步行运动下缺血性坏死股骨头力学性能及塌陷风险预测

背景:股骨头缺血性坏死这一难治性骨科疾病严重影响患者的正常生活,受限于假体寿命与翻修的问题,临床建议年轻患者采取保髋治疗,在早期精准预测坏死区力学性能而后施加干预治疗是保髋的关键。目的:建立基于人体髋关节CT数据的包含髋骨和髋臼软骨的坏死股骨头有限元接触动力学模型,预测步行运动过程中不同坏死体积和坏死位置对坏死区域力学性能的影响。方法:采集志愿者髋关节CT影像学数据,重建了髋关节三维几何模型。基于Abaqus有限元软件建立股骨头坏死模型,构建了小、中、大体积坏死耦合坏死区域与力线重合、中度偏离和远离力线共9种不同坏死模型。预测在静态3000N载荷和一个ISO标准步行完整周期内不同坏死模型坏死区域的应力,对比评估坏死区域塌陷风险。结果与结论:①坏死体积增大和坏死区域靠近力线时坏死区内的最大等效应力显著增加,坏死区塌陷风险也随之增加;②对不同载荷类型,运动时相同坏死体积和坏死位置条件下的股骨头坏死区最大应力较静载作用下的最大应力显著提高;③表明运动过程中,步行运动使股骨头坏死区的最大等效应力较静载时显著增大,故局部塌陷风险会因为更大的局部应力而增大,但整体塌陷风险因承载区域动态变化较静载有所降低,在临床评估时骨科医生需考虑运动对力学性能的影响。

X线、CT检查技术在坏死股骨头塌陷预测中的价值

目的:探讨在髋关节置换前,应用X线、CT预测坏死股骨头塌陷的价值。方法:选取股骨头坏死患者56例,给予X线、CT检查以及髋关节置换,分析坏死股骨头塌陷和未塌陷组股骨头高度股骨头坏死体积比、股骨头高度下降值差异,同时分析X线、CT检测预测坏死股骨头塌陷的价值。结果:56例患者中,有43例发生坏死股骨头塌陷,13例未发生坏死股骨头塌陷;塌塌陷组X线测量股骨头高度下降值为(2.69±0.89)mm,明显高于未塌陷组,差异比较有统计学意义(P<0.05);塌陷组CT测量股骨头坏死体积比为(34.20±10.11)%,明显高于未塌陷组,差异比较有统计学意义(P<0.05);骨头高度下降值、股骨头坏死体积比预测坏死股骨头塌陷的ROC曲线下面积分别为0.774和0.823,P<0.05,截断值分别为1.98mm和25.50%,灵敏性分别为72.00%和84.00%,特异性分别为78.00%和75.00%。结论:X线、CT检查预测坏死股骨头塌陷有一定预测价值,值得进一步研究。

正常股骨头与坏死股骨头松质骨的蠕变特性:45°方向取样比较

背景:临床人工关节置换和人工关节的研究都需要了解坏死股骨头松质骨以不同方向取样的蠕变力学特性,因此有必要以45°方向取样对松质骨的力学性质进行研究。目的:以三参数模型建立了蠕变方程,比较正常股骨头和坏死后股骨头45°方向蠕变性质。方法:正常股骨头和坏死股骨头各8个,沿股骨头松质骨45°方向取样,在电子万能试验机上进行蠕变实验。模拟人体体温在36.5℃的温度场下,以0.1MPa/s的应力增加速度对标本施加常应力,设定时间为7200s,采集100个实验数据。采用三参数模型计算蠕变方程。结果与结论:正常股骨头和坏死股骨头蠕变曲线均以指数关系变化的,在最初600s应变变化较快,随时间延长应变缓慢上升,最后进入平衡阶段。坏死股骨头松质骨7200s蠕变量小于正常股骨头松质骨。提示三参数模型计算简便,能很好地拟合股骨头的45°方向蠕变变化,通过建立这种理想化的方程,可以定量说明坏死股骨头的黏弹性较差。

