第一章骨科康复学基础

骨科康复医学的基础理论

康复医学涉及了患者三个水平的所有功能障碍或残疾，因此康复医学的基础理论包括的范围十分广泛。有关运动功能的基础理论是康复医学的核心。一、运动学基本概念

力学的有关概念1．力力是—物体作用在另一物体上的推力或拉力。力的要素包括大小及方向。力是一种矢量．力的相加、相减为矢量的合成和分解。力矩等于作用于一点上的力乘以从该点至力作用线的垂直距离．是力对物体转动作用的量度。肌力的测定和训练一般认为是就肌力矩而言的。应力是表示人体结构内某一平面对外部负荷的反应，用单位面积上的力表示(N/cm2)。2．杠杆杠杆包括支点、重点、力点。支点与重点之间为重臂，支点和力点之间为力臂。杠杆分为三类：(1)其支点位于力点和重点之间。这类杠杆既产生力又产生速度。(2)重点在力点和支点之间，力臂始终长于重臂。这类杠杆主要产生力。(3)力点在重点和支点之间，重臂始终长于力臂，有利于使较轻物体移动并产生速度。这类杠杆主要产生速度。人的肌肉杠杆多属于这一类(如四肢关节)。运动和力的关系1．运动产生和控制的决定因素是力使人体产生运动的力，可分为内力(肌肉的收缩力，韧带肌腱的弹力、组织在关节活动中产生的摩擦力等)、外力(重力、各种器械或治疗师徒手施加的助力或阻力等)。二者互相作用产生适应、协调和平衡。内力(如肌肉收缩力)不足以对抗重力而不能产生关节活动时，可用减重、助力等方法使关节活动。人体的各种运动多是肌肉的拉力矩作用于相应环节，使之绕关节轴转动而实现的。2．人体的关节肌肉活动符合杠杆原理如在运动疗法中，突出肌力训练的重要性：关节运动时以关节为轴，骨骼为杠杆，肌肉收缩力为运动动力；强调省力：尽可能用较小的动力来完成动作，可保护机体免于损伤。一、运动学基本概念活动轴和自由度

关节面的形态及结构决定了关节可能活动的轴。肢体一般都环绕关节轴进行旋转活动。活动轴可反映肢体活动范围和运动方式。以屈肘为例，如果患者以解剖位站立．肘关节是在横轴上作矢状面运动的。肪二头肌是斜行的，未通过轴，其发生的力分解为水平分力和垂直分力，水平分力是加固分力可保证关节的稳定，垂自方向的力实际是使肢体围绕肘关节运动轴旋转的力矩，于是，前臂产生角度的改变，形成关节的运功。自由度与关节活动轴有关，关节轴有几个活动方向，就有几个自由度。例如，髋关节可作屈、伸、内收、外展、内旋、外旋三个轴的运动，有三个自由度。凡具备两个以上自由度的关节均可产生环绕动作。一、运动学基本概念一、运动学基本概念运动的面与轴

二个面为水平面、前额面和矢状面。每两个面相交出的线即称为轴，也有三个：横轴、纵轴、矢状轴。二、骨骼肌肉系统的运动学骨的生物力学1．骨的结构与功能骨组织是一种特殊的结缔组织，它含有无机成分(矿物质盐类)及有机成分（胶原和基质)。前者使骨坚硬而结实，具有一定的强度和硬度；后者使其有一定的能屈性和柔韧性。骨铬的主要功能是保护内脏，支持体重，提供可靠的关节结构和肌肉的联接，以便肌肉及身体的活动。骨的结构及机械性能，可以保证其功能的完成。骨在力和力矩影响下的机械行为(运动)取决于施加负荷的模式、负荷速度和频率，以及其几何特性和机械性能。二、骨骼肌肉系统的运动学骨的生物力学2．负荷的速度和频率与骨折的关系负荷的速度(即施加负荷的速度及移除负荷的速度)较快，骨所承受的负荷力也较大。负荷的速度超过生理范围，可发生骨折。反复使用小量负荷也可发生骨折，称疲劳骨折。它不仅取决于负荷的大小和反复次数，也取决于在一定时间内施行负荷的次数(负荷频率)。由于骨能自发修复，所以只有在负荷频率超过防止衰竭的再塑造能力，才会引起疲劳骨折。二、骨骼肌肉系统的运动学骨的生物力学3．几何形态与其机械性能骨的横截面积越大，受到拉张和挤压时，其强度和刚度越大；骨的长度越长，受到弯曲和扭旋时，它的强度和刚度越大。如手术中移除小块骨、插入及移除螺丝钉，均使骨的强度减弱，因为此时应力集中于缺损部，骨强度可在负荷时下降60％。随着骨折的愈合，这种应力升高可逐步消失。二、骨骼肌肉系统的运动学骨的生物力学4．机械应力对骨结构的影响——骨的再塑造机械应力与骨组织间存在一种生理平衡。在平衡状态，骨组织的成骨细胞和破骨细胞的活性是相同的。当应力增大时，成骨细胞活跃，引起骨质增生，承载面增大，使应力下降，达到新的平衡；当应力下降时，破骨细胞再吸收加强，骨组织量下降，使应力增加。因此骨能通过改变它的大小、形状和结构以适应力学的需要进行功能重建。这种适应性(或称再塑造)是按Wolf定律进行的。即骨骼在需要处多生长，而在不需要处多吸收。因此使骨组织量与其承受的应力成正比。当活动减少或停止(部分或完全制动)时，由于骨承受不到一般的机械应力，骨膜和骨膜下骨将吸收，患者骨量丢失，骨折愈合与制动密切相关，可以影响到骨的再塑造。适当的间断性应力可以促进骨松部钙盐沉着，加速骨愈合。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学1.骨骼肌的能量供应骨骼肌内直接供能物质为ATP，另外还含有一种高能物质磷酸肌酸（PC），可作用于ATP的分解产物ADP以恢复ATP。而直接作用于ATP合成的能源物质为糖原，肌肉的耐力有赖于其持续进行有氧代谢的能力。骨骼肌也利用来自于肌纤维的内源性甘油三酯以及脂肪组织内的甘油三酯分解释放的脂酸。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学

