1、 骨是坚硬而有生命的器官骨是坚硬而有生命的器官,是人体是人体中能再生和能自我修复的组织。骨骼系中能再生和能自我修复的组织。骨骼系统的功能主要有两种：统的功能主要有两种：一一.提供对动物体的支持、运动作用并提供对动物体的支持、运动作用并保护内脏器官、颅腔及骨髓的造血系统。保护内脏器官、颅腔及骨髓的造血系统。二二.参与机体钙和磷的代谢。参与机体钙和磷的代谢。骨具有丰富的血供和良好的自我修复骨具有丰富的血供和良好的自我修复能力。它的结构和性能随着力学环境的改能力。它的结构和性能随着力学环境的改变而改变。例如：废用或过度使用通常会变而改变。例如：废用或过度使用通常会伴随骨密度的改变。伴随骨密度的改变。
2、第一节第一节 骨的结构骨的结构 一人体共有一人体共有206206块骨，依所在部位可分为块骨，依所在部位可分为:颅骨、躯干骨颅骨、躯干骨和和四肢骨四肢骨。二按其形状又可分为二按其形状又可分为:长骨长骨，如胫骨、股骨；，如胫骨、股骨；短骨短骨，如腕骨、跗骨；，如腕骨、跗骨；扁骨扁骨，如颅骨中的枕骨、顶骨；，如颅骨中的枕骨、顶骨；不规则骨不规则骨，如椎骨。，如椎骨。这些形状不同的骨，是长期自这些形状不同的骨，是长期自然演变的结果，它符合最优化原则，然演变的结果，它符合最优化原则，即用最小的结构材料承受最大的外即用最小的结构材料承受最大的外力，同时还具有良好的功能适应性。力，同时还具有良好的功能适应性
3、。三三.骨的微观结构骨的微观结构 在显微镜下，构成骨的基本结构单位称之为骨在显微镜下，构成骨的基本结构单位称之为骨单位，即哈佛氏系统。单位，即哈佛氏系统。哈佛管：哈佛管：内含神经和血管。内含神经和血管。板层骨：板层骨：包绕在管的周围。包绕在管的周围。四四.骨的宏观结构骨的宏观结构 骨分为骨分为密质骨密质骨和和松质骨松质骨。密质骨密质骨一般位于骨的外层，一般位于骨的外层，松质骨松质骨位于骨的内层，位于骨的内层，由骨小梁形成筛状结构，小梁之间的空隙充满了红骨髓。由骨小梁形成筛状结构，小梁之间的空隙充满了红骨髓。密质骨：密质骨：疏松度为疏松度为5 530%30%强度高强度高 变形能力差、变形超变形能
4、力差、变形超 过过2%2%就会产生断裂就会产生断裂 松质骨：松质骨：疏松度为疏松度为303090%90%强度低强度低 应变能力好，变形可达应变能力好，变形可达 7%7%左右左右松质骨骨小梁松质骨骨小梁松质骨松质骨:1.1.松质骨具有多孔结构，因而有较高的能量松质骨具有多孔结构，因而有较高的能量 储存能力。储存能力。2.2.松质骨内胶原纤维的排列看似是纷乱的，松质骨内胶原纤维的排列看似是纷乱的，但它并非无序，它是根据主要的受力状态但它并非无序，它是根据主要的受力状态 沿着主应力的方向排列，形成最优的受力沿着主应力的方向排列，形成最优的受力 结构，即用最少的材料承受最大的外部结构，即用最少的材料承
5、受最大的外部 载荷。载荷。第二节第二节 骨的成分骨的成分 骨是由骨组织、骨膜和骨髓等构成的坚硬骨是由骨组织、骨膜和骨髓等构成的坚硬器官。骨组织是骨的结构主体，由细胞和钙化器官。骨组织是骨的结构主体，由细胞和钙化的细胞外基质组成。其特点是细胞外基质有大的细胞外基质组成。其特点是细胞外基质有大量的骨盐沉积，使骨组织成为人体最坚硬的组量的骨盐沉积，使骨组织成为人体最坚硬的组织之一。织之一。一一.骨基质骨基质 钙化的骨组织的细胞外基质。包钙化的骨组织的细胞外基质。包括有机成份和无机成份括有机成份和无机成份,含水极少。含水极少。有机质：有机质：胶原纤维（主要由胶原纤维（主要由型胶原蛋白构成）型胶原蛋白构
