軟組織的生物力學特性

1、吃什麼修復軟組織

人體皮下膠原蛋白的流失會造成人體肌膚的衰老和產生皺紋；膠原蛋白缺失在絕經後婦女表現為骨質疏鬆症。人體從20歲起，膠原蛋白就開始逐年流失和老化，老化的膠原蛋白柔韌性差，喪失了保濕功能，因而肌膚出現鬆弛下垂、產生皺紋、長出斑點、皮膚干粗等等問題。

女性在一生中有很多時候需要大量消耗膠原蛋白，這與女性的生理現象有關。20歲以前，人體能製造足夠的膠原蛋白供身體需要。20歲以後，人體製造膠原的功能就開始減弱。正常情況下，女性每月都要消耗大量的膠原蛋白，經期過後，子宮內膜脫落，子宮受損需要修復,而子宮內膜由膠原纖維組成，因此這時需要大量的膠原促進子宮內膜修復。

2、軟組織損傷後為什麼越靜養越不好？

許多人平時在運動和生活中不注意保護自己，導致軟組織損傷。有的醫生建議靜養休息，不能再進行強度訓練運動，但是事實軟組織損傷靜養反而不好，這是為什麼呢？

1、合理靜養，不然身體機能會退化

休息不是無用的，合理休息有助於恢復，過度使用會導致各種功能的退化。軟組織損傷後，在一周內會有一個急性期。炎症在急性期很活躍，我們需要制動和休息來給軟組織一個良好的修復環境。經過急性期後，軟組織修復進入第二階段，即損傷後再生階段。在這個階段，越來越多的膠原纖維開始在受損組織中生長以連接受損組織。通過合理的功能性機械刺激，促進新生組織更接近正常組織。

2、制動對韌帶的影響

制動將導致膠原纖維產量減少、膠原纖維排列紊亂、新組織的物理結構和機械性能惡化以及韌帶附著處骨組織的吸收。損傷韌帶早期控制性低強度運動可以提高疤痕的硬度和強度，減少疤痕增生和肥大。運動還可以增加癒合組織的生物力學功能，使新生長的組織在各種功能和結構上更接近正常組織。

3、制動對骨骼的影響

骨折後，我們需要制動，但骨痂形成後，必須逐漸開始負重。長期停用會導致骨質流失、骨質疏鬆和高鈣血症，骨骼沒有應力刺激，不利於骨折癒合。鍛煉有助於全身血液和新陳代謝，促進骨折癒合。靜養我們必須理合理運用，不能過於靜養，也不能急於恢復功能。

