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1、淺談骨折生物力學第一節(jié)：生物力學概念人體活動對骨骼的三種力1作用于骨的外力2肌肉收縮和韌帶的張力對骨骼的內(nèi)力3骨的內(nèi)反應力（負荷）力—負荷作用于骨骼可使骨發(fā)生形變微觀—顯微骨折—青枝骨折—骨折骨折因素：1.力的大小方向面積和幾何學。2.骨的材料特性。2.拉力和壓力骨骼系統(tǒng)的特點幾何學復雜：管狀骨、不規(guī)則骨、扁骨等力的類型復雜應力和應變復雜屈服(失控)：應力達到某一點時，提示骨小梁斷裂開始（屈服用Y點），且持續(xù)時間較長，骨小梁斷裂逐漸增多（極限用U點）。材料的硬度：彈性模量（應力比應變）拉力和壓力作用于棒產(chǎn)生45
2、°剪應力。3.彎曲（長管狀骨）1.純彎曲：凹側(cè)-壓應變（力），凸側(cè)-張應變（力），中位軸-應變（力）為0.壓力點(橫切面)不會產(chǎn)生剪式應力2.三點彎曲：骨骼受力較常見.兩端支撐，對側(cè)受力。（受力點：彎矩）應力點(橫切面)會產(chǎn)生剪式應力4.彎曲聯(lián)合軸向負荷長管狀骨受兩方向外力壓力負荷彎曲負荷—側(cè)張應力側(cè)壓應力壓力+彎曲=聯(lián)合負荷（常見）5.扭轉(zhuǎn)長管狀骨不規(guī)則骨扭轉(zhuǎn)剪性應變橫向及縱向剪性應變聯(lián)合剪性應力骨折方向：斜形或螺旋形第二節(jié)：骨的生物力學骨組織材料特性硬組織應力--應變關系骨折—取決于其材料特性骨成分：基質(zhì)膠
3、原—骨小梁結構：皮質(zhì)骨（骨干）（骨孔5%-30%），松質(zhì)骨（骨端）（骨孔30%-90%）1.骨皮質(zhì)骨皮質(zhì)其材料特性取決于骨組織負荷或變形率。骨皮質(zhì)快速受力較緩慢受力吸收的能量大。骨組織應力-應變特征：骨皮質(zhì)縱向骨小梁排列比橫向強度大，硬度也較強。（長骨長軸比橫軸更對抗應力）應變率表示骨受力過程中變形迅速的程度（單位/S）如正常骨低于0.01/S骨折瞬間超過10.0/S2.拉力、壓力和剪力骨皮質(zhì)的拉力、壓力和剪力與工程材料相似，骨皮質(zhì)有一定范圍的彈性變形能力骨組織材料極限強度取決于負荷類型和承受負荷的方向。負荷作
4、用下拉力及壓力超過彈性變形范圍發(fā)生骨折不同載荷造成的骨折類型 拉力壓力旋轉(zhuǎn)彎曲壓力成人股骨骨皮質(zhì)極限程度負荷類型極限程度（MPa）縱向拉力133壓力193剪力（縱向扭轉(zhuǎn)）68橫向拉力51壓力1333.骨松質(zhì)骨松質(zhì)：多孔硬度較皮質(zhì)骨差屈服：當應力超過彈性極限后，變形增加較快，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當應力達到一定程度，塑性應變急劇增加，這種現(xiàn)象稱為屈服。屈服：提示骨小梁斷裂開始，且持續(xù)時間較長。骨小梁斷裂逐漸增多。骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)標本負荷應變水平在0.036和0.5時有能量吸收現(xiàn)象，骨松質(zhì)能量吸
5、收超過骨皮質(zhì)。第二節(jié)骨折與固定生物力學骨折與固定的生物力學1.骨折力學原理骨某一區(qū)域應力超過極限強度，發(fā)生骨折。骨結構(彎曲)本身：減低彎應力骨空心結構：比實心結構承受彎曲及旋轉(zhuǎn)應力強棒的壓力和張力和橫斷面面積成正比.骨折原因創(chuàng)傷骨病積累勞損扭轉(zhuǎn)應力導致螺旋骨折受力機制為剪應力旋轉(zhuǎn)軸45度時應力最大。軸向壓力易在長管狀骨縱軸方向形成最大的剪力進而造成骨干斜行骨折通常長管狀骨的軸向壓力不是單一的。骨病骨腫瘤、骨缺損造成：骨的幾何學改變骨的強度改變骨缺損部位產(chǎn)生應力集中（骨折機制）2.疲勞斷裂疲勞斷裂骨每天承受負荷
6、，或長時間鍛煉，積累損傷，導致疲勞骨折常見于長途行軍，從事長距離行走及長跑者最常見于雙足第二趾骨遠端疲勞：材料在周期性和間歇負荷下發(fā)生的進行性損傷(顯微鏡下?lián)p傷)，在周期性負荷條件下，材料負荷水平低于能引起的材料損傷的單次負荷時，就會發(fā)生損傷。材料的疲勞極限（Fatiguelimit）任何材料具有一應力水平，低于該水平疲勞壽命是無限的，該應力水平稱疲勞極限。疲勞極限是一個安全控制數(shù)據(jù)，只要應力低于它，不管周期數(shù)目多少是不會短裂的。骨單位密度較高的骨，抗疲勞性能較好，有助于防止骨折-因骨的膠接線及中央管制止裂隙擴
7、展。3.骨折治療生物力學接骨原則：1.血供。2.維持骨生理和力學環(huán)境。彈性固定好，活動度難掌握。牢固固定，缺點骨愈合不牢固。長骨骨折，因長力臂易移位。骨痂形成使骨折穩(wěn)定。骨折愈合有利：一定活動量和允許小的剪力。不利：剪力或彎曲力過度。所有的活體細胞都有自己的特性，有自己的應變。不同的組織在斷裂前可以承受不同的最大張力應變，肉芽組織可以承受100%的應變，纖維組織和軟骨組織承受的應變明顯降低，軟骨組織約為10%，致密的骨組織只能承受2%的應變。經(jīng)過加壓固定的骨折獲得堅強固定，在生理活動情況下所有應力由鋼板承受，骨
8、折端間不受應力，無活動，骨折端間隙內(nèi)的細胞（干細胞）無形變（＜2%），所以細胞成骨，骨愈合。如固定不牢靠，骨折端在外力下出現(xiàn)活動，如形變在10%，則形成軟骨，軟骨連接。如不固定或僅簡單外固定，骨折端在外力下出現(xiàn)活動，如形變在100%，則形成纖維，不愈合。骨折或損傷后局部會聚集許多干細胞以修復損傷。干細胞能否形成骨細胞取決于骨折位置的力學環(huán)境。肉芽組織和纖維組織比骨和軟骨更能耐受變形。超
