(yǎng)代謝：機(jī)動目錄上頁下頁返回125（一）關(guān)節(jié)軟骨的功能承受力學(xué)負(fù)荷；減小骨與骨之間的接觸應(yīng)力；潤滑作用，減小關(guān)節(jié)面作相對運(yùn)動時的摩擦力和磨損。利用自身變形吸收一部分沖擊能量；一、關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)、成分及功能機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束維持本身的幾何形狀；（一）關(guān)節(jié)軟骨的功能承受力學(xué)負(fù)荷；減小骨與骨之間的接觸應(yīng)力；126概括其主要功能是：①分散壓力；關(guān)節(jié)軟骨受壓時提供較大的接觸面以降低其上的壓力。也可緩沖運(yùn)動時產(chǎn)生的震動。②降低磨損：關(guān)節(jié)軟骨表面光滑，能減少相鄰兩骨的摩擦，降低磨損。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束衰減應(yīng)力和吸收振動減少摩擦和降低磨損概括其主要功能是：①分散壓力；②降低磨損：機(jī)動目錄127（二）關(guān)節(jié)軟骨的組成軟骨由軟骨細(xì)胞、基質(zhì)和纖維組成。軟骨細(xì)胞鑲嵌在基質(zhì)中軟骨基質(zhì)主要是由蛋白多糖聚合體、水、礦物質(zhì)和II型膠原纖維組成,有確定的纖維組織（膠原、彈性)排列，埋于基質(zhì)中。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（二）關(guān)節(jié)軟骨的組成軟骨由軟骨細(xì)胞、基質(zhì)和纖維組成。機(jī)動128概括關(guān)節(jié)軟骨的主要組成成分

膠原蛋白蛋白多糖軟骨細(xì)胞水分

顯微鏡下的關(guān)節(jié)軟骨機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束概括關(guān)節(jié)軟骨的主要組成成分膠原蛋129軟骨中的膠原蛋白軟骨中膠原含量占軟骨組織凈重的10—30%；軟骨中Ⅱ型膠原比骨、韌帶和肌腱內(nèi)的I型膠原更細(xì)，使其能在軟骨內(nèi)分布最大化，且分布不均勻。這種膠原網(wǎng)和多水的糖蛋白一起，共同抵抗關(guān)節(jié)的應(yīng)力和應(yīng)變。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束膠原蛋白是體內(nèi)含量最豐富的蛋白。高度結(jié)構(gòu)性的組織，可形成最佳的力學(xué)性能。軟骨中的膠原蛋白軟骨中膠原含量占軟骨組織凈重的10—30%；130*膠原纖維形態(tài)I型膠原II型膠原機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束*膠原纖維形態(tài)I型膠原II型膠原機(jī)動目錄上頁131*彈性纖維形態(tài)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束*彈性纖維形態(tài)機(jī)動目錄上頁下頁返回132*軟骨中膠原的分區(qū)排列淺表層區(qū)占總厚度的10—20%，呈細(xì)而致密緊排的纖維，不規(guī)則交織于與關(guān)節(jié)面平行的面上；中間層占總厚度的40—60%，排列紊亂，纖維之間距離較大，分布不均；深區(qū)約占總厚度的30%，纖維密集排列形成輻射狀纖維束，穿越關(guān)節(jié)軟骨與其下的鈣化軟骨之間，形成一個交鎖的“根”系統(tǒng)，使軟骨能扎根在下面骨結(jié)構(gòu)內(nèi)。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束*軟骨中膠原的分區(qū)排列淺表層區(qū)占總厚度的10—20%，中間133機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束在軟骨淺表區(qū)纖維排列方向大致與表面平行，張應(yīng)力強(qiáng)度和剛度大在軟骨最深層膠原纖維具有垂直排列的傾向，有將基質(zhì)固定于軟骨下骨的功能。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束在軟134蛋白多糖是一種蛋白多糖大分子,由核心蛋白附著了一個或多個粘多糖蛋白（硫酸角質(zhì)素與硫酸軟骨素）組成。糖蛋白有一特殊部分與膠原密切相連，并把膠原纖維結(jié)合到一起。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束軟骨中的蛋白多糖蛋白多糖是一種蛋白多糖大分子,由核心機(jī)動目錄上頁135軟骨組織內(nèi)蛋白多糖為凈重的3—10%，為大分子蛋白多肽單體或聚集體，核心蛋白附著著氨基多糖。