1. 為什麼人體骨骼的承受能力遠不如動物
從祖先變成直立行走之後,人的很多身體結構跟動物都產生了差別。除了頭骨結構變大,腦容量增加以外,脊柱、四肢的骨骼和肌肉也有改變。
2. 人的身體最大可以承受多少重量
通常,成年人有206塊骨頭,包括顱骨、軀干骨和四肢骨。可是,我們中國人和日本人,只有204塊骨頭。這是因為我們的第五趾骨只有2節,而歐美人卻有3節,所以少了2塊。人的骨頭中,一半是水,一半是礦物質和有機物。
人體中最長的骨頭是大腿上的股骨,一般占人體身高的27%。耳朵里的3塊骨頭是人體最小的骨頭,其中最小的鐙骨只有0.25~0.43厘米長。
人的骨頭是很硬的。有人曾作過一番測試,每平方厘米的骨頭能承受2 100千克的壓力,花崗石已然很硬啦,也只能承受1350千克。脛骨是人體最堅硬的骨頭。脛骨位於小腿的內側,它們像兩根鐵柱,承擔著全身的重量。舉重運動員手舉幾百千克杠鈴,而不會被壓垮,與一副堅固的脛骨是分不開的。據測量,脛骨能承受的重量,可以超過人體平均重量的20多倍。
3. 運動員得了創傷性股骨頭壞死,股骨頭壞死治療的費用可以報銷嗎
這個就要去問問你們單位把,股骨頭壞死如果做手術花銷就比較大了,如果是中葯保守治療還好,錢花的不多,個人也能承受。
4. 乃若愚的憾別賽場
奧運前,因股骨頭壞死離開了呆了近四年的國家隊,回到了石家莊。
「那個曾經被我們親切地稱為「芋艿娃娃」的小乃;那個曾告訴我們她的強項是高低杠與平衡木的小乃、那個曾被我們視為08年希望之星的小乃,卻因為股骨頭壞死而在無聲無息中離開。……」 乃若愚還有一步就踏入奧運會,但命運這時候跟她開起了可怕的玩笑又一次從夢中倖存。乃若愚一身冷汗,就像剛從訓練場下來。
其實是一個俗套的噩夢。一襲黑衣的追殺者,冰冷的刀鋒,霧蒙蒙的前路。而自己的雙腳卻陷入泥潭之中。
這個夢入侵了乃若愚2008年8月的多個夜晚。地球人都知道,這不應該是一個和噩夢有關的夏天。7年前,親人及教練無數次給乃若愚勾勒過關於這個夏天的另外一個美夢。她會獲得一枚奧運體操金牌。
2008年8月前的7個年頭,乃若愚參與了一個「倖存者」游戲。幸運的是,依靠天份和努力,她的確一次次拍打著白色的鎂粉,在高低杠和平衡木上倖存了下來。海選進100,100進50,50進10,10進6。在這個殘酷的分數背後,總有人扮演分母。而乃若愚一直是分子。
噩夢始於2006年12月。因為股骨頭上出現了一個玉米粒大小的陰影,乃若愚突然變成了分母。受傷前,她在國家體操二隊的訓練成績總在前幾位。2006年中意少年對抗賽上,乃若愚取得了全能第二的成績,她的隊友——2008年奧運會體操團體冠軍江鈺源與鄧琳琳當時的成績分別是第一和第三。
乃若愚猛地醒了過來,心還在砰砰地跳,冷汗膩膩的。凌晨3點。窗外漆黑一片,隱約聽到蟲子的叫聲,室友的呼吸聲綿長。
面前一片濃黑,很快就要下一次例行檢查了,股骨上的一點點陰影不知道會不會消失。
在過去的一年多里,乃若愚被這片小小的陰影驅趕得精疲力竭,怎麼也看不清前路。
從業余體校到省隊
早晨9點,河北省體操女隊小隊員們在自由體操墊子上四處奔跑著,她們在玩「摸死人」的游戲。這是她們每天早晨的熱身游戲。
河北省隊的訓練場地四處都蒙著一層白色的鎂粉,器械早已褪去了最初光鮮的顏色,練形體的鏡子蒙著厚厚的灰塵。兩面的窗戶都已打開,孩子們的笑鬧聲將昨夜的悶熱空氣攪散。
乃若愚坐在場地邊上,面無表情地看著女孩們玩。她回到省隊進行恢復性練習剛剛半年,5月份的片子顯示,她的股骨仍有一點陰影,她還不能做這種劇烈運動,平時訓練也只是練習上肢力量。當年她去國家隊時的省隊隊員基本都已退役,只剩下一個宿舍的王丹。
省隊一線隊員13歲以上,加乃若愚一共7個,二線隊員10歲上下,一共4個。隨著獨生子女家庭越來越多,體操隊選拔人才也越來越難,「家境說得過去的父母都不太願意讓孩子專業訓練,比起讀書,練體操辛苦多了。」河北省體操隊總教練冷洪君說。
1995年,冷洪君在一家幼兒園物色到乃若愚的時候,他還是石家莊市業余體校的教練。
冷洪君這樣的伯樂在中國的體育舉國體制中,是極為重要的基礎環節。業余體校教練經常要到周圍的幼兒園去尋找天賦更好、更容易出成績的孩子。比起培養孩子的業余愛好,為省隊輸送人才是業余體校更重要的任務。
當幼兒園老師宣布這一消息後,只有4歲的乃若愚擠到他面前,抓住他的衣襟,仰頭大聲問:「我合適不?」
她非常合適,四肢有力,爆發力好,表現力強,記憶力出色,而且她還有著小巧的腳丫。
冷洪君把乃若愚的小腳放在自己的手上,腳丫還占不到手掌的一小半——這意味著乃若愚未來個子不會很高。高挑的身材,是體操運動員格外忌諱的,專業訓練的孩子如果長高了,往往只能放棄。
在中國,一個運動員的成長是通過三級體制完成的:業余體校、省隊、國家隊。業余體校是成為專業運動員的基礎,一般情況下,經過少則兩三年,多則五六年的業余體校經歷,表現出色的孩子會被選入省隊。
乃若愚的父母對孩子在課余練體操十分支持,在他們眼裡,練體操和練舞蹈差不多,而且業余體校收費不高,一個月只要幾十塊錢,孩子多學點東西,自然是好的。
乃若愚的父母都是醫生,家裡只有這么一個獨生女兒,他們最初並沒有考慮過讓乃若愚從事專業訓練。但教練冷洪君從一開始就對乃若愚抱有很高的期望。體操是一項訓練相對枯燥的運動,除了天賦,堅韌的性格格外重要。在沒有硬性要求的業余體校,冷洪君幾次在下課後看到乃若愚獨自練習動作,不練會不肯回家,他認定乃若愚將來在體操上會有所成就。
2000年,冷洪君從業余體校調入河北省體操隊,一心想把乃若愚培養成體操冠軍的他,三番五次到乃家做乃庚夫婦的工作,甚至不止一次找到乃庚的單位,請求他答應讓女兒專業訓練體操。
