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<div class="chapter" num="4">
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<!-- 36页 -->
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<h1 class="firstTitle-l">第三章 运动生物力学</h1>
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</div>
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<p class="center"><span class="bold">素质目标</span></p>
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<p class="content">
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（1）具备批判性思维和解决问题的能力，能够独立思考、分析和解决问题。
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</p>
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<p class="content">
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（2）具备社会责任感和道德观念，能够在自己的行为中体现出对社会和他人的关心和尊重。
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</p>
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<p class="center">........................</p>
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<p class="center"><span class="bold">知识目标</span></p>
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<p class="content">
|
（1）掌握：骨、关节、肌的结构和分类；骨、关节、肌肉、肌腱、韧带的生物力学性质；肌的运动形式；肌的功能状态指标。
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</p>
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<p class="content">（2）熟悉：骨和肌的功能适应性。</p>
|
<p class="content">
|
（3）了解：骨的成分及损伤和修复；肌腱、韧带力学性质及影响因素。
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</p>
|
<p class="center">........................</p>
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<p class="center"><span class="bold">能力目标</span></p>
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<p class="content">
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（1）能够根据骨、关节、肌的结构进行分类，解释关节结构与其动作能力之间的关系。
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</p>
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<p class="content">
|
（2）能够根据肌的运动形式，解释肌肉拉力线与关节运动轴如何影响动作的产生。
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</p>
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<p class="content">
|
（3）能够根据骨和肌的功能适应性，解释运动对骨、肌、关节、胶原组织的影响。
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</p>
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<p class="content">（4）能够解释关节的灵活性与稳定性之间的关系。</p>
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<p class="content">（5）能指出在复杂运动中肌的协同作用。</p>
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<div class="bodyPic">
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</div>
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<p class="titleQuot-1">【案例】</p>
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<p class="content">
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患者，女，50岁。主诉左肩疼痛持续1个月余，疼痛向左肩部放射，伴随左肩关节活动受限，症状呈逐渐加重趋势，尤其在夜间疼痛明显，影响睡眠。患者自述发病前曾有外伤史，但伤时症状并不显著。查体：左肩部肌肉出现萎缩，肩关节活动受限，尤其在外展和外旋时受限明显，肩前部有局限性压痛，但未见明显畸形。综合以上症状，最可能的诊断为肩周炎。
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</p>
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<p class="titleQuot-1">【问题】</p>
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</div>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
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利用所学知识，分析造成患者左肩部肌肉萎缩、活动受限的原因。
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</p>
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<p class="center">
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<img class="g-pic" src="../../assets/images/0021_04.jpg" alt="" />
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</p>
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<p class="content">
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运动系统的结构和功能，是物理治疗师进入临床实践前的必备知识。运动系统主要由骨、关节和肌肉三大器官构成。其中，骨作为杠杆，关节作为枢纽，而肌肉则充当动力器官。运动系统的主要功能是实现身体的运动过程，同时它还具备支持和保护身体的重要作用。
|
</p>
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<h2 class="secondTitle">第一节 骨组织的生物力学特性</h2>
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<p class="content">
|
骨骼约占健康人体体重的1/5。这种灵活的内部框架支撑着整个人体组织。骨骼还保护着某些器官，如颅内脆弱的脑组织。另外，骨是一个重要的矿物质贮存库，特别是钙，同时可以制造新鲜的血细胞。正常发育的成年人全身通常拥有206块骨骼，但个体之间可能存在一些变异。这206块骨骼根据其不同的功能，以特定的方式和力学结构，通过多种形式的骨连接，共同构成了完整的骨骼系统（图3-1）。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript-b">图3-1 骨骼系统</p>
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<p class="imgdescript-l">
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注：1．额骨；2．骨性鼻腔；3．颈椎；4．肩胛骨；5．肋骨；6．肋弓；7．腰椎；8．髋骨；9．骶骨；10．股骨；11．胫骨；12．跗骨；13．趾骨；14．眶腔；15．下颌骨；16．锁骨；17．胸骨；18．肱骨；19．桡骨；20．尺骨；21．腕骨；22．掌骨；23．指骨；24．髌骨；25．腓骨；26．跖骨。
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</p>
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</div>
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<h3 class="thirdTitle">一、骨的成分与结构</h3>
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<div class="bodyPic">
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</div>
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<p class="content">
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骨骼作为人体最坚硬的器官系统，兼具刚性与韧性，不仅构成保护内脏的天然屏障，更为运动提供力学支点，通过骨杠杆传导肌力，维持人体动态平衡与姿势控制。
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</p>
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<p class="titleQuot-1">（一）骨的成分</p>
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<p class="content">骨是由有机质和无机质组成的。</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">1．骨的有机质</span
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> 主要由骨胶原纤维和无定形基质组成，约占骨干重的35%，由骨细胞分泌形成。骨胶原纤维在有机质中占比高达95%，主要为Ⅰ型胶原纤维，具有卓越的强度和韧性。无定形基质则占有机质的5%，呈现凝胶状，其化学成分为糖胺多糖与蛋白质的复合物，具有将纤维黏合在一起的功能。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">2．骨的无机质</span
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> 骨骼的无机成分主要是骨盐，约占骨干重量的65%。其主要成分为羟基磷灰石[Ca<span
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class="sub"
|
>5</span
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>（PO<span class="sub">4</span>）<span class="sub">3</span
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>OH]结晶和碳酸钙。羟基磷灰石结晶约占骨无机质的85%，碳酸钙约占9%，其余成分包括氟化钙、磷酸镁、氯化钠和氯化钾等。骨是人体内最大的离子储存库，其中约99%的钙离子、85%的磷离子、40%的钠离子和60%的镁离子都以骨盐的形式贮存于骨矿结晶中。有机质赋予骨骼弹性和韧性，而无机质则赋予其硬度和坚固性。在人体骨骼中，有机质与无机质的比例通常为1∶3，但这一比例并非固定不变。儿童和青少年的骨骼中含有较多的有机质，这使得他们的骨骼具有良好的弹性，但坚固性较差，不易发生骨折，却易发生变形；相比之下，老年人的骨骼中无机质含量较高，因此骨骼较为脆弱，易骨折，且骨折后的愈合速度较慢。因此，在日常生活和体育运动中，应充分考虑个体的年龄特点，以避免骨骼变形或骨折等意外情况的发生。
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</p>
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</div>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="titleQuot-1">（二）骨的结构</p>
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<p class="content">
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骨由骨组织、骨基质、骨膜、骨髓、关节软骨、血管、神经等构成。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">1．骨组织</span> 由细胞和钙化的细胞基质组成。
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</p>
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<p class="content">
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（1）骨组织的细胞：包括骨原细胞、成骨细胞、破骨细胞与骨细胞。
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</p>
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<p class="content">
|
1）骨原细胞：位于结缔组织形成的骨外膜及骨内膜贴近骨组织处。骨原细胞能够分化成成骨细胞和成软骨细胞，其分化方向取决于其所处环境及所受刺激的性质。例如，在骨生长、骨组织改建或骨折修复过程中，骨原细胞会变得活跃，并持续分化为成骨细胞。
|
</p>
|
<p class="content">
|
2）成骨细胞：负责合成并分泌骨基质的有机成分，从而形成类骨质。在形成类骨质后，成骨细胞会被包埋其中，并逐渐转变为骨细胞。在成骨过程中，成骨细胞会释放基质小泡（matrix
|
vesicle），这些小泡具有膜结构，其膜上含有钙结合蛋白和碱性磷酸酶，而泡内则包含细小的钙化结晶。在这些钙化结晶释放到类骨质后，便以此为基础形成羟基磷灰石结晶，因此基质小泡被认为是钙化的起始部位。在这一过程中，钙结合蛋白和碱性磷酸酶也发挥着关键作用。此外，成骨细胞还分泌多种细胞因子，这些因子能够调节骨组织的形成与吸收，并促进骨组织的钙化。
|
</p>
|
<p class="content">
|
3）破骨细胞：能够分泌多种水解酶和有机酸，这些物质能够溶解骨盐并分解骨的有机成分，从而实现骨吸收的功能。破骨细胞与成骨细胞在功能上相互对应，二者协同作用，在骨骼的发育和重塑过程中发挥至关重要的作用。在成年人体内，骨组织处于骨形成与骨吸收的动态平衡状态。临床上，骨硬化症是由于破骨细胞数量不足或功能缺陷，导致骨吸收过程受阻所引起的病症。通过骨髓移植，可以有效地治疗骨硬化症。
|
</p>
|
<p class="content">
|
4）骨细胞：结构和功能与其成熟度密切相关。刚转变的骨细胞与成骨细胞相似，仍具备产生少量类骨质的能力。随着类骨质逐渐钙化为骨质，细胞也逐渐成熟，最终形成一般所称的骨细胞。在成年人的骨骼中，90%以上的骨组织细胞均为骨细胞。骨细胞因其广泛的覆盖面积和复杂的网状结构，能够敏锐地感知作用于骨骼的各种应力，并具有调控离子进出骨基质的功能。此外，骨细胞与成骨细胞等形成的细胞网络关系，可以有效地感知和处理骨骼变形，调节骨吸收与形成，并调控矿物质离子在骨基质与细胞外液之间的流动与交换。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（2）骨基质：简称骨质，是骨的主体成分，可根据其结构的致密程度分为骨密质和骨松质（图3-2）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
1）骨密质：也称为皮质骨，其特点是质地致密且坚硬，具有很强的抗压能力。它由多层紧密排列的骨板构成，主要分布于长骨干及其他类型骨的表层。
|
</p>
|
<p class="content">
|
骨板（bone
|
lamella）是由按规律排列的骨胶原纤维，与骨盐晶体和基质紧密结合而形成的结构。其厚度通常在3～7μm，但具体厚薄不一。同一层骨板内的纤维相互平行，而相邻两层骨板的纤维则呈现交叉排列，这种结构显著提升了骨的强度。在骨密质中，骨板的形态多样，例如，长骨的骨干部位包含外环骨板、内环骨板及哈佛骨板等多种类型。①外环骨板：位于骨干的外围，由数层至十多层骨板以同心圆的方式环绕骨干排列。其表面被骨外膜覆盖，内部存在与骨干垂直并横向穿过骨板层的管道，这些管道称为穿通管，是营养血管进入骨骼内部的通道。②内环骨板：由靠近骨髓腔的数层骨板围绕骨干呈同心圆状排列而成。其骨板层数较少，通常仅由几层构成，且结构不如外环骨板完整。骨板表面覆盖着骨内膜。③哈佛骨板（Haversian
|
lamella）：位于内环骨板与外环骨板之间，沿骨干长轴分布，并以哈佛管为中心呈同心圆排列。哈佛管也称为中央管。哈佛系统，又称骨单位（图3-3），是指夹在内、外环骨板之间的大量长柱状结构，由围绕哈佛管呈同心圆排列的哈佛骨板构成。骨板中的胶原纤维呈螺旋状围绕中央管排列，相邻骨板的纤维方向相互交错。每个哈佛系统的长度为3～5mm，由4～20层哈佛骨板围绕中央管构成。哈佛系统之间存在横向的穿通管（perforating
|
canal）或福尔克曼管（Volkmann's
|
canal），这些管道向内与中央管相连，向外与滋养孔相通，内部包含血管、神经及少量结缔组织。哈佛系统是骨密质的基本结构单元。
|
</p>
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</div>
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</div>
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</div>
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<div class="page-header">
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<span class="header-title"
|
>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
|
2）骨松质：由针状或片状的骨板构成，形成网状结构，呈现为骨小梁结构。骨小梁按照压力和张力的方向有序排列，承担着力学支撑的作用。骨松质的多孔结构及骨小梁的力学特性，不仅显著减轻了骨骼的重量，还使骨骼达到了最佳的力学性能。这种结构通常分布于长骨骨骺内部及其他骨的内部区域。
|
</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript">图3-2 骨基质</p>
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</div>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript">图3-3 哈佛系统（骨单位）</p>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．骨膜</span
|
> 是覆盖在骨表面（关节除外）的坚韧结缔组织膜，分为骨外膜和骨内膜。其主要功能是滋养骨组织，并为骨的生长和修复提供成骨细胞和破骨细胞（图3-4）。
|
</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript">图3-4 骨的构造</p>
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</div>
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<p class="content">
