膝内外翻畸形时髋臼负重顶区的生物力学变化

doi:R318

中国组织工程研究 ›› 2013, Vol. 17 ›› Issue (17): 3109-3116.doi: R318

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 上一篇下一篇

膝内外翻畸形时髋臼负重顶区的生物力学变化

汤敏生¹，白波²，谢诗涓³，龙浩⁴，刘琦²，陈艺²

1广州医学院荔湾医院骨科，广东省广州市 510170
2广州医学院第一附属医院骨科，广东省广州市 510120

3湖南怀化市第一人民医院骨科，湖南省怀化市 418000
4广州医学院第四附属医院骨科，广东省广州市 510182

收稿日期:2012-12-31 修回日期:2013-03-05 出版日期:2013-04-23 发布日期:2013-04-23
通讯作者: 白波，主任医师，教授，博士生导师，广州医学院第一附属医院骨科，广东省广州市 510120 drbobai@yahoo.com
作者简介:汤敏生★，男，广州医学院毕业，硕士，副主任医师，主要从事关节外科、生物力学与材料方面的研究。 tom239@163.com
基金资助:
广东省卫生厅立项(A2011526)

Biomechanical changes in the acetabular dome region to knee joint varus and valgus

Tang Min-sheng¹, Bai Bo², Xie Shi-juan³, Long Hao⁴, Liu Qi², Chen Yi²

1 Department of Orthopedics, Liwan Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou 510170, Guangdong Province, China
2 Department of Orthopedics, The First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou 510120, Guangdong Province, China

3 Department of Orthopedics, First People’s Hospital of Huaihua, Huaihua 418000, Hunan Province, China
4 Department of Orthopedics, the Fourth Affiliated Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou 510182, Guangdong Province, China

Received:2012-12-31 Revised:2013-03-05 Online:2013-04-23 Published:2013-04-23
Contact: Bai Bo, Chief physician, Professor, Department of Orthopedics, The First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou 510120, Guangdong Province, China drbobai@yahoo.com
About author:Tang Min-sheng★, Maser, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Liwan Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou 510170, Guangdong Province, China tom239@163.com

摘要/Abstract

摘要：

背景：膝内、外翻畸形改变了膝关节的形态，除影响膝关节的功能外，还可能改变相邻关节髋关节的生物力学行为，也就是髋臼与股骨头之间的力学传导。
目的：评价不同程度膝内、外翻畸形对髋臼负重顶区的生物力学影响。
方法：取成年男性鲜尸体下肢标本3个，剔除附着的肌肉组织，保留骨膜、韧带及关节囊，通过胫骨高位截骨模拟不同程度的膝内外翻畸形。标本分为中立位组、膝内翻10°组、膝内翻20°组、膝外翻10°组和膝外翻20°组。实验中骨盆的位置选择单足站立中立位。标本通过生物力学试验机加载至50 kg，采用压敏片技术测量髋臼顶负重区的负重面积、平均应力及峰值应力。
结果与结论：髋臼顶区中立位时股胫关节面负重面积为(6.33±0.12) cm²，平均应力(3.62±0.33) MPa，峰值应力为(4.58±0.20) MPa。当膝内、外翻达10°时，髋臼顶区负重面积减少，平均应力及峰值应力有明显的增加，但差异无显著性意义(P > 0.05)；当膝内、外翻达20°时髋臼负重面积显著减少，平均应力峰值及应力显著增加，差异有非常显著性意义(P < 0.01)。结果提示：随膝内、外翻畸形程度的不同，髋臼负重顶区的负重面积、峰值应力及平均应力也发生变化，当膝内、外翻达20°时，负重面积显著减少，平均应力峰值及应力显著增加，这可能是膝内外翻畸形造成髋骨关节炎的病因之一。因此临床上应重视对膝骨关节炎内、外翻畸形患者的早期干预。

关键词: 骨关节植入物, 骨与关节生物力学, 膝内翻, 膝外翻, 髋臼负重顶区, 关节软骨, 负重面积, 生物力学, 应力, 省级基金

Abstract:

BACKGROUND: Knee joint varus and valgus can change the morphology of the knee joint, influence the function of the knee joint and can change the biomechanical behavior of adjacent articular hip which is the mechanics conduction between the acetabulum and femoral head.
OBJECTIVE: To investigate the effect of different varus and valgus angle on the biomechanics of acetabular dome region.
METHODS: Three lower limb specimens were collected from adult male fresh cadaver. All muscles and connective tissues were dissected while hip and knee periosteum, joint capsules and ligaments were preserved. The high tibial osteotomy was operated to simulate different degrees of knee varus and valgus. The specimens were divided into neutral position group, knee varus 10° group, knee varus 20° group, knee valgus 20° group and knee valgus 10° group. During the experiment, the pelves were in the single-leg standing neutral position. The specimens were loaded with 50 kg by biomechanical testing machine. The loading area, mean stress, and the peak stress in the acetabular dome region were measured with pressure sensitive film system.
RESULTS AND CONCLUSION: The loading area of tibiofemoral articular surface in the acetabular dome region under the neutral position was (6.33±0.12) cm², the mean stress was (3.62±0.33) MPa and the peak stress was (4.58±0.20) MPa. When the knee joint varus and valgus for 10°, the loading area in the acetabular dome region was decreased, while the mean stress and peak stress were significantly increased, but the difference between varus and valgus 10° was no significant (P > 0.05); when the knee joint varus and valgus for 20°, loading area in the acetabular dome region was significantly decreased, while the mean stress and peak stress were significantly increased, and there was significant difference between varus and valgus 20° (P < 0.01). The loading area, mean stress and the peak stress distribution in hip dome region were changed with the tendency of knee varus and valgus increasing. When the knee joint varus and valgus for 20°, the loading area in the acetabular dome region was significantly decreased, while the mean stress and peak stress were significantly increased, this may be one of the factors of hip osteoarthritis caused by knee varus and valgus. Therefore, we should pay attention on the early intervention to the patients with knee osteoarthritis varus and valgus deformity in clinic.

Key words: bone and joint implants, biomechanics of bone and joint, knee varus, knee valgus, acetabular dome region, arthrodial cartilages, loading area, biomechanics, stress, provincial grants-supported paper

中图分类号:

10.3969/j.issn.2095-4344.2013.17.010

汤敏生，白波，谢诗涓，龙浩，刘琦，陈艺. 膝内外翻畸形时髋臼负重顶区的生物力学变化[J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(17): 3109-3116.

Tang Min-sheng, Bai Bo, Xie Shi-juan, Long Hao, Liu Qi, Chen Yi. Biomechanical changes in the acetabular dome region to knee joint varus and valgus[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(17): 3109-3116.

图/表（结果） 4

参考文献

[1] Bay BK, Hamel AJ, Olson SA,et al.Statically equivalent load and support conditions produce different hip joint contact pressures and periacetabular strains.J Biomech. 1997;30(2): 193-196.

[2] Sparks DR, Beason DP, Etheridge BS, et al.Contact pressures in the flexed hip joint during lateral trochanteric loading.J Orthop Res. 2005;23(2):359-366.

[3] Tannast M, Siebenrock KA.Operative treatment of T-type fractures of the acetabulum via surgical hip dislocation or Stoppa approach.Oper Orthop Traumatol. 2009;21(3): 251-269.

[4] Wang YC.Beijing:Renmin Weisheng Chubanshe. 1999:334.王亦璁. 膝关节外科基础和临床[M].北京:人民卫生出版社. 1999:334.

[5] Lv HS,Sun TZ,Liu ZH.Zhongguo Guzhi Shusong Zazhi.2004; 10(1):7-22.吕厚山, 孙铁铮,刘忠厚. 骨关节炎的诊治与研究进展[J].中国骨质疏松杂志,2004,10(1):7-22.

[6] Wang F,Zhang Q.Hebei Yiyao.2006; 28(2):83-85.王飞,张奇.胫骨高位截骨对膝关节接触应力影响的生物力学研究[J].河北医药,2006,28(2):83-85.

[7] Wang T,Wang KZ,Wang L,et al.Guangdong Yixue.2010; 31(8): 1038-1040.王涛,王坤正,王磊,等.膝内翻外翻与膝骨性关节炎发生和发展的关系[J].广东医学,2010,31(8):1038-1040.

[8] Matta JM, Ferguson TA.Total hip replacement after acetabular fracture.Orthopedics. 2005;28(9):959-960.