此前因為學習緊張,乃若愚已經在業余體校停訓了將近一年。雖然教練有責任挖掘更好的人才,但冷洪君的熱情多少帶有一點私心,麾下擁有佳績運動員,不僅意味著教練員的榮譽和名聲,更與他們的收入和晉升直接掛鉤。
「中國的體操是強項,說不定能練出成績,拿獎牌呢。」母親奇岩先鬆了口,乃庚只有答應讓孩子試試看。乃若愚的學習成績在班上排前幾名,乃庚要求她不能丟下文化課,只能半天上課半天去省隊訓練。
來到省隊的乃若愚不需要再付訓練費用,而且轉正成為省隊正式隊員後她每個月可以拿到五六百元「補助」。補助會隨著她比賽成績的提高越來越多,如今她的補助是1080元。這個數字令其他隊友十分羨慕,她們大多數的補助都不到70 0元。
沒有轉正的運動員沒有補助,每年還要交千餘元的生活費,從入省隊到轉正大約需要兩三年時間。
離奧運咫尺之遙
奧運前,河北電視台邀請乃若愚去做節目,隊里的小隊員好奇地問:「乃若愚很有名嗎,和奧運冠軍相比呢?」
她們不知道乃若愚距離「很有名」曾經那麼近過。
2003年年底,國家體操隊開始在全國范圍內選拔小運動員,備戰4年半後的奧運會。冷洪君牽著省隊的4名小運動員坐上火車來到北京,乃若愚正是其中的一個。
乃若愚的父母要求她半天訓練半天上課,本來以為她的訓練成績會不及全天訓練的隊員,卻沒料到乃若愚的訓練成績卻是省隊同年齡段的孩子里最出色的一個。
來自全國的100多個小運動員和數十名教練擠滿了國家隊的訓練場地,集訓12天後,選拔開始。國家隊的教練們一字排開,他們的對面坐著各個省隊的帶隊教練,100多個年齡在十二三歲的孩子按照高低個排序,從低到高依次上場做相同的規定動作,國家隊的教練按照質量完成情況和印象打分。冷洪君一眼望過去,一排黑壓壓的小腦瓜上扎著各色的小辮子,也分不清哪個是自己的隊員。
第二天,海選結果出來了,50多人被淘汰,乃若愚和另外兩個隊員輕松過關。又過了一天,50進20選拔開始。乃若愚最後一項自由體操一出場就出了差錯,第一個規定動作是側手翻,她剛翻完,一落地就因為用力過猛彈了起來,扭傷了腳。「省隊的場地沒有彈性,雖然訓練了幾天,還是不適應那麼好的場地。」乃若愚的腳踝隨即腫了起來,冷洪君只好把她背上了火車。
10天之後,乃若愚和另一個叫袁瑩的隊友收到了參加下一輪三個月集訓的通知。冷洪君把國家隊的通知遞給乃庚夫婦,他們知道此時是做選擇的時候了,「既然國家隊要她,那就專業練吧。」
2004年初,20多個小隊員參加了為期三個月的集訓,江鈺源和鄧琳琳也在其中。與其說是集訓,不如說是淘汰賽,教練要根據小運動們三個月的訓練成績決定她們最後的去與留。袁瑩很快就因為持續發燒無法訓練回到了省隊,接著不斷有運動員也因為各種原因陸續離開。三個月結束後,十五六個女孩留了下來,組成了國家體操二隊,她們的主要任務就是備戰 2008年奧運會。
乃若愚留了下來,她要面對的是強度超過省隊兩倍的訓練量,以及無處不在的競爭壓力。國家隊一般的訓練量是簡單的動作一天做十套,較難的動作一天三套。但是乃若愚十分倔強,一個動作練不好絕不休息,高低杠有套動作的下法前屈兩周轉體180°她總做不到位,發起狠來的她一口氣做了七次這套動作,驚得教練把她抱下來,要她悠著點。「國家隊訓練很苦,但我咬牙堅持下來了,從來沒哭過。」乃若愚說。
但是來自廣西隊的石娟卻說,動作做不好挨教練訓時,乃若愚也毫不例外會哭。「但乃若愚會背著大家抹眼淚,哭完會更賣力地練。」石娟很佩服乃若愚,她哭完就趁教練不注意歇一會兒放鬆一會兒。
國家二隊仍然在不斷淘汰人,乃若愚希望能留到最後,「一進國家隊訓練場,哇塞!一色兒紅,多光鮮啊,真不想回省隊!」並不是每個人都能忍受國家隊的嚴格要求,石娟就覺得國家隊的生活難以忍受,而省隊要輕松得多。2006年,石娟被送回了省隊,雖然家長和省隊教練都遺憾不已,但石娟卻發簡訊告訴好友「終於回來了」。
到乃若愚腿部受傷之前,十五六個女孩只剩下十一二個,並在2005年並入國家一隊,與原國家隊運動員一起訓練。在她離開國家隊後,又有幾個女孩相繼離開,這一批100多個孩子,最終只有六七個留了下來。
此後,又有過幾次類似的選拔,奧運金牌得主何可欣、楊伊琳都是後幾次選拔補充上來的。新選拔上來的小運動員和原國家隊運動員一起訓練,從中最後選出代表中國參加奧運會的六人名單。
病發
河北省體操隊上午的訓練在11點結束。中午,一個隊友站在宿舍的桌子上吹肥皂泡。乃若愚面無表情地坐在床上,伸出食指,把飄到她面前的泡泡一個個捅破。斑斕的泡泡在她黑色T恤上的骷髏頭像前,破碎成一片細碎的水霧。
她的夢想是被什麼捅破的呢?
2006年11月,乃若愚在一次訓練結束後發現自己的髖關節有些異樣,晚上睡覺時,她的右腿大腿根突然刺痛不已,無論敲打痛處,還是蹬腿都無法甩掉疼痛。但第二天訓練時,疼痛又消失了。一周之後,乃若愚發現訓練時痛感會一直伴隨。
在因為腿疼休息一個月並做了反復檢查後,乃若愚在周六的例行通話里告訴奇岩,醫生認為她得了「疑似股骨壞死」 ,需要繼續休息和檢查治療,並以「我享福了,平時訓練累得要死,難得休息這么久」和一陣大笑結束了通話。
電話另一邊,奇岩的心卻沉下去,密密麻麻的話語卡在她的嗓子眼裡說不出,堵得厲害。
作為醫生,奇岩夫婦知道這種病在教科書上的描述:股骨壞死的全稱是股骨頭無菌性壞死,是由於多種原因導致的股骨頭局部血運不良,從而進一步缺血壞死致股骨頭塌陷的一種病變。嚴重的情況,會造成行走、活動都會劇烈疼痛,甚至不得不依靠雙拐。
「我的女兒一直活潑好動,蹦蹦跳跳的,怎麼可能有一天會站不起來?」
那一晚,夫婦倆聽著彼此的嘆息,直到天色微明。第二天,夫婦兩個就趕到了北京。
乃若愚被要求停訓兩個月,卧床休息。醫生已經開始按照「股骨壞死」給她實施治療。
