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1、第二章骨运动学第一节第一节 骨的结构与机能解剖骨的结构与机能解剖高高 利利 国国n n骨与骨骼的区别骨与骨骼的区别：骨：骨：指单独某一块具体的骨头，可指一个指单独某一块具体的骨头，可指一个器官或一种组织。如器官或一种组织。如 肱骨肱骨 骨骼：指由多块骨通过一定的形式连接而的骨骼：指由多块骨通过一定的形式连接而的整体。如整体。如 脊柱、全身骨骼。脊柱、全身骨骼。n n骨的总特点及作用：骨的总特点及作用：1 1 骨依其不同的功能，按一定方式和力学结骨依其不同的功能，按一定方式和力学结构，借助多种形式的骨连接，构成完整的骨骼系统，构，借助多种形式的骨连接，构成完整的骨骼系统，起到起到形成和保持机体的
2、基本构架、支撑体重、载荷重量、保护形成和保持机体的基本构架、支撑体重、载荷重量、保护内脏器官内脏器官等作用。等作用。2 2 骨是体内最坚硬的器官之一，又具有一定骨是体内最坚硬的器官之一，又具有一定的韧性和弹性，并呈现着鲜活的生命力。的韧性和弹性，并呈现着鲜活的生命力。骨作为运动系统骨作为运动系统的重要组成部分的重要组成部分在运动中发挥着杠杆的作用。在运动中发挥着杠杆的作用。3 3 骨的更新伴随着人的一生，骨的更新伴随着人的一生，与生命活动和与生命活动和身体健康息息相关。身体健康息息相关。前前 言言 一一、人体骨骼的组成及形态人体骨骼的组成及形态n n正常成人有正常成人有206206块骨，分躯干
3、骨、头颅骨和四肢骨三部分块骨，分躯干骨、头颅骨和四肢骨三部分n n n n名称总数各骨名称与块数名称总数各骨名称与块数n nn n头颅骨头颅骨2929 脑颅骨脑颅骨8 8：额骨：额骨 1 1 顶骨顶骨 2 2 颞骨颞骨 2 2 枕骨枕骨 1 1 筛骨筛骨 1 1 蝶骨蝶骨 1 1n n 面颅骨面颅骨1515：成对的：上颌骨腭骨颧骨鼻骨：成对的：上颌骨腭骨颧骨鼻骨n n 泪骨下鼻甲骨泪骨下鼻甲骨n n 不成对的：下颌骨不成对的：下颌骨1 1犁骨犁骨1 1舌骨舌骨1 1n n 听小骨听小骨6 6：锤骨：锤骨2 2砧骨砧骨2 2镫骨镫骨2 2n n躯干骨躯干骨5151 椎骨椎骨 24 24：颈椎：颈
4、椎 7 7胸椎胸椎 12 12腰椎腰椎 5 5n n 骶骨骶骨 1 1n n 尾骨尾骨 1 1 n n 胸骨胸骨 1 1n n 肋骨肋骨 24 24n n四肢骨四肢骨 126 126 上肢骨上肢骨6464：肩胛骨：肩胛骨2 2锁骨锁骨2 2肱骨肱骨2 2尺骨尺骨2 2桡骨桡骨2 2n n 腕骨腕骨1616掌骨掌骨1010指骨指骨1414n n 下肢骨下肢骨6262：髖骨：髖骨2 2 股骨股骨2 2 髌骨髌骨2 2胫骨胫骨2 2腓骨腓骨2 2n n 跗骨跗骨1414：跖骨：跖骨1010趾骨趾骨1414 骨的形态骨的形态n n骨干：骨干：位于长骨中部较细，呈中空性。长骨的位于长骨中部较细，呈中空性
5、。长骨的中空性管中空性管状状 结构符合其生理需要结构符合其生理需要，即可作为骨髓的，即可作为骨髓的贮存库及为长骨供血。从力学角度上分析，长骨的中空性贮存库及为长骨供血。从力学角度上分析，长骨的中空性管状结构还体现出了机体的最佳工程设计，即可使长骨在管状结构还体现出了机体的最佳工程设计，即可使长骨在矢状面和额状面上能矢状面和额状面上能有效抗弯曲有效抗弯曲及在骨的长轴上及在骨的长轴上有效抗扭有效抗扭曲曲。n n骨骺：骨骺：为骨的两端膨大，骨骺顶端光滑为关节面，活体为骨的两端膨大，骨骺顶端光滑为关节面，活体上为关节面软骨所覆盖。经测算，上为关节面软骨所覆盖。经测算，骨关节面的摩擦系数极骨关节面的摩擦
6、系数极低低，约为，约为0.00260.0026，是所有固体材料中摩擦系数最低者。因，是所有固体材料中摩擦系数最低者。因此，被软骨覆盖所构成的关节此，被软骨覆盖所构成的关节面具有高效率的关节功能面具有高效率的关节功能。n n干骺端：干骺端：为骨骺和骨干相连处，幼年时期干骺端处有一为骨骺和骨干相连处，幼年时期干骺端处有一骺软骨骺软骨，参与骨的生长。成年后，参与骨的生长。成年后，骺软骨板骺软骨板骨化，骺与骨骨化，骺与骨干相互愈合后遗留成干相互愈合后遗留成骨骺线骨骺线，骨的生长也随之停止。，骨的生长也随之停止。骨骺骨骺损伤可导致骨骼生长障碍损伤可导致骨骼生长障碍，影响幼儿的生长发育。骺板分，影响幼儿的
