骨伤生物力学1

,应力集中影响：由于截面尺寸改变而引起的应力局部增大的现象称为应力集中临床骨外科手术中经常遇到应力集中现象，如四肢长骨骨折后用螺钉固定钢板时骨要钻孔、骨折牵引要钻孔、手术中切除骨骼形成小缺损等，都出现应力集中。应力集中使骨骼强度减弱,1,2017/11/25,骨形态结构的功能适应性,Wolff认为骨结构不仅与其载荷有关，而且还能适应载荷变化并遵循数学定律改变自身结构。研究表明：骨的大小与体重及其活动强度有关Wolff定律：骨对载荷变化的适应性大量研究和实践证实：长期、系统、科学的运动训练对骨的形态结构能产生良好的影响，并表现为骨形态学的适应性变化。,2,2017/11/25,不同运动项目对骨形态结构的不同影响也能充分体现骨对应力的功能适应性跳跃项目类的田径运动员以胫骨前缘骨壁增厚为主举重运动员则以胫骨内侧壁增厚为主基因表达失调、缺乏适当运动和机械力作用或有外来因素干扰（放射线或药物）均可导致先天性或发育性骨异常和相应的肢体畸形,3,2017/11/25,长骨的功能适应性,骨小梁排列方向沿着运动所引起的骨的主应变方向股骨最大压应力在截面内侧股骨最大拉应力在截面外侧横截面的前后部位为中性层通过的低应力区域内外侧为适应高应力而较厚前后侧由于不完全骨吸收而成为狭谷状，以适应由于中性层波动而产生的低应力。,4,2017/11/25,活体骨重建目标：骨使其总的结构适应于其载荷环境的变化生物材料骨：无论是在断面形式、空间结构还是强度、密度分布上都是与应力状态充分适应,5,2017/11/25,骨折治疗中生物力学原理,血肿机化、原始骨痂形成：一般不受外界环境影响，称原始短周期应激适应。适应过程反馈路线是自体封闭的，与外界环境无关因势利导，不能干预骨痂塑形期：新的功能适应过程，称继发性长周期功能适应。适应过程反馈路线是开放的，与环境有关可以干预,6,2017/11/25,基本原则：充分利用功能情况下的力学状态去控制骨修复，而不要去干扰甚至破坏骨应承受的力学状态。关键：在不同年龄阶段如何选择负荷能够产生适宜的应变以增加骨量,7,2017/11/25,骨塑形、骨重建和年龄相关性骨丢失,骨塑形和重建均是由破骨细胞和成骨细胞共同完成，生长期骨形成和吸收以适应骨生长需要。成熟期为骨重建过程，达到动态平衡。3040岁后骨形成速度慢于骨吸收使骨量随年龄增加而降低，脆性增加。骨松质丢失表现为骨小梁变薄变细数量减少；骨皮质表现为多孔状变薄。,8,2017/11/25,运动负荷对骨影响的实验研究,未成年人：运动负荷的最适压力作用于骨骺将刺激骨完成正常的生长过程，如果负荷过大，反而阻碍骨的生长。生长期动物高强度训练后骨长度和重量减少，可能是超负荷作用于骺板所致成年骨：持续的同一水平的负荷对增加小梁骨矿物质含量有一定作用，而变化的负荷则可能只产生很小的影响。绝经女性：负重训练明显影响其骨量,9,2017/11/25,弹性固定准则（顾孟氏准则）,固定稳定：使骨折远近端与医疗器械构成几何不变体系。对固定的要求：器械与骨折远近端构成几何不变体系功能活动时对断端的正常应力分布干扰较小非功能替代夹板或钢板,10,2017/11/25,断端生理应力：可加速骨折端愈合速度，提高愈合质量的断面应力称为生理应力。恒定性生理应力：由器械加载产生，可增加断面摩擦力，增强固定稳定性，缩小新生骨细胞移行距离。间断性生理应力：由功能锻炼、肌肉内在动力产生，可促进血液循环，激发骨折端新生骨细胞增长。需要深入研究：生理应力值的区间和最优值的确定,11,2017/11/25,夹板局部外固定的生物力学研究,布带的约束力800g左右张力最合适（既能固定骨折端，又不致引起并发症）治疗早期1296小时内密切观察松紧度，及时调整，以免因伤肢周径增大使约束力急剧增加，形成恶性循环。45天后，伤肢周径减小，约束力下降，及时调整布带，防止骨折的再移位。,12,2017/11/25,夹板的弹性固定力柳木、竹木夹板有一定弹性和韧性，在固定所需约束力范围内，形变不大；夹板必须有一定的刚度，刚度不足起不到稳定固定作用，使骨折端产生剪力，造成骨折畸形愈合、延迟愈合甚至骨不连；刚度过大，夹板不易与肢体充分接触，不易发挥夹板的弹性来维持固定及纠正残余畸形；刚度过大也会增加皮肤压疮的发生率。,13,2017/11/25,纸压垫的效应力夹板下加纸压垫改变了夹板固定力均匀分布的状况，使纸压垫处的作用力高于其它部位；效应力的大小随纸压垫的大小及厚薄而改变，越厚则效应力越大；放置位置：骨折移位方向,14,2017/11/25,肌肉收缩的内在动力肌肉夹板：限制骨折的移位矫正残余的成角及侧移位畸形，起到慢性复位作用固定期间如何控制肌肉收缩的形式？收缩的强度？夹板固定：不固定关节或只限制引起骨折移位的某一方向的关节活动,15,2017/11/25,必要的牵引力对抗骨折重叠移位和短缩畸形适应范围：不稳定性骨折；骨折部位软组织厚、肌张力强、肢体重力大；单纯使用夹板不能防止和矫正移位等张牵引：牵引的同时，鼓励患者积极进行有节制的功能锻炼；功能活动必须根据骨折部位的解剖特点、骨折类型和部位的特殊要求，以不影响骨折的固定为前提。,16,2017/11/25,骨折端的啮合力骨折端常为锯齿状，整复后骨折端互相啮合，产生啮合力，对稳定骨折端有一定的作用。