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骨骼肌肉系統之生物力學 Biomechanics on musculoskeletal system

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1 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)

2 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。

3 p.8-4 骨骼之力學特性 骨骼系統由硬骨、軟骨、關節所構成。

4 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

5 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。

6 p.8-5 骨骼的分類 長骨 不規則骨 短骨 種子骨 扁平骨

7 p.8-5 骨骼的構造

8 p.8-6 長骨構造

9 p.8-8 扁平骨 緻密骨 骨膜 海綿骨

10 補充

11 p.8-8 骨骼的生物力學特性

12 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

13 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

14 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)

15 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。

16 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

17 p.8-10 在不同負荷下骨骼的變化情形-1

18 p.8-11 在不同負荷下骨骼的變化情形-2

19 p.8-12 剪力

20 p.8-12 彎力

21 p.8-12 扭力

22 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

23 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。

24 補充 骨折 剪力 達到斷裂的應力

25 補充

26 單純性骨折 複合性骨折

27 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

28 補充

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

30 小腿開放性骨折

31

32 p.8-14 骨骼與應變速率的相關性

33 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。

34 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

35 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

36 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

37 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。

38 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

39 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

40 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

41 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

42 補充 半月軟骨的功用

43 p.8-18

44 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

45 p.8-20 關節運動的種類 - 屈曲、伸展

46 p.8-21 關節運動的種類 – 外展、內收

47 p.8-21 關節運動的種類 – 內旋、外旋

48 p.8-21 關節運動的種類 – 旋前、旋後

49 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

50 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

51 p.8-25 骨骼肌收縮的功能 運動 維持姿勢 產生熱能

52 p.8-25 骨骼肌構造

53 骨骼肌構造 肌動蛋白 肌凝蛋白 肌節是肌纖維的收縮單位

54 p.8-28 骨骼肌收縮機制-肌絲滑動機制

55 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

56 p.8-29 單一肌肉收縮

57 單一肌肉收縮 加成作用

58 單一肌肉收縮 – 強直

59 p.8-31 肌肉收縮型態 離心收縮 等長收縮 向心收縮

60 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

61 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

62 p.8-33 肌肉長度與肌力的關係

63 p.8-34 肌肉收縮速度與肌肉承受力的關係

64 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

65 p.8-35 肌纖維種類與肌力的關係

66 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。

67 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

68 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

69 p.8-37 肌肉疾病 肌肉受傷 肌肉痙攣 重肌無力症

70 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。

71 p.8-38 結構特性

72 p.8-39 黏彈性質 – 潛變 在固定外力持續作用下

73 p.8-40 黏彈性質 – 應力鬆弛/釋放 在固定變形狀態下

74 p.8-40 黏彈性質 – 遲滯現象

75 p.8-41 材料特性


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