7、生长发育。骺板分离或骨折和骨软骨炎是儿童少年时期特有的骨损伤。离或骨折和骨软骨炎是儿童少年时期特有的骨损伤。骺板骺板分离大多由间接外力所致，最常见的外力是剪力、撕脱力、分离大多由间接外力所致，最常见的外力是剪力、撕脱力、劈力和挤压力。劈力和挤压力。长长 骨骨n n短骨：短骨：呈立方形，仅表面为密质骨，内部则为松质骨。呈立方形，仅表面为密质骨，内部则为松质骨。有多个关节面有多个关节面，可与相邻的数块骨构成多个关节。常以多，可与相邻的数块骨构成多个关节。常以多个短骨集群存在，个短骨集群存在，当承受压力时，各骨紧密聚集，形成拱当承受压力时，各骨紧密聚集，形成拱桥结构桥结构。因此，多分布于承受压力较大
8、、运动形式较复杂。因此，多分布于承受压力较大、运动形式较复杂而运动又灵活的部位，如踝部和腕部。而运动又灵活的部位，如踝部和腕部。n n扁骨：扁骨：形状宽扁，呈板状。多分布于头部、胸部及四肢形状宽扁，呈板状。多分布于头部、胸部及四肢带部。常带部。常围成体腔保护内部器官围成体腔保护内部器官，如头颅骨围成颅腔、胸，如头颅骨围成颅腔、胸骨和肋骨围成胸廓、盆带骨围成盆腔等。骨和肋骨围成胸廓、盆带骨围成盆腔等。n n不规则骨：其外形极不规则，典型者如椎骨。不规则骨：其外形极不规则，典型者如椎骨。n n“含气骨含气骨”：位于头颅：位于头颅，共有，共有5 5块，分别是上颌骨、额骨、块，分别是上颌骨、额骨、蝶骨
9、和筛骨。含气骨中间的空腔，蝶骨和筛骨。含气骨中间的空腔，既有利于减轻头颅的重既有利于减轻头颅的重量又可形成与鼻腔相通的骨性气窦量又可形成与鼻腔相通的骨性气窦。n n籽骨：籽骨：位于某些肌腱内位于某些肌腱内的小骨，其体积一般较小，的小骨，其体积一般较小，在运动在运动中起减少摩擦和转变肌牵引方向的作用中起减少摩擦和转变肌牵引方向的作用，髌骨是人体最大，髌骨是人体最大的籽骨。的籽骨。骨的表面形态骨的表面形态n n骨由于受邻近器官的影响，如肌肉的牵引、血管神经的走行以骨由于受邻近器官的影响，如肌肉的牵引、血管神经的走行以及周围一些脏器的接触，可形成骨面的不同形态。及周围一些脏器的接触，可形成骨面的不同
10、形态。1 1骨面突起骨面突起:突然高起的称为突然高起的称为突突，较尖锐的小突起称为，较尖锐的小突起称为棘棘，基，基底较广的突起称底较广的突起称隆起隆起，粗糙的隆起称，粗糙的隆起称粗隆粗隆，圆形的隆起称，圆形的隆起称结节结节和和小结节小结节，细长的边缘称，细长的边缘称嵴嵴，低而粗涩的嵴称，低而粗涩的嵴称线线。2 2骨面凹陷骨面凹陷:大的凹陷称大的凹陷称窝窝，小的称，小的称凹凹或或小凹小凹；长形的凹称；长形的凹称沟沟，浅的凹陷称浅的凹陷称压迹压迹。3 3骨的空腔骨的空腔:骨内的腔洞称骨内的腔洞称腔腔、窦窦或或房房，小的称，小的称小房小房，长形的称，长形的称管管或或道道，腔或管的开口，称，腔或管的开
11、口，称口口，或，或孔孔，不整齐的口称，不整齐的口称裂孔裂孔。4 4骨端的膨大骨端的膨大:较圆者称较圆者称头头或或小头小头，头下略细的部分称，头下略细的部分称颈颈 ，椭，椭圆的膨大称圆的膨大称髁髁，髁上的突出部分称，髁上的突出部分称上髁上髁。5 5面：平滑的骨面称面：平滑的骨面称面面，骨的边缘称，骨的边缘称缘缘，边缘的缺损称，边缘的缺损称切迹切迹 。二、骨的结构二、骨的结构n n骨的结构可从器官水平、组织水平及细胞水平等不同层次进行描述。（一）器官水平的骨结构n n在器官水平上可分为骨膜、骨质、关节面软骨、骨髓及血管、神经等。1.骨膜骨膜n n(1)(1)骨外膜：覆盖于骨外膜：覆盖于除关节面外的
12、骨外表面除关节面外的骨外表面的致密结缔组的致密结缔组织膜。织膜。骨外膜富有血管、神经及淋巴管，对骨的营养、新骨外膜富有血管、神经及淋巴管，对骨的营养、新生及感觉有重要意义。生及感觉有重要意义。此膜此膜又由两层构成又由两层构成，其，其外层外层结构致结构致密，有粗大的胶原纤维穿过骨质，起密，有粗大的胶原纤维穿过骨质，起固定骨膜固定骨膜的作用。的作用。内内层层疏松，其疏松，其细胞细胞在幼年期非常活跃，进行分裂繁殖，可分在幼年期非常活跃，进行分裂繁殖，可分化为成骨细胞直接化为成骨细胞直接参与骨的生成参与骨的生成。到成年期转为静止状态，。到成年期转为静止状态，但能终生保持分化能力。当发生骨的损伤如骨折时