這種病在體操運動員里並不少見,因為空翻落地動作,令股骨頭承受極大的沖擊,長期積累很容易受傷。乃若愚的師姐,河北隊的一位著名體操運動員董芳霄就是因為這種病離開賽場的。
「乃若愚訓練非常刻苦,為了做好一個動作,她會反復比別人多練很多次。練得太多太累是她受傷的重要原因。」乃若愚在河北隊的教練冷洪君說。
停訓後,父母回石家莊上班,乃若愚發現時間格外漫長。每天早晨7點,隊友都去訓練了,乃若愚睡到12點才醒。中午,隊友輪流給她帶飯回來。乃若愚經常沒注意到天色是何時暗下來的。
停訓了兩個月後,情況並沒有好轉。隊醫又延長了一個月。乃若愚已經有些發胖了。這對一個體操運動員而言是一個非常糟糕的消息。
受傷前,乃若愚在體操二隊的訓練成績在前幾位。如果能夠堅持訓練,她將是參加奧運會的重要人選。
乃若愚卧床休息的時候,體操二隊的小隊員正在上難度,她開始板著指頭數下一次檢查的時間。
「開始覺得難熬,一個人對著窗戶一坐就是大半天,好幾次都覺得熬不下去了。但後來,就麻木了。」乃若愚已經在國家隊躺了7個月。
2007年6月中旬在上海舉行的全國體操錦標賽,是奧運會的選拔賽之一。6月初的一個下午,乃若愚坐在床上看書,一個房間的鄧琳琳和江鈺源在嘰嘰喳喳地討論帶哪套衣服參賽,她們在收拾行裝,准備出發。
一下午,乃若愚的書只翻了兩頁。
6月的復查的暗藍色的CT片上,明亮的淺灰色部分勾勒出骨頭的形狀。陰影仍然盤踞如前。乃若愚的父母決定把她帶回家照顧和治療。
離開北京的時候,是7月初,父母和河北省隊的教練來接她,乃若愚離開了呆了將近4年的國家隊。
BigGirl
河北省體操隊上午的訓練在11點結束,9個女孩們圍坐在自由體操場地上休息,小聲聊天。
體操館突然響起鋼琴聲,旋律熟悉而略略顫抖,女孩們望向窗邊一堆破舊的器材後一架蒙塵的鋼琴。
乃若愚坐在一段破舊的跳馬橫木上,腰挺得筆直,雙手不太熟練地在黑白鍵上滑過。窗外的白樺樹被風吹得嘩啦啦作響,空曠的體操館內逐漸響起女孩們的輕聲合唱,「??你要相信,相信我們會像童話故事裡,幸福和快樂是結局。」
結局並不總如人願的那樣幸福快樂,而生活也總要繼續下去。
從今年年初起,乃若愚回到省隊,開始一點點拾起訓練。
最近一次5月份的檢查顯示,她的股骨仍有一點點陰影。她在等待幾天後的下一次復查,如果陰影消失,她就可以開始正式恢復訓練,反之,她將繼續漫長地等待。——最理想的狀態是,她能參加明年的全運會。
其實也沒有多少時間留給她來等了。她今年已經17歲了,作為一個體操運動員,這是黃金年齡,從明年起,競技狀態會逐年下降。
乃若愚的手機鈴聲是「bigbiggirl」,每次來電話,她總是跟著哼哼「Iam a big big girl, in a big big world??」
實際上她知道biggirl對於一個體操運動員意味著什麼。「如果下一次檢查腿還不好,我就要考慮別的出路,考體育學校,將來做教練或裁判。」她私下裡和一個宿舍的王丹傾訴。
成為分母之後的乃若愚帶給她的父母多了一些天倫之樂,每晚父母看到她恣意的睡姿後總是格外安心。從前每次在街上看到別的母女牽手逛街的情景,奇岩總會格外羨慕。她已經很久沒有牽過乃若愚的小手了。「因為我是大女孩了。」乃若愚笑著說。
「因為她的手掌覆蓋著一層厚厚的老繭,她不允許別人摸她硬硬的手掌,包括我這個媽媽。」奇岩說。
「手掌」只是女兒給奇岩的生活的「敏感詞彙」之一。乃若愚的父母和親朋好友一直不敢在她面前提「奧運」、「體操」這些字樣,生怕刺激到她。「此前的五六年,她的生活都是圍繞著體操轉的。突然剝奪了她練習體操的權利,就是成人也很難接受這樣的打擊。」奇岩想預定幾張奧運體操門票,帶女兒去現場看比賽,但是每當想徵求乃若愚意見時,話怎麼也說不出口。
2007年,冷洪君接受傷的乃若愚回省隊的時候,一路上她仍是嘻嘻哈哈的老樣子,但回到家裡,她拒絕看任何體操賽事,經常一個人把自己鎖在屋裡。「雖然表面上我還裝模作樣的,可實際上已經接近崩潰了。」乃若愚開始易怒,玩QQ 游戲打牌,輸一局她就會氣得砸鍵盤滑鼠,如果不努力控制自己,她甚至擔心自己會把電腦砸掉。面對父母也是一樣,一言不和,她就轉身回屋,半天不說一句話。
在家休養了半年後,乃若愚要求回省隊進行簡單的訓練,對奪走女兒健康的這項運動,父母希望女兒今後碰都不要碰。奇岩夫婦勸乃若愚放棄體操,回學校讀書考大學。但乃若愚拒絕了,如果傷能好,她還是想把體操撿起來。
「我已經離開學校四五年了,當年的成績雖然好,但拉下的課程太多,補起來很困難,而且我也早就不適應學校的生活了。」乃若愚說。
面臨相似困境的還有乃若愚原來國家隊的朋友石娟。剛剛因為傷病退役的她9月份開學後,將直接讀高三。
「肯定跟不上了,但是從頭學浪費錢、浪費時間。明年能考多少算多少了。」石娟說。
不僅是拉下文化課,省隊和國家隊採取封閉管理,只有七八歲的小孩子進入省隊後幾乎失去了一切和社會接觸的機會。大部分隊員不知道怎麼操作電腦,石娟在離開國家隊之前,連電腦開機都不會。她們甚至數年不能回家,不曾自己挑選過一件衣服,更不必提唱卡拉OK或單獨出去旅行這些娛樂活動。
8月26日上午,孟桂芝領著8歲的女兒走進了體育館,向冷洪君詢問孩子專業練體操的事項。在剛剛結束的奧運會上,中國體操隊奪得前所未有的9枚金牌,孟桂芝和鄰居們看了好幾場比賽,他們都覺得讓孩子練體操,「將來拿奧運冠軍」 是條不錯的出路。
冷洪君蹲下仔細檢查小女孩的四肢,他的手托起孩子細小的腳丫。
小孩好奇地四處張望,目光落在了乃若愚的身上。乃若愚坐在海綿坑邊,拍打著沾滿鎂粉的雙手,沖孩子淡淡一笑。
她曾經離奧運冠軍只有一步之遙,她一步步走向奧運金牌,但命運卻在金牌觸手可及時轉了個彎。 乃若愚目前在石家莊擔任體操教練。
5. 人最大能承受多大重量
你體重*10左右!!!
