股骨头生物力学、解剖形态与血供

股骨头生物力学、解剖形态与血供

自1963年英国Charnley成功施行全髋关节置换术以来，人工髋关节手术已在全球取得很大的发展，但因假体松动而致该手术远期失败的问题一直困扰着临床医生[1]。目前的研究表明，除感染因素外。人工股骨假体与股骨上段的不匹配是导致早期假体松动失效的主要原因之一。迄今为止，国内临床所用的髋关节假体多是根据西方人设计的。而人类的股骨形态具有很大的差异，年龄、性别、民族、地域、遗传及生活方式等因素均可影响[2,3]。薛文东等对480根国人成人尸体股骨进行研究测量显示国人股骨几何参数与白种人乃至韩国人有显著性差异[4]。为了延长人工关节的使用寿命，多数学者认为有必要对假体进行个体化设计。本文通过对股骨头的生物力学、解剖形态、血供等方面的综述。为相关的基础和临床研究提供参考。

1 股骨头的生物力学

人体组织器官结构和功能的统一是生物进化过程中逐渐实现的普遍生物学法则。作为人体中主要的负重关节，在骨骼系统中没有任何区域比股骨上段更能展现生物力学规律了。股骨头承受的力有压应力和剪应力，由于人体髋关节面软骨摩擦系数很小（0.002)，可以忽略，所以股骨头主要承受压力的作用。髋关节为球面关节。通过头臼软骨面相互接触传导压力。负重区是股骨头上半球与髋臼半球形臼之间的重叠部分。是股骨头上一个椭圆形区域，前后方向与股骨头中心的夹角为80°，内外方向与股骨头中心的夹角为40°。在髋关节正位x线片上可见到髋臼软骨下硬化带。此为负重区的象征，硬化带和股骨头的中心呈65°夹角，但随着髋关节的运动。股骨头的负重区不断发生变化。关节软骨具有弹性，可以将作用于股骨头的应力分散到各作用点。静立时，作用于股骨头端的压应力约为体重的2．75倍，常速行走时，通过髋关节的压应力可高达体重的6倍以上。

1892年提出的Wolf定律。活力对机械应力总是以对它最有利的结构反应产生形态改变来适应的，高应力刺激使骨改建向骨形成方向转化。低应力刺激使骨改建向骨吸收方向转化。即骨吸收与骨形成在一定应力刺激环境下保持一种动态的平衡，应力应变增加时，骨应力刺激骨应变量增加。骨代谢中的骨形成成分增加。反之。骨形成降低。骨吸收增加，人体总是通过应力环境的改变，自动调节骨代谢。这是一种生物力学机制。这种现象在临床得到广泛的认可。它强调的是骨结构和功能的统一。即一方面骨结构决定其运动和负重功能，另一方面一定的功能又要求相应的骨结构去实现，其中一方面发生变化。必然导致另一方也产生相应的变化以维持

其统一性[5-6]。对此。有些学者认为。股骨颈骨折后发生的股骨头坏死并非是一种缺血性坏死，而是一种应力性骨折，强调生物力学因素在骨折修复过程中的重要意义。近年的研究认为[7]，骨强度除与骨量有关外，还与骨内部结构质量有关，且认为在骨强度的影响因素中“质量”比“骨量”因素更重要。并有学者认为影响骨质的因素有四：骨构筑、骨矿化、有机基质及微损伤状况[8]。

股骨头坏死多发生于老年患者，然就美国、斯堪的纳维亚(半岛)及英国的人口统计学调查显示股骨头骨折发生率并不完全与人口的老龄化成正比。一些学者从生物力学的方面阐述了髋关节骨折机制，认为患者多有摔伤史→髋部受到冲击应力→保护性反应不充分→周围的“减震装置”吸收不充分→骨的强度所能承受的最大应力 < 剩余的冲击应力→髋关节骨折。并认为髋关节骨折多发于老龄人，是由于老龄