13、，可重但能终生保持分化能力。当发生骨的损伤如骨折时，可重新分化为成骨细胞，形成骨痂，愈合折端。因此，被新分化为成骨细胞，形成骨痂，愈合折端。因此，被剥离剥离骨外膜后，骨易于坏死，且不易修复骨外膜后，骨易于坏死，且不易修复。n n(2)(2)骨内膜：是骨内膜：是被覆于骨髓腔及松质骨表面被覆于骨髓腔及松质骨表面的薄层结构。的薄层结构。除衬在长骨骨髓腔的骨内膜在幼年时通过破骨细胞参与骨除衬在长骨骨髓腔的骨内膜在幼年时通过破骨细胞参与骨的长粗外，骨内膜尚具有终生的生骨潜能。的长粗外，骨内膜尚具有终生的生骨潜能。2.骨质骨质n n骨质是骨的主体成分，根据其结构的致密程度骨质是骨的主体成分，根据其结构的致
14、密程度分为骨密质与骨松质分为骨密质与骨松质。n n骨密质结构复杂，由规则且紧密成层排列的骨板构成。骨密质结构复杂，由规则且紧密成层排列的骨板构成。长骨的骨密质长骨的骨密质由外到内分别为外环骨板层、骨单位及内环骨板层。由外到内分别为外环骨板层、骨单位及内环骨板层。n n(1)(1)外环骨板层：外环骨板层是由外环骨板层：外环骨板层是由靠表面的数层骨板绕骨干呈同心圆靠表面的数层骨板绕骨干呈同心圆排列排列而成。外侧与骨膜紧密相连，中间有与骨干垂直并横行穿过骨板而成。外侧与骨膜紧密相连，中间有与骨干垂直并横行穿过骨板层的管道，称穿通管，是营养血管进入骨内的管道。层的管道，称穿通管，是营养血管进入骨内的管
15、道。n n(2)(2)内环骨板层：内环骨板层是由内环骨板层：内环骨板层是由靠近骨髓腔面的数层骨板绕骨干呈靠近骨髓腔面的数层骨板绕骨干呈同心圆排列而成同心圆排列而成。最内层与骨内膜相连，其中亦有穿通管出现。最内层与骨内膜相连，其中亦有穿通管出现。n n(3)(3)骨单位：是骨密质的基本结构单位。位于骨内、外环骨板之间，骨单位：是骨密质的基本结构单位。位于骨内、外环骨板之间，是骨干骨密质的是骨干骨密质的主体主体。从骨单位的横断面可以看到同心分布的骨板，。从骨单位的横断面可以看到同心分布的骨板，成为不同直径的、一层套一层的封闭的圆柱，这种结构又被称为成为不同直径的、一层套一层的封闭的圆柱，这种结构又
16、被称为哈佛哈佛氏系统氏系统。哈佛氏系统的中心有一管道，称为哈佛氏管，哈佛氏管之间。哈佛氏系统的中心有一管道，称为哈佛氏管，哈佛氏管之间由由佛克曼管佛克曼管联结，在这些管系中走行有血管、淋巴管及神经。联结，在这些管系中走行有血管、淋巴管及神经。n n密质骨板里的纤维向各个方向分布，并以密质骨板里的纤维向各个方向分布，并以定的角度互相交错。骨密定的角度互相交错。骨密质的这种结构使骨具有高度的坚固性质，并且随着应力的变化而不断质的这种结构使骨具有高度的坚固性质，并且随着应力的变化而不断的增多和改建。的增多和改建。n n骨密质因骨密质因结构致密，具有抗压、抗拉力强结构致密，具有抗压、抗拉力强的特点，常
17、分布于骨的表面的特点，常分布于骨的表面及长骨的骨干。及长骨的骨干。骨松质骨松质n n松质骨是松质骨是由针状或片状的骨板构成由针状或片状的骨板构成，呈，呈网状结构，网状结构，形成骨小梁。骨小梁按压力及张力的方向排列，形成骨小梁。骨小梁按压力及张力的方向排列，负责力学上的支撑机能负责力学上的支撑机能。如股骨的骨小梁在分担。如股骨的骨小梁在分担体重时所起的作用十分重要。体重时所起的作用十分重要。n n骨松质的骨松质的疏松结构及骨小梁的力学特性，大大地疏松结构及骨小梁的力学特性，大大地减轻了骨的重量，又使骨达到最大的力学性能减轻了骨的重量，又使骨达到最大的力学性能。n n由于骨松质结构疏松，常分布于长
18、骨骨骺内部及由于骨松质结构疏松，常分布于长骨骨骺内部及其他骨的内部。其他骨的内部。松质骨的结构类型松质骨的结构类型松质骨的结构类型松质骨的结构类型 I I型：由纤细的杆状骨小梁构成。型：由纤细的杆状骨小梁构成。型：由纤细的杆状骨小梁构成。型：由纤细的杆状骨小梁构成。II II型：主要由杆状和板状骨小梁连接构成。型：主要由杆状和板状骨小梁连接构成。型：主要由杆状和板状骨小梁连接构成。型：主要由杆状和板状骨小梁连接构成。III III型：由不同大小和形态的板状骨小梁构成。型：由不同大小和形态的板状骨小梁构成。型：由不同大小和形态的板状骨小梁构成。型：由不同大小和形态的板状骨小梁构成。n n3.3.
