.,骨的力學性質,.,骨是有生命的器官從力學角度講，骨是人體受力的主要載體分類部位形態,.,骨的形態,成人全身骨約占體重的20，206塊。形態多樣，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,成人全身骨約占體重的20，206塊。形態多樣，分為四類：扁骨：呈板狀，富有較大的彈性和堅固性，圍成空腔對腔內器官起保護作用，如頂骨、枕骨等；不規則骨：形狀不規則，如椎骨、蝶骨。,.,第一節骨的成分,有機質膠原纖維、無定形基質四種骨組織細胞：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。,.,第二節骨的構造,骨膜：緊貼在除關節面以外的骨表面的一層致密纖維結締組織膜，很堅韌，分為內外兩層。內層中有一些細胞可分化為成骨細胞和破骨細胞。骨膜內含有豐富的血管和神經，對骨起營養作用。,骨由骨膜、骨質和骨髓構成，有豐富的血管和神經。活體內的每一塊骨都是一個活的器官。,.,骨膜,骨膜內的成骨細胞在生長發育期能形成新骨，使骨長粗。成年以后則處于相對靜止狀態，但在骨折時，成骨細胞可再增生活動，促進骨的愈合。骨膜內的破骨細胞能破壞骨質。成骨細胞與破骨細胞對骨的發生、生長改造、修復起著重要作用。,.,骨質,分骨密質和骨松質兩類。,骨密質：在骨的表面，由層層緊密排列的骨板構成，結構致密堅硬，抗壓、抗扭曲力強。,.,骨松質,骨松質：骨松質在骨密質的內面，結構疏松，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。,.,骨密質和骨松質的分布,長骨骨干：有很厚的骨密質，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，中央為骨松質。扁骨：內外表面都是骨密質形成的骨板，中央為骨松質,.,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，黃骨髓可再轉變為紅骨髓，恢復造血功能。在骨骺、短骨及扁骨的骨松質內的紅骨髓終生保持造血功能。,充填于骨髓腔和骨松質的網眼內。,.,骨的顯微結構,作用：骨組織與軟骨組織均屬于具有支持和保護作用的結締組織。,骨質、骨膜（血管、神經）、骨髓,骨組織,骨細胞：多突起，位于骨陷窩內，埋藏在固體狀態基質中基質：基質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,.,骨的顯微結構,.,第三節骨的力學特性,具有很高的抗拉、壓性能有一定的硬度從骨的結構而言，經過生物優化過程，具有最優的力學性能，既優化為最大的強度、最省的材料、最輕的重量。,.,骨的可塑性：在生長、發育過程中，由于各種條件的影響使得骨的形態有所改變。骨的粘彈性：在外力作用下，骨產生的形變與時間相關。,.,力學性質：極限強度：抗張強度抗壓強度彎曲強度剛度：彈性模量：韌性：應力應變曲線：,在此施加壓力,在此拉伸,體重的著力點,人體股骨的應力分布,.,應力與應變曲線,STRESS,骨密質骨松質,GreaterArea:AbsorbsmoreEnergy,.,骨骼及其力學性質（極限壓縮強度和壓縮率）,股骨,切向顱骨,徑向顱骨,椎骨,骨試件壓縮應力應變曲線（圖）,.,骨力學特性的基本概念,力學性質：（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：抵抗變形的能力穩定性：保持相對位置的能力彈性模量：韌性：應力應變曲線：,.,骨的材料力學性能特點,有生命非均勻、各向異性的復合材料接近于工程材料，用工程學方法分析骨的力學性能,.,骨材料力學試樣的選取,單質試樣選取單一種類的骨質材料最為試樣（如只選取密致骨）多質試樣多針對扁骨這樣的結構整體骨骼試樣,.,骨的材料力學性能,拉伸壓縮剪切彎曲扭轉骨的疲勞性能骨的斷裂韌性,.,骨的拉伸和壓縮,成人濕潤密質骨試件的拉伸應力應變曲線（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生彎曲變形，骨在彎曲時受到有拉應力、壓應力以及剪應力，情況較為復雜。長骨-簡化為等厚度的橢圓環形截面的直桿。,.,骨的扭轉,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。松質骨各項強度均小的多,.,骨的疲勞性能,運動過程骨反復受力，當作用超過某一限度，骨組織會發生損傷疲勞損傷自行修復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）骨的結構,.,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。,.,第四節軟骨,軟骨由軟骨組織及其周圍的軟骨膜構成，軟骨組織由軟骨細胞、基質及纖維構成。