韧带和肌腱主要含有胶原组织，不产生主动运动。胶原组织主要有3种类型的纤维组织组成：胶原纤维、弹性纤维和网状纤维。胶原纤维主要为组织提供强度和刚度，弹性纤维在组织受载时提供延展性，而网状纤维提供容积。胶原组织的另一成分是基质，是一种可以减少纤维间摩擦的胶胨状物质。胶原纤维和弹性纤维组成胶原组织的90%左右，胶原纤维是类脆性材料，而弹性纤维是类塑性材料，故受载时这两类纤维的表现完全不同。用人类肌腱的平行胶原纤维和人类肌肉的弹性纤维做拉伸破坏试验，即可显示两类纤维的不同性能。拉伸试验下，胶原纤维在加载开始时即稍有伸长，但很快随着负荷的增加变得刚硬到达屈服点，随之出现非弹性变形，直到极限破坏。破坏时的变形范围为6%～8%（图1-4A）。而弹性纤维在低载荷下呈现较大的拉长（可达原长的2倍多），但随着载荷的增加，纤维变得刚硬，没有变形而突然断裂（图1-4B）。胶原纤维比较强，能承受的应力约是骨密质在拉伸下的50%；弹性纤维比较弱，能承受的应力仅为骨密质在拉伸下的1／10。

韧带的主要功能是以间接的方式限制关节在正常范围内的活动，可以看作是关节囊在特定高张力部位增强的结构。多数韧带以及韧带相关的关节囊的胶原含量高，蛋白多糖含量低，弹性蛋白含量更低，因此能承受较大的拉伸受载。也有韧带（如项韧带、黄韧带）2／3由弹性纤维组成，所以几乎完全表现为弹性性能（图1-5）。图1-5表明两种韧带在拉伸破坏试验时，其力学性能的差异：A为膝前交叉韧带，具有高百分比的胶原纤维（90%），B是黄韧带，具有高百分比的弹性纤维。

韧带对负荷的反应可以用负荷-变形曲线来表达（图1-5A）。在低负荷状态下，韧带的基质是负荷的主要承担者，此时韧带纤维调整到与应力平行的方向（图1-5A的1区）。韧带组织对应力的反应较慢，当负荷加大时，只有在胶原束有充分的时间来调整和改变方向后，韧带才能对增大的负荷产生最大的抵抗力。在此阶段（图1-5A的2区）如去掉负荷，韧带可恢复正常形状，但在此区分子间的交联已有初步破坏。生理状态下，韧带的负荷状态主要处于图1-5A的1区，胶原基本未承受拉力，负荷主要由基质承担，因此此时胶体物质的成分和数量对韧带的负荷非常重要。当到达破裂点时（图1-5A的3区），韧带将发生非弹性或塑性变（图1-5A的4、5区）而破裂。韧带的结构一般应考虑为骨-韧带-骨复合体的一个环节，有学者发现以复合体形式存在的韧带常在骨的附着部断裂。

图1-4　两类纤维的不同生物力学性能

A．胶原纤维；B．弹性纤维(www.daowen.com)

图1-5　两种韧带在拉伸破坏试验时力学性能的差异

韧带的胶原与基质之间的相互作用，具有与时间相关及过程相关的黏弹性的特点。组织持续承受恒定载荷时，随时间延长组织发生拉伸的现象称为蠕变；组织受到恒定持续拉伸时，随时间延长，组织上的应力会衰减的现象称为应力松弛。韧带的黏弹性在临床有广泛的应用。在前交叉韧带重建术中，最初作用在移植物上的张力会由于应力松弛的作用逐渐减少。张力值依赖于移植物本身的黏弹性。与不施加预负荷的韧带相比，有预负荷的韧带可减少应力松弛约50%。蠕变的重要性也可在关节脱位复位中得到应用。如肩关节脱位有时可用前臂悬吊重物的方法复位，是因为肩关节囊韧带及其周围软组织的蠕变特性，拉伸后的结构使关节易于复位。

离体韧带和骨一样，在加载速度增加时，能储存更多的能量，断裂时需要更大的力，并能承受更大的拉长。完整的骨-韧带-骨复合体表现更为复杂的力学性能。Noyes和Grood从30只灵长类动物体内取出的膝前交叉韧带，在慢速和快速下做拉伸破坏试验。在慢加载速度下（60s，比体内损伤机制慢得多），韧带的骨性止点是最弱的部分，可以发生胫骨棘撕脱。在快加载速度下（0．6s，与体内机制类似），在2／3的测试样本中，最弱的部分在韧带。