19、骨髓骨髓分红骨髓与黄骨髓。红骨髓具有造血骨髓骨髓分红骨髓与黄骨髓。红骨髓具有造血功能。功能。成人的短骨及扁平骨的松质骨成人的短骨及扁平骨的松质骨网眼中的网眼中的红红骨髓伴随人的终生骨髓伴随人的终生。长骨骨髓腔中的红骨髓长骨骨髓腔中的红骨髓，约，约5 5岁后便转化为黄骨髓。黄骨髓富含脂肪组织，不岁后便转化为黄骨髓。黄骨髓富含脂肪组织，不具有造血功能，但在应急状态下黄骨髓可转化为具有造血功能，但在应急状态下黄骨髓可转化为红骨髓而再次具有造血功能，如恶性贫血或外伤红骨髓而再次具有造血功能，如恶性贫血或外伤大出血时。大出血时。n n4.4.关节面软骨一般是由透明软骨组成，覆盖在骨关节面软骨一般是由透明
20、软骨组成，覆盖在骨关节面上。关节面上。薄而光滑且具有弹性，在功能上主要薄而光滑且具有弹性，在功能上主要起减少摩擦、缓冲震动的作用起减少摩擦、缓冲震动的作用 。（二）组织水平的骨结构（二）组织水平的骨结构n n骨组织是由骨组织是由骨细胞系、骨胶原基质和无机盐骨细胞系、骨胶原基质和无机盐形成的坚硬的形成的坚硬的结缔组织。结缔组织。n n骨细胞系包括骨细胞系包括骨细胞、成骨细胞和破骨细胞骨细胞、成骨细胞和破骨细胞等。在等。在骨形成、骨形成、骨吸收、骨基质矿化平衡和骨修复过程骨吸收、骨基质矿化平衡和骨修复过程中，骨细胞系扮演中，骨细胞系扮演着各种不同的角色。着各种不同的角色。n n1.1.骨细胞骨细胞
21、n n在成年人骨组织细胞中占在成年人骨组织细胞中占90%90%以上以上n n几乎所有骨基质表面几乎所有骨基质表面都被骨细胞体和质突覆盖都被骨细胞体和质突覆盖n n骨细胞的这种骨细胞的这种大面积覆盖和复杂的网状结构可以很敏感地大面积覆盖和复杂的网状结构可以很敏感地感觉作用于骨上的各种应力感觉作用于骨上的各种应力，具有控制离子进出骨基质的，具有控制离子进出骨基质的作用。此外，骨细胞和成骨细胞等所形成的细胞网络关系作用。此外，骨细胞和成骨细胞等所形成的细胞网络关系可以很好地可以很好地感觉和处理骨骼变形，调节骨吸收和形成感觉和处理骨骼变形，调节骨吸收和形成，调，调节矿物质离子在骨基质和细胞外液之间的流
22、动和交换。节矿物质离子在骨基质和细胞外液之间的流动和交换。n n2 2成骨细胞成骨细胞n n排列在骨表面或紧紧包靠在邻近成骨细胞上排列在骨表面或紧紧包靠在邻近成骨细胞上。当成骨细胞。当成骨细胞被骨基质包埋、细胞质突伸进骨基质时，它们就在骨基质被骨基质包埋、细胞质突伸进骨基质时，它们就在骨基质中中形成骨细胞形成骨细胞；当成骨细胞一旦；当成骨细胞一旦被激活被激活，则会从钙化骨基，则会从钙化骨基质的缝隙中游离出来。质的缝隙中游离出来。n n成骨细胞的主要功能有：成骨细胞的主要功能有：n n(1)(1)合成和分泌有机骨基质合成和分泌有机骨基质（骨胶纤维和基质），称类骨（骨胶纤维和基质），称类骨质，参与
23、骨的形成并影响骨基质钙化；质，参与骨的形成并影响骨基质钙化；n n(2)(2)在甲状旁腺素在甲状旁腺素(PTH)(PTH)等激素及一些局部细胞因子的刺激等激素及一些局部细胞因子的刺激下，成骨细胞释放某些细胞介质，以下，成骨细胞释放某些细胞介质，以激活破骨细胞激活破骨细胞。n n3 3破骨细胞破骨细胞n n多核巨细胞，含有多核巨细胞，含有2 25050个核，个核，主要分布在骨质表主要分布在骨质表面、骨内血管通道周围面、骨内血管通道周围。破骨细胞的数量较少。破骨细胞的数量较少。n n具有非常大的具有非常大的降解骨基质降解骨基质的能力，它通过改变其的能力，它通过改变其作用区域内的酸碱度（由原来约作用
24、区域内的酸碱度（由原来约7.07.0的的pHpH值降低到值降低到约约4.04.0），以溶解），以溶解骨矿物质骨矿物质；通过分泌酸性蛋白酶；通过分泌酸性蛋白酶以降解以降解有机骨基质有机骨基质。一旦完成了骨吸收任务，破。一旦完成了骨吸收任务，破骨细胞便分裂成单核细胞，后者若被再次激活又骨细胞便分裂成单核细胞，后者若被再次激活又可形成新的破骨细胞。可形成新的破骨细胞。n n临床上骨硬化症是由于破骨细胞吸收钙化软骨和临床上骨硬化症是由于破骨细胞吸收钙化软骨和骨细胞功能丧失所致，采用骨髓移植的方法可成骨细胞功能丧失所致，采用骨髓移植的方法可成功地治愈动物和人骨硬化症。功地治愈动物和人骨硬化症。骨的有机质
