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1、第二章第二章 运动力学基础运动力学基础 1u掌掌握握运运动动中中的的力力合合力力矩矩及及其其表表现现形形式式，并并明明确确力力是是物物体体运运动动状状态态改改变变和和形形状状改改变变的的原原因因；掌握影响人体平衡与稳定的因素。掌握影响人体平衡与稳定的因素。u熟熟悉悉牛牛顿顿运运动动定定律律的的在在人人体体运运动动中中的的应应用用；熟熟悉悉骨骨、关关节节、韧韧带带和和肌肌腱腱的的生生物物力力学学特特性性及及其在康复治疗中的应用。其在康复治疗中的应用。u了了解解运运动动中中力力的的合合成成与与分分解解及及其其在在人人体体运运动动中受力分析中的应用。中受力分析中的应用。学习目标学习目标2学习内容学习
2、内容第一节第一节 运动中的力与力运动中的力与力矩矩一、运动中的力一、运动中的力二、运动中的力矩二、运动中的力矩第二节第二节 牛顿运动定律及牛顿运动定律及其应用其应用一、牛顿运动定律一、牛顿运动定律二、牛顿运动定律在人体二、牛顿运动定律在人体运动中的应用运动中的应用第三节第三节 平衡与稳定平衡与稳定一、力系平衡条件与人体一、力系平衡条件与人体平衡类型平衡类型二、稳定性及其影响因素二、稳定性及其影响因素三、人体平衡与稳定的特三、人体平衡与稳定的特点点第四节第四节 骨、关节生物力学骨、关节生物力学一、骨的生物力学性质一、骨的生物力学性质二、关节生物力学二、关节生物力学三、肌腱和韧带的生物力三、肌腱和
3、韧带的生物力学学3第一节第一节 运动中的力与力矩运动中的力与力矩 力是一个物体对另一力是一个物体对另一个物体的作用，是使物体个物体的作用，是使物体产生形变或线运动状态改产生形变或线运动状态改变的原因。变的原因。 力矩则是力和力臂的力矩则是力和力臂的乘积，是使物体转动状态乘积，是使物体转动状态改变的原因。改变的原因。4一、运动中的力一、运动中的力若将人体整体看做一若将人体整体看做一个力学系统，则人体个力学系统，则人体内部各部分的相互作内部各部分的相互作用，称为内力。外界用，称为内力。外界作用于人体的力称为作用于人体的力称为外力。外力。（一）内力与外力的概念（一）内力与外力的概念 外力：重力、支撑
4、反作用外力：重力、支撑反作用力等。力等。内力：骨骼肌张力、关节内力：骨骼肌张力、关节约束力、韧带张力等，其约束力、韧带张力等，其中骨骼肌的张力是人体内中骨骼肌的张力是人体内力中的主动力。力中的主动力。5运动中的内力和外力的关系运动中的内力和外力的关系2.2.内力可以改变外力的大小内力可以改变外力的大小 3.3.外力可用来增强内力外力可用来增强内力 人体整体人体整体人体环节人体环节骨骼肌张力骨骼肌张力外力外力内力内力1.1.内力与外力是相对内力与外力是相对的的61.1.重重力力 重重力力是是地地球球对对人人体体或或物物体体的的引引力力，是是一一种种非非接接触触力力。人人体体或或物物体体受受重重力
5、力的的集集中中点点为为重重心心，其方向指向地心。其方向指向地心。2.2.弹弹力力 弹弹力力产产生生在在直直接接接接触触的的物物体体之之间间，以以物物体体相相互互接接触触使使物物体体发发生生形形变变为为先先决决条条件件。弹弹力力的的大小与物体的弹性系数和形变量成正比。大小与物体的弹性系数和形变量成正比。 （二）几种常见的外力（二）几种常见的外力73.3.摩擦力摩擦力 摩擦力是两相互接触的物体作相对运动（线运摩擦力是两相互接触的物体作相对运动（线运动或滚动）或有相对运动趋势时产生的力，分别成动或滚动）或有相对运动趋势时产生的力，分别成为滑动摩擦力、滚动摩擦力和静摩擦力。为滑动摩擦力、滚动摩擦力和静
