临床医学中的着陆生物力学

在临床医学中，因着陆而发生的损伤是一种常见的情况，了解该损伤发生的生物力学机制，有利于医生的快速诊断，进行有针对性地提出治疗方案。跳伞着陆伤的研究，最初也是在二战期间主要由临床医生通过流行病学调查开始的。建国初期，我国军事医学战线上的临床工作者就通过翻译美国和苏联的研究论文，对这一损伤进行学习。在此基础上，随后我国军医也开展了独立的流行病学研究，而且，这种临床一线的研究一直持续到现在。

着陆损伤最易发部位是踝关节，比较严重的损伤主要包括踝关节骨折脱位、踝骨折、踝扭伤、踝挫伤和韧带撕裂等。在所有的着陆损伤中，踝关节扭伤最为常见，而踝关节外侧韧带扭伤又是最常见的踝关节扭伤形式，通常伴随着踝关节其他结构的损伤，这些结构包括关节囊和距下关节韧带，胫腓下联合韧带，周围肌肉组织，腓骨肌腱和腱鞘等。外侧韧带损伤分三级：轻微损伤，韧带纤维有轻微撕裂，伴有少量出血，整体功能和强度能够维持，没有韧带松弛或失稳后遗症；中度损伤，韧带不完全撕裂，轻微松弛和失稳，功能轻度下降，强度可能降低，本体感受可能丧失；严重损伤，韧带完全断裂，严重关节失稳和松弛，尤其在康复工作不善或不足条件下，整体功能、强度和本体感受可能全部丧失。

同济大学医学院对踝关节扭伤进行了生物力学研究。牛文鑫等人[28]基于CT断层扫描图片，建立了第一个踝关节内翻位的三维有限元模型，并分析了处于不同程度内翻载荷条件下踝关节外侧韧带和相关骨组织的应力和应变情况。同时，研究者还采用6例新鲜冷冻尸体标本进行力学测试，对有限元模型的有效性进行验证。研究认为，在当前的有限元仿真中，传统上被赋予的骨弹性模量数值没有任何依据，将其增大到4倍水平才能使得计算仿真和尸体标本实验对应。该研究建立的模型，以及近年来开展的一系列仿真研究和实验研究都将有助于进一步探索着陆损伤的生物力学机制[29，30]。

在着陆损伤中，超过一半的骨性损伤为踝关节骨折。虽然旋转、旋前和旋后也在踝骨折发生中发挥一定作用，但是这些作用并非主要的，起关键作用的是踝内翻、外翻和压缩。无论踝内翻还是外翻，都会引起相当大比重的外踝骨折。单纯的内踝或后踝骨折并不常见，这种骨折都是由于踝外翻机制导致。70%的双踝骨折和66.6%的三踝骨折由暴力外翻导致，其他的双踝骨折和三踝骨折则由内翻引起，没有证据表明压缩力在跳伞着陆踝关节骨折中起到一个主要作用。从总体上看，踝关节外翻是踝骨折最普遍的致伤机制，导致了65.9%的踝关节骨折。

另外，在着陆时，跟骨受到的冲击力非常大，所以跟骨骨折也较为常见。在着陆发生骨折的患者中，有31%会伴随跟骨骨折。同济大学医学院对跟骨骨折的临床和基础研究有多年的经验。尤其是最近两年来，牛文鑫课题组开展了跟骨骨折内固定的生物力学评价研究。倪明等人[31，32]应用有限元模型分析了采用生物可吸收钉对跟骨关节面内骨折进行内固定的评价，认为生物可吸收钉能够胜任这一任务，为跟骨骨折提供了一项新的手术方案。同时，同济大学还进行了大量尸体标本实验研究，比较分析了不同植入物应用于跟骨骨折内固定的术后即刻稳定性。

另外，在着陆损伤后，或者手术后康复的过程中，生物力学因素对病情进展和手术的长期效果十分重要。在损伤后或手术后，康复辅具的正确使用，合理时机的正确运动训练等介入都会促进肢体的康复。但临床上对这些问题的研究还相当少，相关基础理论尚不完善。最近，同济大学医学院也在着陆伤的康复治疗方面做了临床研究，是生物力学研究的另一个发展方向。