韧带肌腱的力学特性课件

韧带、肌腱的力学特性 l韧带是使各骨块相互连结的致密结缔组织的索状物。 l肌腱是位于肌腹两端，把肌肉与骨连结在一起的索状 或膜状致密结缔组织。(长肌的肌腱多呈圆索状，阔肌的 肌腱阔而薄，呈膜状，又叫腱膜。 ) 7 胶原纤维胶原纤维 l别名：白纤维，新鲜时呈亮白色。 l组成：胶原蛋白。 l特点：韧性大，抗拉力强。 l作用：为组织提供强度和刚度。 9 肌腱、韧带的力学特性 l纤维排列不同，力学特性不同。 肌腱能承受最强的拉伸载荷。 韧带受拉伸载荷时，由于纤维不成行，只有与主纤维方向完 全一致的纤维首先被完全拉直而承受最大载荷；那些与主纤 维方向不平行的纤维，只承受低载荷。 11 弹性纤维弹性纤维 l别名：黄纤维，新鲜时呈黄色。 l组成：弹性蛋白。 l特点：富有弹性，容易被拉长及复原。 l作用：在组织受载时提供延展性。 胶原纤维和弹性纤维的特性： 胶原纤维弹性纤维 材料类型塑性材料脆性材料 拉伸破坏试验 加载开始时稍有伸长 ，但很快随负荷的增 加变得刚硬到达屈服 点，随之出现非弹性 变形，直到极限破坏 低载荷下呈现较大 的伸长，但随载 荷的增加，纤维 突然变得刚硬， 没有变形而突然断 裂。 变性范围6%8%可达到原长的两倍多 承受应力能力 大约是皮质骨在拉伸下 的一半 仅为皮质骨在拉伸下 所能承受的1/10。 l胶原纤维 未受载荷时呈波浪状。 受低载荷时，胶原纤维稍有伸长，直到波浪状的纤维拉直 ，此时胶原纤维束迅速变刚硬，直到屈服点。 然后发生非弹性变形，直到极限而断裂破坏。 破坏时的变性范围为68%。 l弹性纤维 受低载荷时，弹性纤维伸长很大。 当达到极限破坏点时突然变刚硬，没有变形而突然断裂。 胶原纤维和弹性纤维的比例 l胶原组织中弹性纤维和胶原纤维之间的比例随 该组织功能的不同而不同，并影响组织的力学 性能。 肌腱 l主要功能：是把肌力传递到 骨或筋膜。 l几乎完全由胶原纤维组成。 l在拉伸载荷下，其性能几乎 与单独胶原纤维束的应变相 一致。 韧带 l功能：稳定关节、支持关节运动并防止过量运 动。 l强度：在载荷下，决定韧带强度的主要因素是 韧带的粗细、形状和载荷增加速度。 韧带的横截面积影响其强度，与加载方向取向一 致的纤维数越多越宽越厚，韧带的强度越大。 韧带与骨一样，其强度和刚度随加载荷速度的增 加而增大，当加载荷速度（变形率）增加4倍时 ，破坏时的载荷几乎增加了50%。 *18 韧带的组成 l人体内的大多数韧带与肌腱一样主要由胶原纤 维所组成。 l但脊柱中的两个韧带项韧带和黄韧带 由2/3的弹性纤维参与构成，所以几乎完全表现为 弹性性能。 这些韧带具有特殊的功能，能保护神经根免受机械 冲击，为脊柱提供内在稳定性。 人膝前交叉韧带拉伸破坏试验 l区：载荷稍有增加，因波浪形胶原纤维拉直而韧带伸长。 l区：与加载方向取向相同的纤维完全拉直，组织的刚度迅 速增加。组织开始变形并与载荷成线性关系。胶原纤维也开 始出现微观破坏。 l区：应变超过68（屈服点）后，胶原纤维束出现进 行性破坏。 l区：在达到组织能耐受的最大载荷时发生组织的巨大破坏 。 l区：韧带伸长约68时，韧带完全破坏。虽然组织仍 然连续，但已不能支持载荷。 应力应变关系 四、肌腱、韧带所致的功能障碍 前交叉韧带试验 lNoyes和Grood使用灵长类的膝前交叉韧带进 行慢速（ 60秒，比体内损伤机制慢得多）和 快速（0.6秒，与体内机制相似）拉伸破坏试 验。 l结果 慢加载荷速度：韧带的骨性止点是最弱的部分，可 以发生胫骨棘撕脱。 快加载荷速度：在2/3的测试样本中，最弱的部位 在韧带。 制动实验 l将灵长类动物在在体石膏中制动8周后进行拉 伸破坏试验。 l结果：与对照组相比，这些动物的前交叉韧带 最大破坏载荷下降40%，能量储存明显减少， 制动韧带的刚度也明显减少，而伸长加大。 结论 l关节在部分或完全制动后，需要较长时间（可长达1 年）才能恢复正常的强度和刚度。 l当关节制动时，等长运动训练并不能模拟正常的生 理载荷，所以不能防止韧带强度的降低。但关节制 动期间进行等长运动训练有很多有益效果。 l老年化在韧带上产生的改变与制动引起的结果相似 。韧带的强度和刚度随着年龄的增长有明显降低。 肌腱拉伸强度 l健康肌腱的拉 伸强度是肌肉 强度的两倍。 l临床现象：肌 肉断裂比肌腱 断裂更为常见 。 Protect(保護)：避免踝關節再受傷，可用繃帶加以保護。 Rest(休息)：停止走動，讓受傷部位靜止休息，減少進一步傷害。 Ice(冰敷)：讓受傷部位溫度降低，降低發炎反應和肌肉痙攣，每12小時冰敷1次，每次 約5至10分鐘，不定時翻開、檢視，避免凍傷。 Compression(加壓)：使用彈性繃帶緊包住腳踝，減輕腫脹。 Elevation(抬高)：將腳抬高，高於心臟位置，增加靜脈和淋巴回流，加快恢復速度。 腱鞘 l腱鞘就是套在肌腱外面的双层套管样密闭的滑 膜管，是保护肌腱的滑液鞘。它分两层包绕着 肌腱，两层之间一空腔即滑液腔，内有腱鞘滑 液。内层与肌腱紧密相贴，外层衬于腱纤维鞘 里面