運(yùn)動(dòng)對(duì)骨的力學(xué)性能的影響

1、適宜應(yīng)力原則

骨骼對(duì)體育運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)適應(yīng)性本質(zhì)上是骨骼系統(tǒng)對(duì)機(jī)械力信號(hào)（應(yīng)力）的應(yīng)變。有利的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷及強(qiáng)度導(dǎo)致的骨應(yīng)變會(huì)誘導(dǎo)骨量增加和骨的結(jié)構(gòu)改善；應(yīng)變過(guò)大則造成骨組織微損傷和出現(xiàn)疲勞性骨折，應(yīng)變過(guò)小或出現(xiàn)廢用則導(dǎo)致骨質(zhì)流失過(guò)快。因此對(duì)骨存在一個(gè)最佳的合適應(yīng)力范圍。

(1) 研究揭示，力學(xué)信號(hào)激活骨細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)通路而成骨。尤其在達(dá)到峰值骨量之前，除增加骨密度外，更能有效地改善骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)。在分子水平上，借助對(duì)力學(xué)易感基因的調(diào)控，調(diào)節(jié)細(xì)胞與基質(zhì)局部力學(xué)生物學(xué)通路，經(jīng)基因轉(zhuǎn)錄、翻譯與翻譯后修飾—力學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的分化和成骨。

(2)力學(xué)信號(hào)（人體從出生后骨骼所受的外力）可概括為內(nèi)源性肌肉收縮力與外源性反作用力。這些力對(duì)骨生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控主要通過(guò)調(diào)節(jié)軟骨內(nèi)生長(zhǎng)與骨化、關(guān)節(jié)軟骨的發(fā)育以及軟骨周緣、骨膜的骨化和軟骨內(nèi)成骨。

(3)兒童少年時(shí)期的骨新陳代謝旺盛。這個(gè)時(shí)期進(jìn)行合理的體育鍛煉，更能促進(jìn)骨的生長(zhǎng)。相反，鍛煉不足或長(zhǎng)時(shí)間的錯(cuò)誤姿勢(shì)會(huì)使骨朝不正常的方向發(fā)展。而且研究表明，骨骼廢用使骨密度下降和骨結(jié)構(gòu)受損的速度遠(yuǎn)比體育鍛煉對(duì)骨的有益影響快得多，而且恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)且困難。

(4)骨對(duì)運(yùn)動(dòng)（特定環(huán)境下力的變化）的功能適應(yīng)性的表現(xiàn)除了外部形態(tài)之外，還有截面形狀、材料沿各方向的分布規(guī)律、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。（例如硬氣功）

2、體育鍛煉對(duì)骨的力學(xué)性能的良好影響：

（1）體育運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)兒童少年峰值骨量的增加，使成年人骨骼的骨量增加或保持骨量，降低老年人骨量的丟失速度。

（2）長(zhǎng)期堅(jiān)持體育鍛煉，使骨的血液循環(huán)得到改善，使骨密質(zhì)部分增厚，骨變粗，骨面肌肉附著處突起明顯。

（3）骨小梁的排列根據(jù)拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的方向排列更加整齊密集。使骨的堅(jiān)固性增強(qiáng)，抗彎曲、抗壓縮和抗扭轉(zhuǎn)載荷的能力均有提高。

◆注意：當(dāng)體育鍛煉停止后，骨所獲得的變化就會(huì)慢慢消失。因此，體育鍛煉應(yīng)經(jīng)常化，鍛煉的項(xiàng)目要多樣化。專項(xiàng)訓(xùn)練與全面訓(xùn)練相結(jié)合。

（4)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)骨的力學(xué)性能具有不同的影響

不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)骨的力學(xué)性能的影響表現(xiàn)在對(duì)人體不同部位骨的影響不同和不同運(yùn)動(dòng)形式對(duì)同一塊骨的力學(xué)性質(zhì)的影響不同。

例如①經(jīng)常從事下肢活動(dòng)的跑、跳項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員，對(duì)下肢骨影響較大，對(duì)上肢骨影響較小。而經(jīng)常練習(xí)舉重的運(yùn)動(dòng)員，對(duì)上肢和下肢的影響都較大。

②負(fù)重和沖擊性體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（如跑、跳、投、田徑項(xiàng)目、網(wǎng)球和壘球等球類項(xiàng)目）均有助于增加峰值骨量。

③網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員擊球臂骨的結(jié)構(gòu)與密度的改善與提高，跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員踏跳腳的第二跖骨直徑增大；拳擊運(yùn)動(dòng)員橈骨骨密質(zhì)部分明顯增厚等。

