骨折的生物力学原理
跟骨骨折 生物力学
跟骨骨折是指跟骨（Calcaneus）发生断裂或断裂性变形的情况。
在了解跟骨骨折的生物力学时，我们需要考虑以下几个方面：
1. 受力方式：跟骨骨折通常是由于外力作用造成的，如高处坠落、车祸等。
这些外力可能通过直接压力、扭转或剪切等方式作用于跟骨。
2. 解剖结构特点：跟骨具有复杂的解剖结构，包括骨皮质、骨小梁、韧带、滑膜等。
这些结构对其抗力和稳定性起着重要作用。
3. 应力分布：受力施加在跟骨上时，会导致应力分布不均匀。
一般来说，跟骨中间部分承受的力较大，而前后部位较轻。
4. 强度和骨质状况：骨折的发生还与个体的骨强度和骨质状况相关。
例如，骨质疏松、骨质疾病等因素会降低骨的强度，增加骨折的风险。
5. 力的传递路径：跟骨骨折通常涉及到相邻结构的受力情况。
例如，踝关节和跟腱可能会对跟骨的应力产生影响。
了解这些生物力学的相关因素可以帮助我们更好地理解跟骨骨折的发生机制和治疗方法。
同时，在设计骨折修复手术或康复方案时，也需要考虑这些生物力学因素来确保恢复过程中的稳定性和功能恢复。
骨折愈合过程中的生物力学研究
骨折愈合过程中的生物力学研究在医学领域中，骨折是一种常见的创伤。
而理解骨折愈合过程中的生物力学机制对于优化治疗方法、提高康复效果以及预防并发症具有至关重要的意义。
骨折愈合是一个复杂而动态的过程，涉及到多种生物力学因素的相互作用。
当骨折发生时，骨骼的连续性和完整性被破坏，不仅影响了其结构的稳定性，还改变了局部的力学环境。
在骨折初期，骨折断端会出现出血、血肿形成等一系列生理反应。
此时，骨折部位的力学稳定性较差，需要外部的固定装置（如石膏、夹板或内固定器械）来提供支撑，以减少骨折断端的移动和错位。
随着时间的推移，骨折进入了肉芽组织修复期。
在这个阶段，成纤维细胞和毛细血管开始侵入血肿，形成肉芽组织。
这些新生的组织在一定程度上增加了骨折部位的连接性，但力学强度仍然较弱。
从生物力学的角度来看，此时骨折断端所承受的应力对于愈合进程起着关键作用。
适度的应力刺激可以促进细胞的增殖和分化，加速愈合；而过度的应力则可能导致肉芽组织的损伤，延缓愈合。
接下来是骨痂形成期。
骨痂是在骨折愈合过程中形成的新生骨组织，它的出现标志着愈合进程的重要进展。
骨痂的形成和发展受到生物力学因素的显著影响。
例如，在骨折部位的不同区域，由于应力分布的差异，骨痂的生长速度和质量也会有所不同。
在应力较高的区域，骨痂往往更加致密和坚固，以适应较大的力学负荷；而在应力较低的区域，骨痂可能相对疏松。
在骨折愈合的后期，即骨痂改造塑形期，骨骼会根据其承受的力学负荷进行自我调整和优化。
这个过程类似于“雕刻”，通过骨吸收和骨重建，使骨骼的结构和力学性能逐渐恢复到正常水平。
在此阶段，如果力学环境发生异常变化（如长期的废用或过度的负荷），都可能导致骨骼的重塑异常，从而影响骨折的最终愈合效果。
从生物力学的角度来看，骨折固定的稳定性是影响愈合的一个关键因素。
不稳定的固定会导致骨折断端的微动过大，干扰正常的愈合过程；而过于坚强的固定则可能抑制骨痂的形成和重塑。
因此，在骨折治疗中，需要根据骨折的类型、部位和患者的个体情况，选择合适的固定方式和固定强度，以提供既稳定又有利于愈合的力学环境。
骨折的生物力学
A.一期愈合 （1）一期接触愈合 （2）一期间隙愈合
B.二期愈合 （1）二期接触愈合 （2）二期间隙愈合
骨折愈合的影响因素
血供、生物学因子、化学因子、力 学环境、电磁刺激、超声刺激等
影响骨折端力学环境的因素
骨折固定的强度、骨折形态、骨折 复位情况、活动及负重时骨折间隙产生 应力的类型及大小
2. 板被用于抵抗张力置于骨的张力侧， 也可用于抗压缩、扭转或支持作用
3. 板的预弯允许骨折端的更均匀的加压 ，并防止对侧张开
骨螺钉
