กระดูกหน้าแข้งร้าวพบได้บ่อยในผู้ที่วิ่งระยะไกล ในปัจจุบันยังไม่ทราบว่าปัจจัยใดทำให้กระดูกร้าว ที่ผ่านมาได้มีความพยายามที่จะพิสูจน์ว่า การที่เท้ากระแทกพื้นซ้ำๆกันหลายครั้งจะทำให้กระดูกร้าว เนื่องจากพื้นจะส่งแรงมากระทำต่อกระดูกหน้าแข้ง ถ้าแรงที่มากระทำต่อกระดูกมีปริมาณมากพอ กระดูกก็จะร้าว นักวิจัยได้ทำการฝังเครื่องมือสำหรับวัดแรงเครียด (Strain gauge) ลงในกระดูกหน้าแข้ง [1, 2] เพื่อดูว่าในขณะที่เท้ากระแทกพื้นนั้นมีแรงกดที่กระดูกมากหรือไม่ และพบว่าแรงที่กดกระดูกหน้าแข้งนั้นไม่มากพอที่จะทำให้กระดูกร้าว เนื่องจากแรงเครียดที่วัดได้นั้นมีค่าน้อยมาก ต่อมาได้มีผู้พบว่าตำแหน่งที่ฝังเครื่องมือนั้นไม่เหมาะสม เนื่องจากเป็นตำแหน่งที่ใกล้กับจุดที่แรงเครียดเท่ากับศูนย์ [3] นอกจากนี้นักวิจัยก็ไม่สามารถฝังเครื่องมือลงในตำแหน่งที่มีแรงเครียดสูงสุดได้ เนื่องจากเป็นบริเวณที่มีกล้ามเนื้อมาเกาะอยู่มาก ดังนั้นสิริพรและคณะ[4] จึงได้นำรูปแบบการทดลองใหม่มาใช้ คือเก็บข้อมูลจริงจากนักวิ่งมาใช้ร่วมกับกระบวนการทางคณิตศาสตร์ เพื่อคำนวณหาแรงเค้น (Stress) ที่เกิดขึ้นที่กระดูกหน้าแข้ง และเพื่อพิสูจน์ว่าแรงเค้นนี้สามารถทำให้กระดูกร้าวได้หรือไม่ จากการวิจัยพบว่าในขณะที่เท้าสัมผัสพื้นในขณะวิ่งนั้น ทำให้เกิดแรงเค้นในกระดูกหน้าแข้งที่สูงพอที่จะทำให้กระดูกร้าวได้ อย่างไรก็ตามงานวิจัยครั้งนี้ได้โมเดลกระดูกอย่างง่าย คือเป็นแท่งตรง (simple beam) แต่เนื่องจากกระดูกหน้าแข้งมีรูปทรงที่เรียวและโค้งงอ ซึ่งความโค้งงอของกระดูกนี้อาจทำให้เกิดแรงเค้นในกระดูกมากขึ้น ดังนั้นเพื่อให้ทราบถึงกลไกที่ทำให้กระดูกหน้าแข้งร้าวมากยิ่งขึ้น งานวิจัยครั้งนี้จึงโมเดลกระดูกหน้าแข้งตามรูปทรงจริงของกระดูก เพื่อคำนวณหาแรงเค้นในกระดูกสูงสุดที่เกิดขึ้นในขณะที่เท้าสัมผัสพื้น

วิธีการวิจัย
          ให้นักวิ่งระยะไกลจำนวน 10 คน ที่มีตัวสะท้อนแสงติดอยู่ที่ผิวหนังบริเวณกระดูกเชิงกราน ข้อสะโพก ข้อเข่า ข้อเท้า และ ปลายเท้า วิ่งด้วยความเร็ว 3.5 - 4 เมตร/วินาที ผ่านกล้องความเร็วสูงที่ติดตั้งไว้รอบตัวนักวิ่งรวมทั้งหมด 6 ตัว เพื่อบันทึกตำแหน่งของตัวสะท้อนแสงในขณะที่วิ่ง และในขณะวิ่งนั้นเท้าจะต้องสัมผัสกับแผ่นวัดแรง (Force Plate) ที่ฝังไว้ที่พื้นเพื่อทำการวัดแรงที่พื้นกระทำต่อเท้า (ภาพที่ 1) จากนั้นนำข้อมูลที่บันทึกได้มาคำนวณหาแรงกดและแรงเฉือนบนกระดูกหน้าแข้ง [4] แรงกดและแรงเฉือนนี้เกิดจากการที่กระดูกเท้ามาบดและเฉือนกระดูกหน้าแข้ง ที่บริเวณข้อเท้าในขณะที่เท้าสัมผัสพื้น