比較集中于中間層；常見的氨基多糖包括透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸角質(zhì)素和肝素等；這種蛋白多糖聚集體可使蛋白多糖在膠原網(wǎng)內(nèi)得到穩(wěn)定并可增加細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)硬度。關(guān)節(jié)軟骨的抗壓縮能力與軟骨基質(zhì)中蛋白多糖的數(shù)量成正比。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束軟骨組織內(nèi)蛋白多糖為凈重的3—10%，為大分子蛋白多肽單體或136*氨基多糖基質(zhì)組成基質(zhì)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束*氨基多糖基質(zhì)組成基質(zhì)機(jī)動目錄上頁下頁137

軟骨細(xì)胞及其分區(qū)形態(tài)在中間區(qū)內(nèi)，軟骨細(xì)胞呈圓形，分散雜亂；軟骨囊關(guān)節(jié)軟骨中軟骨細(xì)胞約占組織容積的10%；軟骨細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)的成分，包括Ⅱ型膠原纖維和蛋白多糖；分區(qū)形態(tài)在淺表區(qū)內(nèi)，軟骨細(xì)胞呈長圓形，長軸與關(guān)節(jié)面平行；在深區(qū)內(nèi)，軟骨細(xì)胞呈柱狀排列。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束 軟骨細(xì)胞及其分區(qū)形態(tài)在中間區(qū)內(nèi)，軟骨細(xì)胞呈圓形，分散雜亂；138關(guān)節(jié)軟骨層結(jié)構(gòu)的簡要圖解機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束關(guān)節(jié)軟骨層結(jié)構(gòu)的簡要圖解機(jī)動目錄上頁下頁139軟骨中的水水在關(guān)節(jié)內(nèi)分布不均。近關(guān)節(jié)面最多（約80%），越近深區(qū)水越少，到深區(qū)為65%；約有30%的水與膠原纖維、蛋白多糖密切相關(guān)并占據(jù)分子內(nèi)間隙。軟骨組織受到負(fù)荷時約70%的水流動，這種流動對軟骨力學(xué)行為的控制和關(guān)節(jié)的潤滑有重要意義。水分占正常關(guān)節(jié)軟骨總重量的65％—80％，位于微小的孔中，水分可以因壓力梯度或基質(zhì)的擠壓在多孔滲透性的固體基質(zhì)中流動。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束軟骨中的水水在關(guān)節(jié)內(nèi)分布不均。近關(guān)節(jié)面最多（約80%），約有140說明：軟骨和骨骼在材料成分上的差別在于它不含無機(jī)鹽成分，所以它很柔軟，易變形，

機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束說明：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束141（三）關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)被描述成一種充滿液體的、多孔的、可滲透的、非常柔軟的組織.(類似包含水的海綿)機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束模型:在應(yīng)力作用下，液體可在組織中流進(jìn)流出。當(dāng)軟骨組織膨脹時液體流入組織當(dāng)軟骨組織收縮時液體流出組織（三）關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)被描述成一種充滿液體的、多孔的、可滲透的142因此，當(dāng)把關(guān)節(jié)軟骨看作一種由液相與固相組成的材料時，才能充分理解其生物力學(xué)特性。這是關(guān)節(jié)軟骨的水合軟組織的雙相變形性質(zhì)。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束因此，當(dāng)把關(guān)節(jié)軟骨看作一種由液相與固相組成的材料時，才能充分143*關(guān)節(jié)軟骨的物理結(jié)構(gòu)Ⅱ型膠原纖維、蛋白多糖單體、透明質(zhì)酸纖維及其他成分之間相互作用形成多孔的組合性纖維網(wǎng)，使基質(zhì)具有固體所具有的力學(xué)性質(zhì)，能抵抗關(guān)節(jié)的應(yīng)力與應(yīng)變；使水可以儲存和流動。關(guān)節(jié)軟骨也是各向異性的雙相（液體相和固體相）復(fù)合材料。使負(fù)荷方向不同，材料性能各異。