治疗骨折时应注意保护骨折端的骨锯齿错误：反复整复或粗暴整复正确：手法轻柔，适当牵引后再整复,17,2017/11/25,影响骨愈合因素,性别与年龄：男性骨不连发生几率是女性的4倍；18岁以下愈合较成人快；50岁以上股骨颈骨折后6个月高龄者比低龄者的愈合率较低。营养不良与贫血全身性疾病：糖尿病患者骨愈合延迟骨折局部情况骨折部位和周围软组织情况反复手法复位，手术中骨膜剥离过多，清创时过多摘除碎骨片，固定不牢，持续骨牵引时牵引力过大，功能锻炼不当等。神经损伤,2017/11/25,18,促进骨愈合手段,物理因素微动电刺激和电磁刺激激光超声体外冲击波生物活性因子骨形态发生蛋白（BMP）转化生长因子（TGF- ）成纤维细胞生长因子（FGF）,2017/11/25,19,胰岛素样生长因子血小板衍生生长因子甲状旁腺激素生长激素,2017/11/25,20,骨的压电效应,1812年，纽约St.Thomas医院，第一个用电刺激治疗骨折不愈合获得成功1820年，Mott用电刺激治疗胫骨不愈合成功1850年，lente1852年，Elgland1855年，Duchen1860年，Boto 报道电刺激治疗骨折不愈合 此后一百年间，进展不大。,理论形成,1953年，Yasuda & Fukada 对骨的生物电效应进行研究，提高骨的压电效应理论1966年，Friedenberg和Brighton提出骨的恒直流电位理论，并用恒直流电治疗一例内踝骨折不愈合病例1977年，Besett首先用电磁波治疗1例先天假关节获得成功1974年，全植入式电刺激治疗脊柱融合。,长骨被弯曲时，它能产生电压，在凸侧即张应力侧，产生正电位；在凹侧即压应力侧，产生负电位。整骨的几何形状不规则，压电效应与载荷之间复杂将骨纵向放置，观察不同方向的压应力，压力与骨纵轴成45度时，压电效应最大。骨组织或肌腱上施加压力后，得到极化电荷的现象就是压电效应。,电刺激骨愈合技术,有文献统计电刺激治疗不愈合119例，有效率为95%插入电极成骨电磁场成骨电场成骨,插入电极成骨（全植入式电刺激法）把不锈钢电极插入骨内，阴极置于骨折处，阳极置于软组织内，通以适当参数的电流，在阴级附近引起电偶极矩重新排列促进骨生成阳级附近可能会使骨坏死，可把阳级置于皮肤表面，可完全避免。电流量小于5A无成骨现象，5A20A逐渐有骨形成，大于20A显示细胞坏死而无骨形成。,半植入式电刺激：阴极刺入骨端， 阳极位于皮肤电极形状：针形，螺钉形等成份：阴极：不锈钢，银、 钛等阳极：白金电极信号：直流电，脉冲电流,2017/11/25,26,电磁场成骨把一对平行线圈，置于骨折肢体两侧，线圈通以一定频率（2-100Hz）的交流电流，线圈间产生几个高斯的磁场在骨折处沿骨长轴方向产生感应电流。1977年，治疗一例先天性假关节1981年，治疗149例，成功率为87%,电场成骨把肢体放于金属电极板之间，金属板组成一电容器，通以直流电或脉冲电流由于电容的充放电，骨组织内形成一个随时间变化的电场，可以促进骺板的生成 及骨折的修复,2017/11/25,28,制动对机体的影响,心血管系统(静脉血栓、直立性低血压等）呼吸系统（肺顺应性变小，肺活量下降，感染等）骨关节肌肉（健康人石膏固定肘关节4周后前臂周径减少5%，废用性肌萎缩，肌肉运动神经兴奋性下降、骨质疏松、关节退变等）中枢神经系统消化系统泌尿系统（尿潴留、尿路感染、尿排出钙磷增加、尿石症等）皮肤代谢与内分泌系统（负氮平衡、水肿、体重下降、水电解质改变,29,2017/11/25,关节软骨的生物力学,软骨具有一定的粘弹特性和抗压能力，各关节相关骨的接触面大多有软骨被覆。关节软骨功能传导载荷：把施加于关节上的载荷扩散到较大的区域，以减少接触应力，使对应的关节面以最小的摩擦和磨损进行相对运动。润滑作用承受负荷吸收震荡,30,2017/11/25,软骨的成分,是一种特殊分化的结缔组织，由软骨细胞、软骨基质及埋藏于基质中的纤维共同组成。固体基质（20%40%）：由胶原纤维（60%）、糖蛋白凝胶（40%）、软骨细胞（2%）水分：60%80%胶原为关节软骨提供一种纤维状超微结构，这种胶原网和多水的糖蛋白一起共同抵抗关节的应力和应变。,31,2017/11/25,关节软骨的生物学性质,渗透性关节软骨的蠕变反应润滑：界面润滑和液膜润滑,液膜润滑中一层较厚的润滑剂膜使两个承载面有较大的间隙载荷不很重时液膜润滑形式起主要作用。界面润滑依靠单层润滑剂分子化学吸附到接触的固体面上，重载荷下界面润滑起到主要作用。,2017/11/25,32,关节软骨的营养,骺板尚未融合的青少年关节软骨的营养来源于软骨下骨；成人关节软骨营养来源于关节囊的血管。关节囊的滑膜层中有毛细血管攀，分泌滑液含有葡萄糖、盐类及低分子蛋白，通过弥散机制进入关节腔，滑膜细胞分泌的透明质酸。关节活动是弥散机制的作用关键，使关节液中的营养物质进入软骨，同时软骨的代谢产物受运动挤压而排出进入滑液。因此关节活动对弥散机制起着泵的作用。,33,2017/11/25,从以上分析不难看出任何影响血运、毛细血管的微循环及关节运动的因素，最终都将妨碍关节软骨的营养代谢。关节软骨缺乏和缺少运动以及过度运动都可引起病理改变,2017/11/25,34,关节软骨多数为透明软骨，少数为纤维软骨，厚薄因不同关节和年龄而异，通常为27mm。