ภาพที่ 1 :  แสดงถึงขาและเท้าของนักวิ่งในขณะที่สัมผัสกับแผ่นวัดแรง
และเวคเตอร์ที่แสดงปริมาณและทิศทางของแรงที่พื้นกระทำต่อเท้า ตั้งแต่
ส้นเท้าเริ่มกระแทกแผ่นวัดแรง จนกระทั่งปลายเท้าผลักออกจากแผ่นวัดแรง

          แบบจำลองกระดูกหน้าแข้ง 3 มิติ ภายใต้แรงกดและแรงเฉือนที่คำนวณได้จากการวิ่งจริง ถูกจำลองโดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element modeling) ซึ่งประกอบด้วยเอลิเมนต์แบบ Tetrahedral จำนวนทั้งสิ้น 22,482 เอลิเมนต์ คุณสมบัติทางกลของกระดูกเป็นแบบไอโซโทรปิค (Isotropic) มีค่ายังโมดูลัส (Young’s modulus) เท่ากับ 17.2 GPa และ อัตราส่วนปัวซอง (Poisson’s ratio) เท่ากับ 0.3 [5] โดยแรงกดและแรงเฉือนจะกระทำที่บริเวณด้านล่างของกระดูก (Tibia plafond) และส่วนด้านบนของกระดูก (Tibial condyles) จะถูกบังคับไม่ให้มีการเคลื่อนที่ในทุกทิศทาง (ภาพที่ 2)

ภาพที่ 2 :   แสดงแบบจำลองทางไฟไนต์เอลิเมนต์ของกระดูกหน้าแข้ง,
แรงกดและแรงเฉือนกระทำที่บริเวณด้านล่างของกระดูก   สำหรับด้านบน
ของกระดูกจะถูกบังคับไม่ให้มีการเคลื่อนที่ในทุกทิศทาง                     

ผลการวิจัยและการวิเคราะห์ผล
          ในขณะที่เท้าสัมผัสพื้นนั้น กระดูกหน้าแข้งถูกกระดูกเท้ามากดและดันไปทางด้านหลัง ส่งผลให้เกิดแรงเค้นสูงสุดในบริเวณ ด้านหลังค่อนมาทางด้านใน (posteriomedial) ของกระดูกหน้าแข้ง และอยู่สูงจากส่วนปลายของกระดูก ประมาณ 12.5 เซนติเมตร ซึ่งสอดคล้องกับรายงานของ Brukner [6] คือ บริเวณนี้เป็นบริเวณที่เกิดการร้าวของกระดูกมากที่สุด ความเค้น Von Misses สูงสุดที่คำนวณได้มีค่าเท่ากับ 59.8 MPa (ภาพที่ 3) ซึ่งมากกว่าค่าที่ได้จากการโมเดลกระดูกแบบแท่งตรง จึงทำให้กระดูกร้าวได้เร็วขึ้นกว่าที่เคยคำนวณเอาไว้ ดังนั้นงานวิจัยครั้งนี้จึงสนับสนุนว่าแรงจากพื้นที่มากระทำต่อกระดูกหน้าแข้งนั้นมีปริมาณที่มากพอ ที่เมื่อกระทำต่อกระดูกซ้ำๆกันหลายครั้งก็จะทำให้กระดูกร้าว

ภาพที่ 3 :  แสดงถึงความเค้น Von Misses บริเวณกระดูกหน้าแข้ง