低应力环境对儿童坏死股骨头修复过程的影响

[目的]观察低应力环境下儿童坏死股骨头修复过程的变化,探讨低应力环境对Perthes病的影响。[方法]用髋关节多功能外固定支架进行髋关节支撑,减轻股骨头负重,同时保持下肢的外展内旋以增加髋臼对股骨头的包容,允许髋关节在矢状面上的部分屈伸功能活动,达到患髋的低应力环境。得到随访、资料完整病例28例(32髋),分析手术前后影像学特征的变化。[结果]髋关节支撑使关节间隙增宽,高密度坏死影在3个月内逐渐缩小,股骨头影渐变得饱满,头骺高度增加,而骺核碎裂累及骺板者,发现股骨头大颈粗、髋关节半脱位。[结论]儿童坏死股骨头在低应力环境下的修复表现为头骺高度及头臼的协调性增加,坏死高密度骺核区缩小,股骨头顶部的沟槽不同程度的修复,股骨头也渐变得饱满。治疗的预后与Perthes病Catterall分期有直接的关系,CatteralⅡl、Ⅲ期则疗效较好,Ⅳ期则疗效不明显,特别是头骺塌陷累及骺板者则日后往往发生头大颈粗的扁平髋畸形,甚至并发半脱位。

不同应力刺激下犬坏死股骨头自然修复过程的研究

目的探讨不同负重后股骨头内不同应力环境对犬股骨头缺血性坏死修复的相关性。方法比格犬27只,2(4侧)只作为正常对照组,1只在液氮冷冻双侧股骨头造模后两周检测股骨头坏死情况,确定造模成功,其余24只随机分组,建立不同应力环境的坏死股骨头模型,A组6只(12髋)高应力模型:建立双侧液氮冷冻股骨头坏死模型,并随机固定犬一侧前肢腕掌关节,增加在活动中后肢触地时间和地面反力的模型;B组6只(12髋)中等应力模型:建立双侧液氮冷冻的坏死股骨头,不固定肢体;C组12只(12髋)低应力模型:建立单侧股骨头坏死模型,并限制该侧后肢膝关节使其不能触地负重。所有试验动物均每天正常活动30分钟,分别于术后4周、8周、12周对股骨头行组织学观察、力学抗压强度及骨密度测定。结果组织学观察结果、力学强度及骨密度测定结果显示C组在坏死骨修复和成骨方面较A组略高,但差异无统计学意义(P>0.05),B组都较同时期的A、C两组明显增高,差异有统计学意义(P<0.05)。结论坏死股骨头在修复过程中给予适当的应力刺激后,股骨头的抗压强度、骨密度都有明显的提高,组织学观察也有明显的改善,适当的应力刺激有利于骨组织的修复。

低应力环境下儿童坏死股骨头修复效果观察

对28例股骨头缺血性坏死患儿行应力手术治疗:基础麻醉或连续硬膜外麻醉,髋关节多功能外固定支架行髋关节支撑,保持下肢外展内旋,允许髋关节在矢状面上的部分屈伸功能活动。观察比较手术前后影像学变化;术前与术后2 a的X线片(共行6次检查)头骺高度、髋臼指数、CE角、髋臼覆盖百分率变化。结果术后髋关节间隙增宽,高密度坏死影术后3个月内逐渐缩小,股骨头影渐饱满,头骺高度增加;骺核碎裂累及骺板者股骨头大颈粗、髋关节半脱位;与健侧相比,头骺高度在不同年龄段和C atterall分期均明显大于术前(P<0.05),除C atterallⅣ期外,髋臼指数、CE角、髋臼覆盖百分率均有明显好转(P<0.05),16例(17髋)股骨头M ose环术后恢复圆弧。证实儿童坏死股骨头在低应力环境下修复效果好;其预后与C atterall分期有关,头骺塌陷累及骺板者往往发生头大颈粗的扁平髋畸形,甚至并发半脱位。

