医用材料生物学基础-蔡伟第二章医用植入材料生物环境——四人体骨骼系统与骨组织生物力学五免疫系统与免疫细胞.ppt
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1、第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,1,哈尔滨工业大学 材料学院 材料物理与化学 二OO六年十月,医用材料生物学基础,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,2,第二章 医用植入材料生物环境,一、生命体系结构、人体组织与器官 二、细胞结构与功能 三、人体血液与组织液系统 四、人体骨骼系统与骨组织生物力学 五、人体免疫系统与免疫细胞,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,3,四、人体骨骼系统与骨组织生物力学,骨的形态、结构与性质 骨的形态 骨的构造: 骨膜/骨质/骨髓 骨的显微结构 骨的化学成分与物理性质 骨骼及其力学性质 骨折修复期 关节的结构,第二章 生物环境,四、骨骼与骨
2、组织生物力学,4,骨的形态,成人全身骨约占体重的20,206块。 形态多样,分为四类: 长骨:主要分布于四肢,起支持和杠杆作用; 长骨中间部为骨干,呈长管状,骨干 内空腔为骨髓腔,两端膨大,为骺。 如肱骨。 短骨:形似立方形,多分布于既能承受压力 又能活动的部位,如手的腕骨和足的 跗骨;,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,5,骨的形态,成人全身骨约占体重的20,206块。 形态多样,分为四类: 扁骨:呈板状,富有较大的弹性和坚固性, 围成空腔对腔内器官起保护作用, 如顶骨、枕骨等; 不规则骨:形状不规则,如椎骨、蝶骨。,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,6,胸骨剑突,骶骨,
3、髋骨,尾骨,股骨,腓骨,颅骨,颈椎,肩胛骨,胸骨,胸椎,肱骨,腰椎,腕骨,掌骨,指骨,尺骨,桡骨,髌骨,胫骨,跗骨,趾骨,骨,跟骨,腓骨,股骨,尾骨,肋骨,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,7,骨的构造: 骨膜/骨质/骨髓,骨膜:紧贴在除关节面以外的骨表面的一层致密纤维结缔组织膜,很坚韧,分为内外两层。内层中有一些细胞可分化为成骨细胞和破骨细胞。 骨膜内含有丰富的血管和神经,对骨起营养作用。,骨由骨膜、骨质和骨髓构成,有丰富的血管和神经。活体内的每一块骨都是一个活的器官。,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,8,骨的构造: 骨膜/骨质/骨髓,骨膜: 骨膜内的成骨细胞在生长发育
4、期能形成新骨,使骨长粗。成年以后则处于相对静止状态,但在骨折时,成骨细胞可再增生活动,促进骨的愈合。 骨膜内的破骨细胞能破坏骨质。 成骨细胞与破骨细胞对骨的发生、生长改造、修复起着重要作用。,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,9,骨的构造:骨膜/骨质/骨髓,骨质: 分骨密质和骨松质两类。,骨密质: 在骨的表面,由层层紧密排列的骨板构成,结构致密坚硬,抗压、抗扭曲力强。,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,10,骨的构造:骨膜/骨质/骨髓,骨松质:骨松质在骨密质的内面,结构疏松,弹性较大,由许多片状的骨小梁交织排列而成。 呈蜂窝状,骨小梁与压力的传递方向一致,能承受很大的压力。
5、,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,11,骨的构造: 骨膜/骨质/骨髓,骨密质和骨松质的分布: 长骨骨干: 有很厚的骨密质,骨干 中央为骨髓腔。 长骨骨骺及短骨: 表面有一层薄的骨密 质,中央为骨松质。 扁骨: 内外表面都是骨密质形 成的骨板,中央为骨松质,Macroscopic structure,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,12,骨的构造: 骨膜/骨质/骨髓,在胎儿和幼儿时期全部都是红骨髓,具有造血功能。随着年龄的增长(约57岁),骨髓腔中的红骨髓逐渐被脂肪组织所代替,颜色变黄称为黄骨髓,失去造血功能。但当大失血或严重贫血时,黄骨髓可再转变为红骨髓,恢复造血功能。
6、 在骨骺、短骨及扁骨的骨松质内的红骨髓终生保持造血功能。,骨髓:充填于骨髓腔和骨松质的网眼内。,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,13,的显微结构,作用:骨组织与软骨组织均属于具有支持和保护作用的结缔组织。,骨质、骨膜(血管、神经)、骨髓,骨组织,骨细胞:多突起,位于骨陷窝内,埋藏 在固体状态基质中 基质:基质和纤维排列成紧密的骨板。 具有一定的形状和强大的坚韧性 和弹性。,软骨组织 骨组织,透明软骨、弹力软骨和纤维软骨,骨,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,14,Microscopic structure of bone,中央管,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学
7、,15,骨的化学成分与物理性质,无机物,碱性磷酸钙为主的无机盐类、碳酸钙等。 作用:使骨挺硬坚实。,有机物,大量排列规则的骨胶原纤维束和粘多糖蛋白 作用:作为骨支架,赋予骨弹性和韧性, 使骨具有基本形态。,骨的可塑性:在生长、发育过程中,由于各 种条件的影响使得骨的形态有所改变。 骨的粘弹性:在外力作用下,骨产生的形变 与时间相关。,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,16,Bone is a two-phase composite material with organic (flexible) and inorganic (rigid) components,Components
8、of Bone,Components of bone (wt%),第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,17,骨骼及其力学性质,骨骼:是人体的支架,运动的支撑。,力学性质: 极限强度: 抗张强度 抗压强度 弯曲强度 刚度: 弹性模量: 韧性: 应力应变曲线:,在此 施加 压力,在此 拉伸,体重的着力点,人 体 股 骨 的 应 力 分 布,第二章 生物环境,四、骨骼与骨组织生物力学,18,Properties of Cortical vs. Cancellous Bone,STRESS,Stiffer, withstands greater stress,CORTICAL 皮质骨 骨松质C
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