生物力學(xué)骨力學(xué)課件

骨力學(xué)

第四章骨力學(xué)第四章1機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2Galileo發(fā)現(xiàn)加載與骨形態(tài)的關(guān)系1834Bell骨可以使盡可能少的材料承擔載荷Ward增加壓縮載荷，可增加骨形成Ludwig重力、肌力對維持骨質(zhì)量的必要性1862德國學(xué)者加壓對骨生長的影響1867瑞士學(xué)者骨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)與承載大小、方向有關(guān)Wollf《骨轉(zhuǎn)化定律》一、骨力學(xué)研究方面的簡史：第一節(jié)引言機動目錄上頁下頁返回結(jié)束Galileo發(fā)現(xiàn)加載與骨形態(tài)的關(guān)系一、骨力學(xué)研究方面3二、骨力學(xué)的研究內(nèi)容和涉及的幾個問題1.骨結(jié)構(gòu)研究3.骨的應(yīng)力適應(yīng)性2.應(yīng)力-應(yīng)變研究4.骨折治療研究

(骨的生長與斷裂）（骨功能適應(yīng)性理論）

（骨的力學(xué)性質(zhì)）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

（引言）本構(gòu)曲線影響因素微觀結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性質(zhì)生長理論斷裂類型二、骨力學(xué)的研究內(nèi)容和涉及的幾個問題1.骨結(jié)構(gòu)研究3.骨4*5.脊柱生物力學(xué)*6.關(guān)節(jié)生物力學(xué)*7.骨骼肌力學(xué)*8.顱腦損傷力學(xué)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*5.脊柱生物力學(xué)*6.關(guān)節(jié)生物力學(xué)*7.骨骼肌力學(xué)*8.顱5三、骨力學(xué)的四個基本概念

1.骨強度：

2.骨剛度：生物材料或非生物材料組成的構(gòu)件抵抗破壞的能力生物材料或非生物材料組成的構(gòu)件抵抗變形的能力斷裂或過大的塑性變形彈性變形的允許限度機動目錄上頁下頁返回結(jié)束三、骨力學(xué)的四個基本概念1.骨強度：2.骨剛度：生物材6

3.骨韌性：

4.骨穩(wěn)定性：生物材料或非生物材料組成的構(gòu)件在外力作用下發(fā)生斷裂前所能達到的最大變形程度生物材料或非生物材料組成的構(gòu)件保持其原有平衡形態(tài)的能力機動目錄上頁下頁返回結(jié)束3.骨韌性：4.骨穩(wěn)定性：生物材料或非生物材料組成的構(gòu)7四、骨的基本知識（功能形態(tài)結(jié)構(gòu)組織成分）

骨是一個有生命的器官

——骨中有血液循環(huán)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

骨是一個能運動的器官

——通過關(guān)節(jié)肌肉承受外力

骨是一個良好適應(yīng)性材料——能再生和能自我修復(fù)

骨是一個粘彈性材料——即具有彈性又具有粘性四、骨的基本知識骨是一個有生命的器官機動目錄上8機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束9

（一）骨功能：

一方面：組成骨骼系統(tǒng)

另一方面：調(diào)節(jié)血液的電解質(zhì)濃度機動目錄上頁下頁返回結(jié)束提供對動物體的支撐維持人體的正常形態(tài)使肌肉附著帶動肢體運動作用保護內(nèi)臟器官、顱腔調(diào)節(jié)鈣離子、氫離子、磷酸氫根離子的濃度保持體內(nèi)礦物質(zhì)的動態(tài)平衡即骨髓的造血、鈣磷的儲存與代謝（一）骨功能：一方面：組成骨骼系統(tǒng)另一方面：調(diào)節(jié)血液的10

（二）骨形態(tài)：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

按其形狀可分為：人體共有206塊骨，依所在部位可分為:顱骨、軀干骨和四肢骨。長骨，呈管狀如脛骨、股骨；短骨，類正方體承壓有能動如腕骨、跗骨；扁骨，呈板狀如顱骨中的枕骨、頂骨；不規(guī)則骨，如椎骨。（二）骨形態(tài)：機動目錄上頁下頁返回11這些形狀不同的骨，是長期自然演變的結(jié)果，它符合最優(yōu)化原則，即用最小的結(jié)構(gòu)材料承受最大的外力，同時還具有良好的功能適應(yīng)性。這些形狀不同的骨，是長期自然演變的結(jié)果，它符合最優(yōu)化原則，即121、骨的微觀結(jié)構(gòu)哈佛管：內(nèi)含神經(jīng)和血管。板層骨：包繞在管的周圍。

（三）骨結(jié)構(gòu)：在顯微鏡下，構(gòu)成骨的基本結(jié)構(gòu)單位稱之為骨單位，即哈佛氏系統(tǒng)。1、骨的微觀結(jié)構(gòu)哈佛管：（三）骨結(jié)構(gòu)：在顯微鏡下，構(gòu)成骨的13骨的構(gòu)造骨的構(gòu)造142、骨的宏觀結(jié)構(gòu)

骨分為密質(zhì)骨和松質(zhì)骨

密質(zhì)骨一般位于骨的外層松質(zhì)骨位于骨的內(nèi)層，由骨小梁形成篩狀結(jié)構(gòu)，小梁之間的空隙充滿了紅骨髓。

密質(zhì)骨的骨小體的板層結(jié)構(gòu)

松質(zhì)骨的骨小梁的桁架結(jié)構(gòu)2、骨的宏觀結(jié)構(gòu)

骨分為密質(zhì)骨和松質(zhì)骨

密質(zhì)骨的骨小體的15密質(zhì)骨松質(zhì)骨機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨質(zhì)致密堅硬（疏松度為5—30%）骨板排列規(guī)整結(jié)合緊密僅留下一些部位作為血管和神經(jīng)的通道表面積相對小……松軟（疏松度為30—90%）……排列呈蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)孔內(nèi)充滿骨髓血管神經(jīng)……巨大強度高變形能力差（變形超過2%會斷裂）

強度低應(yīng)變能力好（變形可達7%左右）密質(zhì)骨松質(zhì)骨機動目錄上頁下頁返回16生物力學(xué)骨力學(xué)課件17松質(zhì)骨:松質(zhì)骨具有多孔結(jié)構(gòu)，因而有較高的能量儲存能力。松質(zhì)骨內(nèi)膠原纖維的排列看似是紛亂的，但它并非無序，它是根據(jù)主要的受力狀態(tài)沿著主應(yīng)力的方向排列，形成最優(yōu)的受力結(jié)構(gòu)，即用最少的材料承受最大的外部載荷。松質(zhì)骨:18生物力學(xué)骨力學(xué)課件19松質(zhì)骨骨小梁松質(zhì)骨骨小梁20生物力學(xué)骨力學(xué)課件21

（四）骨的成分

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨是由骨組織、骨膜和骨髓等構(gòu)成的骨組織是骨的結(jié)構(gòu)主體由細胞和鈣化的細胞外基質(zhì)及纖維組成其特點是細胞外基質(zhì)有大量的骨鹽沉積還有部分有機質(zhì)，使骨組織成為人體最堅硬的而又有一定韌性的結(jié)締組織（四）骨的成分機動目錄上頁下頁返22

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

骨細胞

：骨原細胞成骨細胞骨細胞破骨細胞（骨細胞最多，位于骨基質(zhì)內(nèi)，其余三種細胞均位于骨組織的邊緣）骨基質(zhì)：

大量鈣化的細胞間質(zhì)。（基質(zhì)含有大量的固體無機鹽——羥基磷灰石晶體71.8%，有機質(zhì)——粘多糖蛋白28.2%）

骨纖維：

骨膠原纖維（分層交叉）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束231、骨基質(zhì)鈣化的骨組織的細胞外基質(zhì)。包括有機成份和無機成份,含水極少。有機質(zhì)：膠原纖維（主要由Ⅰ型膠原蛋白構(gòu)成）無定形基質(zhì)（蛋白多糖及其復(fù)合物）無機鹽：羥磷灰石

（3Ca3（PO4）2Ca（OH）2）1、骨基質(zhì)有機質(zhì)：24●羥磷灰石是針狀結(jié)晶體，長約200A，橫截面面積為2500A。晶體是沿著膠原纖維長度方向排列的。非常堅硬,沿軸向的彈性模量為165GPa,與鋼的彈性模量200GPa相近?！衲z原纖維不嚴格遵守胡克定律，其縱向彈性模量為1.24GPa。膠原纖維具有韌性和柔軟性，因此可以抵抗拉伸，并具有部分可延展性?！窳u磷灰石是針狀結(jié)晶體，長約200A，橫截面面積為2500A25生物力學(xué)骨力學(xué)課件26生物力學(xué)骨力學(xué)課件27生物力學(xué)骨力學(xué)課件28生物力學(xué)骨力學(xué)課件29可見骨是由膠原纖維和羥磷灰石組成的復(fù)合材料，它具有優(yōu)異的力學(xué)性能。因為：柔韌的膠原可阻止硬材料的脆性斷裂，而堅硬的骨鹽又可阻止軟材料的屈服。無機鹽等礦物質(zhì)產(chǎn)生位移少膠原纖維等有機成分組織中充滿液體承擔較大變形鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)可見骨是由膠原纖維和羥磷灰石組成的復(fù)合材料，它具有優(yōu)異的力學(xué)30