软骨本身是缺乏血管组织，损伤后再生能力很弱，无软骨膜的软骨不能再生，有软骨膜的软骨的再生有赖于软骨膜的软骨母细胞，损伤后软骨母细胞增生并形成软骨基质，逐渐成熟变为软骨组织。（微骨折术）,35,2017/11/25,Outerbridge grade 1 Cartilage sofening,0 级： 正常软骨。I 级：软骨软化水肿或出现表面泡状结构。,Outerbridge grade 2cartilage fibrillation,II 级： 软骨变薄， 出现轻、中度纤维化。,Outerbridge grade 3 50%,III 级： 软骨重度纤维化， 呈现蟹肉样改变。,Outerbridge grade 4Full-thickness loss,IV级： 软骨退变深及骨皮质， 全层软骨缺损， 软骨下骨质裸露。,软骨下骨打孔术在软骨缺损或退化的软骨下骨打孔已有多处报导,2017/11/25,41,生物工程软骨修补关节软骨缺损,酶解所获软骨细胞的单层培养扩增问题：单层培养及传代培养易失去表型出现反分化及异化现象解决办法：高密谋细胞培养，利用生物反应器软骨细胞接种到合适的生物支架上多聚体支架的要求：支架要有好的细胞着床性能及组织相容性；支架孔径占总体积的90%；组织再生的动力学与三维模型有关，坚硬底物诱导增殖，柔韧底物诱导分化；为改进细胞着床功能孔面可涂纤粘连蛋白、软骨粘连蛋白、层粘连蛋白。,2017/11/25,42,合适的生物反应器以长期维持细胞表型及基质再生。细胞增殖后应转移到生物反应器中培养并不断更换培养液，进行诱导以维持细胞的分化表型。培养液对软骨细胞分化的影响细胞增殖期：用含有生长因子及小牛血清的培养液；细胞分化期：应减少培养液中的生长因子及小牛血清的量。,2017/11/25,43,细胞因子在软骨工程中的应用刺激软骨细胞增殖的生长因子：TGF刺激软骨细胞分化的生长因子：BMP骨形态发生蛋白,2017/11/25,44,滑膜关节的基本结构,关节面关节囊关节腔,45,2017/11/25,关节面,opposing ends of the joining bones formed mainly by articular cartilages composed of hyaline cartilage this cartilage is smooth, compressible and strong, deformed without breaking and return to its orginal shape reduce the friction between articular surfaces when the joint moves smooth spongy cushions and shock absorbers, and thereby keep the bone ends from being crushed.,46,2017/11/25,关节囊,外层为纤维层，致密结缔组织，纤维膜的厚薄与关节的功能有关，下肢关节的负重较大，相对稳固，其关节囊纤维膜坚韧而紧张，上肢关节运动灵活，纤维膜薄而松弛。膝关节内侧副韧带与关节囊相连，以增强关节的稳固，限制其过度运动。内层为滑膜层，疏松结缔组织，富含血管网，产生滑液，滑液是透明的蛋白样液体，呈弱碱性，增加润滑，吞噬，是关节软骨、半月板等新陈代谢的重要媒介。,47,2017/11/25,滑膜皱襞,有些关节囊的滑膜表面积大于纤维层，滑膜重叠卷折并突入关节腔形成滑膜襞；,2017/11/25,48,滑膜炎,滑膜反应性积液，膝关节明显肿胀、发热，不敢活动。检查发现膝关节屈伸活动受限，下蹲困难并伴有疼痛，关节周围可有局限性压疼点，浮髌试验阳性。,2017/11/25,49,滑膜增生、充血,关节内电动刨刀刨削滑膜,滑膜软骨瘤病,早期，活动性滑膜炎，关节内并无游离体；第二阶段，结节性滑膜炎出现；,第三阶段，出现游离体而且滑膜炎吸收。,2017/11/25,53,色素沉着绒毛结节性滑膜炎,Pigmented Villonodular Synovitis，简称PVS。是一种增殖性疾病，常发于滑膜关节、腱鞘和滑囊，病因不明。其病变部位往往呈现绒毛或结节样纤维结缔组织突起，也有二者并发的情况。,2017/11/25,54,X线：滑膜软骨瘤病与游离体,关节腔,为关节囊滑膜层和关节面共同围成的密闭腔隙，内有少量滑液，关节腔内呈负压，对维持关节的稳固有一定作用。 contains a small amount of synovial fluid potential space inflamed,56,2017/11/25,附属结构,韧带 关节盘和关节唇滑膜襞和滑膜囊：有时滑膜也可从关节囊纤维膜的薄弱或缺如处作囊状膨出，充填于肌腱与骨面之间形成滑膜囊，可减少肌肉活动时与骨面之间的磨擦。,57,2017/11/25,胶原组织的生物力学,胶原纤维、弹性纤维和网状纤维胶原纤维为组织提供强度和刚度，弹性纤维在组织受载时提供延展性，网状纤维提供容积。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；胶原纤维加热到66半小时即可改变其组织特性而失去弹性，弹性纤维在同样情况下却不改变力学性能。