醫學生物力學概念

2022-09-05 10:21:03 字數 1623 閱讀 3352

國內的骨生物力學研究首創於上海九院的戴克戎教授,他所領銜的骨生物力學實驗室在此方面做了許多卓有成效的工作。此處所述的幾個骨生物力學概念也均摘自戴教授的相關著作,這些概念也是作為骨科醫生所必須掌握的概念,特別是對於我們年輕的骨科醫生和研究生,對於上述概念有清楚的認識對於理解骨科**的的一些理念和原則是具有決定性的幫助意義的。

應力與應變

應力(stress)是指每乙個單位面積的負荷和力,發生於乙個平面的表面上,是對於外來施加負荷於乙個結構上的反應。力和力矩可在不同方向施加於結構上,產生拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、剪下以及複合性應力等,臨床上絕大部分骨折的發生是複合性應力引致的。

應變(strain)是指結構內的形變以適應外加的負荷。包括兩種型別,其一為線形應變,即引起標本長度的變化;其二為剪下應變,即在結構內引起成角關係的變化

彈性模量 elasticity modulus

彈性模量是反映材料的力學性質的最基本的材料常數之一,其數值為應力與應變的比值,彈性模量數值越大,材料的剛度越高。

粘彈性 viscoelasticity

粘彈性材料兼有彈性材料與粘性材料的力學性質,具有以下特點:⑴應力鬆弛⑵蠕變 ⑶滯後現象。人體內骨與軟骨組織、**、血管壁等均是粘彈性材料。

應力遮擋 stress shielding

當兩個或兩個以上具有不同彈性模量的成分組成乙個機械系統時,將會發生載荷、應力和應變重分配現象,具有較高彈性模量的成分承擔較多的載荷,較低者少承擔或不承擔載荷,應變也相應減少,這稱為「應力遮擋」效應。

蠕變與應力鬆弛creep & stress relaxing

若應力保持不變,物體的應變隨時間的延長而增大,這種現象稱為蠕變;

當物體突然發生應變時,若應變保持一定,則相應的應力將隨時間的增加而下降,這種現象稱為應力鬆弛。

骨強度 bone intensity

骨強度是指骨組織受負荷後對抗結構破壞的能力。主要與以下四方面有關

⑴骨的材料特性

⑵骨量⑶骨組織的分布

⑷ 骨的幾何形態

骨剛度骨剛度可定義為骨組織受負荷後對抗變形的能力。骨的剛度使骨具有支架作用以支援柔軟的器官,並為運動創造條件。

wolf,s定律

骨組織可通過大小、形狀與結構的改變的再塑造,以適承載的需要。這種現象,可概括為wolf,s定律。換言之,需要時可有骨形成,不需要時有骨吸收。

靜力平衡與動力平衡static equilibrium & dynamic equilibrium骨組織和韌帶維持關節穩定與平衡的作用為靜力平衡;

肌肉組織維護關節穩定和平衡的作用稱為動力平衡。

骨塑形(bone modeling)與骨重建 (bone remodeling)

骨塑形指人體在出生後的生長發育過程中,骨組織通過骨吸收與骨形成的相互作用形成與機體所需功能相適應的骨形態及骨組織有機組成的生物學過程。

骨重建指骨組織區域性區域內由骨單位所進行的骨轉換活動,骨重建經啟用、骨吸收、骨形成週期後可轉換約0.05mm3的骨組織,乙個骨重建週期約需3個月左右。骨塑形可增加但不降低骨組織的強度和骨量;而骨重建可調節礦物鹽平衡,修復顯微損傷及移除多餘的骨組織,可儲存或降低但不增加骨強度和骨量。

骨重建的現代概念認為:骨組織為適應外在的受載負荷環境可通過改變它的多孔性與骨小梁排列即內在性骨重建,或改變它的幾何形狀與體積大小即外在性骨重建,以達到最佳的結構。

應力-應變曲線示意圖

生物力學總結

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