6、成）无定形基质（蛋白多糖及其复合物）无定形基质（蛋白多糖及其复合物）无机盐：羟磷灰石无机盐：羟磷灰石 （3Ca3Ca3 3（POPO4 4）2 2CaCa（OHOH）2 2 ）羟磷灰石是针状结晶体，长约羟磷灰石是针状结晶体，长约200200A A。晶体是沿着晶体是沿着胶原纤维长度方向排列的胶原纤维长度方向排列的。非常坚硬非常坚硬,沿轴向的弹性模量为沿轴向的弹性模量为165165GPa,GPa,与钢的弹与钢的弹性模量性模量200200GPaGPa相近。相近。胶原纤维不严格遵守胡克定律，其纵向弹性模量胶原纤维不严格遵守胡克定律，其纵向弹性模量为为1.241.24GPaGPa。胶原纤维具有韧性和柔软
7、性，因此可以抵抗拉胶原纤维具有韧性和柔软性，因此可以抵抗拉伸，并具有部分可延展性。伸，并具有部分可延展性。可见骨是由胶原纤维和羟磷灰石组成的复合材可见骨是由胶原纤维和羟磷灰石组成的复合材料，它具有优异的力学性能。因为：料，它具有优异的力学性能。因为：柔韧的胶原可阻止硬材料的脆性断裂，而坚硬柔韧的胶原可阻止硬材料的脆性断裂，而坚硬的硬材料又可阻止软材料的屈服。的硬材料又可阻止软材料的屈服。二二.四种骨细胞四种骨细胞 骨祖细胞骨祖细胞 成骨细胞成骨细胞 骨细胞骨细胞 破骨细胞破骨细胞 四种细胞在不同的生物力学环境中能相互四种细胞在不同的生物力学环境中能相互转化，互相配合而吸收旧骨质，产生新骨质。转
8、化，互相配合而吸收旧骨质，产生新骨质。骨祖细胞：骨组织的干细胞，位于骨膜内，可分骨祖细胞：骨组织的干细胞，位于骨膜内，可分化成为成骨细胞和成软骨细胞。分化方向取决于化成为成骨细胞和成软骨细胞。分化方向取决于所处的部位和所受的刺激性质。例如，当骨生长、所处的部位和所受的刺激性质。例如，当骨生长、改建或骨折修复时，骨祖细胞活跃，不断分裂、改建或骨折修复时，骨祖细胞活跃，不断分裂、分化为成骨细胞。分化为成骨细胞。成骨细胞成骨细胞的功能是合成分泌胶原、钙化基质。的功能是合成分泌胶原、钙化基质。其数量、形状、合成分泌功能受应力环境影响，如其数量、形状、合成分泌功能受应力环境影响，如 应力的性质、大小、频
9、率等，它还受年龄、遗传、应力的性质、大小、频率等，它还受年龄、遗传、疾病、内分泌的影响。疾病、内分泌的影响。在良好的力学环境下。成骨细胞数量增加，胞体在良好的力学环境下。成骨细胞数量增加，胞体增大，合成分泌功能明显增强，因此可以加速骨折愈增大，合成分泌功能明显增强，因此可以加速骨折愈合，使骨密度增加，刚度明显增加。合，使骨密度增加，刚度明显增加。在有害应力或低应力环境下，骨折愈合迟缓，甚在有害应力或低应力环境下，骨折愈合迟缓，甚至不愈合，骨质疏松，强度下降。至不愈合，骨质疏松，强度下降。成骨细胞是其中重要的感受与效应细胞。成骨细胞是其中重要的感受与效应细胞。力敏感的离子通道、力敏感的离子通道、
10、G G蛋白与酪氨酸激酶、蛋白与酪氨酸激酶、整合素受体与细胞骨架等多种途径，感受体内整合素受体与细胞骨架等多种途径，感受体内外力学刺激，并将力学刺激信号转化为细胞生外力学刺激，并将力学刺激信号转化为细胞生物化学信号，介导力相关敏感基因表达，合成物化学信号，介导力相关敏感基因表达，合成各种酶类等活性物质，激活信号网络级联反应，各种酶类等活性物质，激活信号网络级联反应，参与一系列复杂的生理病理活动。参与一系列复杂的生理病理活动。骨细胞：骨细胞：成骨细胞产生类骨质后，自身成骨细胞产生类骨质后，自身被包埋其中，分泌能力逐渐减弱，转变被包埋其中，分泌能力逐渐减弱，转变为骨细胞。为骨细胞。破骨细胞：吞噬和分