25、骨的有机质 n n主要是骨胶原纤维及骨非胶原蛋白。主要是骨胶原纤维及骨非胶原蛋白。n n骨胶原纤维（简称骨胶原骨胶原纤维（简称骨胶原，又可，又可分为分为型和型和型型胶原等）胶原等）占有机物的占有机物的90%90%；其余；其余10%10%由非胶原黏蛋白和骨特异性黏由非胶原黏蛋白和骨特异性黏蛋白组成。遗传性蛋白组成。遗传性型胶原异常型胶原异常(包括数量减少和结构异包括数量减少和结构异常常)称为成骨不全，临床上主要表现为骨脆性增加。称为成骨不全，临床上主要表现为骨脆性增加。n n骨非胶原蛋白骨非胶原蛋白可可影响基质结构、骨钙化和骨细胞的功能影响基质结构、骨钙化和骨细胞的功能。非胶原蛋白包括骨钙素、骨
26、结合素、骨涎蛋白、骨磷蛋白非胶原蛋白包括骨钙素、骨结合素、骨涎蛋白、骨磷蛋白和少量黏蛋白。和少量黏蛋白。n n其它可能影响骨细胞功能的生长因子。如其它可能影响骨细胞功能的生长因子。如-转化生长因子转化生长因子簇簇(FGFs-)(FGFs-)、胰岛素样生长因子、胰岛素样生长因子和和(IGF-(IGF-和和 IGF-IGF-)、骨形成蛋白骨形成蛋白(BMP)(BMP)、血小板源性生长因子、血小板源性生长因子(PDGF)(PDGF)、白介素、白介素-1 1和和6(IL-16(IL-1和和IL-6)IL-6)和集落刺激因子和集落刺激因子(CSF)(CSF)等。等。n n有机物使骨具有一定的弹性与韧性。
27、胶原纤维的结构和排有机物使骨具有一定的弹性与韧性。胶原纤维的结构和排列方向是影响松质骨力学性能的主要国素之一。列方向是影响松质骨力学性能的主要国素之一。无机质无机质n n无机质的主要成分是磷酸钙、碳酸钙和枸橼酸钙。无机质的主要成分是磷酸钙、碳酸钙和枸橼酸钙。n n无机质有两个基本功能，即无机质有两个基本功能，即离子库和维持骨的刚度和强度。离子库和维持骨的刚度和强度。n n人体中约人体中约99%99%的钙离子、约的钙离子、约85%85%的磷离子、的磷离子、40%40%的钠离子和的钠离子和60%60%的镁离子贮存于骨矿结晶中的镁离子贮存于骨矿结晶中。其中磷酸钙、碳酸钙和。其中磷酸钙、碳酸钙和枸橼酸
28、钙以枸橼酸钙以羟基磷灰石结晶羟基磷灰石结晶Ca(PO4)Ca(PO4)3 3OHOH和无定形的胶体和无定形的胶体磷酸钙的形式分布于骨的有机质中。磷酸钙的形式分布于骨的有机质中。n n骨中的羟基磷灰石结晶呈柱状或针状，其特点是脆而易碎。骨中的羟基磷灰石结晶呈柱状或针状，其特点是脆而易碎。但但骨矿物质中钙骨矿物质中钙-磷结晶耦联作用可产生一种具有力学特磷结晶耦联作用可产生一种具有力学特性的坚硬材料性的坚硬材料，以抵御正常人体活动施加在骨骼上的外力。，以抵御正常人体活动施加在骨骼上的外力。n n骨基质主要由胶原纤维和充填其内的致密羟基磷石灰构成，骨基质主要由胶原纤维和充填其内的致密羟基磷石灰构成，骨
29、的力学性能主要由骨基质提供骨的力学性能主要由骨基质提供。一般认为，胶原纤维的。一般认为，胶原纤维的方向决定了羟基磷灰石沉积的位置，而胶原纤维排列方向方向决定了羟基磷灰石沉积的位置，而胶原纤维排列方向在老年人中逐渐失去纵向排列特征，可能与老年人骨的力在老年人中逐渐失去纵向排列特征，可能与老年人骨的力学性能下降有关。学性能下降有关。n n有机质与无机质按一定的比例（前者约有机质与无机质按一定的比例（前者约1/31/3，后者约，后者约2/32/3）有机地结合在一起，使骨组织具有坚硬、抗冲击力的特征，有机地结合在一起，使骨组织具有坚硬、抗冲击力的特征，而又能获得很高的机械性能和生理功能。因此，而又能获
30、得很高的机械性能和生理功能。因此，有机物和有机物和无机物的结合，加之骨的结构特点，使骨具有一定的坚固无机物的结合，加之骨的结构特点，使骨具有一定的坚固性和弹性性和弹性。n n有机物和无机物的比例随着年龄及其他因素的变化而会发有机物和无机物的比例随着年龄及其他因素的变化而会发生相应的变化生相应的变化。如有机质与无机质的比例具有明显的年龄。如有机质与无机质的比例具有明显的年龄特征：少年儿童有机质的含量相对较多，因而其骨具有弹特征：少年儿童有机质的含量相对较多，因而其骨具有弹性好、坚固性差、不易骨折但易变形的特点。老年人的骨性好、坚固性差、不易骨折但易变形的特点。老年人的骨无机质的含量相对较多，其骨
31、脆性大，容易骨折，且骨折无机质的含量相对较多，其骨脆性大，容易骨折，且骨折后不易愈合。因此，在日常生活及体育运动中应充分注意后不易愈合。因此，在日常生活及体育运动中应充分注意骨成分的年龄特征，以避免骨变形或骨折的发生。骨成分的年龄特征，以避免骨变形或骨折的发生。三、骨的代谢三、骨的代谢n n骨的代谢是通过成骨细胞和破骨细胞参与的骨形成与骨吸收来实现的，其代谢活动是一个动态平衡过程。在人的生长期，骨形成大于骨吸收，骨量呈线性增长，表现为骨皮质增厚，骨松质更密集，这一过程称为骨构建（Modeling）或称骨塑形。在成人期，骨生长停止，但骨的形成和吸收仍在继续，处于一种平衡状态，称为骨重建（remo