通常,成年人有206塊骨頭,包括顱骨、軀干骨和四肢骨。可是,我們中國人和日本人,只有204塊骨頭。這是因為我們的第五趾骨只有2節,而歐美人卻有3節,所以中國人比歐美人少了2塊。兒童的骨頭比成年人多一些,一般為217或218塊。他們正處於生長發育時期,沒有成型的骨頭如骶骨和尾骨等,往往幾塊連在一起,長大成人後,幾塊相連的骨頭便合為一塊了。
人體的骨頭形狀不同,大小各異,可分為長骨、短骨、扁骨和不規則骨四種類型。其中,長骨像棍棒,短骨近似立方體,扁骨猶如扁扁的板條。人體中最長的骨頭是大腿上的股骨,一般占人體身高的27%。有個叫康斯坦丁的德國人股骨長75.9厘米,可稱得上是世界之最。耳朵里的3塊骨頭是人體最小的骨頭,其中最小的鐙骨只有0.25~0.43厘米長。
人的骨頭是很硬的。有人曾作過一番測試,每平方厘米的骨頭能承受2 100千克的壓力,花崗石是很硬實的,也只能承受1350千克。
人的骨頭中,一半是水,一半是礦物質和有機物。一般,成年人尤其是老人骨頭中礦物質的比例比較大,因而骨頭硬而脆,容易骨折。少年兒童恰好相反,有機物的比例較大,所以他們的骨頭韌而嫩,容易變形。相比之下,男子的骨頭重而粗,女子的骨頭輕而細;胖人的骨頭,表面比較光滑,而瘦子的骨頭表面比較粗糙。
從顱骨到腿骨
顱骨像個堅硬的球殼,保護著我們的大腦。如果沒有顱骨,那麼,我們栽了一個跟斗就永遠別想爬起來,更別說足球隊員頂球射門、雜技演員用頭頂物,演出多姿多採的節目了。
男人的肋骨和女人一樣多,一共有12對。這些肋骨和胸骨及脊柱共同圍成胸廓,好像一隻堅固的籠子,保護著裡面的心和肺等內臟器官。
連接胸骨和肩胛骨的長骨叫鎖骨。它們位於脖子兩側的皮下,伸手就可以摸到。這是頸部和胸部的分界標志,也是上肢和軀乾的唯一骨骼聯系。鎖骨支撐著肩胛骨,既能維持肩關節的正常位置,又保證了上肢的靈活運動。
如果說股骨是人體最長的骨頭,那麼,脛骨就是人體最堅硬的骨頭了。脛骨位於小腿的內側,它們像兩根鐵柱,承擔著全身的重量。舉重運動員手舉幾百千克杠鈴,而不會被壓垮,與一副堅固的脛骨是分不開的。據測量,脛骨能承受的重量,可以超過人體平均重量的20多倍。人體頂樑柱
一間房屋,最重要的是大梁。在人體中,脊柱像頂樑柱一樣,支撐著大部分體重,因而俗稱脊樑骨。它是人體軀干中央的一串骨骼,包括7塊頸椎、12塊胸椎、5塊腰椎以及1塊骶骨和1塊尾骨。這個頂樑柱是可以活動的,能前屈、後伸、左彎、右旋,作各種方向的運動。
正常人的脊柱並不是筆直的。從側面看,它是S形的——有四個地方是彎曲的。這些彎曲不是生來就有,而是逐漸形成的。新生兒的脊柱是弓形的。小兒開始抬頭時,頸部的椎骨逐漸凸向前方,出現了頸曲。孩子能坐了,胸椎的後凸便變得明顯起來;要是胸椎後凸得很厲害,就會成為駝背。孩子開始學走路了,為了保持身體平衡,腰椎會前凸,骶骨和尾骨就彎向後方。這四個彎曲可以減輕走路、跳躍時從下面傳到脊柱的震動,從而減輕對頭部的沖擊。
在人的脊柱中,頸椎的體積最小,而活動量最大。我們能「抬頭望明月、低頭思故鄉」,也能左顧右盼地眼觀六路、耳聽八方,是和頸椎的正常功能分不開的。為了使頸椎能正常地發揮作用,我們可以在平時適當作些頸部的旋轉活動。睡覺時,枕頭不要過高、過低或過硬。萬一頸部受到損傷,自己不要輕易扭動,最好去請醫生幫忙。
科學家發現,十到十六七歲的孩子應該特別注意脊柱的正常發育,否則就容易造成脊柱變形,產生不正常彎曲。這不僅會影響人體美,還會使肺活量減少,影響全身的健康發育。
人體的三根彈簧人體的第一根彈簧在脊柱上。這是脊椎骨之間的「海綿軟墊」——椎間盤。它由內、外兩部分組成:外部是堅韌而富有彈性的纖維環,內部是白色而有彈性的膠狀物質的髓核。這種結構可以使脊柱承受壓力、吸收震盪、減輕沖擊。不同部位的椎間盤,厚度是不一樣的:胸部中段最薄,腰部最厚,因而腰部活動起來方便得多。女子的腰所以要比男子柔軟,原因也在這里。女子腰部的椎間盤比男子要厚,而且空隙要大一些。這就使她們得天獨厚,能完成柔軟的體操或雜技動作,而男子只能望塵莫及了。
人體腿部的肌肉以及連接肌肉和骨骼的肌腱,也是一種彈簧。其中,最出色的莫過於小腿的腓腸肌和比目魚肌,特別是與它們相連的跟腱。跟腱全長37厘米,彈性與優質橡膠相仿。據測算,一個人以每秒4. 5米的中等速度奔跑時,地面的最大作用力大約是人體重量的2. 8倍,而跟腱承受的力量約等於人體重量的7倍。
足弓是人體的另外一種彈簧。這是腳底的拱形結構。猿類幾乎沒有足弓,所以走起路來搖搖晃晃,踉踉蹌蹌。有了足弓,人的體重大約52%就落在腳後跟,剩下的落在拇趾跖骨頭和小趾跖骨頭上。體重主要落在這「三腳架」上,走路時就不會左右搖擺。有了足弓,腳就富於彈性,勞動和運動時能對震動起緩沖作用。
軟骨人和脆骨人
缺鈣或缺維生素D的人,會得佝僂病和骨軟化症。這種人的骨頭會因變軟而發生畸形,所以又稱軟骨病。據考證,秦始皇就是個軟骨病人。
從小進行訓練的人,身體會變得特別柔軟,如有的雜技演員鑽壇子,反曲身咬花等等,柔軟自如。1987年在瑞士蘇黎世的一次比賽中,一個孩子將兩腳從前胸經腋窩拉到了後腦,而且保持這種姿勢達半個小時,被譽為「軟骨人」。
加拿大30歲男子皮耶全身關節生來就像橡皮一樣柔軟,可以把兩只腳向後轉180度,也可以把兩只手臂向後扭轉,好像脫了臼。吃飯時,他常將兩腳扭轉向上,把腳底當桌子,自由自在地用餐。醫生發現此人一切正常,無法解釋他為何能如此彎曲自如。
人的骨頭是很堅硬的。然而,有的人骨骼卻脆得像玻璃。中國廣州有位20多歲的「玻璃姑娘」,從小骨頭就特別脆,有時在床上翻個身也會骨折。她的手骨和腳骨經常骨折,好在骨折處會很快自行癒合,而且她自我感覺並不很痛苦。有的醫生認為,這是「先天性骨形成不全症」,並不是缺鈣引起的,可是真正的病因卻尚未查明。
年齡和骨齡
人體的骨骼發育有一個過程,先是軟骨階段,以後隨著年齡增長,軟骨逐漸被骨組織代替。研究表明,在人的不同生長發育階段,骨骼的發育程度有著明顯的區別。科學家用骨骼生長發育的程度來評定一個人的生理年齡,這就是骨齡。一般,人們是用手掌骨的X光片來判斷骨齡的。
我們平時說的年齡,是指人出生後經歷的年份,也就是生活年齡。由於每個人生長發育的早晚和快慢不同,有些人的骨齡和生活年齡是一致的,也有些人的骨齡會略大於或小於生活年齡。比如,在15歲少年中,有的人骨齡已達到十六七歲,有的人骨齡卻只有14歲。科學家認為,與生活年齡相比,骨齡能更准確地反映一個人的生長發育狀況。
通常,骨齡小於生活年齡的少年兒童,將來身體比較高大;相反,骨齡大於生活年齡的以後個子不會太高。此外,骨齡小於生活年齡的少年,生長發育高潮的持續時間較長,運動能力「自然增長」的潛力也比較大,這樣的少年經過一定的科學訓練,常常能在體育比賽中取得優異的成績。因而,測定骨齡是選拔優秀運動員的方法之一。
6. 運動員的股骨可以承受多大壓力而不折斷
人類運動極限與什麼有著密切關聯?