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<span class="bold">3．骨髓</span
|
> 骨髓腔和骨松质的间隙内填充着两种骨髓：红骨髓和黄骨髓。红骨髓具有造血功能，而黄骨髓不具备。然而，在紧急情况下，如在恶性贫血或外伤导致大出血时，黄骨髓可以转化为红骨髓，重新获得造血功能。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">4．关节软骨</span
|
> 覆盖于骨关节表面，光滑且富有弹性。其主要功能为减少关节运动时的摩擦，并有效缓冲外力带来的振动。
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</p>
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<p class="content">
|
<span class="bold">5．血管和神经</span
|
> 骨有丰富的血管供应，神经伴滋养血管进入骨内，关节软骨内无营养血管，其营养来源靠软骨下骨内血管的渗透和关节滑液的渗透。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">二、骨的生物力学</h3>
|
<p class="content">
|
骨的生物力学特性涵盖其材料力学特性和结构力学特性两个方面。骨的材料力学特性指的是骨组织本身的力学性能，这一特性与骨的几何形状无关。骨的结构力学特性则涉及整个骨结构的力学表现，它不仅取决于材料力学特性，还受到骨的几何特性，如形状、尺寸等因素的影响。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（一）骨的应力与应变</p>
|
<p class="content">
|
骨力学与一般材料力学相似，其核心包含两个基本要素：应力和应变。这些要素可用于描述骨骼在受力后的内部反应和变化。
|
</p>
|
</div>
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<div class="page-bottom-left">030</div>
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</div>
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</div>
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<div class="page-header">
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<span class="header-title"
|
>第三章 运动生物力学</span
|
>
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<img
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/>
|
</div>
|
</div>
|
<div class="bodystyle">
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．骨的应力</span
|
> 当外力作用于骨骼时，骨骼通过形变产生内部阻抗力以抵抗外力，这种内部阻抗力即为骨骼产生的应力。应力的大小等于作用在骨骼横截面上的外力与骨骼横截面积之比，单位为帕斯卡，即牛顿每平方米（Pa=N/m<span
|
class="super"
|
>2</span
|
>）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
由于力的方向不同，作用在骨骼上的力可分为压力、拉力、剪切力和扭转力。当骨骼受到这些力的作用时，其内部相应地会产生压或拉等不同类型的应力。应力对骨骼的改变、生长和吸收起着重要的调节作用：应力不足会导致骨骼萎缩，而应力过大则可能损伤骨骼。因此，对骨骼而言，存在一个最佳的应力范围。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．骨的应变</span
|
> 指在外力作用下，骨组织发生的局部形变，其大小可以通过骨受力后长度变化量与原始长度之比来衡量，即形变量与原始尺寸的比值。通常以百分比的形式表示。当骨承受的力过大，超出其所能承受的应力与应变极限时，便会导致骨骼损伤，甚至引发骨折。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．应力-应变曲线</span
|
> 骨的应力-应变曲线（图3-5）用于描述应力与应变之间的关系，通过该曲线可以探讨骨的材料特性。通常，纵轴（y轴）代表应力，横轴（x轴）代表应变。当应力较小时，在一定范围内，负荷与变形之间呈现线性关系，即应力与应变成正比。在此范围内，材料表现出弹性特性，这段直线部分称为弹性区（图3-6）。在该区域内，外部负荷移除后，材料能够恢复到原始形状，这意味着在弹性变形范围内，负荷不会导致永久性变形。弹性区的末端点称为屈服点，该点对应的应力是材料仅产生弹性变形的最大应力，也称为弹性极限。
|
</p>
|
<p class="content">
|
屈服点之后的曲线转变为非线性，即当负荷继续增加超过该点时，材料将发生永久性变形，这一特性称为材料的塑性。这段非线性曲线部分称为塑性区（图3-6）。此时，材料已经出现结构损伤和永久变形，即使负荷被移除，部分骨组织也无法恢复到初始形状。这种现象是弹性材料的蠕变特性，而在此阶段，骨本身并不会发生损伤。
|
</p>
|
<p class="content">
|
如果负荷持续增加，当达到某一临界值（极限失效点）时，骨会突然断裂，即发生骨折。导致骨折所需的应力称为骨的最大应力或极限强度。
|
</p>
|
<div class="qrbodyPic">
|
<img
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|
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<p class="imgdescript-l">图3-5 骨的应力-应变曲线示意</p>
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</div>
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<div class="qrbodyPic">
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<img
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<p class="imgdescript-l">图3-6 骨的弹性区与塑性区示意</p>
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</div>
|
<p class="titleQuot-1">（二）骨的基本生物力学特征</p>
|
<p class="content">
|
骨组织的化学成分及结构特点决定其基本的生物力学属性。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．骨的各向异性</span
|
> 骨骼的横向和纵向结构存在差异，因此在不同方向载荷作用下会表现出不同的力学性能，这称为骨骼的各向异性特征。当人的股骨干皮质骨受到四个不同方向的拉伸载荷时，其强度和刚度表现各异，其中纵向加载时标准骨构件的强度和刚度达到最大值（图3-7）。与皮质骨相比，骨松质的密度、刚度和延展性分别为皮质骨的25%、5%～10%和500%。
|
</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">031</div>
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</div>
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</div>
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<div v-if="showPageList.indexOf(42) > -1">
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<div class="page-header">
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<div class="page-header-left">
|
<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
|
</div>
|
</div>
|
<div class="bodystyle">
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．骨的强度和刚度</span
|
> 骨强度和刚度是衡量骨承载能力的两个重要指标。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（1）骨强度：指骨骼在承受外力负荷时，具备抵抗破坏以避免发生结构损坏或断裂的能力。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（2）骨刚度：指骨组织抵抗变形的能力。刚度越高，骨在受力时发生的形变越小。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（3）影响骨强度与刚度的因素：包括以下几种。①压应力：肌肉收缩时产生的压应力能够有效预防拉伸骨折的发生。②骨的大小和形状：骨骼的横截面积大小、骨组织在中轴周围的分布方式及形状等均会影响其强度和刚度。例如，当骨受压缩负荷时，其横截面积越大，强度和刚度也会越大。骨的强度和刚度与骨的横截面积大小成正比。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．黏弹性</span
|
> 指材料同时具备黏性和弹性特征，其形变特性取决于温度和形变速率，即具有时间依赖性。骨组织是一种典型的黏弹性材料，其力学性能会随着施加的负荷应变率和加载时间的变化而变化。
|
</p>
|
<p class="content">
|
应力与应变曲线的初始斜率会随着应变率的增加而增大，这意味着在较高的应变率负荷下，密质骨的弹性模量也会相应提高。在应变率变化的范围内，密质骨会随着应变率的增加而从坚韧状态转变为脆弱状态。然而，在正常活动引起的骨应变范围内（应变率小于1/s），韧性会随着应变率的增加而增强，具体表现为最大应变能力的提升。
|
</p>
|
<p class="content">
|
负荷速度会影响骨折的类型及软组织损伤的程度。当骨折发生时，骨组织因弹性形变所储存的能量会被释放出来。如果加载速度较慢，能量可以通过单个裂隙逐步释放，骨组织及软组织能够保持相对完整。相反，当加载速度较快时，储存的能量更大，无法在短时间内通过单个裂隙迅速释放，从而导致粉碎性骨折及更大范围的软组织损伤。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">4．蠕变和应力松弛</span
|
> 对于具有黏弹性特性的骨骼材料而言，它展现出蠕变和应力松弛两种重要性质。蠕变是指在恒定外力作用下，材料的形变会随时间逐渐增大，直至达到稳定状态。应力松弛则是指在保持恒定形变的情况下，维持该形变所需的力会随时间逐渐减小，直至达到平衡状态。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">5．机械力对骨的影响</span
|
> 在骨骼承受负荷的限度内，根据沃尔夫定律，成人骨骼对机械力的反应取决于应力值。通常情况下，机械应力与骨组织之间维持着一种生理平衡。在平衡状态下，成骨细胞和破骨细胞的活性大致相当。当人体活动量增加、应力增大时，成骨细胞的活性增强，骨质生成增多，骨骼的承载面扩大，以适应更大的运动需求。与此同时，应力因此下降，达到新的平衡状态。相反，当应力降低时，破骨细胞的活性增强，骨吸收作用加强，骨组织量减少，导致应力回升。由此可见，骨骼对生理应力的反应处于动态平衡中，应力越大，骨组织增生和骨密度增加越显著。因此，保持足够的运动量（尤其是对中老年人和更年期妇女而言）是预防骨质疏松的重要措施。
|
</p>
|
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<p class="imgdescript">图3-7 骨的各向异性</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="titleQuot-1">（三）骨受载时的生物力学特征</p>
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<p class="content">
|
外力作用于骨所产生的外部效应是引起骨的运动或保持平衡，对骨的内部效应则是引起骨的变形（外力的强度低于骨的强度）或使骨遭到破坏（外力的强度超过骨的强度）。根据施加在骨骼上的力和力矩的不同作用方式，骨骼所承受的负荷可分为拉伸负荷、压缩负荷、弯曲负荷、剪切负荷、扭转负荷及复合负荷（图3-8）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．拉伸负荷</span
|
> 指沿骨的长轴向两端拉伸使骨延长的外力，此时骨骼内部产生张应力与张应变。骨在拉伸负荷作用下（图3-8b），当负荷增加到一定程度时，骨单位之间的黏合线会失去连接并被拉开，从而导致骨折。临床上，由拉伸引起的骨折多见于骨松质，如腓骨短肌腱附着点附近的第5跖骨基底骨折。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．压缩负荷</span
|
> 指沿骨的长轴向两端施压使骨骼缩短的外力，这种外力会导致骨骼内部产生压应力和压应变。在压缩负荷（图3-8c）的作用下，骨骼通常会呈现缩短并同时变粗的趋势。临床上，由压缩引起的骨折常见于椎骨。例如，人体胸腰段椎体发生压缩性骨折时，椎体会缩短并变宽，这是由骨松质中的骨小梁受压失稳所致。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．弯曲负荷</span
|
> 指施加于骨骼两端，使其沿轴线发生弯曲形变的作用力。当骨骼受到弯曲负荷（图3-8d）的作用时，会同时承受压缩和拉伸两种应力。在中性轴的一侧，会产生拉应力和拉应变，而在另一侧则会产生压应力和压应变。在中性轴上，则不存在任何应力和应变。应力的大小与到骨骼中性轴的距离成正比，即距离中性轴越远，应力就越大。例如，当脊柱前屈或后伸时，脊柱的弯曲会导致椎体受到弯曲负荷的作用，从而产生相应的形变。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">4．剪切负荷</span
|
> 指作用在骨骼表面的一对大小相等、方向相反且距离非常近的力。在剪切负荷（图3-8E）的作用下，骨骼受载部位相邻的两个面会产生相对平移，从而在骨内部引发剪切应力和应变。例如，在截肢手术中，切断骨骼的作用力即为剪切负荷。生活中，剪切骨折多见于松质骨。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">5．扭转负荷</span
|
> 指施加于骨骼两端并使其沿轴线发生扭转的力。当骨骼受到扭转负荷（图3-8f）作用时，其内部也会产生剪切应力和应变，这些应力与应变会分布于整个骨骼结构中。扭转负荷导致的骨折类型为螺旋骨折。在扭转负荷作用下，骨骼首先沿平行于其轴线的方向形成剪切裂纹，随后裂纹沿着最大拉应力作用的平面扩展，最终形成与轴线约成45°的螺旋形骨折。由于骨骼形状不规则且受力不均匀，断裂时可能出现多个螺旋形断裂面，因此，多数情况下，骨骼呈现螺旋形粉碎性骨折。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">6．复合负荷</span
|
> 当一块骨骼同时承受两种或两种以上不同类型的力时，所受的负荷即为复合负荷（图3-8g）。例如，跌倒后发生的桡骨远端骨折，通常是剪切力、压缩力等多种力共同作用的结果。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（四）骨的功能适应性</p>
|
<p class="content">
|
骨的功能适应性是指骨骼能够根据其所承受的应力与应变进行内部结构和外部形态的调整，从而达到适应承载需求的最佳形态和结构，并积极适应功能需求的变化。骨的功能适应性以结构适应性为基础。
|
</p>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
|
<span class="bold">1．骨形态结构的适应性</span
|
> 骨骼是一种具有再生和修复能力的生物活性材料。在生物体内，骨骼始终处于骨形成和骨吸收这两种相反的过程中。这一动态平衡受多种因素影响，包括应力、年龄、
|
</p>
|
<p class="content">
|
性别，以及某些激素水平等。其中，应力是一个尤为关键的因素。
|
</p>
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<p class="imgdescript-b">图3-8 骨的受载类型</p>
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<p class="imgdescript-l">
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a．未负重；b．拉伸；c．压缩；d．弯曲；e．剪切；f．扭转；g．复合负荷。
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</p>
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</div>
|
<p class="content">
|
通常认为，机械应力是刺激骨组织最有效的因素。研究表明，骨骼有其最适宜的应力范围，过大或过小的应力都会加速其吸收。当受到机械性应力刺激时，骨骼会发生适应性变化，否则可能会导致骨折。负重对维持骨小梁的连续性及增加交叉区面积起着关键作用。施加于骨组织的机械应力会引起骨骼变形，而这种变形会促使成骨细胞活性增强，破骨细胞活性减弱。对于瘫痪患者而言，由于骨骼长期缺乏肌肉运动的应力作用，骨吸收加速，从而引发骨质疏松。此外，失重状态也会导致骨钙流失。
|
</p>
|
<p class="content">
|
骨的重建是骨对应力的适应，表现为常受应力刺激的部位生长，较少受到应力刺激的部位吸收。制动或活动减少时，骨因缺乏应力刺激而出现骨膜下骨质的吸收，强度降低。骨折钢板内制动时，负荷通过钢板传递，骨骼受到的应力刺激减少，骨骼的直径缩小，抗扭转能力下降。相反，反复的适宜应力刺激，可引起受刺激部位骨膜下的骨质增生。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．骨功能的适应性</span
|
> 骨在应力应变原则指导下发生的结构适应性为其功能适应性的产生起到了良好的基础作用，使骨主动适应各种负荷的变化，骨的功能适应与骨的结构适应相辅相成。此外，骨的功能适应性还体现在年龄增长和负荷减少两个方面。例如，随着衰老导致骨量下降，应力较小的部位骨量流失通常较快，而应力较大的部位骨量则相对保持较好。显著减少骨所受负荷同样会对骨强度和骨量产生不利影响。例如，在临床治疗中，若患者接受长时间的骨牵引治疗，由于患肢长期处于制动和闲置状态，可能会导致骨吸收超过骨形成。
|
</p>
|
<p class="content">
|
由此可见，骨组织能够根据外力和内力来调节整体骨骼的结构、骨量的大小，以及内部骨量的分布。然而，骨组织对力学负荷的感知、传递和反应机制尚不完全明确，这正是当前骨代谢研究的重点内容。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．骨塑形与骨重建</span
|
> 均由破骨细胞和成骨细胞协同完成。在骨塑形过程中，骨吸收与骨形成在不同表面进行。在骨骼生长期，几乎所有骨面都经历着骨吸收和骨形成，以适应骨骼的生长和增粗需求。在骨骼生长结束后，骨形成与骨吸收依然持续进行，这一过程称为骨重建。在骨重建过程中，骨形成与骨吸收达到动态平衡，并呈现显著的耦联现象。然而，在30～40岁之后，骨形成的速率逐渐慢于骨吸收，最终导致骨量随年龄增长而减少，骨脆性增加。在发生年龄相关性骨丢失时，骨松质和骨密质呈现不同的变化特征。骨松质的骨丢失主要表现为骨小梁逐渐变薄、变细，甚至发生断裂，同时骨小梁的数量也会减少；而骨密质则会随着年龄增长逐渐变得多孔，并出现变薄的现象，这使得长骨骨干的管壁越来越薄，从而显著增加了骨折的风险。由于人体骨骼中有3/4是骨密质，因此骨密质的骨丢失总量远超骨松质。
|
</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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<p class="center"><span class="bold">跨学科的邂逅</span></p>
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<p class="quotation">
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在生物力学领域享有盛誉的沃尔夫定律，最初由德国外科医生沃尔夫于19世纪发现。然而，在沃尔夫之前，已有两位德国学者尝试揭示人体骨骼受力之谜：一位是生理学家迈尔（Maier），另一位是力学家库尔曼（Churman）。迈尔曾试图从解剖学和结构力学的角度探讨因鞋子挤压导致的踇趾外翻等足部变形问题。然而，由于“隔行如隔山”，迈尔对力学的理解和应用尚不成熟，因此他迫切希望找到一位力学家给予指导。直到1866年，库尔曼和迈尔共同参加了苏黎世自然科学协会组织的活动。在库尔曼的协助下，迈尔将骨小梁结构简化为一个类似于起重机的实体受力模型，并在《海绵状结构》一文中详细阐述了他的发现。当年轻的沃尔夫（Volf）看了迈尔的论文后，不禁大呼：“这真是生理学中最不同寻常的发现！”沃尔夫计划沿着迈尔的研究方向继续探索，因此前往苏黎世拜访迈尔。迈尔对这位勤奋的后辈表示高度赞赏，并将他引荐给了库尔曼。沃尔夫全面采纳了库尔曼的图解方法，并发现人和动物的骨密度与受力情况密切相关，骨骼的外形及其内部结构的变化都是在外力的作用下产生的。这些发现后来称为沃尔夫定律。尽管它不像数学和物理学中的定律那样精确，但它却是人类首次尝试将力学与生命现象联系起来的重要成果，并由此催生了一门名为生物力学的新学科。
