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1、第二章 运动系统的生物力学特性教学目标教学目标1 1、了解、了解运动系统的生物力学特性运动系统的生物力学特性2 2、掌握、掌握骨组织的生物力学性质骨组织的生物力学性质第一第一章章 运动中的生物力学问题运动中的生物力学问题l力(force)是一种作用，它能改变受力物体的静止或运动状态。它无处不在，没有力就没有世界，例如太阳的引力，地球的重力，水的浮力和压力等等。对力进行广泛综合研究的学科称为力学(mechanics)。l当力作用于人体和其他生物体上并加以研究的学科，则称之为生物力学在康复治疗中常以运动治疗作为主要方法。l决定其有效性的主要因素是骨骼系统对力的耐受性及其活动性，也即肌肉收缩所产生的
2、力，驱动骨骼围绕关节进行活动，并通过活动达到增强肌力，改善关节活动状况，提高心、肺代谢等功能，促进神经功能恢复等效果。因此，正确认识运动器官各部分的力学特性及其与运动之间的相互关系极为重要，而运用运动疗法对躯体进行功能训练，则更需要生物力学理论为指导。作用于人体的力l人体经常受外力和内力这两大类力的影响：l1外力是指外界环境作用于人体的力。(重力、支撑反作用力、摩擦力、流体作用力等)各种外力经常被用来作为运动训练的负荷，这种负荷要求肢体运动的方向和力量与之适应，从而选择投入工作的肌群及其收缩强度，这是肌力训练的方法学基础。2内力 是指人体内部各组织器官间相互作用的力，(1)肌肉收缩时产生的力(
3、2)各组织器官间的被动阻力 (3)各内脏器官的摩擦力(4)内脏器官和固定装置间的阻力(5)血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力各种内力总是相互适应，以维持最佳活动，例如为克服重力对血液流动的影响，有时需要肌肉收缩来帮助血流循环。骨组织的生物力学l骨骼系统的作用是保护内脏器官并为肌肉提供坚强的动力联系和附着点，以利于肌肉收缩和身体运动。骨具有实现该目的所需的力学性能。除此之外，骨具有自我修复的能力，并能根据力学的需要改变其性能和外形。l在持久运动后其承受最大应力的骨骼可以产生相应的改变，可见到骨皮质增厚，骨密度增加，甚至可以见到骨粗隆增大；而在肢体废用后则可以见到相反的改变。在骨折愈合的过程中
4、和进行某些手术后，可发现骨形状的改变。这些都说明骨对其承受的力具有一定的适应能力。骨的力学性质l强度和刚度是骨的重要力学性质l强度是材料承受负荷时抵抗破坏的能力，用极限应力表示。l刚度是材料在受载时抵抗变形的能力。l经典假想图载荷载荷l人体在日常生活和体育运动中时刻受人体在日常生活和体育运动中时刻受到外力的作用，包括载荷和约束力，到外力的作用，包括载荷和约束力，载荷就是人体所受外力的一种。载荷就是人体所受外力的一种。l载荷可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、载荷可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷扭转和复合载荷（下图）（下图）。载荷的几种形式骨承受不同载荷的能力骨承受不同载荷的能力肌肉活
5、动对骨应力的影响肌肉活动对骨应力的影响应力-应变l当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变（外力）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力把分布内力在一点的集度称为应力（内部抵抗力）l应变与变形l重心和重量l应力骨折 疲劳骨折应力性骨折病因探究l又称疲劳性骨折或积累性劳损，是一种过度使用造成的骨骼损伤，当肌肉过度使用疲劳后，不能及时吸收反复碰撞所产生的震动，将应力传导至骨骼，这样长期、反复、轻微的直接或间接损伤可引起特定部位小的骨裂或骨折。多发生于身体承重部位，如小腿胫腓骨和足部(跟骨、足舟骨、跖骨)。易患人群为足部承重较多的运动
