髖部骨折老年患者Singh指數(shù)與股骨近端幾何結(jié)構(gòu)及承重區(qū)生物力學(xué)的關(guān)系

徐霄，閆凱欣，張浩沙強(qiáng)，王志剛，李坤

1.新疆醫(yī)科大學(xué)研究生院，新疆烏魯木齊830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院骨科中心關(guān)節(jié)與運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)病區(qū)，新疆烏魯木齊830000；3.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)中心，新疆烏魯木齊830000

前言

髖部骨折為骨科常見病、多發(fā)病，包括股骨粗隆間骨折、股骨粗隆下骨折、股骨頸骨折等。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)髖部骨折多見于老年人群［1］。隨著人口老齡化進(jìn)展，其發(fā)生率呈日益上升趨勢(shì)。臨床針對(duì)該病多采用手術(shù)方法治療，但因術(shù)前缺乏評(píng)估骨質(zhì)量的客觀指標(biāo)，導(dǎo)致部分患者出現(xiàn)內(nèi)固定術(shù)失敗。有研究報(bào)道股骨近端幾何結(jié)構(gòu)會(huì)隨著Singh 指數(shù)的降低而發(fā)生異常改變［2］，也有研究報(bào)道Singh 指數(shù)與股骨近端承重區(qū)生物力學(xué)具有密切聯(lián)系［3］。但目前關(guān)于Singh 指數(shù)與股骨近端幾何結(jié)構(gòu)及承重區(qū)生物力學(xué)關(guān)系的研究報(bào)道相對(duì)較少。本研究選取82例髖部骨折老年患者與41例既往存在閉合性髖部骨折史青壯年者，接受髖部手術(shù)治療的臨床資料進(jìn)行回顧性分析，旨在探討髖部骨折老年患者Singh 指數(shù)與股骨近端幾何結(jié)構(gòu)及承重區(qū)生物力學(xué)的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2018年6月至2021年8月診治的82例髖部骨折老年患者與41例既往存在閉合性髖部骨折史青壯年者的臨床資料，其中髖部骨折老年患者設(shè)立為觀察組，既往存在骨折史青壯年者設(shè)立為對(duì)照組。觀察組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡60～90 歲；（2）創(chuàng)傷機(jī)制由低能量性摔傷所致；（3）閉合性新鮮髖部骨折；（4）于骨折后48 h 內(nèi)就診。對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡20～45 歲；（2）既往存在閉合性髖部骨折史；（3）認(rèn)知功能正常；（4）創(chuàng)傷機(jī)制由墜落傷或車禍所致。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）患有嚴(yán)重精神性疾??；（2）合并惡性腫瘤等疾病；（3）伴有心功能不全、凝血功能障礙等疾病。兩組性別、體質(zhì)量指數(shù)（BMI）等一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05,表1）。

表1 兩組患者一般資料比較Table 1 Comparison of general data between two groups

1.2 方法

設(shè)計(jì)統(tǒng)一的病例調(diào)查表，由專業(yè)醫(yī)師收集髖部骨折老年患者與既往存在骨折史青壯年者的臨床資料，包括性別、年齡、BMI、高血壓史、糖尿病史、吸煙史、飲酒史、Singh 指數(shù)分級(jí)、股骨頸軸長（Femoral Neck Axis Length,FNAL）、頸干角（Femoral Neck An‐gle,FNA）、頸長（Neck Length,NL）、內(nèi)側(cè)偏距（Medi‐al Offset, MO）、骨極限應(yīng)力、彈性模量等。Singh 指數(shù)分級(jí)評(píng)估：和高年資影像學(xué)醫(yī)師共同根據(jù)受試者健側(cè)股骨上端X 線圖像（圖1）進(jìn)行測(cè)評(píng)，Ⅵ級(jí)表示股骨頸張力和壓力骨小梁完整，Ⅴ級(jí)表示股骨頸次級(jí)張力骨小梁消失，次級(jí)壓力骨小梁密度減低，Ⅳ級(jí)表示在Ⅴ級(jí)基礎(chǔ)上出現(xiàn)次級(jí)壓力骨小梁消失和主張力骨小梁部分消失，Ⅲ級(jí)表示在Ⅳ級(jí)基礎(chǔ)上出現(xiàn)主張力骨小梁密度減低和中斷，Ⅱ級(jí)表示在Ⅲ級(jí)基礎(chǔ)上出現(xiàn)主張力骨小梁消失，主壓力骨小梁密度降低和中斷，Ⅰ級(jí)表示僅殘留部分主壓力骨小梁，Singh 指數(shù)≤Ⅳ級(jí)視為骨質(zhì)疏松，儀器為西門子YSIO雙板。

