股骨头坏死范围与人工全髋表面置换术后股骨颈骨折的相关性研究

【摘要】  目的：通过生物力学实验观察并探讨股骨头坏死的范围大小与人工全髋表面置换术后发生股骨颈骨折的相关性。方法：选取成年人股骨上段防腐标本15对，共30具，要求生前无髋关节疾患，骨质较好。将其随机分组，模拟股骨头内不同范围的囊性变（即坏死区域），将标本分为正常组、股骨头坏死10%、20%、30%、40%、50%，6组。在股骨头表面覆盖相匹配的金属假体，模拟单足站立时肢体负重力线的方向,加载一定的压力，直至股骨颈发生骨折为止。记录测试结果并分析股骨头不同坏死范围与股骨颈骨折发生的生物力学相关性。结果：（1）随着股骨头坏死范围的增加,股骨颈的承载能力呈不断下降的趋势, 股骨颈骨折越容易发生，差异具有显著统计学意义（P＜0.01）；（2）随着股骨头坏死范围的增加，股骨颈的强度呈不断下降趋势，即坏死范围越大，股骨颈的强度下降越厉害，以至人体不能负重，其差异具有显著统计学意义（P＜0.01）。结论：股骨头坏死范围达25%~40% 的年轻患者(≤55岁)是人工全髋表面置换术(MMSA)的最佳适应证。股骨头坏死范围超过50%的患者是MMSA术的相对禁忌证，术后股骨颈骨折发生的风险较大。

【关键词】  股骨头坏死；股骨颈骨折；生物力学；人工全髋表面置换术　

    [Abstract]   Objective:To observe and approach the relation between the range of femoral head necrosis and femoral neck fracture after the total hip resurfacing by biomechanics.  Methods :Thirty normal proximal femur of human were harvested . We divided them into six groups at random and simulated the different range  of femoral head necrosis : normal 、10%、20% 、30%、 40% 、50% . both of them were tested in vitro by simulating single-leg stance phase. Rigidity of the whole proximal femur and the strain value at the juncture of femoral head and neck under 0、500N、1000N load … were evaluated , until the femoral neck fracture. Results : （1）The bearing capacity of femoral neck assumed the tendency which unceasingly drops with the increasing of the range of femoral head necrosis. In the other word , the bigger the necrosis range is ,the easier femoral neck fracture to occur, there are remarkable statistical differences(P<0.001). （2）The intensity of femoral neck assumed the tendency which unceasingly drops with the increasing of the range of femoral head necrosis, there are remarkable statistical differences (P<0.01).  Conclusions : When the range of femoral head necrosis is up to 25%~40% , we should first choose the hip resurfacing , which has many advantages compared to total hip arthroplasty. If the range of femoral head necrosis is up to 50%, we should choose the hip resurfacing  cautiously, because the femoral neck fracture is easy to occur.

    [Key words]   Femoral head necrosis；Femoral neck fracture；Biomechanics；Total hip resurfacing股骨头缺血性坏死的一直是骨科中尚未解决的难题。股骨头坏死多为年轻患者，全髋置换术很难满足患者一生的要求[1]。全髋关节表面置换术不会改变股骨上段骨密度及力学性能，不影响日后翻修术的效果，因此对于股骨头坏死已出现变形、塌陷的年轻患者选择这一手术较为适合。在应用第三代金属-金属人工全髋表面置换术（MMSA）近10年时间，该术式的早期临床疗效令人满意[2~4]。但同时也存在着一些新的问题，如股骨颈骨折、股骨头坏死、股骨颈狭窄及血中金属离子浓度升高等，而对股骨颈骨折和股骨头坏死两大并发症的研究一直是多年以来人们关注的焦点。

    本实验旨在通过生物力学实验的方法，从力学方面更加深入和直接的研究股骨头坏死范围的大小与MMSA术后股骨颈骨折发生的相关性，从而为我们能够更好地把握MMSA术的适应证，合理地挑选患者，有效地减少或避免此类并发症的发生提供临床指导。

    1   材料与方法

    1.1   实验材料   由南通大学解剖教研室提供的成年人股骨上段防腐标本15对，共30具，年龄27~42岁，平均37岁，要求生前无髋关节疾患，骨质较好，随机分组。金属假体由张家港医疗器材公司提供；牙托粉由南通嘉程仪器有限公司提供；本次实验用的仪器是岛津AK-25KNA万能材料实验机和YJ-35电阻应变仪（上海第九人民骨科生物力学实验室提供）

    1.2   实验的方法与目标   用电钻和其它工具在股骨头上模拟不同的坏死范围，将股骨分为正常组、股骨头坏死10%、20%、30%、40%、50% 6组，在股骨头表面覆盖相匹配的金属假体（定制）。在股骨下方统一采用牙托粉固定,模拟单足站立时肢体负重力线的方向,使冠状面呈内收25°位，矢状面呈垂直位予以固定，在股骨颈部，小粗隆的上方稍偏内侧处黏贴应变片。实验夹具加紧后，连接应变片到——数字式电阻应变仪，调整各类传感器及仪表，对准轴线，从0、300、500、1000、2000……直到发生骨折为止，实行等级加载，加载速率为1.5 mm/min准静态加载，控制精度并记录不同载荷下股骨颈部的应力及发生骨折的瞬间承载力的大小，每组各做5例。

    1.3   统计学方法   读取300N，600N，900N…直到发生骨折为止载荷所对应的应变值，将各组数据输入机，进行线性回归，计算相关参数，F值有意义再进行两两比较。数据处理采用美国计算机资源公司的Stata 7.0统计软件，设显著性检验水准为P<0.05。