[9] Gu DY,Dai KR,Wang Y,et al.Shengwu Yixue Gongchengxue Zazhi.2003; 20(4):618-621.顾冬云,戴尅戎,王友,等.髋臼骨关节面形态特征的研究[J].生物医学工程学杂志,2003,20(4):618-621.

[10] Dong JD,Wang Y,Zhu ZA,et al.Zhonghua Waike Zahzi.2005; 55(24):1583-1586.董建东,王友,朱振安,等.成人髋臼骨计算机三维重建及形态学测量[J].中华外科杂志,2005,55(24):1583-1586.

[11] Menschik F.The hip joint as a conchoid shape.J Biomech. 1997;30(9):971-973.

[12] Jiang Y, Jose G. Finite element modeling of in vivo knee joint contact under axial loading. http://www.me.rochester.edu/jiyao/preors2003.pdf [pubmed]

[13] Olson SA, Bay BK, Pollak AN,et al.The effect of variable size posterior wall acetabular fractures on contact characteristics of the hip joint.J Orthop Trauma. 1996;10(6):395-402.

[14] Olson SA, Kadrmas MW, Hernandez JD,et al.Augmentation of posterior wall acetabular fracture fixation using calcium-phosphate cement: a biomechanical analysis.J Orthop Trauma. 2007;21(9):608-616.

[15] Olson SA, Bay BK, Chapman MW,et al.Biomechanical consequences of fracture and repair of the posterior wall of the acetabulum.J Bone Joint Surg Am. 1995;77(8):1184-1192.

[16] Zhang MC,Liao JM,Li M,et al.Diyi Junyi Daxue Xuebao.2004; 21(7):756-757.张美超,廖进民,李敏,等.激光三维扫描系统重建下颌骨[J].第一军医大学学报,2004,21(7):756-757.

[17] Fan JH,Li JY,Liu C,et al.Jiupouxue Zazhi.2006; 29(4): 452-452,483.樊继宏,李鉴轶,刘畅, 等.用激光扫描三维重建骨的图像[J].解剖学杂志,2006,29(4):452-452,483.

[18] von Eisenhart-Rothe R, Witte H, Steinlechner M,et al.Quantitative determination of pressure distribution in the hip joint during the gait cycle.Unfallchirurg. 1999;102(8): 625-631.

[19] Raimondi MT, Santambrogio C, Pietrabissa R, et al.Improved mathematical model of the wear of the cup articular surface in hip joint prostheses and comparison with retrieved components.Proc Inst Mech Eng H. 2001;215(4):377-391.

[20] Wang XS,Duan YX,Ma J,et al.Qingdao Li Gong Daxue Xuebao.2006; 27(6):8-12.王西十,段以详,马健, 等.一个评估髋关节生物力学属性的三维静力模型[J].青岛理工大学学报,2006,27(6):8-12.

[21] A L,ji SJ,Fan CF.Zhonghua Xiaoeer Waike Zazhi.2000; 20(6): 327-330.阿良,吉士俊,范慈方.有限元分析先天性髋关节半脱位及髋臼发育不良的应力变化[J].中华小儿外科杂志,2000,20(6):327-330.

[22] Shan SG,Wang LP,Zhang JB,et al.Zhongguo Linchuang Jiepouxue Zazhi.2007; 25(6):650-655.单石官,王连鹏,张金波,等.股胫关节面的形态与扣锁机制的解剖学基础[J].中国临床解剖学杂志,2007,25(6):650-655.

[23] Domazet N, Starovi? D, Nedeljkovi? R.Biomechanical significance of the acetabular roof and its reaction to mechanical injury.Srp Arh Celok Lek. 1999;127(11-12): 359-364.

[24] Matta JM, Anderson LM, Epstein HC,et al.Fractures of the acetabulum. A retrospective analysis.Clin Orthop Relat Res. 1986;(205):230-240.

[25] Kummer B.The clinical relevance of biomechanical analysis of the hip area.Z Orthop Ihre Grenzgeb. 1991;129(4):285-294.

[26] Ma CX,Liu GL,Fang LG,et al.Zhonghua Xiaoer Waike Zazhi. 1986; 7(1):31-33.马承宣,刘贵林,房论光,等.儿童髋关节表面应力分布状态及与髋臼指数的关系[J].中华小儿外科杂志,1986,7(1):31-33.

