骨组织的生物力学ppt课件

老年人的骨其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其 年龄特征，以避免骨变形或骨折的发生。
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四、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或称骨塑形。
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1.骨细胞
在成年人骨骼中90%以上的骨组织细胞是骨细 胞，几乎所有骨基质表面都被骨细胞体和质突覆盖。
骨细胞的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，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 关系可以很好地感觉和处理骨骼变形，调节骨吸收 和形成，调节矿物质离子在骨基质和细胞外液之间 的流动和交换。
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骨非胶原蛋白 包括骨钙素、骨结合素、骨涎蛋白、骨磷蛋白和少量
粘蛋白。 骨非胶原蛋白可影响基质结构、骨钙化和骨细胞的功
能。 其他：
骨基质中还含可能影响骨细胞功能的生长因子如 β-转化生长因子簇(FGFs-β)、胰岛素样生长因子Ⅰ和 Ⅱ(IGF-Ⅰ和 IGF-Ⅱ)、骨形成蛋白(BMP)、血小板源性生 长因子(PDGF)、白介素-1和6(IL-1和IL-6)和集落刺激因子 (CSF)等。
★每年在骨表面上出现的BRU数量称为BRU的激活率，激活 率越高，骨表面BRU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。
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★1年中全身骨的95％参与骨重建过程。 ★影响骨重建的因素： 即促进骨吸收和促进骨形成的因素。 ★影响骨吸收的因素：
甲状腺激素、甲状旁腺激素、皮质类固醇激素、前 列腺素E2及雌激素等。 ★促进骨形成的因素： 维生素D、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。
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2.成骨细胞 排列在骨表面或紧紧包靠在邻近成骨细胞上。 主要功能有：
（1）合成和分泌有机骨基质（骨胶纤维和基 质），称类骨质，参与骨的形成并影响骨基 质钙化；
（2）释放某些细胞介质，以激活破骨细胞。
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3.破骨细胞
由多核巨细胞组成，主要分布在骨质表面、骨内血管通 道周围。
3．基质小泡 是由成骨细胞向类骨质中所释放的小泡， 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。基质小泡出现时， 可增加磷酸钙的沉淀。基质小泡中所含的各种酶可通过多种途 径促进软骨钙化。
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六、骨的机能
（一）力学机能
1.支撑机能 骨是全身最坚硬的组织，通过骨连接构成一 个有机的整体，使机体保持一定的形状和姿势，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。如脊柱、四肢 在支撑。
骨密质因结构致密，具有抗压、抗拉力强的特点， 常分布于骨的表面及长骨的骨干。
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（1）外环骨板层
由靠表面的数层骨板绕骨干呈同心圆排列而成。外侧与骨 膜紧密相连，中间有与骨干垂直并横行穿过骨板层的管道，称
穿通管，是营养血管进入骨内的管道。
（2）内环骨板层
由靠近骨髓腔面的数层骨板绕骨干呈同心圆排列而成。 最内层与骨内膜相连，其中亦有穿通管出现。
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。膜内有成骨细胞，其细胞在幼年期非常活跃，进 行分裂繁殖，可分化为成骨细胞直接参与骨的生成。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，骨外膜可重新分化为成骨细 胞，形成骨痂，愈合折端。因此，被剥离骨 外膜后，骨易于坏死，且不易修复。
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骨钙化的途径是：
首先，成骨细胞合成并分泌骨的有机成分（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。 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 [Ca10(PO4)6(OH)2]（无机盐）。羟基磷灰石结晶 呈针状或板状，经转运至骨胶原间隙区域内。 然后，无机盐再与有机质相鳌合形成鳌合物，最后形成 正常骨质。
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4.关节面软骨
由透明软骨组成，覆盖在骨关节面上。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。
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（二）细胞和组织水平的骨结构
骨组织中含有多种细胞成分，称骨细胞系。
骨细胞系包括骨细胞、成骨细胞和破骨细胞等。
在骨形成、骨吸收、骨基质矿化平衡和骨修复过 程中，骨细胞系扮演着各种不同的角色，具有不同的 形态、功能和局部特征。
破骨细胞具有非常大的降解骨基质的能力，它通过改变 其作用区域内的酸碱度（由原来约7.0的pH值降低到约4.0）， 以溶解骨矿物质；通过分泌酸性蛋白酶以降解有机骨基质。
在松质骨，破骨细胞则可从骨吸收的一边运动到另一边。 一旦完成了骨吸收任务，破骨细胞便分裂成单核细胞，后者 若被再次激活又可形成新的破骨细胞。
骨钙化实质：钙与磷的离子结晶体被转运 至骨胶原间隙区域内形成的鳌合物。
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（二）影响骨钙化的因素 影响骨钙化的主要因素有： 1．胶原 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、纤维内与钙 离子结合或与磷离子结合，形成羟磷灰石结晶。
2．粘多糖类 粘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有关。酸性蛋白多糖的游离阴离子 可选择性结合钙离子，减少羟磷灰石结晶的形成，从而抑制钙 化作用。当蛋白多糖被酶分解后，即可解除该抑制作用。
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功地治愈动物和人 骨硬化症。
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三、骨的成分
骨的成分由有机质和无机质组成: 有机物使骨具有一定的弹性与韧性； 无机物使骨坚硬。
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骨的有机质
主要是骨胶原纤维及骨非胶原蛋白。 骨胶原纤维
简称骨胶原，分为Ⅰ型和Ⅱ型胶原等。 占有机物的90%；其余10%由非胶原粘蛋白和 骨特异性粘蛋白组成。 遗传性Ⅰ型胶原异常(包括数量减少和结构异常 称为成骨不全，临床上主要表现为骨脆性增 加。
2.杠杆机能 运动系统的各种机械运动均是在神经系统的 支配下，通过骨髂肌的收缩、牵拉骨围绕关节而产生的。骨在 其各种运动中发挥着杠杆机能和承重作用。
3.保护机能 某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或腔 隙，如头颅骨借缝隙及软骨连接方式围成颅腔，以保护脑。
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（二）生理学机能