6、摩擦力。 （二）几种常见的外力（二）几种常见的外力84.支撑反作用力支撑反作用力 人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面人体处于支撑状态时，人体重力作用于支撑面上，支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支上，支撑面又反作用于人体，这种反作用称为支撑反作用力。如果人体处于静止状态，为静力性撑反作用力。如果人体处于静止状态，为静力性支撑反作用力；如果人体局部环节有运动，则支支撑反作用力；如果人体局部环节有运动，则支撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用撑反作用力会不断变化，称为动力性支撑反作用力。力。 95.流体作用力流体作用力人体在空气和水中运动时，与流体发生接触，并人体在空气和水中运动时，
7、与流体发生接触，并相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。相互作用，流体对人体的作用即为流体作用力。人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力人体在水中受到浮力作用，可以减轻肢体的重力作用，对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借作用，对于肌力不足或关节疼痛的患者，可以借助水的阻力和浮力进行康复训练。助水的阻力和浮力进行康复训练。101.1.合合力力与与分分力力 一一个个力力如如果果它它产产生生的的效效果果与与几几个个力力共共同同作作用用的的效效果果相相同同，则则这这个个力力就就叫叫那那几几个个力力的的合合力，而那几个力就叫这个力的分力。力，而那几个力就叫这个力的分力。2.2.力力的的合合成成
8、求求几几个个已已知知力力的的合合力力，叫力的合成。叫力的合成。3.3.力力的的分分解解 力力的的分分解解是是力力的的合合成成的逆运算。的逆运算。（三）力的合成与分解（三）力的合成与分解平行四边形平行四边形法则是力的法则是力的合成与分解合成与分解的基础的基础11当骨骼肌在某一平面产生当骨骼肌在某一平面产生力作用时，可将肌力分解力作用时，可将肌力分解为两个垂直分量：一个沿为两个垂直分量：一个沿着骨轴线作用，另一个垂着骨轴线作用，另一个垂直骨轴线。前者起稳固关直骨轴线。前者起稳固关节的作用，因而叫稳固分节的作用，因而叫稳固分量，后者是使骨产生转动量，后者是使骨产生转动的分量，所以叫转动分量的分量，所
9、以叫转动分量。121.1.力的时间累积效应力的时间累积效应 作作用用于于物物体体的的合合外外力力与与其其作作用用时时间间的的乘乘积积（Ft Ft ），称称为为力力的的冲冲量量。而而将将运运动动物物体体或或人人体体具具有有的的“运运动动量量”，即即质质量量与与速速度度的的乘乘积积（m vm v），），称为动量。称为动量。 动动量量定定理理：物物体体动动量量的的增增量量等等于于其其所所受受的的冲冲量。量。 （四）力的时间和空间累积效应（四）力的时间和空间累积效应13动量定理在运动中有广泛的应用。动量定理在运动中有广泛的应用。运动中为了减小外界的冲击力，通常需要延长外运动中为了减小外界的冲击力，通常