受損組織隨時間癒合，但癒合後的組織由於缺乏應激刺激無法適應正常活動而出現症狀。所以，損傷後不能過於靜養，應該循序漸進地增加運動量。

3、水針刀的創新特點

治療點選擇創新
水針刀治療點，又稱為靶點，是治療療效的關鍵所在。水針刀微創針法根據人體生物力學、生物病理學原理；三點決定一個平面、三點決定一個三角區以及人體骨骼系統的穩定結構，依靠軟組織部分的肌腱、筋膜、韌帶固定，維系人體骨骼框架的平衡穩定的原理，總結了一點三刀和三點三刀的治療點和水針刀微創針法。
根據以上原理，水針刀的治療點選擇主要從以下幾個部位：
⑴大都是軟組織損傷的結疤粘連點；無菌性炎症部位。這些部位靜態觸壓診有壓痛、酸脹、沉脹感；動診有陽性結節，有彈響，軟組織與骨端附著點或活動時的動痛點。
⑵肌肉肌腱的起始點、終止附著點、交會點、肌纖維起止處，為軟組織動態凝力點。
⑶肌肉筋膜受力點、牽拉點，如肩胛提肌終止受力點在C1～4橫突點及肩胛骨內上角。
⑷全身骨關節骨突點為受力點，如枕外隆突，顳乳突骨，上項線，下項線，脊柱三突，肩胛骨內上角、內下角、內緣、外緣，髂嵴，髂後上棘，大粗隆，骶骨胛，尾骨尖等這些點為動力損傷點，即動痛點。
⑸全身滑囊、關節囊分布點，即靜態張力點，即靜痛點，如肩峰下滑囊，三角肌下滑囊，大粗隆滑囊，坐骨結節滑囊等，這些點為軟組織內壓增高點，即靜態張力點即為靜痛點。
人體軟組織立體三角平衡原理學說
人體動靜態的平衡穩定，是依靠骨骼框架的平衡穩定系統的肌腱、韌帶及筋膜等組織，構成人體許多立體三角區，達到人體的動靜態平衡穩定。人體軟組織立體三角平衡原理學說，正像中國古代的建築結構，其平衡穩定功能是根據科學的生物力學特點創造發明的，其充分體現了我們祖先的聰明智慧，而人體骨骼框架的穩定結構，正是依賴軟組織立體三角的生物力學的平衡功能而達到穩定，其受力點為人體骨關節周圍肌腱、韌帶、筋膜的起點，少部分在終止點，這些立體三角區的每個角，為生物力學的凝力點、也是軟組織病理損傷點及無菌炎症的粘連點，因此就是筋骨針及筋骨三針法的三針法治療點。
人體從頭頸部、肩部、肘腕部、胸背部、胸腹部、腰骶部、臀髖部、膝踝部等關節部位，由筋膜、肌腱、韌帶相互交叉構成了許多肌筋膜立體三角區，如枕下三角區，頸旁三角區，頸前三角區，肩胛上三角區，肩胛三角區，胸背三角區，腰肋三角區，腰骶三角區，骶髂三角區，髖臀三角區等，以上這些三角區的三個角，大都是軟組織生物力學的凝力點，是軟組織病理學損傷點，即是軟組織損傷點。
根據人體軟組織損傷的分布規律，人體軟組織肌筋膜立體三角區，構成了規律性立體致痛區，這些致痛區主要分布在人體的頸、肩、腰、背骨突的受力點及四肢關節周圍筋膜的附著處，肌腱韌帶的起止點等，因此根據以上特點，可以把頸、肩、腰、背、胸、腹及四肢關節的軟組織損傷，大致分以下幾個立體三角區，這些三角區的三個角，為水針刀微創針法的治療點。（本段內容網路首發，摘自吳漢卿教授《筋骨針三針法》人民軍醫出版社 2011年8月，版權所有，嚴禁轉載）
人體危險區的劃分
人體骨骼肌的立體三角區的三個角是生物力學的凝力點，軟組織的損傷點，所以是平
衡三刀法的治療點，然而人體軟組織的立體三角區的中央區，經過解剖以後不難看出，而這些部位在人體機體分布部位，大都位於人體關節的屈側面，是血管、神經穿越部位，因而在水針刀微創治療學方面，我們把它劃分為人體的危險區。所謂危險區，有兩方面的含義，一是指在人體軟組織立體三角區內進行針刀分離時，容易損傷神經、血管，導致肢體功能運動障礙，或血腫形成，引起臨床上的醫療事故或醫療糾紛。另一方面要求針刀醫師在人體立體三角區內，或關節的屈側面，血管神經穿越的部位進行針刀治療時，無論是進針刀或進行針刀分離手法，要嚴肅認真，小心翼翼的去進行治療，首先要搞清局部的微細解剖、血管神經的分布線路及出口處、針刀的方向、針刀的角度、針刀的層次、針刀的內手法。每個步驟都要求細致認真，要與神經血管分布走向一致，同時避免對內臟的損傷。

4、軟組織損傷後，為什麼越靜養，問題越多？

休息不是無用的，合理使用有助於恢復。過度使用會導致各種功能的退化。軟組織損傷後，會有一個急性期，在一周內。炎症在急性期很活躍。我們需要剎車和休息來給軟組織一個良好的修復環境。然而，經過急性期後，軟組織修復進入第二階段，即損傷後2 ~ 6周的再生階段。在這個階段，越來越多的膠原纖維開始在受損組織中生長以連接受損組織。後來，它慢慢進入第三階段，即整形階段，大約在傷後6-8周。通過合理的功能性機械刺激，促進新生兒組織更接近正常組織。

