髋部骨折老年患者Singh指数与股骨近端几何结构及承重区生物力学的关系

徐霄，闫凯欣，张浩沙强，王志刚，李坤

1.新疆医科大学研究生院，新疆乌鲁木齐830000；2.新疆维吾尔自治区人民医院骨科中心关节与运动医学病区，新疆乌鲁木齐830000；3.新疆维吾尔自治区人民医院老年医学中心，新疆乌鲁木齐830000

前言

髋部骨折为骨科常见病、多发病，包括股骨粗隆间骨折、股骨粗隆下骨折、股骨颈骨折等。流行病学调查发现髋部骨折多见于老年人群［1］。随着人口老龄化进展，其发生率呈日益上升趋势。临床针对该病多采用手术方法治疗，但因术前缺乏评估骨质量的客观指标，导致部分患者出现内固定术失败。有研究报道股骨近端几何结构会随着Singh 指数的降低而发生异常改变［2］，也有研究报道Singh 指数与股骨近端承重区生物力学具有密切联系［3］。但目前关于Singh 指数与股骨近端几何结构及承重区生物力学关系的研究报道相对较少。本研究选取82例髋部骨折老年患者与41例既往存在闭合性髋部骨折史青壮年者，接受髋部手术治疗的临床资料进行回顾性分析，旨在探讨髋部骨折老年患者Singh 指数与股骨近端几何结构及承重区生物力学的关系。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性分析2018年6月至2021年8月诊治的82例髋部骨折老年患者与41例既往存在闭合性髋部骨折史青壮年者的临床资料，其中髋部骨折老年患者设立为观察组，既往存在骨折史青壮年者设立为对照组。观察组纳入标准：（1）年龄60～90 岁；（2）创伤机制由低能量性摔伤所致；（3）闭合性新鲜髋部骨折；（4）于骨折后48 h 内就诊。对照组纳入标准：（1）年龄20～45 岁；（2）既往存在闭合性髋部骨折史；（3）认知功能正常；（4）创伤机制由坠落伤或车祸所致。排除标准：（1）患有严重精神性疾病；（2）合并恶性肿瘤等疾病；（3）伴有心功能不全、凝血功能障碍等疾病。两组性别、体质量指数（BMI）等一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05,表1）。

表1 两组患者一般资料比较Table 1 Comparison of general data between two groups

1.2 方法

设计统一的病例调查表，由专业医师收集髋部骨折老年患者与既往存在骨折史青壮年者的临床资料，包括性别、年龄、BMI、高血压史、糖尿病史、吸烟史、饮酒史、Singh 指数分级、股骨颈轴长（Femoral Neck Axis Length,FNAL）、颈干角（Femoral Neck An‐gle,FNA）、颈长（Neck Length,NL）、内侧偏距（Medi‐al Offset, MO）、骨极限应力、弹性模量等。Singh 指数分级评估：和高年资影像学医师共同根据受试者健侧股骨上端X 线图像（图1）进行测评，Ⅵ级表示股骨颈张力和压力骨小梁完整，Ⅴ级表示股骨颈次级张力骨小梁消失，次级压力骨小梁密度减低，Ⅳ级表示在Ⅴ级基础上出现次级压力骨小梁消失和主张力骨小梁部分消失，Ⅲ级表示在Ⅳ级基础上出现主张力骨小梁密度减低和中断，Ⅱ级表示在Ⅲ级基础上出现主张力骨小梁消失，主压力骨小梁密度降低和中断，Ⅰ级表示仅残留部分主压力骨小梁，Singh 指数≤Ⅳ级视为骨质疏松，仪器为西门子YSIO双板。

图1 髋部骨折影像表现分析Figure 1 Analysis of imaging manifestations of hip fracture

股骨近端几何结构测量：采用美国GE 公司的DPX-NT 型和MEDILINK 公司Qsteocore 3 型双能X线骨密度仪测量，测量部位为股骨近端，均测量健侧，将受试者双足固定于配套的专用固定装置上，内旋15°～20°，测量FNAL、FNA、NL，计算MO，即为股骨头圆心至股骨纵轴的距离。生物力学测量：术中对股骨头组织标本，利用中空取样器在其承重区10 mm×10 mm×15 mm 的部分骨组织，采用微机全数字电子万能试验机（双臂型）对受试者留取样本行纵向力学压缩试验，参数：加载速度0.8 mm/min，最大加载压力3 000 N，将试验结果通过感应器传送至相应计算机中完成，计算骨极限应力、弹性模量，其中骨应力为骨标本单位面积上承受的载荷值，弹性模量为骨标本的内在硬度，即骨极限应力=载荷/受力面积，弹性模量=应力/应变。

1.3 观察指标

1.3.1 评估两组Singh指数分级

1.3.2 评估两组股骨近端几何结构指标（FNA、FNAL、MO、NL）和承重区生物力学指标（骨极限应力、弹性模量）

1.3.3 分析Singh 指数与股骨近端几何结构指标、承重区生物力学指标的关系

1.4 统计学方法

采用SPSS22.0 软件分析。计量资料用均数±标准差表示，采用独立样本t检验；计数资料用率表示，行χ2/Z检验；Singh指数与股骨近端几何结构、承重区生物力学的相关性采用分层回归模型分析；P<0.05表示差异具有统计学意义，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 Singh指数比较