圖1 髖部骨折影像表現(xiàn)分析Figure 1 Analysis of imaging manifestations of hip fracture

股骨近端幾何結(jié)構(gòu)測(cè)量：采用美國GE 公司的DPX-NT 型和MEDILINK 公司Qsteocore 3 型雙能X線骨密度儀測(cè)量，測(cè)量部位為股骨近端，均測(cè)量健側(cè)，將受試者雙足固定于配套的專用固定裝置上，內(nèi)旋15°～20°，測(cè)量FNAL、FNA、NL，計(jì)算MO，即為股骨頭圓心至股骨縱軸的距離。生物力學(xué)測(cè)量：術(shù)中對(duì)股骨頭組織標(biāo)本，利用中空取樣器在其承重區(qū)10 mm×10 mm×15 mm 的部分骨組織，采用微機(jī)全數(shù)字電子萬能試驗(yàn)機(jī)（雙臂型）對(duì)受試者留取樣本行縱向力學(xué)壓縮試驗(yàn)，參數(shù)：加載速度0.8 mm/min，最大加載壓力3 000 N，將試驗(yàn)結(jié)果通過感應(yīng)器傳送至相應(yīng)計(jì)算機(jī)中完成，計(jì)算骨極限應(yīng)力、彈性模量，其中骨應(yīng)力為骨標(biāo)本單位面積上承受的載荷值，彈性模量為骨標(biāo)本的內(nèi)在硬度，即骨極限應(yīng)力=載荷/受力面積，彈性模量=應(yīng)力/應(yīng)變。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 評(píng)估兩組Singh指數(shù)分級(jí)

1.3.2 評(píng)估兩組股骨近端幾何結(jié)構(gòu)指標(biāo)（FNA、FNAL、MO、NL）和承重區(qū)生物力學(xué)指標(biāo)（骨極限應(yīng)力、彈性模量）

1.3.3 分析Singh 指數(shù)與股骨近端幾何結(jié)構(gòu)指標(biāo)、承重區(qū)生物力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS22.0 軟件分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用率表示，行χ2/Z檢驗(yàn)；Singh指數(shù)與股骨近端幾何結(jié)構(gòu)、承重區(qū)生物力學(xué)的相關(guān)性采用分層回歸模型分析；P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 Singh指數(shù)比較

觀察組Singh指數(shù)分級(jí)中Ⅱ、Ⅲ級(jí)占比高于對(duì)照組，而Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)占比低于對(duì)照組（P<0.05）；觀察組的Singh指數(shù)低于對(duì)照組（P<0.05）。見表2。

表2 兩組患者Singh指數(shù)比較Table 2 Comparison of Singh index between two groups

2.2 股骨近端幾何結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較

觀察組的FNA 低于對(duì)照組，而FNAL、MO、NL高于對(duì)照組（P<0.05），見表3。

表3 兩組患者股骨近端幾何結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較Table 3 Comparison of the geometric structure indexes of the proximal femur between two groups

2.3 承重區(qū)生物力學(xué)指標(biāo)比較

觀察組的骨極限應(yīng)力、彈性模量低于對(duì)照組（P<0.05, 表4）。

表4 兩組患者承重區(qū)生物力學(xué)指標(biāo)比較Table 4 Comparison of the biomechanical indexes of the load-bearing area between two groups

