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运用生物力学浅析胫骨应力性骨折与暴力性骨折机理作者：张学军来源：《学周刊·下旬刊》2015年第05期摘要：胫骨骨折是常见现象，多发生在儿童和青壮年身上，多为直接暴力所致，应用材料力学的观点，结合胫骨的结构特点和承受负荷的应力，对胫骨骨折予以力学分析。
表明“压缩弯曲负荷”和剪力“突变”是导致胫骨应力性骨折和暴力性骨折的主要原因，为预防胫骨骨折提供了理论依据。
关键词：暴力性骨折应力性骨折材料力学预防措施运动性骨折在专业运动员训练及比赛中较为常见，是运动员损伤中较为严重的急性骨折，其危害性较大，影响训练和健康。
下肢胫骨骨折是体育教学、训练和比赛中较为常见的一种运动损伤，这种损伤较多发生在以跑跳、足球及冰雪运动为主的运动项目。
本文结合有关文献，从生物力学角度对下肢胫骨骨折机理予以初步分析，为预防提供理论依据。
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”。
一文掌握生物力学和骨愈合（AO）生物力学和骨愈合#骨折稳定方法稳定性一词被外科医生广泛使用。
其含义不同于工程中使用的含义。
外科医生使用“稳定”一词来表示由载荷引起的骨折部位的移位程度。
稳定的骨折定义为在生理负荷下不会明显移位的骨折。
具有绝对稳定性的骨折固定意味着在生理负荷下骨折部位没有运动。
稳定性程度决定了骨折愈合的类型。
骨头骨折经常会产生不稳定的情况。
明显的例外是：化石的冲击性骨折，骨膜完整的无移位骨折，股骨颈近端的外展骨折和青刺骨折。
这些骨折不需要复位，仅在骨折在生理负荷下会变形（即骨折不稳定）时才需要稳定。
骨折稳定的目的是：•保持减少的幅度；•恢复骨折部位的刚度（因此可以起作用）最大限度地减少与骨折部位运动有关的疼痛；图1.2-4a–b越南战争受害者的股骨骨折自发愈合a.AP X射线b.侧向X射线具有绝对稳定性的固定旨在为骨折愈合提供机械上中性的环境，即在骨折部位无运动。
但是，这也减少了通过形成愈伤组织而进行修复的机械刺激，因此通过重塑进行愈合（一次骨愈合）。
具有相对稳定性的固定的目的是保持复位并仍保持机械刺激以通过愈伤组织形成来进行骨折修复。
成功实现相对稳定的前提是，在载荷作用下发生的位移是弹性的，即可逆的而不是永久的。
愈伤组织形成引起的骨折愈合可以在广泛的机械环境中进行。
如果将钛弹性钉与使用锁定板的桥板进行比较，则骨折部位的微动程度差异很大。
但是，如果正确使用，两者都会导致愈伤组织形成和骨折愈合。
在相对稳定范围的两端，骨折愈合将被延迟。
如果没有运动，则不会形成愈伤组织，但是如果运动过度且骨折固定不稳定，则愈合也会延迟。
非手术性骨折治疗#未经治疗的骨折愈合如果不进行治疗，大自然会通过疼痛引起的周围肌肉收缩来稳定活动碎片，这可能导致缩短和畸形。
同时，血肿和肿胀会暂时增加组织的肿胀，并有轻微的稳定作用。
未经任何治疗就骨愈合进行的观察有助于了解医疗干预的正面和负面影响。
令人惊讶的是，初始移动性如何与实体骨愈合兼容（图1.2-4）。
骨折愈合中的体外生物力学《骨折愈合中的体外生物力学》课题申报书一、选题的背景和意义骨折是指骨骼在受到外力作用下，发生了断裂或破裂。
它是临床上常见的外伤性疾病，严重影响了患者的生活质量和劳动能力。
骨折愈合是一个复杂的生理过程，其中体外生物力学对骨折愈合过程起着重要作用。
对于理解骨折愈合机制和优化治疗方案具有重要意义。
本课题旨在通过体外生物力学研究，探讨骨折愈合中的生物力学行为，为临床治疗提供理论基础和指导。
二、前人研究综述过去，骨折愈合的研究主要依赖于临床观察和体内实验，对于骨折愈合的生物力学行为了解较少。
随着技术的不断发展和进步，体外生物力学研究成为了研究骨折愈合的重要手段。
以往的研究主要集中在机械载荷下骨折愈合的影响，然而在骨折愈合过程中，细胞信号传导、细胞外基质重塑等生物力学行为同样重要。
因此需要进一步探索骨折愈合中体外生物力学的研究。
三、研究目的与内容本课题的研究目的是通过体外生物力学研究，探讨骨折愈合中的生物力学行为，进一步理解骨折愈合的机制，并为临床治疗提供理论基础和指导。
主要研究内容包括以下几个方面：1. 建立体外骨折模型：通过设计合理的体外实验装置，建立模拟骨折愈合环境的体外模型。
2. 观察骨折愈合过程中的生物力学行为：利用高分辨率成像技术和力学测试方法，观察骨折愈合过程中细胞信号传导、细胞外基质重塑等生物力学行为。
