第二节　骨骼肌肉康复治疗的理论基础

一、生物力学基础

生物力学是研究能量和力对生物系统影响的一门科学，是力学、生物学、医学等学科相互渗透的学科。骨骼肌肉系统虽然较为复杂，但仍遵循力学的基本规律。

（一）骨骼的生物力学

骨具有变形性，骨的变形以弯曲和扭转最为常见。弯曲是沿特定方向上连续变化的线应变的分布，扭转是沿特定方向上的角应变的连续变化。骨骼的层状结构充分发挥了其力学性能。从受力情况来分析，一长骨若中部受到垂直于长轴的力作用，该长骨的两端由关节固定，中间部的力使其长度伸长并弯曲，与两端关节固定点形成相反的平行力（图1-1A）。骨载面上的应力分布情况是：沿Y方向的应力以中心部对称，向骨的表层对称分布，即中心部应力为0，越靠近骨皮质部应力越大（图1-1B）。若受到扭转力的作用，情况亦是如此。骨的一部分类似于一个圆柱体（图1-2A），圆柱的断面受一对大小相等、方向相反的力矩作用而发生角应变，轴心的应变及剪应力为零，圆柱体表面的力最大，即骨皮质部的受力最大（图1-2B），而骨皮质是最坚硬的部位，抗压、抗扭转能力最强。骨的力学性质受人的年龄、性别等因素的影响。

骨折愈合需要骨痂形成，而骨痂形成需要应力作用。骨在应力作用下羟磷灰石结晶的溶解增加，使发生应变的骨组织间液的钙离子浓度增大，以利于无机晶体的沉积。骨重建是骨对应力的适应，骨在需要应力的部位生长，在不需要的部位吸收。制动或活动减少时，骨缺乏应力刺激而出现骨膜下骨质的吸收，骨的强度降低。骨折后的钢板内固定，载荷通过钢板传递，骨骼受到的应力刺激减少，骨骼的直径缩小，抗扭转能力下降。相反，反复承受高应力的作用，可引起骨膜下的骨质增生。

（二）骨骼肌的生物力学

1.骨骼肌的收缩形式

在运动神经支配下，骨骼肌产生收缩，或肌张力增加，在骨关节和韧带的配合下完成躯体的各种运动。

（1）等长收缩：

等长收缩时肌肉承受的负荷等于或大于肌肉收缩力。等长收缩由于无肌肉缩短可产生很大的张力，但由于肌肉作用的物体未发生位移，所以未对物体做功。它的作用主要是维持人体的位置和姿势。

（2）等张收缩：

等张收缩有关节的运动，此时肌肉承受的负荷小于肌肉收缩力，肌肉的收缩力除克服施加给它的负荷外还能使物体发生位移，所以它对物体做了功。人体四肢特别是上肢的运动主要是等张收缩。一般情况下，人体骨骼肌的收缩大多是混合式收缩，也就是既有张力的增加又有长度的缩短，而且总是张力增加在前。当肌张力增加到超过负荷时，肌肉收缩才出现长度的缩短，一旦出现长度的缩短，肌张力就不再增加。

2.骨骼肌的收缩特性

大多数情况是在控制长度和张力状态的条件下研究肌肉的收缩特性。在等长收缩试验中，保持肌肉的长度恒定，测定它的收缩力；相反，在等张收缩试验中则使肌肉收缩对抗一个恒定的负荷，来测量肌肉收缩时随时间变化的长度。近来应用等速即保持肌肉以恒定的速度收缩或延伸来研究肌肉的功能活动。

（1）负荷与收缩：

肌肉收缩产生力量，如果阻力负荷低于肌肉所产生的力时肌肉发生的收缩称为向心性收缩；如果阻力负荷大于肌肉收缩所产生的力，肌肉被拉长，称为离心性收缩。收缩通常是指肌肉在激活状态下的活动，而不论肌肉的长度是否发生变化。

