骨骼肌肉系統之生物力學 Biomechanics on musculoskeletal system 1 第8章 骨骼肌肉系統之生物力學 Biomechanics on musculoskeletal system 張立羣 競技運動學系 103學年度 運動生物力學（二）

學習目標 了解骨骼構造、骨骼的力學特性及相關疾病。 了解關節在運動過程中所扮演的角色及功能。 了解在運動過程中，影響肌肉收縮力量的因素與 肌肉功能，並進一步加強肌力，增進運動表現。 了解肌腱韌帶的基本力學特性，預防運動過程中 肌腱韌帶的傷害了解液體對於各項運動之影響。

p.8-4 骨骼之力學特性 骨骼系統由硬骨、軟骨、關節所構成。

骨骼的組成及結構 其他礦物質：鎂、鈉、氟化物 碳酸鈣、磷酸鈣、膠質和水。 使骨骼 更有彈性 提供骨骼強度 佔25-30%重量 補充 骨骼的組成及結構 碳酸鈣、磷酸鈣、膠質和水。 使骨骼 更有彈性 提供骨骼強度 佔25-30%重量 使骨骼堅硬 佔60-70%重量 增加骨骼 抗壓強度 增加骨骼 抗拉強度 流動的水分可帶來營養與帶走排泄物 其他礦物質：鎂、鈉、氟化物 骨骼成長、發展結構、新陳代謝

骨骼的功能 支持：身體的支架。 保護：保護身體內部器官。 運動：骨骼做為槓桿而產生運動。 儲存：儲存鈣與磷。 製造血球：紅骨髓具造血功能。 p.8-4 骨骼的功能 支持：身體的支架。 保護：保護身體內部器官。 運動：骨骼做為槓桿而產生運動。 儲存：儲存鈣與磷。 製造血球：紅骨髓具造血功能。

p.8-5 骨骼的分類 長骨 不規則骨 短骨 種子骨 扁平骨

p.8-5 骨骼的構造

p.8-6 長骨構造

p.8-8 扁平骨 緻密骨 骨膜 海綿骨

補充

p.8-8 骨骼的生物力學特性

p.8-9 骨骼的生物力學特性–組織的強度 斷裂前可承受的作用力 斷裂前能 儲存的能量 斷裂前可承受的變形量

p.8-9 骨骼的生物力學特性–結構的勁度 彈性變形區中 斜線的斜率 曲線越陡峭 勁度越強 越不易變形

應力與應變 表示物件的負荷及變形狀態。 應力：是物體在承受外力時每單位面積所受到 的力量。 p.8-9 應力與應變 表示物件的負荷及變形狀態。 應力：是物體在承受外力時每單位面積所受到 的力量。 單位：牛頓/平方公尺(N/m2) 或稱為帕(Pa)

應力與應變 應變：是指物體受外力作用時期形狀的改變， 是定義單位長度的變形量。

骨骼的生物力學表現 骨骼受外力作用，因下列因素會產生不同的反應： 骨骼的機械性質 骨骼的幾何外型 外在負荷的型態 負荷方向 負荷速率 p.8-10 骨骼的生物力學表現 骨骼受外力作用，因下列因素會產生不同的反應： 骨骼的機械性質 骨骼的幾何外型 外在負荷的型態 負荷方向 負荷速率 使與負荷的頻率

p.8-10 在不同負荷下骨骼的變化情形-1

p.8-11 在不同負荷下骨骼的變化情形-2

p.8-12 剪力

p.8-12 彎力

p.8-12 扭力

混和負荷 後跟著地 腳著地 離地 成人的脛骨外側所測量出走路時的負荷情形

骨折 骨骼的連續破裂。 骨折性質與下列因素有關： 其折裂方向、規模。 負重速率、機械載荷所能承受持續時間。 損傷時的骨骼健康、骨骼成熟度。 補充 骨折 骨骼的連續破裂。 骨折性質與下列因素有關： 其折裂方向、規模。 負重速率、機械載荷所能承受持續時間。 損傷時的骨骼健康、骨骼成熟度。

補充 骨折 壓 力 張 剪力 達到斷裂的應力

補充

單純性骨折 複合性骨折

補充 應力骨折 (疲勞性骨折) 極小的重複負荷所造成的骨折。 跑步者 應力骨折 50%為脛骨骨折 20%為蹠骨骨折

補充

NCAA後衛骨折刺穿小腿 隊友忍悲贏球 2013.03.31 魏爾躺在擔架上握著隊友的手，叮嚀著把比賽贏下來。

小腿開放性骨折

p.8-14 骨骼與應變速率的相關性

骨重塑與骨退化 渥伏氏定律(Wolff’s law) ：壓力會刺激骨骼的重 塑過程，重量負荷增加會造成骨骼厚度和骨幹 密度的增加。 p.8-15 骨重塑與骨退化 渥伏氏定律(Wolff’s law) ：壓力會刺激骨骼的重 塑過程，重量負荷增加會造成骨骼厚度和骨幹 密度的增加。

補充 骨重塑 骨骼 (骨細胞) 動力機械負荷 變形或扭曲 再成型 - 改變骨骼的形狀及強度 老骨骼疲勞磨損的再吸收 新骨骼的成形

身體活動應包含衝擊性活動，其衝擊力 是維持及增進骨骼質量所必須要素 補充 骨骼肥大 經常身體活動 經常受壓迫部位 經常承受的負荷較大者 從事高衝擊運動 應力增加 骨質密度較高 礦物量較多 身體活動應包含衝擊性活動，其衝擊力 是維持及增進骨骼質量所必須要素