11、解非受力骨组织和坏死骨组织。破骨细胞：吞噬和分解非受力骨组织和坏死骨组织。合成并分泌溶胶原酶，对失去应力的胶原进行溶解；合成并分泌溶胶原酶，对失去应力的胶原进行溶解；合成分泌多种水解酶合成分泌多种水解酶,对羟基磷灰石进行水解破坏；对羟基磷灰石进行水解破坏；其形状、数量和合成功能受应力环境影响，在低应力其形状、数量和合成功能受应力环境影响，在低应力区，破骨骨细胞数量增加，体积变大，骨组织以破坏、吸区，破骨骨细胞数量增加，体积变大，骨组织以破坏、吸收为主，骨质疏松，强度、刚度降低。收为主，骨质疏松，强度、刚度降低。正常骨骼处于一个吸收与生长重建正常骨骼处于一个吸收与生长重建的连续过程，成骨细胞与破
12、骨细胞的生的连续过程，成骨细胞与破骨细胞的生理活性保持着动态平衡，机械力学刺激理活性保持着动态平衡，机械力学刺激是必不可少的条件之一。是必不可少的条件之一。大量研究表明：机械力学刺激过低大量研究表明：机械力学刺激过低时，如宇航失重和长期卧床、肢体制动时，如宇航失重和长期卧床、肢体制动的人员均可导致骨密度、骨钙含量、骨的人员均可导致骨密度、骨钙含量、骨基质蛋白、骨形成速度的降低。基质蛋白、骨形成速度的降低。第三节第三节 骨的力学特性骨的力学特性 具有很高的抗压、抗拉性能，具有很高的抗压、抗拉性能，又有一定的硬度。又有一定的硬度。从骨的结构而言，经过生物优化过程，具有最优从骨的结构而言，经过生物优
13、化过程，具有最优力学性能，即力学性能，即优化为最大的强度、最省的材料、最轻优化为最大的强度、最省的材料、最轻的重量。的重量。如：如：骨骨的空心结构，硬质骨（密质骨）集中在外面，的空心结构，硬质骨（密质骨）集中在外面，密质骨的弹性模量比松质骨大密质骨的弹性模量比松质骨大1010倍。倍。密密质骨内部的的哈佛氏孔可以阻止表面裂纹的质骨内部的的哈佛氏孔可以阻止表面裂纹的向内延伸。向内延伸。松松质骨的多孔结构可吸收、储存能量。质骨的多孔结构可吸收、储存能量。从力学和工程的角度看，人体无非是一种由生命从力学和工程的角度看，人体无非是一种由生命材料（骨骼、肌肉）构成的结构而已，骨骼作为生物材料（骨骼、肌肉）
14、构成的结构而已，骨骼作为生物体上具有一定刚性的材料，起着构架和支撑的作用，体上具有一定刚性的材料，起着构架和支撑的作用，是生物体造型的结构部分。在生物体存活时间，几乎是生物体造型的结构部分。在生物体存活时间，几乎每时每刻都处于受力状态，因此，和一般结构材料一每时每刻都处于受力状态，因此，和一般结构材料一样，也有强度、变形、稳定、疲劳等要求，一旦超过样，也有强度、变形、稳定、疲劳等要求，一旦超过了限度，就有灾难性的后果。了限度，就有灾难性的后果。在研究骨的力学性能时必须考虑到它在研究骨的力学性能时必须考虑到它是一种有生命的材料，骨不断地完善并是一种有生命的材料，骨不断地完善并重建新的骨组织，吸收
15、老的骨组织，而重建新的骨组织，吸收老的骨组织，而工程材料均不具有这个特性。工程材料均不具有这个特性。二、骨的材料力学性能特点二、骨的材料力学性能特点 1.1.骨与其它工程材料相比，其最大的特点在于骨与其它工程材料相比，其最大的特点在于:它是一个有生命的器官。它是一个有生命的器官。这体现于这体现于力学环境与骨的生长、发育、再力学环境与骨的生长、发育、再造和吸收密切相关造和吸收密切相关。为了适应不断变化的力学。为了适应不断变化的力学环境，骨在不断地进行结构的适应性改建和缩环境，骨在不断地进行结构的适应性改建和缩形。例如应力对骨的生长、吸收起着调节作用，形。例如应力对骨的生长、吸收起着调节作用，每一
