[运用生物力学浅析胫骨应力性骨折与暴力性骨折的应对]应力骨折

运用生物力学浅析胫骨应力性骨折与暴力性骨折的应对

一、骨折形式——应力性骨折与暴力性骨折 （一）应力性骨折 应力性骨折又称疲劳性骨折，是运动中比较常见的一种 运动损伤。这种损伤的特点是运动训练中的疲劳与过度疲劳 未得到恢复而产生的，多见于从事中长跑的运动员，其次为 短跑、跳跃、球类等项目的集训阶段，初期无明显的症状和 体征，仅感觉到局部轻痛（称为骨膜炎），以后逐渐加重， 影响功能，若不及时治疗，可发生骨折移位，出现畸形改变。

（二）暴力性骨折 暴力性骨折可分为直接暴力和间接暴力两种。直接暴力 是直接打击碰撞，可造成小腿胫骨的横型、粉碎性或多段骨 折，多发于足球中的铲球、蹬踏动作中。间接暴力常见于生 活和运动中，造成螺旋型、长斜性骨折，骨骼的扭转负荷， 就属于间接暴力。

二、材料力学基础及骨的力学特性 力是人体产生的动力源泉，是构成人体应力性骨折和暴 力性骨折的最基本因素。（一）应力、应变的概念及相关知识 应力是指物体在外力作用下，其内部产生一种抵抗这种 外力的力，这种力引起材料内部结构的改变，实际上是一种 由外力引起的内力，在数值上是单位截面上内力的大小。当 物体要承受压缩负荷时其内部产生的应力为“压应力”；
受 拉伸负荷为“拉应力”。

应变是物体在外力的作用下所产生的形变，在数值上是 单位长度上的形变量。当物体承受压缩负荷时，表现为“压 应变”；
承受拉伸负荷时，表现为“拉应变”。材料的变形 形式由所施载负荷来决定的，主要分为五种：压缩、拉伸、 弯曲、剪切和扭转。

从应力→应变曲线可知：在一定范围内，应力与应变的 关系是线性的。若继续加压或加载，出现屈服点，继而进入 非弹性区，若继续加压或加载，就会出现断裂。此时的应力 为“极限应力”或材料的“强度”。强度是用来衡量材料抵 抗破坏的能力。刚度是衡量材料抵抗变形的能力。它们是衡 量材料力学性能两个重要的力学指标。

（二）骨的力学特性 骨是由胶原纤维和羟化磷灰石晶体所组成的，前者是一 种蛋白质，具有较强的抗拉性，使骨骼表现出一定的强度， 具有抵抗破坏的能力，后者是由钙和磷酸盐所组成的一种无 机盐，使骨骼呈现出一定强度，具有较高的抗压性能和抵抗 变形的能力。人体长骨的中间是骨密质，两端为骨松质，这使整块骨骼的密度分布不均匀，从而表现出明显的“各项异 性”的力学特性。因此，骨骼的强度与其所承受载荷的形式 有关。骨的破坏性试验结果表明：骨承受压缩负荷的能力最 强，承受扭转负荷力量最差。即压缩>拉伸>弯曲>剪切>扭转。

三、骨折机理 （一）应力性骨折机理 胫骨应力性骨折症状多在跑跳项目中发生。胫骨横型疲 劳性骨折的发病机制是由于小腿后面肌肉收缩及身体活动 中重力与地面的支撑反作用力造成的，但以后者为主。由于 胫骨反复承受压缩负荷所引起，属于“压缩性”骨折。利用 小腿侧面横型所进行的弹性实验结果表明：于胫骨中上■位 内后侧是压缩应力最集中部位，从而进一步证明此类骨折与 压缩负荷有关。双侧胫骨应力性骨折发病机制则由于反复超 限的越野跑，引起肌肉疲劳，收缩能力减弱，骨腔内压力增 大，胫骨应力集中，当骨的吸收大于骨的再生而引起骨折。

从生理解剖角度来看，胫骨具有向前稍弯曲的解剖形态 学特征。从负荷方面来看，胫骨属于负重骨，承受着身体的 重力和地面的支撑反作用力，若长时间大运动量训练，一方 面引起肌肉疲劳，收缩力减弱，致使肌肉作用在骨上的应力 分布发生改变，同时骨骼本身的疲劳使骨能承受的最大应力 低于其强度权限。另一方面，由于胫骨的前曲，使自身的重 力与地面的支撑反作用力相对骨的中轴稍有偏离，形成“压 缩弯曲负荷”，使胫骨凸侧的拉应力或骨凹侧的压应力超越骨的强度极限，引发骨折。因此，在训练中应遵守循序渐进 的原则，尽量减少和避免在较硬的跑道和地面上进行高强度、 长时间的训练。

（二）暴力性骨折 在体育活动中，暴力性骨折的受载方式多见于集中力点 负荷和集中力面积负荷。

1.集中力点负荷。集中力点负荷的受力剪力在集中力P 的作用处（C处）是不连续的，C截面左侧的剪刀值为■，C 截面右侧的剪力为-■，剪力在力的作用点C处发生了“突变”。

突变的绝对值为+= P，即等于骨伤的集中力。由此可见，在 集中力作用两侧剪力发生突变，是造成暴力性骨折的主要原 因。

2.集中力小面积负荷。在实际训练中，集中力一般作用 在胫骨的一小段，即C—D区域。在以C截面右侧为×P，在d 截面右侧为-×P，在c-d区域截面剪力不发生突变，而是沿 直线e-f逐渐由-×P过渡到×P。直线e-f的斜率表明在集中 c-d区域内剪力的梯度。在外力一定的条件下，梯度的大小 取决于集中力作用区域的大小，区域大则剪力梯度小，区域 小则剪力梯度大，梯度大则容易导致骨折。由此可见，集中 小面积负荷引发骨折的因素不仅仅由外力的大小来决定，还 与外力的作用区域大小有关。

四、胫骨骨折的预防措施 （一）选择场地与改善装备，科学安排训练控制训练强度，以利于应力性骨破坏和骨修复的平衡， 改善装备以吸收震荡而减少应力损伤。

（二）提高训练技巧及应力分布 在训练中不断改变骨的应力集中区，预防应力骨折，降 低了胫骨应力骨折的发生率，使胫骨承重时的应力集中区不 断变化，减少骨局部的破坏性。

（三）训练前的准备 做好训练前的准备活动和训练后的放松运动，避免在心 理紧张和生理疲劳状态下运动和训练。强调带伤训练和疲劳 状态下训练的有害性。此外，应重视运动与训练的医务监督， 经常询问受训人员的自我感觉，定期检查应力骨折的好发部 位以达到尽早发现早期损伤，及时防范应力骨折的发生。

胫骨发生应力性骨折，一方面是由于肌肉的疲劳改变肌 力在骨上的分布，使骨自身的应力发生改变，骨的疲劳使胫 骨能承受的最大应力低于其强度极限；
另一方面是由于胫骨 实际承受的负荷是“压缩弯曲负荷”，而不是单一的“压缩 负荷”。集中力点负荷引发暴力性骨折是由于在用力的作用 点两侧剪力发生“突变”。集中小面积负荷引发骨折是由于 在力的作用区域剪力的梯度大。

参考文献：
[1]王小勇.治疗股骨干骨折的生物力学初探.成都体育 学院学报，1989（3）. [2]曲绵域.实用运动医学.人民体育出版社，1982.[3]姜春岩.AO/ASIF原则与方法的变迁.创伤骨科学报 [J]，1996（25）.