•把持力由外径和螺纹间距决定 •螺钉本身强度由杆的直径决定
髓内针
•大直径抗扭转能力好 •实心髓内针提供更大的抗 扭转和抗弯曲能力
DHS
•承受弯曲负荷，并 提供折端加压 •角钢板可抵抗扭转 但不提供折端加压
严格复查）
钢板
髓内针
适用于长管状骨粉碎骨折
生物学固定
尽可能保留有生物活性的组织 间接复位 获解剖对线，适合的稳定。
髓内针可完全替代钢板？
不可能
邻近关节的骨折多发损伤 尤其是胸外伤 国内现有条件
关于钢板使用长度的变化
S. R. Rozbruch Clin Orthop (Vol.354 1998) ■ 分析81例股骨干骨折钢板内固定 ■ 7 0年代；80年代；90年代；
对所有外固定架进行测试
其失败载荷均低于200N 前路应用1-2钢板固定，失败载荷 亦低于200N
多数作者认为
对于垂直不稳定型损伤前后 均应实施固定。 如垂直稳定而旋转不稳定， 前路固定仍是最好的指征（Tile）。
外固定常用于控制骨盆的出血
3枚针强度高于2枚针 5mm直径针强于4mm直径针
骨折愈合过程中的生物力学研究
骨折愈合过程中的生物力学研究骨折是一种常见的骨骼损伤，对患者的健康和生活质量造成了重要影响。
骨折愈合是一个复杂的生物学过程，其中涉及多种细胞、分子和生物力学因素相互作用。
本文将探讨骨折愈合过程中的生物力学研究。
一、骨折概述骨折是指骨骼的完整性被破坏，通常是由于外力作用下骨骼承受了超过其耐力极限的压力导致。
骨折可分为完全性骨折和不完全性骨折，根据骨折的类型和程度，治疗方法也会有所不同。
骨折愈合可以分为直接愈合和间接愈合两种方式。
二、骨折愈合生物力学研究的重要性骨折愈合是一个复杂的生物学过程，涉及到多种细胞和分子的相互作用。
了解骨折愈合的生物力学机制有助于提高骨折治疗的效果。
通过研究骨折愈合过程中的力学环境、细胞反应和分子信号传导，可以为骨折治疗和康复提供指导。
三、骨折愈合生物力学参数的研究1. 力学环境：研究骨折愈合过程中的力学环境对骨折愈合的影响是生物力学研究的一个重要方向。
通过测量骨折部位的应变、压力和位移等参数，可以评估力学环境对骨折愈合的影响，并为骨折治疗提供依据。
2. 细胞反应：细胞在骨折愈合过程中起着重要的作用。
研究骨折部位的细胞反应和细胞分布，可以了解细胞在骨折愈合中的功能和调控机制。
例如，研究干细胞在骨折部位的分化和增殖，可以为新型生物材料和干细胞治疗提供理论基础。
3. 分子信号传导：骨折愈合过程中的分子信号传导起着重要的调控作用。
研究骨折部位的分子信号通路和基因表达，可以了解分子调控在骨折愈合中的作用机制。
例如，研究骨形态发生蛋白家族在骨折愈合中的表达和功能，可以为药物干预和基因治疗提供新的靶点。
四、骨折愈合生物力学研究的应用前景骨折愈合的生物力学研究在临床上有着广泛的应用前景。
通过了解骨折愈合的生物力学机制，可以为骨折治疗和康复提供指导。
例如，根据临床病例和生物力学研究的结果，可以选择最合适的治疗方法，优化手术方案，并制定个性化的康复计划。
此外，骨折愈合的生物力学研究还可以为新型生物材料和干细胞治疗的开发提供理论基础。
骨骼的生物力学
*
其机制主要是骨单位的斜行破裂。
*
如运动员在单杠失手或跳伞落地技术不正确时所导致的胸腰椎骨折，其原因大多是由高处落下臀部
着地时受瞬间冲力引起。瞬间冲力沿纵向挤压，产生椎体的压缩骨折，椎体在高压缩载荷下发生缩短且
变宽。
* 压缩载荷所致的骨折常见于椎体
* 3.骨受剪切载荷所致的骨折
* 当一对相距很短、方向相反的力的作用于骨时
*
常见原因有：
*
直接暴力、
*
间接暴力、
*
肌拉力、
*
积累劳损及骨骼疾病。
* （一）骨折的生物力学原理
* 1.骨受拉伸载荷所致的骨折
* 其断裂的机理主要为骨组织结合线的分离和骨单位的脱离。
