胡長波，楊新明

(河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院骨科，河北 張家口 075000)

近年來股骨頭壞死(osteonecrosis of the femoral head,ONFH)發(fā)病率逐漸增高，且患者年齡呈現(xiàn)年輕化，若早期ONFH得不到有效治療勢必引起股骨頭塌陷，最終導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)功能嚴(yán)重受限。治療早期ONFH的方法眾多，療效報(bào)道不一[1-3]，但其共同的目標(biāo)均是保留自身股骨頭，延緩人工髖關(guān)節(jié)置換的時(shí)間。研究表明，股骨頭負(fù)重區(qū)域軟骨下骨的生物力學(xué)性能隨股骨頭缺血壞死的發(fā)展逐漸降低，當(dāng)應(yīng)力增大到一定程度時(shí)，軟骨下骨小梁最終斷裂、股骨頭塌陷[4]。因此，在眾多“保頭”方法中，如何防止早期股骨頭塌陷問題成為重中之重，其中關(guān)節(jié)鏡輔助下經(jīng)皮微創(chuàng)髓芯減壓、植骨聯(lián)合空芯鈦棒支撐治療早期ONFH的手術(shù)方法得到國內(nèi)外諸多專家的認(rèn)可[5-9]，但關(guān)于空芯鈦棒防止股骨頭塌陷的體外生物力學(xué)研究及分析鮮見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通對(duì)生物力學(xué)測試及典型病例療效的總結(jié)，探討空芯鈦棒設(shè)計(jì)的合理性及實(shí)用性。

1 材料與方法

1.1一般資料 成人尸體股骨標(biāo)本15只，福爾馬林浸泡，由河北北方學(xué)院人體解剖學(xué)教研室提供，所有標(biāo)本經(jīng)放射線透視證實(shí)無病理性改變，軟組織均被剔除干凈，隨機(jī)分為正常組(A組)、 髓芯減壓組(B組)、髓芯減壓+空芯鈦棒置入組(C組)，每組5只標(biāo)本。同時(shí)回顧性分析2005年3月—2014年11月采用髓芯減壓+植骨+空芯鈦棒置入方法治療的早期ONFH且隨訪資料完整的患者(74側(cè)髖)，進(jìn)行X線分期變化對(duì)比。納入標(biāo)準(zhǔn)：按照國際骨科循環(huán)學(xué)會(huì)(Association Research Circulation Osseous，ARCO)分類，均為股骨頭缺血性壞死Ⅱ期病例。排除標(biāo)準(zhǔn)：ARCO 分期Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ的股骨頭缺血性壞死者，合并髖關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎、髖關(guān)節(jié)撞擊、髖臼發(fā)育不良者，既往存在感染者。

1.2方法 A組為正常股骨頭頸標(biāo)本，不作任何處理。B組：C形臂X線透視下在股骨外側(cè)大轉(zhuǎn)子下2 cm處，將直徑2 mm導(dǎo)針鉆入股骨頭外上方頭下2 mm區(qū)域，依次用直徑6，8，10 mm空心鉆去除骨至預(yù)定區(qū)。經(jīng)此骨隧道插入特制的長柄刮匙，透視引導(dǎo)下模擬臨床股骨頭壞死清除病灶，刮除直徑約1.0 cm骨組織制造成骨破壞區(qū)。C組：在B組造?；A(chǔ)上，選擇長度合適空芯鈦棒，透視下沿髓心減壓孔緩緩打入至釘尾粗螺紋起始處，然后擰入粗螺紋，使棒頂尖至股骨頭骨缺損區(qū)即股骨頭軟骨下，支撐軟骨下骨。

