软组织的生物力学特性

1、吃什么修复软组织

人体皮下胶原蛋白的流失会造成人体肌肤的衰老和产生皱纹；胶原蛋白缺失在绝经后妇女表现为骨质疏松症。人体从20岁起，胶原蛋白就开始逐年流失和老化，老化的胶原蛋白柔韧性差，丧失了保湿功能，因而肌肤出现松弛下垂、产生皱纹、长出斑点、皮肤干粗等等问题。

女性在一生中有很多时候需要大量消耗胶原蛋白，这与女性的生理现象有关。20岁以前，人体能制造足够的胶原蛋白供身体需要。20岁以后，人体制造胶原的功能就开始减弱。正常情况下，女性每月都要消耗大量的胶原蛋白，经期过后，子宫内膜脱落，子宫受损需要修复,而子宫内膜由胶原纤维组成，因此这时需要大量的胶原促进子宫内膜修复。

2、软组织损伤后为什么越静养越不好？

许多人平时在运动和生活中不注意保护自己，导致软组织损伤。有的医生建议静养休息，不能再进行强度训练运动，但是事实软组织损伤静养反而不好，这是为什么呢？

1、合理静养，不然身体机能会退化

休息不是无用的，合理休息有助于恢复，过度使用会导致各种功能的退化。软组织损伤后，在一周内会有一个急性期。炎症在急性期很活跃，我们需要制动和休息来给软组织一个良好的修复环境。经过急性期后，软组织修复进入第二阶段，即损伤后再生阶段。在这个阶段，越来越多的胶原纤维开始在受损组织中生长以连接受损组织。通过合理的功能性机械刺激，促进新生组织更接近正常组织。

2、制动对韧带的影响

制动将导致胶原纤维产量减少、胶原纤维排列紊乱、新组织的物理结构和机械性能恶化以及韧带附着处骨组织的吸收。损伤韧带早期控制性低强度运动可以提高疤痕的硬度和强度，减少疤痕增生和肥大。运动还可以增加愈合组织的生物力学功能，使新生长的组织在各种功能和结构上更接近正常组织。

3、制动对骨骼的影响

骨折后，我们需要制动，但骨痂形成后，必须逐渐开始负重。长期停用会导致骨质流失、骨质疏松和高钙血症，骨骼没有应力刺激，不利于骨折愈合。锻炼有助于全身血液和新陈代谢，促进骨折愈合。静养我们必须理合理运用，不能过于静养，也不能急于恢复功能。