2.4 分層回歸分析

針對(duì)模型1，將“FNA、FNAL、MO、NL”作為自變量，將“Singh指數(shù)”作為因變量進(jìn)行線性回歸分析，得出FNA、FNAL、MO、NL 可對(duì)Singh 指數(shù)產(chǎn)生39.4%變化，意味著FNA、FNAL、MO、NL 中至少一項(xiàng)會(huì)對(duì)Singh 指數(shù)產(chǎn)生影響關(guān)系（F=19.209,P<0.05），其中，F(xiàn)NA會(huì)對(duì)Singh指數(shù)產(chǎn)生顯著的正向影響關(guān)系（t=8.077,P=0.000），F(xiàn)NAL 會(huì)對(duì)Singh 指數(shù)產(chǎn)生顯著的負(fù)向影響關(guān)系（t=-2.484,P=0.014）。而MO、NL 并不會(huì)對(duì)Singh 指數(shù)產(chǎn)生影響關(guān)系（P>0.05）。針對(duì)模型2，其在模型1的基礎(chǔ)上加入“骨極限應(yīng)力、彈性模量”后，F(xiàn)值變化呈現(xiàn)出顯著性（P<0.05），R方值由0.394 上升到0.593，得出骨極限應(yīng)力、彈性模量可對(duì)Singh 指數(shù)產(chǎn)生19.9%的解釋力度，其中，骨極限應(yīng)力、彈性模量會(huì)對(duì)Singh指數(shù)產(chǎn)生顯著的正向影響關(guān)系（t=4.106/2.874,P=0.000）。

3 討論

針對(duì)老年人創(chuàng)傷機(jī)制分析，發(fā)現(xiàn)髖部骨折的發(fā)生與兩方面有關(guān)：一方面是外因，如老年人隨著年齡增大，機(jī)體功能發(fā)生退行性改變，如反應(yīng)靈敏度降低、運(yùn)動(dòng)量減少、肌力下降等，均會(huì)使老年人行走不穩(wěn)，易于跌倒［4］；另一方面是內(nèi)因，老年人群大多伴有骨質(zhì)疏松，受其影響，股骨頸逐漸出現(xiàn)退行性改變，如皮質(zhì)骨薄而脆、骨小梁稀疏、張力骨小梁及壓力骨小梁減少，均會(huì)使髖部不能承受較大的應(yīng)力和形變［5］；若是在此時(shí)遭受輕微外力，骨折即可發(fā)生。目前手術(shù)是治療髖部骨折的首選方案，如全髖關(guān)節(jié)置換、動(dòng)力髖螺釘、股骨近端髓內(nèi)釘、空心螺釘?shù)葍?nèi)固定。但經(jīng)臨床實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，部分患者可出現(xiàn)內(nèi)固定術(shù)失敗等情況，究其原因可能與骨折部位的骨質(zhì)疏松情況較為嚴(yán)重有關(guān)，繼而影響內(nèi)固定療效［6-7］。