制動對韌帶的影響。制動將導致膠原纖維產量減少、膠原纖維排列紊亂、新組織的物理結構和機械性能惡化以及韌帶附著處骨組織的吸收。損傷韌帶早期控制性低強度運動可以提高瘢痕的硬度和強度，減少瘢痕增生和肥大。運動還可以增加癒合組織的生物力學功能，使新生長的組織在各種功能和結構上更接近正常組織。

固定對軟骨的影響。年輕時關節軟骨的營養分兩部分提供，一部分來自軟骨下骨，另一部分來自關節滑液。成年後，骺軟骨骨化，只留下滑液用於軟骨營養。然而，這種滑液需要關節活動來提供營養，擠壓和鬆弛軟骨，促進軟骨的營養吸收和代謝廢物的排出。這種機制被稱為分散機制。長期固定會導致軟骨退化、脫水和變薄。關節軟骨的恢復離不開機械刺激。我們需要這個練習來提供軟骨代謝所必需的擴散機制。

此外，軟骨的輕微磨損具有一定的修復能力，這種修復也依賴於一定的應力和摩擦刺激。制動對骨骼的影響。骨頭有松質骨和皮質骨。松質骨中有小梁。小梁在最大應力的方向上支撐和生長。骨折後，我們需要在某個階段停止，但骨痂形成後，我們必須逐漸開始載入。長期停用會導致骨質流失、骨質疏鬆和高鈣血症。而且，長期制動，骨骼沒有應力刺激，不利於骨折癒合。鍛煉有助於全身血液和新陳代謝，促進骨折癒合。

5、生物力學問題

20分問這么多？你覺得可能有人回答嗎？
每個問題都很難的。
7. 足球運動中香蕉球是怎樣形成的？
球踢出時快速旋轉，轉動過程中使內側的空氣被旋轉的球體帶到外側，故而使內側的氣壓小而外側的氣壓大，從而使球的受力不均衡，球的路線變成彎的，形成香蕉球

6、生物流體力學的主要特點是什麼？

生物流體力學是生物力學的一個分支，研究動物和人體內生理流體（如血液、氣體、尿液、淋巴液和其他體液等）的流動、植物生理流動、動物運動中的流體力學問題、人工臟器中的流體力學問題以及生物技術（如生物反應器）中的流體力學問題等。
其特點是：
①流體力學同固體力學密切結合。例如，人體生理流動總是以軟組織為其運動的邊界，而且運動一般是非定常的。因此，生理流體力學問題常為流體運動與邊界變形運動的耦合。
②力學過程同物理和生化過程緊密聯系。例如，在毛細血管里，流動現象總是同其他傳質過程和生化反應相聯系。
③流體動力同細胞生長密切相關。例如，血液流動同血管內皮細胞的生長和形態有關；生物反應器內的流動直接影響反應器內細胞的生長，等等。當今生物流體力學主要研究人體的生理流動，尤其是循環系統和呼吸系統里的流體動力學問題。

7、生物組織中的力學性質？

生物力學是應用力學原理和方法對生物體中的力學問題進行定量研究的生物物理學分支。

生物力學的研究范圍從生物整體到系統、器官(包括血液、體液、臟器、骨骼等)，從鳥飛、魚游、鞭毛和纖毛運動到植物體液的輸運等。生物力學的基礎是能量守恆、動量定律、質量守恆三定律，並加上描寫物性的本構方程。生物力學重點是研究與生理學、醫學有關的力學問題。

生物力學依據研究對象的不同，可細分為生物流體力學、生物固體力學和運動生物力學等。

生物力學的發展簡史

生物力學一詞雖然在20世紀60年代才出現，但它所涉及的一些內容，卻是古老的課題。例如，1582年前後伽利略得出擺長與周期的定量關系，並利用擺來測定人的脈搏率，用與脈搏合拍的擺長來表達脈搏率等。

