摘要：脛骨骨折是常見現(xiàn)象，多發(fā)生在兒童和青壯年身上，多為直接暴力所致，應用材料力學的觀點，結(jié)合脛骨的結(jié)構(gòu)特點和承受負荷的應力，對脛骨骨折予以力學分析。表明“壓縮彎曲負荷”和剪力“突變”是導致脛骨應力性骨折和暴力性骨折的主要原因，為預防脛骨骨折提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：暴力性骨折 應力性骨折 材料力學 預防措施

運動性骨折在專業(yè)運動員訓練及比賽中較為常見，是運動員損傷中較為嚴重的急性骨折，其危害性較大，影響訓練和健康。下肢脛骨骨折是體育教學、訓練和比賽中較為常見的一種運動損傷，這種損傷較多發(fā)生在以跑跳、足球及冰雪運動為主的運動項目。本文結(jié)合有關(guān)文獻，從生物力學角度對下肢脛骨骨折機理予以初步分析，為預防提供理論依據(jù)。

一、骨折形式——應力性骨折與暴力性骨折

（一）應力性骨折

應力性骨折又稱疲勞性骨折，是運動中比較常見的一種運動損傷。這種損傷的特點是運動訓練中的疲勞與過度疲勞未得到恢復而產(chǎn)生的，多見于從事中長跑的運動員，其次為短跑、跳躍、球類等項目的集訓階段，初期無明顯的癥狀和體征，僅感覺到局部輕痛（稱為骨膜炎），以后逐漸加重，影響功能，若不及時治療，可發(fā)生骨折移位，出現(xiàn)畸形改變。

（二）暴力性骨折

暴力性骨折可分為直接暴力和間接暴力兩種。直接暴力是直接打擊碰撞，可造成小腿脛骨的橫型、粉碎性或多段骨折，多發(fā)于足球中的鏟球、蹬踏動作中。間接暴力常見于生活和運動中，造成螺旋型、長斜性骨折，骨骼的扭轉(zhuǎn)負荷，就屬于間接暴力。

二、材料力學基礎(chǔ)及骨的力學特性

力是人體產(chǎn)生的動力源泉，是構(gòu)成人體應力性骨折和暴力性骨折的最基本因素。

（一）應力、應變的概念及相關(guān)知識

應力是指物體在外力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生一種抵抗這種外力的力，這種力引起材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，實際上是一種由外力引起的內(nèi)力，在數(shù)值上是單位截面上內(nèi)力的大小。當物體要承受壓縮負荷時其內(nèi)部產(chǎn)生的應力為“壓應力”；受拉伸負荷為“拉應力”。

應變是物體在外力的作用下所產(chǎn)生的形變，在數(shù)值上是單位長度上的形變量。當物體承受壓縮負荷時，表現(xiàn)為“壓應變”；承受拉伸負荷時，表現(xiàn)為“拉應變”。材料的變形形式由所施載負荷來決定的，主要分為五種：壓縮、拉伸、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)。

從應力→應變曲線可知：在一定范圍內(nèi)，應力與應變的關(guān)系是線性的。若繼續(xù)加壓或加載，出現(xiàn)屈服點，繼而進入非彈性區(qū)，若繼續(xù)加壓或加載，就會出現(xiàn)斷裂。此時的應力為“極限應力”或材料的“強度”。強度是用來衡量材料抵抗破壞的能力。剛度是衡量材料抵抗變形的能力。它們是衡量材料力學性能兩個重要的力學指標。

（二）骨的力學特性

骨是由膠原纖維和羥化磷灰石晶體所組成的，前者是一種蛋白質(zhì)，具有較強的抗拉性，使骨骼表現(xiàn)出一定的強度，具有抵抗破壞的能力，后者是由鈣和磷酸鹽所組成的一種無機鹽，使骨骼呈現(xiàn)出一定強度，具有較高的抗壓性能和抵抗變形的能力。人體長骨的中間是骨密質(zhì)，兩端為骨松質(zhì)，這使整塊骨骼的密度分布不均勻，從而表現(xiàn)出明顯的“各項異性”的力學特性。因此，骨骼的強度與其所承受載荷的形式有關(guān)。骨的破壞性試驗結(jié)果表明：骨承受壓縮負荷的能力最強，承受扭轉(zhuǎn)負荷力量最差。即壓縮>拉伸>彎曲>剪切>扭轉(zhuǎn)。

