杠杆的三种类型：根据支点在杠杆的位置，通常可分为平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆。支点位于力点与阻力点之间为平衡杠杆，例如天平、跷跷板，以及肘关节所作的伸展运动。阻力点位于力点与支点之间，即力臂长于重力臂，称为省力杠杆。例如手推独轮车、使用的橇棒，以及肱桡肌收缩产生的肘关节屈曲运动。第三类杠杆的力点位于阻力点与支点之间，或者重力臂长于力臂，例如肱二头肌收缩所产生的肘关节屈曲运动，因为支点位于肘关节中心，前臂的重心为阻力点，而肱二头肌附着的桡骨粗隆为力点，位于支点与阻力点之间。由于重力臂大于力臂，此类杠杆需要克服比较大的阻力，才能产生运动，但可使阻力点迅速移动而获得速度，因此，称为速度杠杆。
重心与人体重心：地球上生物体的每个质点受到地心引力作用，其合力称为生物体的体重，而此平衡力系的合力重心称为生物体的重心。人体的头、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和足各个部位构成的重力的合力作用点，这些合力的总作用点为人体重心，因此，它仅是一个几何点。人体自然站立时，成人的重心通常位于身体正中的前方、第3骶椎上缘前方7cm处。男性重心高度大约位于身高56%的水平，女性重心高度大约位于身高55%的水平。儿童因为躯干和头部质量相对大，其重心的位置比成人高。
二、儿童骨骼的生物力学特点
发育机制是儿童骨骼生物力学行为的基础。骨骼组织包括纤维、肌腱、软骨和骨性组织，均具有生物力学作用，主要为机体提供保护、支持和运动功能。每种动物不管是鸭嘴兽还是人类，其每一骨骼的大小、形状和位置、内外部结构的排列以及关节模式，都是可折射出原始的功能需要。生物力学的需要还从各种骨骼的组织学组成得到反映。骨骼组织包括纤维、肌腱、软骨和骨骼类型，是一种广义的结缔组织，能够独立抑或共同的满足特殊的功能需要。对于处于活跃生长的儿童和青少年，这些功能需要又处于不断变化的过程之中。
各种组织的组成和结构，是生物力学作用的反应。骨骼提供了较高强度的结构和机械保护，而软骨更能适于弹性上和生长的需要。与此相似，纤维和腱性等弹性组织允许关节和肌肉进行主动和被动的活动。所有骨骼的组织类型，组织学组成上的微细差别则与功能有关，例如透明软骨能承受压力，所以可发现透明软骨位于关节表面和多数长骨的骺板。在承受张力的部位，例如股骨大粗隆、胫骨结节，却以能够对抗抗剪力的纤维软骨为主要成分。在各种骨骼类型中，胶原纤维束的特殊排列方式、细胞外基质和细胞的分布，都表明与区域性压应力的作用、压应力的吸收，以及骨骼内部对压应力的反应有关。
股骨近端的发育是满足力学需要，骺板和骨小梁模式发生适应性改变的结果。新生儿的骺板呈横行方向和骨小梁的纵向分布，主要是适应快速生长的需要，几乎没表现出生物力学的反应。然而，4个月龄至12个月龄期间出现股骨颈，1岁左右骨小梁开始至少对压应力出现反应，表现骨骺内的软骨变薄，沿股骨颈后上方、股骨颈的外侧形成对抗张力反应的骨小梁。在5-7岁之后，这些部位骨小梁排列模式才获得很好的发育。但在6-8岁之前，次级骨化中心内骨小梁的排列方向没有意义。其后出现骨小梁对压应力的反应，其排列方向与干骺端内侧的骨小梁排列方向趋于一致，其后干骺端内侧骨小梁进行性发育形成股骨矩。这些变化对股骨颈是否易发骨折、骨折类型以及选择治疗方法均有影响。
在正常儿童的活动和生长期间，发育中富含软骨的骨骼受到形式复杂的力学作用，并可引起显微变形。通常在复杂的力学作用之后，将出现适当的力学反应模式，包括骨骺、骺板的软骨被骨组织所替代、骨量増加、骨小梁改变方向，以及骨骼不同成分比例的改变。一般将局部显微变形称为应变（strains），局部力的集中称为应力（stress）。对于发育中的儿童骨骼，在某一特定的点上，生物力学的应变与应力的关系，受到许多因素的制约，如局部软骨-骨、纤维、纤维-骨组织的材料特性，载荷的大小和方向，载荷区域的几何形状等。对显微变形不能做出有效的反应和显微性损伤，可能是发生骨软骨炎的重要因素。
