掰響指關節的舒爽體驗也許很多人都不陌生， 但你知道這聲脆響是如何產生的嗎？一百多年來， 科學家們對指關節彈響的成因爭論不休，
近日， 斯坦福大學的博士生 Vineeth Chandran Suja 和巴黎綜合理工大學的教授Abdul Barakat利用數學模型類比了掰響關節過程中的參數變化， 一定程度上驗證了 “氣泡潰滅發聲”的假說。 這項研究發表在最新的《科學報告》（Scientific Reports）上。
早在上世紀初， 掰關節時“哢哢”聲的成因就吸引了大批科學家的眼球。 早期科學家提出了一些解釋， 例如：掰關節時會使關節快速移位元， 導致周圍組織震顫；或是關節周圍的纖維囊突然收緊， 從而產生脆響。 但是， 這些假說都因與實驗結果不符或缺乏有效的資料支撐而未能被廣泛認可。
1971年， 里茲大學生物工程團隊的Unsworth及其合作者通過大量的實驗得出結論， 關節間滑液中的氣泡潰滅是產生脆響的根源。 在此後的40年間， 該理論被科學界廣泛接受。 直到2015年， 加拿大阿爾比大學康復醫學院的Kawchuk等人發現， 在掰響後很長一段時間內， 被認為潰滅了的空腔氣泡仍然存在。
基於前人的研究， Barakat和Suja的數學模型分解了關節間滑液氣泡產生的原理及潰滅的動態過程。
模型將關節假設為一個軸對稱的幾何結構， 由兩個半徑不同的離心同軸圓弧（關節接觸面）構成（如下圖所示）。 模型中空腔形成的同時， 溶解於滑液的氣體（80%是二氧化碳）將釋放出來， 在幾何中心首先形成氣泡。 隨著氣泡的快速擴張， 一些氣泡開始潰滅， 發出響聲。
這個數學模型描述了三個主要過程：1.摩擦成核作用（Tribonucleation）中短暫低壓的形成；2.隨時間變化的環境壓力場中新產生的空腔氣泡的動態；3.氣泡產生及潰滅過程產生的同步聲壓場。
通過簡化的Rayleigh-Plesset方程模型， Barakat和Suja類比了關節間滑液氣泡潰滅的動態過程， 並分析了氣泡震動產生的聲壓場， 模型的聲學特徵與實驗結果高度吻合， 有力地證實了 “關節液氣泡潰滅產生了關節彈響” 的假設。
儘管缺乏成像實驗驗證， 這一數學模型仍成功地填補了爭論中的兩大空白：第一， 模型類比結果和實驗結果的高度一致， 有力地支撐了空腔氣泡潰滅作為潛在發聲根源的觀點；第二， 模型強調了利用細節數值類比的方式解釋發聲根源的潛能。 如果未來的研究能夠驗證氣泡產生時的聲學特性並證實空腔氣泡潰滅後有穩定的微氣泡存在， 將對解答這一問題做出巨大貢獻。
掰關節脆響的成因有了合理的解釋， 而對於另一個大家關心的問題：經常掰關節會引起關節腫大或關節炎嗎， 目前的研究沒有找到兩者有關的證據。 83歲的Donald Unger博士從自己的少年時期就開始掰自己的左手關節， 而從來不掰右手關節， 他表示自己的兩隻手都沒有絲毫要患關節炎的徵兆。 這個奇怪的“人體實驗”讓Donald Unger博士獲得了2009年的搞笑諾貝爾獎。