运动学课件：胶原组织生物力学
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质。
• 结缔组织功能：连接、支持、营养、保护、 防御和修复等。
• 结缔组织范畴？
– 液态的血液？
• 胶态的固有结缔组织？
– 固态的骨和软骨组织？
2020/10/9
4
3、什么是固有结缔组织？
• 固有结缔组织的基质呈胶状，细胞和纤维 散布其中。
• 分类
– 疏松结缔组织 – 致密结缔组织 – 脂肪组织 – 网状组织
• 在拉伸载荷下，其性能 几乎与单独胶原纤维束 的应变相一致。
2020/10/9
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韧带
• 功能：稳定关节、支持关节运动并防止过 量运动。
• 强度：在载荷下，决定韧带强度的主要因 素是韧带的粗细、形状和载荷增加速度。
– 韧带的横截面积影响其强度，与加载方向取 向一致的纤维数越多越宽越厚，韧带的强度 越大。
• 组成
– 主要为蛋白多糖和糖 蛋白。
• 作用
– 减少细胞、纤维间摩 擦。
2020/10/9
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胶原组织
2020/10/9
胶原组织
15
5、常见的胶原组织
• 骨骼系统周围含有胶原组织的有：
– 韧带（包括关节囊） – 肌腱 – 皮肤
• 这些结构是被动运动的，不产生主动运动。
2020/10/9
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二、力学特性
– 韧带受拉伸载荷时，由于纤维不成行，只有与主纤维 方向完全一致的纤维首先被完全拉直而承受最大载荷；
那些与主纤维方向不平行的纤维，只承受低载荷。
– 皮肤纤维走向较之韧带更无规则，故所能承受的最大 载荷也最小，因此皮肤在拉伸下，比肌腱和韧带更脆
弱一些。
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胶原纤维和弹性纤维的特性：
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10
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4.3、网状纤维
• 别名：嗜银纤维，银染法能将其染成棕黑 色。
• 组成：III型胶原蛋白。 • 特点：多分布于造血器官、内分泌器官及
肝内。 • 作用：构成容积/支架。
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4.4、基质
• 定义
– 一种由生物大分子构 成的胶状物质。
– 这些韧带具有特殊的功能，能保护神经根免受 机械冲击，为脊柱提供内在稳定性。
• 胶原组织？？？？
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胶原纤维
• 纤维主要 由三种类 型的纤维 组成
胶 原 组 织 • 基质
网状纤维 弹性纤维
• 细胞：成纤维细胞、巨噬细胞、
浆细胞、肥大细胞等。
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• 骨骼系统周围含有胶原组织的有韧带 （包括关节囊）、肌腱和皮肤以及外伤 后引起的瘢痕组织中的纤维组织等。。
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2.1、纤维的结构
• 肌腱、韧带、皮肤中三种胶原的结构不同， 并与每种结构的功能相适应。 – 肌腱 – 韧带 – 皮肤
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肌腱纤维
• 肌腱纤维几乎完全平行排列，使肌腱更适 应于承受高拉伸载荷。
F
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韧带纤维
• 韧带纤维，较少恒定的结构。在不同的韧 带中，结构随韧带的功能而异。
– 韧带与骨一样，其强度和刚度随加载荷速度 的增加而增大，当加载荷速度（变形率）增 加4倍时，破坏时的载荷几乎增加了50%。
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膝关节前侧观——韧带
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韧带的组成
• 人体内的大多数韧带与肌腱一样主要由胶 原纤维所组成。
• 但脊柱中的两个韧带——项韧带和黄韧带
– 由2/3的弹性纤维参与构成，所以几乎完全表现 为弹性性能。
1、胶原组织生物力学
• 活动时，韧带和肌腱主要在拉伸下受载。 – 关节运动在韧带上产生拉伸载荷，肌肉 收缩在肌腱上也产生类似载荷。
• 皮下组织和皮肤则是在更为复杂的形式下 受载。 – 要承受拉伸、压缩和剪切负荷。
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wk.baidu.com
2、胶原组织力学特性影响因素
• 在载荷下，胶原组织的特性受三种主要因 素影响： – 纤维的结构 – 胶原纤维和弹性纤维的特性 – 胶原纤维和弹性纤维之间的比例
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4.1、胶原纤维
• 别名：白纤维，新鲜时呈亮白色。 • 组成：胶原蛋白。 • 特点：韧性大，抗拉力强。 • 作用：为组织提供强度和刚度。
