第三章 第一节 骨的生物力学特性

骨的生物力学01骨对外力作用的反应02骨结构的生物力学特征03运动对骨力学性能的影响04骨的运动损伤及防治目录| Contents3骨的生物力学人体运动的“硬件”是以骨骼为杠杆关节为枢纽，肌肉收缩为动力的运动系统运动系统受神经中枢“软件”的控制通过内力和外力的相互作用完成目标动作和适应外界环境变化4骨对外力作用的反应拉伸压缩弯曲剪切扭转复合载荷根据外力外力作用的不同，人体骨骼的受力可分为以下几种形式5应力作用于作用于骨的力不同其内部分别会产生相应的应力，如压应力、拉压力等应力对骨的改变、生长和吸收起着调节作用对于骨来说，存在一个最佳的应力范围6应变初始长度L 0力F形变应变=形变初始长度骨的应变是指骨在外力作用下的局部变形其大小等于骨受力后长度的变化量与原长度之比的7应变-应变曲线8骨结构的生物力学特征特征一即其力学性能对成分和结构的具有较强的依赖性特征二壳形(管形）结构（以长骨为例）特征三均匀强度分布下肢骨应力分布曲线，与骨小梁的排列十分相近9骨结构的生物力学特征10运动对骨的力学性能的影响•适宜应力对骨的力学性能的良好影响•1、体育锻炼对骨的力学性能的良好影响•2、不同运动项目对骨的力学性能的影响•3、适宜应力原则骨折的断裂形式及载荷方式骨折受拉伸载荷所致骨折受压缩载荷所致骨折受弯曲载荷所致骨折受剪切载荷所致实际情况下的骨折绝大部分是由复合载荷引起的13骨折治疗的生物力学原理充分利用生理功能状态下的力学状态去控制骨重建在治疗的过程中应遵循一条生物力学原则而不要干扰或尽量减少干扰骨应承受的力学状态常见运动性骨损伤生物力学分析剧烈运动存储能量的能力的丧失步态改变载荷失常改变应力分布加强压力复合斜行裂缝斜行骨折骨骼分离横行裂缝加强张力横行骨折疲劳骨折谢谢欣赏。

第三章骨和肌肉的力学特性一、基本概念刚度强度屈服点三元件模型元静息长度肌肉松弛二、判断题1. 材料在应力作用下都会产生弹性形变和塑性形变()2. 推铅球最后用力时，手臂的推的动作中肱二头肌做退让性收缩()3. 人体骨骼承受剪切应力的能力最差()4. 被拉长的肌肉，其张力有随时间的延长而下降的的特点()5. 人体运动的速度越大，在空气或水中所受的阻力也就越大()6. 体操中的直体空翻动作比团身空翻难的原因是直体时人体转动惯最大()7. 跨栏时身体下压手臂前伸的目的是为了降低人体的重心()三、选择题1. 材料的强度是指材料抗破坏的能力，材料的刚度是指材料变形的能力。

人体的骨骼强度受种族、性别和的影响。

a) 年龄b) 运动项目c) 骨重量d) 骨长短2. 机械应力与骨组织之间存在一种生理平衡，在平衡状态，骨组织的成骨细胞和破骨细胞的活性是相同的。

下面的描述正确的是。

a) 机械应力增加破骨细胞活跃b) 机械应力增加成骨细胞活跃c) 机械应力减小破骨的承载面减小d) 机械应力减小成骨细胞活跃3. 肌肉是蛋白质组成的活机器，其功能是把化学能转变为机械能。