骨質流失時，骨骼強度和對抗骨折抗力下降，尤其以小樑骨的情形最為嚴重 補充 骨骼萎縮 臥床不起的病患 久坐的老年人 太空人 應力減弱 骨骼鈣含量減少 骨骼重量和強度降低 生物力學觀點 骨質流失時，骨骼強度和對抗骨折抗力下降，尤其以小樑骨的情形最為嚴重

p.8-16 關節之力學特性 兩個或多個骨骼相接(或軟骨和骨骼相接)時就會 形成關節。

關節結構 – 構造的不同 人體的運動關節絕大部份都是屬於滑液關節 纖維性關節：如頭顱骨的骨縫 軟骨性關節：如恥骨聯合 滑液關節：如肩關節 p.8-16 關節結構 – 構造的不同 纖維性關節：如頭顱骨的骨縫 軟骨性關節：如恥骨聯合 滑液關節：如肩關節 人體的運動關節絕大部份都是屬於滑液關節

關節結構 - 活動功能的不同 滑液關節大部份 是屬於可動關節 不動關節：不會動的關節 微動關節：些許可動的關節 可動關節：可自由移動的關節 p.8-16 關節結構 - 活動功能的不同 不動關節：不會動的關節 微動關節：些許可動的關節 可動關節：可自由移動的關節 滑液關節大部份 是屬於可動關節

p.8-16 滑液關節 可強化關節囊防止關節脫位 隔離上下骨骼 產生潤滑作用 抵抗磨損 力量傳遞

補充 關節軟骨 分散受力介面 減少50%以上壓力 負荷　　變形 　　 分泌潤滑液 骨骼的摩擦力減少 只有原本17-33%的摩擦力

補充 半月軟骨的功用

p.8-18

p.8-20 關節運動的種類 影響關節運動的因素： 關節面構造 柔軟部位 韌帶的張力 肌肉的張力

p.8-20 關節運動的種類 - 屈曲、伸展

p.8-21 關節運動的種類 – 外展、內收

p.8-21 關節運動的種類 – 內旋、外旋

p.8-21 關節運動的種類 – 旋前、旋後

p.8-24 常見因運動所產生的關節疾病 脫臼 肌腱炎 扭傷 黏液囊炎 骨關節炎

p.8-25 肌肉之力學特性 人體肌肉組織可以分為三種： 心肌 平滑肌 骨骼肌 骨骼肌收縮才能產生動作

p.8-25 骨骼肌收縮的功能 運動 維持姿勢 產生熱能

p.8-25 骨骼肌構造

骨骼肌構造 肌動蛋白 肌凝蛋白 肌節是肌纖維的收縮單位

p.8-28 骨骼肌收縮機制-肌絲滑動機制

p.8-28 運動單位 (motor unit) 骨骼肌纖維受運動神經元的刺激產生收縮 全有全無定律

p.8-29 單一肌肉收縮

單一肌肉收縮 加成作用

單一肌肉收縮 – 強直

p.8-31 肌肉收縮型態 離心收縮 等長收縮 向心收縮

p.8-31 影響骨骼肌收縮力量的因素 骨骼肌腱收縮力量單位

p.8-32 肌肉長度與肌力的關係 最大等長收縮力量時的長度稱為最佳長度

p.8-33 肌肉長度與肌力的關係

p.8-34 肌肉收縮速度與肌肉承受力的關係

p.8-34 骨骼肌外形與肌力間的關係 平行纖維排列 羽狀纖維排列 如：縫匠肌 如：股四頭肌 伸長以增加活動範圍 收縮產生力量

p.8-35 肌纖維種類與肌力的關係

溫度對於肌肉力量的影響 溫度增加，肌肉收縮的力量也越大，影響因素： 加快肌肉刺激的傳導速率。 每單位肌肉組織伸長所產生的力量也隨之增加。 p.8-35 溫度對於肌肉力量的影響 溫度增加，肌肉收縮的力量也越大，影響因素： 加快肌肉刺激的傳導速率。 每單位肌肉組織伸長所產生的力量也隨之增加。 肌肉組織的血流增加，加快新陳代謝，增加肌肉 收縮的效率。 增加肌腱與被動收縮組織的膠原彈性，增加肌肉 組織的伸長，加大動作前的肌肉拉長。

p.8-36 肌肉疲勞對於肌力的影響 肌肉張力越差，收縮的速率越慢

p.8-36 肌肉重新塑造 不運動及肢體固定的影響 運動訓練的影響

p.8-37 肌肉疾病 肌肉受傷 肌肉痙攣 重肌無力症

肌腱與韌帶之力學特性 肌腱：連接肌肉和骨骼，具有彈性，允許肌肉 伸展或拉扯。 韌帶：位於關節處連接骨骼與骨骼，維持關節 的穩定性。 p.8-38 肌腱與韌帶之力學特性 肌腱：連接肌肉和骨骼，具有彈性，允許肌肉 伸展或拉扯。 韌帶：位於關節處連接骨骼與骨骼，維持關節 的穩定性。

p.8-38 結構特性

p.8-39 黏彈性質 – 潛變 在固定外力持續作用下

p.8-40 黏彈性質 – 應力鬆弛/釋放 在固定變形狀態下

p.8-40 黏彈性質 – 遲滯現象

p.8-41 材料特性