* 临床上，拉伸载荷所致的骨折常见于骨松质，表现形式多为撕裂性骨折。如跟腱附着点附近的跟骨
骨折。
* 2.骨受压缩载荷所致的骨折
产生缓慢变形或蠕变。
* 在加载后的最初数小时（6～8小时），其蠕变现
象最显著，随后蠕变的速率则会降低。
* 一般而言，骨承受压力负荷的能力最大，其次是
拉力、剪切力和扭转力。
* * 骨所受的正常生理负荷是这些力的综合。
*★力和变形之间的关系，反映了完整骨的结构行为。 *在中等量负荷时，负荷骨会出现变形，当负荷去除时， *骨的原有形状和几何学结构便恢复。 *如果骨骼系统遭受严重创伤，超过了其所能承受的负 *荷，则会引起严重变形，并可能发生骨断裂。 *★决定骨断裂抵抗力和变形特征的主要因素是骨所承受力 *的大小、力的方向和力的作用点，及组成骨组织的材 *料特性等。 *骨所承受的力越大，引起骨的变形就越严重，而且易引 * 起骨的断裂。骨在承受轴向力(axialforce)与承受弯曲 * (bending)或扭转力(torsionalforce)方面存在有很大 * 差异。 *★大骨抵抗力的能力优于小骨
骨科生物力学
脊柱失稳是指脊柱在承受外力时发生异常位移或变形，可能导致疼痛 和功能障碍等症状。
脊柱疾病生物力学研究及治疗策略
脊柱疾病的生物力学研究
通过对脊柱疾病的生物力学研究，可以深入了解疾病的发生机制和发展过程，为制定有效 的治疗策略提供依据。
脊柱疾病的治疗策略
根据脊柱疾病的类型和严重程度，可以采取保守治疗、药物治疗、物理治疗、手术治疗等 多种治疗策略。
骨骼为人体提供支持和保护，维持身体姿势 和稳定。
造血和免疫
红骨髓具有造血功能，黄骨髓则具有免疫作 用。
运动功能
骨骼与肌肉、关节等协同作用，实现人体的 运动功能。
储存矿物质
骨骼是体内重要的矿物质储存库，尤其是钙 和磷。
骨骼损伤与修复机制
骨骼损伤类型
损伤修复过程
骨折、骨裂、骨挫伤等 是常见的骨骼损伤类型。
生物力学在治疗骨折、关节置 换、脊柱矫形等骨科手术中发 挥着重要作用，手术方案的设 计和实施需要考虑生物力学因 素，以确保手术效果和患者康 复。
在康复医学中，生物力学评估 和治疗手段可以帮助患者恢复 骨骼、肌肉和关节的正常功能 ，提高患者的生活质量。
通过对人群的生物力学指标进 行监测和评估，可以为骨科疾 病的预防提供科学依据。
纤维关节
骨性关节
由骨组织连接，如颅骨的骨连接，几 乎无活动性。
由纤维结缔组织连接，如韧带关节和 缝合关节，运动范围较小。
关节运动学与动力学分析
运动学分析
01
研究关节在三维空间中的运动轨迹、速度和加速度等，揭示关
节运动规律。
动力学分析
02
研究关节在运动过程中的力学特性和相互作用，包括力矩、功
率和能量等。
肌肉-骨骼系统分析
骨折愈合过程中的生物力学研究
骨折愈合过程中的生物力学研究在医学领域中，骨折是一种常见的损伤。
而深入了解骨折愈合过程中的生物力学机制，对于提高骨折治疗效果、促进患者康复具有至关重要的意义。
骨折愈合是一个复杂而有序的生物学过程，涉及多种细胞和细胞因子的相互作用，同时也受到生物力学因素的显著影响。
从力学的角度来看，骨折部位所承受的应力和应变在愈合过程中起着关键的调控作用。
骨折发生后，骨组织的连续性和完整性遭到破坏，其力学性能也会发生明显变化。
在初始阶段，骨折断端的稳定性较差，容易出现移位。
此时，外部固定装置（如石膏、夹板、支具等）或内固定器械（如钢板、螺钉、髓内钉等）的作用就显得尤为重要。
它们能够提供一定的稳定性，限制骨折断端的过度活动，为愈合创造有利条件。
在骨折愈合的早期，血肿形成并逐渐机化。
这一阶段，骨折部位的力学环境相对不稳定，微小的活动可能会刺激局部的炎症反应，促进细胞增殖和分化。
适当的应力刺激有助于激活成骨细胞的活性，加速骨痂的形成。
然而，如果应力过大，可能会导致骨折断端的再次移位，影响愈合进程。