我们用三元件力学模型来讨论人体肌肉活动规律。

在三元件中，主动收缩部分为。

a) 收缩元b) 串联弹性元c) 并联弹性元d) 弹性元4. 在肌肉的收缩过程中，在相同刺激下，肌肉收缩力有随肌肉长度变化的特征。

当出现最大收缩力时的长度称为肌肉的静息长度。

肌肉静息长度约为平衡常的倍。

a) 1b) 1.25c) 1.5d) 1.755. Hill方程说明了肌肉收缩时肌肉张力与收缩速度的关系,即。

a) 肌肉张力大收缩速度快b) 肌肉张力大收缩速度慢c) 肌肉张力小收缩速度慢d) 肌肉张力与收缩速成正比例关系6. 肌肉功率反映了肌肉的收缩效率。

一般女子比男子的收缩功率小，其原因是。

a) 女子的肌纤维数量男子的少b) 女子的肌力男子的小c) 女子的肌纤维收缩速度量男子的慢d) 女子的肌纤维收缩速度量男子的快7. 鞭打动作是最常见的人体运动动作，从运动生物力学的角度上讲是人体环节依次加速、制动，使人体远端环节获得极大的线速度的人体环节运动。

骨伤科生物力学骨伤科生物力学是研究人体骨骼系统在运动中的力学特性和力学变化规律的学科。

它结合了生物学和力学的原理，通过研究骨骼系统的力学行为，可以帮助医生更好地理解和治疗骨伤疾病。

一、骨骼系统的力学特性骨骼系统是人体的支撑结构，能够承受来自外部的力和负载。

骨骼系统的力学特性包括骨骼的刚度、强度和韧性。

1. 刚度：骨骼的刚度是指骨骼对外部力的抵抗能力。

刚度越大，骨骼对外力的变形程度越小。

骨骼的刚度主要由骨组织的弹性模量决定，不同骨骼部位的刚度也不同。

2. 强度：骨骼的强度是指骨骼能够承受的最大力。

强度与骨骼的结构和组织密切相关，骨骼中的骨小梁和骨小片是承受压力和拉力的主要部位，它们的数量和分布对骨骼的强度起着重要作用。

3. 韧性：骨骼的韧性是指骨骼对外部冲击或震动的抵抗能力。

韧性主要由骨骼的韧带和骨骼间负责缓冲和吸收冲击力的软骨组织共同作用。

二、生物力学在骨伤科中的应用生物力学研究的目标是通过分析骨骼系统的力学行为，为骨伤科的临床实践提供理论依据和技术支持。

1. 骨折修复：生物力学可以帮助医生了解骨折过程中骨骼的应力和应变变化，通过设计适当的外固定装置或内固定器材来促进骨折的愈合。

此外，生物力学还可以评估不同修复方法的效果，并优化治疗方案。

2. 关节置换：生物力学可以评估关节置换术的效果和潜在的机械问题，为手术方案的选择和术后康复提供指导。

通过模拟和分析关节的力学行为，可以预测人工关节的寿命和功能，进一步优化关节置换手术的效果。

3. 运动损伤预防：生物力学可以分析运动时骨骼系统的负荷分布和运动方式，帮助预防运动损伤的发生。

通过评估运动员的运动技术和姿势，可以提出相应的建议和指导，减少运动伤害的风险。

4. 功能评估和康复训练：生物力学可以通过运动分析和力学测量来评估患者的骨骼功能，并设计个性化的康复训练方案。

通过监测康复过程中的力学变化，可以及时调整康复计划，提高康复效果。

三、发展趋势和挑战随着科技的进步和研究的深入，骨伤科生物力学面临着新的机遇和挑战。

骨、关节、肌肉的生物力学第一节骨的生物力学人体共有206块骨，其功能是对人体起支持、运动和保护的作用。

骨的外部形态和内部结构不论是从解剖学还是生物力学的角度来看，都是十分复杂的。

这种复杂性是由骨的功能适应性所决定的。

骨的功能适应性，是指对所担负工作的适应能力。

从力学观点来看，骨是理想的等强度优化结构。

它不仅在一些不变的外力环境下能表现出承受负荷（力）的优越性，而且在外力条件发生变化时，能通过内部调整，以有利的新的结构的形式来适应新的外部环境。

一、骨的生物力学特征（一）骨对外力作用的反应1．骨对简单（单纯）外力作用的反应（1）拉伸：拉伸载荷是自骨的表面向外施加相等而反向的载荷，在骨内部产生拉应力和拉应变。