胶原纤维和弹性纤维之间的比例。,58,2017/11/25,胶原纤维和弹性纤维的特性,胶原纤维为类塑性材料，弹性纤维为类脆性材料。拉伸试验下胶原纤维在加载开始时即稍有伸长但很快到达屈服点，随之出现非弹性变形，直到极限破坏。弹性纤维在低载荷下呈现较大的伸长，随着载荷的增加没有变形而突然断裂。胶原纤维比较强能承受的应力大约是骨密质在拉伸下的一半，弹性纤维比较弱，能承受的应力仅为骨密质在拉伸下所能承受的1/10。,59,2017/11/25,韧带,extra-capsular ligaments are formed by locally thickening of the fibrous capsuleThe intra-capsular ligaments are inside the capsule but outside the joint cavity, because they are covered by synovial membraneincrease joint stability and prevent excessive and undesirable motionsAs a rule, the more ligaments a joint has, the stronger it is.连接相邻两骨之间的致密纤维结缔组织束，加强稳定性，限制关节过度运动。,60,2017/11/25,韧带（包括关节囊）的功能是稳定关节，支持关节运动并防止过量运动。决定韧带强度的主要因素韧带的粗细、形状胶原纤维和弹性纤维的比例载荷增加速度韧带的横截面：与加载方向取向一致的纤维数量越多越宽越厚，韧带的强度越大。,61,2017/11/25,肌腱的功能是把肌肉附着在骨或筋膜上，并把拉伸载荷从肌肉传递到骨或筋膜，从而产生关节运动。有鞘肌腱和无鞘肌腱影响肌腱承受的应力值因素：与肌腱连接的肌肉收缩量；肌腱的直径与肌肉直径的比值。,62,2017/11/25,肌腱及韧带止点的功能传递：将肌肉收缩产生的应力传递到骨骼缓冲：逐渐减弱牵拉力，使拉力合理分散至着力点增加力矩：髌腱末端病病因局部血液循环障碍过度牵拉关节外伤（局部细胞因子或生长因子作用导致腱内出现软骨岛、异位骨化等）,63,2017/11/25,肌腱能承受最强的拉伸载荷（纤维结构几乎完全是平行排列）韧带次之（结构方向一致性较差）皮肤纤维走向较之韧带更不规则，故所能承受的最大载荷也最小。,64,2017/11/25,关节盘,present in some joints between the articular surfacesthe menisci in the knee a fibrocartilaginous pad that helps to hold the bones together may make the articular surfaces more suitable to each other调整关节面更加适配，减少外力对关节的冲击和震荡。分隔而成的两个腔可增加关节运动的形式和范围,65,2017/11/25,关节唇,fibrocartilaginous ring surrounds the articular fossa and deepens the articular surfaceincreases the articular stabilityinterferes with the movement of the joint to some extent附于关节窝周缘的纤维软骨环，加深关节窝，增大关节面，增加关节稳定性。,66,2017/11/25,关节的动脉、淋巴管和神经,关节的动脉主要来自关节周围的动脉分支，分布到关节囊，关节软骨没有血管。关节囊的纤维膜和滑膜均有淋巴管网，并与附近骨膜的淋巴管吻合，关节软骨无淋巴管。关节的神经支配来自运动该关节肌肉的神经分支，分布于关节囊和韧带，关节软骨无神经分布。,67,2017/11/25,关节的分类,按关节运动轴的数目可分为单轴关节、双轴关节和多轴关节。单轴关节：单轴关节包括滑车关节和圆柱关节两种。滑车关节：关节头呈滑车状。滑车关节只有一个运动轴,绕额状轴，可作屈、伸运动，如指间关节。圆柱关节：关节头呈圆柱状，运动环节可绕垂直轴或自身的长轴作回旋运动，也称车轴关节。,68,2017/11/25,双轴关节：双轴关节包括椭圆关节和鞍状关节。椭圆关节：关节头和关节窝都呈椭圆形。运动环节能进行屈、伸、内收、外展和环转运动，如桡腕关节。鞍状关节：两关节面均呈马鞍形，成十字交叉结合。可作屈、伸、内收、外展和环转运动，如拇指腕掌关节。,69,2017/11/25,多轴关节：多轴关节有三个或三个以上的运动轴。多轴关节有球窝关节、杵臼关节和平面关节。球窝关节：关节头是球的一部分，呈半球状。可作屈伸、内收外展、回旋和环转运动。此种关节不仅运动轴多，而且运动幅度大，是最灵活的关节，如肩关节。杵臼关节：关节头近似球体，关节窝很深，关节呈杵臼状。其运动形式类似球窝关节，但运动幅度较小。如髋关节。平面关节：关节活动性很小，称为微动关节，如肩锁关节和椎间关节，其关节面较平，又称平面关节。