16、块骨都对应一个最适宜的应力范围，应力每一块骨都对应一个最适宜的应力范围，应力过高、过低都会造成骨的萎缩。过高、过低都会造成骨的萎缩。其次骨的干、湿状态影响其力学性质。其次骨的干、湿状态影响其力学性质。此外骨的强度、弹性模量还与年龄、性别此外骨的强度、弹性模量还与年龄、性别和病理等因素有关和病理等因素有关。2.2.骨与工程材料相比的第二个特点：骨与工程材料相比的第二个特点：骨是一种非均匀的、各向异性的复合骨是一种非均匀的、各向异性的复合材料。骨是由胶原纤维和羟基磷灰石组成的材料。骨是由胶原纤维和羟基磷灰石组成的复合材料，表现出非均匀性和各向异性。复合材料，表现出非均匀性和各向异性。在不同部位，即
17、使在同一部位的不同在不同部位，即使在同一部位的不同方向，骨的力学性能都有很大的差别。方向，骨的力学性能都有很大的差别。与其它生物材料相比，如与其它生物材料相比，如肌肉、血管，骨的性能，如应肌肉、血管，骨的性能，如应力力应变关系等，更接近工程应变关系等，更接近工程材料。材料。因此，工程学方法可以应用于分因此，工程学方法可以应用于分析骨的力学性能。目前，骨实验生物析骨的力学性能。目前，骨实验生物力学的测试技术为万能实验机测量法、力学的测试技术为万能实验机测量法、电测法和光测法。电测法和光测法。四四.骨的生物力学性能骨的生物力学性能 从力学角度讲，骨组织是一种双相的从力学角度讲，骨组织是一种双相的的
18、复合材料，一相为无机物，另一相为胶的复合材料，一相为无机物，另一相为胶原和无定形基质，当坚固的脆性材料嵌入原和无定形基质，当坚固的脆性材料嵌入另一种力度较弱但柔韧性强的材料中后，另一种力度较弱但柔韧性强的材料中后，复合材料的性能比其中任何一种单纯材料复合材料的性能比其中任何一种单纯材料更加坚韧。更加坚韧。从功能上说，骨最重要的力学性从功能上说，骨最重要的力学性质是它的强度、刚度和应力质是它的强度、刚度和应力-应变关系。应变关系。通过骨在外力作用下的变形可得到。通过骨在外力作用下的变形可得到。由韧性材料组成的结构体的载荷由韧性材料组成的结构体的载荷-形变曲线形变曲线强度强度刚度刚度能量积累能量积
19、累脆性脆性密质骨在拉伸实验中的应力密质骨在拉伸实验中的应力-应变曲线应变曲线1.1.骨、金属和玻璃的力学性质比较骨、金属和玻璃的力学性质比较三种材料的应力三种材料的应力-应变曲线应变曲线2.2.密质骨和松质骨的力学性能。密质骨和松质骨的力学性能。密质骨松质骨压缩实验中的应力密质骨松质骨压缩实验中的应力-应变关系应变关系 密质骨：密质骨：疏松度为疏松度为5 530%30%强度高强度高 变形能力差、变形超变形能力差、变形超 过过2%2%就会产生断裂就会产生断裂 松质骨：松质骨：疏松度为疏松度为303090%90%强度低强度低 应变能力好，变形可达应变能力好，变形可达 7%7%左右左右 积累能量的能
20、力很强积累能量的能力很强两者疏松度差别很大两者疏松度差别很大 两者的力学性能差异很大两者的力学性能差异很大3.3.骨的各向异性骨的各向异性人股骨干密质骨四个方向加载实验人股骨干密质骨四个方向加载实验4.4.肌肉的活动对骨应力分布的影响肌肉的活动对骨应力分布的影响 骨在体内受到复合时，附着于骨的肌肉骨在体内受到复合时，附着于骨的肌肉会发生收缩，改变应力在骨内的分布。肌肉会发生收缩，改变应力在骨内的分布。肌肉收缩产生的压应力能够部分或完全抵消张应收缩产生的压应力能够部分或完全抵消张应力的效应。这样就降低或抵消了骨的张应力力的效应。这样就降低或抵消了骨的张应力作用。作用。胫骨三点弯曲实验胫骨三点弯曲