10、需要延长外力的作用时间。力的作用时间。为了给物体或人体强大的冲力，要求与物体或人为了给物体或人体强大的冲力，要求与物体或人体接触（撞击）的时间要短。体接触（撞击）的时间要短。增大作用力和延长力的作用时间，可以使人体或增大作用力和延长力的作用时间，可以使人体或器械获得更大的速度。器械获得更大的速度。142.2.力的空间累积效应力的空间累积效应 力力与与力力作作用用方方向向上上移移动动距距离离的的乘乘积积（FSFS），称称力力对对物物体体作作了了功功。力力作作用用方方向向与与其其引引起起的的物物体体运运动动方方向向改改变变一一致致，力力对对物物体体所所做做的的功功为为正正功功。物物体体的的运运动动
11、方方向向与与力力的的作作用用方方向向相相反反，这这时时力力所所做的功为负功。功的国际单位是焦耳（做的功为负功。功的国际单位是焦耳（J J）。）。 15 通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。通常讲骨骼肌做功，是指骨骼肌做的机械功。肌将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使肌将其贮存的化学能转化为机械能，克服阻力使环节及外界物体产生位移。环节及外界物体产生位移。 等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机等长收缩运动中，环节不产生位移，没有做机械功，此时骨骼肌消耗的能量完成了械功，此时骨骼肌消耗的能量完成了“生理功生理功”。 功和能之间是可以相互转换的，能的量值是功和能之间是可以相互转换的，能的
12、量值是通过做功来确定的，力对物体做的功等于物体机通过做功来确定的，力对物体做的功等于物体机械能（动能和势能）的增量。械能（动能和势能）的增量。 16 力矩（力矩（M M）是作用于物体或人体的合力（是作用于物体或人体的合力（F F）与支点与支点到力作用线距离（到力作用线距离（d d）的乘积，即的乘积，即M=FM=F。 一种情况：即大小相等，方向相反，作用线互相平一种情况：即大小相等，方向相反，作用线互相平行但不重合的两个力作用在同一物体上，虽然其合力为行但不重合的两个力作用在同一物体上，虽然其合力为零，但物体同样会转动，这一对力称为力偶，其产生的零，但物体同样会转动，这一对力称为力偶，其产生的转
13、动力矩称为力偶矩。转动力矩称为力偶矩。 另一种情况：物体在无支撑情况下受到力的作用，另一种情况：物体在无支撑情况下受到力的作用，这个力若不通过物体的重心，也会引起物体的转动，这这个力若不通过物体的重心，也会引起物体的转动，这个力称为偏心力，由其产生的转动力矩称为偏心矩。个力称为偏心力，由其产生的转动力矩称为偏心矩。 力矩、力偶矩和偏心矩是人体或物体转动的条件。力矩、力偶矩和偏心矩是人体或物体转动的条件。 二、运动中的力矩二、运动中的力矩17第二节第二节 牛顿运动定律及其应用牛顿运动定律及其应用 v牛牛顿顿第第一一定定律律：任任何何物物体体在在不不受受外外力力作作用用（或或所所受受合合外外力力为