正常的生物力学作用，对骨骺、骺板和干骺端的影响尚未完全阐明。骨化中心的发育显然由基因和生物力学两方面调控。在某一点上，累积的力学反应在某些特定的软骨骨骺区达到高峰，将刺激骨组织生成，并引起区域性的血管分布。如果受到异常的外力作用，如创伤后骨骺受到有角度的力学作用，引起次级骨化中心的骨化过程延迟、不规则和离心性生长等改变。生理性的应力显然是骺板、骨骺继续有序发育的必需条件。
除了外力作用，内部因素也影响发育中软骨-骨对潜在的引起损伤外力的反应，诸如吸收能量的能力、弹性模量、疲劳强度和骨骼密度。这些因素均受到成熟过程中生长发育的不断变化所影响。必须考虑次级骨化中心増大导致能量吸收降低、年长儿童骺板损伤概率増加、以及骨干皮质増宽、初级和次级骨单位的发育，对骨骼弹性模量和相对密度的影响，从而产生不同类型的骨折类型。
微观生物力学研究证明，力学性质最终决定于显微结构。毫无疑问，发育和成熟过程中的骨皮质显微结构发生动态的改变，皮质内孔隙减少却加强了机械性能的分布。环形板层骨的强度最大，依次是初级骨板、次级Haversian系统和纤维性编织骨。Haversian系统是皮质骨保持，抑或减少抗应力效率的主要机制。正常生物力学的应力作用，启动Haversian系统的初始发育及其后的改建，其数量和复杂程度随年龄増加而増加。在任何一个骨骼内，受力区域的Haversian系统数量较多。缺乏或肌力减弱的疾病如脊髓灰质炎、脊膜脊髓膨出、肌萎缩，可发生骨单位形成、改建的延迟、中断、甚至缺乏。严重的脊髓灰质炎、脊膜脊髓膨出，在支具支持下负重行走而无正常的肌肉活动者，其股骨在成熟期几乎没有次级骨单位。
为了更好理解出生以后发育过程中的生物力学变化，应该将功能的改变与形态的改变相互联系。年龄越小抗张强度和弹性膜量越低，越是发育未成熟骨骼的骨折吸收能量的能力也越强，具有阻滞骨折蔓延的作用。典型的青枝性骨折表面比成人骨折相对光滑的表面，需要更多的能量才能产生骨折。多孔隙皮质骨的进行性成熟，引起不同区域尤其是干骺端和骨干的强度和硬度逐渐转移。年幼儿童骨皮质的中央强度和硬度最大，在显微结构上骨内膜与骨外膜的表面也有很明显的不同，因为临近骨内膜表面经过更多的改建，因此包含了更多的骨单位。这种骨单位固有较多的粘合线，是发育中的骨皮质最弱的部位。与此相反，临近骨外膜表面的骨皮质却经历较少的改建，周围由粘合线含量很少的一层环形骨板所包绕。
骨组织这种生物学行为的重要临床意义在于，发育中的骨骼即使没有骨折也可能遭受持续性损害，或降低了负荷能力。实际上，骨组织能够承受以前循环中一致的载荷，如果这种载荷持续足够的时间可发生骨折。只有在骨组织内的塑性变形期，可检查出的损害显然是产生了显微间隙。
骨组织的张力行为，因年龄不同和不同的骨骼存在一定的差异，最明显变化是骨骼总体应变量的减少。在成人期间逐渐发生应变量的减少，从最多的4%减少到2%左右。虽然儿童骨骼的应变量还没有一致的结论，儿童总体应变量甚至>4%。弯曲应力只作用发育中管状骨的部分皮质环，一般引起不完全性骨折，其余皮质大体上仍保持完整，但可能有显微性骨折。完整的皮质总是发生塑性变形，但骨折区域已通过塑性变形期而完全断裂。由于塑性失败意味着持续性变形，将影响骨折复位和维持纵向力线，因此，通常需要将青枝骨折变成完全性骨折，才能获得满意的复位。在临床中可见某些结构如尺骨、腓骨，可能只经历塑性变形，从而引起严重的弯曲变形。
骺板的生物力学行为，特别是力学对生长板、骨骺的影响尚未完全阐明。生理性应力作用，是盘状、球形生长板持续有序发育的必需条件，一般把这些生理性应力分为压应力和张应力。每个生长板对于压应力和张应力的反应都有一定的范围，在正常范围内増加压应力和张应力可加速生长，而超过生理范围的压应力和张应力，可使生长明显减缓甚至停止。尽管这些原则最早由Delpech提出，通常称为Hueter-Volkmann软骨生长定律。压应力引起纵向生长的作用可能大于张应力。
盘状生长板并非完全是板状或盘状结构，而存在不同的迂曲和波浪状的起伏。这些迂曲的部分，是每个骺板保持与可吸收垂直作用力的不同区域的力线，以减少和分散骺板内的剪应力。生长中的哺乳动物骺板的三维形态有很大的差别，可能主要因为每个特殊的骺板，受到主要应力作用所致。尽管由基因程序控制，骺板基本的发育类型也必定有伴随的控制因素。