21、实验5.5.骨的应变率依赖性骨的应变率依赖性 骨是一种粘弹性材料，它的力学性能骨是一种粘弹性材料，它的力学性能随受到的加载速率的变化而发生改变。加载随受到的加载速率的变化而发生改变。加载于骨的载荷速率越高，骨在骨折前表现的刚于骨的载荷速率越高，骨在骨折前表现的刚度就越高，能承受的载荷也就越高。度就越高，能承受的载荷也就越高。在体内，应变每天都发生着相当大的变化。在体内，应变每天都发生着相当大的变化。五种应变率下皮质骨的应变率依赖五种应变率下皮质骨的应变率依赖性性 在临床上，了解加载速度是非常在临床上，了解加载速度是非常重要的。因为它能影响骨折方式和软重要的。因为它能影响骨折方式和软组织损伤数量
22、。组织损伤数量。人胫骨在高速扭转力作用下发生骨折人胫骨在高速扭转力作用下发生骨折 临床上，根据骨折时能量的释放将临床上，根据骨折时能量的释放将骨折分为三种类型：骨折分为三种类型：低能量：运动损伤，滑雪等低能量：运动损伤，滑雪等 高能量：车祸高能量：车祸 超高能量：高速的枪弹伤超高能量：高速的枪弹伤6.6.年龄相关性骨退化性年龄相关性骨退化性 随着年龄的增加，骨密度会发生进行性随着年龄的增加，骨密度会发生进行性降低，纵向骨小梁变细，横向骨小梁被吸收。降低，纵向骨小梁变细，横向骨小梁被吸收。随之的结果就是松质骨的数量显著下降和皮随之的结果就是松质骨的数量显著下降和皮质骨变薄。质骨变薄。年轻年轻年长
23、年长骨量、年龄和性别之间的关系骨量、年龄和性别之间的关系拉伸实验中年轻人和老年人胫骨的应力拉伸实验中年轻人和老年人胫骨的应力-应变曲线应变曲线 两者的骨强度相近两者的骨强度相近,但是老年人骨脆但是老年人骨脆性更大，失去了形变能力。性更大，失去了形变能力。年龄相关的骨量丢失取决于很年龄相关的骨量丢失取决于很多因素，如年龄、性别、内分泌异多因素，如年龄、性别、内分泌异常、活动减少、费用和钙不足等。常、活动减少、费用和钙不足等。7.7.骨的疲劳性能骨的疲劳性能 人在不断的运动的过程中，骨会人在不断的运动的过程中，骨会反复受力，当这种反复作用的力超过反复受力，当这种反复作用的力超过某一生理限度时会使骨
24、组织受到损伤，某一生理限度时会使骨组织受到损伤，这种循环载荷下造成骨的损伤为疲劳这种循环载荷下造成骨的损伤为疲劳损伤。损伤。疲劳曲线显示载荷与载荷反复次数之间的相互作用疲劳曲线显示载荷与载荷反复次数之间的相互作用 骨的疲劳过程不仅仅受到载荷强度和反骨的疲劳过程不仅仅受到载荷强度和反复次数的影响，还受到载荷频率的影响。复次数的影响，还受到载荷频率的影响。体内骨具有自我修复能力，只有在骨重体内骨具有自我修复能力，只有在骨重建不足以弥补骨疲劳损伤才发生骨折。建不足以弥补骨疲劳损伤才发生骨折。在一般情况下，如果因疲劳而使在一般情况下，如果因疲劳而使骨产生细小裂纹时骨产生细小裂纹时,由于活体骨骼具有由于
25、活体骨骼具有自我修复能力自我修复能力,因而活骨的疲劳寿命要因而活骨的疲劳寿命要比尸骨长，从而保证人体可以长期运比尸骨长，从而保证人体可以长期运动和反复受力。但是这种自行修复的动和反复受力。但是这种自行修复的能力也是有一定限度的，过度的疲劳能力也是有一定限度的，过度的疲劳导致永久性的损伤。导致永久性的损伤。疲劳骨折往往发生在持续过度活疲劳骨折往往发生在持续过度活动的部位，这种持续过度活动使肌肉动的部位，这种持续过度活动使肌肉疲劳，收缩乏力，导致它们积累能量疲劳，收缩乏力，导致它们积累能量的能力和抵消应力的能力大大减弱。的能力和抵消应力的能力大大减弱。随之发生的骨应力分布变化使骨受到随之发生的骨应