2.肌肉的结构与功能（1）骨骼肌具有的三类纤维：红肌纤维（Ⅰ型肌，慢肌），又称慢颤氧化型；白肌纤维（Ⅱ型肌，快肌），又称快颤糖效解型；还有中间型纤维。（2）骨骼肌的收缩：①等长收缩：肌肉收缩时，为克服后负荷，肌张力达最大值，但肌肉长度未发生改变。为静态活动，可保持关节的位置。②等张收缩：在后负荷存在时肌肉收缩是先产生张力，当肌张力与后负荷相等时，肌肉缩短，肌肉缩短一旦出现张力就不在升高，保持恒定不变。有两种形式1）向心性肌肉收缩：肌肉收缩时，其起点与止点靠近。如屈曲肘关节时肱二头肌的收缩。2）离心性肌肉收缩：肌肉收缩时，其起点与止点远离。如立位躯干屈曲时，腰骶肌的收缩。③等速收缩：肌肉收缩的速度保持一定。这不是人类肌肉的自然收缩形式，而是人为地借助等速肌肉收缩训练器将其收缩速度限制在一定范围之内，以便测试关节活动度以及处于任意关节角度时的肌力，并进行训练。在康复学中。经常使用等速训练装置进行评定和训练。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学3.肌力大小的决定条件和影响因素肌肉的基本功能是将化学能转化为力（动能）。肌肉末端对骨施加的力、肌肉收缩的长度以及其缩短的速度是其主要的生物力学特征。肌力的大小决定于力学、解剖学和生理条件的总和。（1）前负荷：肌肉收缩前就加在肌肉上的负荷为前负荷，又称肌肉的初长。肌肉在其最适前负荷(又称最适初长、休息长度)，此时收缩效果最好。因为此时粗细丝伞部重荧，交叉桥的数目最多。若肌纤维长度低于最适初长，开始时收缩的张力缓慢下降。然后迅速下降；若肌纤维长度超过最适初长，张力将逐渐减小。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学（2）后负荷：肌肉开始收缩时遇到的负荷或阻力为后负荷。它将阻碍肌肉的缩短．使肌肉张力增加。在一定范围内，后负荷越大．肌张力越大。当二者相等时，肌肉缩短，产生运动。缩短一旦出现，张力不再增加，此时肌肉进行等张收缩，而等张收缩是做功的。后负荷引起的张力增加与肌肉缩短速度呈反变关系。见图1．图2。图1后负荷对肌肉单收缩产生的张力和缩短程度的影响骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学（2）后负荷：肌肉开始收缩时遇到的负荷或阻力为后负荷。它将阻碍肌肉的缩短．使肌肉张力增加。在一定范围内，后负荷越大．肌张力越大。当二者相等时，肌肉缩短，产生运动。缩短一旦出现，张力不再增加，此时肌肉进行等张收缩，而等张收缩是做功的。后负荷引起的张力增加与肌肉缩短速度呈反变关系。见图1．图2。图2骨骼肌的后负荷和肌肉缩短速度的关系曲线骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学图1后负荷对肌肉单收缩产生的张力和缩短程度的影响由图1可见，后负荷越大产生的张力越大，肌肉缩短的长度越小，肌肉缩短开始得越晚。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学图2骨骼肌的后负荷和肌肉缩短速度的关系曲线由图2可见，后负荷为零时．肌肉达缩短最大速度vmax．并随着后负荷的增大而减慢，当后负荷达某一数值时，肌张力达最大限度Po，此时肌肉收缩速度为0．肌肉不再出现缩短，为等长收缩。由此可见，等长收缩时．后负荷较大，肌张力要比等张收缩时为大。这也许就是等长抵抗训练在短时间内能够获得肌力增强效果的原因。图2主要描述的是向心性收缩时张力与肌肉收缩速度的关系。

骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学图3用肌肉杠杆臂运动的速度，对照外负荷所产生的负荷—速度曲线图3所显示的负荷—速度曲线则不仅描述了向心性收缩，还描述了离心性收缩时的负荷与速度关系。这图下半部分描述的是肌肉的向心性收缩及等长收缩时．负荷与速度的关系。上半部分描述的是在等长收缩的基础上．随负荷继续增加，肌肉呈离心性收缩——在收缩时延伸。此时肌肉的离心性延长随负荷的加大而加快。即其离心性肌肉收缩速度与后负荷的应用成正比关系。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学图4整块肌肉在等长收缩和强直收缩时所产生的自动张力和被动张力与肌肉长度的关系等长收缩时收缩时间与肌力呈正比关系，收缩时间越长，力越大。较侵的收缩可导致较大的力产生，因为收缩成分内形成的收缩张力须经并联弹件成分(肌膜)传导至串联弹性成分(肌腱)．如有足够时间，肌腱内张力可达到最大。实际上此时肌肉产生的力即等于肌肉主动收缩张力和被动张力的合力(如图4)。这里所说的被动张力发生于并联弹件成分与串联弹性成分。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学骨骼肌在体内所处的自然长度，大致相当于其最适初长，其收缩产生的张力都是在自然初长的基础之上的．因此肌肉所产生的张力大小主要取决于后负荷的大小。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学4.解剖学条件1)肌肉的生理横断面：肌肉在纵轴方向上全部肌纤维的总数称为肌肉的生理横断面。一块肌肉并联的肌纤维越多，肌力就越大。即肌肉的生理横断面越大，其肌力就越大；反之，肌肉萎缩，肌肉的横断面缩减．肌力也就缩小。2)肌肉中弹性成分的量与弹力：物体在撤去外力以后，能恢复原有的体积和形状的性质，叫弹性。由于肌肉由收缩成分和弹性成分所组成，因此整块肌肉做等长收缩和强直收缩时的肌力，应考虑为其自动张力(主动收缩张力)和被动张力(弹性成分的弹力)的合力。如图4所示。3)肌肉的拉力角：动作的不同时刻肌肉对骨杠杆的拉力角不断变化，肌力(矩)会发生相应的变化。如前所述，人体的各种运动多是肌肉的拉力矩作用于相应环节，使之绕关节轴转动而实现的。肌肉力矩偏离直角时，其拉力分解为旋转分力和加固分力。拉力角小于45度时，旋转分力小于加固分力。拉力角大于45度时，旋转分力大于加固分力。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学5.生理学条件1)肌肉的兴奋性和疲劳：肌肉的兴奋性既决定于其本身的功能状态，又决定于支配肌肉的周围神经的功能状态。肌肉失去神经支配或肌肉的兴奋性下降，均会引起肌力下降，肌肉疲劳以后肌力也会降低。所以，肌力是一个综合性作用的结果。2)中枢神经系统的功能状态：运动的完成要靠高级中枢的支配。高级脑功能障碍一方面可造成肌力的异常(如弛缓或痉挛)，另一方面也可由于不能随意地支配运动、控制运动而使肢体虽有肌力却无法去体现为随意运动，即存在运动模式的异常。骨骼肌的力学基础二、骨骼肌肉系统的运动学6.影响因素预牵伸和温度的作用：当肌肉在向心性收缩时，被牵伸后立即进行收缩可比等长收缩做更多的收缩性活动。这是由于预牵伸使弹性能量贮存于串联弹性成分及收缩成分中(许多学者认为肌凝蛋白丝的交叉桥具有弹簧样性质)，使肌肉具有弹性。肌肉温度的升高可使肌肉传导速度增加，使刺激的频率相应增加而易于产生肌力；还可引起肌肉代谢活动升高而增加肌肉收缩的效能；可增加弹性成分的弹性，使肌肉肌腱的预牵伸增加而增加肌肉的力量。反之亦然。肌肉温度可通过“热身运动”引起的血循环量增加从代谢产生的热能而提高。肌力和肌力矩二、骨骼肌肉系统的运动学