此类关节只能作微小的滑动,70,2017/11/25,Plane joint,Hinge joint,71,2017/11/25,72,2017/11/25,关节的运动形式,矢状面、冠状轴：屈和伸冠状面、矢状轴：内收和外展水平面、垂直轴：旋转（旋前、旋后、内外旋、内外翻）环转：屈伸展收旋联合运动,73,2017/11/25,屈和伸,伸：两骨之间角度变大屈：两骨之间角度变小,74,2017/11/25,内收和外展,内收：骨向正中矢状面靠拢外展：骨远离正中矢状面,75,2017/11/25,内旋和外旋,内旋：骨向前内侧旋转外旋：骨向后外侧旋转,76,2017/11/25,环转运动,关节在原位转动，骨远端做圆周运动,77,2017/11/25,桡腕关节桡尺侧偏,78,2017/11/25,79,2017/11/25,踝关节背伸/跖屈,80,2017/11/25,踝关节内外翻,81,2017/11/25,82,2017/11/25,拇指对掌,83,2017/11/25,下颌关节上举/下降,84,2017/11/25,下颌关节前伸/后缩,85,2017/11/25,影响关节活动度的因素,关节面积的弧度差构成关节的两个关节面积弧度之差称为弧度差，弧度差越大，则关节的灵活性就越大，如肩关节。反之，灵活性就小，如髋关节。关节囊的厚薄和松紧度关节囊薄而松弛，则关节灵活性就大。反之，则灵活性就差。,86,2017/11/25,关节韧带的多少与强弱关节韧带多而强，则关节稳固性就好，但运动幅度就小。反之，关节的灵活性就大。关节周围肌肉的伸展性和弹性肌肉的伸展性和弹性越大，则关节越灵活，肌肉收缩力强，则关节稳固。因此，发展肌肉的伸展性和收缩力，对提高关节的灵活性和稳固性有重要意义。,87,2017/11/25,关节周围的骨结构关节周围的骨性突起，常阻碍关节的运动幅度，如桡骨茎突。突起越大，则灵活性就越小 。其他因素如年龄、性别等因素，对关节灵活性也有一定的影响。上述各因素中，有一些因素如肌肉、韧带和关节囊等软组织，可以通过柔韧性训练，使他们的伸展性和弹性得到提高。力量训练则使肌肉的收缩力增强，提高其稳固性。这样不仅大大提高了关节的灵活性，同时对加固关节也有重要作用。,88,2017/11/25,体育运动对关节形态结构的影响,使关节面的骨密质增厚，从而能承受更大的负荷长期运动可使关节面软骨增厚关节周围的韧带、关节囊和肌腱增粗增厚，同时伸展性也增大。不仅使关节运动的幅度增大，而且稳固性也加强，既灵活又牢固。关节周围的肌肉体积增大，收缩力增强，对加固关节有重大意义。,89,2017/11/25,运动链,开放链：运动链的末端呈游离状态，开放链的每一个体段都有特定的自由度，远端比近端更高。一个关节的运动不会带动其它关节运动，通常发生在无负重的活动；distal-to-proximal contracton(OKC),90,2017/11/25,闭合链：如果开放链首尾相连形成闭合状态称为闭合链（胸廓、骨盆），一个关节的运动会带动其它关节运动，通常发生在负重的活动；proximal-to-distal contraction (CKC),91,2017/11/25,当身体的开放链的游离末端一旦有支撑点或握点时则开放链转变为闭合链（俯卧撑、蹲站）,92,2017/11/25,“leg press”引发下肢开链运动和闭链运动争论热,2017/11/25,93,开链练习open kinematic chain，OKC,开链的运动特点是各关节链有其特定的运动范围，远端的运动范围大于近端，速度也快于近端。在等速测试评估中观察到，肌肉爆发力指标中到达峰力矩的时间（TPT）,即伸屈膝部肌肉达到最大力量的时间，在OKC短于CKC运动，因此在强化肌力的训练中，肌肉爆发力的训练应选择OKC。,2017/11/25,94,EMG Activity of Quadriceps,EMG activity increases with decreasing angle of knee flexion屈膝角度减小，股四头肌肌电活动增强,Open Chain:,2017/11/25,95,闭链练习closed kinematic chain，CKC,CKC通常在功能位下进行，运动类似膝关节日常生理负荷状态。对于肌肉、骨骼、肌腱、韧带、关节囊都承受一定负荷，运动时对关节及其周围组织的机械性感受器的刺激比OKC运动训练明显，对促进关节平衡功能，膝关节周围组织的协调能力，敏感性的恢复和增强关节稳定性有明显作用。,2017/11/25,96,EMG Activity of Quadriceps,EMG relatively low & increases with increasing angle of knee flexion屈膝角度增加，股四头肌肌电活动相对低/增加,Closed Chain:,2017/11/25,97,CKC运动为线性运动，OKC运动有旋转运动。Fitzgerald GK对膝关节ACL重建术后CKC和OKC训练的论述中，认为在两组相关资料的比较，关于功能训练中能否对ACL移植肌腱产生过度应力，导致ACL损伤的问题，仍然认为CKC安全性比OKC要高。两种训练方法在增加胫骨移动能力时OKC运动产生的剪切力大于CKC。