1.生理極限
人體生理的極限制約著100m成績的提高幅度。因為,如果運動員要超越博爾特的世界紀錄,就會使他們體內酶的含量比普通人高出3倍,這已經達到了人體的極限。同時,運動員股骨頭所承受的壓力要達到體重的6倍,這也達到了極限。還有,血液中乳酸含量對於運動成績的提高也有限制,因為一個運動員血液內的乳酸不能超過170mg。總之,人類的生理極限是運動極限有限論的理論基礎。
2.運動基因
有關研究表明,人類運動基因99%是相同的,只有1%不同。而正是這1%造成了不同種族在運動能力方面的差異。
近年來,牙買加運動員在田徑賽場上屢屢打破100m跑世界紀錄,引起了科學家們的研究興趣。牙買加理工大學教授莫里森等人與牙買加西印度大學和英國格拉斯哥大學的科學家聯合對超過200名牙買加運動員進行研究,發現其中有70%的人的體內擁有一種名為「Actinen A」的物質,這種物質可以改進與瞬間速度有關的肌肉纖維,而這些肌肉纖維可以使運動員跑得更快。相比之下,澳大利亞田徑選手中只有30%的人體內含有Actinen A。
Actinen A來源於速度的助推劑——ACTN3(α輔肌動蛋白3)基因。目前,世界各體育強國都在瞄準ACTN3基因。有的研究還提示,ACTN3基因只是優秀運動員的基因之一,還有許多基因與運動天分有關,如另一種稱為血管緊張素轉換酶(AcE)的基因,它產生的AcE可以影響人體肌肉的氧利用率以及肌肉的生長速度,從而改變運動成績。
正是藉助於特殊的運動基因,牙買加運動員在田徑賽場上一次次書寫奇跡,由此也將人類運動極限一次次改寫。但是,應當看到,在如今優秀田徑選手中,牙買加人占其中很大一部分,其先天優勢也被平均享有,現在的世界紀錄也是在特殊的運動基因下實現的,因此這種基因在未來突破人的運動極限方面的作用是局限的。
3.身體形態
近幾年來,優秀百米運動員的身材,無一例外都是四肢肌肉極其發達,體型高大威猛,比如劉易斯身高1.88m,毛里斯·格林身高1.86m,鮑威爾也是1.88m,之後打破世界紀錄的博爾特的身高是1.92m,田徑運動員身材高大已經成為一種必然的趨勢。在以前我們都認為田徑運動員身材矮小,但在今天,要想在短距離項目上成為優秀運動員,身材高大是一個基礎條件,因為100m跑本身是一個周期性運動,也就是人靠兩條腿做一個循環周期的蹬地動作完成的,那麼在擺動頻率一致的情況下,很明顯,腿長的人要佔很大的優勢,因此下肢的力量和長度成為越來越重要的因素。而在今天,不光是下肢,上肢以及全身的肌肉都要參與短距離跑,這樣,全身肌肉如果非常發達,快肌自然要佔很大的分量,全身良好的協調一致能保證短跑運動員在缺氧的情況下爆發出更大的能量,從而跑得更快。
當然,個子也不是越高越好,但參照整個所有運動項目的運動員指標,在身高1.95m左右應該是未來田徑運動員的最和諧、最合理、最標準的身高,依據這個標准,現有100m跑運動的成績應該至少還能再提高0.1s,提高幅度是非常有限的。
4.反應能力
要想在100m跑上獲得好成績,槍響瞬間反應速度成為一個重要因素。可不要小看這一點,雖然大家知道它微乎其微,但對於現在的100m跑比賽來說,你能提高0.01s就能打破世界記錄。目前,絕大部分運動員是依據聽覺來判斷起跑的時機。創造世界記錄的博爾特的槍響瞬間反應速度為0.150s。
所謂槍響瞬間反應速度是指指令槍響後,運動員腳蹬起跑器的時間。但是音速是低於光速的,也就是說,靠聽覺是肯定比視覺要慢的。因此可以毫不誇張地預言,在未來人類百米賽跑肯定是運動員通過視覺來決定自己的起跑時機的。因此,如果運動員在反應能力上有所提高,這個速度極限至少還可以提高0.05s,但也是有限度的。
5.骨骼肌肉承受力
人類100m跑速度還取決於身體結構以及骨骼和肌肉能耐受多大的壓力。這種壓力不僅來自外面,而且來自內部。
外部的壓力諸如舉重對身體的壓力和跳高需要脫離地心引力的壓力。而內部壓力也分兩個方面,一是承受身體的自重,二是承受肌肉收縮發力對自身骨骼和肌肉造成的壓力。其中肌肉是附著在骨骼上的組織,它們也決定著人類運動的極限。
運動員向前跑的動力大部分是由股四頭肌收縮提供的,股四頭肌又與膝蓋連接。跑步時,肌肉、關節和骨頭都需要承受這種由肌肉收縮發出的強大壓力。
此外,在人體結構中,骨骼和關節的緩沖力也制約著人類運動的速度。在人體中有緩減壓力的3根「彈簧」:第1根「彈簧」在脊柱上,是脊椎骨之間的「海綿軟墊」——椎間盤;第2根「彈簧」是腿部的肌肉以及連接肌肉和骨骼的肌腱;第3根「彈簧」是足弓,它是腳底的拱形結構。這3根「彈簧」也制約了人類運動的極限,同樣,人類只能在此基礎上作為,而不能超越這個限制。
6.自然外力
自然外力是創造運動極限的偶然性因素,它包括風力、氣候、溫度等,在室外田徑賽場上對運動成績也起著非常重要的作用。據體育科研人員分析:在短跑、跨欄等田徑項目中,順風和逆風的不同氣象條件,運動員的成績差別是明顯的。
人類運動時在各方面所承受的極限是什麼?