[27] Soames RW. Biomechanics of the Locomotor Apparatus. Contributions on the Functional Anatomy of the Locomotor Apparatus.J Anat. 1982; 135(Pt 2): 442-443.

引言

材料方法

设计：生物力学体外实验。

时间及地点：实验于2010年在南方医科大学生物力学实验室完成。

材料：

实验标本：取成年男性(年龄23-40岁，平均35.6岁)鲜尸体下肢标本3个，含L₅椎体的骨盆、双侧髋、膝关节及小腿中下段，共6个连体的髋、膝关节。大体观察及 X射线摄片无肿瘤及解剖学变异，确保股胫角在170°，颈干角在130°，股胫关节面光滑，无骨质疏松。仔细剔除附着的肌肉组织，保留骨膜、韧带及关节囊。标本来源于南方医科大学解剖教研室，供者家属知情同意。

膝内外翻畸形时髋臼负重顶区生物力学变化实验用仪器：

Main instruments used in the experiment:

方法：

实验平台构建：见图1。

将L₅椎体上面的椎间盘剔除，长螺钉交叉钻入腰骶椎及胫腓骨中下段内，用调配好的自凝型牙托粉浇筑1个负重及2个支撑平台，该平台面在骨盆站立中立位时与地面平行。于宝塔形负重平台中央钻一直径2.6 cm，深8 cm的管道，然后插入直径2.5 cm的实心不锈钢管，以蝴蝶型基座钻孔螺丝加压固定于负重平台上，再于距蝴蝶型基座上方20 cm及25 cm钢管处分别紧固2个同规格的蝴蝶型基座以备加压用。然后放于自制带防侧倾生物力学实验机上，双小腿支撑平台则固定于能进行角度调整的摆动钳具上。

实验操作：参考文献[11]所述，单足静止站立时，承载侧髋关节支撑体质量的5/6，以成人体质量为60 kg计算，实验时将骨盆及夹具放在自制带防侧倾功能的生物力学实验机的平台上，通过钢管蝴蝶基座垂直加载加压加载50 kg。加压前在髂骨翼上钻2个孔，经孔穿入钢丝绑扎于生物力学机四周钢柱上以防加压时骨盆旋转。

加载前将髋关节囊去除，操作时注意保留髋臼盂唇的完整，先测量股骨头直径，然后利用同心圆计算公式画成12等份，再分别剪成模板，试放修整模板至最佳(侧重于髋臼负重区对应的股骨头上方无缝对接)，然后参照模板剪压敏片，分别标记成12等份，剪好的压敏片分装备用。

测试时将股骨头套一防潮乳胶套，以防压敏片受潮。将压敏片A片及压敏片C片分别依编号对齐，标记等份1号始终放于股骨头最上方，然后小心贴于股骨头上，以橡皮筋紧固尾端，再套一层乳胶套。加载前以直径2.0 mm的钻头在距髋臼顶点两侧30°的关节面中央，由关节内向外钻两个标记孔A和 B，髋臼中点与 A、B两点的连线与髋臼缘的交点为C、D两点，AC、BD两线之间的髋臼关节面即为髋臼的臼顶负重区，见图2。

加载过程中，用钝头探针自A、B 两孔插入，在压敏片上作标记，同时将髋臼缘及C、D两点也描记在压敏片上，实验完成后将压敏片取下，将压敏片C片测试面向上，顺次贴于纸板上备用。

骨盆与股骨的相对位置的选择是基于Olson等^[1^，^12-14]的实验方法，在额状面上，股骨体相对于骨盆内收15°；在矢状面上，股骨体垂直，并且股骨保持 5°-10°的内旋。这样实验中关节反应力的矢量固定在额状面上从股骨体向内倾斜25°；矢状面上平行于股骨体。膝关节采取伸直0°位。分别于耻骨、股骨上、下端、胫骨上端以克氏针钻入激光扫描定位杆，通过三维扫描仪获得骨表面点的空间信息，并通过GEOMAGIC软件图像拼接功能快速地建立骨外形的三维图像，三维激光扫描仪的精度为0.1 mm。此重建的三维模型经过适当的格式转变后对骨的外形进行重建^[15-16]，再通过上述软件确定股胫角，以此作为髋、膝关节中立位。然后于胫骨平台下5 cm水平截骨，加入事前修正好的不同厚度的楔形杉木垫片，大小均为10 cm×8 cm，每块厚度1 cm起，以0.5 cm递增，分别调整外固定架。见图3。

