骨的生物力学特性

骨是矿物质和有机成分构成的二相复合材料，因此骨组织相对其重量具有更为坚强的特性。骨最重要的力学特性是强度和刚度，还表现为应力和应变。骨在体内承受拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等类型载荷。各种载荷在骨内产生的应力分布具有不同特点。

1. 拉伸和压缩　材料力学分析表明骨在轴向拉伸或压缩载荷作用下，骨内部的内力在骨截面上是均匀分布的。内力在骨截面上分布的密度，即单位面积上的内力大小称为骨的拉伸或压缩应力。拉伸可以看成是许多小的力离开骨横截面，压缩则可认为是直接施加于骨截面上的许多小的力。最大的拉伸或压缩应力发生在与外界载荷垂直的骨截面上。在拉伸载荷下，骨将被拉长和变窄；在压缩载荷下，骨将缩短和增宽。临床上由拉伸引起的骨折常发生在骨松质，如跟骨后结节由于腓肠肌收缩拉伸产生的撕脱骨折；由压缩引起的骨折也常发生在骨松质，如椎体，特别是骨质疏松的椎体易引起压缩骨折。

2. 剪切　骨除了承受轴向载荷外，还受到横向载荷的剪切作用。横向载荷使骨横截面间相互错动，称为剪切变形。剪切应力在截面上的分布规律很难确定，通常假设剪应力在截面上是均匀分布的。剪切应力在结构内呈角状变形，即在结构中原来与剪切平面呈直角者变为钝角或锐角。骨组织对剪切应力的抵抗能力较差。

3. 弯曲　骨在弯曲时一侧压缩，另一侧拉伸。在骨的横截面上表现为承受拉伸应力区和承受压缩应力区两个部分。划分两个区的线称为弯曲中性轴，即中性轴的一侧受到拉伸应力，另一侧受到压缩应力，而在中性轴上无应力。临床上由于骨抗压缩能力大于抗拉伸能力，通常骨的弯曲骨折首先发生在弯曲变形的拉伸侧。

4. 扭转　扭转使骨绕其轴线旋转，在骨截面上产生剪应力。在骨横截面上存在一条垂直于横截面的轴线，称为扭转中性轴。横截面上剪应力的大小与距中性轴的距离和扭转力矩成正比。扭转时在骨的横截面和纵切面上均存在剪切应力，且在中性轴的对角线平面上，拉伸应力和压缩应力最大。