（2）电生理特性：

神经活动的状态可通过在一定频率下单一刺激、重复刺激或其他刺激的模式来控制。单一刺激时，肌肉的张力很快上升，之后在不同的时间内降至基线，通常小于200ms，称为肌肉的单收缩，是对单一神经刺激做出的收缩反应。随着刺激频率的增加，肌肉张力表现出综合效果，即高频率的刺激可使张力达到最大并保持在此水平，称为强直收缩。强直收缩所产生的张力要比单收缩产生的张力高数倍。这是中枢神经系统通过改变刺激频率来改变肌肉收缩力的有效机制。机体通过有秩序地募集运动单位并调节刺激频率使得肌肉获得最佳的收缩，产生肢体运动。

3.运动对骨骼肌的影响

肌肉组织具有很强的适应能力，肌肉的适应性因训练方式的不同而有很大的差别。

（1）力量训练：

大力量和少重复次数的训练可增加肌肉力量，这是肌肉横截面积增加的结果。神经系统的参与也是产生力量训练效果的重要因素。肌肉力量的增加与运动单位的募集有密切的关系。力量训练可改变中枢神经系统对运动单位的作用，使更多的运动单位同步收缩而产生更大的收缩力量。

抗阻训练的阻力选择，通常是在阻力负荷上能完成1～15次动作。抗阻训练的原则是重复练习至不可再继续。大负荷和少重复次数的练习主要增加肌肉的力量和体积，而对耐力无明显影响。所有类型的肌纤维均对力量训练产生适应性。这种适应性增加了肌纤维对抗外界阻力的能力，其原因是肌肉中收缩蛋白的含量增加。

（2）耐力训练：

力量训练是训练肌肉完成以前不能承受的负荷，结果是肌肉变得更强壮，体积增大。肌肉产生的适应性变化主要是来自能量供应方面而不是肌肉的体积变化。因此，随着有氧训练而产生的耐力改善是源于中枢和外周循环以及肌肉的代谢变化。同时肌肉收缩对能量的利用也产生了节省化的适应性反应。耐力训练对肌纤维内线粒体的影响比较明显，随着训练的增加，线粒体的数量和密度也增加。对耐力训练而言，阻力负荷的选择应在20次动作以上为宜。

（3）无氧训练：

持续数秒至2分钟的高强度训练主要依赖于无氧代谢途径供能。其能量主要来源于储存的磷酸肌酸分解为ATP及葡萄糖的酵解。无氧训练所产生的人体适应性变化主要表现为磷酸肌酸的储存量增加。另外，参与糖酵解的某些酶活性也增加，但这种酶活性的变化比有氧训练的变化小得多。

4.制动对骨骼肌的影响

（1）收缩力：

肌肉制动一段时间后，其大小、结构、生理特性和代谢均发生许多改变。虽然中枢神经系统发放的冲动能到达制动肌肉，但肌肉不能产生正常收缩。同样，失用肌肉由于缺乏中枢神经系统兴奋冲动，肌肉也不能产生正常的收缩，表现为活动受限或收缩力丧失。

（2）肌肉形态：

肌肉制动出现的早期变化是萎缩，即整个肌肉重量下降。重量的下降是非线性的，早期下降最快，呈指数下降趋势。此时，所有类型肌纤维均出现萎缩。由于肌肉收缩与其横截面积大小有关，萎缩肌肉表现为收缩力下降。但如果将肌肉收缩力的百分比与其横截面积变化来比，制动和失用肌肉在收缩力方面并没有改变。制动和失用使肌肉的体积减少，也使肌肉的易疲劳性增加。

（3）力学特性：

肌肉的各种变化与制动时肌肉的长度有关。若肌肉是在被拉长的情况下制动，其萎缩和肌肉收缩力的下降程度比非拉长状态下制动时要轻一些。

（4）代谢：

在肌肉制动最初几小时内，肌肉蛋白质的合成速率下降。激素水平在制动早期也发生变化，肌肉对胰岛素的敏感性降低，葡萄糖进入肌细胞更加困难。肌肉制动后，皮质类固醇的水平升高，肌肉中蛋白质的合成减少。

