骨生物力学-韩

1、骨生物力学，韩伟，汕头大学医学院第二附属医院骨科，第一部分：生物力学概念，人体活动对骨骼的三种作用力1。作用在骨头上的外力。肌肉收缩的内力和骨骼上韧带的张力3。骨骼的内部反作用力(载荷)和作用在骨骼上的力载荷会使骨骼变形。微观断裂，断裂，断裂，断裂因子：1。力的大小、方向、面积和几何形状。2.骨头的材料特性。1.应力和应变，应力：骨骼某一点的内力强度，以及每单位面积的力和应变：当骨骼受力时，其内部的任何一点都变形，这称为该点的应变。两种应力：法向应力：垂直于给定平面的单位面积上的力(使立方体的正面变得更薄更长)剪切应力：平行于给定平面的单位面积上的力(使立方体成为平行六面体)，张力和压力，骨骼

2、系统的特征在几何上是复杂的：像管状骨、不规则骨和扁平骨这样的力的类型在应力和应变上是复杂的，而屈服(失去控制)应力：材料的硬度：弹性模量(应力对应变)张力和压力作用在杆上产生45的剪切应力。3.弯曲(长管状骨)1。纯弯曲：凹侧压缩应变(力)，凸侧拉伸应变(力)，中轴应变(力)为0。压力点(横截面)不会产生剪应力2。三点弯曲：骨应力很常见。两端被支撑，另一端受力。(应力点：弯矩)应力点(横截面)将产生剪应力，4。弯曲结合轴向载荷，长管状骨承受两个方向的外部压力载荷，弯曲载荷、侧向拉伸应力、侧向压缩应力和压力弯曲=组合载荷(普通)，5。扭转，长管状骨不规则骨扭转剪切应变，横向和纵向剪切应变结合剪切

3、应力断裂方向：倾斜或螺旋，第2节：骨和关节软骨的生物学骨组织的材料特性应力-应变关系断裂取决于其材料特性骨组成：基质胶原小梁结构：皮质骨(骨干) (骨孔的5%-30%)，松质骨(骨端) (骨孔的30%-90%)，1。骨皮质，其材料特性取决于骨组织负荷或变形率。骨皮质在快速受压时比缓慢受压时吸收更多的能量。骨组织的应力-应变特征：骨皮质的纵向小梁排列比横向小梁排列更强，硬度也更强。(长骨的长轴比水平轴更能抵抗应力)，应变率表示骨应力过程中的快速变形程度(单位/秒)。例如，正常骨低于0.01/秒，骨折瞬间超过10.0/秒2。骨皮质的拉力、压力和剪切力与工程材料相似，具有一定范围的弹性变形能力。骨组

4、织材料的极限强度取决于载荷的类型和方向。当张力和压力超过负荷下的弹性变形范围时，就会发生骨折，不同负荷引起的骨折类型有：拉伸压力、旋转弯曲压力、成人股骨皮质极限程度、负荷类型极限程度(MPa)、纵向张力133压力193剪切(纵向扭转)68横向张力51压力133，3。松质骨：多孔质的硬度比皮质骨低：当应力超过弹性极限时，变形迅速增加，此时除弹性变形外，还会产生部分塑性变形。当应力达到一定水平时，塑性应变急剧增加，这被称为屈服。屈服：表明小梁骨折开始并持续很长时间。小梁骨骨折逐渐增多。当皮质骨和松质骨的载荷应变水平分别为0.036和0.5时，存在能量吸收现象，松质骨的能量吸收超过皮质骨。4。关节软

5、骨生物力学，关节软骨功能：1 .减少接触应力2。润滑，4.1软骨负荷变形。当软骨承受负荷时，会有一个瞬时变形和蠕动期(恒定负荷，增加压痕)，以消除负荷和恢复原来的形状。关节软骨在承受负荷后2分钟内变形，90%的关节软骨在去除负荷后可以立即恢复。软骨的渗透性很低，它透过压力4.2软骨的张力特性，胶原纤维，软骨的主要抗张力成分(软骨张力的硬度取决于胶原纤维的含量和排列顺序)。软骨表面胶原纤维的主要排列方向与压力垂直关节产生的最大表面张力一致，张力强度随着关节面下深度的增加而降低。4.3关节应力分布，90，225千克/6.45摄氏度，分解应力，吸收冲击，避免软骨下骨的应力损伤。1.重载下的骨骼变形。