14、为零零）时时，物物体体将将保保持持静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动状状态态不不变变。物物体体的的这这种性质称为惯性。种性质称为惯性。v牛牛顿顿第第二二定定律律：物物体体加加速速度度（a a）的的大大小小与与物物体体所所受受合合外外力力（F F）的大小成正比，与物体的质量（的大小成正比，与物体的质量（m m）成反比，即成反比，即F=maF=ma。v牛牛顿顿第第三三定定律律（作作用用力力与与反反作作用用力力）：两两个个物物体体相相互互作作用用时时，物物体体甲甲对对物物体体乙乙的的作作用用力力，F1F1与与F2F2大大小小相相等等、方方向向相相反反、沿沿同同一直线，即一直线，即F1 = -F2F
15、1 = -F2。一、牛顿运动定律一、牛顿运动定律 18 运运动动中中很很多多动动作作可可以以借借助助惯惯性性完完成成，巧巧妙妙地地利利用用惯惯性性，不不但但省省力力且且减减少少能能量量消消耗耗，减减少少运运动动性性疲疲劳劳。因因此此，人人体体活活动动中中保保持持动动作作的的连连贯贯性性和和动动作作间间的的连连续续性能起到省力的作用。性能起到省力的作用。 例例如如，康康复复治治疗疗中中偏偏瘫瘫患患者者自自主主从从仰仰卧卧位位到到侧侧卧卧位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。位，可以利用健侧肢体的惯性完成体位转换例子。二、牛顿运动定律在人体运动中的应用二、牛顿运动定律在人体运动中的应用（一）
16、运动中合理利用惯性可以省力（一）运动中合理利用惯性可以省力19 指指在在人人体体在在克克服服外外界界阻阻力力负负荷荷运运动动时时，需需要要遵遵循循由由大肌群首先活动，逐步过渡到中小肌群活动。大肌群首先活动，逐步过渡到中小肌群活动。 因因为为大大肌肌群群能能产产生生较较大大的的力力或或力力矩矩，有有利利于于克克服服阻阻力力物物体体的的惯惯性性，可可以以有有效效预预防防运运动动开开始始时时的的中中小小肌肌群群的的损伤。损伤。 例例如如，搬搬动动较较重重物物体体时时应应用用下下蹲蹲通通过过大大腿腿的的肌肌群群用用力力来来克克服服重重物物的的惯惯性性，而而不不应应用用弯弯腰腰通通过过腰腰部部肌肌群群的
17、的用用力力克克服服重重物物的的惯惯性性。由由于于腰腰部部肌肌群群的的力力量量弱弱，弯弯腰腰搬搬重重物易导致腰部肌的急性损伤。物易导致腰部肌的急性损伤。（二）克服重物惯性需要遵循骨骼肌活动顺序原理（二）克服重物惯性需要遵循骨骼肌活动顺序原理20 运动中，要使人体运动速度增加或减小，需运动中，要使人体运动速度增加或减小，需要外界对人体的作用力增加或减小。根据作用要外界对人体的作用力增加或减小。根据作用力与反作用力定律，外界物体对人体的作用力力与反作用力定律，外界物体对人体的作用力增加或减小时，人体对外界的作用力也需要增增加或减小时，人体对外界的作用力也需要增加或减小。加或减小。（三）增加人体对外界
18、的作用力可以增大外界（三）增加人体对外界的作用力可以增大外界对人体的反作用力对人体的反作用力21第三节第三节 平衡与稳定平衡与稳定 一一个个物物体体如如果果受受到到几几个个力力的的作作用用，这这几几个个力力称称为为力力系系。力力系系平平衡衡的的条条件件因因力力系系的的不不同同而而有有所所差差异异，力力系系通通常有以下常有以下4 4种情况。种情况。 1. 1.共点、共线力系共点、共线力系 2. 2.平面汇交力系平面汇交力系 3. 3.平面平行力系平面平行力系 4. 4.空间一般力系空间一般力系 一、力系平衡条件与人体平衡类型一、力系平衡条件与人体平衡类型（一）力系的平衡条件（一）力系的平衡条件2
