【正文】 因 結構致密，具有抗壓、抗拉力強 的特點，常分布于骨的表面及長骨的骨干。 ? 骨松質(zhì)的 疏松結構及骨小梁的力學特性，大大地減輕了骨的重量，又使骨達到最大的力學性能 。 ? III型：由不同大小和形態(tài)的板狀骨小梁構成。 長骨骨髓腔中的紅骨髓 ，約 5歲后便轉(zhuǎn)化為黃骨髓。 （二）組織水平的骨結構 ? 骨組織是由 骨細胞系、骨膠原基質(zhì)和無機鹽 形成的堅硬的結締組織。此外，骨細胞和成骨細胞等所形成的細胞網(wǎng)絡關系可以很好地 感覺和處理骨骼變形，調(diào)節(jié)骨吸收和形成 ，調(diào)節(jié)礦物質(zhì)離子在骨基質(zhì)和細胞外液之間的流動和交換。 ? 3．破骨細胞 ? 多核巨細胞，含有 2～ 50個核， 主要分布在骨質(zhì)表面、骨內(nèi)血管通道周圍 。 ? 臨床上骨硬化癥是由于破骨細胞吸收鈣化軟骨和骨細胞功能喪失所致，采用骨髓移植的方法可成功地治愈動物和人骨硬化癥。 ? 骨非膠原蛋白 可 影響基質(zhì)結構、骨鈣化和骨細胞的功能 。 ? 有機物使骨具有一定的彈性與韌性。 ? 人體中約 99%的鈣離子、約 85%的磷離子、 40%的鈉離子和 60%的鎂離子貯存于骨礦結晶中 。 ? 骨基質(zhì)主要由膠原纖維和充填其內(nèi)的致密羥基磷石灰構成，骨的力學性能主要由骨基質(zhì)提供 。 ? 有機物和無機物的比例隨著年齡及其他因素的變化而會發(fā)生相應的變化 。 三、骨的代謝 ? 骨的代謝是 通過成骨細胞和破骨細胞參與的骨形成與骨吸收來實現(xiàn) 的，其代謝活動是一個動態(tài)平衡過程 。 ? 第一期： 休止期 ，又稱靜止期，此期既無骨吸收也無骨形成。 ? 第四期： 轉(zhuǎn)換期 ，吸收期結束， 破骨細胞移向其他部位 。 ? 一個骨重建周期約需 3個月 。 ? 骨重建可 調(diào)節(jié)骨礦鹽平衡、修復顯微損傷及移除無承載功能的骨組織，可維持或降低骨強度和骨量 。促進骨吸收的因素有甲狀腺激素、甲狀旁腺激素、皮質(zhì)類固醇激素、前列腺素 E2及雌激素等。骨的鈣化過程極為復雜而微妙，它 涉及細胞內(nèi)、外生物化學和生物物理學的過程。有機物為骨鈣化提供結構基礎。 ? 在此過程中有機質(zhì)以骨膠原為主體，無機質(zhì)以羥基磷灰石為主要物質(zhì)。影響骨鈣化的主要因素有： ? 1． 膠原 骨膠原含有絲氨酸和甘氨酸，大量的絲氨酸以磷酸絲氨酸鹽的形式存在，在膠原基質(zhì)的纖維上、纖維內(nèi)與鈣離子結合或與磷離子結合，形成羥磷灰石結晶。 ? 3． 基質(zhì)小泡 基質(zhì)小泡是 由成骨細胞向類骨質(zhì)中釋放 的小泡，泡內(nèi)含鈣、小的骨鹽結晶和鈣結合蛋白。 五、骨的血液供應，淋巴與神經(jīng) ? （一）血管 ? 成熟骨具有豐富的血管并形成精巧的血液供應管道系統(tǒng)， 為骨組織、骨膜 ? 提供血液來源 。 ? （二）骨的淋巴管 骨膜具有豐富的淋巴管，但骨內(nèi)是否有淋巴管，目前尚有爭論。另一類是軀體傳入神經(jīng)纖維，主要分布于骨膜及關節(jié)軟骨的深面 。 ? 總之，骨的材料力學性質(zhì)既保證了骨的強度和剛度，使其很好地完成其支持和保護功能，又使其具有一定的彈性和韌性，因而能很好地完成運動中的杠桿功能。 ? 出生后，紅骨髓是唯一的造血器官。它由力學、生物學、生理學、解剖學等有關學科結合而成，其研究目的在于剖析骨關節(jié)系統(tǒng)的力學性質(zhì)及力的傳導，揭示骨骼生長、發(fā)育、退化、病變、死亡與力作用的關系。對骨承載能力的衡量主要有骨的強度、骨的剛度及骨的穩(wěn)定性三方面： ? 第一，骨的足夠的強度。 ? 第二，骨的足夠的剛度。即指骨保持原有平衡形態(tài)的能力。如人在跑步時受到體重、迎面風力及地面的反作用力等均是骨承受的載荷。表面力是作用于物體表面的力，如撞擊力、擠壓力等。當力和力矩以不同方式施加于骨時，骨將受到拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)和復合等載荷。另外，通常狀態(tài)下人們從事的牽引、提拉重物的活動，也是機體承受拉力的表現(xiàn)。如舉重運動員舉起杠鈴后上肢和下肢骨被壓縮則是機體承受壓縮載荷的表現(xiàn)。骨骼在彎曲載荷時，其中性軸兩旁一側(cè)產(chǎn)生拉應力和拉應變，另 — 側(cè)則產(chǎn)生壓應力和壓應變，在中性軸上則沒有應力和應變。 ? 