激素性股骨头坏死股骨头微血管的变化

目的通过观察激素性股骨头坏死股骨头微血管的变化,探讨股骨头缺血性坏死的机制。方法将20只健康新西兰兔随机分成两组,每组10只。A组:模型组,注射马血清及醋酸泼尼松龙造模;B组:正常对照组,采用墨汁灌注及病理组织切片对股骨头的微循环结构及组织细胞的病理变化进行观察。结果墨汁灌注结果显示:模型组股骨头血管显著减少,灌注不全面,血管出现明显栓塞。病理组织切片HE染色显示:骨细胞核固缩,部分血管栓塞,骨髓腔内造血组织明显减少。结论大剂量激素引起的微血管内皮损伤,血管栓塞,可能是造成股骨头坏死的重要原因。

步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头影响的三维有限元分析

背景:目前对于日常生活中步幅及髋关节外展角度大小是否会对坏死股骨头影响认识不多,也缺乏相关的实验研究。目的:应用三维有限元方法分析步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头应力分布的影响。方法:选取1例男性ARCOⅡ期股骨头坏死患者行股骨近段螺旋CT扫描,应用专业医学建模软件MIMICS及HYPERMESH建立三维有限元模型。设置边界条件和加载条件,应用有限元分析软件ANSYS执行计算。结果与结论:随着步幅的加大(0～60°),外展角度增加(0～10°),股骨近段应力分布改变最大应力值逐渐增大,提示步幅及髋关节外展角度的大小能够影响股骨头应力分布,股骨头坏死患者日常治疗生活及功能练习时应减小步幅及外展角。

右归饮联合干细胞介入法对冷冻坏死股骨头血管修复的实验研究

目的：观察右归饮联合干细胞介入法对冷冻坏死股骨头的血管修复及疗效,探讨该方法在治疗冷冻坏死股骨头的作用机理。方法：毕格犬24只,随机分为4组：A组（模型组）、B组（右归饮组）、C组（干细胞介入组）、D组（干细胞介入加右归饮组）。液氮冷冻法造模;分离、培养、增殖骨髓基质干细胞（MSCs）;造模完成,C、D组行动脉灌注MSCs 1mL（细胞密度：5×10^6-1×10^7/mL）;术后,B、D组每天予以右归饮100mL;治疗4周及8周后分批处死。采用DSA、病理学,免疫组织化学和RT-PCR观察股骨头坏死修复、血管修复及VEGF、TGF-β表达情况。结果：DSA观察：D组的血管数量及直径较C组明显改善（P〈0.01）;组织病理学及免疫组织化学：各治疗组较A组的结构有明显改善,D组较其他各组的VEGF、TGF-β阳性表达率都明显增高（P〈0.01）;RT-PCR：D组VEGF、TGF-β较其他各组表达量增多（P〈0.01,P〈0.05）,各治疗组的表达都高于A组（P〈0.01）。讨论：右归饮联合干细胞介入法能够促进VEGF、TGF-β的表达增强,能够有效地改善坏死股骨头的血供,促进坏死修复。

恒古骨伤愈合剂促进兔坏死股骨头内核心结合因子α1基因表达的实验研究

目的研究中药恒古骨伤愈合剂(简称中药合剂)对兔坏死股骨头内核心结合因子α1(cbfα1)基因表达的影响。方法用大肠杆菌内毒素(LPS,10μg/kg体重)间隔24h两次静脉注射加甲基泼尼松3次肌肉注射制作的兔股骨头坏死模型,用中药合剂治疗后取股骨头行免疫组化,并提取总RNA行实时荧光定量多聚酶链反应(PCR),观察兔股骨头内cbfα1基因表达的动态变化特点。结果给药第4周时,中药组与模型组股骨头内cbfα1基因表达均为阴性,至第8、12周时,中药组免疫组化结果为弱阳性,模型组为阴性;至第12周时中药组股骨头内cbfα1mRNA的表达量是模型组的2·87倍。正常给药组与空白组比较差异无显著性。结论中药恒古骨伤愈合剂可促进坏死α股骨头内源性cbfα1基因的表达,以用药时间长者效果明显。