（三）肌腱和韧带的生物力学

1.肌腱的生物力学特性

骨-肌腱-肌肉结构的性质可用单轴拉伸试验获得的载荷-拉长曲线来表示（图1-3）。载荷-拉长曲线开始是延滞区，在此区域，不需要很大的力就可使肌腱拉长，这是由于张力使纤维的波浪状结构伸直以及纤维沿载荷传导方向排列。从此曲线中可获得强度（曲线的斜率）、极限载荷（断裂时的载荷）及断裂时的能量吸收量（曲线下的面积）。

在明确肌腱的横断面积以及组织本身拉伸长度的前提下，可以用应力-应变关系来描述肌腱的力学性质。应力可用肌腱单位面积上的载荷表示，应变可通过标记肌腱中段变形长度，以原始长度除以形变长度来确定。应力-应变曲线与载荷-拉长曲线类似，均为非线性曲线。通过应力-应变曲线可获得弹性模量（曲线的斜率，单位为MPa）、极限拉伸强度（单位为MPa）、极限应变以及应变能量（单位为MPa）。

与载荷-拉长曲线相似，随应力增加，延滞区域过渡到线性区域，其中曲线的斜率代表了肌腱的弹性模量。线性区域之后曲线在较大应变时突然中断，向下走行，这是肌腱断裂或肌腱永久性拉长的表现。要全面描述应力-应变曲线，就一定要说明弹性模量、极限拉伸强度、极限应变及应变能量等参数。

肌腱的生物力学特性与其黏弹性、解剖部位、运动水平、年龄、温度等因素有关。

2.韧带的生物力学特性

（1）拉伸特性：

韧带的拉伸特性是按照骨-韧带-骨复合体的结构性质来确定的，属于韧带本身的力学性质。其力学性质受到胶原组成比例、纤维排列方向以及胶原和基质之间相互作用等因素的影响。

（2）骨-韧带-骨复合体的结构性质：

与肌腱类似，韧带具有非线性、应变性强度结构等特征，这种特征可能是由胶原纤维具有波浪状弯曲而且部分纤维的排列方向不一致所致。在拉伸的初期，很小的拉力就可产生较大的拉长，这是因为波浪状弯曲很容易被拉直。之后则需要较大的力才能使纤维本身被拉长，随拉伸程度的增加，更多的纤维束被拉直并沿受力方向排列，纤维方向的重新排列使韧带的强度逐渐增加。

（3）力学特性：

韧带的力学特性也可从单轴拉伸试验中获得。在应力-应变曲线中可得到弹性模量、拉伸强度、极限应变以及应变能量。韧带与肌腱一样，由于胶原和基质之间的相互作用，其具有与时间相关和与过程相关的黏弹体特点。同样，影响韧带特性的因素也有很多，如种类、生物化学、制动方式、骨骼成熟度、年龄等。

（四）关节及关节软骨的生物力学

1.活动关节的生物摩擦学

（1）关节面的生物摩擦：

生物摩擦学研究活动关节中滑动接触面的摩擦、润滑和磨损的现象。活动关节具有某些共同的特点，如被坚韧的关节囊包绕，关节承载的骨端部排列了一层关节软骨，关节软骨之间是关节腔，其中有关节液。关节液、关节软骨和支撑的骨组织构成了几乎没有摩擦的支持系统。尽管骨活动关节的承载范围很大，但关节软骨在正常情况下则很少被磨损和撕裂。人体活动关节能够以很低的频率在较高的载荷和应力变化环境中有效地工作七八十年，这需要有效的润滑以防止关节的磨损。生物因素和生物力学因素所引起的关节软骨损坏都会导致关节炎。

（2）关节滑液及其润滑作用：

关节滑液是由滑膜分泌入关节腔的一种透明的或稍微发黄的高黏滞性液体，它是一种血浆透析液。不含凝血因子、红细胞和血红蛋白，但含有透明质酸盐、葡萄胺聚糖和具有润滑作用的糖蛋白。关节滑液可通过下列方式影响关节的润滑功能：①一些成分吸附在软骨表面可充当边界润滑剂；②在较小载荷下可显著降低软骨-软骨界面的摩擦系数；③降低软骨-骨界面的摩擦系数；④可降低软骨-滑膜界面的摩擦系数。