19、2平衡重心与支撑点关系平衡稳定程度上支撑平衡下支撑平衡混合支撑平衡稳定平衡有限稳定平衡不稳定平衡随遇平衡人体平衡的类型人体平衡的类型（二）人体平衡的类型（二）人体平衡的类型23 稳稳定定性性是是指指人人体体和和物物体体抵抵抗抗各各种种干干扰扰作作用用保保持平衡的能力。持平衡的能力。1.1.静态稳定性静态稳定性 人体静止时抵抗各种干扰的能力人体静止时抵抗各种干扰的能力. .2.2.动动态态稳稳定定性性 人人体体重重心心偏偏移移平平衡衡位位置置后后，干干扰扰因素除去时，人体仍能恢复到初始平衡范围因素除去时，人体仍能恢复到初始平衡范围. .二、稳定性及其影响因素二、稳定性及其影响因素（一）稳定性（一
20、）稳定性241.1.影影响响人人体体下下支支撑撑稳稳定定性性的的因素因素支支撑撑面面大大小小: :支支撑撑面面大大，稳稳定定度度大大；支支撑撑面面小小，稳稳定定度小。度小。重重心心的的高高低低: :在在支支撑撑面面不不变变的的情情况况下下，人人体体的的重重心心位位置置低低，稳稳定定度度大大；重重心心位位置置高，稳定度小。高，稳定度小。（二）影响人体下支撑稳定性的因素与评价指标（二）影响人体下支撑稳定性的因素与评价指标252.2.人体下支撑稳定性的评价指标人体下支撑稳定性的评价指标（1 1）稳稳定定角角：稳稳定定角角是是指指重重力力作作用用线线和和重重心心至至支支撑面边缘相应点的连线间的夹角。撑
21、面边缘相应点的连线间的夹角。重心高度相同，支撑面越大，重心高度相同，支撑面越大，稳定角越大；支撑面相同，稳定角越大；支撑面相同，重心越高，稳定角越小。稳重心越高，稳定角越小。稳定角越大，物体的稳定度越定角越大，物体的稳定度越大，大，26（2 2）稳稳定定系系数数：稳稳定定系系数数是是指指稳稳定定力力矩矩与与倾倾倒倒力力矩矩之之比比值值。稳稳定定系系数数表表明明物物体体依依靠靠重重力力抵抵抗抗平平衡衡受受破破坏坏的的能能力力，稳稳定定系系数数大大于于1 1时时，物物体体能能抵抵抗抗外外来来翻翻倒倒力力矩矩，平平衡衡不不被被破破坏坏；稳稳定定系系数数小小于于1 1时时，物物体体抵抵抗抗不不住外来的
22、翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物体会翻倒。住外来的翻倒力矩，平衡将遭到破坏，即物体会翻倒。 27q人体不能绝对静止：人体的呼吸、循环运动使人体不能绝对静止：人体的呼吸、循环运动使得人体重心不是定点。另一方面人体肌张力任得人体重心不是定点。另一方面人体肌张力任何时候不能恒定。何时候不能恒定。q人体形状可变：由于人体支撑面边缘均为软组人体形状可变：由于人体支撑面边缘均为软组织，有效支撑面面积要小于织，有效支撑面面积要小于“理论理论”支撑面的支撑面的面积。面积。q人体自身的姿势自动调节系统：人体有翻倒趋人体自身的姿势自动调节系统：人体有翻倒趋势时，依靠反射性地改变身体姿势，可以保持势时，依靠反射性地改
23、变身体姿势，可以保持原有平衡。原有平衡。三、人体平衡与稳定的特点三、人体平衡与稳定的特点28人体保持平衡稳人体保持平衡稳定的补偿动作定的补偿动作29q人人体体内内力力起起重重要要作作用用：内内力力可可以以通通过过对对外外界界环环境境（人人体体或或物物体体）的的主主动动作作用用，从从而而影影响响人人体体的的平衡。平衡。q心心理理因因素素的的影影响响：紧紧张张心心理理反反应应对对人人体体平平衡衡稳稳定性的影响最为明显。定性的影响最为明显。q感感觉觉系系统统在在保保持持人人体体平平衡衡中中的的作作用用：视视觉觉、位位觉与本体感觉等感觉系统起着重要作用。觉与本体感觉等感觉系统起着重要作用。30第四节第
