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1、第四节 骨骼的力学特性 丁浩骨：连结形成骨骼，构成人体支架，支持体重、 保护内脏，并参与运动，充当杠杆。l 对机体起支持运动和保护的作用l功能 红骨髓是造血部位l 骨组织是机体钙、磷的储存库骨的分类骨的分类l成人有206块骨l按部位分：l 颅骨l 躯干骨l 四肢骨中轴骨按形状分按形状分l1.长骨长骨l 尺骨尺骨 掌骨掌骨 l2.短骨短骨l 腕骨腕骨 跗骨跗骨 l3.扁骨扁骨 l 颅颅 胸胸 盆部盆部 l4.不规则骨不规则骨 l 椎骨椎骨 听小骨听小骨骨骨 的的 构构 造造 骨髓骨髓 骨质骨质 骨密质 骨松质 骨膜骨膜 血管、淋巴和神经血管、淋巴和神经红骨髓红骨髓 黄骨髓黄骨髓 骨骨骨膜骨膜骨髓
2、骨髓骨密质骨密质骨松质骨松质骺线骺线外板外板 内板内板 板障板障 骨膜骨膜颅骨颅骨 骨密质骨密质骨松质骨松质- -板障板障 内板内板 外板外板骨的化学成分和物理性质骨的化学成分和物理性质 有机质：胶原纤维束和粘多糖蛋白等。有机质：胶原纤维束和粘多糖蛋白等。 无机质：碱性磷酸钙等。无机质：碱性磷酸钙等。 煅烧骨煅烧骨 脱钙骨脱钙骨 骨组织骨组织细胞细胞骨基质骨基质骨骨细细胞胞成成骨骨细细胞胞骨骨原原细细胞胞破破骨骨细细胞胞有有机机成成分分无无机机成成分分类类骨骨质质骨骨盐盐一、骨组织结构(osseous tissue)无定形基质无定形基质胶原纤维胶原纤维成骨细胞分泌，包括大量胶原纤维成骨细胞分泌
3、，包括大量胶原纤维（9595）及少量无定形基质。）及少量无定形基质。类骨质类骨质 凝胶状，主要成分蛋白多糖、还含有凝胶状，主要成分蛋白多糖、还含有骨钙蛋白、骨钙蛋白、骨桥蛋白骨桥蛋白、骨粘连蛋白。、骨粘连蛋白。粗大的胶原纤维束聚集。粗大的胶原纤维束聚集。 有机成分有机成分无机成分无机成分又称又称骨盐骨盐，主要为羟磷灰石结晶，主要为羟磷灰石结晶，沿沿胶原原纤维长轴排列并与之结合。胶原原纤维长轴排列并与之结合。骨基质（bone matrix） 骨基质骨基质: : 又名骨质。是又名骨质。是钙化的钙化的细胞间质，是人体细胞间质，是人体最大的最大的CaCa2+2+ 库。库。 有机成分有机成分胶原纤维胶原
4、纤维基质：蛋白多糖及其复合物基质：蛋白多糖及其复合物无机成分无机成分：羟磷灰石结晶（羟磷灰石结晶（Ca10PO4 6OH2)24%75%骨盐骨盐 90%类骨质：类骨质：最初形成时并无骨盐沉积的骨基质。最初形成时并无骨盐沉积的骨基质。骨板（bone lamella）骨基质呈板层状排列称为骨板，是骨基质结构骨基质呈板层状排列称为骨板，是骨基质结构形式。同一骨板内胶原纤维形式。同一骨板内胶原纤维平行排列平行排列，相邻骨，相邻骨板间胶原纤维板间胶原纤维相互垂直相互垂直。长骨结构长骨结构骨骺骨骺骨干骨干骨膜骨膜关节软骨关节软骨2.长骨的结构长骨的结构骨髓骨髓a. 密质骨结构密质骨结构骨干骨干环骨板环骨板
5、(内、外内、外)哈弗斯系统哈弗斯系统(骨单位骨单位)间骨板间骨板哈弗斯骨板哈弗斯骨板中央管中央管骨松质骨松质骨髓腔骨髓腔骨骨骺骺骨骨干干骨外膜骨外膜(periosteum)外层外层：胶原纤维粗大密集胶原纤维粗大密集， 形成穿通纤维形成穿通纤维内层内层：富含小血管和细胞富含小血管和细胞 （骨原细胞骨原细胞） 骨内膜：骨内膜：(endosteum)富含血管神经富含血管神经，有骨原细胞有骨原细胞 骨膜的功能骨膜的功能 营养骨组织营养骨组织 为骨的生长和修复提供骨祖细胞。为骨的生长和修复提供骨祖细胞。b.松质骨：片状或针状骨板（小梁）松质骨：片状或针状骨板（小梁）c.骨膜骨膜 DCT3. 3. 骨的发
6、生骨的发生( (一一) )、骨组织发生的基本过程、骨组织发生的基本过程1.1.骨组织的形成骨组织的形成 类骨质类骨质骨质骨质 骨祖细胞骨祖细胞成骨细胞成骨细胞分泌纤维及基质，形成类分泌纤维及基质，形成类骨质骨质钙化形成骨质钙化形成骨质, ,成骨细胞转变为骨细胞。成骨细胞转变为骨细胞。2.2.骨组织的破坏骨组织的破坏(二二)、骨发生的方式、骨发生的方式1、膜内成骨、膜内成骨 (intramembranous ossification)间充质间充质胚胎性结胚胎性结缔组织膜缔组织膜 骨骨（扁骨扁骨） 2、软骨内成骨、软骨内成骨(endochondral ossification)间充质间充质透明软透