這與膠原纖維排列方向、交聯(lián)密度及膠原與蛋白多糖的相互作用方式有關(guān)；呈現(xiàn)出彈性特性可以防止受到各種機(jī)械沖擊，有預(yù)應(yīng)力可產(chǎn)生固有的穩(wěn)定性。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束*關(guān)節(jié)軟骨的物理結(jié)構(gòu)Ⅱ型膠原纖維、蛋白多糖單體、透明質(zhì)酸纖維144關(guān)節(jié)軟骨中膠原原纖維和蛋白多糖屬于關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)主要成分，這些結(jié)構(gòu)成分和水一起，決定了軟骨的生物力學(xué)行為；軟骨的這種結(jié)構(gòu)還有利于液體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生流動，使無血管的軟骨組織內(nèi)氣體、營養(yǎng)和廢物產(chǎn)生擴(kuò)散，使軟骨細(xì)胞與周圍營養(yǎng)豐富的滑液之間進(jìn)行物資交換。說明：（膠原纖維蛋白多糖水）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束關(guān)節(jié)軟骨中膠原原纖維和蛋白多糖屬于關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)主要成分，這些結(jié)145（四）關(guān)節(jié)軟骨的分類彈性軟骨:存在于耳垂、聽覺管道和喉、會厭部。其構(gòu)造與透明軟骨相似，只是間質(zhì)內(nèi)含有大量的彈性纖維，互相交織成網(wǎng)，有很大的彈性。彈性軟骨新鮮時呈黃色。纖維軟骨:存在于恥骨聯(lián)合、關(guān)節(jié)的半月板、椎間盤中。其特點是基質(zhì)很少，其中含有大量的膠原纖維束，平行或交叉排列。透明軟骨:存在骨的關(guān)節(jié)表面、肋、鼻、呼吸道壁。新鮮時呈半透明狀，較脆，易折斷。透明軟骨間質(zhì)中的纖維為膠原原纖維，含量較少，基質(zhì)較豐富。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（四）關(guān)節(jié)軟骨的分類彈性軟骨:纖維軟骨:透明軟骨:機(jī)動146二、關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)性質(zhì)（一）承載特性它和許多軟組織材料在力學(xué)性質(zhì)上也有所區(qū)別。它不僅能承受拉伸載荷，而且在—定積度上還能承受壓縮、彎曲和剪切載荷。一船說來軟骨能在自重下大體上維持住本身的幾何形狀。

機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束二、關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)性質(zhì)（一）承載特性它和許多軟組織材料在147（二）滲透性表征液體流經(jīng)泡沫材料的通過性能。定義：用液體流過多孔物質(zhì)的固體基質(zhì)時的摩擦阻力來衡量。滲透性越差，承載時液體流動阻力越大。健康關(guān)節(jié)軟骨的滲透性是很小的。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（二）滲透性表征液體流經(jīng)泡沫材料的通過性能。定義：用液體流過148關(guān)節(jié)軟骨是多孔性泡沫材料，孔間互相連通。機(jī)理：軟骨基質(zhì)中的膠原和糖蛋白的嗜水性很強(qiáng)。水分較多，負(fù)重時水分受壓流出。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束隨著壓力和變形的增加，關(guān)節(jié)軟骨變形，滲透性大大降低。因此，關(guān)節(jié)軟骨具有一個機(jī)械反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，阻止組織間液完全流出。關(guān)節(jié)軟骨是多孔性泡沫材料，孔間互相連通。機(jī)理：軟骨基質(zhì)中的膠149它與液體流經(jīng)材料時所受到的流動阻力成反比。影響因素：它與組織水分成正比。它與蛋白多糖的含量成負(fù)相關(guān)。*骨關(guān)節(jié)炎——軟骨組織的滲透性較之正常組織要高。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束它與液體流經(jīng)材料時所受到的流動阻力影響因素：它與組織水分成正150二、對軟骨施壓：當(dāng)施加局部壓力增加時，引起液體從軟骨組織內(nèi)滲出。反之進(jìn)入液體通過關(guān)節(jié)軟骨有兩種主要的力學(xué)方式：一、應(yīng)用壓力梯度：當(dāng)軟骨組織外面的壓力大于里面時，可使液體進(jìn)入軟骨基質(zhì)。