CKC在运动时不增加关节的剪切力和纵向拉力，是对ACL、PCL、半月板重建术后康复起保护作用的训练方法。在膝关节韧带重建术早期，选择CKC训练方式，提高康复训练的安全性。,2017/11/25,98,CKC的训练方式，可使数个关节同时运动，刺激关节本体感受器，产生肢体的运动和保护性反射弧活动，有利于保护ACL、CKC中多平面和加速减速运动使运动接近肌力专业训练的运动形式，既加强了协同肌也加强了对抗肌，能充分训练关节整体的协调性和促进关节本体感受器功能恢复，从而促进关节的稳定性。所以，通常认为CKC运动比OKC运动训练能获得更多的关节功能康复的效果。,2017/11/25,99,Sofi等随机对照对比研究了开放链与闭合链练习对ACL损伤后股四头肌力量训练的效果，结果表明开放链在提高等速肌肉力量方面效果明显较闭合链要好。但也有研究证明：全范围的股四头肌开放链训练在膝关节屈曲30至完全伸直范围内都会引起胫骨向前偏移，并对移植物产生过大的拉力，造成移植物损伤，故在重建手术早期不能采用，主要用于后期的训练。,2017/11/25,100,开放链股四头肌运动开始时间早晚的研究BPTB先，BPTB晚Hamstring先，Hamstring晚先：术后第4周晚：术后第12周测试指标：ROM，KT-2000，等速肌力，疼痛结果： Hamstring先组在膝关节松弛方面较其它3组有显著差异；早期开始开放链在增强股四头肌力量方面无明显差异；,2017/11/25,101,Annette Heijne Suzanne Werner. Early versus late start of open kinetic chain quadriceps exercises after ACL reconstruction with patellar tendon or hamstringgrafts: a prospective randomized outcome studyJ. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc(2007)15:402414,骨关节运动功能障碍,102,2017/11/25,骨关节畸形,先天性原因：先天性假关节外伤性原因：骨折后变形，骨骺损伤造成的生长障碍发育性原因：纤维性骨形成异常代谢性原因：软骨病、佝偻病炎症性原因：骨髓炎,103,2017/11/25,伸指肌腱鞘,指伸肌腱越过掌骨头后，向两侧扩展，包绕掌骨头和近节指骨的背面，称指背腱膜，又称为腱帽。它向远侧分为3束：中间束止于中节指骨底；两条侧束在中节指骨背侧合并后，止于远节指骨底。侧束近侧部有骨间肌腱参与；中间部有蚓状肌腱加强。指伸肌腱可伸全部指关节；在骨间肌和蚓状肌协同下，还可屈掌指关节，伸指关节。当中间束断裂时，不能伸近侧指关节；两侧束断裂时，远侧指关节不能伸直，呈“锤状指”；三束皆断时，全指呈屈曲状态。,104,2017/11/25,Boutonniere Deformity钮扣指,伸指肌腱中央束在近端指间关节处松弛或断裂MP过伸，PIP屈曲，DIP过伸病因：撕裂、脱位、骨折、骨关节炎及类风湿性关节炎,105,2017/11/25,Swan Neck Deformity鹅颈指,MP屈曲，PIP过伸，DIP屈曲手内在肌挛缩或过度紧张多见于类风湿性关节炎Volar plate松弛或断裂,106,2017/11/25,Swan-Neck Deformity,Flexion of MP and DIP joints with associated hyperextension of PIP joint usually due to volar plate injury, but can have many causes,107,2017/11/25,Mallet Finger: Baseball Finger槌状指,Rupture of the instrinsics (ED) on the dorsum of the base of the distal phalanx. The athlete is unable to extend at the DIPCause: caught in jersey, hit tip of fingerImmediately noticeable, unable to extend DIPImmediate treatment (maintain in extension): potentially surgical,108,2017/11/25,Trigger Finger扳机指（指屈肌腱狭窄性腱鞘炎）,The tendons that bend your fingers run through a tunnel or sheath. Trigger finger is caused by a thickening on the tendon catching as it runs in and out of the sheath. 拇指更为明显（在MP处有一对籽骨）,109,2017/11/25,鼻烟窝Anatomic Snuffbox,鼻烟窝位于腕背外侧，由肌腱围成的一个近似三角形的凹窝，其外侧界由拇长展肌腱和拇短伸肌腱构成，内侧界由拇长伸肌腱构成，上界为桡骨茎突。