關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué) (2)ppt課件

1、關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)2022-6-252 人體的關(guān)節(jié)分為纖維狀關(guān)節(jié)、軟骨質(zhì)關(guān)節(jié)人體的關(guān)節(jié)分為纖維狀關(guān)節(jié)、軟骨質(zhì)關(guān)節(jié)和滑膜關(guān)節(jié)三種類型。和滑膜關(guān)節(jié)三種類型。 其中，僅滑膜關(guān)節(jié)亦稱為動(dòng)關(guān)節(jié)，允許較其中，僅滑膜關(guān)節(jié)亦稱為動(dòng)關(guān)節(jié)，允許較大幅度的活動(dòng)。在正年年輕關(guān)節(jié)內(nèi)，動(dòng)關(guān)大幅度的活動(dòng)。在正年年輕關(guān)節(jié)內(nèi)，動(dòng)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)骨末端覆蓋了一層厚節(jié)的關(guān)節(jié)骨末端覆蓋了一層厚1-6mm、致、致密且透明的白色結(jié)締組織，稱為透明關(guān)節(jié)密且透明的白色結(jié)締組織，稱為透明關(guān)節(jié)軟骨。軟骨。 關(guān)節(jié)軟骨是一種非常特殊的組織，在普通關(guān)節(jié)軟骨是一種非常特殊的組織，在普通人的壽命期內(nèi)都可以無(wú)損地承當(dāng)高負(fù)荷關(guān)人的壽命期內(nèi)都可以無(wú)損地承當(dāng)高負(fù)荷關(guān)節(jié)

2、運(yùn)動(dòng)。節(jié)運(yùn)動(dòng)。2022-6-253 但從生理學(xué)的角度上看，關(guān)節(jié)軟骨實(shí)踐上是一種孤立的組織，沒(méi)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，其他依賴滑膜周圍毛細(xì)血管的滲入。2022-6-254動(dòng)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)軟骨的功能 其主要功能是： 分散壓力。關(guān)節(jié)軟骨受壓時(shí)提供較大的接觸面以降低其上的壓力 關(guān)節(jié)面做動(dòng)作時(shí)減少摩擦力，降低磨損。2022-6-255關(guān)節(jié)軟骨的組成成分關(guān)節(jié)軟骨層構(gòu)造的簡(jiǎn)要圖解關(guān)節(jié)軟骨層構(gòu)造的簡(jiǎn)要圖解2022-6-256關(guān)節(jié)軟骨的組成成分 膠原纖維 蛋白多糖 軟骨細(xì)胞 水分 顯微鏡下的關(guān)節(jié)軟骨顯微鏡下的關(guān)節(jié)軟骨2022-6-257膠原纖維 是體內(nèi)含量最豐富的蛋

3、白。 高度構(gòu)造性的組織，可構(gòu)成最正確的力學(xué)性能。 膠原為關(guān)節(jié)軟骨提供一種纖維狀超微構(gòu)造，這種膠原網(wǎng)和多水的糖蛋白一同，共同抵抗關(guān)節(jié)的應(yīng)力和應(yīng)變。2022-6-258蛋白多糖 蛋白多糖是一種蛋白多糖大分子,由中心蛋白附著了一個(gè)或多個(gè)粘多糖硫酸角質(zhì)素與硫酸軟骨素組成。 糖蛋白有一特殊部分與膠原親密相連，并把膠原纖維結(jié)合到一同。2022-6-259一個(gè)蛋白多糖大分子的簡(jiǎn)圖 洗瓶刷模型洗瓶刷模型2022-6-2510軟骨細(xì)胞和水分軟骨細(xì)胞軟骨細(xì)胞2022-6-2511軟骨各成分間構(gòu)造上的相互作用 硫酸軟骨素與硫酸角質(zhì)素鏈上相距很近的硫酸基和羧基團(tuán)離子在生理PH溶液中被拉開(kāi)，留下了高濃度的固定負(fù)電荷產(chǎn)生

4、分子內(nèi)與分子間的強(qiáng)電荷-電荷排斥力，使組織內(nèi)堅(jiān)持一種挺而伸展的形狀。 當(dāng)軟骨面受力時(shí)，可發(fā)生瞬間變形，這主要是糖蛋白區(qū)的外形改動(dòng)所致，這種外加的應(yīng)力使軟骨基質(zhì)中的內(nèi)壓超越了膨脹壓，引起液體從組織中外流。2022-6-2512軟骨各成分間構(gòu)造上的相互作用2022-6-2513軟骨各成分間構(gòu)造上的相互作用2022-6-2514關(guān)節(jié)軟骨的生物學(xué)性質(zhì) 浸透性 蠕變反響 光滑2022-6-2515關(guān)節(jié)軟骨的生物學(xué)性質(zhì) 浸透性 表示液體流過(guò)多孔物質(zhì)的固體基質(zhì)時(shí)的摩擦阻力。 浸透性越低，承載時(shí)液體流動(dòng)阻力越大。與普通海綿的浸透性相比，安康軟骨的浸透性是很小的。隨著壓力和變形的添加，安康關(guān)節(jié)軟骨的浸透性大大降