7、明软骨雏形骨雏形骨骨（长骨和长骨和不规则骨不规则骨） (1).软骨雏形形成软骨雏形形成(2).骨领形成骨领形成(3).初级骨化中心与骨髓腔形成初级骨化中心与骨髓腔形成(4).次级骨化中心与骨骺形成次级骨化中心与骨骺形成( (三三) )、软骨的进一步生长、软骨的进一步生长1.1.骨的加长骨的加长 是通过骺板的不断生长是通过骺板的不断生长, ,并替换成骨组织实现的。并替换成骨组织实现的。2.2.骨的增粗骨的增粗 骨外膜中的骨祖细胞分化为成骨细胞骨外膜中的骨祖细胞分化为成骨细胞, ,在骨干表在骨干表面添加骨组织面添加骨组织, ,使骨干变粗。使骨干变粗。 影响骨生长发育的因素影响骨生长发育的因素 除除
8、遗传因素遗传因素外，体内的外，体内的激素水平激素水平（生长（生长激素、甲状腺激素、甲状旁腺激素、降钙素、激素、甲状腺激素、甲状旁腺激素、降钙素、性激素等）、性激素等）、维生素含量维生素含量（维生素（维生素A A、D D、C C）及其他活性物质及其他活性物质（转化生长因子、表皮（转化生长因子、表皮生长因子、白细胞介素生长因子、白细胞介素1 1等）均不同程度地等）均不同程度地影响骨的生长发育。影响骨的生长发育。二、骨骼的力学特性二、骨骼的力学特性l（一）骨骼的载荷模式l1.拉伸l2.压缩l3.弯曲l4.剪切l5.扭转l6.复合载荷骨的应力是指骨结构受到外来载荷时其表面单位面积所受到的力。骨的应变是
9、指骨在外力作用下的局部形变，包括线性应变和剪切应变。 骨的应力与应变曲线（二）应力对骨结构的影响v应力较小时，在一定的范围内，应力与应变之间存在着一个线性关系，应力-应变曲线为直线，即应力与应变成正比关系，称为弹性区。去除外部载荷移后，材料将恢复到原来的形状，即不会造成永久形变。v载荷持续增加时，骨最外层某些部位就会发生屈服，即弹性区末端点称为屈服点。屈服点以后的曲线则变成了非线性，骨将产生永久变形，称为塑性区。v载荷持续增加，骨组织的结构体将在某个部位失效（骨折，图中C点为断裂点），对应的应力称为极限应力（C）。 在应力-应变曲线图中的弹性区，材料的应力与应变之间存在着一定的关系，即应力/应
10、变是常数，此常数为材料的弹性模量或杨氏模量，其大小等于这段直线的斜率。弹性模量或杨氏模量大小表示了材料抵抗变形的能力，称为刚度。 达到极限应力时的应力-应变曲线下面的面积表示导致骨折所需要的能量。一般骨在生理负荷范围内，骨产生弹性变形，当外力去除后，弹性区内的能量能同时被骨释放，使骨恢复原状。但当骨不断受到外力作用时，其应变能量不能被及时完全释放，经积累后可能会损坏材料的结构。 骨的生长是破坏和重建两个过程对立统一的结果。骨的塑形与重建是通过适应力的作用，这种适应性是按沃尔夫（Wolff）定律进行的。 适宜的载荷对骨有积极的影响，但过载、过用或过度冲击性载荷可引起骨损伤甚至骨折发生。 （三）机
11、械应力对骨生长的影响 运动中，骨会反复受力，超过某一生理限度时使骨组织受到损伤，造成骨的损伤为疲劳性损伤。 在持续性紧张的骨骼肌运动中，首先引起骨骼肌疲劳，收缩能力降低，其结果是抵消作用于骨上的应力的能力也减弱，导致对骨的作用力过大，骨结构在反复的应力刺激下导致结构的改变而发生骨折。（四）骨疲劳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示示示意意意意图图图图骨的力学性质还受到以下因素的影响。q骨的大小和形状q骨折愈合：当骨折愈合开始时，骨痂在骨折处周围形成套状以稳定骨折区。骨痂使截面积显著增加，从而增加骨骼的强度和刚度。q手术因素：有些外科手术造成骨缺损而使其力学性能明显减弱。q衰老与骨质疏松：骨组织总量的减少和骨体积的轻度减少。（五）影响骨力学性能的其他因素Have a rest !