1616年，英國生理學家哈維根據流體力學中的連續性原理，從理論上論證了血液循環的存在；到1661年，馬爾皮基在解剖青蛙時，在蛙肺中看到了微循環的存在，證實了哈維的論斷；博雷利在《論動物的運動》一書中討論了鳥飛、魚游和心臟以及腸的運動；歐拉在1775年寫了一篇關於波在動脈中傳播的論文；蘭姆在1898年預言動脈中存在高頻波，現已得到證實；材料力學中著名的揚氏模量就是英國物理學家托馬斯·揚為建立聲帶發音的彈性力學理論而提出的。

1733年，英國生理學家黑爾斯測量了馬的動脈血壓，並尋求血壓與失血的關系，解釋了心臟泵出的間歇流如何轉化成血管中的連續流，並他在血液流動中引進了外周阻力概念，並正確指出：產生這種阻力的主要部位在細血管處。其後泊肅葉確立了血液流動過程中壓降、流量和阻力的關系；夫蘭克解釋了心臟的力學問題；斯塔林提出了透過膜的傳質定律，並解釋了人體中水的平衡問題。

克羅格由於在微循環力學方面的貢獻獲得1920年諾貝爾獎金。希爾因肌肉力學的工作獲得1922年諾貝爾獎金。他們的工作為60年代開始的生物力學的系統研究打下基礎。

到了20世紀60年代，一批工程科學家同生理學家合作，對生物學、生理學和醫學的有關問題，用工程的觀點和方法，進行了較為深入的研究，使生物力學逐漸成為了一門獨立的學科。其中有些課題的研究也逐漸發展成為生物力學的分支學科，如以研究生物材料的力學性能為主要內容的生物流變學等。

中國的生物力學研究，有相當一部分與中國傳統醫學結合，因而在骨骼力學、脈搏波、無損檢測、推拿、氣功、生物軟組織等項目的研究中已形成自己的特色。

生物力學的研究內容

生物的各個系統，特別是循環系統和呼吸系統的動力學問題，是人們長期研究的對象。循環系統動力學主要研究血液在心臟、動脈、微血管、靜脈中流動，以及心臟、心瓣的力學問題。呼吸系統動力學主要研究在呼吸過程中，氣道內氣體的流動和肺循環中血液的流動，以及氣血間氣體的交換。

所有這些工作，包括生物材料的流變性質和動力學的研究，不僅有助於對人體生理、病理過程的了解，而且還能為人工臟器的設計和製造提供科學依據。生物力學還研究植物體液的輸運。

環境對生理的影響也是生物力學的一個研究內容。眾所周知，氧對生物體的發育有很大影響，在缺氧環境下生物體發育較慢，在富氧環境下發育較快。即使在短期內，環境的影響也是明顯的。實驗表明：在含10%的氧氣、壓力為一個大氣壓的環境中的幼鼠，即使只生活24小時，在直徑為15～30微米的肺小動脈壁下，也會出現大量的纖維細胞。若延續4～7天，纖維細胞則會過渡為典型的平滑肌細胞，這無疑會影響肺循環中血液的流動。又如處於高加速度狀態中的人，其血液的慣性會有明顯的改變，懸垂器官會偏離原位，從而改變體內血液的流動狀態。

在設計水中航行的工具時，經常需要考慮最佳外形、最佳推進方式和最佳操縱方式。由於自然選擇，具有這些優點的水生物較易生存下來。因此，研究某些水生物的運動可以得到一些值得借鑒的知識。

例如，海豚是一種較高級的動物，它具有高效率的推進機制和很好的外形，特別是它的皮膚，分為兩層，其間充滿了彈性纖維和脂肪組織，具有特殊的減阻特性，在高速游動時能夠保持層流邊界層狀態，這是因為它的皮膚對邊界層中壓力梯度變化十分敏感，能作適當的彈性變形以降低逆壓梯度，因而在高速游動時，表皮能產生波狀運動以抑制端流的出現。又如纖毛蟲的運動是通過纖毛的特殊運動實現的，在人的呼吸道內也保持有這種低級生物的運動方式，即利用纖毛排除呼吸道內的某些異物。總之，研究大自然中生物運動的意義是很明顯的。