随着时间的推移，进入骨痂形成期。
此时，骨痂开始在骨折断端处堆积，但其强度和刚度仍相对较低。
在这个阶段，生物力学因素对骨痂的重塑起着重要的引导作用。
不同方向和大小的应力能够促使骨痂按照最优的力学结构进行排列和重塑，以适应肢体的功能需求。
在骨折愈合的后期，骨痂逐渐矿化和成熟，骨折部位的强度和刚度逐渐恢复。
此时，适度的负重和运动能够进一步促进骨组织的重塑和优化，使骨折部位的力学性能最终恢复到正常水平。
生物力学研究在骨折治疗中具有重要的指导意义。
例如，在选择骨折固定方式时，需要考虑固定器械的力学性能和稳定性，以确保能够提供合适的力学环境促进愈合，同时又要避免过度固定导致的应力遮挡效应。
应力遮挡效应是指由于固定器械过于坚强，使得骨折部位承受的应力减少，从而影响骨痂的形成和骨组织的重塑。
另外，康复治疗中的运动和负重方案也需要基于生物力学的原理进行制定。
最新 骨的生物力学
（一）骨的载荷 载荷即为外力，是一物体对另一物体的作用。 人体在运动或劳动时，骨要承受不同方式的载荷。 当力和力矩以不同方式施加于骨时，骨将受到拉伸a、 压缩b、弯曲c、剪切d、扭转e和复合f等载荷。
1.拉伸载荷(图a) 在骨的两端受到一对大小相等、方向相反沿 轴线的力的作用。骨受力后，能够导致骨骼内部 产生拉应力和应变，使骨伸长并同时变细。 例如在进行吊环运动时上肢骨被拉伸。
★导致骨折所需的应力叫骨的最大应力或极限强度。
★在应力-应变曲线弹性区的斜率叫弹性模量或杨氏模 量(Young‘s Modules)，表示材料抗形变的能力。 一般而言，弹性模量是一个常数。 弹性模量越大，产生一定应变所需的应力越大。 钢的弹性模量是骨的十倍，极限强度是皮质骨的 五倍。
（四）骨应变能量
五、骨折的生物力学
骨的完整性或连续性中断时称骨折。 常见原因有： 直接暴力、 间接暴力、 肌拉力、 积累劳损及骨骼疾病。
(一) 骨的受载形式与骨折类型的关系 常见的骨折类型与骨所受载荷的形式有关， 一般包括有：拉伸、压缩、弯曲、 旋转和压力联合弯曲 5种基本形式所致的骨折。
（二）骨折的生物力学原理 1.骨受拉伸载荷所致的骨折 其断裂的机理主要为骨组织结合线的分 离和骨单位的脱离。 临床上，拉伸载荷所致的骨折常见于骨 松质，表现形式多为撕裂性骨折。如跟腱附 着点附近的跟骨骨折。
当骨承受了很重的力并超出其耐受应力与应变 的极限时，便可造成骨骼损伤甚至发生骨折。
（三）应力-应变曲线 表示应力和应变之间的关系。 应力-应变曲线分成两个区：弹性变形区和塑性变 形区。 在弹性变形区内的载荷不会造成永久性形变（如 骨折）。 弹性区末端点或塑性区初始点称屈服点。 该点对应的应力是产生骨最大应力的 弹性形变，亦称为弹性极限。 塑性区：屈服点以后的区。 此时已出现结构的损坏和永久变形。 当载荷超过弹性极限后，骨发生断裂即骨折。
骨折修复的生物学原理
骨折修复的生物学原理骨折是指骨骼断裂或折断，通常由外力作用于骨骼超过其承受能力而引起。
当发生骨折时，人体会通过一系列的生物学过程来修复骨折部位，恢复骨骼的结构和功能。
这种骨折修复的生物学原理对于骨科医生和研究人员非常重要，可以帮助他们更好地理解骨折的治疗和再生过程。
一、骨折的分类骨折可以根据不同的分类标准进行分类，包括根据骨折部位、骨折类型、骨折稳定性等。
根据骨折部位，骨折可以分为上肢骨折、下肢骨折和躯干骨折。
根据骨折类型，骨折可以分为横行骨折、纵行骨折、斜行骨折等。
根据骨折稳定性，骨折可以分为稳定性骨折和不稳定性骨折。
二、骨折修复的基本过程骨折修复通常经历三个主要的生物学过程：炎症反应、软骨形成和骨再生。
1. 炎症反应当骨折发生时，伴随着局部组织的损伤和血管的破裂，炎症反应迅速发生。
炎症反应的主要特征是局部充血、水肿和白细胞浸润。
炎症反应有助于清除骨折部位的碎骨碎片和坏死组织，为后续的修复过程铺平道路。