人相对所患的神经肌肉病变增多，其保护性反应、“减震装置”的能力下降及骨骼的强度下降所造成。髋关节的生物力学特点及骨质疏松症与股骨颈骨折发生的原因、机制、治疗、术后康复等密切相关，减少髋关节负荷最有效的方法是持拐或手杖[9-l0]。

2 股骨头的解剖形态

股骨头近似半球形，朝向前上内方与髋臼构成关节(更精确地说，股骨头不是一个真正球形的一部分，而是像楔形，部分表面呈卵圆形)其表面光滑，中央部的后下方有一粗糙的小凹陷。股骨头的轴线通常情况下与股骨颈轴线相平行，但偶尔也可以有一定程度的后倾。股骨头表面的关节软骨厚度在前侧的负重区约为4 mm，其向关节中纬线逐渐变薄，在中纬线处约为3 mm。大、小转子位于股骨颈的后侧及股

骨干中冠状面轻度偏前侧。股骨头主要为松质骨(海绵骨)结构，而不是强度较高的致密骨(皮质骨)结构。对股骨头内部松质骨的形态结构研究发现，股骨头内部由大量拱形结构的骨小粱组成致密立体网状结构[11]。这些骨小粱的拱形结构其拱顶总是朝向股骨头表面，相互交叉，大拱内有小拱，形态各异，形成一种多拱的复杂网状结构。该结构能最有效地吸收和化解冲击载荷、吸收震荡。

股骨颈与股骨干所成的角度称为颈干角或内倾角。此角在幼童为160°，在成人为125°，其范围在110°―140°之间。自股骨头中心沿股骨颈画一条轴线与股骨下端两髁间的投影连线，并不在同一平面上，两者所成的角度称为前倾角或扭转角，其在成人中平均为13．14°。Duthie等认为国人的前倾角平均约为13°，而西方人的前倾角平均约为7．8°[12]。D．Fang等认为左侧股骨前弓明显大于右侧，男性左侧前弓大于右侧15．O％，而女性则大于15．2％，此具有统计学差异[13]。

1838年Wazd第一次对股骨上段中的骨小梁进行了描述，按照Wollf定律，骨小粱的分布与应力的方向一致，将股骨上端骨小粱分为5组：主、次要张力骨小粱，主、次要压力骨小梁和大转子骨小粱。而在由股骨干皮质骨向干骺端转变的过程中，主要压力与张力骨小粱分别通过股骨颈并且在股骨颈的中部形成一个三角形区域，此处没有骨小梁而充填以疏松的结缔组织，此即为Ward三角。在主要压力、张力骨小粱交叉处进行应力试验，髋关节的松质骨强度沿着这些负重区明显增加而在Ward三角区与结节间区明显下降。这种不均匀的骨密度与骨强度结构在骨质疏松的患者中尤其显著，并且这对于拟行股骨颈内固定时的评价颇为重要。

1874年Merkel发现了股骨距这一特殊结构。党瑞山等[14]对40例成人股骨距进行了观察和测量认为股骨距为股骨上段内部由股骨颈后部中部延伸至小转子前下方的一纵行密质骨板，可分为内侧致密部和外侧分层部，对于股骨上段内部力学负重、骨折病理机制和治疗，以及在人工股骨头或全髋关节置换术中都具有十分重要的意义。高令军等[15]认为股骨距具有以下四种功能：(1)参与构成衍架系统。(2)能承受较高的压缩载荷。(3)能将股骨头传来的载荷均匀地传向股骨内侧皮质。(4)具有加强股骨颈基底部的作用。

3 股骨头颈的血供

股骨头的主要供血血管包括旋股内侧动脉、旋股外侧动脉、闭孔动脉、臀上动脉、臀下动脉、髂腰动脉。1980年Crock等通过对人体股骨头颈的动脉供应研究认为股骨头颈的动脉供应认为：(1)股骨颈基底动脉环，此由位于股骨颈基底关节囊附着处的后部旋股骨内动脉分支和前方的旋股外动脉分支构成。(2)由基底动脉环等骨距发出的分支，沿粗隆间线穿透髋关节囊，于股骨颈后侧，经环状纤维下方，沿股骨