离体胫骨的疲劳实验研究

疲劳骨折是士兵、舞蹈演员和运动员中很常见的骨损伤。本文首先测量了士兵在齐步、正步、跑步三种步态下足底所承受的地面反作用力，用有限元方法分析了在这几种步态下胫骨中的应力分布，然后对新鲜离体胫骨试样进行疲劳实验，测其疲劳寿命。结果表明，士兵三种步态下脚底的作用力从小到大依次为齐步、正步和跑步（例如，垂直作用力最大幅值分别为７４４．８Ｎ、１１５６．４Ｎ和１３９１．６Ｎ）。在地面反作用力作用下，胫骨中的应力分布是不均匀的，其最大值发生在上１／３处，正步和跑步时该处的应力水平分别为１１０ＭＰａ和１１５ＭＰａ。该处正是胫骨骨折临床最常见部位。离体胫骨在应力为１００ＭＰａ、９０ＭＰａ、７０ＭＰａ和５０ＭＰａ时的疲劳寿命（均值）依次为７９３次、９２７次、２４６７次和１３４２５次。这些结果证明了士兵胫骨疲劳骨折确是与其中应力水平密切相关的，应力大者正是疲劳骨折发病率高者，而且也从反面证明了在体胫骨周围软组织的缓冲作用和骨的修复重塑功能对其寿命的重要性。