运动疗法的生理学与骨组织

运动疗法的生理学与力学基础
骨组织

一  基本结构和力学特性

    骨结构有皮质骨和松质骨之分，两者的差别在于空隙或非矿化组织所占比例，皮质骨为5％-30％，松质骨则为30％-90％以上。骨组织为最坚硬的结缔组织，由骨细胞及基质构成。基质的基本成分是胶原纤维和羟磷灰石，后者约占重量的2/3。骨基质抗压应力的强度最大，有报道成人皮质骨的极限压应力为200MN／m2，抗拉应力和剪应力的强度较低，三者的比例约为3：2：1。其弹性系数约为15000MN／m2，大于硬质木材。最大应变可达1.2％。松质骨强度和弹性较差，其最大应变可达7％。有人测算小跑时骨前缘所受拉应力为破坏应力的1／11。王以进等测算人体胫骨的极限负荷为1500-3000kg，为体重的20－50倍。故骨骼系统有充足的强度贮备，但长途行走及频频长跑等多次反复的应力负荷可引起骨组织的微小骨折，这种微小骨折的发生速度超过修复速度时，可积累而引起疲劳骨折。在皮质骨上钻孔或开槽使应力在孔或槽的边缘上集中使局部应力接近临界应力，使骨的相对强度大大减弱。

   

二  影响骨骼强度与刚度的因素

    1、应力 肌肉收缩时产生的压应力可减少或抵消作用于骨的拉应力，从而保护骨免受拉伸骨折。

    2、载荷速度 骨的能量储存随着载荷速度增加而增加，骨折时所储能量要释放出来。在低速下能量可通过单个裂纹散失，使骨及软组织保持相对完整性；但在高速下，所储更大能量不能通过单个裂纹散失，故可发生粉碎性骨折及广泛的软组织损伤。

    3、骨的大小、形状和特性 骨的横截面积（大小）及骨组织在中轴周围的分布（形状）均影响骨的强度。二因素相合的量为面积惯性矩（area moment of inertia），其值越大，则骨强度与刚度越大、另在弯曲时有骨长度因素，骨越长弯曲力矩值越大，三个因素合在一起为极惯性矩（Polarment of Inertia）。极惯性矩越大骨强度与刚度越大。  

三  影响骨骼力学性能改变的因素

    骨的大小、形状与长度因各种情况而改变时，会有相应的力学性能变化。例如：

    l、骨折愈合 随着骨痂的形成，明显增加了面积惯性矩和极惯性矩，因而增加了骨强度。

    2、骨的手术处理 术后骨缺损会大大降低骨强度，即使骨中打入了1枚螺钉。其扭转载荷强度仍可降低60％；成熟股骨开槽后有了截面缺损，可使断裂载荷和断裂的能量储存减少90％，断裂变形减少约70％。

    3、骨重建 是骨对应力的适应，按Wolf定律进行，骨在需要的地方生长，不需要的地方吸收。活动减少或制动时，骨缺乏应力刺激而出现骨膜下骨质的吸收，因而降低了骨强度和刚度，骨骼在钢板内固定时，载荷通过钢板传递使骨卸载，日久会出现骨萎缩，骨直径可减少达20％，骨扭转强度可减少60％。相反，反复承受生理范围的高应力，可引起骨膜和骨膜下骨质的增生。

    4、老年性骨退行性变 正常老龄化的结果是松质骨中骨小梁渐薄，甚至有很多小梁被吸收，密质骨直径和厚度减少，使骨的强度降低。

    5、骨疲劳 低载荷较高重复次数和高载荷较低重复次数的应力负荷均可引起骨组织微细骨折，此时骨有自我修复能力、当骨折发生的速度超过修复速度时，才出现骨疲劳骨折。另外，当肌肉疲劳时，其收缩能力下降，贮存能量和缓冲骨所承受应力的能力下降，使骨承受异常高的载荷，容易形成伸侧的疲劳骨折。

四  应力对骨组织的影响

   Wolf于1884年已指出骨的结构包括其外形及内部孔隙度、矿物质含量、结构排列等经常按其所受的应力而改变。以后很多人发现长期运动可使皮质骨增厚，骨小梁排列更合理，骨隆突更发达。应力能加速骨折后骨痂形成。相反，制动则引起骨钙磷流失，使骨强度显著下降。在松质骨及肌肉韧带的骨附着处由于代谢率较高，骨吸收及强度下降更著，易于发生再次骨折或撕脱骨折，须予特别注意。有关制动后骨改变的实验很多，例如将猕猴全身用石膏固定几天，其椎体的破坏载荷下降至原来的1／3；有人发现正常人卧床2－3天，即有尿钙流失增加，但主要由于脊柱、骨盆及下肢的应力负荷丧失所致，每日累计2－3小时的站立或步行才能防止这种尿钙流失的增加；有报道双子星4号宇宙飞船中的宇航员在4天的失重飞行后跟骨骨密度平均下降9％，而在双子星7号飞船中由于保持运动，14天飞行后仅下降3％。

    骨组织按一定速率进行代谢，表现为破骨与成骨交替进行，这一过程受运动负荷的影响。松质骨每年的代谢率约为25％，而皮质骨为2％－3％，运动和制动对松质骨的影响大于皮质骨。

太田隆等总结运动对骨代谢影响的机制有三：

1、运动使骨组织血流量增加，同时促使成骨细胞活动增加；

2、运动缺乏使骨内血流量下降，血液倾向酸化，导致钙溶解流失；

3、运动及负重时应力负荷，使含有结晶结构的骨组织因压电效应而产生微弱的负电位，使带正电荷的钙离子易于结合沉着。

五  骨的愈合

    王以进等的兔胫骨实验显示：骨折后的愈合过程在前1－2周为纤维连接阶段，愈合组织表现出胶原组织的应力应变关系；17—24天内无机成分开始积累，应力负荷能力迅速上升，24天时可达正常值的43.86％，1－2月骨痂趋成熟，应力负荷能力继续上升，60天时抗弯曲强度达正常的87.9％。推算胫骨抗拉伸及抗弯曲强度在15－20周后可达正常水平。

    适当的间断性压应力可促进骨松质钙盐沉着，加速骨愈合，其机制已如上述。微小的剪应力常使骨痂形成增多。一般认为在愈合期中应避免弯曲及扭转应力。

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不错 顶一下啊

☆飞鹰☆ 发表于 2013-9-11 21:05
不错 顶一下啊

谢谢老师！:victory:加油

一起进步 一起加油 有点凑字数的嫌疑

谢谢楼主