骨的生理学机能包括钙、磷贮存机能、物质 代谢机能、造血机能和免疫机能等。
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 版ppt
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★一个骨重建周期约需3个月。 ★一个骨重建所形成的结构为一个骨重建单位（BRU）。 ★在骨重建过程中，先出现骨的吸收，然后再有骨的形成，但
吸收与形成的骨量大致相当。
★骨重建的功能：可调节骨矿盐平衡、 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。
2）骨内膜：被覆于骨髓腔及松质骨表面。
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，骨内膜具有编辑终版pp生t 的生骨潜能。
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2.骨质 骨的主体成分，分为骨密质与骨松质。 骨密质 结构复杂，由规则且紧密成层排列的骨板构成。 长骨的骨密质由外到内分别为 外环骨板层、骨单位及内环骨
板层。
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无机质
主要成分是磷酸钙、碳酸钙和柠檬酸钙。 此外还有镁、枸橼酸离子等。
无机质有两个基本功能，即离子库和维持骨的 刚度和强度。
人体中约99%的钙离子、约85%的磷离子、 40%的钠离子和60%的镁离子贮存于骨矿结晶中。
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有机质与无机质的比例： 有机质与无机质按一定的比例（前者约1/3，
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（二）骨的形状 根据骨的外部形状，一般将其分为 长骨、 短骨、 扁骨、 不规则骨四种。
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二、骨的结构 （一）器官水平的骨结构
在器官水平的基础上可将骨分为 骨膜、 骨质、 关节面软骨、 骨髓及血管、神经等。
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骨的结构
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1.骨膜 分骨外膜与骨内膜。 1）骨外膜：覆盖于除关节面外的骨外表面。
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五、骨的钙化
概念：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。
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（一）骨钙化的基本物质与途径
骨钙化的基本物质是： 钙与磷离子； 其次还有镁、钠、钾及其他微量元素； 骨胶原纤维则为骨钙化提供基本结构场所。
骨松质的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。
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。
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3.骨髓 分红骨髓与黄骨髓。 红骨髓具有造血功能。 成人的短骨及扁平骨的松质骨网眼中的红骨髓 伴随人的终生 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红骨髓而再次具有造血 功能，如恶性贫血或外伤大出血时。
不成对的：下颌骨1 犁骨1 舌骨1
听小骨6：锤骨2 砧骨2 镫骨2
.
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椎骨24：颈椎7 胸椎12 腰椎5
骶骨1
尾骨1
胸骨1
肋骨24
.
126 上肢骨64：
肩胛骨2 锁骨2
肱骨2 尺骨2 桡骨2 腕骨16 掌骨10 指骨14
下肢骨62：
髖骨2
股骨2 髌骨2 胫骨2 腓骨2 跗骨14 跖骨10 趾骨14
（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，是 骨干骨密质的主体。
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、—层套一层的封闭的圆柱，这种结构又被称为哈佛氏系
统。
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骨松质
由针状或片状的骨板构成， 呈网状结构，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。
后者约2/3）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，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性和弹性。
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有机物和无机物的比例的年龄特征： 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 性好、坚固性差、不易骨折但易变形的特点。
骨组织生物力学
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❖ 骨是机体的基本构架，是健康的重要基 石。骨的更新伴随人的一生，与生命活 动和身体健康息息相关。正常成年人有 206块骨，206块骨依据不同功能，按一 定方式和力学结构，借助多种形式骨连 接，构成完整的骨骼系统。
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骨的结构与功能解剖
❖ 骨是人体最坚硬的器官之一，又具有 一定的韧性和弹性。它做为运动系统的 重要组成部分，在运动中发挥着杠杆作 用。它还通过骨连接构建成坚硬的支架 以保持机体的形态，并起到载荷重量、 支持体重、保护内脏器官等作用。
1.钙、磷贮存机能与物质代谢机能 骨是人体最大的钙库和磷库，在维护血中的 钙、磷含量的恒定中起调节作用。 2.造血机能和免疫机能 出生后，红骨髓是唯一的造血器官。
第二期：激活期。
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。
第三期：吸收期。
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。
正常人约持续1个月，在吸收期骨表面形成一 个陷窝，称为吸收陷窝。
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第四期：转换期。
吸收期结束，破骨细胞移向其他部位。
第五期：形成期。
成骨细胞在陷窝的表面上相继出现并分化、增 殖，形成类骨。
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 （remodling）。
骨重建开始于骨吸收，随后是骨形成。 骨的吸收与形成连续进行，最终使骨能不断 地自我修复和适应新的应力要求。
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骨重建过程 分为5期
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第一期：休止期或静止期。
此期既无骨吸收也无骨形成。
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一、骨的组成与形状 （一）骨的组成
正常成人有206块骨， 分成躯干骨、
头颅骨、 四肢骨三部分， 分别见表和图。
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名称 头颅骨 面颅骨
躯干骨
四肢骨
人体骨骼
.
总数
各骨名称与块数
.
29 脑颅骨8：额骨1 顶骨2 颞骨2 枕骨1 筛骨1 蝶骨1
15： 成对的：上腭骨 腭骨 颧骨 鼻骨 泪骨 下鼻甲骨