26、力分布变化使骨受到的应力异常增高，疲劳损伤逐渐积累，的应力异常增高，疲劳损伤逐渐积累，最终导致骨折。最终导致骨折。8.8.骨的受冲击性能骨的受冲击性能(1)(1)骨在冲击载荷作用下产生骨在冲击载荷作用下产生损伤的程损伤的程度度和和损伤的形式，损伤的形式，一方面一方面取决于冲击载荷取决于冲击载荷具有的能量大小具有的能量大小，另一方面，另一方面还要取决于冲还要取决于冲击载荷的作用时间。击载荷的作用时间。冲击能量越大，冲击时间越短，造成冲击能量越大，冲击时间越短，造成骨的损伤程度越大。骨的损伤程度越大。例：例：当当颗高速飞行的子弹打人头颅中去颗高速飞行的子弹打人头颅中去时，尽管子弹具有很大的动能，但
27、在穿入时，尽管子弹具有很大的动能，但在穿入骨中去的过程中能量大量被吸收，其结果骨中去的过程中能量大量被吸收，其结果只将骨打穿一个洞而不产生骨折。只将骨打穿一个洞而不产生骨折。但是用一钝器猛击头部却使颅骨破碎，但是用一钝器猛击头部却使颅骨破碎，这是因为在颅骨表面冲击时间很短，冲击这是因为在颅骨表面冲击时间很短，冲击能量来不及被吸收所致。能量来不及被吸收所致。(2)(2)骨承受冲击能力的大小与骨的结构关系密切骨承受冲击能力的大小与骨的结构关系密切 进行冲击实验比较，发现头颅骨耐冲击能力要比长骨高进行冲击实验比较，发现头颅骨耐冲击能力要比长骨高40%40%左右。左右。原因：原因：一方面在于颅骨为扁骨
28、，内外表面是密质骨骨板，中间一方面在于颅骨为扁骨，内外表面是密质骨骨板，中间一层海绵骨，具有吸收冲击能的作用。一层海绵骨，具有吸收冲击能的作用。另一方面颅骨呈薄壳状结构，具有良好的承受外部载荷另一方面颅骨呈薄壳状结构，具有良好的承受外部载荷的能力。的能力。对于活体中的骨，耐冲击能力还应考虑到对于活体中的骨，耐冲击能力还应考虑到骨周围的肌肉、皮肤、内脏器官组织等的影响，骨周围的肌肉、皮肤、内脏器官组织等的影响，在进行实验时应尽可能模拟真实情况以便获得在进行实验时应尽可能模拟真实情况以便获得较为客观的数据。较为客观的数据。9.9.骨的断裂韧性骨的断裂韧性 所谓断裂韧性是指某种材料阻止裂所谓断裂韧性
29、是指某种材料阻止裂纹扩展的能力，一般用它描述材料抵抗纹扩展的能力，一般用它描述材料抵抗脆性破坏的能力。脆性破坏的能力。骨经常全因受到某种损伤或内在的骨经常全因受到某种损伤或内在的缺陷而存在小的裂纹，此时必须要考虑缺陷而存在小的裂纹，此时必须要考虑这种裂纹对这种裂纹对骨材料强度的影响骨材料强度的影响以及以及骨材骨材料所具有的抗裂能力料所具有的抗裂能力，因而引进骨的断，因而引进骨的断裂韧性这裂韧性这力学参数。力学参数。由于骨内骨质由于骨内骨质分布的非均匀性分布的非均匀性以及以及骨内存在着孔洞、缺陷和裂纹骨内存在着孔洞、缺陷和裂纹等，使得等，使得对骨断裂韧性的研究更为困难和复杂，对骨断裂韧性的研究更
30、为困难和复杂，同时也降低了骨的断裂韧性。同时也降低了骨的断裂韧性。骨的力学性质受到骨的力学性质受到性别性别、年龄年龄、取取材材部位部位和和方向方向、骨的状态骨的状态（干骨或湿（干骨或湿骨）、骨）、加载速度加载速度等因素的影响，会在某等因素的影响，会在某一范围变化。一范围变化。五五.骨的重建骨的重建 骨具有重建能力，通过改变其大小、形状骨具有重建能力，通过改变其大小、形状和结构来适应外界的力学要求。这种骨能够随和结构来适应外界的力学要求。这种骨能够随着应力的作用水平变化而获得或丢失松质骨和着应力的作用水平变化而获得或丢失松质骨和密质骨的现象称为密质骨的现象称为WolffWolff定律，说明机械应
