5骨与关节软骨生物力学.ppt

5.钢板固定 骨折愈合后尽快去除内固定。 牢固内固定有利早期愈合，晚期不利用塑形。 牢固内固定使板源骨质减少，去除内固定后再骨折。（骨折病） 钢板置张力面，骨折受到通过骨折面上肌力的压缩。 骨折间有空隙用两块钢板固定。 6.螺钉固定 垂直骨折面-抗扭转。垂直骨长轴-抗弯曲。 松质钉（加压钉）和皮质钉 应变率：表示骨受力过程中变形迅速的程度（单位/S） 如 正常骨 低于0.01/S 骨折瞬间 超过10.0/S 2.拉力、压力和剪力 骨皮质的拉力、压力和剪力 与工程材料相似，骨皮质有一定范围的弹性变形能力 骨组织材料极限强度取决于负荷类型和承受负荷的方向。 负荷作用下 拉力及压力超过弹性变形范围 发生骨折 不同载荷造成的骨折类型 拉力 压力 旋转 弯曲 压力 成人股骨骨皮质极限程度 负荷类型 极限程度（MPa） 纵向 拉力 133 压力 193 剪力（纵向扭转） 68 横向 拉力 51 压力 133 3.骨松质 骨松质：多孔 硬度较皮质骨差 屈服：当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到一定程度，塑性应变急剧增加，这种现象称为屈服。 屈服 ：提示骨小梁断裂开始，且持续时间 较长，骨小梁断裂逐渐增多。 骨皮质和骨松质标本负荷应变水平在0.036和0.5时有能量吸收现象，骨松质能量吸收超过骨皮质。 4.关节软骨的生物力学 4.1 软骨的负荷变形 软骨的负荷变形 软骨承受负荷时，发生瞬间变形 蠕动期（负荷恒定，压痕增加） 去除负荷，恢复原形。 关节软骨承受负荷2分钟内发生变形，去除负荷，90%可瞬间恢复。 软骨的渗透性很低，通过压力梯度和挤压渗透。机械反刍调节机制 4.2 软骨的张力特性 软骨主要抗张力成分----胶原纤维 软骨张力硬度取决于胶原纤维含量多少和排列次序 张力继发于压力 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相一致， 张力强度随关节面下的深度增加而减少。 4.3 关节内应力分布 关节内应力分布范围：90~225kg/6.45c㎡ 使应力分解，吸收震荡，避免软骨下骨的应力损伤 干骺部受力情况： 1.负重大时骨变形，2.骨松质排列呈放射状 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 蛋白多糖 含有水分，调节水的流动。 胶原 组成基质内的张力，维持蛋白多糖的 含量。 软骨承受负荷 基质内液体压变化 水分由基质孔流出（海绵） 产生非线性形变 粘弹性（有赖于应变率的形变） 变形与承受外力速度有关。 4.5 关节软骨的磨损力学 关节软骨的磨损力学 磨损：通过机械作用去除固体表面的物质 两个方面：承载面之间互相作用引起界面磨损 接触体变形引起的疲劳性磨损 4.6关节软骨的润滑作用 界面润滑（玻尿酸盐） 滑液润滑：滑液嵌在滑动面之间，即可发生液膜润滑，又可产生界面润滑 软骨组织：易疲劳性材料 周期性负荷时间过长导致软骨胶原纤维疲劳短裂 软骨负荷时，其内部的胶原纤维方向与负荷相垂直。分解应力，软骨损害。 软骨疲劳性磨损破坏的成分：1.胶原纤维，2.蛋白多糖大分子网，3.纤维和原纤维基质之间界面。 第三节 骨折与固定生物力学 骨折与固定的生物力学 1.骨折力学原理 骨某一区域应力超过极限强度，发生骨折。 骨结构(弯曲)本身：减低弯应力 骨空心结构：比实心结构承受弯曲及旋转 应力强 棒的压力和张力和横断面面积成正比. 面积 1 1 2 张力和压力 100% 100% 200% 强度 弯曲和旋转 100% 210% 495% 强度 骨病 骨肿瘤、骨缺损 造成：骨的几何学改变 骨的强度改变 骨缺损部位产生应力集中（骨折机制） 2.疲劳断裂 疲劳断裂 骨每天承受负荷，或长时间锻炼，积累损伤，导致疲劳骨折 常见于长途行军，从事长距离行走及长跑者 最常见