從力學(xué)角度講，骨組織是一種雙相的的復(fù)合材料，一相為無機物，另一相為膠原和無定形基質(zhì)，當堅固的脆性材料嵌入另一種力度較弱但柔韌性強的材料中后，復(fù)合材料的性能比其中任何一種單純材料更加堅韌。從力學(xué)角度講，骨組織是一種雙相的的復(fù)合材料，一相為無機物，312、四種骨細胞骨祖細胞成骨細胞骨細胞破骨細胞

四種細胞在不同的生物力學(xué)環(huán)境中能相互轉(zhuǎn)化，互相配合而吸收舊骨質(zhì)，產(chǎn)生新骨質(zhì)。2、四種骨細胞四種細胞在不同的生物力學(xué)環(huán)境中能相互轉(zhuǎn)化，互32（1）骨祖細胞：骨組織的干細胞，位于骨膜內(nèi)，體積小，呈梭形，弱嗜堿性?？煞只蔀槌晒羌毎统绍浌羌毎?。分化方向取決于所處的部位和所受的刺激性質(zhì)。例如，當骨生長、改建或骨折修復(fù)時，骨祖細胞活躍，不斷分裂、分化為成骨細胞。（1）骨祖細胞：33⑵成骨細胞：分布于骨組織表面，胞體有細小突起，矮柱狀或橢圓形，胞質(zhì)嗜堿性。電鏡下可見大量的和高爾基復(fù)合體。成骨細胞合成和分泌骨基質(zhì)的有機成分，形成類骨質(zhì)。成骨時，成骨細胞還釋放基質(zhì)小泡。泡內(nèi)有細小的鈣化結(jié)晶，是鈣化的起始部位。成骨細胞分泌類骨質(zhì)后被包埋于其中，便成為骨細胞。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束⑵成骨細胞：機動目錄上頁下頁返回34其數(shù)量、形狀、合成分泌功能受應(yīng)力環(huán)境影響，如應(yīng)力的性質(zhì)、大小、頻率等，它還受年齡、遺傳、疾病、內(nèi)分泌的影響。在良好的力學(xué)環(huán)境下。成骨細胞數(shù)量增加，胞體增大，合成分泌功能明顯增強，因此可以加速骨折愈合，使骨密度增加，剛度明顯增加。在有害應(yīng)力或低應(yīng)力環(huán)境下，骨折愈合遲緩，甚至不愈合，骨質(zhì)疏松，強度下降。其數(shù)量、形狀、合成分泌功能受應(yīng)力環(huán)境影響，如應(yīng)力的性質(zhì)、大小35*成骨細胞是其中重要的感受與效應(yīng)細胞。力離子通道、G蛋白與酪氨酸激酶、整合素受體與細胞骨架等多種途徑，感受體內(nèi)外力學(xué)刺激，并將力學(xué)刺激信號轉(zhuǎn)化為細胞生物化學(xué)信號，介導(dǎo)力相關(guān)敏感基因表達，合成各種酶類等活性物質(zhì)，激活信號網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)反應(yīng)，參與一系列復(fù)雜的生理病理活動。*成骨細胞是其中重要的感受與效應(yīng)細胞。36位于骨板內(nèi)或骨板間，胞體較小，有許多細長突起，胞體呈扁橢圓形。胞體所在的腔隙陷窩；突起所在的腔隙稱骨小管。骨細胞的結(jié)構(gòu)和功能與其成熟度有關(guān)。剛轉(zhuǎn)變的骨細胞與成骨細胞相似，仍能產(chǎn)生類骨質(zhì)。隨著類骨質(zhì)逐漸鈣化為骨質(zhì)，細胞逐漸變?yōu)槌墒斓墓羌毎?。體積變小，減少，突起延長，相鄰骨細胞的突起以相連，骨小管彼此相通。骨陷窩和骨小管內(nèi)含有少量組織液。骨細胞具有一定的溶骨和成骨作用，參與調(diào)節(jié)鈣、磷平衡。成骨細胞產(chǎn)生類骨質(zhì)后，自身被包埋其中，分泌能力逐漸減弱，轉(zhuǎn)變?yōu)楣羌毎?。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（3）骨細胞：位于骨板內(nèi)或骨板間，胞體較小，有許多細長突起，胞體呈扁橢圓形37⑷破骨細胞：數(shù)量少，主要分布于骨組織的邊緣，是一種的大細胞，直徑30~100μm，含有6~50個核。目前認為它由多個融合而成，無分裂能力。胞質(zhì)為嗜酸性，細胞器豐富，尤以和線粒體居多。功能活躍的破骨細胞有明顯的極性，光鏡下可見破骨細胞貼近骨基質(zhì)的一側(cè)有皺褶緣。電鏡下呈許多大小和長短不一的突起。胞質(zhì)內(nèi)含多種水解酶和有機酸，溶解骨鹽，分解骨有機成分。表明破骨細胞具有很強的溶骨和吸收能力。

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束⑷破骨細胞：機動目錄上頁下頁返回38吞噬和分解非受力骨組織和壞死骨組織。合成并分泌溶膠原酶，對失去應(yīng)力的膠原進行溶解；合成分泌多種水解酶,對羥基磷灰石進行水解破壞；其形狀、數(shù)量和合成功能受應(yīng)力環(huán)境影響，在低應(yīng)力區(qū)，破骨骨細胞數(shù)量增加，體積變大，骨組織以破壞、吸收為主，骨質(zhì)疏松，強度、剛度降低。吞噬和分解非受力骨組織和壞死骨組織。39總之：正常骨骼處于一個吸收與生長重建的連續(xù)過程成骨細胞與破骨細胞的生理活性保持著動態(tài)平衡機械力學(xué)刺激是必不可少的條件之一總之：40五、骨的粘彈性實驗：（骨加鹽酸）脫鈣骨——（脫鈣骨燃燒）骨炭——骨外形保留堅固性脫去富彈性柔韌性骨外形保留堅固性脫去彈性柔韌性脫去機動目錄上頁下頁返回結(jié)束得出模量隨應(yīng)變率的變化而變化的時變性（骨是一個粘彈性材料）得出彈性、粘性的雙重性五、骨的粘彈性實驗：（骨加鹽酸）脫鈣骨——（脫鈣骨燃燒）骨41六、骨的各向異性

物質(zhì)成分

結(jié)構(gòu)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束復(fù)合材料的力學(xué)性質(zhì)（模量極限應(yīng)力應(yīng)變粘彈性等）七、骨的管形結(jié)構(gòu)（以長骨為例）

截面

外形八、骨的均勻強度分布（密度分布于應(yīng)力分布相適應(yīng)）

強度大

重量輕

結(jié)構(gòu)強度=比強度結(jié)構(gòu)模量=比模量六、骨的各向異性物質(zhì)成分結(jié)構(gòu)機動目錄上頁42（介紹）骨傷生物力學(xué)在我國的發(fā)展骨傷生物力學(xué)---根據(jù)人體構(gòu)件的解剖特征和力學(xué)性質(zhì)，用力學(xué)原理和方法研究骨折、脫位、矯形、移植及各種急慢性軟組織損傷等病因、病理、治療及愈合機理的科學(xué)。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（介紹）骨傷生物力學(xué)在我國的發(fā)展骨傷生物力學(xué)---根43（介紹）骨傷生物力學(xué)研究內(nèi)容