32、dling）。骨重建过程骨重建过程n n骨重建过程可分为骨重建过程可分为5 5期。期。n n第一期：第一期：休止期休止期，又称静止期，此期既无骨吸收也无骨形，又称静止期，此期既无骨吸收也无骨形成。成。n n第二期：第二期：激活期激活期，破骨细胞的前驱细胞分化成破骨前细胞，破骨细胞的前驱细胞分化成破骨前细胞，并附着在骨表面上。并附着在骨表面上。n n第三期：第三期：吸收期吸收期，破骨前细胞与暴露表面接触、融合、分，破骨前细胞与暴露表面接触、融合、分化成破骨细胞，进行骨吸收。在破骨细胞吸收一定数量的化成破骨细胞，进行骨吸收。在破骨细胞吸收一定数量的骨质后即消失，正常人骨质后即消失，正常人约持续约持
33、续1 1个月个月，在吸收期骨表面形，在吸收期骨表面形成一个陷窝，称为成一个陷窝，称为吸收陷窝吸收陷窝。n n第四期：第四期：转换期转换期，吸收期结束，吸收期结束，破骨细胞移向其他部位破骨细胞移向其他部位。n n第五期：第五期：形成期形成期，成骨细胞在陷窝的表面上相继出现并分，成骨细胞在陷窝的表面上相继出现并分化、增殖，形成类骨。随后，类骨成熟骨化成骨。待陷窝化、增殖，形成类骨。随后，类骨成熟骨化成骨。待陷窝接近填平时成骨细胞失去成骨活性，成为表面上的衬托细接近填平时成骨细胞失去成骨活性，成为表面上的衬托细胞。胞。n n一个骨重建周期约需一个骨重建周期约需3 3个月个月。一个骨重建所形成的结构为
34、。一个骨重建所形成的结构为一个一个骨重建单位骨重建单位（BRUBRU）。在骨重建过程中，先出现骨的）。在骨重建过程中，先出现骨的吸收，然后再有骨的形成，但吸收，然后再有骨的形成，但吸收与形成的骨量大致相当吸收与形成的骨量大致相当。n n骨的吸收与形成连续进行，最终骨的吸收与形成连续进行，最终使骨能不断地自我修复和使骨能不断地自我修复和适应新的应力要求适应新的应力要求。n n骨重建可骨重建可调节骨矿盐平衡、修复显微损伤及移除无承载功调节骨矿盐平衡、修复显微损伤及移除无承载功能的骨组织，可维持或降低骨强度和骨量能的骨组织，可维持或降低骨强度和骨量。每年在骨表面。每年在骨表面上出现的上出现的BRUB
35、RU数量称为数量称为BRUBRU的激活率，的激活率，激活率越高，骨表面激活率越高，骨表面BRUBRU数量则越多，更新的骨量也就越多，一般将其称为高数量则越多，更新的骨量也就越多，一般将其称为高转换，反之则称之为低转换。转换，反之则称之为低转换。n n1 1年中全身骨的年中全身骨的9595参与骨重建过程。参与骨重建过程。影响骨重建的因素影响骨重建的因素有二大方面，即有二大方面，即促进骨吸收和促进骨形成的因素促进骨吸收和促进骨形成的因素。促进骨。促进骨吸收的因素有甲状腺激素、甲状旁腺激素、皮质类固醇激吸收的因素有甲状腺激素、甲状旁腺激素、皮质类固醇激素、前列腺素素、前列腺素E2E2及雌激素等。促进
36、骨形成的因素有维生素及雌激素等。促进骨形成的因素有维生素D D、胰岛素、运动等。当任何一种因素缺乏时均会影响到、胰岛素、运动等。当任何一种因素缺乏时均会影响到骨代谢的过程。骨代谢的过程。四、骨的钙化四、骨的钙化n n骨的钙化主要是指在成骨细胞合成并分泌骨的有机成分（有机基质）后、在一定的条件下无机盐有序地沉积于有机质内的过程。骨的钙化过程极为复杂而微妙，它涉及细胞内、外生物化学和生物物理学的过程。（一）骨钙化的基本物质与途径（一）骨钙化的基本物质与途径n n骨钙化的骨钙化的基本物质是钙与磷离子基本物质是钙与磷离子，其次还有镁、钠、钾及，其次还有镁、钠、钾及其他微量元素。其他微量元素。骨胶原纤维
37、则为骨钙化提供基本结构场所。骨胶原纤维则为骨钙化提供基本结构场所。n n骨钙化的途径是：骨钙化的途径是：首先，成骨细胞合成并分泌骨的有机成首先，成骨细胞合成并分泌骨的有机成分分（主要是骨胶原，其次还少量的骨钙素蛋白、多糖类等）（主要是骨胶原，其次还少量的骨钙素蛋白、多糖类等）。有机物为骨钙化提供结构基础。有机物为骨钙化提供结构基础。n n其次，体内的钙离子与磷离子结合形成晶体形式的羟基磷其次，体内的钙离子与磷离子结合形成晶体形式的羟基磷灰石灰石 Ca10(PO4)6(OH)2 Ca10(PO4)6(OH)2（无机盐）（无机盐）。羟基磷灰石结晶呈。羟基磷灰石结晶呈针状或板状，经转运至骨胶原间隙区