24、四节 骨、关节生物力学骨、关节生物力学 （一）骨受载荷形式（一）骨受载荷形式 一、骨的生物力学性质一、骨的生物力学性质 拉伸载荷拉伸载荷压缩载荷压缩载荷弯曲载荷弯曲载荷剪切载荷剪切载荷扭转载荷扭转载荷复合载荷复合载荷31骨骨的的应应力力是是指指骨骨结结构构受受到到外外来来载载荷荷时时其其表表面面单单位位面面积积所所受受到到的的力力。骨骨的的应应变变是是指指骨骨在在外外力力作作用用下下的的局局部形变，包括线性应变和剪切应变。部形变，包括线性应变和剪切应变。（二）骨的应力与应变曲线（二）骨的应力与应变曲线32v应应力力较较小小时时，在在一一定定的的范范围围内内，应应力力与与应应变变之之间间存存在在
25、着着一一个个线线性性关关系系，应应力力- -应应变变曲曲线线为为直直线线，即即应应力力与与应应变变成成正正比比关关系系，称称为为弹弹性性区区。去去除除外外部部载载荷荷移移后后，材料将恢复到原来的形状，即不会造成永久形变。，材料将恢复到原来的形状，即不会造成永久形变。v载载荷荷持持续续增增加加时时，骨骨最最外外层层某某些些部部位位就就会会发发生生屈屈服服，即即弹弹性性区区末末端端点点称称为为屈屈服服点点。屈屈服服点点以以后后的的曲曲线线则则变变成了非线性，骨将产生永久变形，称为塑性区。成了非线性，骨将产生永久变形，称为塑性区。v载载荷荷持持续续增增加加，骨骨组组织织的的结结构构体体将将在在某某个
26、个部部位位失失效效（骨骨折折，图图中中C C点点为为断断裂裂点点），对对应应的的应应力力称称为为极极限限应力（应力（CC）。）。33 在在应应力力- -应应变变曲曲线线图图中中的的弹弹性性区区，材材料料的的应应力力与与应应变变之之间间存存在在着着一一定定的的关关系系，即即应应力力/ /应应变变是是常常数数，此此常常数数为为材材料料的的弹弹性性模模量量或或杨杨氏氏模模量量，其其大大小小等等于于这这段段直直线线的的斜斜率率。弹弹性性模模量量或或杨杨氏氏模模量大小表示了材料抵抗变形的能力，称为刚度。量大小表示了材料抵抗变形的能力，称为刚度。 34 达达到到极极限限应应力力时时的的应应力力-应应变变曲
27、曲线线下下面面的的面面积积表表示示导导致致骨骨折折所所需需要要的的能能量量。一一般般骨骨在在生生理理负负荷荷范范围围内内，骨骨产产生生弹弹性性变变形形，当当外外力力去去除除后后，弹弹性性区区内内的的能能量量能能同同时时被被骨骨释释放放，使使骨骨恢恢复复原原状状。但但当当骨骨不不断断受受到到外外力力作作用用时时，其其应应变变能能量量不不能能被被及时完全释放，经积累后可能会损坏材料的结构。及时完全释放，经积累后可能会损坏材料的结构。35 骨骨的的生生长长是是破破坏坏和和重重建建两两个个过过程程对对立立统统一一的的结结果果。骨骨的的塑塑形形与与重重建建是是通通过过适适应应力力的的作作用用，这这种种适
28、适应应性性是是按按沃沃尔尔夫夫（WolffWolff）定定律律进进行的。行的。 适适宜宜的的载载荷荷对对骨骨有有积积极极的的影影响响，但但过过载载、过过用用或或过过度度冲冲击击性性载载荷荷可可引引起起骨骨损损伤伤甚甚至至骨骨折折发生。发生。 （三）机械应力对骨生长的影响（三）机械应力对骨生长的影响36 运运动动中中，骨骨会会反反复复受受力力，超超过过某某一一生生理理限限度度时时使使骨骨组组织织受受到到损损伤伤，造造成成骨骨的的损损伤伤为为疲疲劳劳性损伤。性损伤。 在在持持续续性性紧紧张张的的骨骨骼骼肌肌运运动动中中，首首先先引引起起骨骨骼骼肌肌疲疲劳劳，收收缩缩能能力力降降低低，其其结结果果是