利用激光三维扫描系统监测，首先对完整中立位进行测试，然后通过调整外固定架维持股胫角至180°(相当膝内翻10°)、股胫角190°(相当膝内翻20°)、股胫角160°(相当膝外翻10°)、150°(相当膝外翻20°)，分别固定测试。每个角度均进行加压3次，在加压着色的压敏片上通过AC、BD两线找到臼顶负重区，对该区测量负重面积、应力及应力分布。每个臼顶负重区测量3次，取平均值。

主要观察指标：髋臼负重顶区关节面的接触面积、平均应力及峰值应力。

统计学分析：应用SPSS13.0统计软件对髋臼负重顶区关节面的接触面积、平均应力及峰值应力实验数据分别进行统计学分析处理，使用ANOVA方差分析，各组均数用x(_)±s表示，各组数据先用Bartlett法进行方差齐性检验，如方差齐，证明方差齐有可比性，然后进行多组均数间的SNK-q检验，如方差不齐，进行多组均数间的Tamhane’s T₂比较。P < 0.05为差异有显著性意义，P < 0.01为差异有非常显著性意义。

讨论

3.1 实验平台的构建

3.1.1 骨盆带髋、膝关节的结构特点骨盆是由双侧的髋骨及后方的骶骨通过韧带连接构成的一个完整的骨盆环。髋臼位于髋骨外侧面中下部，由髂骨体、坐骨体及耻骨体共同构成，呈半球形深凹，朝向前、下、外方，直径约3.5 cm，与股骨头相关节。

顾冬云等^[9-10]运用反求工程技术建立髋骨的三角网格曲面模型，进行髋臼骨关节面的局部与全局形态分析，对53例髋骨的分析结果表明：髋臼骨关节表面的曲面类型为椭球面。股骨头近似半球形，朝向前上方与髋臼构成关节(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)^[11]。与髋臼相比，股骨头的关节面较大，可以增加活动范围^[17-18]。股骨头主要承受压缩应力，在该应力作用下，骨小梁起自股骨干内侧，通过股骨颈向上扩散至头，抗压骨小梁接受从躯干向下肢或从下肢向躯干传导的压应力，此系统骨小梁与髋臼上方的骨小梁相延续，向上经髋骨直至骶髂关节^[19-20]。

正常下肢力线从股骨头中心，经过膝关节中心到踝关节中心。正常髋关节的水平定向线从股骨头中心，通过股骨大转子上缘，膝关节水平定位线为胫骨平台的内外缘联线，踝关节水平定位线平行于距骨上面内外缘联线，均与地面平行。

既往有关髋、膝生物力学实验往往采用单个目标关节进行实验^[12^，^17]，破坏了下肢力线及其传导的整体性。本实验尝试采用带髋、膝的完整骨盆标本，尽可能模拟正常下肢的负重力线及其传导。

3.1.2 测试标本体位的选择及维持监测 Olson等^[1^，^17]采用完整骨盆标本，模拟外展肌的作用，采用单足站立中立位，利用压敏片对不同髋臼骨折处理进行关节面测试。对完整骨盆和切取含髋臼在内的部分半骨盆标本进行对比研究，发现结果有显著性区别。完整骨盆标本较半骨盆标本能较真实地反映人体生物力学实际。

本实验采用新鲜完整骨盆标本。骨盆与股骨的相对位置的选择是参照 Olson等^[1^，^12-14]的实验方法，使关节反应力的矢量固定在额状面上从股骨体向内倾斜25°；矢状面上平行于股骨体。膝关节采取伸直0°位。研究证实当伸膝0°位时，由于膝关节的具有“锁扣机制”^[21]，能保证加压时膝关节的稳定。分别于耻骨、股骨上、下端、胫骨上端以克氏针钻入激光扫描定位杆，通过三维扫描仪获得骨表面点的空间信息，并通过GEOMAGIC软件图像拼接功能快速地建立骨外形的三维图像，三维激光扫描仪的精度为0.1 mm。此重建的三维模型经过适当的格式转变后对骨的外形进行重建^[15-16]，加载前先于胫骨平台下5厘米水平截骨，以外固定架固定，然后加入事前修正好的不同厚度的楔形杉木垫片，分别调整外固定架，使股胫角至180°(相当膝内翻10°)、股胫角190°(相当膝内翻20°)、股胫角160°(相当膝外翻10°)、150°(相当膝外翻20°)，然后分别固定，并的用上述三维激光扫描成像仪进行监测。