除了机械力学对骺板的影响，还有解剖学控制因素影响生长。骨膜可能是主要的控制因素，骨膜直接附着发育中骨骼两端的Ranvier区，但只松弛的附着于骨干和干骺端。实验发现环形切除部分骨膜可引起纵向生长速度増加。关节的反作用力对纵向生长的刺激，可因桶状的骨膜袖产生的内在张力所抵消。一旦内在张力获得暂时的释放，例如发生骨折时，可发生过度生长。致密的骨膜附着骺板的周围，増加了骺板抗张应力和剪式应力的能力。骺板周围的骨膜也掺入骨骺的软骨膜、关节囊-韧带复合结构内，进一步増加了这个区域的强度。干骺端的骨膜则相对松弛的附着深面多孔隙的皮质内，而骨干部位的骨膜甚至比干骺端、骨骺更为松弛的附着。由于儿童的骨膜更为松弛的附着，似乎不可能在保护生长的骺板免遭骨折起着主要的作用。然而，如骨膜没完全端裂，却可増加骨折的稳定，并有很强的骨生成能力，导致骨膜下迅速形成新生骨组织。一旦骺板发生损伤，骨膜对于骨骺可视为起着拴系的作用。如载荷不足以造成纤维断裂，骨膜可防止明显的移位。在软骨首先断裂之前，还不能测出其张力性能。这个概念与临床某些情况一致，因为某些骨骺损伤在放射线上看不到骨骺明显移位。
垂皱形成是最早的变化之一，表现是骺板周围与干骺端上缘的Ranvier区重叠。这样垂皱形成是两栖动物骨骼发育的特征，但哺乳动物特别是人类则不明显。垂皱在力学上増加骺板周围的抗剪式应力的强度，胫骨结节是最明显著的垂皱形成，有趣的是胫骨结节也是骺板损伤最少的部位。骺板有较大的波浪状起伏和许多较小的乳突，其复杂的整体轮廓通常在标准的X片不能充分的显示出来。人类并非具有高度特化的迅速、扭转的运动功能，因此下肢骺板的几何形状不像特化为迅速跑跳的动物那样复杂，如羚羊、鹿等动物的韧带附着在骨骺上，其特殊的步态需要相当大的扭转力量，特别是在突然改变方向的运动。儿童股骨远端构成铰链关节的一部分，这个特殊区域在干骺端侧包含4个锥形突起，使骺板能适当的锚进凹形的骨骺，因此能有效的防止前后方向、左右方向，以及骨骺的旋转移位。在骨骺周围也有垂皱形成，可进一步防止内外翻和前后方向的移位。
当骨骺因创伤发生各个方向的易位时，对这些锥形突起的潜在损伤取决于突起的发育程度。在青少年因获得很好的发育，发生横行骨折伴有内外侧移位时，这些突起可遭受剪式应力的作用，不只是穿越骺板的肥大细胞层，而将引起骺板、干骺端和骨骺的多个水平的骨折。一些股骨远端骺板损伤的研究，提示每种类型的骺板骨折，都可能损害正常生长的机制，从而导致成角、短缩畸形。
骺板内细胞构筑形式、细胞分布和细胞间软骨基质，都与骺板强度有着密切的关系。骺板内前两层因有丰富的软骨基质，明显増加了骺板的强度。与其相比较，第3层的肥大软骨细胞进一步变大，使这层成为潜在，并经实验证明是骺板最为薄弱的部分。所谓薄弱是对弯曲应力、张应力和剪式应力而言，但对压应力则并不薄弱。第四层因为钙化而増强，但还是比第1、2层的强度弱。多数骺板骨折累及第3、4层，并向前蔓延不同的距离而进入其中某一层，但几乎不会在两层之间穿越。肥大细胞层是骺板最为薄弱的部分，Haas在实验中发现，把骺板周围的骨膜切开，轻度的施加压力就很容易使骨骺与干骺端分离，并发现在肥大细胞层出现均匀一致的裂隙。他还确定了兔胫骨近端的抗剪式应力的强度，证实了骨骺与干骺端分离总是通过第3层出现的裂隙。这些早期的实验研究，发现骺板的生发层细胞仍然在骨骺一侧，具有一定的临床意义。干骺端也有増加骺板强度的作用，干骺端因皮质薄和多孔隙而容易发生某种类型的损伤，但干骺端骨小梁的形成区却明显的増加了骺板强度。干骺端与骨干移行部位皮质开始増厚及骨单位的改建，因此是强度较大的部位，比临近部位更能抵抗骨折。
软骨组织的生物力学研究证明，只要骨骺主要成分还是软骨组织，骨骺就有一定的吸收震荡的功能。在这种情况下，可产生骨折的应力被传导到干骺端，导致隆凸型骨折。然而，当次级骨化中心増大后，其吸收震荡的能力和弹性均明显下降，使引起变形的应力更直接传导到骺板，使剪式应力通过骺板最薄弱的第3、4层。Bringht和Elmore的研究证明，骺板软骨的弹粘性依赖于负荷速率。当快速负荷时，较高的总负荷才产生骨折。Morscher也证明骨膜完整时引起骨折的负荷是骨膜切除后的2倍。