29、是抵抵消消作作用用于于骨骨上上的的应应力力的的能能力力也也减减弱弱，导导致致对对骨骨的的作作用用力力过过大大，骨骨结结构构在在反反复复的的应应力力刺刺激激下下导导致致结结构的改变而发生骨折。构的改变而发生骨折。（四）骨疲劳（四）骨疲劳37持续剧烈运动持续剧烈运动/ /大强度劳动大强度劳动骨骼肌疲劳骨骼肌疲劳贮存能量能力下降贮存能量能力下降动作结构特征改变动作结构特征改变骨受载荷异常骨受载荷异常应力分布改变应力分布改变高拉伸高拉伸复复 合合高压缩高压缩斜行骨折斜行骨折斜行裂纹斜行裂纹横行骨折横行骨折横向裂纹横向裂纹疲疲疲疲劳劳劳劳性性性性骨骨骨骨折折折折的的的的发发发发生生生生过过过过程程程程示
30、示示示意意意意图图图图38骨的力学性质还受到以下因素的影响。骨的力学性质还受到以下因素的影响。q骨的大小和形状骨的大小和形状q骨骨折折愈愈合合：当当骨骨折折愈愈合合开开始始时时，骨骨痂痂在在骨骨折折处处周周围围形形成成套套状状以以稳稳定定骨骨折折区区。骨骨痂痂使使截截面面积积显显著著增增加加，从而增加骨骼的强度和刚度。从而增加骨骼的强度和刚度。q手手术术因因素素：有有些些外外科科手手术术造造成成骨骨缺缺损损而而使使其其力力学学性能明显减弱。性能明显减弱。q衰衰老老与与骨骨质质疏疏松松：骨骨组组织织总总量量的的减减少少和和骨骨体体积积的的轻度减少。轻度减少。（五）影响骨力学性能的其他因素（五）影
31、响骨力学性能的其他因素39人类三种类型的杠杆人类三种类型的杠杆（六）骨的杠杆功能（六）骨的杠杆功能40二、关节的生物力学二、关节的生物力学 关节面形状关节面形状韧带强弱韧带强弱骨骼肌力量骨骼肌力量关节负压关节负压（一）关节稳定性（一）关节稳定性41 关关节节的的存存在在使使骨骨的的杠杠杆杆作作用用得得以以实实现现，而而提提供供骨骨杠杠杆杆转转动动的的力力、力力矩矩可可来来自自多多方方面面，如如承承载载的的负负荷荷与与环环节节重重量量、关关节节韧韧带带牵牵拉拉、肌收缩力等。肌收缩力等。 （二）关节的力和力矩（二）关节的力和力矩42 力学性能与固体材料特性和渗透性有关。力学性能与固体材料特性和渗透
32、性有关。 渗渗透透性性是是指指液液体体流流过过多多孔孔固固体体基基质质时时的的摩摩擦阻力，是双相材料的重要参数。擦阻力，是双相材料的重要参数。 关关节节软软骨骨损损害害、变变性性与与关关节节载载荷荷的的频频率率与与量量级级有有关关。关关节节的的先先天天性性发发育育不不良良以以及及关关节节损损伤等因素，可以导致应力集中。伤等因素，可以导致应力集中。（三）关节软骨生物力学特性（三）关节软骨生物力学特性43 脊柱是躯干的中轴、脊柱是躯干的中轴、位于背部正中，由位于背部正中，由2424块椎块椎骨、一块骶骨和一块尾骨，骨、一块骶骨和一块尾骨，借椎间盘、韧带和关节连借椎间盘、韧带和关节连接而成。为直立与行
33、走需接而成。为直立与行走需要，形成四个生理性弯曲。要，形成四个生理性弯曲。（四）脊柱生物力学（四）脊柱生物力学44 1.脊柱结构力学特性脊柱结构力学特性 脊椎的功能单元是脊椎的功能单元是运动节段，包括运动节段，包括2个椎个椎体及其间的软组织。体及其间的软组织。 （1）椎体）椎体 （2）椎间盘）椎间盘 45 随随着着年年龄龄增增长长及及外外伤伤损损害害，椎椎间间盘盘表表现现出出老老化化与与退退变变的的特特征征，导导致致椎椎间间盘盘的的承承载载能能力力及及其其传传递递能能力力下下降降，继继而而产产生生脊脊柱柱的的功功能能性性退退化化与与可可能能性性的的损损伤。伤。462.2.脊柱的稳定脊柱的稳定