为了进一步模拟下肢在生理条件下的负重，除防侧倾装置外，作者还在骨盆两侧髂嵴上钻孔穿钢丝绑在四周钢架上以防止加压时骨盆旋转，因而该装置可以较真实地模拟生理条件下的下肢单足负载的情况。

既往实验中关节角度的监测多采用角度传感器，现在多已应用多功能实验机实时自动进行监测，如MTS机等。近年来，基于逆向工程，通过三维有限元快速成像技术可以实时地完成测量物各个角度的测量和分析，获得的数据具有很高的精确度和可重复性，已开始应用在生物力学关节角度的实时监测中^[15-16]。鉴于实验保留骨盆带髋、膝关的标本长度超过了MTS机的要求，故采用激光扫描成像仪进行关节角度的监测，虽然操作较复杂费时，但也达到了实验要求。

3.2 膝内翻畸形对髋臼负重顶区影响的生物力学分析 髋关节重要功能是负重。正常情况下，髋关节压力均匀分布在髋臼负重面上，压强较低，该压应力自髋臼关节软骨承载面中央向周围递减。在该应力分布区域内，髋臼软骨下骨硬化，在X射线片上呈近水平的致密影，均匀分布于负载面，呈“眼眉”状。1999 年 Domazet等^[22-23]对“眼眉”进行形态学测量，发现其平均长度为(32.1±15.61) mm，女性为24.8-31.5 mm(标准差为0.93 mm)，男性为29.4-40.3 mm(标准差为1.54 mm)。男性的年龄与“眼眉”长度高度相关，成反比；女性的年龄与“眼眉”长度相关性较差。“眼眉”长度与股骨干颈角成反比，与 Wiberg’s角(即CE角)无关，与下肢短缩程度有关。受损髋关节比正常髋关节的“眼眉”度平均大6.892 mm (女性平均大8.79 mm)。

1991年Kummer^[24]曾指出若髋关节应力分布不均，该软骨下骨会形成三角形的骨硬化带，该骨硬化带可出现在臼顶的外侧及臼顶中央，位于臼顶外侧者对髋臼更为不利。因此“眼眉”长度及形态的变化对于髋关节病损的诊治及随访有重要价值，可以直观地反应出髋臼应力分布的改变。若髋臼有效负载面积减小，可导致应力集中，压强增高，剪应力增大，加速关节退行性变。

马承宣等^[25]对正常儿童髋关节进行三维有限元分析实验研究中证明正常髋关节表面载荷应力分布均匀，关节负重面积大，单位面积内压强低。Olson等^[12-14]模拟外展肌的作用，采用完整骨盆标本，采用单足站立中立位，利用压敏片对不同髋臼骨折处理进行关节面测试发现：在完整的髋臼中，关节接触面积 48%分布于臼顶，28%分布于前壁，24%分布于后壁。有作者曾对髋关节进行过深入研究，发现在原发和继发性半脱位时关节压力均集中在髋臼边缘的一个小范围内^[26]。此处的应力超过正常量值许多倍。在此区域可见骨质增厚，骨密度增高，X射线片呈增生阴影。其骨皮质增厚的形状与压缩应力的图形是一致的。

正常髋关节的水平定向线从股骨头中心，通过股骨大转子上缘。膝关节为胫骨平台的内缘联线应与地面平行。踝关节平行于距骨上面内外缘联线。这是髋、膝、踝水平定向的参考线。膝关节在冠状位胫股关节接触线与水平线的夹角称为倾斜角。一旦改变了水平定向线，出现了倾斜角，就可能通过关节产生剪力，因而能对相邻关节软骨及周围的囊韧带组织施加了异常高的应变，最后可能导致骨关节病。