6、员，如篮球、足球、网球运动员，以及田径、体操运动员和芭蕾舞演员及军人的超负荷大强度训练应力性骨折病因探究l应力性骨折是骨的机械强度崩溃所产生的骨折，产生崩溃的因素有：1、持续、长期或反复的应力作用于受力的骨 2、骨本身的强度。常见于足部的应力骨折是第二跖骨、跟骨、距骨、腓骨、舟状骨存在解剖学缺陷。小儿以跟骨为多见，距、腓骨则在成人与小儿均可产生。第二跖骨则以运动员，新兵训练期尤其是女性新兵(约占新兵的25%)为多见。疲劳骨折的外伤史可模糊不清。在活动后出现疼痛，休息后即缓解。病骨受应力后即有痛。检查见局部肿胀、压痛。早期X线片见骨折线不清，后期才见清晰的骨折线，并有骨痂形成。经典的应力-应变曲
7、线塑性变形与屈服l塑性变形（Plastic Deformation）的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。l当应力达到一定值时，应力虽不增加（或者在小范围内波动），而变形却急剧增长的现象，称为屈服现象。即，材料受外力到一定限度时，即使不增加负荷它仍继续发生明显的塑性变形。这种现象叫屈服。（压断骆驼脊梁的最后一根稻草）塑性变形l永久性变形：l（均匀）塑性变形阶段l不均匀塑性变形阶段（断裂阶段）l弹性极限l屈服极限l强度极限骨组织结构l骨骼是由骨密质和骨松质组成。这两种骨的类型可以看作是孔隙率大范围变化的一种材
8、料。孔隙率指的是非矿物组织(非骨组织)所占骨容积的比率，以百分比表示。骨密质的孔隙率为5一30，而骨松质为3090。骨密质较骨松质坚硬，断裂前能承受较大的应力，而能承受的应变则较小。在体外承受的应变超过原长2时，骨密质断裂；而骨松质在应变超过7时才断裂。这是由于骨松质的多孔性结构具有较高的能量储存量。骨密质和骨松质均呈各向异性(anisotropy)。各向异性是指在不同方向受载显示不同的力学性能。由于骨的结构在横向和纵向各不相同，因而骨的强度也随所加载荷的不同方向而异。运动系统由骨、骨连结和骨胳肌组成，运动系统由骨、骨连结和骨胳肌组成，运动系统由骨、骨连结和骨胳肌组成，运动系统由骨、骨连结和骨
9、胳肌组成，全全全全身的骨通过骨连结构成骨胳。身的骨通过骨连结构成骨胳。身的骨通过骨连结构成骨胳。身的骨通过骨连结构成骨胳。骨骼构成人骨骼构成人骨骼构成人骨骼构成人体的支架，并赋予人体基本形态，起着保体的支架，并赋予人体基本形态，起着保体的支架，并赋予人体基本形态，起着保体的支架，并赋予人体基本形态，起着保护、支持和运动的作用。护、支持和运动的作用。护、支持和运动的作用。护、支持和运动的作用。骨骼肌借肌键附骨骼肌借肌键附骨骼肌借肌键附骨骼肌借肌键附着于相邻两块骨的骨面上，收缩时以骨连着于相邻两块骨的骨面上，收缩时以骨连着于相邻两块骨的骨面上，收缩时以骨连着于相邻两块骨的骨面上，收缩时以骨连结为支
10、点，牵引骨改变位置，产生各种运结为支点，牵引骨改变位置，产生各种运结为支点，牵引骨改变位置，产生各种运结为支点，牵引骨改变位置，产生各种运动。在运动过程中，骨是杠杆，骨连结起动。在运动过程中，骨是杠杆，骨连结起动。在运动过程中，骨是杠杆，骨连结起动。在运动过程中，骨是杠杆，骨连结起枢纽作用，骨路肌则是运动的动力器官。枢纽作用，骨路肌则是运动的动力器官。枢纽作用，骨路肌则是运动的动力器官。枢纽作用，骨路肌则是运动的动力器官。骨与骨连结骨与骨连结一、概述一、概述一、概述一、概述（一）骨（一）骨（一）骨（一）骨1.1.骨的分类：长骨骨的分类：长骨骨的分类：长骨骨的分类：长骨,短骨短骨短骨短骨,扁骨扁
11、骨扁骨扁骨,不规则骨不规则骨不规则骨不规则骨2.2.骨的构造：骨膜骨的构造：骨膜骨的构造：骨膜骨的构造：骨膜(结缔组织膜结缔组织膜结缔组织膜结缔组织膜)；骨质；骨质；骨质；骨质(骨骨骨骨密质，骨松质密质，骨松质密质，骨松质密质，骨松质)；骨髓；骨髓；骨髓；骨髓.运动系统运动系统l3骨的化学成分和物理特性骨的化学成分和物理特性l（1）化学成分：有机物为胶原纤）化学成分：有机物为胶原纤维和粘蛋白；无机物主要是碱性维和粘蛋白；无机物主要是碱性磷酸钙为主的钙盐。磷酸钙为主的钙盐。l（2）物理特性：有很大的硬度和）物理特性：有很大的硬度和一定的弹性；可塑性强。一定的弹性；可塑性强。l（二）骨连结（二）骨