（3）摩擦：

两接触物体之间相对滑动的抵抗称为摩擦。摩擦分为两类，第一类为表面摩擦，源于两接触物体的表面因粗糙所致的相互吸附作用或两表面之间润滑膜的黏性剪切作用。第二类称为体积摩擦，是由材料或润滑液内能的耗散所致。对于关节软骨来说，内摩擦是由于软骨间隙液体流过多孔、可渗透性固体基质时的摩擦阻力所产生。犁沟摩擦是内摩擦的一种特殊形式，在活动关节中，当载荷沿关节面移动时关节液的流动产生了该类型的摩擦。

（4）磨损：

承载体的磨损是在化学或力学因素作用下进行的物质磨损。腐蚀产生化学性磨损，力学因素引起机械性磨损。疲劳磨损是发生于承载体表面与润滑现象无关的机械性磨损。关节的重复性载荷引起关节内周期性应力、应变导致软骨疲劳失效，这种疲劳失效随着软骨内微损伤的积累而扩大，致使软骨表面原本排列致密的胶原网变得肿胀、松散。最终这些破坏扩展到关节的表面，使其破裂。频繁的关节运动可导致关节软骨的疲劳、磨损。一般情况下，正常软骨的新陈代谢足以维持组织的平衡，但如果损伤的速度高于软骨细胞再生的速度，微损伤的积累效应就会发生，导致软骨的破坏，从而影响到关节的功能。

2.软骨的生物力学

（1）渗透性：

就材料的性质来讲，固体基质是一种多孔的、可渗透的柔软组织。水分占正常关节软骨总重量的65%～80%，可由压力梯度或基质的挤压在多孔-渗透性的固体中流动。当存在压力差时，压力使固体基质压缩，组织间压升高，促使水分从基质中流出，流出的速度由液流的黏滞力所决定。液相和固相所分担的压力取决于组织的容积比、负重率、负重形式，每一相的承载能力由组织中每一点的摩擦力与弹力之间的平衡所决定。如当水在硬的、渗透性高的固体基质中流动时，产生的摩擦力或液压力较小；相反，液体在渗透性很小、柔软的基质中流动时，所产生的摩擦力较大，此时液压成了承担载荷的主要形式，使固体上的压力降至最小。在正常软骨中，这种效应保护了固体基质。

（2）黏弹性：

关节软骨具有黏弹性，当持续均匀负重或变形时，表现为时间依赖性，即压力不变，随着时间的延长，关节软骨的形变增加。同样，当组织形变后并保持一定的应变值时，随后发生应力松弛，此乃材料的蠕变特性。黏弹性源于聚合材料中长链分子滑动所产生的摩擦力，导致内在能量的消散。组织间隙液体流动所产生的吸引力是软骨受压时黏弹性产生的主要原因。组织间隙中的液体压力产生于软骨负重，持续负重时，随着蠕变增加，负重相逐渐由液相转变为固相。对于正常软骨，典型的平衡过程需要3.5～6.0小时。当到达平衡点时，液体压力消失，所有负荷均由被挤压的胶原-蛋白多糖固体基质承受。正常关节软骨固体基质的压缩弹性为0.4～1.5MPa。由于达到平衡所需要的时间很长，在生理状态下，关节软骨几乎总是处在动态负荷中。即使在睡眠中，关节也在活动，没有平衡态的出现。所以，液体压力总是存在。人类骨关节炎，软骨早期的变化是水分的增加与蛋白多糖的减少，这种变化增加了组织的渗透性，降低了软骨中液压的承载能力。同时，基质胶原-蛋白多糖载荷增加，降低了软骨的寿命。

