骨的力学性质及影响因素

骨在人体中起到承重和杠杆作用，因此，要求骨既要强度大又要质量轻。将骨与钢和花岗石相比（表3-1），骨的密度比钢和花岗石要小，骨的强度比钢低，但比花岗石高。而且骨与钢在强度上的差别要小于两者在密度上的差别。可见，骨的质量要比钢和花岗石轻得多。三者相比，在相同质量下骨有最大的强度。

㈠ 骨的应力-应变曲线

骨的应力-应变曲是描述骨骼组织在受到外部力作用下，其应力stress）与应变（strain）之间关系的曲线。应力指的是外部力对单位面积的作用，单位为帕斯卡（Pa），应变则是由于外部力作用而引起的身体结构的形变程度。

骨的应力-应变曲线通常可以分为以下几个阶段：

1. 弹性阶段（Elastic Range）：在这个阶段，应变与应力之间的关系是线性的，即当外部力增加时，骨骼组织会发生弹性变形，但当外部力减小或消失时，骨组织会恢复到原来的形状。这个阶段的曲线呈直线。

2. 塑性阶段（Plastic Range）：当外部力继续增加，超过了骨骼组织的弹性限度时，骨骼组织会发生塑性变形，此时的应变不再与应力线性关系，而是呈现出逐渐增大的趋势。这个阶段的曲线开始呈现曲线的形状。

3. 断裂阶段（Fracture Range）：当外部力继续增加，超过了骨骼组织的极限强度时，骨组织会发生断裂。此时的应力达到最大值，应变也达到最大值。

㈡骨的强度和刚度

骨的强度和刚度是描述骨质抗力和刚性程度的两个重要指标。

骨的强度是指骨质所能承受的最大外力或压力。它与骨的结构、组成、形状和骨密度等因素有关。骨的强度可以通过测量骨的抗弯强度、抗压强度、剪切强度、拉伸强度等来进行评估。而且，不同部位的骨在强度上也存在差异，比如大腿骨比手指骨更加坚固。

骨的刚度是指骨质对应力的反应程度，也可以理解为骨的弹性特性。刚度与骨的材料特性及结构有关，包括骨组织的纤维结构、韧带、骨泡孔隙等。刚度高的骨骼对应力的变形及恢复能力更小，具有较好的刚性和稳定性。

骨的强度和刚度对人体健康和功能起着非常重要的作用。强度与骨折风险密切相关，例如骨质疏松症患者骨强度降低，易发生骨折。而刚度则与骨结构的稳定性和运动功能息息相关，对于支撑体重、保持正常姿势和行走平衡具有重要作用。

㈢影响骨力学性质的因素有以下几个方面：

1. 遗传因素：遗传因素是影响骨力学性质的重要因素之一。个体的遗传基因决定了骨骼的基本结构和质量，包括骨量、骨密度以及骨强度等方面。一些遗传基因突变会导致骨骼发育异常或者骨质疏松等疾病。

2. 营养状况：良好的营养状况对于骨骼健康至关重要。钙、磷、维生素D等营养物质对于骨骼生长和维持正常功能有重要作用。缺乏这些营养物质会导致骨质疏松、易碎等问题。

3. 运动负荷：适当的运动负荷可以促进骨骼的生长与发育，增加骨骼的质量与强度。长期缺乏运动或者过度运动都会对骨骼造成负面影响，如骨质疏松、骨折等。

4. 内分泌调节：内分泌系统对于骨骼的发育与代谢具有重要作用。性激素、甲状腺激素等内分泌物质的水平变化会影响骨骼的生长和骨转换过程。

5. 年龄因素：随着年龄增长，人体骨质开始逐渐减少，骨密度降低，骨强度减弱。这可能会增加骨折的风险，尤其是女性在绝经后更容易出现骨质疏松。