38、域内。针状或板状，经转运至骨胶原间隙区域内。n n然后，然后，无机盐再与有机质相螯合无机盐再与有机质相螯合形成螯合物，最后形成正形成螯合物，最后形成正常骨质。常骨质。n n在此过程中有机质以骨胶原为主体，无机质以羟基磷灰石为主要物质。因此，钙化后的骨基质实际上是无机盐成分以晶体的针状或板状结构沉着于胶原纤维的空隙内所形成的物质。n n在整个钙化过程中，钙和磷酸盐离子在非晶体和晶体的磷酸钙盐中是平衡的，这种平衡受局部pH值、降钙素、成骨细胞等多种因素的调节与控制。（二）影响骨钙化的因素（二）影响骨钙化的因素n n骨钙化是一个复杂的生理生化过程，骨钙化既受全身多种骨钙化是一个复杂的生理生化过程，骨
39、钙化既受全身多种离子、激素等的调节，在钙化局部也受许多细胞内、外因离子、激素等的调节，在钙化局部也受许多细胞内、外因子的影响。影响骨钙化的主要因素有：子的影响。影响骨钙化的主要因素有：n n1 1胶原胶原骨胶原含有丝氨酸和甘氨酸，大量的丝氨酸以骨胶原含有丝氨酸和甘氨酸，大量的丝氨酸以磷酸丝氨酸盐的形式存在，在胶原基质的纤维上、纤维内磷酸丝氨酸盐的形式存在，在胶原基质的纤维上、纤维内与钙离子结合或与磷离子结合，形成羟磷灰石结晶。与钙离子结合或与磷离子结合，形成羟磷灰石结晶。n n2 2黏多糖类黏多糖类黏多糖是大分子的蛋白多糖类物质，这种黏多糖是大分子的蛋白多糖类物质，这种蛋白多糖复合物和钙化作用
40、有关。蛋白多糖复合物和钙化作用有关。酸性蛋白多糖的游离阴酸性蛋白多糖的游离阴离子可选择性地结合钙离子，减少羟磷灰石结晶的形成，离子可选择性地结合钙离子，减少羟磷灰石结晶的形成，从而抑制钙化作用从而抑制钙化作用。当蛋白多糖被酶分解后，即。当蛋白多糖被酶分解后，即可解除可解除该该抑制作用。抑制作用。n n3 3基质小泡基质小泡基质小泡是基质小泡是由成骨细胞向类骨质中释放由成骨细胞向类骨质中释放的的小泡，泡内含钙、小的骨盐结晶和钙结合蛋白。基质小泡小泡，泡内含钙、小的骨盐结晶和钙结合蛋白。基质小泡是使类骨质钙化的重要结构是使类骨质钙化的重要结构。基质小泡内还含有高脂质及。基质小泡内还含有高脂质及碱性
41、磷酸酶、焦磷酸酶等多种酶类。可通过多种途径促进碱性磷酸酶、焦磷酸酶等多种酶类。可通过多种途径促进软骨钙化。软骨钙化。五、骨的血液供应，淋巴与神经五、骨的血液供应，淋巴与神经n n（一）血管（一）血管n n成熟骨具有丰富的血管并形成精巧的血液供应管道系统，成熟骨具有丰富的血管并形成精巧的血液供应管道系统，为骨组织、为骨组织、骨膜骨膜n n提供血液来源提供血液来源。即使在致密的皮质骨组织内，仍有骨血管系统保证血。即使在致密的皮质骨组织内，仍有骨血管系统保证血液的供应。液的供应。n n骨膜本身有一套完整的供血系统骨膜本身有一套完整的供血系统，在骨膜表面，纤维层和肌肉血管广，在骨膜表面，纤维层和肌肉血
42、管广泛吻合形成血管丛。小儿骨膜生长层血管特别发达，随着年龄增加，泛吻合形成血管丛。小儿骨膜生长层血管特别发达，随着年龄增加，骨膜血管的营养作用逐渐减退，骨的血供也随之减少，但骨膜血管的营养作用逐渐减退，骨的血供也随之减少，但仍是一生中仍是一生中骨血供的重要部分骨血供的重要部分。n n（二）骨的淋巴管骨膜具有丰富的淋巴管，但骨内是否有淋巴管，（二）骨的淋巴管骨膜具有丰富的淋巴管，但骨内是否有淋巴管，目前尚有争论。目前尚有争论。n n（三）骨的神经（三）骨的神经长骨的关节端、较大的扁骨、椎骨及骨膜是骨的神长骨的关节端、较大的扁骨、椎骨及骨膜是骨的神经分布最丰富的部位经分布最丰富的部位。骨的神经常。
43、骨的神经常与滋养血管伴行进入骨内，分布到与滋养血管伴行进入骨内，分布到哈佛氏管的血管周围哈佛氏管的血管周围。骨的神经纤维。骨的神经纤维分二类分二类：一类是骨内脏传出神经：一类是骨内脏传出神经纤维，大多分布于血管壁及骨髓。另一类是躯体传入神经纤维，主要纤维，大多分布于血管壁及骨髓。另一类是躯体传入神经纤维，主要分布于骨膜及关节软骨的深面分布于骨膜及关节软骨的深面。六、骨的机能六、骨的机能（一）力学机能（一）力学机能n n1 1支撑机能支撑机能骨是全身最骨是全身最坚硬的组织坚硬的组织，通过骨连接构成，通过骨连接构成一个一个有机的整体有机的整体，使机体保持一定的形状和姿势，对机体，使机体保持一定的形
44、状和姿势，对机体起着支撑作用，并负荷身体自身的重量及附加的重量。起着支撑作用，并负荷身体自身的重量及附加的重量。n n2 2杠杆机能杠杆机能运动系统的各种机械运动均是在神经系统运动系统的各种机械运动均是在神经系统的支配下，通过骨骼肌的收缩、的支配下，通过骨骼肌的收缩、牵拉骨围绕关节运动牵拉骨围绕关节运动而产而产生的。生的。n n3 3保护机能保护机能某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或腔隙，如胸腔，此外，骨骼形成的某些结构能维持血管的腔隙，如胸腔，此外，骨骼形成的某些结构能维持血管的正常形态和避免神经受压，如足弓的拱形结构能免于足底正常形态和避免神经受压，如