（3）剪切特性：

关节软骨中层随机分布的胶原结构决定了其具有明显的剪切特性。由于随机分布胶原纤维的牵张与镶嵌其间蛋白多糖分子的剪切力使得软骨具有剪切应力-应变反应。软骨表面几乎没有摩擦，软骨中的剪切应力是如何产生？设想对一软骨条块加压，其不仅在加压方向上受挤压，而且会横向扩展，这就是所谓的泊松比效应。如果该软骨条块的一个面紧贴着一个刚性表面，就像软骨的深层与浅表层紧密相贴一样，那么软骨在此界面上无法自由伸展，这时软骨与硬的骨性界面上就会产生剪切应力。实际上，当压力作用于骨骼的关节软骨时，最大的剪切应力发生在潮线上。压力过大，会导致软骨从骨上剥脱。当受到压缩时，任何泊松比大于0的材料都会发生横向伸展，说明材料产生了应力应变。在关节软骨中，此应力应变足够大时，会导致关节表面胶原纤维与网状结构的损害。

（4）拉伸特性：

当一块材料受到拉伸或压缩时，其容积总在变化，在拉伸实验中，无论是流体依赖性或非流体依赖性的黏弹性机制均在软骨对张力的反应中起作用。在应力-应变曲线中恒定的线性部分称为拉伸弹性模量，代表了在拉伸过程中胶原网状结构的刚性。关节软骨的拉伸弹性模量为5～50MPa。由于关节软骨的表层胶原纤维含量较高，排列较一致，比中间层和深层的硬度大，所以，当关节退变时，其拉伸特性降低。

二、生理学基础

（一）骨骼

1.骨的组成

骨骼系统是人体重要的力学支柱，不仅承受着各种载荷，还为肌肉提供可靠的动力联系和附着点。骨组织主要由骨细胞、有机纤维、黏蛋白、无机结晶体和水组成。骨具有自身修复能力，并随机械应力的大小和代谢水平的改变，其几何形状也发生变化。如在骨折愈合期，由于年龄、锻炼和外科手术的影响，骨的几何形状也发生相应的改变。

2.骨的生物活性

骨的生物活性来源于骨细胞。胶原纤维借助黏蛋白的胶合形成网状支架，微小的羟磷灰石晶粒填充于网状支架并牢固地附着于纤维表面，这种结构不仅具有较好的弹性和韧性，还具有较大的强度和刚度。胶原平行有序排列并与基质结合成片状，则形成骨板（骨密质）；胶原与基质贴附交错无序，则形成棒状骨小梁（骨松质）。

（二）骨骼肌

1.肌肉的类型

根据肌细胞分化情况可将肌细胞分为骨骼肌、心肌和平滑肌。骨骼肌按其在运动中的作用不同，又分为原动肌、拮抗肌、固定肌和协同肌。

（1）原动肌：

在运动的发动和维持中一直起主动作用的肌肉称为原动肌。

（2）拮抗肌：

指那些与运动方向完全相反或发动和维持相反运动的肌肉。原动肌收缩时，拮抗肌协调放松或做适当的离心收缩，以保持关节的稳定性及增加动作的精确性，并能防止关节损伤。如在屈肘运动中，肱二头肌是原动肌而肱三头肌是拮抗肌。

（3）固定肌：

为了发挥原动肌对肢体的动力作用，需将肌肉近端附着的骨骼做充分固定，这类肌肉即为固定肌。如肩关节，在上肢下垂时，冈上肌起着固定作用。

（4）协同肌：

一块原动肌跨过一个单轴关节可产生单一运动，如多个原动肌跨过多轴或多个关节，就能产生复杂的运动，包括需要其他肌肉收缩来消除某些因素，这些肌肉可辅助完成某些动作称为协同肌。