1.人類能承受的加速度極限
人體的胸腔保護著心臟,使其免受撞擊的傷害,但是它的保護功能在現代科學技術的發展下卻略顯脆弱。或許,在達到一定程度的加速度時,胸腔也根本起不到保護的作用。
美國宇航局和軍方研究人員在尋找這個答案的道路上大步前進著。他們為了製造安全的飛行器和航天器需要了解這個數據。橫向加速會因為對人體施加不對稱力而對人體造成傷害。根據《大眾科學》上刊載的一項研究表明,14個g的加速度可以讓人的器官分離,而4到8個g的加速度可以讓人昏迷。
向前或者向後的加速度對身體來說更容易承受一些。軍方在20世紀40、50年代的試驗表明人體可以承受45個g的減速。在這個速率下,人從1000千米/小時的速度減速到停止只用1秒鍾。但是,根據研究結果,在50個g的減速情況下,人體還是會被撕裂。
2.自身速度極限
美國斯坦福大學研究人員指出,速度依賴於人體強健的肌肉和修長的四肢,由於人體具有一定的重量,所以每提高一秒鍾速度,都會增加一定的能量消耗。速度與能量消耗的比值是有限的,這一極限可能是百米9.48秒。女子百米世界紀錄保持者——短跑女皇喬伊娜,她的丈夫——美國田徑專家柯西曾經做出過9秒76將是人類百米極限的論斷,但他現在已經修正了自己的觀點,他認為新的科學理念總讓人難以想像,所謂的極限只是在原有訓練水平下的極限。柯西稱「當科學技術、訓練理念發生天翻地覆的變化,天知道會發生什麼!」
與體育運動專家、9秒9、9秒8、9秒7這樣看似「保守」的預測不同,數學、物理、生理學專家對百米極限有更激進的觀點。旅居德國的荷蘭數學家阿尹馬魯教授通過復雜的計算推斷人類百米極限為9秒29,這是理論上的最快速度,純理想狀態下的產物。考慮到人身體對抗空氣的阻力、肌肉負荷能力、蹬地獲得推動力所消耗的力等因素,「數學派專家」認為9秒64是更合理的速度,因為人不可能消滅空氣阻力,人的肌肉韌性也是一定的,如果速度過快,肌肉將會撕裂。
為了在2008年北京奧運上創造輝煌,蓋伊、鮑威爾、博爾特都把自身的狀態調整到了巔峰,這三名百米新理念的代表人物無疑很有機會突破9秒70大關。現在的百米運動員不再追求模板式的體型和動作,蓋伊有著瘋狂的擺腿頻率、鮑威爾上半身力量很強、博爾特身材瘦長步幅大,事實上,他們都有些顛覆傳統、天賦異稟。正是由於他們迥異於傳統風格,所以沒人知道他們究竟能跑多快。
短跑沖刺時,速度若超過43.06km/h,腿部的股四頭肌腱和膝蓋就會分離。
3.承受重力速度極限
當過山車俯沖而下時,人僅僅承受了5倍的重力加速度,就會頭暈、惡心。人承受重力加速度的最大紀錄是31.25g,如果未經訓練的話,一般在承受6g的時候就會失去知覺。
4.承受力量極限
美國洛杉磯南加州大學專家指出,人最終能舉起多大重量取決於肌肉纖維數量,一般來說,四肢短小的人力量更大。
肌肉組織的每個肌纖維可以產生大約0.3微牛頓的力,而每平方厘米的肌肉可以產生大約100牛頓(10公斤左右)的力。但是前臂骨骼在5000公斤左右壓力下,就會粉碎。如果假設手臂肌肉能夠提供一半的力量,其餘的力量來自腿部、臀部以及肩部等,你依然需要調動三頭肌及其周圍55厘米范圍內的所有肌肉才能達到這種力量。
因此,承受力量的理論極限為5000公斤,而當前紀錄為300公斤。
5.心跳極限
1分鍾220次,這是指心臟運動極限,也是迄今為止,科學發現的心臟能夠工作最大極限的心跳次數。超過這個數值,心臟就不能繼續完成正常的搏血功能。科學研究發現,即使參加體育鍛煉,在檢測和評估鍛煉效果時,都不可能超越這個極限。
7. 人的身體可以承受多少重量
每個人都是不一樣的,普通戰斗機飛行員在飛特級時一般是5個G左右(1G相當於自己的體重,5G就是5倍體重的力量),宇航員一般承受的在8G左右,人最大不會超過12G(這種人很少見的)。
人的骨頭是很硬的。有人曾作過一番測試,每平方厘米的骨頭能承受2 100千克的壓力,花崗石是很硬實的,也只能承受1350千克。 人的骨頭中,一半是水,一半是礦物質和有機物。一般,成年人尤其是老人骨頭中礦物質的比例比較大,因而骨頭硬而脆,容易骨折。少年兒童恰好相反,有機物的比例較大,所以他們的骨頭韌而嫩,容易變形。相比之下,男子的骨頭重而粗,女子的骨頭輕而細;胖人的骨頭,表面比較光滑,而瘦子的骨頭表面比較粗糙。
8. 人體的哪條骨頭能承受最多的力
人的骨骼的承受能力,如股關節承受力是體重的3-4倍,膝關節是5-6倍,小腿骨能承受700公斤的力,扭曲的負荷力是300公斤。人體骨頭的堅硬程度賽過自然界的石頭,一般骨頭的承受力為2100千克/平方厘米。
不同的力的承受程度是不同的。
一般密質骨能承受較大的剪切力
頂骨能承受較大的扭轉力,但是對壓力的承受能力有限。
單個脊椎骨能承受較大的拉伸力,等等。
關於骨骼力學的知識,可以參看這里
http://physics.tmmu.com.cn/jxzl/kcjs/swwl/chapter01.htm
骨骼的生物力學
骨骼是人體的重要力學支柱,承受著各種載荷的作用。人體骨骼分為軀干骨、四肢骨和顱骨三大部分,每一部分都由許多不同形狀的骨相互聯結而成,組成了人體整個骨骼系統。為了保證人體的正常生活、運動和勞動,每一塊骨都必須有足夠的承載能力。它由兩方面來衡量:①強度:在載荷作用下具有足夠抵抗破壞的能力;②剛度:在載荷作用下具有足夠抵抗變形的能力。強度和剛度是骨的重要的力學性能,這是由於骨具有一定的硬度和彈性,骨的這兩種最基本的物理性能取決於它的成分和結構。
一、骨組織的結構
骨組織由骨細胞、有機質和無機鹽晶體組成。有機質占質量的1/3,主要是骨膠原纖維和少量的粘蛋白,骨膠原纖維平行排列成束、藉助粘蛋白粘合在一起,它們形成網狀結構,使骨具有很大的彈性和韌性。骨膠原纖維具有良好的塑性,拉長時的延伸率可達20%以上。無機鹽占重量的2/3,主要成分為羥磷灰石,分子式是3Ca(PO4)2Ca(OH)2,它們是一些極微小的顆粒(長約20nm,橫截面積約為25nm2),是骨質堅硬的主要因素。無機鹽晶體牢固地貼附在縱向平行排列的片狀骨膠原纖維上,就形成一片片的骨板;若貼附在互相交錯的膠原纖維上,則形成棒狀骨小梁。由於骨膠原纖維中存在有大量的無機鹽晶體,使骨組織既有較好的彈性和韌性,又有較大的強度和剛度,成為抗壓的支往。這與工業上的充填橡膠結構類似,充填橡膠是在橡膠中充雜微粒碳黑,碳黑不僅加固了橡膠,也大大提高了強度,成為工業上的一種優良材料。骨骼組織也是一種優化材料,其力學性能達到了理想化,這不僅決定於它的成分,而且也決定於它的結構。