当拇指用力背伸并外展动作时。该窝加深，界线清楚，解剖学上的鼻咽窝，旧称鼻烟壶。,110,2017/11/25,Finkelsteins test,芬（Finkelstein）氏征嘱患者拇指内收于掌心握拳，检查者一手持其前臂，另一手握患拳做极度尺偏活动，患者腕桡侧出现疼痛为阳性，提示患有桡骨茎突部腱鞘炎。,111,2017/11/25,颈干角,冠状面颈干角正常为120140，大于140为髋外翻，小于120为髋内翻髋内翻时髋关节负荷增大，髋外展肌作用减弱，站立时患肢呈外旋及轻度内收，骨盆倾向患侧，腰椎凸向患侧，胸椎凸向健侧，最终使内收肌形成挛缩髋外翻使经股骨干传达的体重负荷更集中于股骨头的外侧顶部,112,2017/11/25,前倾角,水平面前倾角在出生时为40成人为15,113,2017/11/25,前倾角增大，使股骨头部分裸露，走路时为保持股骨头处于臼窝内，使腿有内旋倾向，减少股骨在横截面和额状面上动态控制能力，造成行走过程中下肢肌肉（臀大肌、臀中肌、比目鱼肌）伸髋、膝关节功能减少至少10%。反之使腿外旋,114,2017/11/25,Gregs test antiversion,被测试者俯卧，屈膝90，测试者一手置于股骨大转子，另一手被动内外旋髋关节，找到股骨大转子突出最明显的活动位置，测小腿与地面之间夹角。,115,2017/11/25,槌状趾,跖趾关节及远端趾间关节过伸，近端趾间关节屈曲Ligaments and tendons that have tightened cause the toes joints to curl downwards. There is often discomfort at the top part of the toe due to rubbing against the shoe.,116,2017/11/25,足弓,维持纵弓结构：跖侧跟舟韧带、足底腱膜、胫骨前后肌、踇长屈肌、腓骨长肌吸收震荡，保护足底神经、血管免受压迫,117,2017/11/25,Longitudinal arches,纵弓：内侧由跟骨、距骨、舟骨、三块楔骨和内侧3块跖骨组成；外侧由跟骨、骰骨和外侧2块跖骨组成,118,2017/11/25,Transverse arches,横弓：由骰骨、3块楔骨和跖骨组成,119,2017/11/25,关节退行性病变,骨萎缩：发生于局部的称为骨萎缩，发生于全身性萎缩称为骨质疏松症；原因包括压迫性、废用性、老年性、神经性（如小儿麻痹）等骨质疏松症原发性：分为型为高转化型，绝经后，由破骨细胞介导，快速丢失主要为小梁骨，特别是脊柱和桡骨远端；型为低转化型，老年人，与高龄、慢性缺钙、骨形成不足有关，主要侵害椎体和髋骨。继发性：继发于其它疾病，如甲亢、长期卧床、制动等。特发性：常有家族遗传史，多见于814岁青少年，女性多于男性。,120,2017/11/25,退行性骨关节病：颈椎病、腰椎间盘突出、椎管狭窄、退行性四肢骨关节病（骨关节炎）异位骨化：多见于软组织中（肌肉内、肌腱内、韧带内、关节囊内、关节软骨内），脑外伤、脊髓损伤、脑血管病等。可能机制：过度活动等外界因素及病损致肌肉制动、植物神经功能障碍等内部因素导致局部软组织出现淤血，局部组织的营养状态失常；组织中存在异常多的钙、磷等，使得成纤维细胞及成骨细胞充分发挥功能形成骨化。,121,2017/11/25,关节挛缩,关节挛缩：由关节囊、韧带、滑膜等因炎症及损伤所形成的关节挛缩，如滑膜炎、类风湿性关节炎等。软组织性挛缩：由于皮肤、肌肉、肌腱、神经等关节结构以外的软组织失去原有弹性的状态，导致关节活动范围受限。肌源性挛缩：肌肉自身因素包括外伤性、炎症性、变性性、缺血性；肌肉以外因素导致肌源性挛缩包括痉挛性、弛缓性、力学因素（截肢）,122,2017/11/25,关节强直,由关节面粘连导致无法被动活动关节的状态，也有人将关节强直定义为关节软骨、关节囊、韧带等关节结构的变化导致关节活动范围受限软骨损伤致关节强直：血供差致不愈合，形成关节内的粘连、滑囊的增生和纤维化；滑膜变化致关节强直：关节固定后关节腔内出现纤维、脂肪、结缔组织增生、瘢痕粘连关节挛缩与关节强直之间多难以准确区分，在形成关节挛缩与关节强直过程中可以同时存在多个因素。,123,2017/11/25,关节松弛,表现为关节活动范围过大常见原因有：外伤性（韧带断裂、关节囊受损等）炎症性（炎症使关节囊被牵张）神经性（小儿麻痹）先天性（肌张力低下）相邻关节的代偿（足下垂后形成膝过伸）,124,2017/11/25,肌肉生物力学,125,2017/11/25,粗肌丝,粗肌丝由肌凝蛋白（myosin，亦称肌球蛋白）组成。肌凝蛋白分子形似豆芽状，有一个长长的杆和一个头部，约200300个肌凝蛋白分子组成一条粗肌丝。其杆部朝向M线，整齐排列聚合成束，头部则规律地由粗肌丝伸出而突向细肌丝，称作横桥（cross bridge）。安静状态时，横桥呈90角垂直地排列在粗肌丝表面。横桥能与肌动蛋白结合并具有ATP酶的作用。,126,2017/11/25,细肌丝由三种分子构成，肌动蛋白，原肌球蛋白、肌钙蛋白（711）。