1.3生物力學(xué)測定 將股骨標(biāo)本固定于實(shí)驗(yàn)機(jī)夾具內(nèi)，模仿正常人站立時(shí)承受壓力的情況，標(biāo)本在矢狀面處于中立位，冠狀面股骨干內(nèi)收15 °；使用502膠將壓力形變變應(yīng)片黏貼于股骨轉(zhuǎn)子窩、股骨矩、股骨大轉(zhuǎn)子下三處，連接電線接入電橋后轉(zhuǎn)入計(jì)算機(jī)；實(shí)驗(yàn)溫度18 ℃，實(shí)驗(yàn)過程中向標(biāo)本噴灑生理鹽水以保持濕度在70%。在股骨頭頂部逐漸加載至300 N，此時(shí)標(biāo)本未破壞，記錄A、B、C 3組股骨轉(zhuǎn)子窩、股骨矩、股骨大轉(zhuǎn)子下三處的應(yīng)變，重復(fù)測量共3次，取平均值；最后一次加載至股骨頭塌陷，股骨頭塌陷的標(biāo)準(zhǔn)：位移增加但負(fù)荷不增加的點(diǎn)即破壞極限點(diǎn)。加載時(shí)要平穩(wěn)，加載速度1.5 mm/min，實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)計(jì)算機(jī)記錄應(yīng)變、位移等數(shù)據(jù)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。計(jì)量資料比較分別采用F檢驗(yàn)和SNK-q檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1股骨頭加壓后的應(yīng)變 A、B、C 3組在加壓至300 N時(shí)，標(biāo)本尚未破壞。股骨轉(zhuǎn)子窩、股骨矩2處的應(yīng)變：A、C組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，A、C 2組均大于B組(P<0.05)；股骨大轉(zhuǎn)子下的應(yīng)變：A、C組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，A、C 2組均小于B組(P<0.05)。見表1。

組別股骨轉(zhuǎn)子窩股骨矩股骨大轉(zhuǎn)子下A組491.06±25.28469.24±25.22368.90±33.20B組288.53±18.24?230.70±19.22?883.27±53.38?C組432.43±44.73#415.86±38.57#586.87±29.36#F值54.79694.315207.731P值0.0000.0000.000

*P值<0.05與A組比較 #P值<0.05 與B組比較(SNK-q檢驗(yàn))

2.2造成股骨頭塌陷的最大載荷 A、B、C 3組加壓致股骨頭塌陷的最大載荷不同。B組明顯小于A、C 2組(P<0.05)；A、C 2組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

組別股骨頭塌陷時(shí)最大載荷A組3 182.34±166.48 B組1 863.17±85.75?C組3 210.65±294.46#F值73.020P值0.000

*P值<0.05 與A組比較 #P值<0.05 與B組比較(SNK-q檢驗(yàn))

2.3手術(shù)前后病變分期的X線觀察 手術(shù)前后X線對(duì)比觀察,ⅡA期15髖、ⅡB期34髖、ⅡC期25髖,計(jì)74髖，術(shù)后24個(gè)月隨訪:原ⅡB期5髖病變加重,其中1髖進(jìn)展并穩(wěn)定在ⅡC期、末次隨訪未進(jìn)一步加重,4髖進(jìn)展為ⅡC期并且又進(jìn)一步加重為Ⅲ期、最終行全髖關(guān)節(jié)置換；原ⅡC期中有6髖病變加重并且發(fā)生股骨頭塌陷,末次隨訪時(shí)(均>30個(gè)月)行全髖關(guān)節(jié)置換。見表3。

表3 手術(shù)前后ARCO分期變化結(jié)果Table 3 Results of ARCO staging before and after surgery (髖數(shù))

3 討 論

目前股骨頭缺血性壞死的治療主要分為非手術(shù)與手術(shù)治療2種。非手術(shù)治療主要針對(duì)青少年人群，原因在于青少年處于生長發(fā)育期，自我修復(fù)能力較強(qiáng)，病變的股骨頭伴隨身體的發(fā)育可以得到自我修復(fù)。對(duì)于成年患者，非手術(shù)治療效果并不理想，手術(shù)治療是針對(duì)成年患者的主要方法。在多種多樣的手術(shù)治療方法中，髖關(guān)節(jié)置換是公認(rèn)的、成熟的方法[10]，但對(duì)于中青年患者來說，人生中將面臨一次或多次的翻修手術(shù)，這對(duì)于患者的生理、心理均是嚴(yán)重的打擊，給患者及家屬造成沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。有文獻(xiàn)顯示，股骨頭缺血性壞死患者的平均年齡為35歲[11]，對(duì)于此類患者，主要目的是緩解疼痛，延長股骨頭的使用壽命，延緩關(guān)節(jié)置換的時(shí)間。根據(jù)病情的輕重及年齡選擇不同的手術(shù)方法，常見的方法有骨移植、鉭棒支撐、血管移植、髓芯減壓[12-15]。骨移植目前主要為自體或異體腓骨移植，可以為壞死股骨頭的修復(fù)提供血運(yùn)支持、機(jī)械支撐及骨修復(fù)的幫助，同時(shí)還可以防止股骨頭再次塌陷。血管移植目前主要為移植旋髂深血管、旋股外血管或聯(lián)合移植，目的是為壞死的股骨頭重新提供血運(yùn)。鉭棒的使用可有效防止壞死股骨頭的塌陷，為其提供機(jī)械支撐。髓芯減壓經(jīng)過不斷的發(fā)展，成為治療早期ONFH的主要方法之一[16]。該方法通過降低股骨頭內(nèi)壓緩解關(guān)節(jié)疼痛，且不破壞原有的殘余血運(yùn)供應(yīng)，髓芯減壓合并植骨還可以提供部分機(jī)械支撐，創(chuàng)傷小、操作簡單均為其優(yōu)點(diǎn)。但許多文獻(xiàn)顯示，當(dāng)前各種手術(shù)方法，包括髓芯減壓，效果并不令人滿意[17-18]。自體腓骨移植康復(fù)時(shí)間較長，腓總神經(jīng)麻痹，股骨近端容易發(fā)生骨折等并發(fā)癥[19]。異體腓骨移植存在骨吸收或排異反應(yīng)，價(jià)格昂貴。鉭棒的支撐效果雖然明確，但價(jià)格高昂，且目前暫無明確報(bào)道鉭棒有助于促進(jìn)骨修復(fù)[20]， 同時(shí)隨著鉭棒的深入研究，其失敗的案例也逐漸增多 。髓芯減壓合并植骨可在短時(shí)間解決髓芯減壓缺乏結(jié)構(gòu)支持的缺陷，但因長期缺乏機(jī)械支撐造成的股骨頭塌陷無法緩解。

