正文

關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容。一是組成關(guān)節(jié)的各部分在外力作用下的運(yùn)動(dòng)特征，下面主要分為關(guān)節(jié)軟骨和韌帶兩部分進(jìn)行分別介紹。二是作為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體的關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)。其研究方法和關(guān)節(jié)靜力學(xué)類(lèi)似，但還需要考慮人體運(yùn)動(dòng)的慣性參數(shù)。常用的思路是根據(jù)測(cè)定的肢體末端的外力和運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，計(jì)算關(guān)節(jié)的反作用力和肌肉力矩。

關(guān)節(jié)軟骨生物力學(xué)及其損傷

關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)對(duì)關(guān)節(jié)力學(xué)有重要的影響。關(guān)節(jié)軟骨可以被看做充滿液體的多孔介質(zhì)，因此，關(guān)節(jié)軟骨是固、液雙相性結(jié)構(gòu)材料。其力學(xué)特性與固體材料特性及其滲透性有關(guān)。

滲透性是指液體流過(guò)多孔固體基質(zhì)時(shí)的摩擦阻力，是二相材料的重要參數(shù)。滲透性越低，在承受載荷時(shí)液體流動(dòng)的阻力也越大。關(guān)節(jié)液在軟骨中滲透式順液體壓力梯度而行，關(guān)節(jié)液體在軟骨中流動(dòng)不僅完成了軟骨營(yíng)養(yǎng)供給與代謝產(chǎn)物的排出，而且與關(guān)節(jié)面的潤(rùn)滑及承載時(shí)力學(xué)特點(diǎn)有著密切的關(guān)系。關(guān)節(jié)軟骨的滲透性很低，在快速加載與卸載時(shí)，如跳躍著陸動(dòng)作，軟骨類(lèi)似于彈性材料，在承載時(shí)變形，卸載后立即復(fù)原。在持續(xù)性、緩慢加載作用時(shí)，如持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的站立情況，其內(nèi)部液體被擠出，組織變形隨時(shí)間持續(xù)而加強(qiáng)。消除載荷后，若有充足時(shí)間使其吸收液體，軟骨組織可以恢復(fù)原狀。

關(guān)節(jié)軟骨損害、變性與關(guān)節(jié)承載負(fù)荷的頻率和量級(jí)都有關(guān)。關(guān)節(jié)的先天性發(fā)育不良以及關(guān)節(jié)損傷等因素，可以導(dǎo)致應(yīng)力集中。過(guò)度的應(yīng)力作用可降低關(guān)節(jié)面之間的液膜潤(rùn)滑，關(guān)節(jié)軟骨面上凹凸不平的接觸，可以引起微觀應(yīng)力集中造成表面磨損。

韌帶生物力學(xué)及其損傷

韌帶由致密的結(jié)締組織構(gòu)成，大多數(shù)韌帶都是以膠原纖維為主，占韌帶干重的70%～80%。只有項(xiàng)韌帶和黃韌帶是以彈性纖維為主。韌帶中纖維排列的方向和一致性較差，排列情況隨韌帶的功能不同而變化。不加載時(shí)纖維松弛呈波浪狀，加載時(shí)與載荷方向一致的纖維被拉緊，此時(shí)被拉直的纖維在生理允許范圍內(nèi)承受載荷。

膠原纖維在拉伸試驗(yàn)中，一開(kāi)始纖維有伸長(zhǎng)，但隨著載荷的增加，它的強(qiáng)度迅速增加直至達(dá)到屈服點(diǎn)。過(guò)了屈服點(diǎn)后就產(chǎn)生非彈性變形直至破壞。破壞變形的范圍在6%～8%之間。以彈性纖維為主的韌帶變形與膠原纖維為主的韌帶有著較大的差異。這種韌帶在剛性增加之前，伸長(zhǎng)變形就已經(jīng)達(dá)到50%以上，當(dāng)接近其最大伸長(zhǎng)量時(shí)剛性迅速增加并使韌帶突然破壞。

擴(kuò)展閱讀

1.胡耿丹, 王樂(lè)軍, 牛文鑫. 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué). 同濟(jì)大學(xué)出版社. 2013年12月, 第1版.

2.華英匯, 陳世益, 牛文鑫, 丁祖泉. 股內(nèi)斜肌負(fù)載變化影響髕睷近端受力影響的生物力學(xué)研究. 中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志, 2008; 27(2): 184-8.