人體各器官、系統，特別是心臟-循環系統和肺臟-呼吸系統的動力學問題、生物系統和環境之間的熱力學平衡問題、特異功能問題等也是當前研究的熱點。生物力學的研究，不僅涉及醫學、體育運動方面，而且已深入交通安全、宇航、軍事科學的有關方面。

生物固體力學是利用材料力學、彈塑性理論、斷裂力學的基本理論和方法，研究生物組織和器官中與之相關的力學問題。

在近似分析中，人與動物骨頭的壓縮、拉伸、斷裂的強度理論及其狀態參數都可應用材料力學的標准公式。但是，無論在形態還是力學性質上，骨頭都是各向異性的。20世紀70年代以來，對骨骼的力學性質已有許多理論與實踐研究，如組合桿假設，二相假設等，有限元法、斷裂力學、應力套方法和先測彈力法等檢測技術都已應用於骨力學研究。

骨是一種復合材料，它的強度不僅與骨的構造也與材料本身相關。骨是骨膠原纖維和無機晶體的組合物。骨板由縱向纖維和環向纖維構成，骨質中的無機晶體使骨強度大大提高，體現了骨以最少的結構材料來承受最大外力的功能適應性。

木材和昆蟲表皮都是纖維嵌入其他材料中構成的復合材料，它與由很細的玻璃纖維嵌在合成樹脂中構成的玻璃鋼的力學性質類似。動物與植物是由多糖、蛋白質類脂等構成的高聚物，應用橡膠和塑料的高聚物理論可得出蛋白質和多糖的力學性質。粘彈性及彈性變形、彈性模量等知識不僅可用於由氨基酸組成的蛋白質，也可用來分析有關細胞的力學性質。如細胞分裂時微絲的作用力，肌絲的工作方式和工作原理及細胞膜的力學性質等。

生物流體力學是研究生物心血管系統、消化呼吸系統、泌尿系統、內分泌以及游泳、飛行等與水動力學、空氣動力學、邊界層理論和流變學有關的力學問題。它一般將生物材料分為體液、硬組織和軟組織，肌肉則屬較為特殊的一類。

體液中以血液為研究的重點，主要研究血液的粘性和影響粘性的因素(如管徑、有形成分和紅細胞)，以及流動中紅細胞在管系支管中的比積分配問題，紅細胞本身的力學性質，紅細胞之間的相互作用，紅細胞與管壁的作用等。人和動物體內血液的流動、植物體液的輸運等與流體力學中的層流、湍流、滲流和兩相流等流動型式相近。

在分析血液力學性質時，血液在大血管流動的情況下，可將血液看作均質流體。由於微血管直徑與紅細胞直徑相當在微循環分析時，則可將血液看作兩相流體。當然，血管越細，血液的非牛頓特性越顯著。

人體內血液的流動大都屬於層流，在血液流動很快或血管很粗的部位容易產生湍流。在主動脈中，以峰值速度運動的血液勉強處於層流狀態，但在許多情況下會轉變成湍流。尿道中的尿流往往是湍流；而通過毛細血管壁的物質交換則是一種滲流。對於血液流動這樣的內流，因心臟的搏動血液流動具有波動性，又因血管富有彈性故流動邊界呈不固定型。因此，體內血液的流動狀態是比較復雜的。

對於軟組織，則以研究它的流變性質，建立本構關系為主，因為本構關系不單是進一步分析它的力學問題的基礎，而且具有臨床意義。對於硬組織，除了研究它的流變性質外，對骨骼的消長與應力的關系也進行了大量研究。

流體力學的知識也用於動物游泳的研究。如魚的體型呈流線型，且易撓曲，可通過興波自我推進。水洞實驗表明，在魚游動時的流體邊界層內，速度梯度很大，因而克服流體的粘性阻力的功率也大。

