·研究快报·

骨动态形变定律

陈 伟,侯志勇,吕红芝,蔚建鲁,王 娟,叶丹丹,张英泽*

(河北医科大学第三医院创伤急救中心,河北省骨科研究所,河北省骨科生物力学重点实验室,河北 石家庄 050051)

[摘要] 人体骨骼是动态变化的。无论在骨骼发育成熟的过程中,还是在成人骨骼成熟后,骨骼形态(径线、曲度等)均会在应力作用下发生相应的改变,这种改变具有一定的规律性,称为张氏骨动态形变定律。本团队对人体各部位骨骼动态形变进行了系统研究,不仅阐述了各部位骨骼动态形变规律,而且发现骨骼动态形变与骨骼肌肉系统退行性疾病密切相关。骨骼动态形变是骨骼肌肉系统退行性疾病发生发展的重要标志,并且具有选择最佳治疗方案的价值。

[关键词] 骨骼;动态形变;退行性疾病

人体骨骼是动态变化的。自胚胎第7周以后,骨骼开始形成,不断发育,直至青春期骨骼发育成熟为止[1]。这段时间内,人体的骨质量、骨密度、骨形态(径线、曲度等)、骨硬度和骨强度等特性在不断发生变化[2-3]。自胚胎至青春期骨未成熟前的骨动态形变研究较多,人体不同部位骨骼的动态形变规律已经基本明确。如股骨颈前倾角在胚胎及婴幼儿期约为40 °,而后随年龄增加而减小,直至骨骼成熟后稳定在15 °左右[2];股骨颈干角在婴幼儿期约为150 °,而后逐年减小,至青春期骨骼成熟后颈干角约120 °[3]

骨骼发育成熟后骨形态、骨硬度和骨质量等是不是一成不变呢?经本团队长期临床观察和系列影像学研究,发现即使青春期骨骼成熟之后,仍然会因压应力或牵张应力等作用而发生动态形变,这种改变是终生的、并具有一定的规律性。这种规律性及其临床应用价值,首先由张英泽教授发现并系统研究,称之为张氏骨动态形变定律。张氏骨动态形变定律是指人体具有活性的正常骨骼,在受到各种应力的持续作用,不断发生相应的形态改变;根据应力的大小、作用方式、部位以及整体和局部骨质量的不同,其产生的形变及速率均不相同。经检索国内外文献,成人各部位骨骼动态形变的相关研究未见报道。

在前期临床观察的基础上,本团队系统测量了四肢长骨、脊柱、骨盆髋臼、足踝等部位骨骼成人动态形变,明确了其变化规律。本团队率先提出了经股骨颈CT重建结合三角函数运算的测量法,更精确地测量股骨颈前倾角。纳入了55例患者,进行CT扫描和三维重建,让2名骨科医师在2周的间隔期限分别重复测量,经统计学分析发现应用CT测量股骨颈前倾角具有良好的可重复性(组间差异ICC值为0.982,组内差异ICC值为0.961)[4]。本团队使用该方法对140例患者进行髋部解剖参数(股骨颈干角、前倾角及髋臼前倾角)的测量,同时对患者的年龄、身高、体重等数据进行多元线性回归分析和Pearson相关性分析,结果显示股骨颈前倾角及颈干角会随年龄增加而变小,髋臼前倾角会随年龄增加而增加[5]。本团队纳入了我院不同年龄段560例成人标准下肢负重正位全长片,测量了胫骨近端内侧角、胫骨平台沉降值[6]、胫骨曲度和腓骨曲度等指标,经统计学分析显示,随年龄增长胫骨内侧平台沉降和膝内翻逐渐加重,腓骨近段的弯曲度随之逐渐增大。此外,本团队回顾性分析了骨质疏松及非骨质疏松患者胸腰段CT图像,统计学分析显示,随年龄增长骨质疏松发生,人体脊柱力线结构发生改变,腰椎前后缘比值减小,椎弓根角度变小。这些生理结构的改变可能是为了平衡骨质疏松过程中差异性沉降导致的力学改变。

骨骼动态形变定律有巨大临床应用价值。中老年骨骼肌肉系统退行性疾病即与骨骼动态形变密切相关。骨动态形变是骨骼系统退行性变发生发展的重要标志,也是选择最佳治疗方案的重要参考,如对于腓骨近端存在明显弯曲的内翻型骨性关节炎患者,行腓骨近端高位截骨可以取得良好的治疗效果[7-8]。此外,对骨骼动态形变规律的掌握,也为骨折的精准治疗提供了重要数据。根据本团队研究成果,在股骨颈骨折、股骨粗隆骨折、髋臼骨折等需植入内固定物固定骨折时,应考虑股骨颈和髋臼前倾角,这样才能更加安全精准地植入内固定物。以动态形变规律为中心的骨骼动态形变学具有重大的应用价值,本团队正在开展系统深入研究,并将研究成果应用于骨骼系统疾病和损伤的诊治。

[参考文献]

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Law of dynamic deformation of bone

CHEN Wei,HOU Zhi-yong,LYU Hong-zhi,WEI Jian-lu,WANG Juan,YE Dan-dan,ZHANG Ying-ze*

[Abstract] The bone in living body are dynamically changing. The shape of bone,such as diameter,length,curve and so on,can be changed accordingly under stress. This kind of change of shape are regular,which is named as Zhang′s law of dynamic deformation of bone. Our team has conducted a series of studies on the dynamic deformation of bone. Based upon these studies,the laws of dynamic deformation of each bone has been described,and the dynamic deformation of bone has also been found to be highly correlated with degenerative disease. The dynamic deformation of bone is an important sign of the development of degenerative disease,which plays an important role in the selection of best treatment algorithm.

[Key words] skeleton; dynamic deformation; degenerative disease

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2019.01.029

[中图分类号]R336

[文献标志码]B

[文章编号]1007-3205(2019)01-0115-02

[收稿日期]2018-12-05;

[修回日期]2018-12-12

[作者简介]陈伟(1981-),男,河北河间人,河北医科大学第三医院主任医师,医学博士,从事创伤骨科疾病诊治研究。

*通信作者。E-mail:dryzzhang@126.com

(本文编辑:赵丽洁)