Ad-huVEGF_(121)基因转染对兔坏死股骨头血流的影响

目的 探讨一种治疗股骨头缺血坏死的新方法。方法 重组腺病毒Ad hVEGF12 1注射入坏死的股骨头,应用RT PCR和免疫组织化学技术检测VEGF12 1的表达,观察股骨头内新生血管数量,用SPECT技术观察坏死股骨头的动脉灌注情况。结果 转染后的股骨头内VEGF12 1表达增高,新生血管数量增多,SPECT观察发现坏死股骨头血流量明显增加。结论 转染VEGF12 1基因可以增加坏死股骨头新生血管数量和血流量。

大鼠激素性坏死股骨头Runx2、Osterix表达的变化

目的:研究大鼠激素性坏死股骨头内Runx2、Osterix基因表达和蛋白合成动态变化,探讨与骨合成代谢的关系。方法:用臀肌注射糖皮质激素和强迫负荷运动的方法制作股骨头坏死大鼠模型,HE染色确定模型诱导成功,提取大鼠股骨头内总RNA及总蛋白,行实时荧光定量PCR及Western blot检测,研究激素性股骨头坏死时股骨头内Runx2、Osterix基因表达、蛋白合成的动态变化。结果:造模8、10、12周时,模型组大鼠股骨头内Runx2和Osterix基因表达、蛋白合成较正常组减少,两者mRNA的表达量分别为正常组的0.9621、0.3259、0.0512和0.9661、0.2026、0.0194倍,且随时间推移两者的基因表达、蛋白合成呈下降趋势。结论:激素性股骨头坏死早期,股骨头内Runx2、Osterix mRNA表达和蛋白合成降低,抑制骨形成。

恒古骨伤愈合剂促进坏死股骨头内BMP-2基因表达研究

目的:研究恒古骨伤愈合剂对兔坏死股骨头内BMP-2基因表达的影响。方法:以小剂量LPS间隔24h两次静注加甲基强的松龙(MPS)3次肌注制作的兔股骨头坏死模型,用恒古骨伤愈合剂治疗后取股骨头行免疫组化、原位杂交并提取总RNA行实时荧光定量PCR,观察兔股骨头内BMP-2基因表达的动态变化。结果:喂药至第4、8周时,恒古骨伤愈组与模型组股骨头内BMP-2基因表达均为阴性,表达量比较差别无统计学意义。喂药至第12周时,恒古骨伤愈组免疫组化和原位杂交结果为弱阳性,模型组为阴性,恒古骨伤愈组股骨头内BMP-2mRNA的表达量是模型组的3.13倍。正常兔喂药组与空白对照组比较差别无统计学意义。结论:小剂量LPS加MPS制作的兔股骨头坏死模型中股骨头内BMP-2基因表达受抑制,恒古骨伤愈合剂可促进坏死股骨头内源性BMP-2基因的表达,以用药时间长者效果明显。恒古骨伤愈对正常兔股骨头内BMP-2基因的表达无影响。

缺血性坏死股骨头血流的定量测定

【目的】定量研究股骨头缺血性坏死病人的股骨头血流量。【方法】应用氢廓清技术,定量测定11例成人股骨头缺血性坏死病人股骨头前外侧部血流量。【结果】11例病人股骨头前外侧部血流量平均为(0.0678±0.0167)mL/(min·cm-3)。【结论】氢廓清技术可用于股骨头坏死的临床研究,所获得的缺血性坏死股骨头前外侧部血流的定量资料,具有一定的理论意义与参考价值。