受损组织随时间愈合，但愈合后的组织由于缺乏应激刺激无法适应正常活动而出现症状。所以，损伤后不能过于静养，应该循序渐进地增加运动量。

3、水针刀的创新特点

治疗点选择创新
水针刀治疗点，又称为靶点，是治疗疗效的关键所在。水针刀微创针法根据人体生物力学、生物病理学原理；三点决定一个平面、三点决定一个三角区以及人体骨骼系统的稳定结构，依靠软组织部分的肌腱、筋膜、韧带固定，维系人体骨骼框架的平衡稳定的原理，总结了一点三刀和三点三刀的治疗点和水针刀微创针法。
根据以上原理，水针刀的治疗点选择主要从以下几个部位：
⑴大都是软组织损伤的结疤粘连点；无菌性炎症部位。这些部位静态触压诊有压痛、酸胀、沉胀感；动诊有阳性结节，有弹响，软组织与骨端附着点或活动时的动痛点。
⑵肌肉肌腱的起始点、终止附着点、交会点、肌纤维起止处，为软组织动态凝力点。
⑶肌肉筋膜受力点、牵拉点，如肩胛提肌终止受力点在C1～4横突点及肩胛骨内上角。
⑷全身骨关节骨突点为受力点，如枕外隆突，颞乳突骨，上项线，下项线，脊柱三突，肩胛骨内上角、内下角、内缘、外缘，髂嵴，髂后上棘，大粗隆，骶骨胛，尾骨尖等这些点为动力损伤点，即动痛点。
⑸全身滑囊、关节囊分布点，即静态张力点，即静痛点，如肩峰下滑囊，三角肌下滑囊，大粗隆滑囊，坐骨结节滑囊等，这些点为软组织内压增高点，即静态张力点即为静痛点。
人体软组织立体三角平衡原理学说
人体动静态的平衡稳定，是依靠骨骼框架的平衡稳定系统的肌腱、韧带及筋膜等组织，构成人体许多立体三角区，达到人体的动静态平衡稳定。人体软组织立体三角平衡原理学说，正像中国古代的建筑结构，其平衡稳定功能是根据科学的生物力学特点创造发明的，其充分体现了我们祖先的聪明智慧，而人体骨骼框架的稳定结构，正是依赖软组织立体三角的生物力学的平衡功能而达到稳定，其受力点为人体骨关节周围肌腱、韧带、筋膜的起点，少部分在终止点，这些立体三角区的每个角，为生物力学的凝力点、也是软组织病理损伤点及无菌炎症的粘连点，因此就是筋骨针及筋骨三针法的三针法治疗点。
人体从头颈部、肩部、肘腕部、胸背部、胸腹部、腰骶部、臀髋部、膝踝部等关节部位，由筋膜、肌腱、韧带相互交叉构成了许多肌筋膜立体三角区，如枕下三角区，颈旁三角区，颈前三角区，肩胛上三角区，肩胛三角区，胸背三角区，腰肋三角区，腰骶三角区，骶髂三角区，髋臀三角区等，以上这些三角区的三个角，大都是软组织生物力学的凝力点，是软组织病理学损伤点，即是软组织损伤点。
根据人体软组织损伤的分布规律，人体软组织肌筋膜立体三角区，构成了规律性立体致痛区，这些致痛区主要分布在人体的颈、肩、腰、背骨突的受力点及四肢关节周围筋膜的附着处，肌腱韧带的起止点等，因此根据以上特点，可以把颈、肩、腰、背、胸、腹及四肢关节的软组织损伤，大致分以下几个立体三角区，这些三角区的三个角，为水针刀微创针法的治疗点。（本段内容网络首发，摘自吴汉卿教授《筋骨针三针法》人民军医出版社 2011年8月，版权所有，严禁转载）
人体危险区的划分
人体骨骼肌的立体三角区的三个角是生物力学的凝力点，软组织的损伤点，所以是平
衡三刀法的治疗点，然而人体软组织的立体三角区的中央区，经过解剖以后不难看出，而这些部位在人体机体分布部位，大都位于人体关节的屈侧面，是血管、神经穿越部位，因而在水针刀微创治疗学方面，我们把它划分为人体的危险区。所谓危险区，有两方面的含义，一是指在人体软组织立体三角区内进行针刀分离时，容易损伤神经、血管，导致肢体功能运动障碍，或血肿形成，引起临床上的医疗事故或医疗纠纷。另一方面要求针刀医师在人体立体三角区内，或关节的屈侧面，血管神经穿越的部位进行针刀治疗时，无论是进针刀或进行针刀分离手法，要严肃认真，小心翼翼的去进行治疗，首先要搞清局部的微细解剖、血管神经的分布线路及出口处、针刀的方向、针刀的角度、针刀的层次、针刀的内手法。每个步骤都要求细致认真，要与神经血管分布走向一致，同时避免对内脏的损伤。

4、软组织损伤后，为什么越静养，问题越多？

休息不是无用的，合理使用有助于恢复。过度使用会导致各种功能的退化。软组织损伤后，会有一个急性期，在一周内。炎症在急性期很活跃。我们需要刹车和休息来给软组织一个良好的修复环境。然而，经过急性期后，软组织修复进入第二阶段，即损伤后2 ~ 6周的再生阶段。在这个阶段，越来越多的胶原纤维开始在受损组织中生长以连接受损组织。后来，它慢慢进入第三阶段，即整形阶段，大约在伤后6-8周。通过合理的功能性机械刺激，促进新生儿组织更接近正常组织。

制动对韧带的影响。制动将导致胶原纤维产量减少、胶原纤维排列紊乱、新组织的物理结构和机械性能恶化以及韧带附着处骨组织的吸收。损伤韧带早期控制性低强度运动可以提高瘢痕的硬度和强度，减少瘢痕增生和肥大。运动还可以增加愈合组织的生物力学功能，使新生长的组织在各种功能和结构上更接近正常组织。

固定对软骨的影响。年轻时关节软骨的营养分两部分提供，一部分来自软骨下骨，另一部分来自关节滑液。成年后，骺软骨骨化，只留下滑液用于软骨营养。然而，这种滑液需要关节活动来提供营养，挤压和松弛软骨，促进软骨的营养吸收和代谢废物的排出。这种机制被称为分散机制。长期固定会导致软骨退化、脱水和变薄。关节软骨的恢复离不开机械刺激。我们需要这个练习来提供软骨代谢所必需的扩散机制。