2. 软骨形成软骨形成是骨折修复的第二个阶段，通常持续数周至数个月。
在软骨形成过程中，骨折部位形成了软骨母细胞的结构。
这些母细胞会进一步分化为软骨细胞和软骨基质，并逐渐形成软骨组织。
软骨在骨折修复过程中起到了临时支撑和保护的作用，为后续的骨再生提供了基础。
3. 骨再生骨再生是骨折修复过程的最后一个阶段，可以持续数个月至数年。
在这个阶段，软骨逐渐被骨组织所替代，形成新的骨折部位。
这个过程包括骨母细胞的分化和成骨细胞的形成。
成骨细胞会产生骨基质，并进一步进行骨基质矿化，最终形成强度与原有骨骼相当的骨组织。
骨再生的速度和质量会受到多种因素的影响，如年龄、营养状态和骨折类型等。
三、影响骨折修复的因素骨折修复的过程和结果受到多种因素的影响。
1. 年龄年龄是影响骨折修复的重要因素之一。
年轻人修复骨折的速度较快，骨质再生和修复能力较高；而老年人的骨折修复能力较差，需要更长的时间来完成修复过程。
2. 血液供应良好的血液供应对于骨折修复至关重要。
骨科生物力学
抗张性
骨骼能够抵抗拉伸和扭曲 力，保持身体的完整性和 运动能力。
弹性
骨骼具有一定的弹性，能 够在一定程度上吸收和分 散外力，减少损伤。
骨骼的生物力学模型
有限元分析
通过将骨骼划分为有限个元素，并分 析这些元素在各种外力作用下的反应， 可以预测骨骼在各种情况下的行为。
生物力学实验
数值模拟
利用计算机技术模拟骨骼在各种外力 作用下的行为，可以预测骨骼在不同 情况下的响应，为骨科疾病的诊断和 治疗提供依据。
通过实验方法测量骨骼在不同外力作 用下的响应，可以了解骨骼的实际生 物力学特性。
03
关节的生物力学特性
关节的结构与功能
总结词
关节的结构与功能是相互关联的，其结构决定了其功能，而功能的需求又会影 响其结构的发展。
详细描述
关节的结构复杂，包括骨骼、软骨、韧带、肌肉等组织，这些组织协同工作， 使关节能够进行各种运动。关节的功能主要包括运动、支撑和缓冲等。
运动医学
骨科生物力学在运动医学领域的应用主要涉及运动损伤的 预防和治疗，如肌肉拉伤、韧带撕裂、骨折等。
康复工程
在康复工程中，骨科生物力学可以帮助设计康复训练设备 ，制定康复治疗方案，提高康复效果。
骨关节炎治疗
骨科生物力学可以帮助理解骨关节炎的发病机制，为骨关 节炎的治疗提供理论支持和实践指导。
骨科生物力学的发展历程
位。
应力分散
内固定物应能够分散骨折部位的应 力，降低局部应力集中，减少骨折 端的活动。
材料选择
内固定物的材料应具备足够的强度 和耐久性，能够承受骨折愈合过程 中的生理应力。
外固定物的生物力学原理
稳定性
外固定物应提供足够的稳定性， 保持骨折部位的固定和位置。
浅谈骨折生物力学
1.应力和应变
▪ 应力：骨骼某点内力的强度，单位面积所
▪
受的力
▪ 应变：骨骼受力时，其内部任何一点发生
▪
变形，称为该点的应变。
两种应力：
▪ 正常应力：垂直于所给平面的单位面积的 力（使立方体前面变薄变长）
▪ 剪式应力：平行于所给平面的单位面积的 力（使立方体变为平行六面体）
2.拉力和压力
▪ 骨空心结构：比实心结构承受弯曲及旋转
▪
应力强
▪ 棒的压力和张力和横断面面积成正比.
骨折原因
▪ 创伤 ▪ 骨病 ▪ 积累劳损
▪ 扭转应力 ▪ 导致螺旋骨折 ▪ 受力机制为剪应力 ▪ 旋转轴45度时应力最大。
▪ 轴向压力 ▪ 易在长管状骨纵轴 ▪ 方向形成最大的剪力 ▪ 进而造成骨干斜行骨折
▪ 通常长管状骨的轴向压力 ▪ 不是单一的。
▪ 骨病 骨肿瘤、骨缺损
▪ 造成：骨的几何学改变
▪
骨的强度改变
▪
骨缺损部位产生应力集中
▪
（骨折机制）
2.疲劳断裂
▪ 疲劳断裂
▪ 骨每天承受负荷，或长时间锻炼，积累损 伤，导致疲劳骨折
▪ 常见于长途行军，从事长距离行走及长跑 者