5、低。因此，關(guān)節(jié)軟骨具有一個(gè)機(jī)械反響調(diào)理機(jī)制，阻止組織間液完全流出。 2022-6-2516 軟骨的蠕變反響 一個(gè)恒定的載荷瞬間施加于關(guān)節(jié)上，在載荷的作用下，軟骨的緊縮變形延續(xù)添加，直至獲得一個(gè)平穩(wěn)形狀或近似值，這就是“蠕變。2022-6-2517蠕變?nèi)渥?022-6-2518界面光滑 光滑：界面光滑和液膜光滑 界面光滑是依托單層光滑劑分子化學(xué)吸附到接觸的固面子上。作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，承載面遭到相互滑動(dòng)的光滑劑分子維護(hù)，防止因外表粗糙發(fā)生的粘合和磨損。液膜光滑 是一薄層的液膜將外表與外表分開(kāi)，加載時(shí)液膜內(nèi)產(chǎn)生壓力支持載荷。 液膜光滑的兩種典型模型：工程學(xué)上定義為動(dòng)態(tài)流體與擠壓液膜光滑。這些模型運(yùn)用于剛

6、性承載面由相對(duì)不變形資料組成，如不銹鋼。2022-6-2519動(dòng)態(tài)流體動(dòng)態(tài)流體 動(dòng)態(tài)流體光滑常發(fā)生于液膜光滑的不平行的剛性承重外表，彼此相對(duì)切線運(yùn)動(dòng)即彼此滑動(dòng)，間隙內(nèi)液體構(gòu)成楔狀。 由于承載運(yùn)動(dòng)吸引液體進(jìn)入外表間的楔狀間隙，流體粘性產(chǎn)生一個(gè)支撐力。2022-6-2520擠壓液膜擠壓液膜 發(fā)生于承載外表彼此垂直運(yùn)動(dòng)，流體的粘性抵抗力起到阻止流體從間隙中溢出，且構(gòu)成液膜，生成支撐力。 在短時(shí)間內(nèi)，擠壓液膜機(jī)制足以接受高負(fù)載，但是，液膜最終會(huì)變得很薄，使得兩個(gè)接受面的凸起部分定點(diǎn)接觸。2022-6-2521動(dòng)關(guān)節(jié)的光滑作用機(jī)制動(dòng)關(guān)節(jié)的光滑作用機(jī)制 軟骨的近似無(wú)摩擦屬性與人造資料不同。軟骨的近似無(wú)摩擦

7、屬性與人造資料不同。用于解釋剛性非浸透性資料如鋼鐵的用于解釋剛性非浸透性資料如鋼鐵的光滑作用的經(jīng)典實(shí)際不能完全解釋動(dòng)關(guān)節(jié)光滑作用的經(jīng)典實(shí)際不能完全解釋動(dòng)關(guān)節(jié)的光滑作用機(jī)制。的光滑作用機(jī)制。 例如，當(dāng)接受資料是非剛性的，而是相對(duì)例如，當(dāng)接受資料是非剛性的，而是相對(duì)柔軟的，如關(guān)節(jié)外表所覆蓋的關(guān)節(jié)軟骨，柔軟的，如關(guān)節(jié)外表所覆蓋的關(guān)節(jié)軟骨，會(huì)產(chǎn)生液膜光滑的動(dòng)態(tài)流體滑膜模型與擠會(huì)產(chǎn)生液膜光滑的動(dòng)態(tài)流體滑膜模型與擠壓光滑模型的不同。壓光滑模型的不同。2022-6-2522 相對(duì)柔軟的外表接受滑動(dòng)動(dòng)態(tài)流體或相對(duì)柔軟的外表接受滑動(dòng)動(dòng)態(tài)流體或擠壓液膜作用，且液膜內(nèi)的壓力使得外表擠壓液膜作用，且液膜內(nèi)的壓力使得外

8、表明顯變形，這時(shí)的銳化稱為彈性動(dòng)態(tài)流體明顯變形，這時(shí)的銳化稱為彈性動(dòng)態(tài)流體光滑。光滑。 這樣的光滑增大了外表面積和一致性，改這樣的光滑增大了外表面積和一致性，改善了膜的幾何性質(zhì)。承載接觸面積的增大善了膜的幾何性質(zhì)。承載接觸面積的增大減少光滑劑從承載面之間流走，構(gòu)成繼續(xù)減少光滑劑從承載面之間流走，構(gòu)成繼續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的光滑劑膜，從而關(guān)節(jié)的應(yīng)力降較長(zhǎng)時(shí)間的光滑劑膜，從而關(guān)節(jié)的應(yīng)力降低而更耐久。低而更耐久。2022-6-25232022-6-2524軟骨變性的生物力學(xué) 關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)和再生才干有限，假設(shè)接受應(yīng)力太大，能夠很快發(fā)生完全破壞。 高接觸壓力會(huì)減少液膜光滑的能夠性。 固體外表凹凸不平點(diǎn)的接觸，可引起顯微應(yīng)力點(diǎn)的集中，使這些關(guān)節(jié)面資料發(fā)生磨損。 關(guān)節(jié)總載荷頻率和數(shù)量的添加，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。2022