    2   结      果

    2.1   股骨头坏死范围与股骨颈承载能力之间的关系   记录发生股骨颈骨折时相应的瞬间压力，正常组压力为9019±145.50N，股骨头坏死10%的压力为7450±298.65N，坏死20%的压力为6250±302.24N，坏死30%的压力为5313±382.00N，坏死40%的压力为4372±242.28N，坏死50%的压力为3687±367.24N。结果表明:随着股骨头坏死范围的增加,股骨颈承载能力呈不断下降的趋势,即股骨头坏死范围越大, 股骨颈骨折越容易发生。股骨头不同坏死范围,其股骨颈承载能力各不相同,与正常股骨头的承载能力相比,其比例关系为1∶0.83∶0.69∶0.59∶0.49∶0.39. 各组之间差异具有显著统计学意义（P＜0.01）。

    2.2   股骨头坏死范围与股骨颈强度之间的关系   股骨头的坏死会引起股骨颈强度的下降。这里所谓的强度是指股骨抵抗破坏能力的大小,强度越大, 承载能力越强。通常股骨颈的强度是以它的应力大小来表示的。根据所有标本的测量,得到股骨头坏死范围、载荷、与股骨颈应变值之间的关系。见表2,图2所示股骨头坏死范围、载荷与股骨颈上的应变关系曲线可划分为3个区域:股骨头处于弹性区、弹塑性区和塑性区。根据试验股骨的弹性区的载荷在0~1800N, 弹塑性区的载荷在1800N~3000N, 塑性区的载荷一般在3000N~10000N[5]。弹性区域内的变形为可恢复性变形, 在弹性区域内,载荷、应变、应力变形之间是线性的，均随着载荷的增加而增加，曲线均呈直线变化，卸载后能回复原状。股骨头随着坏死范围10%~50%不断增大时,其股骨颈上的变形也不断减小,即股骨头的变形呈不断下降的趋势。在定量载荷作用下，如1800N载荷，随着股骨头坏死范围的增加，其应变不断下降，股骨颈的强度也不断下降，差异有显著统计学意义（P＜0.01）图3。

    3   讨     论

    随着第三代金属-金属人工全髋表面假体的问世，表面髋置换术得到了迅猛的，该术式的早期临床疗效令人满意，但同时也存在着一些新的并发症，如股骨颈骨折、股骨头坏死等。通过本实验的研究，我们可以得知：随着股骨头坏死范围的增加,股骨颈承载能力和强度均呈不断下降的趋势,即股骨头坏死范围越大，股骨颈骨折趋容易发生。股骨头坏死范围达到40%时股骨颈的承载能力和强度均只有正常的一半左右。坏死范围为10%时它的承载能力占83%,股骨头坏死范围达30%时，承载能力下降41%。所以从承载能力来看, 股骨头坏死范围出现10%时可以用积极的保护措施予以防止股骨头进一步坏死。而当股骨头坏死范围达到30%~40%以上时,应选择首选人工表面髋置换, 防止进一步股骨头的塌陷，又为以后的翻修带来方便。Amstutz等[6]报道MMSA术后股骨颈骨折的发生，并对可能的风险因素作出分析后认为，术前股骨头的条件即存活骨量的多少决定着术后股骨颈骨折发生与否，如术前股骨头存在大的坏死囊肿灶，由于有效支撑骨的减少，可明显增大术后发生股骨颈骨折的风险性。故术前选择病例尤为重要。Sharme等[7]同样认为股骨头坏死范围达25%~40%是行金属对金属人工表面髋关节置换术较好的最佳适应证，若股骨头存活骨量较少即坏死范围较大﹙＞40%﹚，则大大增加了MMSA术后发生股骨颈骨折的风险，此类患者建议行全髋置换手术。而韩国的关节外科权威YOO[8]通过对较大范围股骨头坏死的患者行人工表面髋关节置换术，术后随访两年，股骨颈骨折发生率＜1.5%，他认为对股骨头坏死范围＞40%的年轻患者也可以有选择性地应用人工表面髋关节置换术，以提高患者的生活质量，前提是术者手术操作得当，包括合理的骨水泥填充、假体置入的位置、磨锉松质骨是否完全覆盖以及术中避免造成股骨颈切迹，这样可以有效的减少术后股骨颈骨折的发生率。

    总而言之，MMSA术后股骨颈骨折的发生可由术前较为严重的股骨头坏死直接引起，但大多数情况下是复合因素所致的结果，目前临床报道该并发症术中、术后的发生率仅为0~1.5%，并不比传统THR术后关节脱位的发生率高。换言之，MMSA术较THR术的脱位率明显下降，因此我们认为股骨头坏死范围达25%~40%年轻患者最适合行人工表面髋关节置换术，是MMSA术的最佳适应证。当然，随着股骨头坏死范围的增加，术后发生股骨颈骨折这一并发症的风险也相应加大，这就需要我们要做好充分的术前准备、选择恰当病例、术中的改善技术操作及术后的慎重护理，从而降低这类并发症的发生率。当股骨头坏死范围＞40%时，股骨颈的强度只有正常的一半，MMSA术后发生股骨颈骨折的风险性较大，我们建议慎用该术。对于坏死区超过50%的患者应禁用MMSA术，因为随着坏死范围的加大，股骨颈的承载能力和强度明显下降，当坏死范围达到50%时，股骨颈的承载能力和强度均不及正常的40%，大大增加了MMSA术后发生股骨颈骨折的风险性。

【】
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