内容发布更新时间 : 2024/11/3 1:17:29星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
骨的内部组织情况也显示骨是一个合理的承力结构。根据对骨骼综合受力情况的分析，凡是骨骼中应力大的区域，也正好配上了其强度高的区域。骨小梁在长骨的两端分布比较密集，其优点有二：一是当长骨承受压力时，骨小梁可以在提供足够强度的条件下使用比骨密质较少的材料。二是由于骨小梁相当柔软，当牵涉到大作用力时，例如步行、跑步及跳跃情况下，骨小梁
能够吸收较多的能量。
二、运动对骨的力学性能的影响
从生物力学的角度来看，经常进行运动训练或体育锻炼，相当于营造一个新的骨的受力环境（条件）。
根据骨的功能适应性原理，骨不仅在一些不变的外力环境下能表现出承受负荷（力）的优越性，而且在外力条件发生变化时，能通过内部调整，以有利的新的结构的形式来适应新的外部环境。 运动对骨的影响，也就是骨对特定环境下力的变化的功能适应性的表现。
决定骨的功能适应性的因素除了外部形态之外，还有截面形状，材料沿各方向的分布规律，内部结构等。
(一)适宜应力对骨的力学性能的良好影响
1．体育锻炼对骨的力学性能的良好影响综合目前研究结果，机械力学信号可转化成促进成骨的生化信号。长期坚持体育锻炼对骨骼的影响： (1)促进未成年骨骼峰值骨量的增加;
(2)对成年骨骼的影响表现为一定程度的骨量增加或保持骨量; (3)对绝经后妇女或老年人骨骼的影响在于尽量减少骨量的丢失速度; (4)可使骨密质增厚、骨变粗； (5)骨面肌肉附着处突起明显；
(6)骨小梁的排列根据拉（张）应力和压应力的方向排列更加整齐而有规律。
这是由于骨的新陈代谢加强，骨的血液循环得到改善，从而在形态结构上产生良好的结果。随着形态结构的变化，骨变得更加粗壮和坚固，抗弯曲、抗压缩和抗扭转载荷的能力都有提高。当体育锻炼停止后，骨所获得的变化就会慢慢消失。因此，体育锻炼应经常化，锻炼的项目要多样化。专项训练与全面训练相结合。 2．不同运动项目对骨的力学性能的影响
(1)研究表明，体育锻炼的项目不同，对人体各部分骨的影响也不同。
(2)经常从事下肢活动的跑、跳项目的运动员，对下肢骨影响较大，对上肢骨影响较小。 (3)经常练习举重的运动员，对上肢和下肢的影响都较大。又如从事多年训练的跳远运动员，踏跳脚的第二跖骨直径增大，芭蕾舞演员的第二、第三跖骨的骨密质，足球运动员第一跖骨的骨密质都有增厚。拳击运动员桡骨骨密质也明显增厚。 3．适宜应力原则
骨骼对体育运动的生物力学适应性本质上是骨骼系统对机械力信号（应力）的应变。 (1)有利的运动负荷及强度导致的骨应变会诱导骨量增加和骨的结构改善； (2)应变过大则造成骨组织微损伤和出现疲劳性骨折;
(3)应变过小或出现废用则导致骨质流失过快。因此对骨存在一个最佳的合适应力范围。 （1）周期性超强度运动训练可能导致骨微细结构的破坏。这些骨的微损伤随时间不断累积（常见于军事野营训练军人和长跑运动员），如得不到改建修复可导致骨强度下降，甚至发生疲劳性骨折。
（2）诱导骨改建的重要机制是微骨裂诱导骨质改建单位的形成，即许多参与局部改建的细胞群形成所谓的切割圆锥，其功能形式表现为激活、骨质吸收及成型。
（3）青少年女性运动员过量运动训练会导致经期紊乱，月经失调，造成与激素相关的骨量和骨密度下降。
（4）儿童少年时期的骨新陈代谢旺盛。这时期进行合理的体育锻炼，更能促进骨的生长。相反，会使骨朝不正常的方向发展。
（5）研究表明过量运动会导致对骨形成的抑制。