其中肌动蛋白与上述肌凝蛋白直接参与肌丝滑行，被称为收缩蛋白；原肌球蛋白与肌钙蛋白对肌丝滑行有调节作用故称为调节蛋白。,细肌丝,127,2017/11/25,粗细肌丝结构,128,2017/11/25,运动终板（神经肌肉接头）,运动神经纤维在到达神经末梢处时先失去髓鞘，以裸露的轴突末梢嵌入到肌细胞膜上称作终板的膜凹陷中，但轴突末梢的膜和终板膜并不直接接触，而是被充满了细胞外液的接头间隙隔开。,129,2017/11/25,肌的辅助装置,筋膜：浅筋膜（皮下筋膜）：位于皮下，包被全身各部，由疏松结缔组织构成，内富有脂肪。深筋膜（固有筋膜）：由致密结缔组织构成，位于浅筋膜的深面，包被体壁、四肢的肌肉和血管神经等。在四肢，深筋膜插入肌群之间，并附着于骨，构成肌间隔，将功能、发育过程和神经支配不同的肌群分隔开来，与包绕肌群的深筋膜构成筋膜鞘保证其单独 活动。,2017/11/25,130,肌筋膜室综合征是由于肌筋膜潜在的解剖空间的压力增高导致缺血，从而引起肌肉、神经损伤，最后以纤维组织取代了肌肉和神经组织。肌筋膜室综合征的并发症包括肌肉挛缩、肌肉坏死、横纹肌溶解甚至肾功能不全、死亡。其主要的病理改变是肌筋膜室压力超过供血血管压力时，造成组织缺血。,2017/11/25,131,急性肌筋膜室综合征的主要病因是外伤后广泛的软组织损伤伴或不伴骨折。慢性肌筋膜室综合征常由于运动因素或非运动因素，例如肿瘤、感染等引起。慢性肌筋膜室综合征诊断试验是运动后肌筋膜室压力的测定，一般在运动以后休息5min后肌筋膜室的压力低于1015mmHg，超过1520mmHg时可诊断为慢性肌筋膜室综合征，严重时达到30mmHg。,2017/11/25,132,运动单位,概念：即运动的功能单位，即一个脊髓运动神经元或脑干运动神经元及其支配的全部肌纤维所构成的一个功能单位。数量：眼肌（1：5），手肌（1：340），腓肠肌（1：1800）。前者有利于支配肌肉进行精细运动，后者有利于产生巨大的肌张力。,133,2017/11/25,肌肉力学特性,伸展性和弹性离心运动对骨骼肌收缩特性和材料特性的影响，采用美国产MiniMAT2000 微型材料实验机(Mini2MAT2000 Miniature Materials Tester）对骨骼肌收缩力和拉断力进行测试,134,2017/11/25,运动单位募集（有序募集）：运动神经元的兴奋性与细胞大小呈负相关，其抑制性与细胞大小呈正相关，即受抑制时，首先是大运动神经元被抑制，最后才是小运动神经元被抑制，这种现象称为运动神经元活动的“大小”原则。中枢神经系统内，小运动神经元兴奋性高，阈值低，在较低刺激下即可发生放电，大神经元的兴奋性低，阈值高，需较大刺激才能启动放电。张力较小时被调节的运动单位也较小，可使调节较为精细,135,2017/11/25,生理意义更完善、更精确地控制肌肉收缩时的各种参数，免去上位运动中枢对肌力控制细节的编码，简化了计算程序，保证了肌力能平滑地增减，从而获得最佳的运动模式。但在某种意向性运动时，大运动神经元也可先于小运动神经元兴奋。,136,2017/11/25,影响肌力的因素,肌肉的生理横断面：切断所有肌纤维的横断面，比肌力3.6kg/cm2，肌肉绝对肌力=肌肉生理横断面X比肌力。肌肉的初长度（最适初长度，静息长度的1.2倍，投掷铅球必须充分屈曲肘关节，以尽可能牵张肱三头肌，利用肱三头肌收缩力量抛铅球）。,137,2017/11/25,肌肉的募集率肌纤维走向与肌腱长轴的关系：肌纤维与肌腱成角连结，羽状连结的肌纤维越多，成角也越大，肌肉越粗，能产生较多的力，如腓肠肌；而比目鱼肌肌纤维与肌腱的连结很少成角，故具有较高的持续等长收缩力,138,2017/11/25,杠杆效率：肌肉收缩产生的实际力矩输出受运动节段杠杆效率的影响（髌骨切除后伸膝力矩将减小约30%）,139,2017/11/25,影响骨骼肌收缩的因素,前负荷：肌肉收缩前所承受的负荷初长度：前负荷使肌肉在收缩前就处于某种程度的被拉长状态，使它具有一定的长度。最适初长度：在这一初长度下收缩可以产生最大的主动张力，收缩速度最快，做功效率最高。初长度增加超过某一点时肌张力不会增大反而减小，初长度减小收缩产生张力也会下降,140,2017/11/25,长度-张力关系（前负荷或肌肉初长度对肌肉收缩的影响）,反映等长收缩骨骼肌主动张力由肌动蛋白与肌球蛋白之间的重叠部位大小决定当肌小节长度为3.65um时无主动张力（肌动蛋白与肌球蛋白无重叠）当肌小节长度为2-2.2um时主动张力最大（肌动蛋白与肌球蛋白最佳重叠）肌小节长度超过最佳长度时产生被动张力,141,2017/11/25,后负荷：肌肉在收缩过程中所承受的负荷（不增加肌肉的初长度，但能阻碍收缩时肌肉的缩短）肌肉收缩力（肌肉的生理横断面、肌肉的初长度、运动单位募集、肌纤维走向与肌腱长轴的关系、骨关节的杠杆效率等）,142,2017/11/25,张力-速度曲线（肌肉后负荷对肌肉收缩的影响）,反映动态收缩（等张收缩）在一定范围内,肌肉的收缩速度与后负荷呈反比关系。离心性收缩时肌肉的绝对张力很大后负荷减小时使肌肉产生的张力减小，但可得到一个较大的缩短速度。当后负荷理论上为零时可能得到该肌肉在当时的功能状态下的最大收缩速度肌肉的缩短速度取决于横桥周期的长短，而收缩张力则取决于每瞬间与肌动蛋白结合的横桥的