|
</p>
|
<h2 class="secondTitle">第二节 关节的生物力学特性</h2>
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<h3 class="thirdTitle">一、骨连结</h3>
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<div class="bodyPic">
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</div>
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<p class="content">
|
骨与骨之间通过结缔组织纤维、软骨或骨组织相互连接，形成一种被为骨连结的结构。从连接形式来看，骨连结可分为直接连结和间接连结两大类。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（一）直接连结</p>
|
<p class="content">
|
直接连结可分为纤维连结、软骨连结和骨性连结三种。
|
</p>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
|
<span class="bold">1．纤维连结</span
|
> 骨与骨之间通过纤维组织相互连接，形成纤维连结。这种连结方式紧密且结构较为坚固，通常不具有活动性或仅有微小的活动性。纤维连结主要分为两种类型，即韧带连结（图3-9）和缝连结（图3-10）。
|
</p>
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<p class="imgdescript">图3-9 韧带连结</p>
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</div>
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<p class="imgdescript">图3-10 缝连结</p>
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</div>
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<p class="content">
|
（1）韧带连结：指通过富有弹性的韧带来连接两块骨，例如，椎骨棘突之间靠棘间韧带连接，椎弓之间靠黄韧带连接等。如果两骨之间的结缔组织呈现膜状结构，则称为骨间膜，如前臂骨间膜等。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（2）缝连接：相邻颅骨边缘通过一层薄薄的纤维结缔组织相互连接，这种连接方式称为缝连接，如颅骨的冠状缝和人字缝。随着年龄的增长，这些缝可能会发生骨化，最终转变为骨性连接。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．软骨连结</span
|
> 相邻的两块骨骼通过软骨组织相连接的结构称为软骨连结（图3-11）。软骨组织是结缔组织的一种，主要由大量的软骨细胞和基质构成。根据基质成分的不同，软骨可分为透明软骨、纤维软骨和弹性软骨三种类型。例如，第一肋骨与胸骨之间的连结属于透明软骨，而相邻椎骨椎体之间的椎间盘则由纤维软骨构成。由于软骨具有一定的弹性，因此能够进行轻微的活动。部分软骨连结会终身保持，而大多数软骨连结在发育过程中会逐渐骨化，最终转变为骨性连结。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．骨性连结</span
|
> 由软骨连结经骨化演变而成，完全不能活动，如五块骶椎通过骨性结合融为一块骶骨（图3-12）。
|
</p>
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</div>
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</div>
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|
>第三章 运动生物力学</span
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<p class="imgdescript">图3-11 软骨连结</p>
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<p class="imgdescript">图3-12 骨性连结</p>
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</div>
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<p class="titleQuot-1">（二）间接连结</p>
|
<p class="content">
|
间接连结，也称滑膜关节（简称关节），由两块或两块以上的骨骼构成。相对应的骨面之间存在间隙，仅通过周围的纤维结缔组织膜相互连接，因此具有较大的活动性。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">二、关节的结构</h3>
|
<p class="content">
|
关节的主要结构包括韧带、关节囊、关节周围的肌肉和肌腱、关节软骨、关节腔、滑膜液、滑膜皱襞、滑囊、半月板及软骨下骨等。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（一）关节的基本结构</p>
|
<p class="content">
|
关节的基本结构为三部分，分别是关节面、关节囊和关节腔（图3-13）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．关节面</span
|
> 相连两骨的关节面通常呈现为一凸一凹的形态，其中凸起一侧称为关节头，而凹陷一侧则称为关节窝。关节面上均覆盖有一层关节面软骨。大多数关节面软骨由透明软骨构成，少数为纤维软骨。关节面软骨表面平滑且富有光泽，其厚度在2～7mm，但随着年龄增长，老年人关节面软骨厚度会有所减少。关节面软骨的主要功能包括减轻冲击、吸收振荡、减少摩擦及保护关节面。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．关节囊</span
|
> 关节面周围的骨面上附有由结缔组织构成的关节囊。关节囊分为内、外两层，其外层为纤维层，由致密结缔组织组成，质地厚实且富有韧性，部分纤维层局部增厚形成韧带；内层为滑膜层，由薄层疏松结缔组织构成，富含血管和神经，能够分泌滑液，发挥润滑作用。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．关节腔</span
|
> 是由关节面软骨与关节囊滑膜层共同构成的密闭腔隙，内部含有少量滑液。关节腔内呈负压状态，这对维持关节的稳定性具有重要作用。
|
</p>
|
<div class="qrbodyPic">
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|
<p class="imgdescript">图3-13 关节的基本结构示意</p>
|
</div>
|
<p class="titleQuot-1">（二）关节的辅助结构</p>
|
<p class="content">
|
除上述基本结构外，某些关节为了适应特殊功能，还分化出一些特殊结构，如韧带、关节盘、关节唇以及滑膜襞等（图3-14）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．韧带</span
|
> 是连接相邻两骨之间的致密结缔组织束。根据其位置和结构特点，韧带可分为位于关节囊内的囊内韧带、位于关节囊外的囊外韧带、由关节囊纤维膜局部增厚形成的囊韧带。韧带的主要功能是对关节囊起到加固作用。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．关节盘</span
|
> 是位于两个关节面之间的纤维软骨板，呈圆盘状，中央部分较薄，而边缘略厚并附着于关节囊的内表面，将关节腔分隔成两部分。关节盘可增加运动的灵活性和多样化，也具有缓冲振荡的作用。
|
</p>
|
<div class="qrbodyPic">
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<img
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</div>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
|
</div>
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<div class="bodystyle">
|
<p class="imgdescript">图3-14 关节的辅助结构</p>
|
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．关节唇</span
|
> 是附着于关节窝边缘的纤维软骨环，其作用在于加深关节窝并扩大关节面，从而有效增强关节的稳定性。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">4．滑膜襞</span
|
> 是关节囊滑膜层向关节腔内凸出的皱褶，内含疏松结缔组织和血管。如果其中积聚脂肪，则称为滑膜脂垫。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">三、关节的分类</h3>
|
<p class="content">
|
全身关节可根据关节运动轴的数目和关节面的形状、构成关节的骨数目、关节运动的方式等分类（图3-15）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．按关节运动轴的数目和关节面的形状分类</span
|
> 可分为单轴关节、双轴关节和多轴关节三类。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（1）单轴关节：这类关节仅能围绕单一轴进行运动，主要包括滑车（屈戌）关节和圆柱（车轴）关节两种类型。
|
</p>
|
<p class="content">
|
1）滑车关节：其关节头呈滑车状，而与之相对的骨组织为关节窝。运动时围绕额状轴在矢状面上进行屈伸运动，如肱尺关节和指骨间关节均属于此类。
|
</p>
|
<p class="content">
|
2）圆柱关节：这种关节的关节头呈圆柱状，而另一骨的关节窝则呈环状。运动时只能围绕自身的垂直轴进行回旋运动，如桡尺近侧关节和远侧关节均属于此类。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（2）双轴关节：这种关节能够围绕两个相互垂直的轴进行屈伸、收展及环转运动。这类关节包括椭圆关节和鞍状关节。
|
</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript">图3-15 关节类型</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-left">038</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
|
1）椭圆关节：其关节头呈椭球体的一部分，而关节窝则呈现为椭圆形凹面。运动时可以绕额状轴在矢状面上进行屈伸运动，同时也能绕矢状轴在额状面上进行内收和外展运动，如桡腕关节。
|
</p>
|
<p class="content">
|
2）鞍状关节：两骨的关节面呈马鞍状，并呈“十”字形相互嵌合。这种关节运动时可绕额状轴和矢状轴进行屈伸运动，以及内收和外展运动，如拇指的腕掌关节。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（3）多轴关节：这种关节能够围绕三个运动轴进行运动，包括球窝关节和平面关节。
|
</p>
|
<p class="content">
|
1）球窝关节：其关节头呈球体的一部分，关节窝较浅，头部与窝部之间的连接较为松弛。运动时可以围绕三个基本轴进行屈伸、收展、回旋，以及环转运动。由于其运动幅度较大，因此是所有关节中最灵活的一种，如盂肱关节。
|
</p>
|
<p class="content">
|
2）平面关节：这种关节面的形状可以看作直径很大的球体的一部分，但两骨的关节面曲度极小，接近于平面且大小一致，关节囊紧张且坚固。此类关节的运动范围非常有限，因此也称为微动关节，如肩锁关节和骶髂关节。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．按构成关节的骨数目分类</span
|
> 分为单关节和复关节。
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</p>
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<p class="content">
|
（1）单关节：由相邻的两块骨骼构成，其中一块骨骼形成关节头，另一块骨骼形成关节窝，如盂肱关节、颞下颌关节、股胫关节等。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（2）复关节：由三块或更多骨骼构成，或者在两块骨骼之间夹有软骨盘（即关节盘），且这些骨骼被包裹在一个共同的关节囊内，每个骨骼都能独立活动，如肘关节、膝关节等。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．按关节的运动方式分类</span
|
> 可分为单动关节和联合关节。
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</p>
|
<p class="content">
|
（1）单动关节：指能够独立活动的关节。人体中大多数关节都属于此类，如盂肱关节、髋关节等。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（2）联合关节：由两个或两个以上的独立关节组成，这些关节同时活动，共同完成某一动作。尽管这些关节在结构上是分开的，但在功能上却是协同的。例如，前臂的桡尺近侧关节和桡尺远侧关节的协同运动，使得前臂能够进行旋内和旋外的运动。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">四、关节的运动</h3>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．滑动运动</span
|
> 是一个关节面上的单个点与另一个关节面上的多个点接触，即一块骨在另一块骨上平移的运动。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．角度运动</span
|
> 是相关节的两骨之间角度减小或加大的运动。根据运动轴的方位不同，关节角度运动可分为以下四种基本形式。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（1）屈伸运动：关节沿冠状轴在矢状面内运动（图3-16a）。通常情况下，向前运动称为屈曲，向后运动称为伸展。然而，膝关节和踝关节的运动方向与之相反。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（2）收展运动：关节在冠状面内沿矢状轴进行运动（图3-16b）。当活动的骨向身体正中矢状面靠近时，称为内收；反之，远离正中矢状面时，则称为外展。然而，手指向中指中轴或足趾向第二趾中轴靠拢时称为内收，远离中轴时则称为外展。
|
</p>
|
<p class="content">
|
（3）旋转运动：指的是骨骼围绕其自身长轴进行的运动（图3-16c）。当骨的前面转向内侧时，称为旋内；反之，则称为旋外。在前臂部位，使手背朝前的动作称为旋前，反之则称为旋后。在足部，使足跟朝向内侧的运动称为内翻，反之则称为外翻。
|
</p>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
|
（4）环转运动：骨的一端制动在原位，另一端进行圆周运动，整块骨的运动轨迹呈一个圆锥体（图3-16d）。环转运动实际上是屈、展、伸、收四种动作的连续组合。凡是能够进行屈、伸、收、展的关节，均可完成环转运动。
|
</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript-b">图3-16 关节的角度运动</p>
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<p class="imgdescript-l">
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a．屈伸运动；b．收展运动；c．旋转运动；d．环转运动。
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</p>
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</div>
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<h3 class="thirdTitle">五、关节的血管和神经</h3>
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<p class="content">
|
关节拥有丰富的血供。其动脉主要源自周围动脉的分支，这些分支相互吻合，围绕关节形成致密的动脉血管网。从动脉血管网发出的分支，延伸至关节囊，并与邻近的骨膜动脉相吻合。需要注意的是，关节软骨本身不含血管。此外，关节盘的动脉仅分布于其周缘部分。
|
</p>
|
<p class="content">
|
关节的神经来源于支配该关节肌肉的神经分支，这些分支称为关节支，主要分布于关节囊和韧带。同样，关节软骨没有神经分布。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">六、关节的生物力学特征及影响因素</h3>
|
<p class="content">
|
关节及其内部的滑液有助于提升关节运动的灵活性，而关节囊的纤维层及周围的肌腱、韧带等组织则增强了关节的稳定性。关节的灵活性必须以结构的稳定性为基础，而结构的稳定性又必须以关节的灵活性为前提。因此，关节的灵活性与稳定性是既对立又统一的关系。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（一）影响关节灵活性与稳定性的因素</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．构成关节的两关节面面积大小的差别</span
|
> 面积差异较大的关节，其灵活性较高，但稳定性相对较低；反之，面积差异较小的关节，其灵活性较低，但稳定性较高。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．关节囊的厚薄及松紧度</span
|
> 关节囊厚实且紧张的关节，其灵活性较低，但稳定性较高；反之，关节囊薄弱且松弛，关节灵活性较高，但稳定性较低。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．关节韧带的多少与强弱</span
|
> 韧带数量多且强韧的关节，稳定性较高，但灵活性相对较低；反之，韧带数量少且较弱的关节，稳定性较低，但灵活性较高。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">4．关节周围的肌肉状况</span
|
> 关节周围的肌肉力量较强且伸展性、弹性较差，其稳定性较高，但灵活性较低；反之，若关节周围的肌肉力量较弱且伸展性、弹性较好，则稳定性较低，但灵活性较高。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">5．关节周围的骨性凸起</span
|
> 通常会限制关节的运动，影响其活动范围。（二）运动锻炼对关节灵活性与稳定性的影响
|
</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
|
关节的活动幅度还与年龄、性别及体育锻炼等因素密切相关。经常参加体育运动的人，不仅关节灵活性提高，而且稳定性也增强。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．关节面骨密质增厚</span
|
> 系统的体育锻炼能够使骨关节面的骨密质增厚，从而提升其承受更大负荷的能力。动物实验表明，长期运动可增加关节面软骨厚度，而短时间的运动则会引起关节软骨肿胀，运动停止后肿胀会逐渐消退。这种变化在25岁以下的年轻人中更为显著。研究指出，关节软骨的增厚是由软骨基质和细胞吸收液体所致。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．关节面软骨增厚</span
|
> 软骨是一种具有黏弹性的多孔材料，其内部孔隙中充满了液体。在外力作用下，这些液体能够在软骨组织内流动或渗出，这是无血管组织获取营养的关键途径。适当的体育锻炼可以营造这种液体流动的环境，从而为软骨提供必要的养分，并维持其健康与功能。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．肌腱和韧带增粗</span
|
> 动物实验表明，体育锻炼能够促使肌腱和韧带增粗，并在骨骼附着处直径增大，胶原含量提升，单位体积内的细胞数量增加。体育活动不仅增强了关节周围肌肉的力量，还能使肌腱和韧带增粗，关节面软骨增厚，从而提升关节的稳定性。然而，关节稳定性的提高虽然增强了保护作用，但也会导致关节活动幅度的减少。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold"