骨的力學(xué)性質(zhì)肌肉、肌腱、韌帶、腱鞘、滑囊力學(xué)性質(zhì)尋找環(huán)境效應(yīng)對生物組織的影響骨折的病因、病理、治療骨矯形、延長、移植的手術(shù)療法骨重建的反饋機理及骨生長的人為控制傷筋與骨錯縫的研究骨缺血壞死問題、骨性關(guān)節(jié)炎問題現(xiàn)行骨傷療法的改進和完善機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（介紹）骨傷生物力學(xué)研究內(nèi)容骨的力學(xué)性質(zhì)機動目錄44εσ第二節(jié)骨的基本力學(xué)性質(zhì)機動目錄上頁下頁返回結(jié)束εσ第二節(jié)骨的基本力學(xué)性質(zhì)機動目錄上頁下45一、骨的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（一）曲線：拉壓力學(xué)性質(zhì)(為例）對比低碳鋼、合金鋼、鑄鐵低碳鋼合金鋼骨鑄鐵機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（各段都有）（無cd段）（無oacdef段）（無cdef段）1、拉伸一、骨的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系對比低碳鋼、合金鋼、鑄鐵低碳鋼合金鋼骨46例如：其他材料的拉伸低碳鋼合金鋼硬鋁機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如：其他材料的拉伸低碳鋼合金鋼硬鋁機動目錄上頁47骨、金屬和玻璃的力學(xué)性質(zhì)比較三種材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線骨、金屬和玻璃的力學(xué)性質(zhì)比較三種材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線48由韌性材料組成的結(jié)構(gòu)體的載荷-形變曲線強度剛度能量積累脆性由韌性材料組成的結(jié)構(gòu)體的載荷-形變曲線強度剛度能量積累脆性49密質(zhì)骨在拉伸實驗中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線密質(zhì)骨在拉伸實驗中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線50

因此，工程學(xué)方法可以應(yīng)用于分析骨的力學(xué)性能。目前，骨實驗生物力學(xué)的測試技術(shù)為萬能實驗機測量法、電測法和光測法。與其它生物材料相比，如肌肉、血管，骨的性能，如應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系等，更接近工程材料。因此，工程學(xué)方法可以應(yīng)用于分析骨的力學(xué)性51機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、壓縮低碳鋼屬展性材料屈服段前——拉伸與壓縮的本構(gòu)曲線重合屈服段后——得不到壓縮強度機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、52骨屬脆性材料，壓縮與拉伸時有較大差別抗壓強度大極限應(yīng)變大彈性模量小機動目錄上頁下頁返回結(jié)束剪切力學(xué)特性扭轉(zhuǎn)力學(xué)特性彎曲力學(xué)特性略骨屬脆性材料，壓縮與拉伸時有較大差別抗壓強度大機動目錄53結(jié)論：骨的抗壓強度遠大于抗拉強度骨的抗拉強度略大于抗切強度機動目錄上頁下頁返回結(jié)束結(jié)論：骨的抗壓強度遠大于抗拉強度骨的抗拉強度略大于抗切強度機54（二）力學(xué)指標：（總結(jié)）剛度：屈服應(yīng)力：骨單元分離細微骨折極限強度：極限應(yīng)變：能量損耗：直線段——斜率曲線段——割線模量、微分模量平線段——直接讀曲線段——殘余應(yīng)變的20%法直接讀直接讀滯后環(huán)面積

長度延伸率

截面收縮率展性與脆性：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束殘余應(yīng)變：直接讀（二）力學(xué)指標：（總結(jié)）剛度：屈服應(yīng)力：極限強度：極限應(yīng)變：55二、各種影響骨力學(xué)性質(zhì)的因素機動目錄上頁下頁返回結(jié)束說明：①不同骨骼的力學(xué)性質(zhì)會有所不同②相同骨骼拉、壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲的力學(xué)性質(zhì)也會有所不同

骨的力學(xué)性質(zhì)受到性別、年齡、取材部位和方向、骨的狀態(tài)（干骨或濕骨）、加載速度等因素的影響，會在某一范圍變化。

二、各種影響骨力學(xué)性質(zhì)的因素機動目錄上頁下56生物力學(xué)骨力學(xué)課件57（一）骨的各向異性及解剖部位的差異機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨是由膠原纖維和羥基磷灰石組成的復(fù)合材料，表現(xiàn)出非均勻性和各向異性。在不同部位，即使在同一部位的不同方向，骨的力學(xué)性能都有很大的差別。（一）骨的各向異性及解剖部位的差異機動目錄上頁581、解剖部位：長骨的管狀部位及常受力部位——非均勻性機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨強度最高彈性模量最大例如無機鹽針狀晶體抗壓骨膠原纖維抗拉1、解剖部位：長骨的管狀部位及常受力部位——非均勻性機動592、各向異性：沿骨軸線方向——各向異性機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨強度最高彈性模量最大極限應(yīng)變最高例如縱向排列的纖維較多可提高骨的拉伸強度橫向排列的纖維較多可提高骨的壓縮強度2、各向異性：沿骨軸線方向——各向異性機動目錄60人股骨干密質(zhì)骨四個方向加載實驗約為1約為4/5約為1/2約為1/5人股骨干密質(zhì)骨四個方向加載實驗約為1約為4/5約為1/2約為61（二）骨的干濕度干骨濕骨含水量不同干骨比濕骨——機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨強度高彈性模量大極限應(yīng)變小能量儲存少（二）骨的干濕度干骨濕骨含水量不同干骨比濕骨——機動62①孔隙度的多少密質(zhì)骨比松質(zhì)骨——機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨強度高彈性模量大極限應(yīng)變小能量儲存少區(qū)分骨的腔隙與固體基質(zhì)區(qū)分固體基質(zhì)中的無機和有機成分②礦化率的大小隨著孔隙度的增加，骨強度和骨剛度下降。隨著礦化率的增加，骨強度和骨剛度上升。表面密度不同（三）骨的松密質(zhì)①孔隙度的多少密質(zhì)骨比松質(zhì)骨——機動目錄上頁63密質(zhì)骨松質(zhì)骨壓縮實驗中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系密質(zhì)骨松質(zhì)骨壓縮實驗中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系64（四）性別和年齡（職業(yè)、經(jīng)歷、遺傳、營養(yǎng)）（15到19歲女性除外）隨年齡的增加——1、年齡：力學(xué)性質(zhì)年齡15-1950-5920-2930-3940-4960-6970-7980-89機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨強度下降（明顯）彈性模量減小極限應(yīng)變降低（橫向比縱向下降明顯）（四）性別和年齡（職業(yè)、經(jīng)歷、遺傳、營養(yǎng)）（15到19歲女性65年齡相關(guān)性骨退化性

隨著年齡的增加，骨密度會發(fā)生進行性降低，縱向骨小梁變細，橫向骨小梁被吸收。隨之的結(jié)果就是松質(zhì)骨的數(shù)量顯著下降和皮質(zhì)骨變薄。年齡相關(guān)性骨退化性66年輕年長年輕年長67生物力學(xué)骨力學(xué)課件68骨量、年齡和性別之間的關(guān)系骨量、年齡和性別之間的關(guān)系692、性別：（15到19歲女性除外）更年期后男性力學(xué)參數(shù)下降比女性明顯機動目錄上頁下頁返回結(jié)束更年期前女性力學(xué)參數(shù)下降比男性明顯無論男性女性——骨強度下降（明顯）彈性模量減小極限應(yīng)變降低（橫向比縱向明顯）2、性別：（15到19歲女性除外）更年期后男性力學(xué)參數(shù)下降比70機動目錄上頁下頁返回結(jié)束生化成分和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化礦化增加膠原老化繼發(fā)骨單位的數(shù)量有關(guān)哈弗系統(tǒng)的數(shù)量及平均直徑的增加導(dǎo)致骨小體數(shù)目減少孔隙度增加骨小梁數(shù)目減少斷裂增加機動目錄上頁下頁返回結(jié)束生化71年齡相關(guān)的骨量丟失取決于很多因素，如年齡、性別、內(nèi)分泌異常、活動減少、費用和鈣不足等。年齡相關(guān)的骨量丟失取決于很多因素，如年齡、性別、內(nèi)分72拉伸實驗中年輕人和老年人脛骨的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

兩者的骨強度相近,但是老年人骨脆性更大，失去了形變能力。拉伸實驗中年輕人和老年人脛骨的應(yīng)力-應(yīng)變曲線兩者的骨73(五）運動負荷的影響1、加載速率----單位時間內(nèi)載荷的增長量。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨反復(fù)受較大載荷作用次數(shù)多可使骨強度骨剛度骨極限應(yīng)變逐漸喪失引起疲勞骨折顯微損傷的積累結(jié)果纖維損傷增加快于修復(fù)過程加載速率與塑性變形傳播速率比較(五）運動負荷的影響1、加載速率----單位時間內(nèi)載荷的增長74骨的疲勞性能人在不斷的運動的過程中，骨會反復(fù)受力，當這種反復(fù)作用的力超過某一生理限度時會使骨組織受到損傷，這種循環(huán)載荷下造成骨的損傷為疲勞損傷。

骨的疲勞性能75疲勞曲線顯示載荷與載荷反復(fù)次數(shù)之間的相互作用疲勞曲線顯示載荷與載荷反復(fù)次數(shù)之間的相互作用76

許多研究者試圖用數(shù)學(xué)關(guān)系來表達疲勞壽命N與載荷(應(yīng)力σ)、密度(ρ)、溫度(T)等因素之間的關(guān)系。

logN=Aσ+B，A、B為常數(shù)

LogN=Aρ+B，A、B為常數(shù)

