淺論骨生物力學

骨生物力學1整理ppt第一節(jié)：生物力學概念人體活動對骨骼的三種力1作用于骨的外力2肌肉收縮和韌帶的張力對骨骼的內(nèi)力3骨的內(nèi)反響力〔負荷〕2整理ppt力—負荷作用于骨骼可使骨發(fā)生形變微觀—顯微骨折—青枝骨折—骨折骨折因素：1.力的大小方向面積和幾何學。2.骨的材料特性。3整理ppt1.應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)力：骨骼某點內(nèi)力的強度，單位面積所受的力應(yīng)變：骨骼受力時，其內(nèi)部任何一點發(fā)生

變形，稱為該點的應(yīng)變。4整理ppt兩種應(yīng)力：正常應(yīng)力：垂直于所給平面的單位面積的力〔使立方體前面變薄變長〕剪式應(yīng)力：平行于所給平面的單位面積的力〔使立方體變?yōu)槠叫辛骟w〕5整理ppt6整理ppt2.拉力和壓力骨骼系統(tǒng)的特點幾何學復雜：管狀骨、不規(guī)那么骨、扁骨等力的類型復雜應(yīng)力和應(yīng)變復雜7整理ppt屈服(失控)：應(yīng)力到達某一點時，提示骨小梁斷裂開始〔屈服用Y點〕，且持續(xù)時間較長，骨小梁斷裂逐漸增多〔極限用U點〕。材料的硬度：彈性模量〔應(yīng)力比應(yīng)變〕拉力和壓力作用于棒產(chǎn)生45°剪應(yīng)力。8整理ppt9整理ppt3.彎曲〔長管狀骨〕1.純彎曲：凹側(cè)-壓應(yīng)變〔力〕，凸側(cè)-張應(yīng)變〔力〕，中位軸-應(yīng)變〔力〕為0.壓力點(橫切面)不會產(chǎn)生剪式應(yīng)力2.三點彎曲：骨骼受力較常見.兩端支撐，對側(cè)受力?！彩芰c：彎矩〕應(yīng)力點(橫切面)會產(chǎn)生剪式應(yīng)力10整理ppt

4.彎曲聯(lián)合軸向負荷

長管狀骨受兩方向外力壓力負荷彎曲負荷—側(cè)張應(yīng)力側(cè)壓應(yīng)力壓力+彎曲=聯(lián)合負荷〔常見〕11整理ppt5.扭轉(zhuǎn)長管狀骨不規(guī)那么骨扭轉(zhuǎn)剪性應(yīng)變橫向及縱向剪性應(yīng)變聯(lián)合剪性應(yīng)力骨折方向：斜形或螺旋形12整理ppt第二節(jié)：骨與關(guān)節(jié)軟骨的生物力學骨組織材料特性硬組織應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系骨折—取決于其材料特性骨成分：基質(zhì)膠原—骨小梁結(jié)構(gòu)：皮質(zhì)骨〔骨干〕〔骨孔5%-30%〕，松質(zhì)骨〔骨端〕〔骨孔30%-90%〕13整理ppt1.骨皮質(zhì)骨皮質(zhì)其材料特性取決于骨組織負荷或變形率。骨皮質(zhì)快速受力較緩慢受力吸收的能量大。骨組織應(yīng)力-應(yīng)變特征：骨皮質(zhì)縱向骨小梁排列比橫向強度大，硬度也較強。〔長骨長軸比橫軸更對抗應(yīng)力〕14整理ppt應(yīng)變率表示骨受力過程中變形迅速的程度〔單位/S〕如正常骨低于0.01/S骨折瞬間超過10.0/S15整理ppt2.拉力、壓力和剪力骨皮質(zhì)的拉力、壓力和剪力與工程材料相似，骨皮質(zhì)有一定范圍的彈性變形能力骨組織材料極限強度取決于負荷類型和承受負荷的方向。負荷作用下拉力及壓力超過彈性變形范圍發(fā)生骨折16整理ppt不同載荷造成的骨折類型

拉力壓力旋轉(zhuǎn)彎曲壓力17整理ppt成人股骨骨皮質(zhì)極限程度負荷類型極限程度〔MPa〕縱向拉力133壓力193剪力〔縱向扭轉(zhuǎn)〕68橫向拉力51壓力13318整理ppt3.骨松質(zhì)骨松質(zhì)：多孔硬度較皮質(zhì)骨差屈服：當應(yīng)力超過彈性極限后，變形增加較快，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生局部塑性變形。當應(yīng)力到達一定程度，塑性應(yīng)變急劇增加，這種現(xiàn)象稱為屈服。19整理ppt屈服：提示骨小梁斷裂開始，且持續(xù)時間較長。骨小梁斷裂逐漸增多。骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)標本負荷應(yīng)變水平在0.036和0.5時有能量吸收現(xiàn)象，骨松質(zhì)能量吸收超過骨皮質(zhì)。20整理ppt4.關(guān)節(jié)軟骨的生物力學