|
>4．力量与柔韧性训练相结合可使关节的稳定性与灵活性提高</span
|
> 系统的柔韧性训练能够提升关节囊周围肌腱、韧带和肌肉的延展性，从而增大关节的活动范围。因此，在进行力量训练时，应结合适量的柔韧性训练，使力量与柔韧性得以同步发展。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">5．不同专项对关节的柔韧性作用不同</span
|
> 不同运动项目对各关节柔韧性的发展有着不同的促进作用。例如，游泳和体操能够有效提升肩关节、肘关节、手部关节及足部关节的柔韧性；跨栏和跳高运动则有助于增大髋关节的活动范围；而艺术体操和花样滑冰则对脊柱的柔韧性提升效果显著。
|
</p>
|
<h2 class="secondTitle">第三节 肌的生物力学特性</h2>
|
<p class="content">
|
根据结构和功能的不同，人体的肌肉可分为平滑肌、心肌和骨骼肌。平滑肌主要构成内脏和血管的管壁，其特点是收缩缓慢、持久且不易疲劳；心肌则构成心壁。这两种肌肉不受人的意志控制，因此称为不随意肌。骨骼肌共有600多块，分布在头、颈、躯干和四肢，其重量约占体重的40%。骨骼肌的收缩迅速、有力，但容易疲劳，并且能够根据人的意志进行舒缩，因此称为随意肌。在显微镜下观察，骨骼肌呈横纹状，因此也称为横纹肌。本节内容主要围绕骨骼肌展开（图3-17）。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">一、肌的构造</h3>
|
<p class="content">
|
肌主要由肌细胞组成，肌细胞之间夹杂着少量结缔组织、血管、淋巴管和神经。致密结缔组织包裹整块肌肉，形成肌外膜。肌外膜的结缔组织深入肌肉内部，分隔并包裹肌束，形成肌束膜，而包裹每条肌纤维的结缔组织则称为肌内膜。结缔组织在骨骼肌中起到支持、连接、营养供应及功能调节等重要作用。
|
</p>
|
<div class="bodyPic">
|
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</div>
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|
<p class="imgdescript-b">图3-17 骨骼肌（前面观）</p>
|
<p class="imgdescript-l">
|
注：1．帽状腱膜；2．眼轮匝肌；3．胸锁乳突肌；4．胸小肌；5．喙肱肌；6．肱肌；7．腹直肌；8．腹内斜肌；9．拇长屈肌；10．指深屈肌；11．耻骨肌；12．长收肌；13．大收肌；14．股中间肌；15．腓肠肌；16．趾长伸肌；17．伸肌上支持带；18．枕额肌额腹；19．口轮匝肌；20．三角肌；21．胸大肌；22．腹直肌鞘；23．肱二头肌；24．腹外斜肌；25．肱桡肌；26．桡侧腕屈肌；27．掌长肌腱；28．髂腰肌；29．阔筋膜张肌；30．缝匠肌；31．股直肌；32．股外侧肌；33．股内侧肌；34．髌韧带；35．腓骨长肌；36．胫骨前肌；37．伸肌下支持带。
|
</p>
|
</div>
|
<p class="content">
|
肌细胞呈长圆柱形，因此也称为肌纤维。骨骼肌纤维直径范围为10～100μm，长度在1～40mm。骨骼肌纤维属于多核细胞，一条肌纤维内可包含几十个甚至数百个细胞核，这些细胞核呈扁椭圆形，分布于肌膜下方。在肌浆中，肌原纤维沿肌纤维长轴平行排列，呈细丝状，直径为1～2μm。每条肌原纤维上都有明暗相间的横纹，这些横纹在所有肌原纤维上整齐排列在同一平面上，形成了周期性的明暗交替结构。其中，明带称为I带，暗带称为A带。在A带的中央，有一条浅色的窄带，称为H带，而H带的中央则有一条深色的M线。明带的中央也有一条深色的Z线，相邻两条Z线之间的肌原纤维部分称为肌节（图3-18）。每个肌节由1/2明（I）带+暗（A）带+1/2明（I）带构成。A带的长度恒定为1.5μm，而I带的长度则根据骨骼肌纤维的收缩和舒张状态变化，最长可达2μm。因此，肌节的总长度介于1.5～3.5μm之间，在静息状态下通常约为2μm。肌节的规律性串联排列构成了肌原纤维，它是骨骼肌纤维结构和功能的基本单位。
|
</p>
|
</div>
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</div>
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|
>第三章 运动生物力学</span
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/>
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</div>
|
</div>
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<div class="bodystyle">
|
<p class="content">
|
肌原纤维由粗肌丝和细肌丝两种结构组成，它们沿着肌原纤维的长轴有序排列。粗肌丝位于肌节的中央区域，两端呈游离状态，并通过中央的M线制动。细肌丝则分布在肌节的左右两侧，一端附着于Z线，另一端延伸至粗肌丝之间并与其平行延伸，末端保持游离状态，终止于H带的外侧。明带仅由细肌丝构成，而H带仅包含粗肌丝。在H带两侧的A带中，两种肌丝同时存在。在肌原纤维的横截面上，可以观察到每根粗肌丝的周围环绕着6根细肌丝，而每根细肌丝与三根粗肌丝相邻。细肌丝长约1μm，直径5nm，由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成（图3-19）。肌动蛋白由球形肌动蛋白单体连接成串珠状，并形成双股螺旋链，每个肌动蛋白单体都有一个可与粗肌丝的肌球蛋白头部相结合的位点，但在肌纤维处于非收缩状态时，该位点被原肌球蛋白掩盖。原肌球蛋白是由两条多肽链相互缠绕形成的双股螺旋状分子，首尾相连，嵌于肌动蛋白双股螺旋链的浅沟内。肌钙蛋白为球形，附着于原肌球蛋白分子上，可与Ca<span
|
class="super"
|
>2+</span
|
>结合。粗肌丝长约1.5μm，直径15nm，由肌球蛋白分子组成。肌球蛋白分子形如豆芽，分头和杆两部分，在头和杆的连接点与杆上有两处类似关节的结构，可以屈动。大量肌球蛋白分子平行排列，集合成束，组成一条粗肌丝。肌球蛋白分子尾端朝向M线，头部朝向Z线，并突出于粗肌丝表面，形成电镜下可见的横桥。肌球蛋白的头部具有ATP酶活性。当头部与细肌丝的肌动蛋白接触时，ATP酶被激活，分解ATP并释放能量，使横桥屈动（图3-19）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
肌原纤维周围的肌管系统与肌节序列结构密切相关（图3-20），该系统由横小管和肌浆网组成。横小管是肌膜向肌浆内凹陷形成的管状结构，其走向与肌纤维的长轴垂直，位于A带与I带的交界处。同一平面上的横小管相互连接并环绕每条肌原纤维，从而能够迅速将肌膜的兴奋传导至肌纤维内部。
|
</p>
|
<p class="content">
|
肌浆网是肌纤维中特化的滑面内质网，位于横小管之间，由两部分构成：纵行包绕每条肌原纤维的膜性管道，称为纵小管；两端扩大呈扁囊状的膜性结构，称为终池。每条横小管与两侧的终池共同构成三联体，在该部位，兴奋从肌膜传递至肌浆网膜。肌浆网膜上具有钙泵和钙通道。钙泵能够逆浓度差将肌浆中的Ca<span
|
class="super"
|
>2+</span
|
>泵入肌浆网内储存，使其内部的Ca<span class="super">2+</span
|
>浓度达到肌浆中浓度的上千倍。在肌浆网膜接收到兴奋信号后，钙通道开放，大量Ca<span
|
class="super"
|
>2+</span
|
>随即涌入肌浆。
|
</p>
|
<div class="qrbodyPic">
|
<img
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|
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|
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|
<p class="imgdescript">图3-18 肌节的结构示意</p>
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</div>
|
<div class="qrbodyPic">
|
<img
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|
<p class="imgdescript">图3-19 肌丝的结构示意</p>
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</div>
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<div class="qrbodyPic"></div>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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|
<p class="imgdescript">图3-20 肌管系统</p>
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</div>
|
<h3 class="thirdTitle">二、肌的分类</h3>
|
<p class="content">
|
肌可以根据不同的方法分成许多类型。根据颜色，肌可以分为红肌和白肌。根据收缩速度可以分为快肌和慢肌。根据组织学和组织化学上肌纤维不同的收缩特性和代谢特征，可将肌纤维分成三类：Ⅰ型，慢收缩氧化型（SO）；Ⅱ<span
|
class="sub"
|
>A</span
|
>型，快收缩氧化酵解型（FOG）；Ⅱ<span class="sub">B</span
|
>型，快收缩酵解型（FG）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
Ⅰ型肌纤维的特点在于其肌球蛋白ATP酶活性较低，收缩速度相对较慢；主要通过氧化供能的方式分解ATP以获取所需能量，因此不易产生疲劳；其纤维直径相对较小，产生的张力也相对较弱；此外，该类肌纤维肌红蛋白含量较高，因此呈现红色外观（俗称红肌）。
|
</p>
|
<p class="content">
|
根据在体外细胞培养时对不同缓冲剂的敏感性，肌纤维主要分为Ⅱ<span
|
class="sub"
|
>A</span
|
>型和Ⅱ<span class="sub">B</span
|
>型。它们的特征是肌球蛋白ATP酶活性高，收缩速度快。Ⅱ<span class="sub"
|
>A</span
|
>型（FOG）是介于Ⅰ型和ⅡB型之间的肌纤维，主要采取氧化和酵解联合供能的方式分解ATP产生所需能量，能够维持较长时间的收缩；由于收缩速度快，ATP分解的速度超过了有氧氧化和无氧酵解产生ATP的速度，因此容易疲劳；肌红蛋白含量较高，因此也属于红肌。Ⅱ<span
|
class="sub"
|
>B</span
|
>型（FG）主要依靠糖酵解产生ATP。由于收缩速度快，ATP分解的速度很快，甚至超过了无氧酵解产生ATP的能力，因此也容易疲劳；纤维直径相对较大，能够产生较大张力，但维持的时间较短；肌红蛋白含量较少，因此属于白肌。
|
</p>
|
<p class="content">
|
研究表明，支配肌肉的神经决定了肌肉的类型，因此，每个运动单位所包括的肌纤维都是同一类型。Ⅰ型肌纤维受脊髓前角小α神经元（传导速度慢）支配，Ⅱ<span
|
class="sub"
|
>A</span
|
>型和Ⅱ<span class="sub">B</span
|
>型肌纤维受脊髓前角大α神经元（传导速度快）支配。当支配肌纤维的神经发生改变时，在组织学上可以见到肌纤维发生功能适应性改变。
|
</p>
|
</div>
|
|
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<div class="page-bottom-left">044</div>
|
</div>
|
</div>
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<div class="page-header">
|
<!-- 右上页眉 -->
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<div class="page-header-right">
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<span class="header-title"
|
>第三章 运动生物力学</span
|
>
|
<img
|
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|
/>
|
</div>
|
</div>
|
<div class="bodystyle">
|
<h3 class="thirdTitle">三、骨骼肌的收缩机制</h3>
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<p class="content">
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Huxley等人发现，当肌肉发生缩短时，A带的长度保持不变，而I带和H带的宽度会变窄。在肌肉被拉长的情况下，A带的长度依然不变，但I带和H带的宽度会变宽。研究还发现，无论肌节是缩短还是被拉长，粗肌丝和细肌丝的长度均保持恒定，但两种肌丝之间的重叠程度会发生变化。根据以上发现，Huxley等人提出了骨骼肌收缩的滑行学说（sliding-filament
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theory），这也是目前公认的肌肉收缩理论。该学说认为，肌肉和肌节的主动缩短是由细肌丝和粗肌丝之间的相对滑动引起的，而并非肌丝缩短，其主要过程如下：①运动神经末梢将神经冲动传递给肌膜；②肌膜的兴奋经横小管传递给肌浆网，大量Ca<span
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class="super"
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>2+</span
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>涌入肌浆；③Ca<span class="super">2+</span
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>与肌钙蛋白结合，肌钙蛋白、原肌球蛋白发生构型或位置变化，暴露出肌动蛋白上与肌球蛋白头部的结合位点，两者迅速结合；④ATP被分解并释放能量，肌球蛋白的头、杆发生屈动，将肌动蛋白向M线牵引；⑤细肌丝在粗肌丝之间向M线滑动，I带缩短，肌节缩短，肌纤维收缩；⑥收缩结束后，肌浆内的Ca<span
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class="super"
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>2+</span
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>被泵回肌浆网，肌钙蛋白等恢复原状，肌纤维松弛。
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</p>
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<h3 class="thirdTitle">四、骨骼肌的功能与运动形式</h3>
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<p class="titleQuot-1">（一）肌的协同</p>
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<p class="content">
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肢体的复杂动作需要依赖多组肌肉的协调配合。根据肌肉在动作中所起的作用不同，可以将其分为原动肌、拮抗肌、固定肌及中和肌。这些肌肉在神经系统的调控下，共同完成精细的复杂动作和大幅度运动。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">1．原动肌</span
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> 直接执行某一动作的肌肉或肌群称为原动肌。其中，发挥主要作用的肌肉称为主动肌，而那些协助或辅助完成动作，或仅在动作的某个阶段发挥作用的肌肉则称为副动肌。通常情况下，徒手肌力评定的重点对象主要是主动肌。例如，在手持哑铃进行屈肘动作时，起到主要作用的肱二头肌和肱肌是主动肌，而肱桡肌和旋前圆肌属于副动肌。
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</p>
|
<p class="content">
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<span class="bold">2．拮抗肌</span
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> 与原动肌作用相反的肌肉或肌群称为拮抗肌。在原动肌收缩的过程中，拮抗肌能够协调地放松或进行适当的离心收缩，以维持关节的稳定性与运动的精确性，防止关节损伤。例如，在手持哑铃进行屈肘动作时，肱三头肌和肘肌就是拮抗肌。
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</p>
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<p class="content">
|
<span class="bold">3．固定肌</span
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> 为充分发挥原动肌在肢体运动中的动力作用，必须充分固定原动肌相对制动的一端所附着的骨骼或邻近骨骼，以确保主动肌的拉力方向始终朝向关节运动的方向。参与这种固定作用的肌群称为固定肌。例如，当大圆肌使上臂内收时，菱形肌就起到固定肌的作用。有时，相互拮抗的肌群可以同时作为固定肌。例如，在进行屈肘动作时，为了在肩关节处固定肱骨，避免屈肘时肩部出现不必要的屈伸，需要肩关节附近的屈肌群和伸肌群共同收缩，这两组肌群就成为屈肘动作的固定肌。
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</p>
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<p class="content">
|
<span class="bold">4．中和肌</span
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> 在原动肌执行各种动作时，需要其他肌肉协同工作，这些肌肉的作用在于抵消原动肌收缩时产生的不必要的动作，使动作更加精准和经济。这些起协同作用的肌肉称为中和肌。例如，在进行燕式练习时，肩胛提肌和菱形肌可以抵消斜方肌引起的肩胛骨上旋动作，使得斜方肌仅表现出使肩胛骨内收的作用。此时，肩胛提肌和菱形肌就成为斜方肌的中和肌。
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</p>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
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副动肌、固定肌和中和肌在肌肉活动中起到辅助作用，因此也称为协同肌。
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</p>
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<p class="titleQuot-1">（二）肌的运动</p>
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<p class="content">
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肌肉在收缩过程中作用于其依附的骨性杠杆所产生的力称为肌张力，作用于肌肉的外力称为阻力或负荷。肌肉产生张力时，能对相应的关节产生一种转动效应，即转动力矩，阻力或负荷同样也对关节产生转动效应，即阻力矩。肌肉收缩时，肌张力与阻力之间的关系（或转动力矩与阻力矩之间的关系）决定了肌的运动形式。肌的运动形式可根据肌肉收缩时是否带动关节运动分为静力性收缩和动力性收缩，即等长收缩和等张收缩。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">1．等长收缩</span
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> 指肌肉在收缩时其长度不变、张力增加的收缩形式（转动力矩=阻力矩）。由于其长度不变，不引起关节运动，因此肌肉收缩时并不做机械功，但由于张力增加，对抗阻力维持制动体位和姿势，因此消耗能量，产生热功。等长收缩是固定体位和维持姿势时肌肉的主要收缩形式，如蹲马步时股四头肌的收缩形式，站立不动时腓肠肌的收缩形式。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">2．等张收缩</span