Log(2N)=Alogσ+BT+C

Log(2N)=ALogσ+BT+Cρ+D該式表明，疲勞壽命隨負荷增加而減小，隨溫度升高亦減小，而隨密度的增加而增加。

許多研究者試圖用數(shù)學(xué)關(guān)系來表達疲勞壽命N與載荷(應(yīng)力σ)77

骨的疲勞過程不僅僅受到載荷強度和反復(fù)次數(shù)的影響，還受到載荷頻率的影響。體內(nèi)骨具有自我修復(fù)能力，只有在骨重建不足以彌補骨疲勞損傷才發(fā)生骨折。骨的疲勞過程不僅僅受到載荷強度和反復(fù)次數(shù)的影響，還受78

在一般情況下，如果因疲勞而使骨產(chǎn)生細小裂紋時,由于活體骨骼具有自我修復(fù)能力,因而活骨的疲勞壽命要比尸骨長，從而保證人體可以長期運動和反復(fù)受力。但是這種自行修復(fù)的能力也是有一定限度的，過度的疲勞導(dǎo)致永久性的損傷。

在一般情況下，如果因疲勞而使骨產(chǎn)生細小裂紋時,由于活79

疲勞骨折往往發(fā)生在持續(xù)過度活動的部位，這種持續(xù)過度活動使肌肉疲勞，收縮乏力，導(dǎo)致它們積累能量的能力和抵消應(yīng)力的能力大大減弱。隨之發(fā)生的骨應(yīng)力分布變化使骨受到的應(yīng)力異常增高，疲勞損傷逐漸積累，最終導(dǎo)致骨折。疲勞骨折往往發(fā)生在持續(xù)過度活動的部位，這種持續(xù)過度活80加載應(yīng)變速率與塑性變形傳播速率比較靜載荷動載荷隨加載速率的增加骨強度增大；彈性模量增大；極限應(yīng)變升高；能量儲存多。隨加載速率的增加骨強度增大；彈性模量增大；極限應(yīng)變降低；能量儲存少。手型記憶機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、應(yīng)變速率----單位時間內(nèi)應(yīng)變的改變量。未成年骨：通過塑形和改建共同完成成年骨：主要是保持骨的力學(xué)性質(zhì)發(fā)育的不同階段應(yīng)變率大小與骨量增加關(guān)系不一致3s-1加載應(yīng)變速率與塑性變形傳播速率比較靜載荷動載荷隨加載速率的增81在體內(nèi)，應(yīng)變每天都發(fā)生著相當大的變化。五種應(yīng)變率下皮質(zhì)骨的應(yīng)變率依賴性在體內(nèi)，應(yīng)變每天都發(fā)生著相當大的變化。五種應(yīng)變率下皮質(zhì)骨的應(yīng)82骨的應(yīng)變率依賴性

骨是一種粘彈性材料，它的力學(xué)性能隨受到的加載速率的變化而發(fā)生改變。加載于骨的載荷速率越高，骨在骨折前表現(xiàn)的剛度就越高，能承受的載荷也就越高。骨的應(yīng)變率依賴性83在臨床上，了解加載速度是非常重要的。因為它能影響骨折方式和軟組織損傷數(shù)量。在臨床上，了解加載速度是非常重要的。因為它能影響骨折84當骨折發(fā)生時，它積累的能量就會釋放。

加載速度低，能量通過單一形式的骨折線，骨和軟組織相對保持完整，此時骨折端沒有或發(fā)生很小的位移。加載速度較高時，更多的積累能量不能夠通過單一骨折線很快釋放，會發(fā)生粉碎性骨折和廣泛性軟組織損傷。當骨折發(fā)生時，它積累的能量就會釋放。85（六）應(yīng)力集中圓孔溝橫切口細紋等應(yīng)力集中系數(shù)：應(yīng)力不再均勻分布，有破損的局部應(yīng)力最大。應(yīng)力集中使骨強度降低。鉆空鉆空并擰上螺釘8周能量比5025100機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（六）應(yīng)力集中圓孔溝橫切口細紋等應(yīng)力集中系數(shù)：應(yīng)86生物力學(xué)骨力學(xué)課件87*骨的斷裂韌性是指某種材料阻止裂紋擴展的能力，一般用它描述材料抵抗脆性破壞的能力。

骨經(jīng)常會因受到某種損傷或內(nèi)在的缺陷而存在小的裂紋，此時必須要考慮這種裂紋對骨材料強度的影響以及骨材料所具有的抗裂能力，因而引進骨的斷裂韌性這—力學(xué)參數(shù)。

由于骨內(nèi)骨質(zhì)分布的非均勻性以及骨內(nèi)存在著孔洞、缺陷和裂紋等，使得對骨斷裂韌性的研究更為困難和復(fù)雜，同時也降低了骨的斷裂韌性。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*骨的斷裂韌性由于骨內(nèi)骨質(zhì)分布的非均勻性以及骨內(nèi)存在887.骨的受沖擊性能(1)骨在沖擊載荷作用下產(chǎn)生損傷的程度和損傷的形式，一方面取決于沖擊載荷具有的能量大小，另一方面還要取決于沖擊載荷的作用時間。7.骨的受沖擊性能89

沖擊能量越大，沖擊時間越短，造成骨的損傷程度越大。沖擊能量越大，沖擊時間越短，造成骨的損傷程度越大。90例：當—顆高速飛行的子彈打人頭顱中去時，盡管子彈具有很大的動能，但在穿入骨中去的過程中能量大量被吸收，其結(jié)果只將骨打穿一個洞而不產(chǎn)生骨折。

但是用一鈍器猛擊頭部卻使顱骨破碎，這是因為在顱骨表面沖擊時間很短，沖擊能量來不及被吸收所致。例：當—顆高速飛行的子彈打人頭顱中去時，盡管子彈具有很大的動91(2)骨承受沖擊能力的大小與骨的結(jié)構(gòu)關(guān)系密切進行沖擊實驗比較，發(fā)現(xiàn)頭顱骨耐沖擊能力要比長骨高40%左右。原因：一方面在于顱骨為扁骨，內(nèi)外表面是密質(zhì)骨骨板，中間一層海綿骨，具有吸收沖擊能的作用。

另一方面顱骨呈薄殼狀結(jié)構(gòu)，具有良好的承受外部載荷的能力。

(2)骨承受沖擊能力的大小與骨的結(jié)構(gòu)關(guān)系密切92對于活體中的骨，耐沖擊能力還應(yīng)考慮到骨周圍的肌肉、皮膚、內(nèi)臟器官組織等的影響，在進行實驗時應(yīng)盡可能模擬真實情況以便獲得較為客觀的數(shù)據(jù)。

對于活體中的骨，耐沖擊能力還應(yīng)考慮到骨周圍的肌肉、皮93作業(yè)：設(shè)計實驗1.說明骨的力學(xué)性質(zhì)是各向異性的2.藥物對骨質(zhì)疏松癥的治療作用3.推薦兩套康復(fù)計劃，試評價其效果取材：分組：方法：測量哪些物理量、怎么測量實驗結(jié)果的表達：實驗?zāi)康模汗堑牧W(xué)性質(zhì)及各種因素的影響機動目錄上頁下頁返回結(jié)束作業(yè)：設(shè)計實驗1.說明骨的力學(xué)性質(zhì)是各向異性的2.藥物對骨94骨與其他工程材料相比：骨是一個有生命的器官骨是一個粘彈性材料骨是一個運動的器官骨是一個良好適應(yīng)性材料機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第三節(jié)骨功能適應(yīng)性理論骨與其他工程材料相比：骨是一個有生命的器官骨是一個粘彈性材料95骨與其它工程材料相比其最大的特點是:具有豐富的血供和良好的自我修復(fù)重建的能力。（功能適應(yīng)性）骨的改變（生長、增值、吸收、萎縮）受(遺傳、激素活性、載荷）三種因素的控制這主要體現(xiàn)于它的結(jié)構(gòu)、成分和性能隨著力學(xué)環(huán)境的改變而改變。

（幾何特征力學(xué)特征組成成分）（粘彈性各向異性管形結(jié)構(gòu)均勻強度分布）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨與其它工程材料相比其最大的特點是:骨的改變（生長、增值、吸96如宇航失重和長期臥床、肢體制動的人員均可導(dǎo)致骨密度、骨鈣含量、骨基質(zhì)蛋白、骨形成速度的降低。例如：應(yīng)力對骨的生長、吸收起著調(diào)節(jié)作用，每一塊骨都對應(yīng)一個最適宜的應(yīng)力范圍，應(yīng)力過高、過低都會造成骨密度的改變導(dǎo)致萎縮。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束如宇航失重和長期臥床、肢體制動的人員均可導(dǎo)致骨密度、骨鈣含量97一、Wolff定律德國醫(yī)學(xué)博士Wolff1892年提出關(guān)于骨變化定律：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨功能的每一改變，都有與數(shù)學(xué)法則一致的確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)的變化。一、Wolff定律德國醫(yī)學(xué)博士Wolff1892年提出98機動目錄上頁下頁返回結(jié)束Roux骨生長的最小-最大原理——松質(zhì)骨的桁架結(jié)構(gòu)