骨骼是一種優化結構,骨表面有骨膜,它具有緩和受力狀態、使受力均勻的作用。骨內部的骨髓腔,從受力構件來說,也是合理的結構。人體全身的206塊骨頭,不論其形態和類型(分長、短、扁和不規則骨四種類型),都是由密質骨和松質骨構成。密質骨由整齊排列的板狀骨板構成,緻密堅硬,強度、剛度大;松質骨由棒狀骨小梁互相交錯、不規則排列而成,類似於工程上的桁架結構,能承受較大的彈性變形能力。這兩種類型的骨的不同分布,使骨骼的力學性質更趨於完美。
以分布於四肢的長管骨來說,它是人體上重要的受力和傳力構件,分為一體和兩端,中間部分的體叫骨幹,兩端叫骨骺。中間的骨幹部分密質骨厚,松質骨少,其機械性質接近於脆性材料,延伸率小於2%,而彈性模量高,強度大。骨骺的密質骨較薄,松質骨發達,其機械性質接近於塑性材料,延伸率高於骨幹部,達16%,而抗壓強度低,僅為骨幹部的22%。但兩端骨骺端粗大,承載面積大,壓強小,負重承載後的變形大,使關節面受力平穩,減少了局部集中應力的發生,有利於關節的負重活動。
骨的功能和結構的適應性是長期進化的結果。骨實現用最小的材料獲得最大的功能的原則。骨骼在外載荷作用下要發生變形,其內部會產生應力,一般在受到不同形式的載荷後的變形可分為拉伸與壓縮、剪切、扭轉和彎曲等幾種基本變形形式或這幾種基本變形的復合,稱復合變形。
二、骨的力學性能
下面僅介紹骨在幾種基本變形下的力學性能:
1.軸向拉或壓截面上的應力 骨骼在一對大小相等、方向相反的軸向外力作用下,發生沿骨的軸線方向的伸長或縮短的變形。如人用雙手拉單杠時,上肢長管狀骨因受體重而被拉伸;人體站立地面時,下肢長管狀骨受體重被壓縮,此時的上肢骨與下肢骨因受力而發生的變形分別被稱為軸向拉伸與壓縮。
軸向拉、壓時,在垂直於軸線方向的橫截面上的應力為?=P/A,P為軸向外力,A為橫截面積。對於軸向拉、壓,橫截面上只有正應力?,沒有切應力。
現再來分析在不垂直於軸線的斜截面上的應力狀態,以受拉股骨為例,如圖1-9所示。設斜截面K-K的垂線方向與P的交角為?,斜截面積比橫截面增大,應力減少,但這時既有正應力,又有切應力。?=0?時的截面為橫截面,正應力?為最大值;?=45?時的斜截面上,切應力為最大,切應力和正應力的值,都等於橫斷面上正應力的一半。應力的分析對於骨折的臨床治療具有實際意義,壓應力使斷面接觸,有利於癒合,而拉應力把斷面拉離,切應力使斷面錯位,後兩者都使斷面難以癒合,因此應當用外力把應力糾正為正壓力,有時還需要改造斷面,才能促進斷面的癒合。
圖1-9 斜截面上的應力
2.拉伸時的應力-應變曲線 長管狀骨做拉伸實驗時,載荷由零緩緩增加(加力速度很慢),試件慢慢伸長,直至斷裂,在拉伸過程中的載荷P和對應的伸長量?l之間關系可畫出P-?l曲線。為了消除尺寸的影響,可改用應力?和應變?為坐標軸,則拉伸曲線可改畫成小?-?曲線,稱為應力-應變曲線,圖1-10所示為三種材料的?-?曲線。由圖可知,濕潤骨(骨幹)的?-?曲線有近似直線部分,說明應力與應變近似成正比,直線的斜率K=?/?表示了這種材料的剛度,即材料的彈性模量E的?-?曲線的線性段(圖示中的OA段),就是適合胡克定律的彈性階段,若在該階段卸載,材料將恢復原來形狀,不產生永久變形。若繼續載入,超過了材料的屈服點(圖示中的A點),則到達了材料的非彈性(塑性)階段,必現永久變形。骨骼的塑性區很短,若再繼續載入,骨骼將在極小的永久變形下發生斷裂,斷口截面在橫截面上。圖示中的B點表示材料的斷裂點,對應的縱坐標為材料的極限應力(亦稱為強度極限),橫坐標0B'為斷裂時的應變(稱為延伸率),濕潤骨(骨幹部)的延伸率很小,?=1.4%,干骨更小,?<0.4%。
圖1-10 軟鋼、玻璃、密質骨的?-?曲線
(a)軟鋼 (b)玻璃 (c)密質骨
濕潤骨的力學性能介於塑性材料與脆性材料之間。如軟鋼這類塑性材料〔圖中曲線(a)〕,不僅有明顯的彈性階段,而且有明顯的屈服點和屈服階段。所謂屈服就是應力幾乎不再增加而應變卻大量增長,好象材料暫時失去了對變形的抵抗能力。像軟鋼這樣的塑性材料,在屈服階段,就開始出現了明顯的塑性變形,在試件的表面也可看到與軸線成45?的滑移線。如果繼續載入,直到拉斷,斷裂面亦發生在45?方向的滑移面上(在45?方向的斜截面上,切應力最大)。塑性材料的屈服點所對應的縱坐標,稱為屈服應力(或稱屈服極限),是衡量塑性材料的一項強度指標。塑性材料在斷裂時的應變(延伸率)很大,一般大於5%,對於軟鋼,可達20%以上。又如玻璃這類典型的脆性材料,在曲線上幾乎沒有屈服點〔圖示上的曲線(b)〕,不存在塑性區,或者說斷裂前幾乎不產生永久變形,延伸率很小,而斷口在橫截面上。衡量脆性材料強度的唯一指標是極限應力,脆性材料宜作受壓構件,其壓縮時的極限應力比拉伸時的極限應力大很多,壓縮率也比延伸率大。骨骼的骨幹部近乾脆性材料,其力學性質見表1-1。骨壓縮時?-?曲線與拉伸時基本相似。由圖1-11可知,壓縮極限應力大於拉伸的,壓縮率也大於拉伸率。但壓縮剛性模量小於拉伸的,壓縮破壞的斷裂線發生在軸線呈45?的方向上,而拉伸發生在橫截面上。這些差異的原因在於骨結構的非均勻性。骨是一種非均勻的各向異性材料。
表1-1 青年濕潤骨中部骨幹拉伸與壓縮時的力學性質比較
極限應力(MN/m2)延伸率(%)剛性模量(MN/m2) 破壞斷口
拉伸 133.9 1.4 (15~19)xl03 橫截面
壓縮 170 1.85 9x103 45?斜截面
圖1-11 拉伸與壓縮時的曲線
(a)拉伸 (b)壓縮
3.剪切 骨骼在大小相等、方向相反、相距很近、與軸線垂直的一對外力作用下,在受力處的橫截面上產生切應力,這兩剪切面分別沿外力方向發生剪切變形(兩受剪面發生相對滑動)。骨骼的剪切模量約等於3.2x103MN/m2左右。
剪切骨折常見於松質骨,如股骨髁和腔骨平台,受到過大剪切力時,要發生骨折,人體骨骼能承受的剪切極限應力比拉伸、壓縮時都要小得多,如骨骼(骨幹部)的剪切破壞應力約為54MN/m2。
4.彎曲 長構件中部受到與軸垂直的集中力或分布力作用時,它與兩端支持力組成力矩,使構件發生彎曲變形,這種構件在工程上稱為梁。骨骼受彎曲作用十分普遍,股骨頸既受壓,又受彎,腔骨受彎也較明顯。長構件受到沿軸向正壓力過大時也能發生彎曲,並且迅速從中部斷裂。