針對(duì)上述治療現(xiàn)狀，本實(shí)驗(yàn)研制了一種空芯鈦棒，試圖對(duì)已經(jīng)發(fā)生塌陷的股骨頭進(jìn)行支撐或?qū)ξ此莸墓晒穷^起到支撐和預(yù)防塌陷的作用。并在髓芯減壓處進(jìn)行植骨，有助于頭頸部生物力學(xué)的恢復(fù)及骨性融合，且不妨礙遠(yuǎn)期髖關(guān)節(jié)置換。空芯鈦棒具有以下設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：①空芯鈦棒采用彈性模量與人體骨骼接近的鈦合金，具有良好的組織相容性，與鉭棒相比，其成本低、價(jià)格低，減輕了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；②鈦棒的空芯設(shè)計(jì)便于導(dǎo)針的進(jìn)出，置入時(shí)可先行使用導(dǎo)針進(jìn)行定位，提高定位的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)置釘，降低了定位時(shí)對(duì)骨組織的破壞，空芯的設(shè)計(jì)在短時(shí)間內(nèi)形成通道，起到了減壓的作用，空芯內(nèi)部由于內(nèi)表面光滑，不利于骨形成，可達(dá)到長期減壓的效果；③棒身的光桿設(shè)計(jì)及棒頭處1/3圓形設(shè)計(jì)，使得進(jìn)棒時(shí)阻力更小，棒頭處1/3圓形設(shè)計(jì)與股骨頭的圓形結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，可更緊密的緊貼軟骨下骨；④棒尾采用粗螺紋設(shè)計(jì)可以使鈦棒崁入外側(cè)皮質(zhì)骨，鈦棒棒桿的直徑為10 mm，粗螺紋外直徑為11 mm，這種頭小尾大的設(shè)計(jì)結(jié)合粗螺紋的咬合力，有效防止了棒尾的脫出或棒頭向軟骨面穿透的可能；⑤鈦棒的整體長度為75 ～110 mm，每5 mm遞增，符合我國平均股骨頸長度，可供不同年齡的患者選擇；⑥棒尾末端的設(shè)計(jì)選擇了深度為3.5 mm的內(nèi)六方凹口，長距離的咬合接觸有助于空芯鈦棒的進(jìn)入或取出，使手術(shù)操作變得更簡單省力，且不易滑扣。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在股骨頭未損毀的前提下，加載至300 N時(shí)，正常組應(yīng)變值由大到小依次為股骨轉(zhuǎn)子窩、股骨矩、股骨大轉(zhuǎn)子下，并且較為接近。這說明正常情況下對(duì)股骨頭施加壓力，應(yīng)變主要集中在股骨矩、股骨轉(zhuǎn)子窩，應(yīng)力分布較為均勻。髓芯減壓組應(yīng)變值由大到小分別為股骨大轉(zhuǎn)子下、股骨轉(zhuǎn)子窩、股骨矩。髓芯減壓后，股骨頭頸處由于骨性缺損的存在，正常的解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，內(nèi)側(cè)壓力骨小梁與外側(cè)拉力骨小梁均進(jìn)行調(diào)整，原有的力學(xué)傳導(dǎo)發(fā)生改變，導(dǎo)致股骨頭負(fù)重的應(yīng)變由股骨矩、股骨轉(zhuǎn)子窩，變?yōu)楣晒谴筠D(zhuǎn)子下。髓芯減壓+空芯鈦棒置入組應(yīng)變值由大到小分別為股骨大轉(zhuǎn)子下、股骨轉(zhuǎn)子窩、股骨矩。正常載荷時(shí)，股骨頭各部位應(yīng)力值不同，當(dāng)應(yīng)力超過承受能力的峰值時(shí)，骨小梁發(fā)生局部的微骨折，而骨自身重建不足以代償時(shí)，微骨折進(jìn)一步加重，最終導(dǎo)致股骨頭塌陷，ONFH其實(shí)質(zhì)是以骨小梁微骨折為病理基礎(chǔ)的。 正常的股骨頭頸處的應(yīng)力集中部位在小轉(zhuǎn)子上方及股骨矩處，從股骨頭至股骨矩方向上的主壓力以骨小梁為主要承重結(jié)構(gòu)。髓芯減壓后，在股骨頸內(nèi)形成的通道，造成正常的股骨頸結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致骨小梁調(diào)整，加壓時(shí)應(yīng)力主要集中在股骨大轉(zhuǎn)子下，同時(shí)3處的應(yīng)變分布并不均勻。而置入鈦棒后，鈦棒自身具有一定的力學(xué)強(qiáng)度, 置入不僅填充了髓芯減壓后的骨缺損，而且鈦棒與骨有相近的彈性模量相當(dāng)，故在股骨頭內(nèi)有相近的應(yīng)力和應(yīng)變模式，與受區(qū)一起，共同承擔(dān)載荷，加壓時(shí)應(yīng)變?nèi)灾饕杏诠晒谴筠D(zhuǎn)子下，但三處應(yīng)變分布較髓芯減壓組更為接近，說明應(yīng)力分布更為均勻，雖然沒有完全恢復(fù)至正常的生物力學(xué)特點(diǎn)，但更趨于正常。其次，當(dāng)加壓至股骨頭塌陷時(shí)，3組的最大載荷值從小到大依次為髓芯加壓組(B組)、正常組(A組)、髓芯加壓+空芯鈦棒置入組(C組)，A、C組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，A、B組之間及B、C組之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這說明髓芯減壓后由于股骨頸正常的結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致生物力學(xué)特點(diǎn)發(fā)生變化，股骨頭抗壓能力減弱；而置入空芯鈦棒后，股骨頭抗壓的能力增強(qiáng)，并趨于正常，說明空芯鈦棒具有良好的支撐作用，可有效防止股骨頭塌陷。