反之滲出說明：對于正常的關(guān)節(jié)軟骨下述兩種機(jī)制同時存在。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束二、對軟骨施壓：一、應(yīng)用壓力梯度：說明：機(jī)動目錄151（三）非線性—拉張?zhí)匦裕坝绊懸蛩兀┱＼浌菑埩π阅堋饕Q于膠原纖維的多少和纖維的排列。外加張力的方向與膠原的排列取向密切相關(guān)。無張力時，纖維定向不規(guī)則；有張力時，纖維取向按張力方向排列；外加張力強(qiáng)度與膠原數(shù)量成正比；隨關(guān)節(jié)面下的深度增加而減少。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（三）非線性—拉張?zhí)匦裕坝绊懸蛩兀┱＼浌菑埩π阅堋饧?52例如，關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)行性降解，導(dǎo)致原纖維形成輕度骨關(guān)節(jié)炎，表現(xiàn)為軟骨基質(zhì)在拉張性能方面的進(jìn)行性衰竭.機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如，機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束153（四）粘彈性軟骨中蛋白多糖和膠原——對承受負(fù)荷起重要作用。軟骨中基質(zhì)內(nèi)液體的流動——對應(yīng)力的反應(yīng)速度起作用。軟骨中膠原和蛋白多糖嗜水性強(qiáng)，其變形特征除了與吸水量有關(guān)還和承受外力的速度密切相關(guān)。擠壓越快，水分越難流出，反之越易流出。因此軟骨處于恒定負(fù)荷或者恒定變形時，其反應(yīng)具有時間依賴性。即軟骨具有粘彈性特征，機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（四）粘彈性軟骨中蛋白多糖和膠原——對承受負(fù)荷起重要作用。因1541、蠕變特征施加恒定應(yīng)力在軟骨面上，在初期階段，由于基質(zhì)內(nèi)液體滲出較快，早期應(yīng)變增加快；當(dāng)流動減慢直到停止時，應(yīng)變改變降低直到恒定。組織液中液體被擠出所致

無滲出液

平衡應(yīng)變 大量滲出液機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、蠕變特征施加恒定應(yīng)力在軟骨面上，機(jī)動目錄上頁155蠕變平衡時所需時間與組織厚度的平方呈正比。人和牛關(guān)節(jié)軟骨較厚：2—4mm，需4—16小時達(dá)到平衡；家兔關(guān)節(jié)軟骨厚度小于1.0mm，約需1小時達(dá)到平衡。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束蠕變平衡時所需時間與組織厚度的平機(jī)動目錄上頁1562、應(yīng)力松弛保持恒定應(yīng)變，應(yīng)力隨時間下降直至平衡應(yīng)力。軟骨從A擠壓至B點后保持恒定應(yīng)變，液體滲出并在B點達(dá)到應(yīng)力最大值，B點后發(fā)生應(yīng)力松弛，直至平衡應(yīng)力。組織液中液體被擠出所致機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、應(yīng)力松弛軟骨從A擠壓至B點后保持恒定應(yīng)變，液體滲機(jī)動157機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束1583、滯后環(huán)（明顯略）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束3、滯后環(huán)（明顯略）機(jī)動目錄上頁下頁159（五）趨近性周期性加載卸載拉伸預(yù)調(diào)實驗約10次循環(huán)應(yīng)力時間曲線趨于穩(wěn)定機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（五）趨近性周期性加載卸載拉伸預(yù)調(diào)實驗機(jī)動目錄上160（六）潤滑作用關(guān)節(jié)軟骨面之間形成的潤滑液膜，在運(yùn)動和負(fù)重時，可減少關(guān)節(jié)面之間的摩擦。

原因：潤滑作用主要借助于關(guān)節(jié)滑液的存在。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束非凡的潤滑性能界面潤滑：壓滲潤滑：