12、连结l1.直接骨连结：借结缔组织、软骨或骨相连结，其间无间隙活动直接骨连结：借结缔组织、软骨或骨相连结，其间无间隙活动范围小范围小。纤维连接；软骨结合；骨性结合。纤维连接；软骨结合；骨性结合。l2.间接连结或关节：借膜性囊互相连结，其间有间隙，活动性大间接连结或关节：借膜性囊互相连结，其间有间隙，活动性大l（1）关节的基本构造：）关节的基本构造：关节面、关节囊、关节腔。关节面、关节囊、关节腔。l（2）关节的辅助构造：韧带、关节盘、关节唇。）关节的辅助构造：韧带、关节盘、关节唇。l（3）关节的运动）关节的运动l二、人体骨骼的组成二、人体骨骼的组成l（一）躯干及其连结（一）躯干及其连结l1.脊柱：
13、颈椎脊柱：颈椎7、胸椎、胸椎12、腰椎、腰椎5、骶椎骶椎5和尾椎和尾椎45。l（1）椎骨的一般形态）椎骨的一般形态 每一椎骨每一椎骨都包括前方的椎体和后方的椎弓两都包括前方的椎体和后方的椎弓两部分部分。椎体和椎弓共同围成椎孔，。椎体和椎弓共同围成椎孔，全部椎骨的椎孔连续而成椎管，其全部椎骨的椎孔连续而成椎管，其中容纳脊髓。椎体和椎弓相连的狭中容纳脊髓。椎体和椎弓相连的狭窄部分称椎弓根，其上、下各有一窄部分称椎弓根，其上、下各有一切迹，两个相邻的上、下切迹在侧切迹，两个相邻的上、下切迹在侧 围成椎间扎，脊神经和血管由此通围成椎间扎，脊神经和血管由此通过。椎弓上有过。椎弓上有7个突起，其后方有个突
14、起，其后方有一棘突，两侧各有一横突，上、下一棘突，两侧各有一横突，上、下各有一对上、下关节突。各有一对上、下关节突。l（2）各部椎骨的主要特征）各部椎骨的主要特征l(3)椎骨间的连结椎骨间的连结 椎间盘椎间盘（相邻两椎体间的纤维软骨（相邻两椎体间的纤维软骨板）、椎间韧带（连结椎骨的结缔组织膜）、板）、椎间韧带（连结椎骨的结缔组织膜）、椎间关椎间关节节（由相邻椎骨的上下关节突连结而成）。（由相邻椎骨的上下关节突连结而成）。l2.胸廓胸廓 l由由12块胸椎、块胸椎、12对肋、对肋、1 块胸骨构成。块胸骨构成。l（二）颅骨及其连结（二）颅骨及其连结l1.颅的组成颅的组成l脑颅：脑颅：8块块，额骨、筛
15、骨、蝶骨、枕骨各一块；顶骨、颞骨各，额骨、筛骨、蝶骨、枕骨各一块；顶骨、颞骨各2块块l面颅：面颅：15块块，梨骨、下颌骨、舌骨各一块；上颌骨、鼻骨、泪骨、，梨骨、下颌骨、舌骨各一块；上颌骨、鼻骨、泪骨、颧骨、腭骨、上鼻甲骨各颧骨、腭骨、上鼻甲骨各2 块。块。l2.颅的整体观颅的整体观 l颅底内面：颅底内面：颅前窝、颅中窝、颅后窝颅前窝、颅中窝、颅后窝l颅底外面颅底外面l颅前面观：眶，骨性鼻腔颅前面观：眶，骨性鼻腔l颅的侧面：颅的侧面：l3.新生儿颅的特征及生后新生儿颅的特征及生后变化：变化：l相对较大相对较大，占身高，占身高1/4，成人仅占成人仅占1/7；脑颅大于脑颅大于面颅面颅；许多软骨未发
16、育许多软骨未发育完全完全，骨间缝隙大，骨间缝隙大l（三）四肢骨及其连结（三）四肢骨及其连结l1上肢骨及其连结上肢骨及其连结l上肢带骨上肢带骨：肩胛骨和锁骨：肩胛骨和锁骨l游离上肢骨游离上肢骨：肱骨，桡骨和：肱骨，桡骨和尺骨，手骨（腕骨尺骨，手骨（腕骨8块，掌骨块，掌骨5块，指骨块，指骨14块）块）l上肢的主要关节：上肢的主要关节：肩关节，肩关节，肘关节（肱桡关节、肱尺关肘关节（肱桡关节、肱尺关节、桡尺近侧关节）节、桡尺近侧关节）l2.下肢骨及其连结下肢骨及其连结l下肢带骨下肢带骨：髋骨：髋骨-骼骨、坐骨、耻骨骼骨、坐骨、耻骨l下肢游离骨下肢游离骨：股骨、髌骨、胫骨、：股骨、髌骨、胫骨、腓骨、足骨（跗骨腓骨、足骨（跗骨7块、跖骨块、跖骨5块、块、趾骨趾骨14块）块）l下肢关节下肢关节：髋关节、膝关节、骨盆、：髋关节、膝关节、骨盆、足弓足弓l三、劳动和直立姿势对颅三、劳动和直立姿势对颅骨、脊椎、胸廓及上下肢骨、脊椎、胸廓及上下肢骨的影响骨的影响l1.对颅骨的影响对颅骨的影响l2.对脊椎的影响对脊椎的影响l3.对胸廓的影响对胸廓的影响l4.对上下肢的影响对上下肢的影响课后小结l1 1、了解、了解运动系统的生物力学运动系统的生物力学特性特性哪些问题？哪些问题？l2 2、骨组织的生物力学性质骨组织的生物力学性质应应是什么？是什么？