（Kummer根據(jù)上原理算出了股骨頭三維桁架結(jié)構(gòu)）（Hayes據(jù)髕骨應(yīng)力分析和實驗表明骨小梁結(jié)構(gòu)確是按最小正應(yīng)力法線方向排列的）理論基礎(chǔ)：最小的結(jié)構(gòu)材料，承受最大的外力。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束Ro99機動目錄上頁下頁返回結(jié)束Evans壓力能刺激新生骨的生長理論——骨折愈合的重要因素

（Pauwels對上原理做了理論證明）理論基礎(chǔ)：骨是壓電晶體機動目錄上頁下頁返回結(jié)束Ev100最完美的幾何結(jié)構(gòu)（外部和內(nèi)部）最合理的組成成分（有機物和無機物）最具說服力的力學(xué)指標（強度、剛度和密度）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束目標：優(yōu)化設(shè)計原則說明：骨功能適應(yīng)性理論是對多種功能而言的，符合綜合優(yōu)化設(shè)計原則。最完美的幾何結(jié)構(gòu)（外部和內(nèi)部）最合理的組成成分（有機物和無機101機體可能通過四種方式對載荷做出動態(tài)響應(yīng)（骨細胞骨膠原骨礦物質(zhì)骨細胞外液）圖機動目錄上頁下頁返回結(jié)束Wolff定律的反饋機制：Wolff定律可能的作用方式機體可能通過四種方式對載荷做出動態(tài)響應(yīng)（骨細胞骨膠原骨礦102生物力學(xué)骨力學(xué)課件103二、骨的功能適應(yīng)性1、遺傳2、激素活性生長素——加快細胞分裂，加速次級過程。腎上腺皮質(zhì)激素——……內(nèi)分泌素——……雌性激素——……維生素ACD——……降鈣素——……機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨功能適應(yīng)性：骨有使其形態(tài)結(jié)構(gòu)、組成成分及力學(xué)性質(zhì)適應(yīng)于其載荷環(huán)境變化的本領(lǐng)。二、骨的功能適應(yīng)性1、遺傳2、激素活性生長素——加快細胞分裂1043、載荷骨的重建：定義——活體骨不斷地進行著生長、加強、再吸收的過程。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束條件——施加應(yīng)力與骨組織所習(xí)慣的應(yīng)力不同時骨將重建。分成——內(nèi)部重建表面重建表面重建：指的是在骨的外表面上骨材料的再吸收或沉積。內(nèi)部重建：指的是通過改變骨組織的體積密度時骨組織內(nèi)部的再吸收或加強。3、載荷骨的重建：機動目錄上頁下頁返105①幾何特征上的適應(yīng)外部：凸起表面積增大體積增大凹進表面積減小體積減小機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（以股骨為例）股骨要承受向內(nèi)側(cè)彎曲與壓縮負荷的作用最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在截面內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在截面外側(cè)截面前后為中性層通過低應(yīng)力區(qū)桿類彎曲梁…截面類工字型…骨干殼形結(jié)構(gòu)…圖①幾何特征上的適應(yīng)外部：凸起表面積增大體積增大凹進106內(nèi)部：排列有序度增加數(shù)目增多厚度增加

排列有序度減弱數(shù)目減少厚度減小

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨小梁的桁架結(jié)構(gòu)，排列的有序、數(shù)目適中…骨小體的板層結(jié)構(gòu)，排列的有序、數(shù)目適中…圖內(nèi)部：排列有序度增加數(shù)目增多厚度增加排列有序度減107生物力學(xué)骨力學(xué)課件108②力學(xué)指標上的適應(yīng)強度：密度：強度、密度與應(yīng)力的分布有很好的一致性。強度與密度的分布有不完全一致性。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束圖強度增加密度增大強度減弱密度減?、诹W(xué)指標上的適應(yīng)強度：密度：強度、密度與應(yīng)力的分布有很好的109生物力學(xué)骨力學(xué)課件110③組成成分上的適應(yīng)無機物：有機質(zhì)：孔隙度減少X光片透過率減弱孔隙度增多X光片透過率增強機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如干骨橫斷面上每平方毫米骨單元平均數(shù)16.39（外）14.7（內(nèi)）12.6（前）12.1（后）圖③組成成分上的適應(yīng)無機物：有機質(zhì)：孔隙度減少X光片透過率減111廢用和活動減少狀態(tài)對骨骼是有害的。正常組和制動組獼猴腰椎載荷－變形曲線圖不動猴的骨組織有可觀的吸收現(xiàn)象。例子：松質(zhì)骨的內(nèi)部重建廢用和活動減少狀態(tài)對骨骼是有害的。正常組和制動組獼猴腰椎載荷1121、反饋平衡理論生長、增殖與吸收、萎縮之間互相平衡三、骨的功能適應(yīng)性理論①應(yīng)力是最優(yōu)值時：生長與吸收平衡②應(yīng)力上線和應(yīng)力下線：當應(yīng)力大于最優(yōu)值時——當應(yīng)力小于最優(yōu)值時——當應(yīng)力大于應(yīng)力上線時——當應(yīng)力小于應(yīng)力下線時——機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、反饋平衡理論生長、增殖與吸收、萎縮之間互相平衡三、骨的功113骨的功能適應(yīng)性理論反饋圖機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨的功能適應(yīng)性理論反饋圖機動目錄上頁下頁1142、控制機理①壓電效應(yīng)：②鈣的生化活性：是骨感受應(yīng)力引起骨再造的機理。應(yīng)力增大→電場→成骨細胞中的蛋白絡(luò)合↓生長占優(yōu)←成骨細胞活躍←應(yīng)力增大→羥磷灰石晶體的溶解度↓生長占優(yōu)←鈣的生化活性←機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、控制機理①壓電效應(yīng)：②鈣的生化活性：是骨感受應(yīng)力引起骨再115第四節(jié)生長與斷裂一、斷裂：骨折的發(fā)生機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨折的定義成因分類骨折段的移位二、生長：骨折的治療影響骨折愈合的因素骨折的急救骨折的治療原則（復(fù)位固定用藥鍛煉）開放性骨折的處理開放性關(guān)節(jié)損傷的處理骨折的發(fā)生第四節(jié)生長與斷裂一、斷裂：骨折的發(fā)生機動目錄上1161、骨折的定義骨的完整性和連續(xù)性中斷時稱骨折。2、骨折的成因直接暴力間接暴力積累性勞損病理性骨折一、斷裂：骨折的發(fā)生及愈合（一）概念：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束1、骨折的定義骨的完整性和連續(xù)性中斷時稱骨折。2、骨折的117直接暴力骨折發(fā)生在暴力直接作用的部位。特點：多為橫骨折或粉碎骨折，軟組織損傷重，開放性骨折多見，雙骨骨折時骨折線在同一平面。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束直接暴力骨折發(fā)生在暴力直接作用的部位。機動目錄上118

開放性骨折的分度開放性骨折的分度：第一度：皮膚被自內(nèi)向外骨折端刺破第二度：皮膚被割裂或壓碎，皮下組織、肌肉有中度損傷第三度：廣泛的皮膚、皮下組織與肌肉的嚴重損傷，常合并血管神經(jīng)損傷開放性骨折的分度開放性骨折的分度：119間接暴力暴力通過傳導(dǎo)，杠桿或旋轉(zhuǎn)作用使遠處發(fā)生骨折。特點：多為斜骨折或螺旋骨折,軟組織損傷輕，閉合性骨折多見,雙骨骨折時骨折線不在同一平面。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束間接暴力暴力通過傳導(dǎo)，杠桿或旋轉(zhuǎn)作用使遠處機動目錄120積累性勞損長期、反復(fù)、輕微的直接或間接傷力集中在骨骼的某一點上發(fā)生骨折，稱為疲勞性骨折。特點：骨折無移位愈合慢。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束積累性勞損長期、反復(fù)、輕微的直接或間接傷力機動目錄121機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束122病理性骨折因骨髓炎、骨結(jié)核、骨腫瘤等骨骼本身病變引起的骨折。特點：不易愈合，給患者的生理和心理造成巨大傷害。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束病理性骨折因骨髓炎、骨結(jié)核、骨腫瘤等骨骼本身機動目錄123骨囊腫：多房型、骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨囊腫：多房型、骨折機動目錄上頁下頁124骨囊腫伴病理骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨囊腫伴病理骨折機動目錄上頁下頁返回1253、骨折的分類根據(jù)骨折處是否與外界相通可分為：