力矩是力对物体转动作用的量度，反映了力的大小、方向、作用点对物体转动的影响。人体各个关节的运动，大多是相应的肌肉收缩，使肢体或躯干围绕关节轴转动而实现的。仍以肘屈曲时肪二头肌的作用为例。如我们面对受试者侧面，则其肘关节为矢状轴方向，肮二头肌起点在肩胛骨(长头：肩胛骨关节孟上方，短头：肩胛骨喙突)。止点在桡骨粗隆、整条肌肉斜行方向，跨越肘关节。肮二头肌收缩时，前臂以肘关节为轴作旋转运动而完成屈肘动作，可见肪二头肌是通过其肌力矩来完成肘的屈曲活动的。肌力和肌力矩二、骨骼肌肉系统的运动学在康复区学中，无论是肌力测定还是肌力训练、都是针对人体各关节运动而言，因此这里所说的“肌力”均是肌力对肢体(或躯干)转动作用的量度，即肌力矩。徒手肌力测定(MMT)是采用测定转矩(torque)的方法测定各主动作肌的肌力矩，等速肌力检测仪的“肌力曲线”也是肌力矩曲线，但只有除以力臂的长度，再除以肌肉的横截面积，才能得出肌肉张力曲线。制动与运动对肌肉的影响

二、骨骼肌肉系统的运动学

1.制动与“废用”：由于各种原因(如神经肌肉骨骼系统疾病、外置的夹板和矫形器、危重患者的长期卧床等)，身体或身体的一部分不活动(如翻身、坐、走等)会引起全身性的废用综合征(肌力、耐力减低、肌肉萎缩、关节挛缩、骨质疏松、代谢异常、心肺功能减退、神经系统功能减退、皮肤和免疫功能减退等)。这是临床康复中经常遇到的问题。其中，废用性肌萎缩在人类主要是Ⅰ型肌纤维的萎缩。制动与运动对肌肉的影响

二、骨骼肌肉系统的运动学2.预防和处理“废用”：神经肌肉电刺激法可防止Ⅰ型纤维的萎缩，也可避免制动引起的氧化酶活动的减退。间歇性的等长收缩训练则用于维持Ⅱ型纤维的代谢能量。但是，最根本的解决方法是伤后，在身体或肢体可以活动时酌情尽早地活动以避免“废用”。长期运动后肌肉的肥大(肌容积的增大)可引起肌力的增强。这种肌肉的肥大是训练造成每个肌原纤维肥大，使整块肌肉的全部肌纤维的横截面积增大，进而使整块肌肉肥大导致肌力增强；训练不仅可使单个肌原纤维增粗，而且可使肌原纤维数目也增多，从而使肌肉的肌力增大。

三种增强肌力训练的利弊

二、骨骼肌肉系统的运动学

1.等长抵抗训练可以在短时间内最高效地获得肌力增强的效果。它不需器械，患者易于理解和接受。但由于抵抗由治疗师徒手施加。难于测定运动的强度和负荷的大小，动作比较单调，不易引起患者的兴趣；还有人认为对心脏的负担较大，不适于心功能较差的患者，但也报道认为这种训练对心脏并无害处。三种增强肌力训练的利弊

二、骨骼肌肉系统的运动学2.等张抵抗训练所加的负荷便于定量、患者可看到肌力上升的具体数值而易于产生持久的兴趣，其中渐增抵抗运动是提高肌力和耐力的有效方法。其缺点是：由于关节在运动全过程中肌力矩不全相等，所以所取的“最大负荷”实际上是运动全程中最薄弱点上的负荷，并不能使该点得到最大负荷的训练。特别是肌肉疲劳以后，运动的速度和幅度会降低(难以人为控制)。从而影响训练效果。由于是带负荷训练．难免在疲劳、疼痛及取下负荷时造成损伤。三种增强肌力训练的利弊

二、骨骼肌肉系统的运动学3.等速训练(等动训练)是用等速训练器(如Cybex)训练，可使肌肉收缩的角速度恒定，阻力可随时变化，既可以保证运动过程中各点均达做功的最大能力，又可在疲劳疼痛时降低阻力，保证运动的安全性；还可在运动中测定各项指标，如关节活动度、肌力、做功等。目前打些报道认为：等速训练