小生物和單細胞的游動，也是外流問題。鞭毛的波動和纖毛的拍打推動細胞表面的流體，使細胞向前運動。精子用鞭毛游動，水的慣性可以忽略，其水動力正比於精子的相對游動速度。原生動物在液體中運動，其所受阻力可以根據計算流場中小顆粒的阻力公式(斯托克斯定律)得出。

此外，空氣動力學的原理與方法常用來研究動物的飛行。飛機和飛行動物飛行功率由兩部分組成：零升力功率和誘導功率。前者用來克服邊界層內的空氣粘性阻力；後者用來向下加速空氣，以提供大小等於飛機或飛行動物重量的升力。鳥在空中可以通過前後拍翅來調節滑翔角度，這與滑翔機襟翼調節的作用一樣。風洞已用於研究飛行動物的飛行特性，如禿鷲、蝙蝠的滑行性能與模型滑翔機非常相似。

運動生物力學是用靜力學、運動學和動力學的基本原理結合解剖學、生理學等研究人體運動的學科。用理論力學的原理和方法研究生物是個開展得比較早、比較深入的領域。

在運動生物力學的研究中，首先要建立人體力學模型，通常把人設想為由有限個以球鉸聯結的鏈系統。因為人體各相鄰分體之間存在肌肉作用力，所以人體力學模型應是包含肌肉動力系統的特殊剛體系。人與動物的骨骼和肌肉的受力狀態，如手提重物時手臂骨骼與二頭肌的受力，脊柱與脊柱肌的受力等可用靜力學方程求解。

在人體運動中，應用層動學和動力學的基本原理、方程去分析計算運動員跑、跳、投擲等多種運動項目的極限能力，其結果與奧林匹克運動會的記錄非常相近。在創傷生物力學方面，以動力學的觀點應用有限元法，計算頭部和頸部受沖擊時的頻率響應並建立創傷模型，從而改進頭部和頸部的防護並可加快創傷的治療。

生物力學的研究特點

進行生物力學的研究首先要了解生物材料的幾何特點，進而測定組織或材料的力學性質，確定本構方程、導出主要微分方程和積分方程、確定邊界條件並求解。對於上述邊界問題的解，需用生理實驗去驗證。若有必要，還需另立數學模型求解，以期理論與實驗相一致。

生物力學與其他力學分支最重要的差別是：其研究的對象是生物體。因此，在研究生物力學問題時，實驗對象所處的環境十分重要。作為實驗對象的生物材料，有在體和離體之分。在體生物材料一般處於受力狀態(如血管、肌肉)，一旦游離出來則處於自由狀態，即非生理狀態(如血管、肌肉一旦游離，當即明顯收縮變短)。兩種狀態材料的實驗結果差異較大。

在體實驗分為麻醉狀態和非麻醉狀態兩種情況。至於離體實驗，在對象游離出來後，根據要求可以按整體正位進行實驗，或進一步加工成試件進行實驗。不同的實驗條件和加工條件，對實驗結果的影響很大。這正是生物力學研究的特點。
目的探討人同種異體脫細胞骨的制備,生物力學特性及其臨床應用效果.方法取新鮮人屍體髂骨,用20％過氧化氫和90％的乙醚脫去其細胞成分,製成需要的骨塊.以同等大小新鮮解凍骨塊作對照,在通用力學實驗機上行抗壓性、應變程度、移位程度及彈性模量等測量.選擇37例先天性髖脫位,骨囊腫和內生軟骨瘤的患兒行此脫細胞骨移植,隨診3～12個月,觀察骨誘導和骨缺損修復的效果.結果組織學切片染色鏡下觀察見脫細胞骨保留較完整的骨小梁結構,無細胞殘留.脫細胞骨的力學強度,抗壓性與正常骨差別無顯著性意義,但是彈性模量有所降低(P＜0.01).脫細胞骨在所有骨移植病例中顯示良好的支撐效果和骨誘導成骨作用.結論脫細胞骨是一種制備簡單、效果可靠的骨移植材料,具有良好的硬度,相容性和誘導成骨功能,可以成為理想的骨組織工程支架材料.