◆關(guān)于應(yīng)力對(duì)成人骨和生長(zhǎng)發(fā)育中骨的影響：外加機(jī)械力改變骨結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。而應(yīng)力通常與骨組織之間存在著一種生理平衡。

①對(duì)成人骨而言，骨組織的量與應(yīng)力值成正比。②對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育中的骨，應(yīng)力增加（外傷和過(guò)度訓(xùn)練)會(huì)引起骺軟骨過(guò)早愈合，骨化提前。

（二）骨的運(yùn)動(dòng)損傷：

1、骨折的斷裂形式及載荷方式

如果作用于骨骼上的載荷超過(guò)骨所能承受的強(qiáng)度極限，就會(huì)引起骨折。實(shí)際情況中的骨折絕大部分是由復(fù)合載荷引起的。

（1)拉伸載荷引起的骨折常見于跟骨。第五跖骨基底靠近腓骨短肌附著處的骨折以及跟腱靠近附著處的跟骨骨折都是由于拉力產(chǎn)生的骨折。

(2)壓縮載荷引起的骨折常見于椎體。有時(shí)由于肌肉異常強(qiáng)烈的收縮，也可產(chǎn)生關(guān)節(jié)內(nèi)壓縮型骨折。

（3）彎曲載荷常見的是側(cè)力彎曲載荷（純彎曲載荷造成的骨折不多見），如三點(diǎn)彎曲。從側(cè)面和后面對(duì)小腿胖骨擊打極易造成這種骨折。因此，足球比賽規(guī)則嚴(yán)禁從側(cè)面和后面鏟擊小腿。

（4)剪切載荷引起的骨折常見于跟骨、股骨跟與脛骨平臺(tái)的剪切破壞，變形后產(chǎn)生相對(duì)位置變動(dòng)。

（5）純扭轉(zhuǎn)載荷引起的骨折比較少見，一般是和其他的載荷形式組合在一起而引起的。如投擲標(biāo)槍。

2、疲勞骨折（骨疲勞）

（1）骨疲勞的概念：反復(fù)作用的循環(huán)載荷超過(guò)某一生理限度時(shí)會(huì)使骨組織受到損傷，稱為骨疲勞。

周期性超強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能導(dǎo)致骨微細(xì)結(jié)構(gòu)的破壞。這些骨的微損傷隨時(shí)間不斷累積（常見于軍事野營(yíng)訓(xùn)練軍人和長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員），如得不到改建修復(fù)可導(dǎo)致骨強(qiáng)度下降，甚至發(fā)生疲勞性骨折。

（2）骨疲勞的特征：

①疲勞性骨折或永久性彎曲。

②周期性載荷引起的骨折，開始于應(yīng)力集中點(diǎn)，形成蚌殼式裂紋。

③重復(fù)載荷的骨疲勞，引起的骨折往往是低載荷的情況。

④疲勞壽命隨載荷增加而減小，隨溫度升高而減小，隨密度的增加而增加。

⑤骨的疲勞極限為3.45KN/cm2。

疲勞骨折是一種在運(yùn)動(dòng)中常見的低應(yīng)力性骨折。例如行軍骨折。當(dāng)骨受低重復(fù)載荷作用時(shí)，常可觀察到疲勞細(xì)微骨折。疲勞骨折的產(chǎn)生不僅與載荷的大小和循環(huán)次數(shù)有關(guān)，而且還與載荷的頻率有關(guān)。因?yàn)楣蔷哂幸欢ǖ男迯?fù)重建功能（功能適應(yīng)性），所以只有當(dāng)疲勞斷裂過(guò)程超過(guò)骨重建過(guò)程時(shí)疲勞骨折才會(huì)發(fā)生。

◆肌肉疲勞是下肢骨疲勞的一個(gè)原因（如圖）。

一般，持續(xù)性的運(yùn)動(dòng)或活動(dòng)先是引起肌肉疲勞。當(dāng)肌肉疲勞后，肌肉收縮力降低，從而改變了骨的應(yīng)力分布，使高載荷出現(xiàn)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，可導(dǎo)致疲勞骨折。骨折既可能出現(xiàn)在受拉側(cè)，也可能出現(xiàn)在受壓側(cè)，或者兩側(cè)都出現(xiàn)。拉力側(cè)骨折產(chǎn)生橫向裂縫，且很快擴(kuò)展為完全骨折；壓力側(cè)骨折發(fā)生比較緩慢，骨重建過(guò)程不太容易被疲勞過(guò)程超過(guò)，而且可能不擴(kuò)展為完全骨折。肌肉收縮能克服一部分作用于骨骼上的應(yīng)力，起到保護(hù)骨骼的作用。

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