關(guān)節(jié)軟骨功能：1.減少接觸應(yīng)力2.潤滑21整理ppt4.1軟骨的負荷變形軟骨的負荷變形軟骨承受負荷時，發(fā)生瞬間變形蠕動期〔負荷恒定，壓痕增加〕去除負荷，恢復原形。關(guān)節(jié)軟骨承受負荷2分鐘內(nèi)發(fā)生變形，去除負荷，90%可瞬間恢復。軟骨的滲透性很低，通過壓力梯度和擠壓滲透。機械反芻調(diào)節(jié)機制22整理ppt4.2軟骨的張力特性軟骨主要抗張力成分----膠原纖維〔軟骨張力硬度取決于膠原纖維含量多少和排列次序〕張力繼發(fā)于壓力軟骨外表膠原纖維的主要排列方向與壓力垂直關(guān)節(jié)產(chǎn)生的最大外表張力相一致，張力強度隨關(guān)節(jié)面下的深度增加而減少。23整理ppt4.3關(guān)節(jié)內(nèi)應(yīng)力分布90~225kg/6.45c㎡使應(yīng)力分解，吸收震蕩，防止軟骨下骨的應(yīng)力損傷干骺部受力1.負重大時骨變形，2.骨松質(zhì)排列呈放射狀軟骨損傷軟骨下骨損傷骨關(guān)節(jié)炎骨壞死24整理ppt4.4關(guān)節(jié)軟骨的粘彈性蛋白多糖含有水分，調(diào)節(jié)水的流動。膠原組成基質(zhì)內(nèi)的張力，維持蛋白多糖的含量。軟骨承受負荷基質(zhì)內(nèi)液體壓變化水分由基質(zhì)孔流出〔海綿〕產(chǎn)生非線性形變粘彈性〔有賴于應(yīng)變率的形變〕變形與承受外力速度有關(guān)。25整理ppt4.5關(guān)節(jié)軟骨的磨損力學關(guān)節(jié)軟骨的磨損力學磨損：通過機械作用去除固體外表的物質(zhì)兩個方面：承載面之間互相作用引起界面磨損接觸體變形引起的疲勞性磨損26整理ppt4.6關(guān)節(jié)軟骨的潤滑作用界面潤滑〔玻尿酸鹽〕滑液潤滑：滑液嵌在滑動面之間，即可發(fā)生液膜潤滑，又可產(chǎn)生界面潤滑27整理ppt關(guān)節(jié)軟骨磨損兩種因素缺一不可機械因素是軟骨磨損的主要因素特別是骨外露酶、化學因素、代謝因素可降低軟骨屈服強度28整理ppt軟骨組織：易疲勞性材料周期性負荷時間過長導致軟骨膠原纖維疲勞短裂軟骨負荷時，其內(nèi)部的膠原纖維方向與負荷相垂直。分解應(yīng)力，軟骨損害。軟骨疲勞性磨損破壞的成分：1.膠原纖維，2.蛋白多糖大分子網(wǎng)，3.纖維和原纖維基質(zhì)之間界面。29整理ppt第三節(jié)骨折與固定生物力學

骨折與固定的生物力學30整理ppt1.骨折力學原理骨某一區(qū)域應(yīng)力超過極限強度，發(fā)生骨折。骨結(jié)構(gòu)(彎曲)本身：減低彎應(yīng)力骨空心結(jié)構(gòu)：比實心結(jié)構(gòu)承受彎曲及旋轉(zhuǎn)應(yīng)力強棒的壓力和張力和橫斷面面積成正比.31整理ppt面積112張力和壓力100%100%200%強度彎曲和旋轉(zhuǎn)100%210%495%強度32整理ppt骨折原因創(chuàng)傷骨病積累勞損33整理ppt扭轉(zhuǎn)應(yīng)力導致螺旋骨折受力機制為剪應(yīng)力旋轉(zhuǎn)軸45度時應(yīng)力最大。34整理ppt軸向壓力易在長管狀骨縱軸方向形成最大的剪力進而造成骨干斜行骨折通常長管狀骨的軸向壓力不是單一的。35整理ppt36整理ppt37整理ppt38整理ppt骨病骨腫瘤、骨缺損造成：骨的幾何學改變骨的強度改變骨缺損部位產(chǎn)生應(yīng)力集中〔骨折機制〕39整理ppt2.疲勞斷裂疲勞斷裂40整理ppt骨每天承受負荷，或長時間鍛煉，積累損傷，導致疲勞骨折常見于長途行軍，從事長距離行走及長跑者最常見于雙足第二趾骨遠端41整理ppt疲勞：材料在周期性和間歇負荷下發(fā)生的進行性損傷(顯微鏡下?lián)p傷)，在周期性負荷條件下，材料負荷水平低于能引起的材料損傷的單次負荷時，就會發(fā)生損傷。42整理ppt材料的疲勞極限〔Fatiguelimit〕任何材料具有一應(yīng)力水平，低于該水平疲勞壽命是無限的，該應(yīng)力水平稱疲勞極限。疲勞極限是一個平安控制數(shù)據(jù)，只要應(yīng)力低于它，不管周期數(shù)目多少是不會短裂的。43整理ppt骨單位密度較高的骨，抗疲勞性能較好，有助于防止骨折-因骨的膠接線及中央管制止裂隙擴展。44整理ppt3.骨折治療生物力學接骨原那么：1.血供。2.維持骨生理和力學環(huán)境。彈性固定好，活動度難掌握。牢固固定，缺點骨愈合不牢固。長骨骨折，因長力臂易移位。骨痂形成使骨折穩(wěn)定。骨折愈合有利：一定活動量和允許小的剪力。不利：剪力或彎曲力過度。45整理ppt4.張力帶固定張力來自：彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，肌力。骨折固定于張力側(cè)-使骨保持原有序列和對抗張力。張力帶用于：髕骨，尺骨鷹咀，大粗隆，內(nèi)外踝。張力帶和張力帶板。46整理ppt5.鋼板固定骨折愈合后盡快去除內(nèi)固定。牢固內(nèi)固定有