3. 研究影响骨折愈合的因素：通过改变不同的外界环境因素，如温度、pH值等，研究其对骨折愈合中生物力学行为的影响。
4. 优化治疗方案：基于体外生物力学研究结果，提出优化的治疗方案，为临床治疗提供理论指导。
四、研究方法与技术路线本课题主要采用以下研究方法与技术路线：1. 实验室体外骨折模型的建立：通过组织工程学和生物制造技术，建立体外骨折模型，模拟骨折愈合环境。
2. 高分辨率成像技术的应用：采用显微镜和影像技术，观察骨折愈合过程中的细胞信号传导和细胞外基质重塑。
3. 力学测试方法的应用：采用万能试验机等力学测试设备，测量骨折愈合过程中的生物力学行为，如力学特性、刚度等。
・综 述・跟骨骨折的生物力学研究刘立峰综述 蔡锦方审校中图分类号 R683.42 文献标识码 A 文章编号 1005-8478(2003)11-0786-04作者单位:济南军区总医院骨创科,济南市师范路 250031作者简介:刘立峰(19732),男,山东荣成人,主治医师,医学博士。
研究方向:骨创伤、修复重建。
电话:(0531)2166227 近年来,关于跟骨骨折治疗的报道较多,在骨折的分型治疗方面已取得较大进展。
这些研究大大改善了患者的预后情况。
但作为一种复杂的骨折,跟骨骨折的生物力学研究尚处于起步阶段。
本文着重对复杂骨折生物力学研究方面进行回顾与总结。
1 骨折的发生机制的生物力学研究跟骨关节内骨折的移位是高能量损伤的结果,常由于从高处坠落患者体重集中在跟部造成。
伤时足的位置以及冲击力的大小、骨质状况都是决定骨折粉碎程度及骨折线位置的重要条件。
尽管损伤的确切机制至今仍有争议,但Essex 2Lo 2prest 1,Burdeaux 2,Thoren 3与Carr 4描述的机制基本相同。
Essex 2Lopresti 认为第一条骨折线由距骨的外缘撞击跟骨外侧并向内延伸产生1。
他认为冲击能量向内外两个独立的方向冲击。
在坠地时,距下关节被迫外翻,锐利的距骨外缘就象一把锋利的斧子切入G issane 角并劈开跟骨及其外壁。
冲击力的剩余部分经过距下关节的前部至载距突,对跟骨体的内侧与后距下关节的内侧1/3或1/2部形成剪切。
如暴力继续可产生延伸至跟骨前缘甚至跟骰关节的骨折线,形成一前外侧骨块。
随暴力的增加,第2条骨折线就产生了。
如果足是水平落地而暴力直接向后部,骨折将向后上延伸至后关节面,产生一游离的后关节面骨块。
同样直接向下的暴力导致了舌型骨折。
最近,Carr 等应用18个截肢的下肢标本制成了跟骨关节内骨折的力学模型4。
不同高度不同重量的载荷施加于胫骨骨髓腔上。
产生两种基本骨折线。
一条骨折线把跟骨分为内外两部分。
生物力学原理在医学的应用引言生物力学是研究生物体内力的作用、力对生物体产生的效应以及力与生物体结构之间的关系的学科。
在医学领域，生物力学原理被广泛应用于疾病的诊断、治疗和康复等方面。
本文将介绍生物力学原理在医学中的应用，主要包括骨折修复、人工关节、眼科手术以及康复治疗等。
骨折修复1.固定装置：生物力学原理通过研究骨折修复过程中受力的变化，设计出各种固定装置，如骨钉、骨板和外固定器等，用于保持骨折断端的稳定性，促进骨折修复。
2.骨折修复速度：根据生物力学原理，通过合理的骨折修复设计，可以控制受力的大小和方向，从而促进骨折的愈合速度。
人工关节1.人工关节设计：生物力学原理在人工关节设计中起着重要的作用。
通过研究人体关节的运动过程和力学特性，设计出与人体关节相似的人工关节，使其具有良好的机械稳定性和生物相容性。
2.人工关节力学分析：借助生物力学原理，可以对人工关节的力学性能进行分析和评估，确保其在长期使用过程中不会引起过度磨损或松动等问题。
眼科手术1.屈光手术：生物力学原理在屈光手术中具有重要的应用。
通过研究角膜的力学特性，可以确定激光矫正手术的参数，如切削深度和切削形状，以实现理想的矫正效果。
2.眼内晶体植入术：生物力学原理也适用于眼内晶体植入术。
通过研究眼球的力学特性和人工晶体的形状参数，可以确定适合患者的晶体选择和植入方法。
康复治疗1.运动康复：生物力学原理在运动康复中具有重要的应用。
通过研究肌肉、骨骼和关节的力学特性，设计出合理有效的康复运动方案，帮助患者恢复功能。
2.步态分析：生物力学原理可用于步态分析，通过研究人体行走的力学特性，帮助确定步态异常的原因，并制定个体化的康复计划。
结论生物力学原理在医学领域的应用不断扩大和深化，为医学的发展和进步提供了有力的支撑。
随着科技的进步和研究的不断深入，生物力学原理在医学领域的应用前景将更加广阔，并有望为医学研究和临床实践带来更多的突破和创新。