▪ 最常见于双足第二趾骨远端
▪ 疲劳：
▪ 材料在周期性和间歇负荷下发生的进行性 损伤(显微镜下损伤)，在周期性负荷条件下， 材料负荷水平低于能引起的材料损伤的单 次负荷时，就会发生损伤。
▪ 如固定不牢靠，骨折端在外力下出现活动， 如形变在10%，则形成软骨，软骨连接。
▪ 如不固定或仅简单外固定，骨折端在外力 下出现活动，如形变在100%，则形成纤维， 不愈合。
▪ 骨折或损伤后局部会聚集许多干细胞以修 复损伤。
骨科研究中的生物力学原理
骨科研究中的生物力学原理在医学领域中，骨科学是关于骨骼疾病的研究。
骨科研究中的生物力学原理是非常重要的。
生物力学是力学的一个分支，其研究的对象是生物体的结构和运动。
骨科研究中的生物力学原理，指的是以生物体为对象，运用力学原理研究生物体力学、运动学特性及其与环境的相互作用。
这一领域对于骨科学研究的深入理解和治疗方案的制定都有至关重要的影响。
1. 骨骼的结构从生物力学角度来看，骨骼是由组成的复杂的结构。
在结构上，骨骼主要含有两种物质，一种是钙质，一种是胶原蛋白。
钙质使骨骼硬度高，胶原蛋白则使骨骼具有韧性。
骨骼的结构对于其机械性能有着很大的影响。
骨骼的耐受能力主要来源于骨皮质和骨髓腔。
骨皮质是骨骼的外部部分，主要负责承受外部的负荷，而骨髓腔则是骨髓的储存处。
这些结构的组合形成了骨骼的复杂的力学性能。
2. 在生物体内的应力分布生物组织内的应力分布是一重要的话题，对于治疗和预防骨骼疾病非常有用。
通过生物力学的原理，我们可以了解生物体内各个部位的应力情况，从而更好地理解疾病的成因。
骨骼的应力分布主要是受到力的大小、方向和时间的影响。
比如在行走的时候，足底会受到来自地面的反作用力，同时，体重也会在膝盖、髋关节和脊柱等部位造成应力，这些应力对于骨骼的稳定和维护有很大的作用。
3. 骨骼受力的特点骨骼处于永久受压和拉伸的状态下，如何保持其稳定性是骨科研究中十分重要的话题之一。
实际上，在生物体内，骨骼受力的过程与其他技术领域的运动学和动力学密不可分。
以骨折为例，我们需要将生物力学的分析用于骨骼治疗。
在骨折的治疗中，我们需要对骨骼受力状态进行分析，并要根据特定条件来设计治疗方案。
生物力学的原理为骨科学的研究带来了极大的提升，其应用可能包括对生物体内某些部位的应力分布，以及对应力测量工具的开发。
此外，在骨折治疗和骨骼改造等方面，共同研究生物力学角度下的骨折发展可能会提供更多的可行性治疗方法。
结语生物力学与骨科研究的结合，使我们对于骨骼疾病有了更深入的理解和治疗方法。
骨伤科生物力学
骨伤科生物力学骨伤科生物力学是研究人体骨骼系统在运动中的力学特性和力学变化规律的学科。
它结合了生物学和力学的原理，通过研究骨骼系统的力学行为，可以帮助医生更好地理解和治疗骨伤疾病。
一、骨骼系统的力学特性骨骼系统是人体的支撑结构，能够承受来自外部的力和负载。
骨骼系统的力学特性包括骨骼的刚度、强度和韧性。
1. 刚度：骨骼的刚度是指骨骼对外部力的抵抗能力。
刚度越大，骨骼对外力的变形程度越小。
骨骼的刚度主要由骨组织的弹性模量决定，不同骨骼部位的刚度也不同。
2. 强度：骨骼的强度是指骨骼能够承受的最大力。
强度与骨骼的结构和组织密切相关，骨骼中的骨小梁和骨小片是承受压力和拉力的主要部位，它们的数量和分布对骨骼的强度起着重要作用。
3. 韧性：骨骼的韧性是指骨骼对外部冲击或震动的抵抗能力。
韧性主要由骨骼的韧带和骨骼间负责缓冲和吸收冲击力的软骨组织共同作用。
二、生物力学在骨伤科中的应用生物力学研究的目标是通过分析骨骼系统的力学行为，为骨伤科的临床实践提供理论依据和技术支持。
1. 骨折修复：生物力学可以帮助医生了解骨折过程中骨骼的应力和应变变化，通过设计适当的外固定装置或内固定器材来促进骨折的愈合。