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4.2、弹性纤维
• 别名：黄纤维，新鲜时呈黄色。 • 组成：弹性蛋白。 • 特点：富有弹性，容易被拉长及复原。 • 作用：在组织受载时提供延展性。
• 虽然多数韧带纤维近似平行，但也有些纤 维不是平行排列。
F
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皮肤纤维
• 皮肤纤维呈网状，这种结构使皮肤在各个 方向上具有延展性。
• 皮下组织的结构则更为松散，从而提供更 大的扩展空间。
F
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肌腱、韧带和皮肤的力学特性
• 纤维排列不同，力学特性不同。 – 肌腱能承受最强的拉伸载荷。
的一半
所能承受的1/10。
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• 胶原纤维
– 未受载荷时呈波浪状。
– 受低载荷时，胶原纤维稍有伸长，直到波浪状的 纤维拉直，此时胶原纤维束迅速变刚硬，直到屈 服点。
– 然后发生非弹性变形，直到极限而断裂破坏。
– 破坏时的变性范围为6～8%。
• 弹性纤维
– 受低载荷时，弹性纤维伸长很大。
– 当达到极限破坏点时突然变刚硬，没有变形而突 然断裂。
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2.3、胶原纤维和弹性纤维的比 例
• 胶原组织中弹性纤维和胶原纤维之间的比 例随该组织功能的不同而不同，并影响组 织的力学性能。
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肌腱
• 主要功能：是把肌力传 递到骨或筋膜。
• 几乎完全由胶原纤维组 成。
康复治疗学精品课程系列之
胶原组织生物力学
一、胶原组织
1、什么是组织？
• 组织是机体中一些形态结构类似、功能相 关的细胞和细胞间质组合成的群体结构。
• 人体有多种组织，一般可以归纳为四种基 本组织：上皮组织、结缔组织、肌肉组织 和神经组织。
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2、什么是结缔组织？
• 结缔组织由细胞和大量的细胞间质组成。 • 细胞间质包括细丝状的纤维和无定型的基
胶原纤维
弹性纤维
材料类型
塑性材料
脆性材料
拉伸破坏试验 变性范围
加载开始时稍有伸长， 但很快随负荷的增加 变得刚硬到达屈服点， 随之出现非弹性变形， 直到极限破坏
低载荷下呈现较大 的伸长，但随载荷 的增加，纤维突然 变得刚硬，没有变 形而突然断裂。
6%——8%
可达到原长的两倍多
承受应力能力 大约是皮质骨在拉伸下 仅为皮质骨在拉伸下
• 结缔组织功能：连接、支持、营养、保护、 防御和修复等。
• 结缔组织范畴？
– 液态的血液？
• 胶态的固有结缔组织？
– 固态的骨和软骨组织？
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3、什么是固有结缔组织？
• 固有结缔组织的基质呈胶状，细胞和纤维 散布其中。
• 分类
– 疏松结缔组织 – 致密结缔组织 – 脂肪组织 – 网状组织
• 在拉伸载荷下，其性能 几乎与单独胶原纤维束 的应变相一致。
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韧带
• 功能：稳定关节、支持关节运动并防止过 量运动。
• 强度：在载荷下，决定韧带强度的主要因 素是韧带的粗细、形状和载荷增加速度。
– 韧带的横截面积影响其强度，与加载方向取 向一致的纤维数越多越宽越厚，韧带的强度 越大。
• 组成
– 主要为蛋白多糖和糖 蛋白。
• 作用
– 减少细胞、纤维间摩 擦。
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胶原组织
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胶原组织
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5、常见的胶原组织
• 骨骼系统周围含有胶原组织的有：
– 韧带（包括关节囊） – 肌腱 – 皮肤
• 这些结构是被动运动的，不产生主动运动。
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二、力学特性
– 韧带受拉伸载荷时，由于纤维不成行，只有与主纤维 方向完全一致的纤维首先被完全拉直而承受最大载荷；
那些与主纤维方向不平行的纤维，只承受低载荷。
– 皮肤纤维走向较之韧带更无规则，故所能承受的最大 载荷也最小，因此皮肤在拉伸下，比肌腱和韧带更脆
弱一些。
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胶原纤维和弹性纤维的特性：
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4.3、网状纤维
• 别名：嗜银纤维，银染法能将其染成棕黑 色。
• 组成：III型胶原蛋白。 • 特点：多分布于造血器官、内分泌器官及
肝内。 • 作用：构成容积/支架。
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4.4、基质
• 定义
– 一种由生物大分子构 成的胶状物质。
– 这些韧带具有特殊的功能，能保护神经根免受 机械冲击，为脊柱提供内在稳定性。