目前臨床上對(duì)于直接測(cè)量骨質(zhì)量存在一定困難，如承重區(qū)生物力學(xué)指標(biāo)測(cè)量，需留取受試者股骨頭承重區(qū)的松質(zhì)骨柱樣本，采用微機(jī)全數(shù)字電子萬能試驗(yàn)機(jī)（雙臂型）對(duì)樣本行縱向力學(xué)壓縮試驗(yàn)后根據(jù)公式計(jì)算骨極限應(yīng)力、彈性模量［8-9］。其中，骨應(yīng)力是指骨標(biāo)本單位面積上承受的載荷值，而彈性模量則是指骨標(biāo)本的內(nèi)在硬度，通過對(duì)上述兩項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算，反映骨組織結(jié)構(gòu)生物力學(xué)［10］。盡管能準(zhǔn)確評(píng)估股骨近端骨小梁生物力學(xué)特征，但無法滿足術(shù)前評(píng)估的需求。因此常利用間接方法預(yù)測(cè)骨質(zhì)量，如Singh 指數(shù)，是一種通過X 線平片判斷股骨近端丟失情況的半定量形態(tài)學(xué)指標(biāo)，主要是依據(jù)骨小梁消失順序及程度將股骨近端骨小梁變化進(jìn)行分級(jí)，并因其具有較好的重復(fù)性、較低的誤差率，廣泛用于骨質(zhì)量評(píng)估中［11-12］。同時(shí)也是診斷骨質(zhì)疏松的輔助手段之一，即以Singh 指數(shù)≤Ⅳ級(jí)表示骨質(zhì)疏松。針對(duì)該指數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)Singh 指數(shù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)張力骨小梁、壓力骨小梁及大粗隆骨小梁的分布、骨吸收程度而決定，即其分級(jí)越高代表患者骨小梁數(shù)量、骨小梁厚度及骨小梁連接性越好［13-15］。

本研究結(jié)果顯示觀察組的Singh 指數(shù)低于對(duì)照組，且其分級(jí)多見于Ⅱ、Ⅲ級(jí)，而對(duì)照組多見于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)，說明觀察組患者存在骨質(zhì)疏松，在輕微外力作用下能造成髖部骨折。另外，在承重區(qū)生物力學(xué)比較中，也可見觀察組的骨極限應(yīng)力、彈性模量低于對(duì)照組，故推測(cè)觀察組患者受骨質(zhì)疏松影響，其髖部骨折區(qū)張力側(cè)骨小梁微結(jié)構(gòu)破壞明顯，從而引起股骨頸外側(cè)區(qū)域力學(xué)性能降低［16-18］。針對(duì)Singh指數(shù)與承重區(qū)生物力學(xué)分析，本研究發(fā)現(xiàn)兩者之間具有密切聯(lián)系。據(jù)曹向宇等［20］報(bào)道Singh 指數(shù)能較好地反映股骨近端生物力學(xué)情況，即認(rèn)為骨極限應(yīng)力、彈性模量會(huì)隨著Singh 指數(shù)增加而增高。為了進(jìn)一步論證上述兩者的關(guān)系，本研究將其納入分層回歸模型中，研究結(jié)果顯示骨極限應(yīng)力、彈性模量會(huì)對(duì)Singh 指數(shù)產(chǎn)生顯著的正向影響關(guān)系，證實(shí)了上述說法的可靠性。此外，在股骨近端幾何結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較中，發(fā)現(xiàn)觀察組的FNA 更低，而FNAL、MO、NL 更高，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)可能也與患者合并骨質(zhì)疏松有關(guān)，在其影響下導(dǎo)致患者的股骨近端結(jié)構(gòu)發(fā)生改變［21-23］。因此本研究認(rèn)為Singh 指數(shù)可能為反映患者的股骨近端骨骼幾何解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)提供參考。為了驗(yàn)證上述推測(cè)的可靠性，將FNA、FNAL、MO、NL與Singh指數(shù)納入分層回歸模型中，結(jié)果顯示FNA 會(huì)對(duì)Singh指數(shù)產(chǎn)生顯著的正向影響關(guān)系，而MO、NL 并不會(huì)對(duì)Singh 指數(shù)產(chǎn)生影響關(guān)系，說明Singh 指數(shù)與股骨近端骨骼幾何解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)具有一定聯(lián)系，但不能代替FNAL、MO、NL對(duì)股骨近端幾何結(jié)構(gòu)的評(píng)估［24-26］。

綜上所述，髖部骨折老年患者Singh 指數(shù)與股骨近端幾何結(jié)構(gòu)及承重區(qū)生物力學(xué)具有密切關(guān)系，Singh指數(shù)的降低會(huì)嚴(yán)重影響患者的股骨近端幾何結(jié)構(gòu)及承重區(qū)生物力學(xué)。