此外，生物力学还可以评估不同修复方法的效果，并优化治疗方案。
2. 关节置换：生物力学可以评估关节置换术的效果和潜在的机械问题，为手术方案的选择和术后康复提供指导。
通过模拟和分析关节的力学行为，可以预测人工关节的寿命和功能，进一步优化关节置换手术的效果。
3. 运动损伤预防：生物力学可以分析运动时骨骼系统的负荷分布和运动方式，帮助预防运动损伤的发生。
通过评估运动员的运动技术和姿势，可以提出相应的建议和指导，减少运动伤害的风险。
4. 功能评估和康复训练：生物力学可以通过运动分析和力学测量来评估患者的骨骼功能，并设计个性化的康复训练方案。
通过监测康复过程中的力学变化，可以及时调整康复计划，提高康复效果。
三、发展趋势和挑战随着科技的进步和研究的深入，骨伤科生物力学面临着新的机遇和挑战。
四肢骨关节损伤PPT课件
1.直接暴力：暴力（各种机械性外力）→骨发生形 变→超过弹性限度→骨折。 骨折发生在力作用部位，为横形、粉碎性或砍痕 （局部骨缺损）
2.间接暴力：外力通过传导、杠杆或旋转作用，使 外力作用的远隔部位发生骨折。
例：走路摔倒时，手着地，可以发生桡骨远端 骨折（colles)。
高坠时，臀部着地→脊柱椎体压缩性骨折。
⑵原始骨痂形成期：膜内化骨—骨内膜、骨外膜成 骨细胞增生在骨折端内、外形成骨样组织逐渐化 骨→ 形成梭形的内、外骨痂。软骨内化骨—髓腔 内的纤维组织→软骨组织→软骨细胞增生、钙化 →环状骨痂和髓腔内骨痂。此过程需要4~8w，此 时在X线片上可见到梭形骨痂影。
⑶骨痂改造塑型期：原始骨痂中的新生骨小梁逐渐 增加，且排列逐渐规则和致密，骨折部位形成骨 性连接，此过程需要8~12w。
4.量： ⑴肢体长度：双侧置于相同姿势，利用骨性标 志测量对称部位的长度，尽量不经过关节。 ⑵肢体周径：对称部位。 ⑶关节活动度：用量角器测量。记录方法：肘、 膝关节00（伸） 600（屈） ⑷肌力测量： ⑸反射检查： ⑹感觉障碍区： ⑺植物神经检查：
5.特：某些部位损伤的特殊检查方法。 浮髌试验 过伸试验
感染：开放性骨折感染，导致化脓性骨髓炎， 出现软组织坏死和死骨形成，严重影响骨愈合。
治疗方法：反复多次手法复位、切开复位、清创 时过多地摘除碎骨片、骨折性持续牵引、骨折 固定不牢。
七、法医学鉴定
1.损伤的认定：根据体征、X线片、CT、MRI可 明确诊断。应注意骨折时间的确认：时间短者 主要根据局部损伤、MRI所见来判定，时间长 者根据骨痂的形成来判断。
3.牵拉力：某些肌肉的突然收缩→肌腱、韧带附着点 处骨折。
例：突然跪倒时，股四头肌的突然猛烈收缩→髌骨 横形骨折。
骨折固定生物力学
•螺钉旋紧程度
螺钉极限强度、最大韧性的三分之二
以便抵抗功能性负荷
•单螺钉不能控制骨片间旋转
双螺钉系统可控制旋转
操作技术欠佳
•螺钉松动
受到过大载荷
压力性坏死（假说）
螺钉轴向压力不足
上述原因 界面微动 骨吸收 松动
•螺钉脱出
单边型外固定架抗扭转力较弱
环型外固定架各轴向性能相似
外固定钉松动
•骨热性坏死
•局部高应力
•微动
骨吸收
避免发生微动：
骨孔比钉直径小0.1mm
Richard’s 钉
确保加压钉的滑动
•选用较大角度钉板系统
•加压钉与滑槽接触面尽可能大
锁定钢板
Locked Plate
传统钢板弱点
力学方面 界面摩擦力
•钢丝、钢缆
•钢丝加克氏针（2根，防旋转）
•钢丝加螺钉
•钢板 •外固定支架
静力型张力带
动力型张力带
张力带应用前提条件
•骨或骨折能够承受压缩
•对侧应有完整皮质支撑
•固定能够抵抗张力
螺钉固定
旋转力转换成压缩力
•皮质骨螺钉应先攻丝
未攻丝可造成:
•螺钉嵌顿
•螺钉被扭断
增加直径提高扭转剪切强度
•轴向移动（加压、分离）
适用横形、短斜形无碎骨片骨折 静力型 动力型
髓内钉刚度
•截面形状、直径、壁厚
•髓内钉长度
•纵向开槽?