在不同的运动中，某块肌肉可担当原动肌、拮抗肌、固定肌或协同肌等不同的角色；即使在同一运动中，由于重力或抵抗力的不同，同一块肌肉的作用也会发生改变。

2.骨骼肌纤维的类型

肌纤维分为Ⅰ型和Ⅱ型纤维，Ⅱ型纤维又可分为ⅡA、ⅡB型两种。

（1）Ⅰ型纤维：

Ⅰ型（又称慢速氧化型）纤维比较抗疲劳。从结构上讲，这些纤维有较多的线粒体和毛细血管。

（2）Ⅱ型纤维：

①ⅡB型（又称快速酵解型）纤维。有最快的收缩时间和最差的抗疲劳能力，这种类型的纤维具有完善的酵解能力和不完善的氧化系统，每运动单位中的肌纤维数目最多、轴突和细胞体最大；②ⅡA型（又称快速氧化酵解型）纤维。介于Ⅰ型纤维和ⅡB型纤维之间，收缩时间快于Ⅰ型纤维而慢于ⅡB型纤维，抗疲劳特性也介于Ⅰ型纤维和ⅡB型纤维之间。ⅡA型纤维的氧化系统和酵解代谢系统都比较完善，神经轴突的直径和运动单位中肌纤维的数量也是介于Ⅰ型纤维和ⅡB型纤维之间。

中枢神经系统在募集运动单位或肌纤维时是以其大小为顺序的。以Ⅰ型纤维为主的小运动单位首先被募集，以ⅡB型纤维构成的最大运动单位则主要在高强度运动时被募集，而ⅡA型纤维被募集的顺序介于二者之间。低强度运动显著消耗Ⅰ型纤维内的糖原，而对Ⅱ型纤维内的糖原影响甚微；高强度运动消耗Ⅰ型纤维和Ⅱ型纤维内的糖原，且以Ⅱ型纤维为主。

（三）肌腱和韧带

肌腱是机体软组织中具有最大拉伸强度的组织之一，原因是它由胶原组成，而胶原是强度最大的纤维蛋白。同时这些蛋白纤维沿张力作用方向平行排列。胶原的力学性质主要由胶原纤维的结构，胶原与细胞外间质、蛋白多糖之间相互作用所决定。骨-肌腱-肌肉的结构性质依赖于肌腱本身、肌腱与骨附着处、肌腱肌肉交界处三者的力学性质。

肌腱与许多组织一样，具有与时间和进程相关的弹性特性，即肌腱的伸长不仅与受力大小相关，也与力的作用时间及过程相关。这种黏弹性反映了胶原的固有性质以及胶原与基质之间的相互作用。从生理学上讲，肌肉的长度缩短降低了肌肉的疲劳程度，所以，肌腱的蠕变在等张收缩中可增加肌肉的工作能力。肌腱、韧带的黏弹性与其载荷有关，还与应变的速率有关，拉长速度越快，肌腱的强度越大。

韧带由约70%的胶原构成，其他成分是基质和弹性蛋白。韧带连接骨与骨，是关节重要的稳定装置。韧带的血液供应极少，大多数由关节腔周围的动脉丛供应，这也是韧带损伤后愈合时间长的生理学基础。韧带与正常的骨骼力线、肌肉肌腱的稳定性，共同起到稳定关节的作用。韧带可以通过神经感受器增强本体感觉。

（四）关节及关节软骨

1.关节软骨的结构

关节软骨主要由大量的细胞外基质和散在分布的高度特异细胞（软骨细胞）组成，基质的主要成分是水、蛋白多糖和胶原，并有少量的糖蛋白和其他蛋白。这些成分构成了关节软骨独特而复杂的力学特性。关节软骨分为4层：浅表层、中间层、深层和钙化软骨层。

（1）浅表层：

位于软骨的最表层，并组成滑动表面。纤细的胶原纤维与关节表面平行，软骨细胞伸长且长轴与关节表面平行，蛋白多糖的含量低，水分的含量最多。

（2）中间层：

又称移形层，胶原纤维略粗，排列不太整齐，软骨细胞近似圆形。

（3）深层：

蛋白多糖含量最多，水分最少，胶原纤维的直径更大，与关节表面垂直排列，软骨细胞呈球形，常以柱状排列。

（4）钙化软骨层：

将透明软骨与软骨下骨分开。苏木素-伊红染色发现一条淡蓝色的波状条纹，称为潮线，介于深层和软骨钙化层之间。随年龄的增加，组织重建，潮线的数目增加。

关节软骨是组成活动关节面的、有弹性的负重组织，可减小关节面反复滑动中的摩擦，具有润滑和耐磨的特性，并有吸收机械震荡，传导负荷至软骨下骨的作用。在大多数滑膜关节，关节软骨能够在80年内提供必要的生物力学功能。