动物实验证明，生长发育中的小白鼠在大负荷和大强度运动量下，骨骼较细和较短小，重量较轻。而在负荷较小，运动量较合适的的情况下，骨的重量、长度和粗度的数据都较不运动的对照组要大。
骨骼的废用（如卧床、肢体固定或失重）对骨的影响也应受到重视。事实上，大量研究已证实骨骼废用使骨密度下降和骨结构受损的速度远比体育锻炼对骨的有益影响快得多，而且恢复时间长且困难。一旦发生由于上述原因造成的骨质快速丢失，如何制定有效的以体育运动为主的康复训练计划仍缺乏研究，这应是今后的重点研究方向之一。 (二)骨的运动损伤及防治
随着人们生活和医疗水平的提高，体育和娱乐活动在生活中所占的比例日益增大。意外事故就上升成为青壮年死亡的首要原因。因此，对身体各部分的保护和伤后的诊断、治疗就成了一项重要的研究课题。骨折是运动性损伤中最常见的损伤之一，以下从骨折的断裂形式及载荷方式，骨折治疗的生物力学以及常见的骨的损伤机制加以讨论。 1．骨折的断裂形式及载荷方式
如果作用于骨骼上的载荷超过骨所能承受的强度极限，就会引起的骨折。 (1)拉伸载荷引起的骨折常见于跟骨。
第5跖骨基底靠近腓骨短肌附着处的骨折以及跟腱靠近附着处的跟骨骨折都是由于拉力产生的骨折。
(2)压缩载荷引起的骨折常见于椎体。
有时由于肌肉异常强烈的收缩，也可产生关节内压缩型骨折。
(3)纯弯曲载荷造成的骨折不多见，常见的是侧力弯曲载荷。从侧面和后面对小腿腓骨击打极易造成这种骨折。因此，足球比赛规则严禁从侧面和后面铲击小腿。
(4)剪切载荷引起的骨折常见于跟骨、股骨髁与胫骨平台的剪切破坏，变形后产生相对位臵变动。 (5)纯扭转载荷引起的骨折比较少见，它多半是和其它的载荷形式组合在一起而引起的。 2．骨折治疗的生物力学原理
如果作用于骨骼上的载荷超过骨所能承受的强度极限，就会引起骨折。
骨折治疗就是将骨折移位整复，并促进骨重建过程，使之愈合恢复原有的强度和刚度。骨折的治疗过程会产生骨的力学环境的明显变化。
在骨折治疗过程中应遵循的一条生物力学原则是：充分利用生理功能状况下的力学状态去控制骨重建，而不要干扰或尽量减少干扰骨应承受的力学状态。 （三）常见运动性骨损伤生物力学分析 1．疲劳骨折
疲劳骨折是一种在运动中常见的低应力性骨折。当骨受低重复载荷作用时，常可观察到疲劳细微骨折。疲劳骨折的产生不仅与载荷的大小和循环次数有关，而且还与载荷的频率有关 一般，持续性的运动活动先是引起肌肉疲劳。当肌肉疲劳后，肌肉收缩力降低，从而改变了骨的应力分布，使高载荷出现，随着循环次数的增加，可导致疲劳骨折。骨折既可能可出现在受拉侧，也可能出现在受压侧，或者两侧都出现。拉力侧骨折产生横向裂缝，且很快扩展为完全骨折；压力侧骨折发生比较缓慢，骨重建过程不太容易被疲劳过程超过，而且可能不扩展为完全骨折。
运动康复-赵蕊蕊治疗 疲劳骨折-治疗原则 第二节 关节生物力学
? 关节的结构
基本结构 （关节面及关节软骨 关节囊 关节腔）
辅助结构 （韧带 关节内软骨 关节唇 滑膜囊 滑膜襞）
关节的基本功能
关节的基本功能是传递人体运动的力和保证身体各部分间的灵活运动。明确力在各种关节中的传递方式以及关节的运动特点是关节生物力学的主要目标。
人体关节最奇妙之处在于它是一个集自如的快速和慢速运动，承受高载荷和低载荷于一体，可正常运行数十年的既灵活又稳固的结构。在现今的科学技术水平上，人体关节在承受不同载荷下作不同的运动被认为分属于不同的运行机制，目前还无法模拟。 一、关节的生物力学特性 1．关节的摩擦系数