•材料弹性模量
•无支撑长度
无支撑长度轻微增加 骨折断端间移动明显增加
•髓内钉断裂
骨折线远离外力作用点
锁钉孔损伤、应力集中
生物学固定的概念原理及方法
后来Schemitsch等[11]用同一动物模型又进 一步证实，扩髓后包裹在胫骨周围的肌肉血 流量显著高于不扩髓组，这是由于扩髓损害 了内骨膜和内侧骨皮质的血供，在骨皮质的 再血管化过程中，软组织血流呈现代偿性增 强，提示临床上对软组织广泛剥脱的粉碎性 骨折，最好不要扩髓插钉。考虑到扩髓和不 扩髓各有利弊，近年来在髓内钉固定时采用 了折衷的手段，即有限或部分扩髓。
BO概念下，骨折愈合并非象既往AO那样追 求一期愈合，而是二期愈合，这表明骨的愈 合方式并不重要，最短的愈合时间和最好的 功能恢复才是目的。另外，从BO的产生背景 上看，提出BO这一概念者，正是AO学者本 身[3,4]，因而BO与AO并不矛盾，前者是对 后者的补充和完善。
技术和方法
间接复位 间接复位最早由AO学者Mast等[7]于1989年 提出，其基本原理是，常规切口进入骨折部 后，不剥离骨膜，在骨膜外用器械或者钢板 和器械联合应用，牵引骨折的远近两端，使 骨膜产生张力，借助骨膜和其他软组织的梳 理和挤压，使骨折碎片得以复位，必要时可 利用带尖的复位钳帮助并维持复位，复位满 意后再行钢板内固定。
迄今为止，BO并未建立一个确定的内涵。其 基本概念是，在骨折的复位固定过程中，重 视骨的生物学特性，最大限度保护骨折局部 的血供，而不骚扰骨的生理环境，使骨折的 愈合速度更快，防止各种并发症的发生。
从其概念可以看出，BO的外延较广泛，而内 涵则不确定，概而言之，凡能保护骨血供的 骨折治疗手段和技术，均可看作BO范畴。因 此，从这一点上讲，BO并非是一种理论体系， 而只是一种“策略”
Swiontkowski等[21]用LC-DCP和DCP固定完整的羊 胫骨，术后12周发现，LC-DCP组血管增生反应明 显弱于DCP组，表明LC-DCP在术后早期对血供的 激惹确实低于DCP。Jain等[22]将10只犬的胫骨中 段制成短螺旋型骨折，分别用不锈钢和市售的纯钛 LC-DCP进行固定，在骨折前、骨折后、接骨板固 定后以及术后10周等4个时相点，用LDF测定骨血 供的变化，发现骨折对骨的血供造成明显的损害， 应用两种LC-DCP固定后并不加重骨血供的原有损 伤，术后10周两组骨皮质的血供较接骨板固定术后 当时明显恢复，但两组间无差异。从而证实，LCDCP有助于骨皮质的再血管化，但与其材料性质无 关。
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骨折的生物力学原理
骨折是指骨骼的完整性受到破坏，通常由于外力作用而导致。
在人体中，骨骼是一个重要的支撑系统，能够承受和分散身体的压力和力量。
因此，了解骨折的生物力学原理对于骨折的治疗和康复至关重要。
骨骼的生物力学特性
骨骼是由钙盐和胶原纤维组成的复杂结构。
它具有一定的韧性和强度，能够承受外力的作用。
骨骼的生物力学特性取决于其微观结构和组织排列方式。
骨折的力学原理
在应用力的作用下，骨折通常发生在骨骼受力最弱的部位。
骨骼受到外力作用时，会出现压力、拉力和剪力。
这些力的作用会导致骨骼发生形变，当力的大小超过骨骼能承受的极限时，骨骼就会发生骨折。
骨折的类型
根据骨折发生的方式和骨骼断裂的形态，骨折可以分为多种类型。
常见的骨折类型包括：完全骨折、不完全骨折、开放性骨折和闭合性骨折。
完全骨折是指骨骼完全断裂成两段，不完全骨折则是指骨骼只有部分断裂。
开放性骨折是指骨骼断裂后露出皮肤，而闭合性骨折则是指骨骼断裂后未露出皮肤。
骨折的治疗原则
骨折的治疗旨在恢复骨骼的完整性和功能。
根据骨折的类型和位置，治疗方法可以包括保守治疗和手术治疗。
保守治疗主要包括骨折复位、固定和康复训练，手术治疗则是通过手术操作来恢复骨骼的完整性。
骨折的固定方法
骨折的固定是指将骨骼断裂的两段牢固地连接在一起，以促进骨折的愈合。
常用的固定方法包括外固定和内固定。
外固定是通过外部装置将骨骼断裂的两段固定在一起，而内固定则是通过内部装置（如钢板、钢钉等）将骨骼断裂的两段固定在一起。
骨折的愈合过程
骨折的愈合是一个复杂的生物力学过程。
在骨折发生后，通过骨骼周围的软组织形成血肉瘢痕，这是骨折愈合的第一阶段。
随后，骨骼周围的软骨组织逐渐转变为硬骨组织，形成初生骨，这是骨折愈合的第二阶段。
最后，初生骨逐渐重塑为成熟的骨组织，完成骨折的愈合。
骨折的康复训练
骨折的康复训练是恢复骨骼功能和加速骨折愈合的关键。
康复训练包括功能锻炼、肌肉力量训练和平衡训练等。
通过逐渐增加运动强度和范围，可以促进骨折部位的血液循环和新陈代谢，加速骨折的
愈合。
总结
骨折的生物力学原理是了解骨折治疗和康复的基础。
通过了解骨骼的生物力学特性、骨折的力学原理、骨折的类型、治疗原则、固定方法、愈合过程和康复训练等方面的知识，可以更好地应对骨折的发生和处理。
在骨折的治疗和康复过程中，医生和患者需要密切合作，合理选择治疗方法和进行康复训练，以实现骨折的愈合和功能恢复。