髋关节置换前CT和X射线检查预测坏死股骨头的塌陷:单中心、开放性、诊断性试验

背景:确定股骨头是否发生塌陷及股骨头关节面软骨的塌陷程度,可帮助骨科医生对股骨头坏死患者选择合理的外科治疗方案。目前中国学者常根据关节面软骨塌陷小于或大于2 mm,作为选择姑息性手术和髋关节置换治疗的依据之一。但目前关于置换前股骨头塌陷的预测研究尚无统一结论。目的:试验假设髋关节置换前采用CT和X射线检查,能对坏死股骨头塌陷情况进行有效预测,其测量结果与术中截除的股骨头标本相比高度匹配。方法:研究为单中心、开放性、诊断性试验,在中国河北省,河北医科大学第三医院完成。选择置换前证实为单侧股骨头坏死并行全髋关节置换患者共86例,实验分3组,采用3种方法均测量股骨头高度变化,X射线组置换前1周采用骨盆正位(髋部健侧及患侧)X射线检查方法测量,CT组置换前1周采用双髋关节(健侧及患侧)CT扫描方法测量,标本组术中截除患侧股骨头标本采用直尺及游标卡尺等测量工具直接测量。试验的主要观察指标为3种方法检测股骨头塌陷的敏感度,次要观察指标为3种方法检测股骨头塌陷的特异度、阳性预测值、阴性预测值、阳性似然比、阴性似然比及诊断正确率;X射线及CT检测对股骨头塌陷的诊断一致性分析结果;3种方法检测的股骨头中间、内侧及外侧的高度变化;3种方法观察股骨头形态的变化。试验经中国河北省河北医科大学第三医院伦理委员会批准。研究符合世界医学会制定的《赫尔辛基宣言》的要求。参与者本人对治疗方案和过程均知情同意,并签署知情同意书。讨论:试验以髋关节置换中截除的股骨头标本为基础,结合X射线及CT对股骨头高度数据进行全方位、多角度的测量分析,以期对坏死股骨头塌陷做出准确的预测,并为进一步指导临床医生选择股骨头坏死手术方案提供影像学量化参考依据。

高能震波对兔缺血性坏死股骨头血管内皮生长因子表达的影响

目的:观察高能震波对缺血性坏死股骨头血管内皮生长因子(VEGF)表达的影响,探讨高能震波治疗股骨头缺血性坏死的作用机制。方法:健康雄性新西兰白兔32只,3.0-4.0kg,平均3.1kg。联合应用甲基强的松龙和内毒素6周诱发双侧早期股骨头缺血性坏死的动物模型。所有实验兔左后腿作为治疗侧,采用能流密度0.26mJ/mm2,频率1Hz,冲击量为2000次的高能震波治疗,右后腿作为对照侧,不予治疗。分别于治疗后第1、2、4、8、12周各取6只动物处死,取股骨头标本行实时荧光定量逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)、免疫组化染色,检测VEGF的表达。结果:高能震波治疗显著增加了兔股骨头骨组织中VEGF mRNA的表达,治疗侧股骨头VEGF mRNA的表达在治疗后第1、2、4和8周显著高于对照侧,在治疗后第2周VEGF mRNA的表达最高。高能震波治疗后第4、8和12周,治疗侧股骨头VEGF平均染色面积百分比显著高于对照侧(P<0.01,P<0.01和P<0.01)。高能震波治疗后第2、4、8和12周,治疗侧股骨头VEGF平均吸光度显著高于对照侧(P<0.01,P<0.01,P<0.01和P<0.01)。结论:高能震波治疗能有效促进缺血性坏死股骨头VEGF的表达,可能有助于增加股骨头的血管生成,加速股骨头坏死的修复。