• 胶原组织？？？？
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胶原纤维
• 纤维主要 由三种类 型的纤维 组成
胶 原 组 织 • 基质
网状纤维 弹性纤维
• 细胞：成纤维细胞、巨噬细胞、
浆细胞、肥大细胞等。
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• 骨骼系统周围含有胶原组织的有韧带 （包括关节囊）、肌腱和皮肤以及外伤 后引起的瘢痕组织中的纤维组织等。。
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2.1、纤维的结构
• 肌腱、韧带、皮肤中三种胶原的结构不同， 并与每种结构的功能相适应。 – 肌腱 – 韧带 – 皮肤
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肌腱纤维
• 肌腱纤维几乎完全平行排列，使肌腱更适 应于承受高拉伸载荷。
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韧带纤维
• 韧带纤维，较少恒定的结构。在不同的韧 带中，结构随韧带的功能而异。
– 韧带与骨一样，其强度和刚度随加载荷速度 的增加而增大，当加载荷速度（变形率）增 加4倍时，破坏时的载荷几乎增加了50%。
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膝关节前侧观——韧带
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韧带的组成
• 人体内的大多数韧带与肌腱一样主要由胶 原纤维所组成。
• 但脊柱中的两个韧带——项韧带和黄韧带
– 由2/3的弹性纤维参与构成，所以几乎完全表现 为弹性性能。
1、胶原组织生物力学
• 活动时，韧带和肌腱主要在拉伸下受载。 – 关节运动在韧带上产生拉伸载荷，肌肉 收缩在肌腱上也产生类似载荷。
• 皮下组织和皮肤则是在更为复杂的形式下 受载。 – 要承受拉伸、压缩和剪切负荷。
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2、胶原组织力学特性影响因素
• 在载荷下，胶原组织的特性受三种主要因 素影响： – 纤维的结构 – 胶原纤维和弹性纤维的特性 – 胶原纤维和弹性纤维之间的比例
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4.1、胶原纤维
• 别名：白纤维，新鲜时呈亮白色。 • 组成：胶原蛋白。 • 特点：韧性大，抗拉力强。 • 作用：为组织提供强度和刚度。
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4.2、弹性纤维
• 别名：黄纤维，新鲜时呈黄色。 • 组成：弹性蛋白。 • 特点：富有弹性，容易被拉长及复原。 • 作用：在组织受载时提供延展性。
• 虽然多数韧带纤维近似平行，但也有些纤 维不是平行排列。
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皮肤纤维
• 皮肤纤维呈网状，这种结构使皮肤在各个 方向上具有延展性。
• 皮下组织的结构则更为松散，从而提供更 大的扩展空间。
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肌腱、韧带和皮肤的力学特性
• 纤维排列不同，力学特性不同。 – 肌腱能承受最强的拉伸载荷。
的一半
所能承受的1/10。
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• 胶原纤维
– 未受载荷时呈波浪状。
– 受低载荷时，胶原纤维稍有伸长，直到波浪状的 纤维拉直，此时胶原纤维束迅速变刚硬，直到屈 服点。
– 然后发生非弹性变形，直到极限而断裂破坏。
– 破坏时的变性范围为6～8%。
• 弹性纤维
– 受低载荷时，弹性纤维伸长很大。
– 当达到极限破坏点时突然变刚硬，没有变形而突 然断裂。
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2.3、胶原纤维和弹性纤维的比 例
• 胶原组织中弹性纤维和胶原纤维之间的比 例随该组织功能的不同而不同，并影响组 织的力学性能。
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肌腱
• 主要功能：是把肌力传 递到骨或筋膜。
• 几乎完全由胶原纤维组 成。
康复治疗学精品课程系列之
胶原组织生物力学
一、胶原组织
1、什么是组织？
• 组织是机体中一些形态结构类似、功能相 关的细胞和细胞间质组合成的群体结构。
• 人体有多种组织，一般可以归纳为四种基 本组织：上皮组织、结缔组织、肌肉组织 和神经组织。
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2、什么是结缔组织？
• 结缔组织由细胞和大量的细胞间质组成。 • 细胞间质包括细丝状的纤维和无定型的基
胶原纤维
弹性纤维
材料类型
塑性材料
脆性材料
拉伸破坏试验 变性范围
加载开始时稍有伸长， 但很快随负荷的增加 变得刚硬到达屈服点， 随之出现非弹性变形， 直到极限破坏
低载荷下呈现较大 的伸长，但随载荷 的增加，纤维突然 变得刚硬，没有变 形而突然断裂。
6%——8%
可达到原长的两倍多
承受应力能力 大约是皮质骨在拉伸下 仅为皮质骨在拉伸下