（六）潤滑作用關(guān)節(jié)軟骨面之間形成的潤滑液膜，在運(yùn)動原因：機(jī)動161關(guān)節(jié)摩擦實驗：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束關(guān)節(jié)摩擦實驗：機(jī)動目錄上頁下頁返回162Malcom(1976)實驗：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束Malcom(1976)實驗：機(jī)動目錄上頁163圖：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束圖：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束164摩擦系數(shù)：——比油對金屬的潤滑低2個數(shù)量級，——比最好的人工材料低許多倍。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束金屬表面0.5——2金屬表面用油0.3——0.5金屬表面用聚四氟乙烯0.05——0,1摩擦系數(shù)：機(jī)動目錄上頁下頁返回165作業(yè)：為什么關(guān)節(jié)在潤滑方面有如此高的效率呢？當(dāng)前有幾種說法1、液體傳輸?shù)挠绊戃浌浅袎簳r液體將被擠出而摩擦系數(shù)增加2、液體潤滑層的影響滑膜液進(jìn)入關(guān)節(jié)滑動表面之間產(chǎn)生潤滑作用透明質(zhì)酸溶液的流變特性對潤滑有好的影響3、關(guān)節(jié)軟骨的影響軟骨在載荷的作用下產(chǎn)生適度的變形有種潤滑分子物質(zhì)與軟骨層起作用機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束作業(yè)：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束166（七）磨損作用若兩個承載面接觸，因相互粘連或研磨而產(chǎn)生界面磨損。若兩個承載面接觸，因結(jié)合力超過其下面的材料所能承受的力，就會引起承載面變形，發(fā)生疲勞性磨損。磨損：是通過機(jī)械作用去除固體表面的物質(zhì)。

機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（七）磨損作用若兩個承載面接觸，因相互粘連或研磨而產(chǎn)生界面磨167作用：一旦出現(xiàn)軟骨面質(zhì)量損耗或超微結(jié)構(gòu)損害軟骨的表面層即變軟，滲透性增加。在這種情況下，液體流動的阻力減少，使液膜中的液體通過軟骨而泄漏。這種液體喪失增加了不光滑軟骨面緊密接觸的可能性，從而進(jìn)一步加劇研磨過程。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束作用：機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束168三、軟骨變性的生物力學(xué)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)和再生能力有限。（一）定義軟骨變性——如果關(guān)節(jié)應(yīng)力和對抗該應(yīng)力的組織性能失調(diào)會發(fā)生骨基質(zhì)改變，進(jìn)而使軟骨細(xì)胞退化死亡。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束三、軟骨變性的生物力學(xué)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)和再生能力有限。機(jī)動169（二）病因、病機(jī)外來過度負(fù)重：高接觸壓力會減少液膜潤滑的可能性。整個應(yīng)力太大或區(qū)域應(yīng)力集中或二者兼有內(nèi)在軟骨缺陷：關(guān)節(jié)總載荷頻率和數(shù)量的增加，可以解釋為什么某些職業(yè)的人員關(guān)節(jié)變性的發(fā)生率高。固體表面凹凸不平點的接觸，可引起顯微應(yīng)力點的集中，使這些關(guān)節(jié)面材料發(fā)生磨損。單次重傷或多次輕傷使軟骨損害或由于炎性疾患、代謝疾病、軟骨失去支撐缺乏血液供給使軟骨病變機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束（二）病因、病機(jī)外來過度負(fù)重：高接觸壓力會減少液膜潤滑的可能170原發(fā)性病損——關(guān)節(jié)軟骨退行性改變繼發(fā)性結(jié)果——關(guān)節(jié)緣和骨裸露區(qū)的骨質(zhì)增生軟骨基質(zhì)受累（液體缺失、聚集體變性、膠原纖維及蛋白多糖缺乏抗變形能力）軟骨細(xì)胞受累（細(xì)胞核腫脹、細(xì)胞致密而死亡）（少數(shù)軟骨細(xì)胞有增生）機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束原發(fā)性病損——關(guān)節(jié)軟骨退行性改變機(jī)動目錄上頁171影響因素包括：應(yīng)力幅度、頻率、膠原-蛋白多糖分子結(jié)構(gòu)及基質(zhì)內(nèi)在力學(xué)性能的變化。