此外，软骨的轻微磨损具有一定的修复能力，这种修复也依赖于一定的应力和摩擦刺激。制动对骨骼的影响。骨头有松质骨和皮质骨。松质骨中有小梁。小梁在最大应力的方向上支撑和生长。骨折后，我们需要在某个阶段停止，但骨痂形成后，我们必须逐渐开始加载。长期停用会导致骨质流失、骨质疏松和高钙血症。而且，长期制动，骨骼没有应力刺激，不利于骨折愈合。锻炼有助于全身血液和新陈代谢，促进骨折愈合。

5、生物力学问题

20分问这么多？你觉得可能有人回答吗？
每个问题都很难的。
7. 足球运动中香蕉球是怎样形成的？
球踢出时快速旋转，转动过程中使内侧的空气被旋转的球体带到外侧，故而使内侧的气压小而外侧的气压大，从而使球的受力不均衡，球的路线变成弯的，形成香蕉球

6、生物流体力学的主要特点是什么？

生物流体力学是生物力学的一个分支，研究动物和人体内生理流体（如血液、气体、尿液、淋巴液和其他体液等）的流动、植物生理流动、动物运动中的流体力学问题、人工脏器中的流体力学问题以及生物技术（如生物反应器）中的流体力学问题等。
其特点是：
①流体力学同固体力学密切结合。例如，人体生理流动总是以软组织为其运动的边界，而且运动一般是非定常的。因此，生理流体力学问题常为流体运动与边界变形运动的耦合。
②力学过程同物理和生化过程紧密联系。例如，在毛细血管里，流动现象总是同其他传质过程和生化反应相联系。
③流体动力同细胞生长密切相关。例如，血液流动同血管内皮细胞的生长和形态有关；生物反应器内的流动直接影响反应器内细胞的生长，等等。当今生物流体力学主要研究人体的生理流动，尤其是循环系统和呼吸系统里的流体动力学问题。

7、生物组织中的力学性质？

生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支。

生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律，并加上描写物性的本构方程。生物力学重点是研究与生理学、医学有关的力学问题。

生物力学依据研究对象的不同，可细分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。

生物力学的发展简史

生物力学一词虽然在20世纪60年代才出现，但它所涉及的一些内容，却是古老的课题。例如，1582年前后伽利略得出摆长与周期的定量关系，并利用摆来测定人的脉搏率，用与脉搏合拍的摆长来表达脉搏率等。

1616年，英国生理学家哈维根据流体力学中的连续性原理，从理论上论证了血液循环的存在；到1661年，马尔皮基在解剖青蛙时，在蛙肺中看到了微循环的存在，证实了哈维的论断；博雷利在《论动物的运动》一书中讨论了鸟飞、鱼游和心脏以及肠的运动；欧拉在1775年写了一篇关于波在动脉中传播的论文；兰姆在1898年预言动脉中存在高频波，现已得到证实；材料力学中著名的扬氏模量就是英国物理学家托马斯·扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的。

1733年，英国生理学家黑尔斯测量了马的动脉血压，并寻求血压与失血的关系，解释了心脏泵出的间歇流如何转化成血管中的连续流，并他在血液流动中引进了外周阻力概念，并正确指出：产生这种阻力的主要部位在细血管处。其后泊肃叶确立了血液流动过程中压降、流量和阻力的关系；夫兰克解释了心脏的力学问题；斯塔林提出了透过膜的传质定律，并解释了人体中水的平衡问题。

克罗格由于在微循环力学方面的贡献获得1920年诺贝尔奖金。希尔因肌肉力学的工作获得1922年诺贝尔奖金。他们的工作为60年代开始的生物力学的系统研究打下基础。

到了20世纪60年代，一批工程科学家同生理学家合作，对生物学、生理学和医学的有关问题，用工程的观点和方法，进行了较为深入的研究，使生物力学逐渐成为了一门独立的学科。其中有些课题的研究也逐渐发展成为生物力学的分支学科，如以研究生物材料的力学性能为主要内容的生物流变学等。

中国的生物力学研究，有相当一部分与中国传统医学结合，因而在骨骼力学、脉搏波、无损检测、推拿、气功、生物软组织等项目的研究中已形成自己的特色。

生物力学的研究内容

生物的各个系统，特别是循环系统和呼吸系统的动力学问题，是人们长期研究的对象。循环系统动力学主要研究血液在心脏、动脉、微血管、静脉中流动，以及心脏、心瓣的力学问题。呼吸系统动力学主要研究在呼吸过程中，气道内气体的流动和肺循环中血液的流动，以及气血间气体的交换。

