第四节　骨折力学

骨组织有两个区别于其他材料的显著特征，即随着关节失用或功能逐渐增加会发生骨密度的变化。骨组织还有自身愈合能力，其修复过程不是形成瘢痕，而是损伤组织的重建，这是复杂的生物学和力学过程互相作用的结果。

一、骨折的力学原理

从生物学观点来看，骨折是由应力和功能分布不均匀所引起的。当骨骼遭受严重创伤时，骨受到很大应力，当应力超过骨的承受极限时，就会发生骨折。

二、长骨内的张应力

骨折多发生在长骨，张应力是较压应力具有更大破坏性的应力。人体所有的活动（如站立、走路、携带、投掷以及撞击等）均会在长骨的凸侧产生显著的张应力。在平常的步态中，最大的张应力是胫骨的前内侧和股骨的外侧（图1-3-4-1，2）。

三、断裂力学和骨断裂

人体在剧烈活动中会发生骨折，一定条件下骨折如何发生？断裂力学能够合理解释骨折原因，断裂力学是研究裂纹物体的强度和裂纹扩展规律的科学，是固体力学的一个分支。可以分为线弹性与弹塑性断裂力学两大类别，前者适用于裂纹尖端附近小范围屈服情况；后者适用于裂纹尖端附近大范围屈服的情况。断裂力学的基本研究内容包括：①裂纹的起裂条件；②裂纹在外部载荷和（或）其他因素作用下的扩展过程；③裂纹扩展到什么程度物体会发生断裂。成骨密度断裂韧性测试是目前骨断裂力学研究的主要方面（图1-3-4-3）。骨密质在高应变速度时类似于脆性材料，而在低应变速度时却似坚韧材料。断裂力学的理论和实践表明，材料的细小缺陷和空隙是微观裂纹的发源地，由此引起应力集中，在应变-应力作用下形成骨折。

图1-3-4-1　弯应力在凸侧是张力，断裂常开始于张力侧

图1-3-4-2　下肢张应力产生的原因

图1-3-4-3　骨皮质X线断层扫描所见，由于哈弗氏管的存在可有效阻止裂隙扩展

四、疲劳骨折

骨承受反复负荷（如长时间的行军、锻炼）可发生微损伤，如果这种损伤不断积聚，超过机体的修复能力，就会产生疲劳骨折（fatigue fracture）或应力性骨折。这种骨折常见于新兵长途行军，故又称为行军骨折。疲劳骨折早期很难确诊，根据病史可以考虑疲劳骨折的可能，MRI（图1-3-4-4）和同位素扫描有助于诊断（图1-3-4-5）。

图1-3-4-4　T1加权像清楚显示跟骨应力骨折线（箭头所指）

图1-3-4-5　同位素扫描显示左跟骨应力骨折