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> 指肌肉在收缩时其张力不变、长度改变的收缩形式（转动力矩≠阻力矩）。由于其长度改变，引起关节运动，因此肌肉收缩时要做机械功，但由于其张力不变，因此运动时保持了运动的连续性和平稳性。按照肌肉收缩的方向和关节运动的方向划分，可以将等张收缩分为向心性收缩和离心性收缩。
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</p>
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<p class="content">
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（1）向心性收缩：指当肌肉收缩时，肌肉产生的张力足以克服肢体的阻力（转动力矩＞阻力矩），肌肉缩短，肌肉起止点相互靠近，引起关节运动的收缩形式。向心性收缩的主要作用是引起主动运动。例如，上楼梯伸膝时股四头肌收缩，形成伸膝和蹬地的动作。
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</p>
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<p class="content">
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（2）离心性收缩：指当肌肉收缩时，肌肉产生的张力小于外力负荷（转动力矩＜阻力矩），肌肉逐渐被动拉长，肌肉起止点相互远离，引起关节运动的收缩形式。离心性收缩的作用是促发拮抗肌收缩，使关节运动减速，稳定关节、控制肢体动作，防止关节损伤。例如，下楼梯时股四头肌做离心性收缩使膝关节屈曲减慢，从而减慢下肢的运动。肌肉的张力比身体下降时的地心引力小，但是足以控制身体缓慢下移。
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</p>
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<p class="content">
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通常等长收缩和等张收缩在人的正常活动中很少单独发生，往往是几种形式的收缩交替进行，这有助于缓解肌肉疲劳，维持更长时间的肌肉收缩。例如，步行时从全足着地期到足跟离地期踝关节肌肉先做离心性收缩，然后做向心性收缩。二者的区别见表3-1。
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</p>
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<p class="imgtitle">表3-1 等长收缩和等张收缩的区别</p>
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<div class="bodyPic">
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>第三章 运动生物力学</span
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<p class="titleQuot-1">（三）影响骨骼肌与运动的因素</p>
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<p class="content"><span class="bold">1．肌的功能状态指标</span></p>
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<p class="content">
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肌肉能够独立收缩的最小功能单位是运动单位。一个脊髓前角运动神经元及其轴突和轴突分支，以及它们所支配的肌纤维群合起来称为运动单位（图3-21）。一个运动单位所含有的肌纤维的数量多少与肌肉控制运动的精细程度有关。例如，控制精细运动的眼外肌，一个运动单位只支配10～15根肌纤维；而控制粗大运动的腓肠肌，一个运动单位可支配1934根肌纤维。一个运动单位所支配的肌纤维并不相邻，而是与其他运动单位所支配的肌纤维交错排列。一块肌收缩时，并非全部运动单位起作用，可以仅有部分运动单位发挥作用。肢体不运动时，每块肌也有少数运动单位轮流收缩，使肌处于一种轻度持续收缩状态，保持一定肌张力以维持躯体姿势。
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</p>
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<p class="content">
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肌肉良好的功能状态是运动的基础，肌的功能状态可以用肌力、快速力量、肌耐力和肌张力等指标来进行评价。
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</p>
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<p class="content">
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（1）肌力：指肌肉收缩时所产生的最大力量。影响肌力的因素主要有以下几个方面。
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</p>
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<p class="content">
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1）肌的生理横断面：指一块肌中所有肌纤维横断面积之和。肌的生理横断面越大说明肌纤维越粗，肌球蛋白含量越高，肌肉的收缩力量也就越大。有研究表明，肌肉的横断面积每增加1cm<span
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class="super"
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>2</span
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>，肌力可以提高6～12kg。
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</p>
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<p class="content">
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2）肌的初长度：指肌肉在收缩前所具有的长度，即前负荷。在生理范围内，肌力与肌的初长度关系密切。当肌肉被动牵拉至初长度的1.2倍时，肌小节功能最佳，产生的收缩力也最大。例如，在投掷铅球时，必须充分屈曲肘关节，尽可能地牵拉肱三头肌，然后利用被动拉长的肱三头肌急剧收缩时的力量将铅球推出，才能取得最佳成绩。
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</p>
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<p class="content">
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3）肌的募集：肌肉收缩时，同时被激活的运动单位的数量反映了肌的募集状态。当运动神经发放的冲动强度增大或冲动的频率增高时，被动员或激活的运动单位数量也随之增多。参与收缩的运动单位的数量越多，肌力也就越大。
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</p>
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<p class="content">
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4）肌纤维走向与肌腱长轴的关系：通常肌纤维的走向与肌腱的长轴一致，但在一些比较丰厚的肌中，部分肌纤维的走向与肌腱的长轴成角，可以募集的肌纤维越多，产生的肌力也越大。例如，腓肠肌等快肌，具有较强大的收缩力，而比目鱼肌等慢肌的肌纤维与肌腱连接很少成角，因而可募集的肌纤维相对较少，肌力相对较低，但肌收缩的时间相对持久。
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</p>
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<p class="content">
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5）肌肉的收缩方式及收缩的速度：肌肉的收缩方式不同，所产生的张力不相等。研究表明，等长收缩比向心性收缩产生的张力大，离心性收缩产生的张力甚至超过等长收缩产生的张力。这种差异在很大程度上归因于肌肉的弹性成分产生的补充张力和收缩时间的不同。收缩时间越长，募集到的运动单位越多，收缩成分形成的横桥结构越多，张力传导至串联的弹性成分（肌腱）更充分，这样产生的肌力就越大。
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</p>
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</div>
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<p class="imgdescript-b">图3-21 运动单位</p>
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<p class="imgdescript-l">
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注：1．闰绍细胞；2．α-运动神经元；3．γ-运动神经元；4．肌梭；5．骨骼肌。
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</p>
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</div>
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<p class="content">
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6）杠杆效率：肌肉收缩产生的实际力矩输出，受运动阶段杠杆效率的影响。有学者报道，髌骨切除后，股四头肌力臂缩短，使伸膝力矩减少30%。
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</p>
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<p class="content">
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7）年龄和性别：一般来说，年轻人比老年人肌力大，男性肌力比女性大，尤其以握力和垂直跳的力量最为明显。
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</p>
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<p class="content">
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8）心理因素：在暗示、大声命令及有积极的训练目的时，受检者所发挥的最大肌力比自主最大收缩力大20%～30%。
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</p>
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<p class="content">
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（2）快速力量：快速力量又称速度性力量，是指神经肌肉系统以尽可能快的速度发挥最大力量的能力，即在最短的时间内最大用力的能力。快速力量的大小取决于肌肉的收缩力量和收缩速度，是指肌肉尽可能快、尽可能高地发挥力量，快速克服外界负荷的能力，并在高速收缩的过程中表现出最大肌力。一般来说，快速力量有三种特殊形式：爆发力、反应力量及弹跳力。
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</p>
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<p class="content">
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1）爆发力：指肌肉在极短的时间内，通过迅速而强有力的收缩产生最大的加速度去克服阻力的能力。爆发力大小可以用爆发力指数来表示：爆发力指数=最大的力量/用力时间。
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</p>
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<p class="content">
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2）反应力量：是一种相对独立的力量素质，它是在快速进行的拉长缩短周期收缩形势下所产生的快速收缩力量，远远大于在单纯的向心收缩形势下的力量，这种力量也称为超等长力量。
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</p>
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<p class="content">
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3）弹跳力：就其属性来说，和爆发力属于同一性质，即单位时间内的最大力值变化，其大小用速度力量指数来表示：速度力量指数=最大力值变化/用力时间。
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</p>
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<p class="content">
|
快速力量是速度和力量相结合的一种特殊的力量素质，具有力量与速度的综合特征。在完成技术动作时，运动员所用的力量越大，速度越快，则表现出的快速力量就越大。快速力量在许多运动项目（如举重、田径等）中是决定运动成绩的重要指标。
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</p>
|
<p class="content">
|
（3）肌耐力：指肌在一定负荷条件下保持收缩或持续重复收缩的能力，反映肌持续工作的能力，它能体现肌对抗疲劳的水平。肌耐力的水平不仅取决于人的发育成熟程度，而且和负荷要求有关。合乎规律的耐力性负荷训练可使肌肉、器官、心肺、血液、免疫系统及物质代谢调节出现适应现象。
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</p>
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<p class="content">
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提高肌耐力素质的基本途径有两个：一个是增强肌肉力量，另一个是提高心肺的功能，可安排较长时间地走、跑、跳绳、爬山、游泳、滑冰和各种球类运动等室外活动。同时应注意量力而行，循序渐进，避免过度疲劳。
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</p>
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<p class="content">
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（4）肌张力：指肌肉的紧张度，是维持身体姿势和正常运动的基础，表现形式多样。人在静卧休息时，身体各部肌肉所保持的紧张度称为静止性肌张力。躯体站立时，虽不见肌肉显著收缩，但躯体前后肌肉亦保持一定的紧张度，以维持站立姿势和身体稳定，称为姿势性肌张力。肌肉在运动过程中保持的紧张度，称为运动性肌张力，是保证肌肉运动连续、平滑（无颤抖、抽搐、痉挛）的重要因素。
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</p>
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<p class="content">
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肌张力的产生与脊髓的牵张反射密切相关，并受到中枢神经系统的调控。牵张反射是指当肌肉在外力作用或自身其他肌肉收缩的影响下被牵拉时，其感受器受到刺激，从而引发同一肌肉产生收缩的一类反射。牵张反射主要分为两种类型：腱反射和肌紧张。腱反射是一种单突触反射，感受器为肌梭内的初级感受末梢；而肌紧张是一种多突触反射，感受器包括肌梭内的初级感受末梢和次级感受末梢。
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</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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<p class="content">
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肌紧张是肌肉被缓慢牵拉导致梭内、外肌被拉长，引起肌梭兴奋，通过Ia-纤维、Ⅱ-纤维将信息传入脊髓，使脊髓前角小α运动神经元兴奋，通过α纤维和γ纤维引起梭外、内肌收缩（图3-22）。其中α运动神经元兴奋使梭外肌收缩以对抗牵张，γ运动神经元兴奋引起梭内肌收缩以维持肌梭兴奋的传入，保证肌紧张的强度，维持身体姿势。
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</p>
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<p class="content">
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腱反射是当肌肉受到快速牵拉时发生的牵张反射，如膝跳反射。当肌肉被快速牵拉时，主要引起肌梭内的初级感受末梢兴奋，其冲动通过Ia类传入纤维进入脊髓，兴奋脊髓前角大α运动神经元，引起梭外肌中快肌纤维的快速收缩来完成动作（图3-23）。
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</p>
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<p class="content">
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当肌肉受到的牵拉异常增高时，引起高尔基腱器的兴奋，通过Ib-纤维（图3-22）将信息传入脊髓，抑制脊髓前角α运动神经元的兴奋性，使梭外肌收缩减弱，防止肌肉、肌腱损伤，这称为反牵张反射。
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</p>
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<p class="content">
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脊髓前角中的α运动神经元和γ运动神经元不仅接收来自脊髓后角的传入冲动，还受到锥体系和锥体外系的调控。当锥体系受损或锥体外系发生病变时，会导致肌张力显著增高。锥体系病变的特征是痉挛性肌张力增高，其增高的表现具有选择性：上肢以内收肌、屈肌和旋前肌为主，而下肢则以伸肌肌张力增高更为明显。具体表现为上肢屈肌和下肢伸肌的肌张力增高明显。在被动活动患者关节时，开始时阻力较大，随后阻力减小，这种现象称为折刀样肌张力增高。需要注意的是，痉挛性肌张力增高与痉挛不同，后者指一种不自主的肌肉收缩。
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</p>
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<p class="content">
|
锥体外系病变的特征是强直性肌张力增高，特点是肌张力的大小与肌肉当时的长度（即收缩形态）无关，在伸肌和屈肌之间也没有区别。无论动作的速度、幅度或方向如何，都会遇到均等的阻力。这种肌张力增高称为铅管样强直（不伴有震颤）。如果因伴发震颤而产生交替性的松紧变化，则称为齿轮样强直（伴有震颤）。
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</p>
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<p class="content">
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肌张力低于正常水平称为肌张力减退，临床表现因受损部位的不同而有所差异。当脊髓前角受损时，会出现节段性分布的肌无力与肌肉萎缩，但无感觉障碍，同时伴有肌纤维震颤。周围神经受损时，则表现为肌无力、肌肉萎缩及感觉障碍，腱反射通常减退或消失。在某些肌肉和神经接头发生病变时，会出现肌张力减退和肌无力，伴有或不伴有肌肉萎缩，但不会出现肌纤维震颤和感觉障碍。若脊髓后索或周围神经的本体感觉纤维受损，常会伴随感觉丧失和深反射消失，步行时呈现感觉性共济失调步态。小脑系统受损时，会出现运动性共济失调，步行时步态蹒跚。而新纹状体发生病变时，则会伴随舞蹈样动作。
