运动生物力学教案4 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/6/25 7:03:54星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

4.关节润滑机制

前面提到,人体的关节是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的既灵活又稳固的结构。关于关节的润滑目前尚无普遍接受的统一机制。在一定情况下根据关节负荷或运动的需要由下列一种或多种机制起作用。类似于骨的功能适应性原理, 人们在定义润滑机制的出发点是关节会采用最适合的机制应对面临的运动和载荷。 目前有二种机制:

(1)界面润滑

(2)压渗润滑

当关节在高负荷条件下快速运动时,关节软骨内的液体被挤压渗出到临近接触点/面周围的关节间隙。此时关节面软骨表面之间的液膜由压渗出的组织液和原有的滑液组成。 (二)关节结构的力学特性 1.关节静力学

分析关节在静止状态下的受力状况,一般是采用环节静力分析法,即根据杠杆平衡条件估算关节受力和关节肌力矩。 值得注意的是,关节的活动和稳定状况不仅与其自身的结构有关,而且与关节周围的肌肉和韧带的作用有关。因此,在分析关节运动和受力状况时往往不能忽略这些结构对关节的作用。

例如,双足站立时,人体的重力线从耻骨联合后面通过。直立时,单侧股骨头上的关节反作用力是除去下肢重量后剩下的体重的1/2,即约为全部体重的1/3。而单足站立时,髋关节以上的身体重力线在三个基本平面上均发生了位移,在关节周围产生了力矩,从而使关节作用力增加。根据英曼(Inman)的计算,单足站立时股骨头所受到的关节反作用力是体重的2.4倍。 上楼梯时,当人的一侧下肢举腿登梯时,作用在另一侧负重腿上的胫股关节的反作用力的最小值可达体重的4.1倍,髌韧带的受力是是体重的3.2倍。 2.关节运动学 关节的运动

?1。屈和伸

--- 关节沿冠状轴运动。运动时两骨之间的角度发生变化,角度变小称屈,角度变

大称伸。

? 2、内收和外展--- ? 3、旋内和旋外--- ? 4、环转运动--- ?

关节沿矢状轴运动。运动时骨向正中矢状面靠拢,称同收。反之称外展。 关节沿垂直轴运动。运动时骨向前内侧旋转,称旋内。反之称旋外。

关节运动时,关节头在原位转动,骨的远端做圆周运动。

5、其他--- 水平屈、伸,滑动

2.关节运动学

关节是人体运动的枢纽。一般来说,关节的两个运动学特征比较受到重视:一是关节的运动幅度(角度),二是达到这个运动幅度的方式(随意和强迫运动范围)。根据解剖学,关节的运动形式可以归纳为绕三个基本运动轴的运动,即屈伸运动、展收运动和旋转运动。 从生物力学运动分析的角度,有两点还需要注意:

(1)动作的顺序。即环节的位臵与动作的顺序有关。例如:从解剖姿势使手掌掌心运动到向身体外侧可以有两中方式。一是从解剖姿势开始两臂绕肩关节前屈,然后水平外展,然后内收。二是直接从解剖姿势绕肩关节旋外。 (2)关节瞬时中心的位臵。

关节瞬时中心:当一关节连接的一个环节绕另一个环节转动时,在每一瞬时有一个不动的点,即速度为零的点,这一点称为瞬时旋转中心,简称关节瞬时中心。

?利用关节瞬时中心可以描述相邻两个环节在同一平面上的相对活动和接触点的位移方向。从瞬

时中心的异常可揭示力学改变与生物学反应之间的内部联系。在人工关节的设计中,了解瞬时中心也至关重要。 3.关节动力学

关节动力学包括两方面的内容:

?一是组成关节的各部分在外力作用下的运动特性,如关节软骨、关节液及其润滑机制等。这

一部分在前面已经讨论过。

?二是作为一个结构整体的关节动力学。其研究方法和关节静力学类似,但还需要考虑人体运

动的惯性参数。常用的思路是根据测定的肢体末端的外力和运动学数据,计算关节的反作用力和肌肉力矩。

二、运动对关节力学性能的影响 (一)运动对关节组织结构性能的影响

1.适宜的体育锻炼对提高关节负载能力和减小摩擦阻力的影响

(1)系统的体育锻炼可以使骨关节面骨密质增厚,从而能承受更大的负荷,并增强关节的稳固性。

(2)动物实验证明,长期运动可以使关节面软骨增厚。这种关节面软骨的增厚被认为是由于软骨基质和细胞吸收液体的结果。

(3)据报道一年的大强度的体育活动可以使关节滑液量成倍增加,有助于减少关节运动时的摩擦力。

(4)体育活动还可以使一些辅助结构如关节肌腱、韧带增粗,肌肉力量增强,在骨附着处的直径增加,提高关节的稳定性和动作力矩。 2.过当运动对关节组织结构性能的影响

膝关节半月板(关节内软骨)撕裂就是典型的突然受到压缩-扭转复合载荷的结果。其原因是,当膝关节伸直时半月板被股骨髁推挤向前,屈曲时,半月板则向后移动。膝关节半屈曲作小腿外展外旋或内收内旋时,两侧半月板位于一前一后,若动作突然,半月板来不及滑移,就会使半月板在股骨髁和胫骨平台之间发生强烈的研磨,即可引起各种类型的损伤。因此,当膝关节屈曲,小腿固定于外展、外旋位,大腿突然内收、内旋并伸膝时,就可能造成内侧半月板撕裂。相反,当膝关节屈曲,小腿固定于内收、内旋位,而大腿突然外展、外旋并伸膝时,就会造成外侧半月板撕裂。

小结:总结本次课重点内容、进行补充教学-课堂答疑,布臵作业。 思考题:

1举例说明载荷形式与应力应变的关系。 2骨损伤防治的生物力学原则是什么? 3关节软骨有哪些力学特性? 4简述关节的润滑机制。

教学反思: 让学生了解骨和关节的良好生物力学性能以及这些性能在体育运动中的体现,是本

节课的重点。其中骨的壳形结构比较难理解,要举例详细说明。本节课学生积极认真,课堂氛围较好。