关节的摩擦系数采用重力摆法进行测定。人体某些关节的摩擦系数，与工程上的人工润滑结构相比，其摩擦系数是非常小的。这是人体关节抗摩耐用的重要原因之一。 2。关节软骨的生物力学性能 (1) 关节软骨概述
在关节中，关节面覆盖有一层1-5mm厚的致密白色结缔组织。在生理上，关节软骨实质上是一种孤立的组织，缺乏血液和淋巴供应，也无神经支配。
关节软骨的固体基质约占组织湿重的20%-40%，是由胶原蛋白、一种与水亲和力极强的蛋白多糖凝胶和软骨细胞组成；其余60%-80%的为水溶液，大部分水溶液在承受载荷的时候可以被挤出。胶原蛋白为关节软骨提供了一种纤维状超微网状结构，胶原蛋白和蛋白多糖一起抵抗关节的应力和应变。由图可以看出，胶原蛋白在软骨中是不均匀分布的，共分为三层。 关节软骨的主要功能是：
①减小关节活动时的阻力（润滑关节）; ②减小关节面负载时的压强（适应关节面）; ③减轻震动（缓冲）。
关节软骨是一种多孔的粘弹性材料，其组织间隙中充满着关节液。在受拉伸应力下间隙扩大，液体流入，压缩时液体被挤出。软骨中没有血管，它正是靠这种应力下液体的流动来保证营养的供应。由于软骨的应力影响着软骨内液体的含量，而液体的含量又影响着软骨的力学性能，
这使得分析十分复杂。 （1）关节软骨的渗透性
实验表明，在恒定的外力下，软骨变形，关节液和水分子溶质从软骨的小孔流出，由形变引起的压力梯度就是引起关节液渗出的驱动力。随着液体的流出，小孔的孔径越压越小。因此，关节液的流出量在受力初期大于受力末期，形变也是初期大于末期。关节软骨依靠这样一种力学反馈机制来调节关节液的进出。正常的关节软骨的渗透性较小（与海绵相比）。在病理条件下关节软骨的渗透性增大，会出现关节积水、疼痛等与关节软骨力学性能变化有关的症状。 渗透性是一种材料参数，它表示液体流过多孔的固体基质时的摩擦阻力。渗透性越低，在承受载荷时液体流动的阻力越大。与普通海绵的渗透性相比，健康软骨的渗透性是很小的。液体通过如关节软骨这样的多孔介质有两种主要的力学方式： 1。由液压梯度造成的通过软骨的液流； 2。由变形造成的通过软骨的液流。
在正常的关节软骨上，这两种机制同时起作用。 （2）粘弹性
关节软骨和关节液具有粘弹性（非线性）的特点，其力学性质与温度、压力等外部环境的关系极为密切。粘弹性体相对于弹性体来说具有如下三个特征：
①应力松弛:当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力会随时间的增加而下降。这种现象称为应力松弛。
②蠕变:当物体突然产生应力时，若应力保持一定，则相应的应变会随时间的增加而增大。这种现象称为蠕变。
③滞后:在加载载荷和卸载过程中，应力应变关系不相同，即受力和恢复的状态不同。这种现象称为滞后。 3．时间--形变关系
关节软骨和关节液作为一种粘弹性体，对外部载荷作用的快慢十分敏感，即其形变与外力的作用速度有关。例如，关节软骨的形变是由于液体的流出，关节软骨受到的挤压速度越快，液体流出小孔的阻力也就越大，关节液就越不容易流出；而速度越慢，关节液越容易流出。 测量结果表明，当外力作用的时间在1/100 s左右时，关节液是同时具有流动性和弹性的粘弹性体，像橡皮垫一样，缓冲关节面之间的碰撞。当作用时间大于1/100 s时，关节液像润滑液一样，使关节灵活运动。如果外力作用的时间很短，例如达到1/1000 s左右时，关节液不再表现为液体或弹性体，而是呈现出?固体?的特点，对碰撞时的冲力不再起缓冲的作用。 例打篮球时手指的挫伤往往就是这样造成的，从而说明准备活动的重要性。