三、骨折機理

（一）應力性骨折機理

脛骨應力性骨折癥狀多在跑跳項目中發(fā)生。脛骨橫型疲勞性骨折的發(fā)病機制是由于小腿后面肌肉收縮及身體活動中重力與地面的支撐反作用力造成的，但以后者為主。由于脛骨反復承受壓縮負荷所引起，屬于“壓縮性”骨折。利用小腿側(cè)面橫型所進行的彈性實驗結(jié)果表明：于脛骨中上■位內(nèi)后側(cè)是壓縮應力最集中部位，從而進一步證明此類骨折與壓縮負荷有關(guān)。雙側(cè)脛骨應力性骨折發(fā)病機制則由于反復超限的越野跑，引起肌肉疲勞，收縮能力減弱，骨腔內(nèi)壓力增大，脛骨應力集中，當骨的吸收大于骨的再生而引起骨折。

從生理解剖角度來看，脛骨具有向前稍彎曲的解剖形態(tài)學特征。從負荷方面來看，脛骨屬于負重骨，承受著身體的重力和地面的支撐反作用力，若長時間大運動量訓練，一方面引起肌肉疲勞，收縮力減弱，致使肌肉作用在骨上的應力分布發(fā)生改變，同時骨骼本身的疲勞使骨能承受的最大應力低于其強度權(quán)限。另一方面，由于脛骨的前曲，使自身的重力與地面的支撐反作用力相對骨的中軸稍有偏離，形成“壓縮彎曲負荷”，使脛骨凸側(cè)的拉應力或骨凹側(cè)的壓應力超越骨的強度極限，引發(fā)骨折。因此，在訓練中應遵守循序漸進的原則，盡量減少和避免在較硬的跑道和地面上進行高強度、長時間的訓練。

（二）暴力性骨折

在體育活動中，暴力性骨折的受載方式多見于集中力點負荷和集中力面積負荷。

1.集中力點負荷。集中力點負荷的受力剪力在集中力P的作用處（C處）是不連續(xù)的，C截面左側(cè)的剪刀值為■，C截面右側(cè)的剪力為-■，剪力在力的作用點C處發(fā)生了“突變”。突變的絕對值為+= P，即等于骨傷的集中力。由此可見，在集中力作用兩側(cè)剪力發(fā)生突變，是造成暴力性骨折的主要原因。

2.集中力小面積負荷。在實際訓練中，集中力一般作用在脛骨的一小段，即C—D區(qū)域。在以C截面右側(cè)為×P，在d截面右側(cè)為-×P，在c-d區(qū)域截面剪力不發(fā)生突變，而是沿直線e-f逐漸由-×P過渡到×P。直線e-f的斜率表明在集中c-d區(qū)域內(nèi)剪力的梯度。在外力一定的條件下，梯度的大小取決于集中力作用區(qū)域的大小，區(qū)域大則剪力梯度小，區(qū)域小則剪力梯度大，梯度大則容易導致骨折。由此可見，集中小面積負荷引發(fā)骨折的因素不僅僅由外力的大小來決定，還與外力的作用區(qū)域大小有關(guān)。

四、脛骨骨折的預防措施

（一）選擇場地與改善裝備，科學安排訓練

控制訓練強度，以利于應力性骨破壞和骨修復的平衡，改善裝備以吸收震蕩而減少應力損傷。

（二）提高訓練技巧及應力分布

在訓練中不斷改變骨的應力集中區(qū)，預防應力骨折，降低了脛骨應力骨折的發(fā)生率，使脛骨承重時的應力集中區(qū)不斷變化，減少骨局部的破壞性。

（三）訓練前的準備

做好訓練前的準備活動和訓練后的放松運動，避免在心理緊張和生理疲勞狀態(tài)下運動和訓練。強調(diào)帶傷訓練和疲勞狀態(tài)下訓練的有害性。此外，應重視運動與訓練的醫(yī)務監(jiān)督，經(jīng)常詢問受訓人員的自我感覺，定期檢查應力骨折的好發(fā)部位以達到盡早發(fā)現(xiàn)早期損傷，及時防范應力骨折的發(fā)生。

五、結(jié)論

脛骨發(fā)生應力性骨折，一方面是由于肌肉的疲勞改變肌力在骨上的分布，使骨自身的應力發(fā)生改變，骨的疲勞使脛骨能承受的最大應力低于其強度極限；另一方面是由于脛骨實際承受的負荷是“壓縮彎曲負荷”，而不是單一的“壓縮負荷”。集中力點負荷引發(fā)暴力性骨折是由于在用力的作用點兩側(cè)剪力發(fā)生“突變”。集中小面積負荷引發(fā)骨折是由于在力的作用區(qū)域剪力的梯度大。

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（責編 金 東）