閉合性骨折開放性骨折第一種分類方法機動目錄上頁下頁返回結(jié)束3、骨折的分類根據(jù)骨折處是否與外界相通可分為：閉合性骨折第一126第二種分類方法根據(jù)骨折的程度及形態(tài)分類1、不完全骨折(1)裂縫骨折(2)青枝骨折2、完全骨折(1)橫骨折(2)斜骨折(3)螺旋骨折（粉碎骨折）(5)嵌插骨折(6)壓縮骨折（墩兒）(7)碟骨折（蝶皺）(8)骨骺分離（單純剪切）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第二種分類方法根據(jù)骨折的程度及形態(tài)分類1、不完全骨折2、完全127裂縫骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束裂縫骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)128青枝骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束青枝骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)129橫骨折斜骨折螺旋骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束橫骨折斜骨折130

粉碎骨折嵌插骨折壓縮骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束粉碎骨折嵌插骨折壓縮骨折131

骨骺損傷機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨骺損傷機動目錄上頁132脆性展性機動目錄上頁下頁返回結(jié)束橫斷型臨床上（根據(jù)骨折的形狀）的骨折類型：螺旋型斜面型垂直壓縮型剪切型碟型脆性展性機動目錄上頁下頁返回結(jié)133第三種分類方法根據(jù)骨折復(fù)位后的穩(wěn)定性分類穩(wěn)定骨折：裂縫骨折青枝骨折嵌插骨折橫骨折不穩(wěn)定骨折：斜骨折螺旋骨折粉碎骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束第三種分類方法根據(jù)骨折復(fù)位后的穩(wěn)定性分類穩(wěn)定骨折：不穩(wěn)定骨折134臨床上，根據(jù)骨折時能量的釋放將骨折分為三種類型：第四種分類方法低能量：運動損傷，滑雪等高能量：車禍超高能量：高速的槍彈傷機動目錄上頁下頁返回結(jié)束臨床上，根據(jù)骨折時能量的釋放將骨折分為三種類型：第四種分類方135*4、骨折段的移位發(fā)生原因：暴力，重力，肌牽拉力，搬運不當。成角移位側(cè)方移位縮短移位分離移位旋轉(zhuǎn)移位移位的種類：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*4、骨折段的移位發(fā)生原因：成角移位移位的種類：機136①成角移位:兩骨折段的縱軸線交叉成角,以其頂角的方向為準有向前、后、內(nèi)、外成角。②側(cè)方移位:以近側(cè)骨折段為準,遠側(cè)骨折段向前、后、內(nèi)、外的側(cè)方移位。③縮短移位:兩骨折段相互重疊或嵌插,使其縮短。④分離移位:兩骨折段在縱軸上相互分離,形成間隙。⑤旋轉(zhuǎn)移位:遠側(cè)骨折段圍繞骨之縱軸旋轉(zhuǎn)。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束①成角移位:兩骨折段的縱軸線交叉成角,以其頂角的方向為準有向137（二）骨折的發(fā)生應(yīng)力形式和骨的結(jié)構(gòu)特點——決定骨折的發(fā)生和愈合機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨受到力偶的作用可產(chǎn)生：拉伸、壓縮、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形形式導(dǎo)致骨折（二）骨折的發(fā)生應(yīng)力形式和骨的結(jié)構(gòu)特點——機動目錄1381、軸向拉伸及壓縮時應(yīng)力及骨折FF①應(yīng)力分析：mmFFf平面假設(shè)：截面各處的應(yīng)力相等(均勻分布）橫截面上：機動目錄上頁下頁返回結(jié)束斜截面上:FFαFαFστ（以拉伸為例）1、軸向拉伸及壓縮時應(yīng)力及骨折FF①應(yīng)力分析：mmFFf平面139機動目錄上頁下頁返回結(jié)束據(jù)平衡條件：將該分離體上所有的力投影到n,t軸上機動目錄上頁下頁返回結(jié)束據(jù)平140機動目錄上頁下頁返回結(jié)束結(jié)論：正應(yīng)力和切應(yīng)力均隨斜角變化機動目錄上頁下頁返回結(jié)束結(jié)論141機動目錄上頁下頁返回結(jié)束②骨折形成：當載荷增大到一定程度——骨單位之間的粘合線失去銜接而被拉開當載荷增大到一定程度——骨小梁受力失穩(wěn)變形（多指密質(zhì)骨骨折形成原因）（多指松質(zhì)骨骨折形成原因）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束②骨142機動目錄上頁下頁返回結(jié)束③骨折類型：骨受拉伸載荷作用——主要是橫斷型（從應(yīng)力分析情況來看）也有斜面型若密質(zhì)骨（骨干）

（強度大剛度大延伸率?。?/p>

骨折面橫形斜形鋸齒形若松質(zhì)骨（骨骺）

（強度小剛度小延伸率大）

骨折面杯口形臨床上拉伸引起的骨折多見于松質(zhì)骨機動目錄上頁下頁返回結(jié)束③骨143機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如：腓骨短肌腱附著點附近的第五跖骨基底骨折跟腱附著點附近的跟骨骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如144機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨受壓縮載荷作用——主要是斜面型（從應(yīng)力分析情況來看）垂直壓縮型若密質(zhì)骨（骨干）

（抗壓強度遠遠大于抗切強度）

骨折面斜形若松質(zhì)骨（骨骺）

骨折面敦兒形臨床上壓縮引起的骨折常見于椎骨（強度大剛度大延伸率小）

（強度小剛度小延伸率大）

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨受145機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如：人腰椎椎體壓縮骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如1462、剪切骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨受到沿著與載荷平行的界面上產(chǎn)生切應(yīng)力——導(dǎo)致側(cè)移骨折（側(cè)移骨折：骨折塊之間接觸程度改變即對位不良）

松質(zhì)骨強度低——易出現(xiàn)單純性剪切骨折2、剪切骨折機動目錄上頁下頁返回147臨床上常見：股骨髁骨折股骨頸骨折脛骨平臺骨折跟骨骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束臨床上常見：機動目錄上頁下頁返回1483、扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力及骨折ατ橫τ縱ττntαxτ橫τ縱τασα機動目錄上頁下頁返回結(jié)束①應(yīng)力分析：橫、縱截面上：斜截面上:繞骨軸線轉(zhuǎn)動的力偶矩作用時：3、扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力及骨折ατ橫τ縱ττntαxτ橫τ縱τασ149ntαxτ橫τ縱τασα機動目錄上頁下頁返回結(jié)束據(jù)平衡條件：將該分離體上所有的力投影到n,t軸上ntαxτ橫τ縱τασα機動目錄上頁下頁150橫剪縱剪機動目錄上頁下頁返回結(jié)束結(jié)論：正應(yīng)力和切應(yīng)力均隨斜角變化螺旋型橫剪縱剪機動目錄上頁下頁返回結(jié)151機動目錄上頁下頁返回結(jié)束②骨折形成：順骨纖維的方向——骨的抗切強度最差骨的抗拉強度也較差機動目錄上頁下頁返回結(jié)束②骨152機動目錄上頁下頁返回結(jié)束③骨折類型：骨受扭轉(zhuǎn)載荷作用——會出現(xiàn)螺旋型骨折（從應(yīng)力分析情況來看）（粉碎型骨折）當載荷增大到一定程度——首先沿骨軸線、垂直骨軸線方向形成剪切裂紋（抗切強度最小抗拉強度次?。╇S后裂紋沿最大拉、壓應(yīng)力方向作用的平面上擴展機動目錄上頁下頁返回結(jié)束③骨153機動目錄上頁下頁返回結(jié)束由于骨的形狀不規(guī)則受力不均勻?qū)е聰嗔褧霈F(xiàn)幾個螺旋形斷口粉碎型骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束由于154機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束155人脛骨在高速扭轉(zhuǎn)力作用下發(fā)生骨折機動目錄上頁下頁返回結(jié)束人脛骨在高速扭轉(zhuǎn)力作用下發(fā)生骨折機動目錄上頁1564、彎曲骨折αττττσσ機動目錄上頁下頁返回結(jié)束①應(yīng)力分析：4、彎曲骨折αττττσσ機動目錄上頁下頁157機動目錄上頁下頁返回結(jié)束②骨折形成：骨折發(fā)生在——撓矩最大的地方

