第三章 第一节 骨的生物力学特性

二、骨的受力形式及其表现
1、拉伸 拉伸载荷在骨内部产生拉应力和拉应变，最 大拉应力出现在垂直于施加载荷的平面上，骨 在拉伸载荷作用下伸长同时变窄，其发生骨折 的主要机理是骨结合线的分离和骨单位被拔出。 临床上拉伸载荷引起的骨折主要见于肌腱附着 点或松质骨，如因股四头肌强力收缩所致的髌 骨横骨折。
二、骨的受力形式及其表现
二、骨的受力形式及其表现
4、弯曲
表示三点弯曲的受力状态。骨发生弯曲变形时，骨的凸 侧受拉，凹侧受压，中性轴上没有应力和应变。应力的 大小与距骨中性轴的距离成正比，最大应力位于骨的凸 侧或凹侧的最外表面。由于骨骼的不对称性，最大拉应 力与最大压应力可以不相等。任何偏心载荷都会引起弯 曲变形，拉应力较压应力具有更大的破坏性，因此通常 由弯曲引起的骨折是拉应力所致。临床上这一机理发生 的骨折多见于长骨，如直接暴力引起的胫骨干上段横行 骨折。
二、骨的受力形式及其表现
5、扭转 载荷作用于骨使其沿轴线产生扭曲，称为扭 转．骨受扭转时，剪应力分布于整个受扭的 骨，最大剪应力作用于与骨中性轴平行和垂直 的平面，同时，最大拉应力和压应力作用于中 性轴的对角线平面内。临床上扭转所致的骨折 多见于长骨干，骨干首先受到剪切应力作用产 生一平行于骨中性轴的裂纹，随后裂纹沿最大 拉应力平面扩展，故骨折形状为螺旋形。
弹性
曲线围成的面积表示能 量贮存所表达的强度
O
变形
（四） 骨的应力——应变曲线
应 力
范围
屈服阶段 B A屈服点
塑性范围
C 断裂点
弹性
曲线围成的面积表示能 量贮存所表达的强度
斜率表示刚度 O 应变
拉伸实验时皮质骨的应力 ——应变曲线
二、骨的受力形式及其表现
在体骨总是处于一定的应力场中。骨 变形的基本方式有拉伸、压缩、弯曲、 扭转和复合载荷。现在简要介绍这几种 加载方式导致骨折的受力分析。
二、骨的受力形式及其表现
6、复合载荷 活体骨很少只受一种载荷的作用，在体内骨 所承受的载荷是复杂的，主要原因是骨骼的几 何形状不规则，且始终受到多种不定的载荷的 作用。在骨折的成因中主要表现为压缩与弯曲、 压缩与扭转及弯曲与扭转三种类型。
骨的强度大小的排列顺序是：
压缩、
大
拉伸、 弯曲、 扭转、 剪切。
第三章 骨、肌肉的力学特性 及人体基本活动原理
人体模型——运动生物力学研究人体结构机能的 特性，主要研究对于完成运动活动 有重要意义的那些结构及机能的生 物力学特性。避开运动器官系统解 剖学结构及生理机制的一些详细内 容，而把它视为生物力学系统。 运动偶——身体相邻环节的活动连结构成运动偶。 运动链——运动偶的连结构成运动链。
小
7、肌力对在体骨的保护作用
四、机械应力对骨结构的影响 机械应力与骨组织之间存在着一种生理 平衡，在平衡状态，骨组织的成骨细胞和破 骨细胞的活性是相同的。当应力增大时成骨 细胞活跃，引起骨质增生，承载面增大，使 应力下降，达到新的平衡。当应力下降时破 骨细胞活跃，骨组织量下降，使应力增加。 因此骨能通过改变它的大小、形状和结构一 适应力学需要的功能进行重建。这种适应性 骨骼在需要处多生 是按Wolff定律进行的，即 定律进行的，即骨骼在需要处多生 因此使骨组织量 长，而在不需要处多吸收。 长，而在不需要处多吸收。因此使骨组织量 与英里成正比。
2、压缩 压缩载荷在骨内部产生压应力和压应变。最 大压应力出现在与载荷相垂直的平面上。 在压 缩载荷的作用下，骨缩短变粗，其破坏机理是 骨单位和骨小梁斜行断裂或微观失稳。临床上 这类载荷引起的骨折主要见于松质骨，如不能 控制的大幅度坠落伤所致的胸椎或腰椎体压缩 骨折。
二、骨的受力形式及其表现
3、剪切 骨受到大小相等、方向相反而又相距 很近的一对力的作用，就会产生剪切变 形，在剪切面上则产生剪应力和剪应变。 临床上因剪切载荷导致的骨折常见于松 质骨，如股骨颈骨折。
第一节
骨的生物力学特性
一Hale Waihona Puke Baidu骨的力学特性
（一） 骨骼的成分与性能 ——弹性与坚硬性 弹性——骨中的有机物中含骨胶原纤维和粘多糖 蛋白。 坚硬性——骨中的有机物主要是钙盐。 （二） 管状骨的材料力学特性
（三） 骨的载荷——形变曲线
载 荷
范围
屈服阶段 B A屈服点
塑性范围 C 断裂点（载荷与形 变所表达的强度）