6、2.松质骨排列呈放射状。软骨损伤软骨下骨损伤骨关节炎骨坏死。4.4关节软骨的粘弹性，含有水的蛋白聚糖，调节水流。胶原蛋白构成基质中的张力，并维持蛋白多糖的含量。软骨承受载荷，基质中的液体压力发生变化，水从基质孔隙(海绵)中流出，导致非线性变形。粘弹性变形(取决于应变率的变形)与外力的速度有关。4.5关节软骨的磨损机理，关节软骨的磨损机理：通过机械作用去除固体表面上的物质两个方面：支承面之间相互作用引起的界面磨损，接触体变形引起的疲劳磨损，4.6关节软骨的润滑，界面润滑(透明质酸)，滑液润滑：当滑液嵌入滑动面之间时，既可以发生液膜润滑，也可以发生界面润滑。关节软骨磨损的两个因素是必不可少的。机械

7、因素是软骨磨损的主要因素，尤其是骨暴露的酶、化学因素和代谢因素会降低软骨的屈服强度。软骨组织：当易疲劳材料的循环加载时间过长，导致软骨胶原纤维疲劳时，软骨中胶原纤维的方向与载荷垂直。分解压力软骨损伤。软骨疲劳磨损的成分：1 .胶原纤维。蛋白聚糖子网，3。纤维和纤维基质之间的界面。第三节骨折与固定的生物力学，骨折与固定的生物力学，1。断裂力学原理认为，骨头某一区域的应力超过极限强度，导致骨折。骨结构(弯曲)本身：减少弯曲应力骨空心结构：它承受弯曲和旋转应力强于固体结构。杆的压力和张力与横截面积成正比。1区1区2区张力和压力100% 100% 200%强度弯曲和旋转100% 210% 495%强度

8、。骨折原因，创伤性骨病积累应变，扭转应力导致螺旋骨折轴向压力往往在长管状骨的纵向形成最大剪切力，从而导致轴的斜向骨折。通常，长管状骨的轴向压力不是单一的。骨肿瘤和骨缺损引起的骨病：骨的几何形状改变骨的强度改变骨缺损处的应力集中(骨折机制)；2.疲劳性骨折，疲劳性骨折，骨骼每天承受负荷，或长期锻炼，累积损伤，导致疲劳性骨折，这在长途行军中很常见；那些从事长距离步行和长跑的人最常见于双脚第二指骨的远端；和疲劳：材料在周期性和间歇性负载下发生。疲劳极限任何材料都有一个应力水平，低于这个应力水平，疲劳寿命是无限的，这个应力水平称为疲劳极限。疲劳极限是一个安全控制数据，只要应力低于它，不管循环次数多少，它都不会短裂纹。骨质密度较高的骨骼具有较好的抗疲劳性能，有助于防止骨折由于骨骼与中心管的胶接，防止了裂纹的扩展。3.骨折治疗的生物力学，接骨原则：1 .血液供应。2.维持骨骼的生理和机械环境。弹性固定好，运动程度难以掌握。固定牢固，但骨愈合不良。长骨骨折，由于长力臂容易移位。骨痂的形成稳定了骨折。骨折愈合是有利的：一定量的活动和小剪切力是允许的。不利：剪切力或弯曲力过大。4。张力带固定，张力来自：弯曲应力，扭转应力，肌肉力量。骨折固定在张力侧，保持骨骼的原始顺序张力带用于髌骨、鹰嘴、大转子、内外踝。张力带和张力带板。5.钢板固定，骨折愈合后尽快解除内固定。坚固的内固定