34、正常脊柱的稳定结构的因素有正常脊柱的稳定结构的因素有: : 外外在在稳稳定定结结构构主主要要靠靠腹腹、腰腰与与背背等等肌肌肉肉主主动动调调节节；内内部部主主要要靠靠骨骨关关节节、韧韧带带进进行行控控制制。在在内内部部稳稳定定结结构构中中除除椎椎体体和和关关节节突突的的形形状状限限制制着着脊脊柱柱的的活动外，椎骨间韧带也维持着脊柱的稳定。活动外，椎骨间韧带也维持着脊柱的稳定。 脊脊柱柱失失稳稳是是骨骨伤伤科科中中的的重重要要问问题题。正正确确判判断断能为病人提供风险最小、痊愈可能性最大的条件能为病人提供风险最小、痊愈可能性最大的条件。473.3.体位和负重对腰椎的影响体位和负重对腰椎的影响 腰部
35、是躯干的主要负重区。当身体前屈加大转动腰部是躯干的主要负重区。当身体前屈加大转动力矩后，椎间盘的负荷也相应增加。坐位时肌松弛腰力矩后，椎间盘的负荷也相应增加。坐位时肌松弛腰部的负荷要比直立时大。如果腰后垫枕挺胸斜靠时，部的负荷要比直立时大。如果腰后垫枕挺胸斜靠时，腰部受力可显著减轻。仰卧位时腰椎间盘受力最小。腰部受力可显著减轻。仰卧位时腰椎间盘受力最小。 48 上肢举重或提重物时，腰椎的负荷显著增加，上肢举重或提重物时，腰椎的负荷显著增加，物体的重心与脊柱运动中心的距离；物体的重心与脊柱运动中心的距离；脊柱的弯脊柱的弯曲和旋转的程度；曲和旋转的程度；负重物体的性质、大小、形态、负重物体的性质、
36、大小、形态、重量和密度。重量和密度。49 肌腱和韧带都是粘弹性组织，其应力肌腱和韧带都是粘弹性组织，其应力- -应变曲应变曲线的形状取决于组织中胶原纤维和弹性纤维的比线的形状取决于组织中胶原纤维和弹性纤维的比例。例。三、肌腱和韧带的生物力学三、肌腱和韧带的生物力学（一）肌腱和韧带的应力（一）肌腱和韧带的应力- -应变曲线应变曲线50 生生物物固固体体材材料料，如如骨骨、肌肌腱腱和和韧韧带带等等都都具具有有粘粘弹弹性性材材料料的的特特性性。粘粘弹弹性性是是引引起起能能量量消消耗耗的的重重要要原原因因。而而且且粘粘弹弹性性材材料料的的力力学学性性质质与温度、压力等外部环境的关系极为密切。与温度、压
37、力等外部环境的关系极为密切。（二）生物固体材料的力学特点（二）生物固体材料的力学特点51粘弹性材料的三个特点粘弹性材料的三个特点52 1. 1.解剖位置解剖位置 2. 2.锻炼和固定锻炼和固定 3. 3.年龄年龄 4. 4.激光和热治疗激光和热治疗（三）影响肌腱生物力学特性的因素（三）影响肌腱生物力学特性的因素53 1.1.温度、负荷加载速度的影响温度、负荷加载速度的影响 2. 2.机械应力的影响机械应力的影响 3. 3.年龄的影响年龄的影响（四）影响韧带生物力学特性的因素（四）影响韧带生物力学特性的因素541.1.运运动动中中内内力力和和外外力力如如何何区区分分？内内力力和和外外有有何关系？何关系？2.2.如何应用牛顿运动定律指导人体运动？如何应用牛顿运动定律指导人体运动？3.3.影响人体平衡的因素有哪些？影响人体平衡的因素有哪些？4.4.与一般物体相比人体平衡有什么特点？与一般物体相比人体平衡有什么特点？5.5.影响骨力学性能的因素有哪些？影响骨力学性能的因素有哪些？6.6.影响肌腱生物力学特性的因素有哪些？影响肌腱生物力学特性的因素有哪些？复复 习习 思思 考考 题题55