31、力能定律，说明机械应力能影响和调节骨的重建。影响和调节骨的重建。骨量和身体的重量呈正比关系，身体越重，骨量和身体的重量呈正比关系，身体越重，对应的骨量越多。对应的骨量越多。相反长期处于失重状态会导致承重骨发生骨相反长期处于失重状态会导致承重骨发生骨量丢失。量丢失。骨骼肌的活动骨骼肌的活动重力重力骨骼骨骼加载加载废用和活动减少状态对骨骼是有害的。废用和活动减少状态对骨骼是有害的。正常组和制动组猕猴腰椎载荷变形曲线图正常组和制动组猕猴腰椎载荷变形曲线图 第四节第四节 骨的连接骨的连接 骨与骨之间的连接装置称骨连接，骨与骨之间的连接装置称骨连接，按连接形式及连接组织不同，分直按连接形式及连接组织不同
32、，分直接连接和间接连接两种。接连接和间接连接两种。（一）（一）直接连接直接连接 骨与骨间借致密骨与骨间借致密结缔组织结缔组织、软骨软骨或或 骨骨直接连接，其间无腔隙，称直接连接，直接连接，其间无腔隙，称直接连接，包括纤维连接、软骨连接和骨性结合三种包括纤维连接、软骨连接和骨性结合三种形式。形式。其特点是活动幅度小或不能活动。如颅其特点是活动幅度小或不能活动。如颅骨之间的骨缝、椎骨之间的椎间盘等，这骨之间的骨缝、椎骨之间的椎间盘等，这种连接形式其活动范围很小。种连接形式其活动范围很小。（二）（二）间接连接间接连接 骨与骨之间通过关节相连。骨与骨之间通过关节相连。它是全身骨的主要连接方式，其它是全
33、身骨的主要连接方式，其活动范围大，可完成各种不同的活动范围大，可完成各种不同的运动。运动。每个关节都具有关节面、关节囊和关节腔三种基本构造。每个关节都具有关节面、关节囊和关节腔三种基本构造。关节面：关节面：是构成关节的相对面，一骨的关节是构成关节的相对面，一骨的关节面隆凸，构成关节头，另一骨的关节面面隆凸，构成关节头，另一骨的关节面凹陷，形成关节窝。关节面覆盖一薄层凹陷，形成关节窝。关节面覆盖一薄层透明软骨，透明软骨，称关节软骨，其表面光滑，称关节软骨，其表面光滑，有弹性，可减少运动时的摩擦，并缓冲有弹性，可减少运动时的摩擦，并缓冲震荡。震荡。关节囊：关节囊：为结缔组织膜构成的囊，分为结缔组织
34、膜构成的囊，分内、外两层。外层为纤维层，由内、外两层。外层为纤维层，由致密结缔组织构成，厚而坚韧；致密结缔组织构成，厚而坚韧；内层为滑膜层，由疏松结缔组织内层为滑膜层，由疏松结缔组织构成，薄而柔软，能分泌滑液。构成，薄而柔软，能分泌滑液。关节腔：关节腔：是关节软骨与滑膜围成的密闭是关节软骨与滑膜围成的密闭腔隙，内含少量滑液，有润滑关腔隙，内含少量滑液，有润滑关节以减小摩擦的作用。节以减小摩擦的作用。腔内为负腔内为负压，增加了关节的稳固性。压，增加了关节的稳固性。除以上主要部分以外还有韧带、关除以上主要部分以外还有韧带、关节盂缘、滑液囊等辅助结构，起加固节盂缘、滑液囊等辅助结构，起加固关节和增加