45、足弓的拱形结构能免于足底的血管和神经受压。的血管和神经受压。n n总之，骨的材料力学性质既保证了骨的强度和刚度，使其总之，骨的材料力学性质既保证了骨的强度和刚度，使其很好地完成其支持和保护功能，又使其具有一定的弹性和很好地完成其支持和保护功能，又使其具有一定的弹性和韧性，因而能很好地完成运动中的杠杆功能。韧性，因而能很好地完成运动中的杠杆功能。（二）生理学机能（二）生理学机能n n骨的生理学机能包括骨的生理学机能包括钙、磷贮存机能钙、磷贮存机能、物质代谢机能物质代谢机能、造造血机能和免疫机能血机能和免疫机能等。等。n n1 1钙、磷贮存机能与物质代谢机能骨是人体最大的钙钙、磷贮存机能与物质代谢
46、机能骨是人体最大的钙库和磷库，与库和磷库，与机体的钙、磷代谢机体的钙、磷代谢有密切关系，在维护血中有密切关系，在维护血中的钙、磷含量的恒定中起调节作用。当血液中钙、磷含量的钙、磷含量的恒定中起调节作用。当血液中钙、磷含量增高时，则贮存在骨内，而当血液中钙、磷含量降低时骨增高时，则贮存在骨内，而当血液中钙、磷含量降低时骨内的钙、磷则释放至血中。内的钙、磷则释放至血中。n n2.2.造血机能和免疫机能出生后，红骨髓是唯一的造血器造血机能和免疫机能出生后，红骨髓是唯一的造血器官。在正常的生理状态下，血液中各种血细胞的生成、发官。在正常的生理状态下，血液中各种血细胞的生成、发育、释放、死亡和清除均处于
47、动态平衡，并发挥着运送气育、释放、死亡和清除均处于动态平衡，并发挥着运送气体、防御、免疫等生理功能。这种动态平衡及生理功能的体、防御、免疫等生理功能。这种动态平衡及生理功能的实现则依赖于实现则依赖于红骨髓的正常造血功能。红骨髓的正常造血功能。为了教学相长，欢迎各位同学以各种为了教学相长，欢迎各位同学以各种 途径提出任何批评、意见或建议！途径提出任何批评、意见或建议！我的手机：我的手机：第二节骨生物力学n n骨生物力学是以骨骼为主要对象、研究骨的机械运动规律的科学。它由力学、生物学、生理学、解剖学等有关学科结合而成，其研究目的在于剖析骨关节系统的力学性质及力的传导，揭示骨骼生长、发育、退化、病变
48、、死亡与力作用的关系。为预防、诊断及治疗骨疾病、骨移植、骨矫形，控制骨生长，促进骨愈合，以及假体的研制与应用等提供理论依据。一、骨的承载能力一、骨的承载能力n n骨骼是身体运动的轴柱和身体的坚强支柱。在日常生活、劳动和运动骨骼是身体运动的轴柱和身体的坚强支柱。在日常生活、劳动和运动中要求骨有足够的承载能力。对骨承载能力的衡量主要有骨的强度、中要求骨有足够的承载能力。对骨承载能力的衡量主要有骨的强度、骨的刚度及骨的稳定性三方面：骨的刚度及骨的稳定性三方面：n n第一，骨的足够的强度。在日常生活与运动中，保证骨的正常功能，第一，骨的足够的强度。在日常生活与运动中，保证骨的正常功能，首先要求其具有足
49、够的强度，能在载荷下不发生破坏。即指骨在承载首先要求其具有足够的强度，能在载荷下不发生破坏。即指骨在承载负荷的情况下抵抗破坏的能力。如四肢骨在剧烈运动和大强度劳动时负荷的情况下抵抗破坏的能力。如四肢骨在剧烈运动和大强度劳动时不应该发生骨折。不应该发生骨折。n n第二，骨的足够的刚度。即指骨在外力作用下抵抗变形的能力。在日第二，骨的足够的刚度。即指骨在外力作用下抵抗变形的能力。在日常的生活和运动中，骨的形状和尺寸会因承载负荷的作用而变形，但常的生活和运动中，骨的形状和尺寸会因承载负荷的作用而变形，但变形不应超过正常生活所允许的限度，如脊柱在弯曲时不应该发生损变形不应超过正常生活所允许的限度，如脊
50、柱在弯曲时不应该发生损伤或侧凸。伤或侧凸。n n第三，骨的足够的稳定性。即指骨保持原有平衡形态的能力。例如，第三，骨的足够的稳定性。即指骨保持原有平衡形态的能力。例如，长骨在压力作用下有被压弯的可能性。为了保证正常的生活和运动，长骨在压力作用下有被压弯的可能性。为了保证正常的生活和运动，要求它始终保持原有的直线平衡形态不变。要求它始终保持原有的直线平衡形态不变。二、骨的载荷及变形二、骨的载荷及变形n n在日常生活与运动中，人体骨会承受来自多方的不同形式的载荷。如在日常生活与运动中，人体骨会承受来自多方的不同形式的载荷。如人在跑步时受到体重、迎面风力及地面的反作用力等均是骨承受的载人在跑步时受到