（凸側(cè)和凹側(cè)）成人骨抗拉強度低骨折先發(fā)生在受拉的凸側(cè)未成人骨抗壓強度低骨折先發(fā)生在受壓的凹側(cè)如加載速度緩慢可出現(xiàn)完全壓裂拉斷的骨折如加載速度較快可迅速出現(xiàn)全骨拉斷機動目錄上頁下頁返回結(jié)束②骨158機動目錄上頁下頁返回結(jié)束③骨折類型：骨受彎曲載荷作用——會出現(xiàn)蝶型骨折（從應(yīng)力分析情況來看）當載荷增大到一定程度——凸側(cè)多為橫斷型（以受拉為主）凹側(cè)多為斜面型（以受壓為主）整個骨折面為碟型機動目錄上頁下頁返回結(jié)束③骨159機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束160機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束161脛骨三點彎曲實驗機動目錄上頁下頁返回結(jié)束脛骨三點彎曲實驗機動目錄上頁下頁返回1625、夾板治療骨折時受力機動目錄上頁下頁返回結(jié)束5、夾板治療骨折時受力機動目錄上頁下頁163第一.由于不同載荷下各點的應(yīng)力狀態(tài)不同，骨折與危險點的應(yīng)力狀態(tài)直接相關(guān)?？傊簷C動目錄上頁下頁返回結(jié)束第二.由于密質(zhì)骨抗切、抗拉強度差，骨折最易于剪斷或拉斷。第三.將骨的應(yīng)力狀態(tài)與骨的力學(xué)性質(zhì)結(jié)合起來，骨折類型可得到滿意的解釋。第一.由于不同載荷下各點的應(yīng)力狀態(tài)不同，總之：機動目錄164*骨連接骨與骨之間的連接裝置稱骨連接，按連接形式及連接組織不同，分直接連接和間接連接兩種。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束*骨連接機動目錄上頁下頁返回結(jié)165機動目錄上頁下頁返回結(jié)束直接連接

骨與骨間借致密結(jié)締組織、軟骨或骨直接連接，其間無腔隙，稱直接連接，包括纖維連接、軟骨連接和骨性結(jié)合三種形式。其特點是活動幅度小或不能活動。如顱骨之間的骨縫、椎骨之間的椎間盤等，這種連接形式其活動范圍很小。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束直接166機動目錄上頁下頁返回結(jié)束間接連接

骨與骨之間通過關(guān)節(jié)相連。它是全身骨的主要連接方式，其活動范圍大，可完成各種不同的運動。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束間接167（一）骨折愈合過程骨組織重新獲得原有的剛度和強度再現(xiàn)胚胎原始骨發(fā)育方式最終恢復(fù)原有骨結(jié)構(gòu)和性能，承受正常生理載荷的生物組織修復(fù)過程。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨折的愈合過程就是“瘀去、新生、骨合”的過程二、生長（一）骨折愈合過程骨組織重新獲得原有的剛度和強度機動目168絕對穩(wěn)定的固定方式分直接愈合、間接愈合1、直接愈合：（一期愈合）（直接皮質(zhì)骨重建）消除骨折端的應(yīng)變并產(chǎn)生無可見骨痂(外骨痂）生成的愈合過程機動目錄上頁下頁返回結(jié)束絕對穩(wěn)定的固定方式分直接愈合、間接愈合1、直接愈合：消除骨169①接觸愈合：骨折端緊密接觸并彼此產(chǎn)生壓力（1）修復(fù)機理：（接觸愈合、間隙愈合）②間隙愈合：骨折線不平整使骨折端接觸時有未能完全對合的間隙沿哈佛系統(tǒng)修復(fù)（骨單位為厚壁的圓筒狀結(jié)構(gòu)，與骨干的長軸呈平行排列，中央有一條細管稱哈佛管）

沿骨板層結(jié)構(gòu)和方向的纖維軟骨支架修復(fù)注：無外骨痂、無皮質(zhì)骨連接骨痂、無骨性肉芽組織機動目錄上頁下頁返回結(jié)束①接觸愈合：（1）修復(fù)機理：（接觸愈合、間隙愈合）②間隙愈合170（2）影響因素（力學(xué)):斷端加壓分靜態(tài)壓力（主要）和動態(tài)壓力有利于骨折表面的密切接觸使固定堅強；有利于遭受破壞的骨髓循環(huán)易于恢復(fù)；有利于斷端對合產(chǎn)生足夠的摩擦力以對抗各種移位；會產(chǎn)生一定的骨壞死。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（2）影響因素（力學(xué)):斷端加壓有利于骨折表面的密切接觸使固1712、間接愈合：（二期愈合）（骨痂形成修復(fù)）通過骨痂的形成而連接骨折塊所達到的愈合過程相對穩(wěn)定或彈性固定方式一般將骨折愈合分為3個階段：血腫機化期原始骨痂形成期骨痂改造塑形期骨痂可以理解為骨頭受傷后的傷痂（皮膚愈合初的血痂），機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、間接愈合：通過骨痂的形成而連接骨折塊所達到的愈合過程相對172也有將骨折愈合分為6個階段：撞擊期、誘導(dǎo)期、炎癥期、軟骨痂期、硬骨痂期和改建期。

課本將骨折愈合分為4個階段：炎癥期、軟骨痂期、硬骨痂期和骨痂塑形期；機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

也有將骨折愈合分為6個階段：課本將骨折愈合分為4個階段：173①血腫機化期（1）修復(fù)機理：（骨痂生長）骨折后，因骨折致髓腔、骨膜下及周圍組織血管破裂出血,在骨折部位形成了血腫。骨折端由于血循環(huán)中斷,逐漸發(fā)生約數(shù)毫米的骨質(zhì)壞死(如圖)。傷后6-8小時時,骨折斷端的血腫開始凝結(jié)成血塊，與局部壞死組織引起無菌性炎性反應(yīng)。隨后纖維蛋白滲出。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束①血腫機化期（1）修復(fù)機理：（骨痂生長）骨折后，因骨折致髓腔174機動目錄上頁下頁返回結(jié)束圖四肢長管骨骨干骨折縱剖面圖機動目錄上頁下頁返回結(jié)束圖175隨著纖維蛋白的滲出，毛細血管的增生，成纖維細胞、吞噬細胞的侵入，血腫逐漸機化，形成肉芽組織，并進而演變成纖維結(jié)締組織，使骨折斷端初步連接在一起，這就叫纖維連接，這一過程約在骨折后2-3周內(nèi)完成。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束同時，骨折端附近骨外膜的成骨細胞傷后不久即活躍增生，一周后即開始形成與骨干平行的骨樣組織，并逐漸向骨折處延伸增厚。骨內(nèi)膜亦發(fā)生同樣改變，只是為時稍晚。

隨著纖維蛋白的滲出，毛細血管的增生，成纖維細胞、吞噬細胞的侵176圖骨折愈合過程的血腫肌化演進期骨折后血腫形成血腫逐漸機化，外膜處開始形成骨樣組織機動目錄上頁下頁返回結(jié)束圖骨折愈合過程的血腫肌化演進期機動目錄上177②原始骨痂形成期

骨內(nèi)膜和骨外膜的成骨細胞增生在骨折端內(nèi)、外形成的骨樣組織逐漸骨化,形成新骨,稱為膜內(nèi)化骨。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束隨新骨的不斷增多，緊貼骨皮質(zhì)內(nèi)外面逐漸向骨折端生長，彼此會合形成梭形，稱為內(nèi)骨痂和外骨痂。骨折斷端及髓腔內(nèi)的纖維組織亦逐漸轉(zhuǎn)化為軟骨組織，并隨軟骨細胞的增生、鈣化而骨化，稱為軟骨內(nèi)化骨。而在骨折處形成環(huán)狀骨痂和髓腔內(nèi)骨痂。②原始骨痂形成期骨內(nèi)膜和骨外膜的成骨細胞增生在骨折端內(nèi)、外178圖骨折愈合過程中原始骨痂形成期膜內(nèi)化骨及軟骨內(nèi)化骨過程逐漸完成膜內(nèi)化骨及軟骨內(nèi)化骨過程基本完成機動目錄上頁下頁返回結(jié)束圖骨折愈合過程中原始骨痂形成期機動目錄上頁179當骨痂會合后，這些原始骨痂不斷鈣化而逐漸加強，當其達到足以抵抗肌收縮及成角、剪力和旋轉(zhuǎn)力時，則骨折已達到臨床愈合，一般約需4~8周。此時x線片上可見骨折處四周有梭形骨痂陰影，但骨折線仍隱約可見。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束當骨痂會合后，這些原始骨痂不斷鈣化而逐漸加強，當其達到足以抵180③骨痂改造塑形期

原始骨痂中新生骨小梁、骨板層逐漸增加，且排列逐漸規(guī)則和致密，骨折斷端經(jīng)死骨清除和新骨形成的爬行代替而復(fù)活，骨折部位形成骨性連接。這一過程一般約需8-12周。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束隨著肢體活動和負重，應(yīng)力軸線上的骨痂不斷得到加強，應(yīng)力軸線以外的骨痂逐漸被清除，并且骨髓腔重新溝通，恢復(fù)骨的正常結(jié)構(gòu)，最終骨折的痕跡從組織學(xué)和放射學(xué)上完全消失。X線照片顯示骨小梁、骨板層通過骨折線。

