最新骨骼系统周围的胶原组织的生物力学2

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  最新骨骼系统周围的胶原组织的生物力学2

3、韧带的力学特性
韧带的功能是稳定关节、支持关节的运动，并防止过量运动。

决定韧带的强度有三个因素：一是韧带的横截面积和形状；二是胶原纤维和弹性纤维的组成比例；三是载荷速度与纤维取向。
第一、韧带的横截面积和形状与胍、肌腱一样，韧带横截面的面积愈大，其强度越高；同时，由于其纤维排列的形态不同，也同样影响其强度；即与其载荷方向一致的纤维数愈多，截面积愈大，其强度也就愈大。
第二、组成韧带的胶原纤维和弹力纤维的比例胶原纤维比例多，则表现为塑性材料载荷一变形曲线；弹力纤维比例多，则呈现为类脆性材料载荷一变形曲线。前者应变超过6—8%（屈服点）后，胶原纤维就出现进行性破坏；而后者应变达200%时可突然折断（断裂）。
第三、载荷速度韧带同骨一样，其强度和刚度随载荷的速度的增加而增大。
在人体内，必须把韧带看作是骨一韧带一骨复合体中的一环。在韧带的骨附着区，即从其腱末端装置的材料上看，其刚度呈递增排列，当韧带的纤维进入刚度较大的骨结构区后，应力的集中效应则迅速递减。所以韧带在进入骨附着点之前也是应力的集中区，是高应力点。

4、载荷速度与持续时间的关系及临床意义
载荷速度与持续时间对骨一韧带一骨复合体的影响这一问题，在估计关节损伤和治疗关节疾病时有很大的临床意义。
①恒定载荷效应 关节长时间承受恒定的低载荷时，软组织发生缓慢变形，称蠕变( Creep)。受载初期6～8小时内这种蠕变最大，但可在低速下持续蠕变数月。以此原理，可右效地治疗某些畸形。如在夹板、支架、牵引、石膏床等方式下治疗脊柱畸形。在骨组织发生变形的同时，软组织也会发生相应的变化；当软组织变形到一定程度，则发生载荷松驰，即载荷随时间而减少，特别是在受载的头6～8小时内发生的载荷松弛最大。
②载荷速度的影响研究发现，完整的骨一韧带一骨复合体的不同部分，在不同的拉伸载荷速度下强度不同。在慢速下( 69s)，韧带的骨性止点是最弱部。如临床上常见到的，韧带附着点的骨棘所发生的撕脱骨折便是在这种慢速载荷下所产生的损伤；相反，在快速载荷下(0.6s)其最弱的部分是韧带的末端。在临床上的表现便是，某些在快速撞击等外力下产生的韧带断裂。这些研究表明，随载荷速度的增加，骨强度的增加比韧带强度的增加要多。
③韧带重塑性能 韧带能根据力学需要进行重塑。也就是说，韧带在承受高应力时，强度和刚度增加；而在应力下降时，强度和刚度减小。这一生物学性能说明，韧带可以在锻炼过程中增强其强度和刚度；同理，当废用时，随着时间的推移，其强度和刚度则逐渐下降。老年人的韧带与青年人相比，韧带的强度与刚度要减少1/2～1/3。这种改变与老年人的活动水平有关，产生了废用性效应。在临床上，关节被制动时．时间越长，肌、腱、韧带上的应力就愈减少，这些组织的强度和刚度也愈减少。在制动期间，即使作等长的肌收缩锻炼，它们的生物学性能的恢复也须很长时间（图2-1-07）。8周的固定，往往须几个月的加载练习才能恢复其顺应性，骨质的恢复则更长。这是因为关节制动期间的肌等长运动，不可能有正常的生理载荷。所以，不可能达到防止废用性效应发生的目的。

综上所述可以看出，韧带具有限制关节活动和活动时保护关节的作用。这时由于韧带具有双重的内部结构，它们对活动的关节起到稳定作用；而在关节活动的中立位时，韧带是最松弛的。特别是滑膜关节，其关节囊是一个薄弱的韧带样结构。
的生物力学