根據軟骨組織內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，結構也較典型。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)透明軟骨間質內僅含少量膠原原纖維，基質較豐富，新鮮時呈半透明狀。主要分布于關節軟骨、肋軟骨等。二、纖維軟骨(FibrousCartilage)：纖維軟骨分布于椎間盤、關節盤及恥骨聯合等處?；|內富含膠原纖維束，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。結構類似透明軟骨，僅在間質中含有大量交織成網的彈性纖維，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)除關節面的軟骨表面以外，軟骨的周圍均覆有一層較致密的結締組織，即軟骨膜。其外層纖維較致密，主要為保護作用；內層較疏松，富含細胞、神經及一些小血管。在緊貼軟骨處的軟骨膜內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軟骨，同時對軟骨的生長有重要作用。,.,關節軟骨,關節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，或者僅發生輕微的損傷。除此之外，關節軟骨還有潤滑作用，使骨端滑動。由于彈性作用，可迅速恢復原狀，因此關節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，關節軟骨的延伸能力也減弱，且恢復原狀的能力也變得不如青年人，再加上老年人關節液減少，使關節軟骨變得干燥，因此老年人的關節軟骨易受損傷，經常發生退行性骨關節病。,.,第五節骨的連接,直接連接韌帶連接軟骨結合骨結合間接連接關節,.,韌帶連接,兩骨之間靠結締組織直接連結的叫韌帶連接。韌帶多呈膜狀、扁帶狀或束狀，由致密結締組織構成。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，有的韌帶由彈性結締組織構成，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，中間有少量結締組織纖維穿入兩側的骨質中，使連結極為緊密，叫做縫，如顱骨的冠狀縫和人字縫。,.,軟骨結合,相鄰兩骨之間以軟骨相連接叫軟骨結合。軟骨組織屬結締組織的一種，呈固態有彈性，由大量的軟骨細胞和間質構成，由于間質的成分不同，又有透明軟骨、纖維軟骨和彈力軟骨的區分。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。有的軟骨結合保持終生，而大部分軟骨結合在發育過程中骨化變為骨結合。,.,骨結合,由軟骨結合經骨化演變而成，完全不能活動，如五塊骶椎以骨結合融為一塊骶骨。,.,關節,盡管人體的關節有多種多樣，但其基本結構不外有關節面、關節囊和關節腔。1、關節面：各骨相互接觸處的光滑面叫關節面。關節面為一層軟骨覆蓋稱關節軟骨。2、關節囊：由結締組織組成，它附著于關節面周圍的骨面上。可分為內外兩層，外層為纖維層，由致密結締組織構成；內層為滑膜層，由薄層疏松結締組織構成，可分泌滑液，起到潤滑作用。3、關節腔：就是關節軟骨和關節囊間所密閉的腔隙。,.,第六節骨的功能適應性原理,Wolf定律：活體骨按其所受應力而改變成分、內部結構以及外部形態重建（內部重建、表面重建）,.,第七節骨折,不同受力形式下的骨折拉伸力壓縮力彎曲力扭轉力復合力外力作用性質和骨折靜力沖擊力交變載荷骨折愈合的力學環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環境,.,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生于脊柱，原因是破壞性的壓縮力彎曲力骨折常先發生于張應力一側扭轉力常見于長骨，骨折形狀表現為螺旋形復合力,.,外力作用性質和骨折,外力作用性質和骨折靜力沖擊力造成骨折的主要原因交變載荷,.,骨折愈合的力學環境,骨折愈合的力學環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,固定穩定性較差的骨折，在多個方向應力刺激下，通過骨痂的形成和改建、塑形獲得骨折愈合。階段：炎癥期修復期改建塑形期,.,骨折修復期,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,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,纖維網架,纖維細胞,膠原、骨基質,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,.,骨折修復期,2、纖維骨痂的形成：,肉芽組織,骨內膜成骨細