恒古骨伤愈合剂对激素性坏死股骨头内VEGF基因表达的影响

目的:研究中药恒古骨伤愈合剂对兔坏死股骨头内VEGF基因表达的影响。方法:成年新西兰大白兔分为4组:A组(空白对照组),B组(正常兔服用恒古骨伤愈合剂),C组(造模后不喂恒古骨伤愈合剂),D组(造模后喂恒古骨伤愈合剂),每组24只。以大肠杆菌内毒素(LPS)(10μg/kg体重)间隔24h静注2次加甲基强的松龙(MPS)肌注3次制作兔股骨头坏死模型后,B组和D组用恒古骨伤愈合剂,A组和C组用等量生理盐水,按计算出的药量灌胃,1次/2d。于喂药至第4、8、12周时取股骨头行免疫组化、原位杂交并提取总RNA行实时荧光定量PCR,动态观察兔股骨头内VEGF基因表达的变化特点。结果:喂药至第4、8周时,比较D组与C组股骨头内VEGF基因表达量的差别无统计学意义。喂药至第12周时,D组与C组股骨头内VEGF基因表达量的差别具有统计学意义(P=0.042<0.05)。B组与A组比较差别无统计学意义。结论:LPS加MPS制作的兔股骨头坏死模型中股骨头内VEGF基因表达受抑制。中药恒古骨伤愈合剂可促进坏死股骨头内源性VEGF基因的表达,以用药时间长者效果明显。恒古骨伤愈合剂对正常兔股骨头内VEGF基因的表达无影响。

激素相关性股骨头坏死股骨头内VEGF和BMP-2的表达

[目的]研究兔激素相关性股骨头坏死股骨头内血管内皮生长因子(vascu lar endothelial growth factor,VEGF)和骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic prote in-2,BMP-2)基因表达的动态变化特点。[方法]用LPS(10μg/kg体重)间隔24 h两次静注加MPS 3次肌注的方法制作的兔股骨头坏死模型,设计兔相关的探针和引物,通过免疫组化、原位杂交并直接提出股骨头内总RNA进行实时荧光定量PCR,研究不同时相点兔坏死股骨头内VEGF和BMP-2基因表达的动态变化特点。[结果]在造模至第4、8、12、16周时,股骨头内VEGF和BMP-2基因的表达免疫组化、原位杂交结果均为阴性;实时荧光定量PCR结果发现表达量均远低于空白对照组。[结论]在LPS加MPS制作的兔股骨头坏死模型中,股骨头内的VEGF和BMP-2基因表达均受抑制。

MRI对坏死股骨头关节软骨的评估

目的研究坏死股骨头关节软骨的MRI表现,以期用MRI表现反映关节软骨的受损程度。方法收集12例股骨头坏死(14髋)的股骨头直视观和对应的MRI表现及相应的X线片表现资料,比较三者在关节软骨的受累情况、软骨下分离及软骨下骨与骨分离的表现。结果相片中所有软骨均有受累,对应MRI中有11髋X线片没有表现。相片中有7髋表现为软骨下分离,对应MRI中有6髋、X线片为4髋。相片中有8髋表现为软骨下骨与骨分离,对应MRI中有8髋、X线片为3髋。结论虽然在软骨下骨与骨分离上有假阳性表现,MRI明显优于X线片,能更好反映关节软骨情况。但是对MRI的表现如何指导临床治疗还需进一步研究。

非创伤性股骨头坏死股骨头供血动脉解剖类型研究

目的:探讨非创伤性股骨头坏死患者股骨头供血动脉解剖类型及其对发病的影响。方法:回顾分析了60例75髋经旋股内外动脉插管造影融通术治疗的非创伤性股骨头坏死患者股骨头供血动脉造影资料,将其统计分析并与正常人进行对比,归纳出患者股骨头供血动脉解剖走行特点及旋股内、外动脉起源类型。结果:患者组股骨头血供深外干型(占41.10%)多于正常人组(占25%);而深全干型(占34.25%)则少于正常人组(占52.78%)。患者组旋股内侧动脉多起源于股动脉(占58.11%),正常人组多起源于股深动脉(占90.62%)。而两组旋股外侧动脉同样多起自股深动脉。结论:非创伤性股骨头坏死患者股骨头供血动脉解剖类型与正常人之间存在一定差别,股骨头动脉的解剖类型异常可能对本病的发生产生一定的影响。