所有这些工作，包括生物材料的流变性质和动力学的研究，不仅有助于对人体生理、病理过程的了解，而且还能为人工脏器的设计和制造提供科学依据。生物力学还研究植物体液的输运。

环境对生理的影响也是生物力学的一个研究内容。众所周知，氧对生物体的发育有很大影响，在缺氧环境下生物体发育较慢，在富氧环境下发育较快。即使在短期内，环境的影响也是明显的。实验表明：在含10%的氧气、压力为一个大气压的环境中的幼鼠，即使只生活24小时，在直径为15～30微米的肺小动脉壁下，也会出现大量的纤维细胞。若延续4～7天，纤维细胞则会过渡为典型的平滑肌细胞，这无疑会影响肺循环中血液的流动。又如处于高加速度状态中的人，其血液的惯性会有明显的改变，悬垂器官会偏离原位，从而改变体内血液的流动状态。

在设计水中航行的工具时，经常需要考虑最佳外形、最佳推进方式和最佳操纵方式。由于自然选择，具有这些优点的水生物较易生存下来。因此，研究某些水生物的运动可以得到一些值得借鉴的知识。

例如，海豚是一种较高级的动物，它具有高效率的推进机制和很好的外形，特别是它的皮肤，分为两层，其间充满了弹性纤维和脂肪组织，具有特殊的减阻特性，在高速游动时能够保持层流边界层状态，这是因为它的皮肤对边界层中压力梯度变化十分敏感，能作适当的弹性变形以降低逆压梯度，因而在高速游动时，表皮能产生波状运动以抑制端流的出现。又如纤毛虫的运动是通过纤毛的特殊运动实现的，在人的呼吸道内也保持有这种低级生物的运动方式，即利用纤毛排除呼吸道内的某些异物。总之，研究大自然中生物运动的意义是很明显的。

人体各器官、系统，特别是心脏-循环系统和肺脏-呼吸系统的动力学问题、生物系统和环境之间的热力学平衡问题、特异功能问题等也是当前研究的热点。生物力学的研究，不仅涉及医学、体育运动方面，而且已深入交通安全、宇航、军事科学的有关方面。

生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。

在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、断裂力学、应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。

骨是一种复合材料，它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物。骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的无机晶体使骨强度大大提高，体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。

木材和昆虫表皮都是纤维嵌入其他材料中构成的复合材料，它与由很细的玻璃纤维嵌在合成树脂中构成的玻璃钢的力学性质类似。动物与植物是由多糖、蛋白质类脂等构成的高聚物，应用橡胶和塑料的高聚物理论可得出蛋白质和多糖的力学性质。粘弹性及弹性变形、弹性模量等知识不仅可用于由氨基酸组成的蛋白质，也可用来分析有关细胞的力学性质。如细胞分裂时微丝的作用力，肌丝的工作方式和工作原理及细胞膜的力学性质等。

生物流体力学是研究生物心血管系统、消化呼吸系统、泌尿系统、内分泌以及游泳、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层理论和流变学有关的力学问题。它一般将生物材料分为体液、硬组织和软组织，肌肉则属较为特殊的一类。

体液中以血液为研究的重点，主要研究血液的粘性和影响粘性的因素(如管径、有形成分和红细胞)，以及流动中红细胞在管系支管中的比积分配问题，红细胞本身的力学性质，红细胞之间的相互作用，红细胞与管壁的作用等。人和动物体内血液的流动、植物体液的输运等与流体力学中的层流、湍流、渗流和两相流等流动型式相近。

在分析血液力学性质时，血液在大血管流动的情况下，可将血液看作均质流体。由于微血管直径与红细胞直径相当在微循环分析时，则可将血液看作两相流体。当然，血管越细，血液的非牛顿特性越显著。

人体内血液的流动大都属于层流，在血液流动很快或血管很粗的部位容易产生湍流。在主动脉中，以峰值速度运动的血液勉强处于层流状态，但在许多情况下会转变成湍流。尿道中的尿流往往是湍流；而通过毛细血管壁的物质交换则是一种渗流。对于血液流动这样的内流，因心脏的搏动血液流动具有波动性，又因血管富有弹性故流动边界呈不固定型。因此，体内血液的流动状态是比较复杂的。

