关节软骨、胶原组织及生物力学

盐城卫院康复医学教研室(RehbDeptYanchongHealthVocationalandTechnicalcollege)第一章基础知识

2内容提要

第一节运动中的生物力学问题作用于人体的力骨组织的生物力学关节软骨的生物力学胶原组织的生物力学关节的生物力学肌肉的生物力学人体运动的杠杆原理

3三、关节软骨的生物力学关节是骨骼系统中相邻骨间的功能性联接。关节软骨是一种具有各向异性、非均匀性、粘弹性及充满液体的可渗透物质。在滑液关节或自由活动关节中，关节的骨端为一层1~5mm厚的致密白色结缔组织——关节软骨所覆盖。

4在生理学上，关节软骨实际上是一种孤立的组织，没有单独的血液和淋巴供应。它主要依赖软骨下骨组织提供软骨下部近1/3的血供，其余依赖滑膜周围毛细血管的渗入。关节软骨主要功能是：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。三、关节软骨的生物力学

51

软骨的成分关节软骨的固体基质大约占组织湿重的20％~40%，是由胶原纤维（60%）、与水亲和力很强的原纤维间糖蛋白凝胶（40%）以及软骨细胞（少于2%）所组成。剩下的重量为水分，占60%~80%，大部分水分在承载时可被挤出。

61

软骨的成分

7胶原：胶原是体内最丰富的蛋白。具有高级的结构组织，可形成最佳的力学性能。胶原的基本生物单位是一种多肽链的三键螺旋,称为原胶原。糖蛋白凝胶：软骨的另一主要结构成分是高含水量凝胶，此种凝胶由分布不均匀的糖蛋白大分子及其聚合物组成。软骨各成分间结构上的相互作用：糖蛋白有很强的亲水性，在水中的溶解度很高。1

软骨的成分

8关节软骨的生物学性质1渗透性：渗透性越低，承载时液体流动阻力越大2关节软骨的蠕变(creep)反应3润滑：两种基本的润滑类型：界面润滑和液膜润滑。

93.软骨变性的生物力学关节软骨破坏的进程与下述各点有关：承受的应力值；承受应力峰值的总数；胶原-糖蛋白基质的分子和显微结构。

10胶原组织主要由三种类型的纤维组成：胶原纤维、弹性纤维和网状纤维。胶原纤维主要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，而网状纤维提供容积。

四、胶原组织的生物力学

11胶原组织的力学特性在载荷下，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；胶原纤维和弹性纤维之间的比例。四、胶原组织的生物力学

12（1）纤维的结构：肌腱、韧带、皮肤中三种胶原的结构不同，并与每种结构的功能相适应。肌腱纤维几乎完全平行排列韧带纤维，随韧带的功能而异。皮肤纤维呈网状，在各个方向上具有延展性。四、胶原组织的生物力学

13

（2）胶原纤维和弹性纤维的特性：胶原组织的主要成分是胶原纤维和弹性纤维，二者一起构成该组织的90%左右。四、胶原组织的生物力学

14

（3）胶原纤维和弹性纤维的比例：胶原组织中弹性纤维和胶原纤维之间的比例随该组织功能的不同而不同，并影响组织的力学性能。四、胶原组织的生物力学

15

2.骨-韧带-骨复合体必须把韧带的结构考虑为骨-韧带-骨复合体的一个环节。四、胶原组织的生物力学

163.各载荷下骨-韧带-骨复合体的性能载荷速度和持续时间对骨-韧带-骨复合体的影响。恒定载荷效应关节在长时间内承受恒定的低载荷时，软组织发生缓慢变形即蠕变。加载荷速度的影响在慢速和快速下做拉伸破坏试验，韧带的骨性止点是最弱的部分(慢)；（快）最弱的部分是韧带。

17

4

肌腱肌腱装置有两种类型：有鞘肌腱和无鞘肌腱。

18肌肉-肌腱-骨复合体：有两个因素决定肌腱的强度：肌腱的粗细形状以及加载荷速度。活动时，有两个主要因素影响肌腱承受应力值：与肌腱连结的肌肉收缩量；肌腱的直径与肌肉直径的比值。

4

肌腱

19手术修复后屈肌腱的愈合：手术修复的主要目的是恢复肌腱断端的连结和肌腱的正常滑动功能。人手术后必须制动3周左右，以防止修复的肌腱再断裂。但制动3周以上，常引起肌腱、腱鞘和周围软组织的粘连。

4

肌腱

20韧带与运动疗法对外伤所致韧带损伤要进行RICE处理。Rest，Ice，Compression，Elevation。急性期后须用温热疗法减轻疼痛，并运动。运动疗法的手技根据肌、腱、韧带等不同而不同。

21 五、关节的生物力学关节的结构关节面及关节软骨—基本结构关节囊关节腔韧带关节内软骨—辅助结构关节唇滑膜囊滑膜襞

221.关节的分型按关节面的形态、运动轴数分类如下：

屈戍关节（滑车关节）(指间)单轴关节车轴关节（桡尺关节）椭圆关节（桡腕）双轴关节单关节鞍状关节（拇指鞍状关节）球窝关节（肩关节）复关节多轴关节杵臼关节（髋）平面关节（肩锁）联合关节

23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.

242.关节的活动度和稳定性关节的功能取决于其活动度和稳定性影响关节活动度和稳定性的因素有：构成关节两个关节面的弧度之差。关节囊的厚薄与松紧度。关节韧带的强弱与多少。关节周围肌群的强弱与伸展性。

25构成关节两个关节面的弧度之差

26关节囊的厚薄与松紧度关节韧带的强弱与多少

27关节周围肌群强弱与伸展性

283.开链和闭链人们通常将一侧上下肢视为一条长链，每个关节均为链扣。如远端游离即为开链，此时可任意活动某一单独关节或同时活动若干关节。反之，远端闭合，如接触地面、墙面或桌面，或两手相握，即可称之为闭链。

29思考题试述杠杆原理在康复治疗学中的作用。何谓骨的载荷和骨的应力？骨应力常有哪几种？对骨有何生理意义？简述机械力对骨的影响。

30参考书目《人体运动学》作者:戴红主编出版社：人民卫生出版社《运动生物力学》(高等学校教材)作者:赵焕彬李建设出版社：高等教育出版社《运动生物力学(第二版)》《运动生物力学》编写组