衰竭最重要的初期表現(xiàn)是膠原網(wǎng)的松動，蛋白多糖膨脹。造成軟骨硬度的衰減和軟骨滲透性增加。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束影響因素包括：衰竭最重要的初期表現(xiàn)是膠原網(wǎng)的松動，蛋白機(jī)動172關(guān)節(jié)軟骨承受的應(yīng)力幅度取決于：負(fù)荷的大小和分散關(guān)節(jié)軟骨的接觸面積。接觸區(qū)內(nèi)任何應(yīng)力集中成為軟骨退化的主要原因。關(guān)節(jié)軟骨上的過大應(yīng)力集中原因是由于：關(guān)節(jié)面不平整，導(dǎo)致接觸區(qū)變小而使軟骨衰竭。主要原因—應(yīng)力幅度機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束關(guān)節(jié)軟骨承受的應(yīng)力幅度取決于：關(guān)節(jié)軟骨上的過大應(yīng)力集中原因是173（三）臨床表現(xiàn)原纖維變性——干澀、暗淡、黃色、纖絲狀、軟化、粗糙、縱向裂隙機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束軟骨碎片脫落——磨損、變薄、水平裂隙、脫落骨質(zhì)裸露——應(yīng)力和摩擦力最大部位全層破壞骨質(zhì)增生（牙質(zhì)變）——應(yīng)力小形成骨贅應(yīng)力大纖維骨折后期——關(guān)節(jié)面不能完善密合致關(guān)節(jié)活動受限碎片刺激滑膜和囊致滑膜炎關(guān)節(jié)囊攣縮和纖維化致關(guān)節(jié)強(qiáng)直（三）臨床表現(xiàn)原纖維變性——機(jī)動目錄上頁下174臨床上關(guān)節(jié)軟骨退化病職業(yè)性關(guān)節(jié)退化：例如足球運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)、芭蕾舞演員的踝關(guān)節(jié)。是高負(fù)荷高頻率應(yīng)力刺激所致。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束臨床上關(guān)節(jié)軟骨退化病職業(yè)性關(guān)節(jié)退化：機(jī)動目錄上頁175病理性關(guān)節(jié)退化：例如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、血友病的關(guān)節(jié)間隙出血、各種膠原代謝紊亂和蛋白溶酶的降解。是膠原-蛋白多糖基質(zhì)內(nèi)在分子和結(jié)構(gòu)破壞所致。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束病理性關(guān)節(jié)退化：機(jī)動目錄上頁下頁返回176機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束177機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束178介紹骨關(guān)節(jié)炎機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束179骨關(guān)節(jié)炎病因?qū)W任何能引起軟骨細(xì)胞微小環(huán)境改變的因素均能導(dǎo)致繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎的產(chǎn)生: 先天性關(guān)節(jié)畸形； 遺傳學(xué)缺陷；感染性,代謝性,內(nèi)分泌性和神經(jīng)病性疾??；改變關(guān)節(jié)軟骨正常結(jié)構(gòu)與功能的各種疾病(如痛風(fēng),軟骨鈣質(zhì)沉著)；對透明軟骨及周圍組織的創(chuàng)傷(包括骨折；一個或一組關(guān)節(jié)長期過勞,例如某些鑄造,采煤,駕駛汽車等職業(yè))。機(jī)動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨關(guān)節(jié)炎病因?qū)W任何能引起軟骨細(xì)胞微小環(huán)境改變的因素均能導(dǎo)致繼180骨關(guān)節(jié)炎生物力學(xué)因素疲勞性磨損：反復(fù)受力作用，不僅產(chǎn)生膠原纖維斷裂，而且也損耗了軟骨表面的蛋白多糖。骨畸形可增大軟骨所承受的這種反復(fù)作用的應(yīng)力。應(yīng)力集中：由于關(guān)節(jié)骨折、脫位、髖臼發(fā)育異常、骨骺滑脫和疾病引起結(jié)構(gòu)異常，因支持負(fù)荷的面積減少而導(dǎo)致接觸壓力增大。骨壞死造成骨質(zhì)塌陷，導(dǎo)致出現(xiàn)致病性高負(fù)荷應(yīng)力。張應(yīng)力破壞：關(guān)節(jié)畸形（例如膝外翻或