例，单杠悬垂时上肢骨的受力。

（2）压缩：压缩载荷为加于骨表面的向内而反向的载荷，在骨内部产生压应力和压应变。

例，举重举起后上肢和下肢骨的受力。

（3）弯曲：使骨沿其轴线发生弯曲的载荷称为弯曲载荷。

在弯曲负荷下，骨骼内不同时产生拉应力（凸侧）和压应力（凹侧）。

在最外侧，拉应力和压应力最大，向内逐渐减小，在应力为零的交界处会出现一个不受力作用的“中性轴“。

例，负重弯举（杠铃）时前臂的受力。

（4）剪切：标准的剪切载荷是一对大小相等，方向相反，作用线相距很近的力的作用，有使骨发生错动（剪切）的趋势（图3-1），在骨骼内部的剪切面产生剪应力。

例，人体运动小腿制动时，股骨髁在胫骨平台上的滑动产生剪应力。

（5）扭转：骨骼受到外力偶的作用而受到的载荷，在骨的内部产生剪应力。

例，掷铁饼出手时支撑腿的受力。

2．骨对复合（实际）外力作用的反应在人体运动中，受到纯粹的上述某一种载荷的情况很少见，大量出现的是复合载荷。

复合载荷即是同时受到上述两个或两个以上的载荷作用（分别以人行走和小跑时成人胫骨前内侧面的应力为例）。

（二）骨结构的生物力学特征骨的结构被广泛认为通过进化过程得到了最优化的设计：即在特定的载荷环境下得到重量最轻的结构。

三、教学目的与要求向学生传授体育运动中人体（包括器械）运动的基本原理和基本知识。

其中重点掌握运动生物力学数据的采集方法和基本仪器的使用方法，以及从运动生物力学数据中解读运动技术信息的知识，培养学生科学思维和动手操作的技能。

（一）通过教学对学生进政治思想、品德教育，树立辩证唯物主义观念。

为今后从事体育教育与训练工作做好准备。

（二）掌握运动生物力学基本知识，正确分析简单动作技术的力学原理。

（三）掌握一定的运动生物力学研究方法，培养学生应用本学科基本理论和技能的能力。

（四）掌握运动生物方法力学研究方法中的一些基本测量手段及其方法的原理。

（五）本课程的教学目标是使学生初步掌握运动中人体、器械运动的一般规律及人体运动器官的力学特性，能应用生物力学的原理和方法分析教学和训练中的具体问题。

四、教学内容纲要第一章运动生物力学概论目的要求：了解本学科概况，明确学习本课程目的任务及要求。

教学内容：一、运动生物力学概念二、运动生物力学的内容与任务三、运动生物力学的应用四、运动生物力学的前景与发展第二章人体运动实用力学基础目的要求：掌握人体运动实用力学的基础知识，能对人体运动或运动器械的运动进行简单力学分析。

教学内容：第一节人体运动的运动学一、运动的相对性及参考系二、人体运动的形式三、人体运动的速度和加速度四、人体运动的合成与分解五、人体和器械的斜抛运动六、运动学量的特性第二节人体运动的动力学一、人体运动中的力二、牛顿力学基本定理及其在体育运动中的应用三、动量定理、动量守恒定律及其在体育运动中的应用四、人体运动中的功能关系第三节人体运动中的静力学一、人体平衡二、人体重心位置及测量三、人体重心第四节人体运动的转动力学一、体育运动中人体转动动作的类型二、转动运动学三、转动动力学四、支撑状态下的人体转动动作五、人体在无支撑状态下的转动动作六、转动动作在体育中的应用第五节人体运动中的流体力学一、流体力学的基本知识及其在体育运动中的体现二、流体对运动人体的影响三、流体对运动器械的影响第三章骨、肌肉力学特征及人体基本运动形式目的要求：初步掌握人体运动器官的力学特征及人体基本活动形式及人体基本运动原理。