35、灵活性的作用。关节和增加灵活性的作用。关节的运动主要分为屈和伸、内关节的运动主要分为屈和伸、内收和外展、旋内和旋外遗迹环转等四收和外展、旋内和旋外遗迹环转等四种形式。种形式。第五节第五节 关节软骨关节软骨 (cartilage)软骨略有弹性，能承受压力并软骨略有弹性，能承受压力并耐摩擦，有一定的支持和保护作用。耐摩擦，有一定的支持和保护作用。软骨由软骨组织及其周围的软软骨由软骨组织及其周围的软骨膜构成。骨膜构成。关节软骨是一种十分特殊的组织，在一关节软骨是一种十分特殊的组织，在一般人的寿命期内都可以无损地承担高负荷关般人的寿命期内都可以无损地承担高负荷关节运动，但是从生理角度来看，关节软骨属节
36、运动，但是从生理角度来看，关节软骨属于独立的组织，无血管和淋巴管，也没有神于独立的组织，无血管和淋巴管，也没有神经支配，而且软骨细胞密度比其它组织少。经支配，而且软骨细胞密度比其它组织少。关节软骨是一种多孔的粘弹性材料。关节软骨是一种多孔的粘弹性材料。组织间隙中充满着液体，应力作用下，液体可在组组织间隙中充满着液体，应力作用下，液体可在组织中流进或流出。织中流进或流出。当组织膨胀时液体流入组织；当组织膨胀时液体流入组织；当组织收缩时液体又流出来。当组织收缩时液体又流出来。液体在压力作用下的流动可能就是这种无血管组织液体在压力作用下的流动可能就是这种无血管组织取得营养的途径。取得营养的途径。软骨
37、力学性能会随着液体的含量而改变。软骨力学性能会随着液体的含量而改变。关节软骨在关节活动防止磨损方关节软骨在关节活动防止磨损方面表现出非凡的润滑性能。它的摩擦面表现出非凡的润滑性能。它的摩擦系数（表面滑动阻力与正压力之比）系数（表面滑动阻力与正压力之比）要比油在金属上润滑低两个数量级，要比油在金属上润滑低两个数量级，比最好的人工材料低许多倍。成年人比最好的人工材料低许多倍。成年人的关节几乎没有再生能力的关节几乎没有再生能力,但可以但可以维持整整一生而不会磨损破坏。维持整整一生而不会磨损破坏。对于关节在润滑方面有如此之对于关节在润滑方面有如此之高效率的机理，不少学者作了一些探高效率的机理，不少学者
38、作了一些探讨，研究其原因，一方面在于关节软讨，研究其原因，一方面在于关节软骨承压时液体溢出缓慢。而承压面转骨承压时液体溢出缓慢。而承压面转移时液体重新吸收复原的特性；并且移时液体重新吸收复原的特性；并且关节中承压的接触面随时转移，使得关节中承压的接触面随时转移，使得应力得到良好分布应力得到良好分布。另一方面在于关节软骨滑膜液另一方面在于关节软骨滑膜液本身的流变特性，在切变率增大时本身的流变特性，在切变率增大时粘度下降，有利于润滑。粘度下降，有利于润滑。此外聚合物流动时产生的法向应此外聚合物流动时产生的法向应力有利于承受载荷，力有利于承受载荷，或者有一种或者有一种润润滑分子物质与软骨层的相互作用
39、。滑分子物质与软骨层的相互作用。这些都有利于提高关节的润滑作用。这些都有利于提高关节的润滑作用。骨关节病是一种常见病多发病，它是活骨关节病是一种常见病多发病，它是活动关节的一种慢性的、进行性疾病，以关节动关节的一种慢性的、进行性疾病，以关节基质崩解、软骨细胞明显减少为主要特征。基质崩解、软骨细胞明显减少为主要特征。其病理变化最初发生于软骨，以后侵犯软骨其病理变化最初发生于软骨，以后侵犯软骨下骨板以及滑膜等关节周围组织，可见局灶下骨板以及滑膜等关节周围组织，可见局灶性、侵蚀性软骨破坏，软骨下硬化、囊性变性、侵蚀性软骨破坏，软骨下硬化、囊性变和代偿性骨赘等病理变化。以上病理改变主和代偿性骨赘等病理
40、变化。以上病理改变主要与年龄、损伤和肥胖等因素有关。要与年龄、损伤和肥胖等因素有关。人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