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</p>
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<p class="imgdescript">图3-22 肌紧张示意</p>
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<p class="imgdescript">图3-23 腱反射示意</p>
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</div>
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<p class="content">
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<span class="bold">2．多关节肌肉</span
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> 肌肉跨越关节，其收缩能够引发关节的运动。根据跨越关节的数量进行分类，仅跨越单个关节并引起单一关节运动的肌肉称为单关节肌，如喙肱肌和肘肌；而跨越多个关节并能引起多个关节运动的肌肉则称为多关节肌，如肱二头肌和股直肌。由于多关节肌跨越的关节较多，其肌肉相对较长，在工作时会出现多关节肌功能性“主动不足”和“被动不足”的现象。
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</p>
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<p class="content">
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（1）多关节肌的功能性“主动不足”：是指当多关节肌作为原动肌工作时，其肌力在充分作用于一个关节后，无法再充分作用于其他关节的现象。例如，后伸髋关节需要臀大肌和腘绳肌的收缩，而屈曲膝关节同样需要腘绳肌的参与。当人体处于直立姿势时，如果大腿在髋关节处于后伸位，再尝试在膝关节处屈曲小腿，就会感到动作困难且力量不足。
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</p>
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<p class="content">
|
（2）多关节肌的功能性“被动不足”：是指当多关节肌在一个关节处被拉长后，其在其他关节处就无法被充分拉长的现象。以股后肌群为例，当仰卧时膝关节处于屈曲状态，髋关节的屈曲角度可达120°；而当膝关节伸直时，髋关节的屈曲幅度则明显减小，这就是股后肌群“被动不足”的典型表现。
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</p>
|
<h3 class="thirdTitle">五、骨骼肌的功能适应性改变</h3>
|
<p class="content">
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肌肉是人体的重要器官，具备生物组织的所有基本特征。当外界环境发生变化时，肌肉能够通过形态和功能的调整来适应这些变化，这一特性称为肌肉的功能适应性。肌肉的功能适应性改变主要体现在以下两个方面。
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</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="titleQuot-1">（一）运动训练所引起的肌的功能适应性改变</p>
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<p class="content">
|
运动训练能够促使肌肉产生适应性变化，从而增强肌力。以下是运动训练引起的常见肌肉适应性变化：肌纤维增粗；肌肉中的收缩蛋白、肌红蛋白及酶蛋白含量增加；肌肉内的ATP、热能含量，以及糖原储备提升；肌肉毛细血管密度提高，结缔组织含量增多等。这些变化最终使肌肉的体积增大，结构更加优化，肌力得到显著增强。
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</p>
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<p class="content">
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在运动训练期间及训练结束后，肌肉会经历疲劳与恢复的过程。当肌肉处于疲劳状态时，其收缩力量、速度和耐力均显著下降，肌肉内的能源物质也会被消耗。通过适当的休息，消耗的能源物质得以补充，生理功能逐渐恢复正常。在恢复到训练前的水平后，会进入一个超量恢复阶段，即肌肉的各项生理指标继续上升，并超过训练前的水平；随后，这些指标会逐渐回落至训练前的水平，这就是肌肉的超量恢复原理（图3-24）。如果下一次力量训练在前一次训练后的超量恢复阶段内进行，那么训练将以超量恢复阶段的生理生化水平为新的起点，再次引发超量恢复（图3-25a）。通过这种循环训练，超量恢复的效果得以叠加和巩固，从而促进肌肉形态和功能的进一步发展。相反，如果下一次训练在前一次训练后的超量恢复阶段之外进行，那么前一次训练的效果将无法保留，第二次训练的起点将与第一次相同，即从尚未训练时的水平开始（图3-25b）。在这种情况下，训练效果不会积累，肌肉的形态和功能也不会有显著的变化。因此，超量恢复是力量训练的生理学基础。
|
</p>
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<p class="content">
|
超量恢复的生理机制十分复杂，在生理学上主要是因刺激与反应的关系而产生的。在一定的生理范围内，运动强度（刺激）越大，造成能量缺失越多，而引起相应的反射性能量补充也越多，身体其他器官的功能状态亦是如此。超量恢复规律的客观存在，已经成为人们进行运动训练和提高身体素质的重要依据。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript-l">图3-24 肌的超量恢复原理示意</p>
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<p class="imgdescript-l-b">图3-25 肌的超量恢复积累和丧失示意</p>
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<p class="imgdescript-l">
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a．肌的超量恢复积累过程；b．肌的超量恢复丧失过程。
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</p>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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<p class="titleQuot-1">（二）神经损伤所引起的肌的功能适应性改变</p>
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<p class="content">
|
多种形式的超负荷训练能够引发运动单位中所有成分的适应性反应，这不仅包括肌纤维本身，还涉及神经肌肉接头，以及支配运动单位的α运动神经元。骨骼肌的这种适应性同样存在于平滑肌和心肌中。通过采用不同的刺激手段，如交叉神经移植术、电刺激、高重力环境、甲状腺毒症、代偿性肥大和运动等方法，研究骨骼肌的适应性反应，均揭示了其功能适应性特征。
|
</p>
|
<p class="content">
|
在极限训练状态下，肌纤维的类型可以发生转变。研究表明，通过将主要支配Ⅰ型肌纤维的神经末梢与支配Ⅱ型肌纤维的神经末梢进行转接互换，可以改变被转接神经所支配的肌纤维的类型。转接神经后，肌肉的神经支配发生变化，导致肌纤维类型发生广泛但不完全的转变，进而表现出被转接神经支配的原本肌纤维的特征。即使没有神经的互换，仅改变对肌肉刺激的频率，也能使肌纤维类型的特征发生变化。例如，使用通常作用于Ⅰ型肌纤维的低频率刺激来刺激Ⅱ型肌纤维，可以促使Ⅱ型肌纤维转变为Ⅰ型肌纤维。显然，神经、肌肉及中枢神经系统对其控制的形式之间存在着复杂的相互作用，正是在这种机制下，Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维得以相互转变。
|
</p>
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<p class="content">
|
通常认为，人体肌纤维类型的比例主要由遗传因素决定，后天难以改变。然而，研究表明，在Ⅱ型肌纤维中，Ⅱ<span
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class="sub"
|
>A</span
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>型和Ⅱ<span class="sub">B</span
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>型肌纤维之间可以相互转化。例如，耐力性训练在减少Ⅱ<span class="sub"
|
>B</span
|
>型肌纤维的同时，可以增加Ⅱ<span class="sub">A</span
|
>型肌纤维的比例；而单纯进行力量训练，不增加耐力性训练，则可相应增加Ⅱ<span
|
class="sub"
|
>B</span
|
>型肌纤维的比例。不过，Ⅱ<span class="sub">A</span>型和Ⅱ<span
|
class="sub"
|
>B</span
|
>型肌纤维之间的差异要比Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维之间的差异小得多。
|
</p>
|
<p class="content">
|
正常肌肉由Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维交错排列构成，同一运动单位内的肌纤维类型保持一致（图3-26a、b）。当肌肉发生失神经支配时，会经历肌纤维萎缩（图3-26c）及随后的神经再支配过程。在神经再支配过程中，肌纤维类型可能会发生转变，而与失神经支配肌纤维相邻的正常肌纤维则会出现代偿性肥大现象（图3-26d）。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript-l-b">
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图3-26 神经损伤所引起的肌的功能适应性改变示意
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</p>
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<p class="imgdescript-l">
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a．快肌纤维运动单位示意；b．慢肌纤维运动单位示意；c．失神经支配时，肌纤维萎缩；d．与失神经支配肌纤维相邻的正常肌纤维则会出现代偿性肥大现象。
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</p>
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</div>
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<div class="bodyPic">
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</div>
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<p class="center"><span class="bold">“用进废退”的骨骼肌</span></p>
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<p class="quotation">
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失用性肌萎缩是指因活动减少和肌肉负荷急剧下降而导致的骨骼肌质量下降。所谓“失用”只是用于形容一种使用状态，而实际上有很多原因可以导致肌肉失用，包括但不限于久坐不动、缺乏锻炼、因病长期卧床且肢体活动减少、神经损伤后运动障碍、外伤后长期制动制动、个人主观上不愿意活动等。事实上，高龄老年人、重症患者、肿瘤恶病质患者常常具备上述特征，因此必须重点关注他们的骨骼肌健康。骨骼肌在运动、呼吸、血糖调节、能量代谢等方面都有重要作用，因此肌肉萎缩无疑会对身体健康带来许多负面影响。因此，采取有效措施来预防及改善失用性肌萎缩是非常有必要的。首先，应该动起来！有些人因为各种原因（如外伤、虚弱、惧怕跌倒等）而无法有效进行运动锻炼，对于他们而言，神经肌肉电刺激可以作为一种替代治疗手段。运动锻炼之余，还要吃得好！营养干预也是可以预防及改善肌萎缩的一种方法，适量蛋白质的摄入有利于肌肉蛋白质的合成，增加肌肉质量。
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</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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<h2 class="secondTitle">第四节 关节软骨的生物力学特性</h2>
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</div>
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<p class="content">
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关节软骨是一种具有弹性的负重组织，覆盖于活动关节的表面。它能够有效减少关节面在滑动过程中的摩擦，具备润滑和耐磨的特性。此外，关节软骨还具有吸收机械冲击和将负荷传导至软骨下骨的功能。
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</p>
|
<h3 class="thirdTitle">一、关节软骨的成分</h3>
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<p class="content">
|
关节软骨主要由大量的细胞外基质和少量高度特化的细胞（软骨细胞）构成。其基质的主要成分包括水、胶原和蛋白多糖，此外还含有少量的糖蛋白及其他蛋白质。这些成分共同赋予了关节软骨独特且复杂的力学特性。
|
</p>
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<p class="titleQuot-1">（一）软骨基质</p>
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<p class="content">
|
软骨基质主要由水、胶原和蛋白多糖等构成（图3-27）。
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</p>
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<p class="content">
|
<span class="bold">1．水</span
|
> 是正常关节软骨中含量最多的成分，但其含量在软骨的不同部位有所差异。软骨表层的含水量高达80%，而深层的含水量则降至65%。当固体基质受到挤压或存在压力梯度时，如在站立时，胫骨平台上方关节软骨及半月板承受压力，水分能够在基质中流动。固体基质渗透性非常低，流经基质分子孔隙的摩擦力很高，在高摩擦力的渗透过程中，关节腔隙中的液体承担了大量的负荷，并起到关节面润滑、吸收机械振荡、传导负荷至软骨下骨的作用，由此起到了对软骨下骨的保护作用，另外，通过组织和关节表面的水分流动，可以促进营养物质输送，润滑关节。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript">图3-27 软骨基质构成示意</p>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
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<span class="bold">2．胶原</span
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> 是构成基质结构的主要大分子物质。它在关节软骨组织中呈非均匀分布，形成了软骨组织的层次结构。浅表层占据组织总厚度的10%～20%，由纤细且致密的胶原纤维薄层交织而成，形成与关节表面平行的纤维层。中间层则占据组织厚度的40%～60%，其中胶原纤维较为粗大，并以不规则的方式散布在组织中。深层胶原纤维聚焦在一起形成较粗的纤维束呈放射状排列，垂直于表面。这些纤维束穿过潮线到达钙化层，纤维排列的各向异性反映了胶原成分的非均匀层次变化，这种层次变化使得压力可以更均匀地分配在关节承载表面，起到了重要的生物力学作用。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">3．蛋白多糖</span
|
> 是由核心蛋白与糖胺聚糖通过共价键结合而成的。在关节软骨中，80%～90%的蛋白多糖会聚合成大型复合物，这种复合物称为可聚蛋白多糖。可聚蛋白多糖能够防止蛋白多糖在纤细的胶原网络中发生位移，从而增强细胞外基质的结构稳定性和硬度。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（二）软骨细胞</p>
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<p class="content">
|
关节软骨的形成与维持依赖于软骨细胞。软骨细胞分层排列，尽管分布稀疏，但软骨细胞负责制造、分泌、组织和维护细胞外基质的有机成分。
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</p>
|
<p class="content">
|
关节软骨结构的变化会影响关节的承载能力和力的传递方式，而改变关节的润滑度则可以调节关节软骨的生理状态。通过扫描电镜观察可以发现，正常关节软骨的表面呈现一种致密的带微孔的编织组织结构，而发生变性的软骨表面则常常出现撕裂和剥脱现象。关节软骨表面具有明显的不规则特性，这种特性有助于润滑，但同时也可能增加关节软骨的摩擦和变形风险。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">二、软骨的生物力学特性</h3>
|
<p class="content">
|
关节软骨需要承载人一生中数十年的静态或动态高负荷，其结构中的水、胶原、蛋白多糖及其他成分共同构成了一种强韧、耐疲劳且具有黏弹性的材料，以承受关节活动时产生的压力和张力。就材料性质而言，关节软骨由固体基质与液体基质共同组成。固体基质被描述成一种多孔的、可渗透的、非常柔软的组织；水分及可溶性离子组成液体基质，并可由压力梯度或基质的挤压在多孔、具有渗透性的固体基质中流动。因此，将关节软骨看作一种由液相与固相组成的材料，才能充分理解其生物力学特性。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（一）渗透性</p>
|
<p class="content">
|
正常软骨中，水分占总重量的65%～80%，并能在多孔且具有渗透性的固体基质中因压力梯度或基质挤压而流动。当存在压力差时，固体基质会受到压缩，导致组织间压力升高，从而促使水分从基质中流出。流速则由液体流动时产生的黏滞力决定。液相和固相所承受的压力取决于组织的体积比、负重率及负重形式，而每相的承载能力则由组织中每一点的摩擦力与弹力之间的平衡决定。当水分在坚硬且渗透性高的固体基质中流动时，例如，在沙子中，产生的摩擦力或液压力较小；相反，当液体在渗透性低且柔软的固体基质中流动时，例如，在泥土地中，产生的摩擦力较大，此时液压成为承载的主要形式，从而使固体上的压力降至最低。在正常软骨中，这种效应起到了保护固体基质的作用。关节软骨的渗透性与水分含量呈正相关，而与蛋白多糖的含量呈负相关。
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</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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<div class="bodystyle">
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<p class="titleQuot-1">（二）黏弹性</p>
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<p class="content">