值得注意的是在施加彎曲載荷的同時，往往同時存在拉伸與壓縮的作用。如圖 210E所示。與彎曲一樣，剪切應力力度的大小與距中性軸的距離成正比，即離中性軸越遠，其剪切應力就越大。像跌倒后發(fā)生的橈骨遠端骨折，便是既有剪切力又有壓縮力等多種力綜合作用的結果。 ? 一般而言，骨承受壓力負荷的能力最大，其次是拉力、剪切力和扭轉(zhuǎn)力。根據(jù)骨骼受載形式及受載后的變形形式，一般可將其變形分為拉伸、壓縮、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)等五種基本變形 ? 力和變形之間的關系，反映了完整骨的結構行為。 ? 骨所承受的力越大，引起骨的變形就越嚴重，而且易引起骨的斷裂。在決定骨的變形和斷裂特性中，組成骨組織的物質(zhì)特性也很重要。當外力撤除后，變形完全消失，這種形變稱彈性形變。 ? （一）骨的應力 ? 當外力作用于骨時，骨以形變產(chǎn)生內(nèi)部的阻抗以抗衡外力，即是骨產(chǎn)生的應力。應力對骨的改變、生長和吸收起著調(diào)節(jié)作用，應力不足會使骨萎縮，應力過大也會使骨萎縮。當骨承受了很重的力并超出其耐受應力與應變的極限時，便可造成骨骼損傷甚至發(fā)生骨折。按照載荷（ Load）作用的形式不同，應力又可以分為拉伸壓縮應力、彎曲應力和扭轉(zhuǎn) 應力。應力會隨著外力的增加而增長， 對于某一種材料，應力的增長是有限度的，超過這一限度，材料就要破壞。為此可在該點處到一單元體，比較變形前后單元體大小和形狀的變化。彈性區(qū)末端點或塑性區(qū)初始點稱屈服點。導致骨折所需的應力稱為骨的最大應力或極限強度。彈性模量越大，產(chǎn)生一定應變所需的應力越大。但當骨不斷受到外力重復作用時，其應變能量不能被及時完全釋放，經(jīng)積累后可能會損壞材料的結構，臨床上則表現(xiàn)為疲勞性骨折。 ? （一）骨組織的基本生物力學特性 ? 骨組織的化學成分及結構特點決定其基本的生物力學屬性。 ? 骨松質(zhì)同樣具有多孔結構特點，因而也呈現(xiàn)出較明顯的各向不均勻性質(zhì)，并服從 Wolf定律。椎體骨松質(zhì)由較厚的垂直骨小梁和連接垂直骨小梁之間的水平骨小梁構成，椎體力學性質(zhì)取決于垂直骨小梁的厚度和骨小梁間距。骨的有機成分組成網(wǎng)狀結構，使骨具有彈性，具有抗張能力。兩者相等時，沖擊力在骨中所引起的變化較大，即骨對沖擊力的抵抗比較小。兩者的各向異性對應力的反應在不同方向各不相同。 ? 2)結構在破壞前所能承受的變形。骨結構的剛度由彈性范圍內(nèi)的曲線斜率表示。破壞載荷及剛度的大小與橫截面積成正比。當人體活動增加、應力增大時，成骨細胞活性增強，骨質(zhì)生成增加，骨的承載面增大，以適應大的運動量的需要。所以，保持相當?shù)倪\動量（尤其是中老年人和更年期婦女）是預防骨質(zhì)疏松的重要措施之一?？梢?，骨的質(zhì)量要比鋼和花崗石輕得多。 人體脛骨與其他材料比較 ? 物理性能 鋼 骨 花崗石 密度 (g/cm2) ～ 沿縱軸的最高張力 強度 (kgf/cm2) 4242 930～ 1200 50 沿縱軸的最高壓力 強度 (kgf/cm2) 4240 1210～ 2100 1350 ? （二）骨受載時的生物力學特性 ? 骨在受載時呈現(xiàn)出明顯的、具有自身結構特征的生物力學特性： ? 在骨承受負荷的限度內(nèi)，成人骨對各種生理應力都能作出相應的反應，其反應的大小由應力的值所決定。骨密質(zhì)的疏松度為 5％～ 30％，骨松質(zhì)的疏松度為 30％ ~90％。 成人股骨皮質(zhì)骨極限強度 ? Reilly和 Burstein測定的成人股骨在 不同類型負荷下的皮質(zhì)骨極限強度的結果。松質(zhì)骨在屈服之后，骨小梁進行性斷裂，使拉力負荷很快減低，低于應變水平。以成年人的股骨為例，其壓縮時的強度極限是 170177。 Mpa。圖 214為人的股骨受到單軸拉伸時的應力一應變關系曲線。此外，同一塊骨的不同部位的力學性能也存在差異。 ? (1)骨松質(zhì)的結構特點：骨松質(zhì)的微結構十分復雜，它是由許多針狀或片狀的骨小梁相交織成的網(wǎng)狀結構。由于骨的密度依賴于外加載荷的大小，因此，不同部位骨松質(zhì)具有著不同類型的顯微結構，也表現(xiàn)出對不同受力特點和不同力學環(huán)境的適應性。在垂直方向，柱狀骨小梁具有較高的剛度和強度，而在水平方向，骨小梁的剛度和強度就相對較低。