对于软组织，则以研究它的流变性质，建立本构关系为主，因为本构关系不单是进一步分析它的力学问题的基础，而且具有临床意义。对于硬组织，除了研究它的流变性质外，对骨骼的消长与应力的关系也进行了大量研究。

流体力学的知识也用于动物游泳的研究。如鱼的体型呈流线型，且易挠曲，可通过兴波自我推进。水洞实验表明，在鱼游动时的流体边界层内，速度梯度很大，因而克服流体的粘性阻力的功率也大。

小生物和单细胞的游动，也是外流问题。鞭毛的波动和纤毛的拍打推动细胞表面的流体，使细胞向前运动。精子用鞭毛游动，水的惯性可以忽略，其水动力正比于精子的相对游动速度。原生动物在液体中运动，其所受阻力可以根据计算流场中小颗粒的阻力公式(斯托克斯定律)得出。

此外，空气动力学的原理与方法常用来研究动物的飞行。飞机和飞行动物飞行功率由两部分组成：零升力功率和诱导功率。前者用来克服边界层内的空气粘性阻力；后者用来向下加速空气，以提供大小等于飞机或飞行动物重量的升力。鸟在空中可以通过前后拍翅来调节滑翔角度，这与滑翔机襟翼调节的作用一样。风洞已用于研究飞行动物的飞行特性，如秃鹫、蝙蝠的滑行性能与模型滑翔机非常相似。

运动生物力学是用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学等研究人体运动的学科。用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早、比较深入的领域。

在运动生物力学的研究中，首先要建立人体力学模型，通常把人设想为由有限个以球铰联结的链系统。因为人体各相邻分体之间存在肌肉作用力，所以人体力学模型应是包含肌肉动力系统的特殊刚体系。人与动物的骨骼和肌肉的受力状态，如手提重物时手臂骨骼与二头肌的受力，脊柱与脊柱肌的受力等可用静力学方程求解。

在人体运动中，应用层动学和动力学的基本原理、方程去分析计算运动员跑、跳、投掷等多种运动项目的极限能力，其结果与奥林匹克运动会的记录非常相近。在创伤生物力学方面，以动力学的观点应用有限元法，计算头部和颈部受冲击时的频率响应并建立创伤模型，从而改进头部和颈部的防护并可加快创伤的治疗。

生物力学的研究特点

进行生物力学的研究首先要了解生物材料的几何特点，进而测定组织或材料的力学性质，确定本构方程、导出主要微分方程和积分方程、确定边界条件并求解。对于上述边界问题的解，需用生理实验去验证。若有必要，还需另立数学模型求解，以期理论与实验相一致。

生物力学与其他力学分支最重要的差别是：其研究的对象是生物体。因此，在研究生物力学问题时，实验对象所处的环境十分重要。作为实验对象的生物材料，有在体和离体之分。在体生物材料一般处于受力状态(如血管、肌肉)，一旦游离出来则处于自由状态，即非生理状态(如血管、肌肉一旦游离，当即明显收缩变短)。两种状态材料的实验结果差异较大。

在体实验分为麻醉状态和非麻醉状态两种情况。至于离体实验，在对象游离出来后，根据要求可以按整体正位进行实验，或进一步加工成试件进行实验。不同的实验条件和加工条件，对实验结果的影响很大。这正是生物力学研究的特点。
目的探讨人同种异体脱细胞骨的制备,生物力学特性及其临床应用效果.方法取新鲜人尸体髂骨,用20％过氧化氢和90％的乙醚脱去其细胞成分,制成需要的骨块.以同等大小新鲜解冻骨块作对照,在通用力学实验机上行抗压性、应变程度、移位程度及弹性模量等测量.选择37例先天性髋脱位,骨囊肿和内生软骨瘤的患儿行此脱细胞骨移植,随诊3～12个月,观察骨诱导和骨缺损修复的效果.结果组织学切片染色镜下观察见脱细胞骨保留较完整的骨小梁结构,无细胞残留.脱细胞骨的力学强度,抗压性与正常骨差别无显著性意义,但是弹性模量有所降低(P＜0.01).脱细胞骨在所有骨移植病例中显示良好的支撑效果和骨诱导成骨作用.结论脱细胞骨是一种制备简单、效果可靠的骨移植材料,具有良好的硬度,相容性和诱导成骨功能,可以成为理想的骨组织工程支架材料.