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关节软骨具有黏弹性，当因持续均衡负重而变形时，表现出时间依赖性，即压力不变，随着时间的延长，变形增加，称为材料的蠕变特性。应力松弛则指材料在恒定的变形下，所需维持变形的力随时间减小，直至平衡。组织间隙中的液体压力产生于软骨承重、持续负重时，随着蠕变的持续，承重相逐渐由液相转变为固相。对于正常软骨，典型的平衡过程需要3.5～6.0小时。当到达平衡点时，液体压力消失，所有的负荷均由被挤压的胶原-蛋白多糖固体基质承担。正常关节软骨固体基质的压缩弹性模量为0.4～0.5MPa。由于达到平衡所需要的时间很长，在生理状态下，关节软骨几乎总是处在动态负荷中，即使在睡眠中，关节也在活动，没有平衡态的出现。所以，液体压力总是存在。
|
</p>
|
<p class="content">
|
出现骨关节炎时软骨的早期变化是水分的增加与蛋白多糖的减少，这种变化增加了组织的渗透性，降低了软骨中液压的承载能力。同时，胶原-蛋白多糖固体基质负荷增加，降低了软骨的寿命。
|
</p>
|
<p class="titleQuot-1">（三）润滑性</p>
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<p class="content">
|
生理情况下，滑膜关节的关节软骨能承受很大范围的负荷，而只有最小程度的磨损，这表明关节软骨表面具有十分复杂的润滑机制。从工程角度来看，有两种润滑类型，一种是液膜润滑，另一种为边界润滑。
|
</p>
|
<p class="content">
|
液膜润滑的润滑剂是关节液，边界润滑包含一层吸附在两个相向关节面上的润滑剂分子，当两个关节面的粗糙部开始接触或当液膜被大负荷挤出关节间隙时，边界润滑开始起作用。软骨内间隙液增压形成了混合润滑模式，这些间隙液承受了大部分的负荷，同时相互接触的胶原-蛋白多糖固体基质之间的边界润滑承担了剩余的负荷（图3-28）。混合润滑降低了关节的摩擦及磨损。在病理状态下，关节内的润滑机制将受到病变润滑特性和软骨特性改变的影响。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<p class="imgdescript">图3-28 关节软骨润滑机制</p>
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</div>
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<p class="titleQuot-1">（四）剪切性</p>
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<p class="content">
|
关节软骨中层随机分布的胶原结构决定了其具有明显的剪切性。由于随机分布，胶原纤维的牵张与相嵌其间的蛋白多糖分子的剪切力使得软骨具有剪切应力-应变反应。在关节活动中，关节软骨的受力是十分复杂的，例如，对一软骨块加压，其不仅在加压方向上受挤压，而且会横向扩展，这就是所谓的泊松比（Possion）效应，此时软骨与硬的骨性表面上就会产生剪切应力，压力过大，会导致软骨从骨上剥脱。当受到压缩时，任何Possion比大于0的材料都会发生横向伸展，说明材料产生了应力-应变。在关节软骨中，当应力-应变足够大时，会导致关节面胶原纤维与网状结构的损害。
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</p>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="titleQuot-1">（五）拉伸性</p>
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<p class="content">
|
当材料受到拉伸或压缩时，其容积总在变化。在拉伸实验中，无论是流体依赖性还是非流体依赖性的黏弹性机制，均在软骨对张力的反应中起作用。在应力-应变曲线中，恒定的线性部分称为拉伸弹性模量，代表在拉伸过程中胶原网状结构的刚性，关节软骨的拉伸弹性模量为5～50MPa。由于关节软骨的表层胶原纤维含量较高，排列较一致，比中间层和深层的硬度大，所以当关节退变时，拉伸刚性降低。
|
</p>
|
<p class="content">
|
关节结构的破坏，如半月板和韧带的撕裂，都将改变关节面应力的大小，与关节不稳和软骨的生化改变密切相关。在动物实验中，切断实验动物前交叉韧带或切除半月板后，关节软骨表现出纤维化、蛋白多糖的聚焦数量下降、水合增加、关节囊增厚、骨赘形成。在组织学与生化成分改变的同时，力学特性也发生改变。如切除前交叉韧带后，拉伸与剪切弹性模量渐进性降低；关节不稳时，压缩弹性模量降低，液压渗透性增加，导致基质变形增加，生理负荷时液体流量增加，负重时液压减小，应力遮挡效应减弱。
|
</p>
|
<p class="content">
|
例如，髌骨的主要生物力学功能在于增加股四头肌的力臂。随着膝关节屈曲度数增加，髌股关节间的应力也加大，与此同时，髌股关节间的接触面积也增大，增大的接触应力分布于较大的接触面积。如果膝关节由屈曲位对抗应力伸直，则与上述情况相反，髌股关节间应力增大而接触面积变少，使关节软骨的单位面积上承受作用力更大。因此，髌股关节有疾病的患者从屈曲位对抗作用力伸直膝关节可引起髌股关节疼痛症状，做极度膝关节屈曲动作对髌股关节同样有害。膝关节完全伸直时髌股关节已脱离相互接触状态，因此，直腿抬高动作可消除髌骨关节内的应力，既不会加剧疼痛症状，又能通过股四头肌等长收缩达到康复训练的效果。
|
</p>
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<div class="bodyPic">
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<img
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</div>
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<p class="center"><span class="bold">“恢复不良”的软骨</span></p>
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<p class="quotation">
|
软骨再生能力差，很多软骨损伤无法自愈。这是因为关节软骨内无血管和神经支配，其营养来源于关节滑液，这种营养供给渠道一旦遭到破坏，即可导致关节软骨退变与损伤。软骨损伤通常是意外造成的，基本无法预防，但可通过一些措施来降低软骨受伤的风险。具体如下。
|
</p>
|
<p class="quotation">
|
1．定期进行体育锻炼，以维持关节周围肌肉的肌力。
|
</p>
|
<p class="quotation">
|
2．在参与体育活动前应进行充分的热身准备，活动结束后进行适当的拉伸。
|
</p>
|
<p class="quotation">
|
3．在两次体育活动之间应保证充足的休息时间，过度疲劳会提高受伤的可能性。
|
</p>
|
<p class="quotation">
|
4．确保在运动过程中穿着适宜、合脚的运动鞋，鞋底应具备足够的缓冲性能。
|
</p>
|
<p class="quotation">5．维持身体及四肢的灵活性。</p>
|
<p class="quotation">
|
6．避免突然提升运动强度和难度，应遵循循序渐进的原则，避免过度强迫自身。
|
</p>
|
<p class="quotation">7．尽可能避免在受伤状态下进行体育活动。</p>
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</div>
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</div>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<h2 class="secondTitle">第五节 胶原组织的生物力学特性</h2>
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<div class="bodyPic">
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<img
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</div>
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<p class="content">
|
胶原组织与骨骼系统周围的肌腱、韧带、关节囊及皮肤等结构存在一个共同的特点，就是无法自主产生运动，即都属于被动结构。其中，韧带和关节囊的主要作用是连接骨骼，增强关节的稳定性，引导关节进行正常运动，并防止关节过度屈伸。肌腱则负责连接肌肉与骨骼，将肌肉的收缩力传递至骨骼上，从而辅助关节运动或维持身体的姿势。此外，肌腱还确保肌肉在其两端附着点之间保持最佳的收缩长度，防止过度伸展。由于肌腱和韧带是人体中最为关键的两种胶原组织，因此本节将重点探讨它们的生物力学特性。
|
</p>
|
<h3 class="thirdTitle">一、肌腱生物力学特性</h3>
|
<p class="titleQuot-1">（一）肌腱、韧带的组成与结构</p>
|
<p class="content">
|
肌腱和韧带是一种结构比较复杂的组织，从组织学上来分析，它们主要由细胞、胶原及基质组成。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．细胞</span
|
> 肌腱和韧带中的主要细胞类型是成纤维细胞，它们分布于平行排列的胶原纤维之间。成纤维细胞的主要功能是合成并分泌胶原前体，前体随后由细胞内分泌至细胞外，最终形成胶原。在电子显微镜下观察，成纤维细胞的细胞质呈现深染状态，细胞内包含一个与单一圆形细胞核相连的中心体。纵向排列的细胞之间界限分明，但由于细胞质突起延伸至胶原纤维之间，细胞的侧壁并不十分清晰。在光学显微镜下观察肌腱的纵切面，可以发现成纤维细胞呈杆状或梭形，并纵向排列。而在横切面下观察，成纤维细胞呈现深染的星形，夹杂于胶原纤维束之间。
|
</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．胶原</span
|
> 肌腱和韧带与骨骼类似，主要由Ⅰ型胶原蛋白构成。这种胶原蛋白分子由三条多肽链（α链）组成，每条链呈现左旋螺旋结构，由大约100个氨基酸构成，相对分子质量约为340
|
000。其中，两条α链（α-1链）的结构完全相同，而第三条α链（α-2链）的结构略有差异。这三条α链相互缠绕，形成一个右旋三螺旋结构，使胶原蛋白分子呈现绳索般的形态。整个分子的长度约为280nm，直径约为1.5nm。
|
</p>
|
<p class="content">
|
此外，滑膜囊有的与关节腔相连通，有的则独立存在。当膝关节进行屈伸运动时，滑液会在关节腔内的不同凹室之间流动，润滑关节表面。因此，当受伤或其他因素导致关节腔内积液过多时，采取半屈膝姿势可以有效降低关节腔内的压力，有助于减轻疼痛。
|
</p>
|
<p class="content">
|
大约2/3的胶原分子由甘氨酸（33%）、脯氨酸（15%）和羟脯氨酸（15%）这三种氨基酸构成。在每条α链中，甘氨酸每隔三个氨基酸出现一次，这种规律的重复序列是形成三螺旋结构的关键。甘氨酸因其体积小，能够使三螺旋结构更加紧密地结合，同时它还促进三螺旋之间形成氢键，增强结构的稳定性。此外，脯氨酸和羟脯氨酸在α链中通过建立氢键或氢键水桥来进一步稳定结构。在α链内部及链与链之间，还存在其他交联作用，这些交联对提高整个胶原分子的稳定性也起到了重要作用。
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</p>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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<p class="content">
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每条胶原纤维由多个胶原分子以独特的四股螺旋重叠方式排列而成。这种排列方式使每个分子都能与其他分子产生重叠，是电子显微镜下胶原纤维呈现周期性横纹的原因。四股螺旋重叠结构不仅增强了胶原的稳定性，还使酸性和碱性氨基酸得以均衡分布，从而维持整个结构处于低生物能的最佳状态。此外，该结构使带相反电荷的氨基酸相互对应，因此需要大量能量才能将聚合的分子分离。最终，每5个胶原分子结合成一条微纤维，进而形成次级纤维和原纤维（图3-29）。这些原纤维通过聚合作用，形成了能够在普通光学显微镜下观察到的胶原纤维。胶原纤维的直径为1～20μm不等，它们没有分支，而整条纤维的长度可能有数厘米，有典型64nm的重复横行间带。很多条纤维聚合在一起便组成一个纤维束，长而窄的成纤维细胞便分布在纤维束之间，沿肌腱和韧带的长轴排列（图3-30）。
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</p>
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<p class="content">
|
肌腱的胶原纤维排列与韧带有所不同。由于肌腱主要承受单一方向的张力，其胶原纤维通常呈规律性地与肌腱主轴平行排列。尽管大多数韧带也主要承受单一方向的张力，但它们同时会受到其他方向力的影响，因此其胶原纤维的排列各异，有时纤维之间会呈现网状交叉结构。这种排列方式会因不同韧带的功能而有所变化。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">3．基质</span
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> 肌腱和韧带的基质主要由蛋白聚糖构成，其含量占肌腱干重的1%～5%。蛋白聚糖具有极强的亲水性，能够与水分子紧密结合，并在胶原纤维的相互作用中发挥关键作用。核心蛋白聚糖是一种分布广泛的小分子蛋白聚糖，在调节体内胶原纤维形成过程中起着至关重要的作用。研究表明，缺乏核心蛋白聚糖的肌腱，其外侧胶原纤维会无序融合，导致肌腱的拉伸强度下降；而结合了核心蛋白聚糖的肌腱，能增加无交联纤维的极限拉伸强度。据推测，核心蛋白聚糖能够在纤维发生形变时阻止其滑移，从而提高胶原纤维的拉伸强度。
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</p>
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<p class="content">
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不同蛋白聚糖的分布变化与体内的力学环境密切相关。对年龄在1.5个月至2岁的小儿的胫后肌腱进行研究后发现，核心蛋白聚糖是肌腱近端区（承受张力区）的主要蛋白聚糖。相反，另两种小分子蛋白聚糖（饰胶蛋白聚糖和双糖链蛋白聚糖）及大分子蛋白聚糖则分布在经过内踝受压处的肌腱中。在人的髌腱中也发现了类似的蛋白聚糖分布模式，即高张力组织内蛋白聚糖的分布趋势在青春期后保持不变。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">4．血液供应</span
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> 肌腱和韧带由于血管分布稀少，其代谢能力及受伤后的愈合速度受到显著影响。肌腱的血液供应主要来源于其连接的肌束膜、骨膜，以及周围的腱旁组织和腱系膜。被腱旁组织包裹的肌腱称为含血管腱，而被腱鞘包裹的肌腱则称为无血管腱。在含血管腱中，血管通过周边多个途径进入肌腱内部，并与纵向毛细血管网络相连通。
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</p>
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<p class="content">
|
无血管肌腱的血液供应方式有所不同，其系膜退化为纽带状。这种肌腱的缺血部分可通过两种途径获取养分：一是从血液中直接吸收养分；二是在缺乏血液循环的区域，养分通过关节液渗透至肌腱。这一养分渗透的概念在临床上具有重要意义，即肌腱的修复可以在无粘连的情况下（即在有血液供应的条件下）进行。
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</p>
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<p class="content">
|
相比之下，韧带的血液供应虽然少于周围组织，但形态学研究表明，韧带内部存在多源且分布相对均匀的血液供应。这些血液主要来源于韧带与骨骼的连接点。尽管韧带的供血系统血流量有限，但这些血液对于维持韧带的功能，特别是对受损韧带的修复，起着至关重要的作用。在缺乏血液供应的情况下，韧带在疲劳过程中会不断积累微创伤，最终可能导致韧带断裂。
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</p>
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<p class="imgdescript">图3-29 肌纤维结构示意</p>
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<p class="imgdescript">图3-30 肌纤维走行示意</p>
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>第三章 运动生物力学</span
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<p class="titleQuot-1">（二）肌腱的生物力学性质</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">1．拉伸性质</span
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> 研究肌腱机械特性的方法是对这些组织进行匀速拉伸测试。在断裂发生前，组织会被逐渐拉长，其所受的张力与伸长量可以通过负荷-延伸曲线（图3-31）来呈现。在负荷-延伸曲线上，可以划分出四个不同的区域：第一区域为足趾区，此时波形纤维被逐渐拉直；第二区域为线性区，在此阶段纤维组织的硬度迅速增加并开始发生变形，呈现线性变化；第三区域中，胶原纤维逐渐开始出现衰竭现象；第四区域则是组织完全衰竭的阶段，其抵抗负荷的能力完全丧失。
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</p>
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<p class="content">
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其他数据表明，足趾区的伸长主要是由于半液态胶原纤维之间（基质）的相互滑移及剪切应力造成的。随着负荷的持续作用，肌腱和韧带组织的刚度会逐渐增加，因此需要更大的拉力才能产生相同的伸长。在足趾区之后，会出现一个线性区域。该线性区的斜率大于足趾区，表明这些组织在此区域的刚度因持续伸长而显著提高。线性区域之后，在大的应变条件下，应力-应变曲线可能会突然停止或呈现下降趋势，这是因为测试物已遭受不可逆的损伤。当曲线沿应变轴横向发展时，此时的负载量称为极限负荷，此点即为组织的屈服点。整个测试物所能承受的最大能量由图表中曲线与横轴所围区域的面积表示，直至线性区域结束。当超越线性区域时，组织内部已有大量纤维束无序断裂。此时，负载可能达到拉伸应力极限，随后样本会迅速完全断裂，而韧带和肌腱的承载能力也显著下降。
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</p>
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<p class="content">
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从实际应用角度看，肌腱和韧带的极限拉伸应力并没有太大意义。因为在正常活体生理情况下，这些组织所承受的应力只是它们极限的1/3，它们一般的应变度（如跑步和跳跃时）为2%～5%。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">2．随时性及与过程相关的特性</span
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> 肌腱如同许多软组织一样，具有随时间变化的特性及与过程相关的黏弹性。这意味着肌腱的伸长不仅取决于受力的大小，还与力的作用时间及过程密切相关。这种黏弹性反映了胶原的固有特性，以及胶原与基质之间的相互作用。
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</p>
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<p class="content">
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肌腱的“随时间变化”特性指的是其性质会随时间推移而发生改变，可以通过蠕变与应力松弛之间的关系描述。当组织持续承受某一特定大小的负荷时，随着时间推移发生的拉伸过程称为蠕变；相反，当组织受到持续拉伸时，随着时间推移，组织上的应力逐渐减少的过程则称为应力松弛。肌腱性质随过程变化是指负荷-拉长曲线的形状会随着前一次负荷的情况而变化。例如，在肌腱进行两次循环加载和卸载的过程中，加载曲线与卸载曲线会沿着不同的路径循环，从而形成滞后区。随着循环次数的增加，应力峰值会逐渐减小，经过多次循环后，加载曲线与卸载曲线会逐渐与上一次循环接近并趋于重叠。黏弹性反应不仅能够调节张力，还能调节拉伸强度。例如，在等张收缩中，肌肉-肌腱单位的长度保持不变，由于蠕变导致肌腱拉伸，从而使肌肉缩短。从生理学角度来看，肌肉长度的缩短有助于降低肌肉疲劳程度。因此，肌腱的蠕变在等张收缩中可以提高肌肉的工作能力。
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</p>
