股骨颈骨折的生物力学研究

摘要

@@以下就股骨颈骨折的生物力学研究加以综述。rn1　髋关节的生物力学rn1.1　髋关节的解剖学　股骨颈在载荷下外上方为拉应力,内下方为压应力。为适应这两种不同形式的载荷,骨小梁形成两种不同形式的排列,即内下方的压力骨小梁系统和外上方的张力骨小梁系统。两种骨小梁在交叉的中心区形成一个三角形脆弱区域,称为Ward三角。股骨干上端内后侧很多致密的骨小梁结合成相当致密的一块骨板,为股骨距(femoral calcar),此结构可加强干颈间的连接与支持。股骨颈上侧的皮质骨为薄壳,越近股骨颈下侧越厚;大粗隆下方股骨干外侧皮质薄,向下逐渐增厚。由于以上结构特点,股骨颈骨折内固定物的放置部位与其固定强度有密切关系。rn1.2　髋关节的静力学　正常直立时髋关节的受力通过股骨头的中心与身体垂线成16°角,股骨的轴线与身体垂线成9°～15°角,故髋关节的合力与股骨干纵轴成25°～30°角[1,2]。rn　　双足站立时仅靠关节囊与韧带的稳定作用即可使髋关节稳定,每侧髋关节上负荷约为体重的1/3。如果围绕髋关节的肌肉收缩,此力将成比例地增加。单足站立时,关节作用力相应增加,在髋周产生了力矩,利用简化自由体法可以求出一般情况下单足站立时外展肌力约为体重2倍,关节反作用力约为体重的2.75倍。rn1.3　髋关节的动力学　行走时关节反作用力可达4～7倍体重;不同的步行速度时关节的反作用力不同,速度越大,关节的反作用力也越大。Bergmann等[3]指出以1000m/h的速度步行产生的关节反作用力至少比3000m/h步行产生的反作用力小10%。George等[4]利用置入髋关节内的假体并结合数学模型分析髋关节在手提重物运动时的力,发现二种方法总的结果是一致的,当一侧手提重物行走时同侧髋关节内的作用力基本不变,甚至稍有下降,而对侧关节内力比负重侧增加2/3。并发现在单侧承载运动时,如果上身挺直且提重物的上肢外展(如提着一个大的购物框等),这样同侧关节内的力可获得减轻。rn2　老年人股骨颈骨折伤因的生物力学发生特点rn　　股骨颈骨折最常见于老年人,其原因从生物力学角度考虑主要有以下几方面:①老年人骨质疏松,股骨颈逐渐发生退行性变,皮质骨薄而疏松,骨小梁稀疏,张力骨小梁及压力骨小梁减少尤其明显。②Ward三角区在老年人常仅有脂肪填充,使此区更加脆弱。③老年人髋周肌群退变,反应迟钝,不能有效地抵消髋部有害应力。④微观结构特点:柴本甫等[5]通过电镜观察发现股骨上段的骨小梁及其周围的软骨等结构形成了许多个特殊的拱形结构,使得股骨头颈部在吸收震荡并传递应力到股骨上坚硬的骨皮质中起着重要的作用。这种结构可以使之在不同的载荷下随压力方向不同产生不同的弹性变形,从而可以承受较大的应力和变形。在老年人,尤其老年妇女,由于骨质疏松导致骨小梁减少和小梁间距增宽,使股骨颈在头颈交界处的结构明显减弱,故而这种微观结构使老年病人易于发生骨折。