实验结果发现：髋臼顶区中立位时股胫关节面负重面积为(6.33±0.12) cm²，平均应力(3.62±0.33) MPa，峰值应力为(4.58±0.20) MPa。当膝内、外翻达10°时，髋臼顶区负重面积减少，平均应力及峰值应力有明显的增加，但差异无显著性意义，当膝内、外翻达20°时髋臼负重面积显著减少，平均应力峰值及应力显著增加，差异有非常显著性意义。

分析原因，可能有以下几点：①膝内外翻畸形股骨与胫骨轴线改变影响下肢力线改变，改变膝关节的应力负荷重新分布，进而影响髋关节的应力传导部位改变。②由于轴位力线不正引起相邻关节水平线的不平衡，使膝髋关节受力点改变。③由于髋关节头臼不是标准的同心圆，膝内翻严重时还可能引起髋关节头臼对合及应力分布不良，若髋臼有效负载面积减小，可导致应力集中，压强增高，剪应力增大。若髋臼有效负载面积减小，可导致应力集中，压强增高，剪应力增大。

综上所述，作者认为：①随膝内、外翻畸形程度的不同，髋臼负重顶区的负重面积、峰值应力及平均应力也发生变化，但膝内、外翻达10°时差异无显著性意义，膝内、外翻达20°时，负重面积显著减少，平均应力峰值及应力显著增加，差异有非常显著性意义。这可能是膝内外翻畸形造成髋骨关节炎的病因之一。②临床上应重视对膝骨关节炎内、外翻畸形患者的早期干预。

膝内外翻畸形时髋臼负重顶区的生物力学变化

Biomechanical changes in the acetabular dome region to knee joint varus and valgus

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 4

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	徐峰, 康辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[2]	姜勇, 罗翼, 丁永利, 周勇, 闵理, 唐凡, 张闻力, 段宏, 屠重棋. 骶骨精准切除影响骨盆稳定性的冯米斯应力特征及临床验证[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1318-1323.
[3]	彭智浩, 冯宗权, 邹勇根, 牛国庆, 吴峰. 活动平台单髁置换后下肢力线与外侧间室骨关节炎进展的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1368-1374.
[4]	陈心敏, 李文标, 熊凯凯, 熊晓燕, 郑利钦, 李木生, 郑永泽, 林梓凌. 钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年A3.3型股骨转子间骨折：最佳骨水泥量有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1404-1409.
[5]	周继辉, 李新志, 周游, 黄卫, 陈文瑶. 髌骨骨折修复内植物选择的多重问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1440-1445.
[6]	许玉林, 沈师, 卓乃强, 杨惠麟, 杨超, 李洋, 赵恒, 赵露. 髋臼后柱骨折3种不同钢板固定后站立及坐立位下的生物力学比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 826-830.
[7]	蔡群斌, 邹霞, 胡剑涛, 陈心敏, 郑利钦, 黄培镇, 林梓凌, 姜自伟. 有限元法分析尖顶距与股骨近端防旋髓内钉固定股骨转子间骨折稳定性的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 831-836.
[8]	杨卫强, 丁童, 杨卫可, 蒋振刚. 组合式可变应力接骨板内固定干预山羊股骨骨折断端的骨组织细胞功能及骨密度变化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 890-894.
[9]	宋成杰, 常恒瑞, 石明鑫, 孟宪中. 侧方入路腰椎融合治疗后的生物力学稳定性的研究与进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 923-928.
[10]	谢崇新, 张磊. 保留与不保留残端重建前交叉韧带术后膝关节退变的比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 735-740.
[11]	刘波, 陈祥和, 杨康, 余慧琳, 陆鹏程. DNA甲基化在运动干预骨质疏松中的作用机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 791-797.
[12]	邓桢翰, 黄勇, 肖璐璐, 陈昱霖, 朱伟民, 陆伟, 王大平. 骨形态发生蛋白在关节软骨再生过程中的作用与应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 798-806.
[13]	张国梅, 祝军, 胡杨, 焦红卫. E-Max瓷嵌体三维有限元模型粘接界面应力分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 537-541.
[14]	聂少波, 李建涛, 孙基恩, 赵喆, 赵燕鹏, 张里程, 唐佩福. 内侧支撑髓内钉置入支撑治疗严重骨质疏松性股骨转子间骨折的力学稳定性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 329-333.
[15]	谭家昌, 袁振超, 吴振杰, 刘斌, 赵劲民. 弹性钉结合尾帽和钢丝固定长斜形股骨干骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 334-338.