百科知识 肌腱的生物力学特性及应用

肌腱的生物力学特性及应用

时间:2023-12-04 百科知识 版权反馈
【摘要】:整个肌腱被称为腱外膜的一层结缔组织包绕。分析肌腱的生物力学特性有助于理解其损伤机制和康复治疗。肌腱一般与肌肉相连,正常肌腱的拉伸力比肌肉高2倍以上,因此临床上肌肉撕裂比肌腱断裂多。肌肉收缩时,肌腱上的应力值增加,主要表现为拉应力增高。若肌肉快速被动伸展,肌腱上的拉应力可进一步升高。肌腱横截面积越大,能承受的载荷也越大。肌腱受时间的影响可用蠕变-应力松弛来表示。

肌腱的生物力学特性及应用

肌腱直接连接肌肉到骨上。肌腱主要由胶原纤维和蛋白黏多糖基质构成。胶原纤维聚合在一起形成初束。几组初束连在一起形成六边形的次束。次束被互相缠绕的含有弹性蛋白的疏松结缔组织(为腱内膜)连在一起。整个肌腱被称为腱外膜的一层结缔组织包绕。肌腱的最外层是腱周组织,它是滑膜层里的双层结缔组织鞘(图1-10)。

图1-10 肌腱结构

肌腱和韧带在结构上非常类似。不过,韧带通常比肌腱更平整,韧带的胶原纤维由于在稳定关节上起较大作用需承受更多方向的载荷排列更多样化,肌腱的胶原纤维排列更整齐。韧带和肌腱是致密的胶原组织,主要由胶原纤维组成,其他组成成分包括弹性纤维、网状纤维、蛋白多糖和水等。与肌腱相比,韧带中胶原比例稍低,而其他成分所占百分比较高。

分析肌腱的生物力学特性有助于理解其损伤机制和康复治疗。肌腱主要承受拉伸载荷。当载荷导致损伤时,损伤程度与载荷的大小和加载速度有关。将肌腱组织进行拉伸试验,可得到典型的载荷-变形曲线(图1-11)。曲线开始为趾区,在此区域不需很大的力即可使肌腱拉长,拉伸力使纤维的波浪结构变直,纤维沿载荷传导方向排列。接着是线性区,在此区纤维已拉直,随着加载,组织刚度上升很快,载荷和变形基本呈线性关系。

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图1-11 肌腱应力应变曲线

在线性区结尾的载荷值为Plin,这点是组织屈服值,超过此值组织进行性破坏将发生,纤维发生部分破坏;当达到最大拉伸载荷(Pmax)时,完全破坏迅速出现,组织失去承载能力。与韧带一样,不能孤立的考虑肌腱,应把它看作是肌肉-肌腱-骨复合体的一个环节。肌腱一般与肌肉相连,正常肌腱的拉伸力比肌肉高2倍以上,因此临床上肌肉撕裂比肌腱断裂多。活动时,有两个主要因素影响肌腱承受的应力值:与肌腱连接的肌肉收缩量以及肌腱的直径与肌肉直径的比值。肌肉收缩时,肌腱上的应力值增加,主要表现为拉应力增高。若肌肉快速被动伸展,肌腱上的拉应力可进一步升高。例如踝关节快速背屈,腓肠肌和比目鱼肌未能反射性松弛,使跟腱上的拉伸增加,在这种情况下,肌腱所受载荷可以超过屈服点而引起跟腱断裂。肌腱横截面积越大,能承受的载荷也越大。大肌肉通常有大横截面积的肌腱,例如股四头肌有膑腱,小腿三头肌有跟腱。但某些小肌肉也有大横截面积的肌腱,如跖肌。

肌腱与韧带一样还具有黏弹性特征,也就是说肌腱的力学性质不但与载荷大小有关,也与作用时间和过程有关。肌腱受时间的影响可用蠕变-应力松弛来表示。组织会随过程发生变化,载荷-拉伸曲线的形状会随着加载和卸载发生变化。当组织在加载和卸载循环过程中,加载曲线和卸载曲线沿不同路径循环,出现滞后现象,表明有能量丢失。

(关 骅 熊国星)

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