③骨痂改造塑形期原始骨痂中新生骨小梁、骨板層逐漸增加，且181圖骨折愈合過程中骨痂改造塑形期外骨痂、內(nèi)骨痂、環(huán)狀骨痂及腔內(nèi)骨痂形成后的立體剖面示意圖(2)骨痂改造塑形已完成機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

182（2）影響因素（力學(xué)):要使附加于骨折端的應(yīng)力產(chǎn)生適當?shù)膽?yīng)變應(yīng)力過低（應(yīng)變過?。獙巧L刺激不夠，會導(dǎo)致骨架中礦化較少。應(yīng)力過高（應(yīng)變過大）——存在骨痂形成潛力，但不能使骨痂有效橋接骨折。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（2）影響因素（力學(xué)):要使附加于骨折端的應(yīng)力產(chǎn)生適當?shù)膽?yīng)變183①外力的強弱：主要取決于四方面②骨間隙：③橋接骨折區(qū)域組織的剛度：④固定材料的剛度：考慮固定部位的應(yīng)變程度，要調(diào)整固定方式和強度。實現(xiàn)骨折端的最佳移位，要調(diào)整骨折間隙。如果骨折端要獲得適宜的應(yīng)變，骨折區(qū)組織可通過自我調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。選擇適宜的剛度材料。（間接愈合低剛度較適宜）機動目錄上頁下頁返回結(jié)束①外力的強弱：主要取決于四方面②骨間隙：③橋接骨折區(qū)域組織的184（二）骨折臨床愈合標準局部無壓痛和縱向叩擊痛局部無反?；顒覺線片骨折線模糊，有連續(xù)性骨痂通過骨折線上肢平舉一公斤重物超過一分鐘；下肢可步行超過三分鐘且不少于三十步連續(xù)觀察兩周骨折處不變機動目錄上頁下頁返回結(jié)束（二）骨折臨床愈合標準局部無壓痛和縱向叩擊痛機動目錄185機動目錄上頁下頁返回結(jié)束機動目錄上頁下頁返回結(jié)束186

1、年齡

兒童生長活躍，骨折愈合較成人快。

（三）影響骨折愈合因素

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

1、年齡

兒童生長活躍，骨折愈合較成人快。

（三）影187

2、全身健康情況

病人的一般情況不好，如患營養(yǎng)不良、糖尿病、鈣磷代謝紊亂、惡性腫瘤等疾病時，均可使骨折延遲愈合。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束2、全身健康情況機動目錄上頁下頁1883、局部因素①引起骨折的原因

電擊傷和火器引起骨折愈合較慢。②骨折的類型

嵌入骨折、斜形骨折、螺旋形骨折因接觸面積大，愈合較橫形、粉碎形骨折快。

閉合性較開放性快。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束3、局部因素①引起骨折的原因

電擊傷和火器引起骨折愈合較189血循環(huán)不佳——

易發(fā)生延遲連接

不連接

或骨壞死③骨折部的血運情況機動目錄上頁下頁返回結(jié)束血循環(huán)不佳——

易發(fā)生延遲連接

不連接

或骨壞死③骨折部的190

例如：兩骨折段血液供應(yīng)均良好多見于干骺端骨折。許多小血管從關(guān)節(jié)囊、韌帶和肌腱附著處進入骨內(nèi)，血液供應(yīng)豐富,骨折愈合快。如脛骨髁骨折、橈骨遠端骨折等。圖脛骨血液供應(yīng)示意圖(1)脛骨兩端有許多小孔。許多小血管即由關(guān)解囊、韌帶、肌腱等附著處穿過這些小孔進入骨內(nèi)，故脛骨兩端有充足的血液供應(yīng)。在脛骨干之中、下1/3內(nèi)完全沒有血管孔，僅在上、中1/3交界處之后側(cè)面有一血管孔(2)滋養(yǎng)動脈由此血管進入骨干內(nèi)后，即自上而下承擔整個中、下1/3骨干的大部分血液供應(yīng)例如：兩骨折段血液供應(yīng)均良好圖脛骨血液供應(yīng)191例如：一骨折段血液供應(yīng)較差如脛骨干中、下1/3骨折由于脛骨干主要靠從其中、上1/3交界處后側(cè)面進入髓腔內(nèi)的滋養(yǎng)動脈自上而下來的血液供應(yīng)。骨折后,滋養(yǎng)動脈斷裂,遠側(cè)骨折段僅靠骨膜下小血管維持,血液供應(yīng)明顯減少，骨折愈合較慢。圖脛骨干中、下1/3骨折后，骨折處的血液供應(yīng)情況自上而下的滋養(yǎng)動脈斷裂后，遠側(cè)骨折段喪失了大部分血液供應(yīng)，僅保有來自骨外膜下小血管網(wǎng)的血液供應(yīng)例如：一骨折段血液供應(yīng)較差圖脛骨干中、下1/3骨折192例如：兩骨折段血液供應(yīng)均差如脛骨中、上段和中、下段兩處同時發(fā)生骨折上段骨折僅一骨折段血液供應(yīng)較差,下段骨折處則兩骨折段血液供應(yīng)均差,因此上段骨折較下段骨折愈合快。圖脛骨干上中、中下1/3骨折后血液供應(yīng)情況上骨折部僅下段的血液供應(yīng)已減弱，下骨折部則兩段的血液供應(yīng)均已減弱(2)經(jīng)治療后上骨折部骨折愈合較下骨折部為快例如：兩骨折段血液供應(yīng)均差圖脛骨干上中、中下1/3骨折193例如：

骨折段完全喪失血液供應(yīng)如股骨頸囊內(nèi)骨折股骨頭血液供應(yīng)幾乎完全中斷,容易發(fā)生缺血性壞死。例如：骨折段完全喪失血液供應(yīng)194

④軟組織損傷的程度

火器傷時，槍彈、彈片等穿入體內(nèi)引起的骨折。軟組織廣泛損傷、壞死、缺損，骨折處缺乏保護均影響骨折的愈合。⑤感染

開放性骨折，若發(fā)生感染，可形成骨髓炎、死骨及軟組織壞死，影響骨折愈合。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束

④軟組織損傷的程度⑤感染機動目錄195

⑥神經(jīng)支配的影響

截癱、小兒麻痹和神經(jīng)損傷的病人肢體骨折，愈合較慢。⑦軟組織的嵌入

兩骨折段間若有肌肉、肌鍵、骨膜、韌帶等軟組織嵌入，骨折可以不愈合。

機動目錄上頁下頁返回結(jié)束⑥神經(jīng)支配的影響⑦軟組織的嵌入機動目196骨折不愈合4、治療方法不當機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨折不愈合4、治療方法不當機動目錄上頁下頁197骨折遲延愈合機動目錄上頁下頁返回結(jié)束骨折遲延愈合機動目錄上頁下頁返回198①復(fù)位不及時或復(fù)位不當

沒有及時將骨折復(fù)位，復(fù)位時方法不當，特別是手法復(fù)位粗暴以及多次復(fù)位，均可進一步破壞局部血運，從而影響骨折愈合。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束反復(fù)多次的手法復(fù)位,可損傷局部軟組織和骨外膜,不利于骨折愈合,應(yīng)予避免。手法復(fù)位的優(yōu)點是能較好地保持骨折部位的血供,但常較難達到解剖復(fù)位,凡已達到功能復(fù)位標準者,則不宜再行復(fù)位。切開復(fù)位時,軟組織和骨膜剝離過多影響骨折段血供,可能導(dǎo)致骨折延遲愈合或不愈合,應(yīng)在嚴格的手術(shù)指征情況下使用,并盡可能少地干擾和破壞局部血液供應(yīng).①復(fù)位不及時或復(fù)位不當

沒有及時將骨折復(fù)位，復(fù)位時方法不199②過度牽引

過度的牽引或牽引力過大可以使兩骨斷端間的距離增大骨痂不能跨越斷端或骨折斷分離，影響骨折愈合；

牽引過度也可使機化的毛細血管發(fā)生紋窄或痙攣，二致局部血液供應(yīng)不足影響血運，進而影響骨折的愈合。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束②過度牽引

過度的牽引或牽引力過大可以使兩骨斷端間的距離200③不合理的固定

固定范圍不夠、位置不當、過于松動及時間過短，都會在不同的階段增加骨折端應(yīng)力的干擾，或者造成骨折端接觸不良均可影響骨折的正常愈合。機動目錄上頁下頁返回結(jié)束例如：骨折固定不牢固,骨折處仍可受到剪力和旋轉(zhuǎn)力的影響,干擾骨痂生長，不利于骨折愈合。③不合理的固定

固定范圍不夠、位置不當、過于松動及時間過2