本研究回顧性分析采用髓芯減壓+植骨+空芯鈦棒置入的方法治療ONFH Ⅱ期的患者(74髖)，進(jìn)行X線分期變化對(duì)比，ⅡA期效果最好，ⅡB期5例和ⅡC期6例加重(均為皮質(zhì)激素類股骨頭壞死)。說明此類手術(shù)方法對(duì)ONFH Ⅱ期療效肯定，但皮質(zhì)激素類股骨頭壞死有局部塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，這可能與皮質(zhì)激素類股骨頭壞死骨髓組織中血管內(nèi)皮生長因子減少有關(guān)，通過抑制骨細(xì)胞合成骨形態(tài)發(fā)生蛋白，從而抑制骨髓基質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化，皮質(zhì)激素類股骨頭壞死成骨能力弱；手術(shù)治療后這種抑制成骨的作用仍存在，進(jìn)而導(dǎo)致骨量丟失、病情進(jìn)展。因此，對(duì)于皮質(zhì)激素類股骨頭壞死，臨床中應(yīng)謹(jǐn)慎選擇此類手術(shù)方法。

本實(shí)驗(yàn)研究的空芯鈦棒植入后，股骨頭受壓時(shí)的應(yīng)力分布、承載負(fù)荷均更接近正常，有助于減壓后股骨頭頸處生物力學(xué)性能的恢復(fù)，對(duì)髓芯減壓后股骨頭塌陷有較好的支撐作用，這為臨床治療早期ONFH，提供了新的思路，值得臨床深入研究和推廣。

本實(shí)驗(yàn)樣本量較少、實(shí)驗(yàn)操作過程中可能存在失誤，且模擬正常人站立時(shí)股骨頭承受壓力的情況并未考慮股骨頭周圍軟組織的影響，有待今后進(jìn)一步研究。