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<p class="imgdescript">图3-31 肌腱负荷-延伸曲线</p>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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<p class="titleQuot-1">（三）影响肌腱力学特性的因素</p>
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<p class="content">
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胶原组织的力学特性主要受三个关键因素影响：纤维结构的方向性、胶原纤维和弹性纤维的特性与比例。此外，胶原组织的力学特性还受到多种其他因素的影响，包括解剖部位、锻炼和制动、年龄、非类固醇消炎药的使用、血液透析、糖尿病及损伤等。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">1．纤维结构的方向性</span
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> 肌腱的纤维几乎完全呈平行排列，这使其能够承受较大的拉伸负荷。当肌腱受到张力作用时，所有纤维都会沿着负荷方向整齐排列，从而确保每根纤维都能回应有效分担负荷。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">2．胶原纤维和弹性纤维的特性与比例</span
|
> 胶原组织的主要成分是胶原纤维和弹性纤维，这两种纤维占据了胶原组织的90%，并且在承受负荷时表现出不同的特性。胶原纤维是一种具有较高韧性的材料，能够承受相当于骨密质所能承载拉应力一半的负荷；而弹性纤维则相对较脆，其承受能力仅为骨密质所能承载拉应力的1/10。在不同的胶原组织中，胶原纤维与弹性纤维的比例会因其所发挥的功能而有所变化，这一比例的变化直接影响胶原组织的力学性能。
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</p>
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<p class="content">
|
肌腱主要由胶原纤维构成，具有极强的抗拉伸能力，因此能够有效地将肌肉的拉力传递至骨骼和筋膜。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">3．解剖部位</span
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> 不同解剖位置的肌腱所承受的生物力学和所处的生化环境存在差异，这导致其生物力学特性也不尽相同。例如，成年小猪的趾屈肌腱的极限拉伸强度是趾伸肌腱的两倍。生化分析进一步显示，趾屈肌腱中的胶原浓度高于趾伸肌腱，而趾伸肌腱的滞后性则是趾屈肌腱的两倍。这些差异随着年龄的增长和发育成熟而越发明显。在刚出生时，趾屈肌腱与趾伸肌腱的力学性质大致相似。不同解剖位置的肌腱性质发生变化的原因可能涉及多个方面。有一种假说认为，在生长发育过程中，胶原交联的稳定性增加，从而提升了肌腱的弹性模量和强度，而趾屈肌腱中形成的交联数量多于伸肌腱。这种差异受到体内应力水平变化的影响。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">4．锻炼和制动</span
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> 锻炼对肌腱的结构和力学特性具有长期的积极影响。例如，经过长期训练后，小猪趾屈肌腱的弹性模量和极限负荷均有所提升。锻炼还会显著影响胶原纤维的弯曲角度和长度。通过生化方法研究生理应力下胶原的代谢情况，已证实锻炼能够增加胶原的合成。此外，锻炼可提高肌腱中大直径胶原纤维的比例。大直径纤维相较于小直径纤维能够承受更大的张力，这是因为大直径纤维内部具有更多的共价交联。
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</p>
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</div>
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>第三章 运动生物力学</span
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
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在正常情况下，肌腱中的胶原纤维由成纤维细胞以特定方式生成，其排列具有高度规律性。然而在制动后，由于肌腱所受应力的减少，或者成纤维细胞自身代谢的改变，导致其分泌胶原纤维的方式失控，进而引起组织形态的变化。在缺乏应力的环境下，新生成的未成熟纤维会杂乱无章地聚合，排列变得紊乱，可还原的交联数量增加。这些变化会改变肌腱的结构，降低其拉伸力和抗张强度，最终影响肌腱的力学特性。具体表现为肌腱在缺乏应力的情况下，其最大应力、切线模量、应变及能量吸收能力显著下降，导致肌腱刚度降低。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">5．年龄</span
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> 年龄是影响肌腱力学性质的关键因素。随着年龄增长，肌腱胶原纤维的波浪状弯曲角度逐渐减小，导致应力-应变曲线中“延滞”区域减少。弹性模量则随着年龄增长而增加，直至骨骼发育成熟后趋于稳定。在发育成熟之前，线性区域之后仅存在一个单一的屈服区域，该区域会出现不可逆转的拉伸及结构破坏。在屈服区域内，弹性模量接近于零。而发育成熟后，这一单一的屈服平台消失，取而代之的是两个不同的屈服区域。此外，随着发育成熟，极限拉伸强度和极限应变也相应增加。
|
</p>
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<p class="content">
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在一项研究中，科学家们通过比较未成年（3周龄）、青壮年（8～10月龄）及老年（4～5岁龄）兔的跟腱，探讨了力学性质与年龄之间的关联。研究结果显示，青壮年及老年肌腱的极限拉伸强度显著高于未成年肌腱，但青壮年肌腱与老年肌腱之间在拉伸强度上并无显著差异。同时，青壮年肌腱的弹性模量高于未成年及老年肌腱，但这些差异在统计学上并不显著。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">6．非类固醇消炎药</span
|
> 非甾体抗炎药，如阿司匹林、对乙酰氨基酚（醋氨酚）和吲哚美辛等，常用于缓解肌肉骨骼系统的疼痛。这类药物广泛用于治疗常见的软组织损伤，例如，炎症或肌腱、韧带的局部撕裂。福格尔（Vogel）（1977）的研究发现，经吲哚美辛治疗的实验鼠，其尾腱表现出更大的拉伸强度，并且这些尾腱中非溶解性胶原蛋白的含量也更高。卡尔施泰特（Carlstedt）等人（1986）的研究则表明，对成长中或受伤的兔的跖肌长腱使用吲哚美辛治疗，可以增强该肌腱的拉伸强度，其机制很可能是由于胶原分子间形成了更多的交联。这些动物研究证实，短期使用非甾体抗炎药不仅不会对肌腱的恢复产生负面影响，反而会加速这些组织恢复正常的机械特性。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">7．血液透析</span
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> 肾衰竭引发的肌腱断裂案例时有出现，而接受血液透析的患者中，有36%会面临肌腱断裂的问题。在长期进行血液透析的患者中，里洛（Rillo）等人（1991）的研究发现，74%的患者存在肌腱或韧带过度松弛，49%的患者出现髌腱延长，51%的患者有关节过度松弛的现象。这可能是由于与血液透析相关的淀粉样变性，导致淀粉样物质沉积在肌腱滑膜上，引发肌腱变性。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">8．糖尿病</span
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> 主要特征是频繁排尿。这是由于新陈代谢紊乱，导致身体无法正常氧化碳水化合物。这种情况通常是由胰腺功能衰退和胰岛素分泌失调引起的，进而导致体内血糖水平升高，出现糖尿和多尿症状。糖尿病还会影响肌肉骨骼系统的正常运作。与正常人相比，糖尿病患者更容易出现多肌腱挛缩（29%∶9%）、腱膜炎（59%∶7%）、关节强直（40%∶9%）和关节囊炎（16%∶1%）。此外，糖尿病还可能引发骨质疏松症。
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</p>
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<p class="content">
|
兰开斯特（Lancaster）等（1994）在研究糖尿病犬的髌腱机械特性变化时发现，与对照组相比，糖尿病犬的髌腱-胫骨复合体在生理负荷范围内的刚度高出13%。然而，在肌腱强度方面，两组之间并无显著差异。断裂模式方面则存在区别：对照组犬的断裂通常发生在肌腱撕裂处或肌腱与骨骼的连接处，而糖尿病组犬的断裂则是由髌骨的拉伸骨折所致。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">9．损伤</span
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> 肌腱损伤通常分为直接损伤和间接损伤。直接损伤是指由外力直接打击肌腱或被锐器切割所致的损伤。间接损伤则是由于关节周围受到牵拉、扭转等外力作用，间接导致肌腱受损。在临床实践中，间接损伤的发生频率往往高于直接损伤。
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</p>
|
<p class="content">
|
肌腱的损伤与其解剖学位置、血管分布、骨骼发育状况，以及肌腱所承受的应力密切相关。当肌肉-肌腱-骨复合体所受的应力超出其生理承受范围时，损伤往往发生在结构的薄弱环节上。大多数肌腱能够承受的张力远大于肌肉或骨骼，因此，撕脱性骨折更常见于肌肉与肌腱的连接处，而非肌腱内部。
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</p>
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</div>
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<div class="header-txt">人体运动学基础</div>
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
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大量研究表明，肌腱在发生间接损伤之前，通常已经存在病变。例如，典型的跟腱撕裂常见于从事剧烈运动的中年人，其临床表现常为意外损伤，许多患者在受伤前并无受伤史或不适感。然而，对这些病变组织进行组织学观察时，却发现纤维中存在血管增生，这表明肌腱组织在断裂前已经处于进行性退变或失代偿的状态。肌腱内的撕裂伤往往与血供不足、炎症及其他局部因素有关。例如，拇长伸肌腱的撕裂伤常发生在风湿性关节炎患者中，肌腱在骨突起处因磨损而形成病变。无菌性炎症引起的腱磨损也是肌腱内撕裂伤的一个常见因素。例如，肩袖及肱二头肌在肩峰前内侧的磨损常被认为是导致其撕裂的原因之一。
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</p>
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<h3 class="thirdTitle">二、韧带生物力学特性与影响因素</h3>
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<p class="titleQuot-1">（一）韧带的生物力学性质</p>
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<p class="content">
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韧带与肌腱类似，因胶原与基质之间的相互作用而展现出与时间和过程相关的黏弹性特征。韧带的黏弹性质在临床实践中具有广泛的应用价值。在前交叉韧带重建手术中，移植物最初承受的张力会因应力松弛效应而逐渐减弱。实验表明，灵长类动物的髌腱在30分钟内，其应力可降低至初始值的69.8%。因此，术后移植物上保持的张力值主要取决于移植物自身的黏弹性。与未施加预负荷的韧带相比，经过预负荷处理的韧带可将应力松弛程度降低约50%。这种黏弹特性在脊柱分离术中也得到了有效利用。通过将分离术分解为多个小步骤，每步骤持续数分钟，由于椎骨软组织的蠕变作用，椎骨附着处和器械上的作用力峰值可逐渐降低至50%。此外，蠕变的重要性在减少关节脱位方面也得以体现。肩关节脱位有时可通过前臂悬吊重物的方法进行治疗，由于肩关节囊韧带及周围软组织的蠕变特性，这些被拉伸的结构更有利于关节的复位。
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</p>
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<p class="titleQuot-1">（二）影响韧带力学特性的因素</p>
|
<p class="content">
|
韧带和肌腱主要由胶原组织构成，其固有的力学特性相似，主要取决于纤维的结构方向性、胶原纤维和弹性纤维的特性与两者的构成比例。此外，还受到锻炼和制动、年龄、类固醇、糖尿病和损伤等因素的影响。
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</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">1．纤维结构的方向性</span
|
> 肌腱与韧带在纤维排列上的差异导致它们力学性能的不同。肌腱的纤维几乎完全呈平行排列，而韧带的纤维排列则缺乏一致性，其结构方向性较差，排列方式会因韧带功能的不同而有所变化。大多数纤维接近平行，但也有少数纤维呈现不平行或交叉排列（图3-32）。当受到拉伸负荷时，起初只有排列方向与负荷方向一致的纤维被完全拉直并承受最大负荷，而与负荷方向不一致的纤维在被拉直之前仅承受较小的负荷。
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</p>
|
<p class="content">
|
<span class="bold">2．胶原纤维和弹性纤维的特性与比例</span
|
> 韧带主要由胶原纤维构成，其主要功能是维持关节的稳定性并防止关节过度活动。然而，脊柱中的项韧带和黄韧带却与普通韧带有所不同。这两种韧带的组成中有2/3为弹性纤维，几乎完全展现出弹性特性，因此能够有效防止神经根受到机械性冲击。此外，它们还能为椎间盘提供预应力，从而使脊柱获得固有的稳定性。相比之下，膝关节前交叉韧带含有90%的胶原纤维，而黄韧带则含有60%～70%的弹性纤维。
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</p>
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</div>
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<span class="header-title"
|
>第三章 运动生物力学</span
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
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<span class="bold">3．锻炼和制动</span
|
> 韧带的特性会受到制动的影响。实验研究表明，兔膝关节制动9周后，股骨-内侧副韧带-胫骨复合体的结构特性显著下降。与未制动的对照组相比，制动后的股骨-内侧副韧带-胫骨复合体在断裂时的拉伸负荷（极限负荷）仅为对照组的33%，而断裂时吸收的能量更是降至对照组的16%（图3-33）。此外，制动后，内侧副韧带的弹性模量和极限拉伸强度均下降。
|
</p>
|
<p class="content">
|
实验研究表明，兔的骨-韧带-骨复合体结构特性的下降，是由附着部位与韧带本身两个区域同时发生变化所致。对制动后的内侧副韧带在胫骨附着处的结构进行组织学观察，发现附着于骨的深层纤维排列紊乱。破骨细胞活动导致胫骨附着处骨膜下骨吸收，而股骨附着处的变化相对较小。这种吸收现象与制动后股骨-内侧副韧带-胫骨复合体中胫骨附着处断裂增多有关。研究进一步发现，胫骨附着部和股骨附着部均出现了骨膜下骨吸收的现象。
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</p>
|
<p class="content">
|
关节恢复活动后，股骨-内侧副韧带-胫骨复合体和股骨-前交叉韧带-胫骨复合体的结构特性会逐渐从制动状态发生逆转变化。经过一年的恢复期，这两个复合体的极限负荷和断裂时的能量吸收能力可恢复到对照组的80%～90%。对韧带附着处新骨形成的组织学观察显示，其恢复正常所需的时间远超过制动期。相比之下，内侧副韧带的力学特性在去除制动后仅需9周即可恢复正常。这些数据表明，韧带附着处的恢复速度明显慢于韧带本身。根据以上数据，制动数周后，通常需要数月的活动时间来促进完全恢复。
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</p>
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<p class="content">
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<span class="bold">4．类固醇</span
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> 在韧带受伤后立即使用皮质类固醇可能会显著影响其生物力学特性及组织结构。此外，皮质类固醇还会干扰胶原的合成过程。具体如下。①对胶原代谢的干扰：类固醇会降低成纤维细胞的活性，减少Ⅰ型胶原的合成。胶原是韧带的主要结构蛋白，其合成减少会导致韧带组织修复能力下降。同时，类固醇还可能上调基质金属蛋白酶的活性，加速胶原分解，破坏胶原纤维的交联结构，从而降低韧带的强度和刚度。②改变细胞外基质成分：类固醇不仅会抑制韧带中非胶原蛋白的合成，导致基质保水能力下降，组织弹性减弱，影响韧带在负荷下的能量吸收能力。还会使胶原纤维的排列可能变得松散且无序，进而降低韧带的抗拉强度和抗复合应力的能力。③力学性能的退化：长期使用类固醇的韧带在拉伸实验中表现出更低的极限应力，更容易发生部分或完全撕裂。韧带在受力时的形变增加，抵抗变形的能力减弱，可能导致关节稳定性下降。反复负荷过程中能量损耗增加，组织微观结构受损，易疲劳，寿命缩短。④影响韧带愈合：韧带损伤后或术后愈合过程中，类固醇会抑制炎症初期阶段的血管生成和细胞迁移，延缓韧带损伤后的修复过程，甚至导致瘢痕组织形成不良，力学性能恢复不全。⑤韧带断裂风险增加：长期使用类固醇（无论是系统性给药还是局部注射）与自发性韧带断裂（如跟腱、髌韧带）存在明确关联。其机制在于类固醇会导致韧带力学性能退化，进而可能加速骨关节炎等关节退行性病变的进程。
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<p class="imgdescript-l">图3-32 韧带纤维结构的方向性示意</p>
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<p class="imgdescript">图3-33 韧带应力-应变曲线</p>
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<span class="bold">5．糖尿病</span
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> 糖尿病状态（以慢性高血糖为核心特征）并未显著改变大鼠膝外侧韧带的弹性机械特性（如刚度、最大负荷）。然而，糖尿病状态却显著增加了韧带的黏滞性，这种变化可能影响韧带的能量耗散能力与关节动态稳定性，增加运动损伤风险。值得注意的是，胰岛素治疗可有效降低此类异常黏滞特性，表明其具有保护韧带生物力学功能、维持关节力学稳态的潜在作用。
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<span class="bold">6．损伤</span
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> 韧带损伤与肌腱损伤的机制基本相同，因此，有关韧带损伤的理论也可应用于肌腱。根据损伤的严重程度，韧带损伤可分为三类。第一类损伤只引起细微的临床症状，患者会感觉到疼痛，但临床查不出关节是否稳定，然而胶原纤维的微破坏可能已经发生；第二类损伤引起剧烈疼痛，临床上可查出关节不稳定，胶原纤维发生进一步破坏，造成韧带部分断裂，韧带的强度和刚度减少50%及以上，通常肌肉的作用会掩盖因韧带部分损伤而引起的关节不稳定，因而临床上关节稳定性试验常在麻醉下进行；第三类损伤在受伤过程中有剧烈疼痛，而损伤后仅有轻微疼痛，临床上检查关节完全不稳定，大多数胶原纤维断裂，但有一小部分未受损，韧带虽已不能承受任何负荷，但仍然能保持外观上的连续性。
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<p class="right-info">（王维）</p>
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