梁受橫向壓力的作用而彎曲時,受力側內凹,其縱向纖維縮短,這里有與軸平行的壓應力作用。對側外凸,其縱向纖維伸長,這里有與軸平行的拉應力作用。中間有一層,縱向纖維既不伸長,又不縮短,這一層稱為中性層〔圖1-12(a)中的陰影部分表示為中性層〕,在中性層上既無拉應力又無壓應力,離中性層最遠的邊緣層,拉、壓應力值最大。如果梁的中性層是對稱平面,而且抗拉與抗壓的彈性模量相同,那麼兩邊緣層的拉應力和壓應力的值相等。圖1-12(b)表示彎曲正應力在橫截面上的分布規律。對骨鉻來說;中性層並非對稱平面,而且抗拉與抗壓的彈性模量不同,故兩邊緣的拉應力和壓應力並不相等。
圖1-12 彎曲 (a)側面 (b)橫截面上的應力 (c)三點彎曲試驗
骨骼作彎曲強度試驗時,常採用三點彎曲試驗方法,如圖1-12(c)所示。圖中A、B兩點為支點,中間P點為力作用點,圖中Y形表示斷裂紋。骨骼將在中間受力點處破壞,因為中間的彎矩最大。破壞形狀呈Y形斜斷面裂紋形狀。當材料的抗拉強度小於抗壓強度時,破裂是先從拉伸一側開始,裂口呈橫型拉斷,然後在壓縮一側開始斜型剪斷,此種為典型的脆性材料的破壞方式。這是由於在梁橫截面有切應力,當外側被拉斷後,受力面積減少,切應力相應增大,因此最後被剪斷。三點彎曲骨折是滑雪運動員滑雪時容易發生的靴頂骨折,滑雪者向前跌倒,抵住滑雪靴之頂部,彎曲力矩作用在腔骨上部,當腔骨的上部向前彎曲時,拉應力作用在骨的後側,由於骨的拉伸強度低於壓縮強度,故骨折先在拉伸一側開始。外側在拉應力下的屈服有助於提高骨骼的抗彎折強度。衡量骨骼抵抗彎曲變形能力的剛度指標常用剛性系數和韌性系數來表示。表1-2示人體長管骨的彎曲剛性系數(EJ)和彎曲韌性系數(K)在不同骨中的表現,這些表現行為與骨的結構和形態相關。
表1-2 人體長管骨(濕潤)的彎曲剛性系數和韌性系數
股骨 脛骨 肱骨 尺骨 腓骨 撓骨
剛性系數=EJ=??? 3107 2189 832 191 159 140
韌性系數:K= 0.07 0.05 0.09 0.23 0.62 0.27
?為斷裂前的極限彎曲撓度;?P為彈性極限的彎曲撓度;PB為斷裂前的極限彎曲荷重;Pp為彈性極限的彎曲荷重。
圖1-13 圓桿扭轉時橫截
面上的切應力分布規律
5.扭轉 當桿件兩端的橫截面上作用著一對與橫截面平行、大小相等、方向相反的力偶時,桿件會引起扭轉變形,即桿的任意兩橫截面會繞軸線發生相對轉動。圓桿扭轉變形時,桿橫截面上的任一點處都存在著切應力,橫截面上的切應力分布與中性軸的距離成正比,如圖1-13所示。最大切應力發生在圓截面的邊緣上。在包含中央軸線的縱剖面上也發生切應力,其兩側的切應力方向相反,其數值與各處到中央軸線的距離成正比,邊緣處的切應力最大,與橫截面上的最大切應力相同。最大切應變發生在圓桿的外表面上,而最大拉應力和最大壓應力發生在與中性軸成45?方向的斜截面上。因此,骨骼的受扭斷裂,首先出現與中性軸平行的短裂紋,表示剪切破壞,隨後沿著最大拉應力的平面發生斷裂骨折,斷口都為45?螺旋型。
三、骨骼在損傷治療和癒合中的生物力學問題
骨是人體活組織,是有生命的器官,在不斷的發育、成長。骨的形態、結構以及力學性質也不斷地隨外界環境、條件而改變。其中有循環血液向骨輸送養料,同時帶走無用的東西。一定范圍內,經常性、間歇性的應力刺激,能助長骨的生長,使骨組織的成分、密度、結構、形態等都會有所改善,從而提高其力學性能。
1?應力是骨增生的主要因素 人們早就知道,應力對骨的改變、生長和吸收起著重要的調節作用,每一個骨要有一個合適的應力作用范圍。在機體生長階段,骨增生多於再吸收;老年階段,再吸收多於骨增生;成年階段,骨增生和再吸收基本上處於一種動態平衡狀態。這種骨增生或再吸收除了受內分泌激素的影響外,也受應力的影響。應力是骨增生的主要因素。如將大鼠的前兩肢截肢,變為兩後肢行走的動物,因後肢所受應力增加,後肢的骨骼有明顯的增粗,密度增大,強度增加,這是由於應力的增加引起骨增生所致。相反,若加於骨上面的應力減少,會使再吸收多於骨增生,骨骼就萎縮,骨質疏鬆。如因頸部脊髓損傷引起四肢癱瘓的病人,機體絕大部分骨骼除受重力外,無肌肉收縮引起的應力,就會發生明顯的骨的再吸收,並伴有大量高尿鈣排出體外,使骨骼萎縮,產生骨質疏鬆症。這些都說明應力對骨的增生或再吸收有重要影響,Dietrick將志願者從腰部以下用石膏固定6~8周,結果表明固定期骨含鈣、磷量下降,拆除石膏後6周才會復原。Mack對宇航員作失重實驗,發現宇航員骨失鈣,並且X光片黑度下降,他指出要作特殊體操,可使鈣恢復。
2.應力刺激對骨折的再生和修復起重要作用 骨是機體唯一能再生和修復的組織,使修復組織的化學成分和物理性質與原骨組織相同,但必須在骨折部位施加一定的壓應力,使之產生形變,骨組織在形變情況下產生骨痂。一般說,應力大,骨痂豐富,促使再生和癒合。骨折再接手術,經3~4周,骨痂形成,並大量析出礦物質後,此時的骨胳已有了一定的強度,應開始一定的功能訓練,增加應力,促使鈣質的形成,增加強度;經過15~20周能全部癒合,達到原來強度。
3.應力遮擋保護作用 骨折再接手術所使用的加壓內固定接骨板太堅硬或螺釘固定擰得大緊時,反會因應力遮擋保護作用而使斷骨四周的骨外膜受不到應力,也不發生形變,骨痂不能形成;又因斷端部位缺少應受的壓應力,使骨增生和再吸收不再處於平衡狀態,再吸收超過了骨增生,引起了骨質疏鬆,強度明顯減弱,所以這種加壓堅硬內固定接骨器的應力遮擋作用,在手術治療中應充分注意。應力遮擋保護作用是在兩種不同彈性模量(骨骼和接骨板)之間,高彈性模量的接骨板(是骨的10倍)承擔了更多的負載,保護了較低彈性模量的骨骼,使其少承載,甚至不承載。有些學者認為,手術中,機械固定中的螺栓擰得太緊而造成斷端局部應力集中,長時間的局部應力過大,反會引起骨的再吸收而萎縮,最終使固定變鬆了。所以,機械固定時的機械力應在一定適宜的應力范圍,過大、過小都不適宜。
4.壓電效應 一般認為壓電效應是應力引起骨再生修復的機制。深田榮一第一個發現骨的壓電效應,並認為是由膠原纖維引起的,Becker和Marray指出電場能激活蛙骨細胞中的蛋白質絡合物形成,使膠原纖維定向排列,並且排成與力線相垂直。Bassett和Pawlick把金屬板植入骨中,通以負電,結果新生的骨材料沉積於電極金屬板上,說明骨的再生和修復與壓電效應有關。
5.骨中鈣質的沉積和溶解還與內分泌物質有關,如生長素STH,腎上腺皮質激素ACTH、甲狀腺素T4、雌激素、維生素A、C、D有關。
9. 座姿時股骨頭承受力大嗎
座姿時股骨頭沒有承受力。