肌腱和韧带生物力学

生物力学第6章，内容有肌腱的结构与生物力学特征、肌腱损伤的临床生物力学、韧带的结构与生物力学特性、韧带损伤的临床生物力学，适用于预习、复习做参照。

肌腱和韧带生物力学

• 肌腱的结构与生物力学特征
  • 拉伸性质
    • 肌腱是体内软组织中具备最高拉伸强度的组织之一，他的主要成分是胶原纤维，而胶原纤维是最强的纤维蛋白之一。
    • 当肌肉收缩时，肌腱的应力增加，当肌肉做最大收缩时，肌腱上的拉应力很高，如果肌肉被迅速拉长，则作用在肌腱上的拉应力将进一步增加。
    • 肌肉收缩量取决与肌肉的生理横断面积，两者之间成正比。
  • 随时性及与过程相关的特性
    • 肌腱的伸长不仅与受力大小有关，也与力的作用时间和过程有关。这种黏弹性反映了胶原的固有性及胶原与基质之间的相互作用。
    • 肌腱的随时性是指肌腱的性质随时间变化而发生变化，是可以用蠕变-应力松弛之间的关系来描述。
    • 肌腱的黏弹性也与其载荷有关。
• 肌腱损伤的临床生物力学
  • 病因生物力学
    • 肌腱损伤常见的直接损伤为锐器伤，手及上肢肌腱损伤为多见。
    • 间接损伤与解剖位置、血供、骨骼情况及肌腱受力程度有密切关系。
    • 肌腱发生间接损伤时常在承受超负荷应力之前就已经存在病变。
    • 此外，如类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、甲状腺功能亢进等全身病理性状态均可使肌腱强度下降。
  • 治疗生物力学
    • 缝合材料
      • 不锈钢丝、可吸收缝线因其自身的局限性，如钢丝容易撕脱肌腱，可吸收缝线强度减弱过早等，限制了他们在肌腱修复中的应用。
    • 缝合方法
      • 缝合后的肌腱强度需要足够应对早期的功能锻炼，并且使肌腱处于低受力状态以利于肌腱愈合。
• 韧带的结构与生物力学特性
  • 韧带的结构
    • 属于致密结缔组织，是连接骨与骨的负重结构。
    • 胶原比例较低，其他基质比例较高。
    • 纤维排列多样化，这样可以承受更多方向的载荷，以起到稳定关节的作用。
  • 生物力学特性
    • 拉伸特性
      • 研究韧带的拉伸特性，必须按照骨-韧带-骨这样一个复合体的结构来确定
      • 这个复合体的结构性质不仅受到韧带的力学性质和几何形状的影响，还受到附着点组织的结构特性的影响。
      • 载荷-拉伸曲线可被分为最初的强度较低区域、“延滞”关系区域以及有 较高强度的线性区域。这样，韧带就具有非线性、应变强度结构的特征
    • 加速度和持续时间相关的特点
      • 持续载荷的影响，当关节受到持续载荷作用一段时间后，软组织产生缓慢变形或蠕变，在加载后的最初6~8小时，这种蠕变现象最显著，但在以后数月中蠕变将以很低的速率进行。持续低载荷长时间作用于软组织可产生这种蠕变现象，这对许多种畸形是很有治疗作用
      • 载速率的影响，与骨组合在一起时，单根韧带可贮存较多能量，需要大的力才能使其断裂。当载荷速度即变形速率增加时能承受更大的伸长。在对骨一韧带-骨组合作拉伸破坏试验时，可以看出它们具有更复杂的力学性能。不同载荷速率作用下，骨-韧带-骨组合中具有更大强度的部位也不同。
• 韧带损伤的临床生物力学
  • 病因生物力学
    • 当韧带所受负荷超过其生理负荷时，会出现微断裂。而当负荷继续增加超出其屈服点时，韧带就会出现明显的断裂。
  • 治疗生物力学
    • 动物试验研究显示，单纯内侧副韧带损伤手术修复与未修复48周后其张力强度均只能到正常的 60%，如果损伤断端有间隙，股骨-内侧副韧带-胫骨复合体结构的极限负荷和强度比缝合后要低25%。