2.活动关节的结构

通过电镜扫描可以观察到正常关节软骨的表面是紧密的、带微孔的编织结构，而变性的软骨表面常常出现撕裂和剥脱现象。关节软骨的表面呈不规则状态，这种状态有助于润滑，同时也显著影响关节软骨的摩擦。在确定两相互滑动的接触面之间摩擦特性时，首先要考虑的是接触面的几何形状，解剖结构的变化会改变关节承载和力的传递方式，改变关节的润滑度，从而改变关节软骨的生理状态。不同关节面的形状有较大的差异，如髋关节是球窝式关节，与具有滑车结构的膝关节有很大的区别，与拇指腕掌关节的鞍状结构也有很大的不同。关节表面的形状会随年龄的增长或疾病的发展而改变。

3.软骨的代谢

软骨细胞合成并聚合软骨基质的各种成分，支配其在组织中的分布。合成和聚合过程包括蛋白质和糖胺聚糖链的合成，与相应的核心蛋白结合，分泌完整的分子到基质中。这些活动均在无血液供应和无氧的环境中进行，受到局部压力和理化因素变化的影响。软骨细胞可通过一系列降解酶的作用，调节基质的重塑。

正常软骨基质的维持取决于软骨细胞合成基质的速度、基质成分的降解以及从软骨中排出速度的平衡。细胞通过对环境中的化学因素和机械因素发生反应而影响上述活动。可溶性介质、基质成分、机械负荷、流体静水压以及电磁场都可以影响软骨细胞的代谢活性。一般情况下，软骨细胞的反应可维持基质的稳定，但某些情况下，细胞反应可导致基质成分与超微结构的变化，引起软骨的退变。

（五）人体常见的力学杠杆

肌肉、骨骼和关节的运动都存在着杠杆原理，任何杠杆均分为3个部分：力点、支点和阻力点。力点是肌肉在骨上的附着点，支点是运动的关节中心，阻力点是骨杠杆上的阻力，与运动方向相反。根据力点、支点和阻力点的不同位置关系可分为3类杠杆。

1.第1类杠杆

支点位于力点与阻力点之间（图1-4），主要作用是传递动力和保持平衡，故称之为“平衡杠杆”。如肱三头肌作用于鹰嘴产生伸轴动作，由于肌肉附着点接近肘关节，故手端有很大的运动弧度，然而手部较小的阻力即可阻止三头肌的运动。

2.第2类杠杆

阻力点位于力点和支点之间（图1-5）。犹如一根一端支在地上、向上撬动重物的棍棒。这类杠杆力臂始终大于阻力臂，可用较小的力来克服较大的阻力，有利于做功，故称之为“省力杠杆”。在人体上，这类杠杆在静态时极为少见，只有在动态时可观察到。如站立提踵时，以跖趾关节为支点，小腿三头肌以粗大的跟腱附着在跟骨上的支点为力点，人体重力通过跖骨体形成阻力点，跟骨与跖骨构成的杠杆位于支点和力点之间。

3.第3类杠杆

力点位于阻力点和支点之间（图1-6）。此类杠杆因为力臂始终小于阻力臂，力必须大于阻力才能引起运动，不省力但可以获得较大的运动速度，故称之为“速度杠杆”。如肱二头肌通过肘关节屈起前臂的动作，此时支点在肘关节中心，力点（肱二头肌在桡骨粗隆上的止点）在支点和阻力点（手及所持重物的重心）的中间，屈肘时，运动范围大，但作用力较小。