观察组Singh指数分级中Ⅱ、Ⅲ级占比高于对照组，而Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级占比低于对照组（P<0.05）；观察组的Singh指数低于对照组（P<0.05）。见表2。

表2 两组患者Singh指数比较Table 2 Comparison of Singh index between two groups

2.2 股骨近端几何结构指标比较

观察组的FNA 低于对照组，而FNAL、MO、NL高于对照组（P<0.05），见表3。

表3 两组患者股骨近端几何结构指标比较Table 3 Comparison of the geometric structure indexes of the proximal femur between two groups

2.3 承重区生物力学指标比较

观察组的骨极限应力、弹性模量低于对照组（P<0.05, 表4）。

表4 两组患者承重区生物力学指标比较Table 4 Comparison of the biomechanical indexes of the load-bearing area between two groups

2.4 分层回归分析

针对模型1，将“FNA、FNAL、MO、NL”作为自变量，将“Singh指数”作为因变量进行线性回归分析，得出FNA、FNAL、MO、NL 可对Singh 指数产生39.4%变化，意味着FNA、FNAL、MO、NL 中至少一项会对Singh 指数产生影响关系（F=19.209,P<0.05），其中，FNA会对Singh指数产生显著的正向影响关系（t=8.077,P=0.000），FNAL 会对Singh 指数产生显著的负向影响关系（t=-2.484,P=0.014）。而MO、NL 并不会对Singh 指数产生影响关系（P>0.05）。针对模型2，其在模型1的基础上加入“骨极限应力、弹性模量”后，F值变化呈现出显著性（P<0.05），R方值由0.394 上升到0.593，得出骨极限应力、弹性模量可对Singh 指数产生19.9%的解释力度，其中，骨极限应力、弹性模量会对Singh指数产生显著的正向影响关系（t=4.106/2.874,P=0.000）。

3 讨论

针对老年人创伤机制分析，发现髋部骨折的发生与两方面有关：一方面是外因，如老年人随着年龄增大，机体功能发生退行性改变，如反应灵敏度降低、运动量减少、肌力下降等，均会使老年人行走不稳，易于跌倒［4］；另一方面是内因，老年人群大多伴有骨质疏松，受其影响，股骨颈逐渐出现退行性改变，如皮质骨薄而脆、骨小梁稀疏、张力骨小梁及压力骨小梁减少，均会使髋部不能承受较大的应力和形变［5］；若是在此时遭受轻微外力，骨折即可发生。目前手术是治疗髋部骨折的首选方案，如全髋关节置换、动力髋螺钉、股骨近端髓内钉、空心螺钉等内固定。但经临床实践发现，部分患者可出现内固定术失败等情况，究其原因可能与骨折部位的骨质疏松情况较为严重有关，继而影响内固定疗效［6-7］。

目前临床上对于直接测量骨质量存在一定困难，如承重区生物力学指标测量，需留取受试者股骨头承重区的松质骨柱样本，采用微机全数字电子万能试验机（双臂型）对样本行纵向力学压缩试验后根据公式计算骨极限应力、弹性模量［8-9］。其中，骨应力是指骨标本单位面积上承受的载荷值，而弹性模量则是指骨标本的内在硬度，通过对上述两项指标的计算，反映骨组织结构生物力学［10］。尽管能准确评估股骨近端骨小梁生物力学特征，但无法满足术前评估的需求。因此常利用间接方法预测骨质量，如Singh 指数，是一种通过X 线平片判断股骨近端丢失情况的半定量形态学指标，主要是依据骨小梁消失顺序及程度将股骨近端骨小梁变化进行分级，并因其具有较好的重复性、较低的误差率，广泛用于骨质量评估中［11-12］。同时也是诊断骨质疏松的辅助手段之一，即以Singh 指数≤Ⅳ级表示骨质疏松。针对该指数分析，发现Singh 指数评估标准是根据张力骨小梁、压力骨小梁及大粗隆骨小梁的分布、骨吸收程度而决定，即其分级越高代表患者骨小梁数量、骨小梁厚度及骨小梁连接性越好［13-15］。

本研究结果显示观察组的Singh 指数低于对照组，且其分级多见于Ⅱ、Ⅲ级，而对照组多见于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，说明观察组患者存在骨质疏松，在轻微外力作用下能造成髋部骨折。另外，在承重区生物力学比较中，也可见观察组的骨极限应力、弹性模量低于对照组，故推测观察组患者受骨质疏松影响，其髋部骨折区张力侧骨小梁微结构破坏明显，从而引起股骨颈外侧区域力学性能降低［16-18］。针对Singh指数与承重区生物力学分析，本研究发现两者之间具有密切联系。据曹向宇等［20］报道Singh 指数能较好地反映股骨近端生物力学情况，即认为骨极限应力、弹性模量会随着Singh 指数增加而增高。为了进一步论证上述两者的关系，本研究将其纳入分层回归模型中，研究结果显示骨极限应力、弹性模量会对Singh 指数产生显著的正向影响关系，证实了上述说法的可靠性。此外，在股骨近端几何结构指标比较中，发现观察组的FNA 更低，而FNAL、MO、NL 更高，经分析发现可能也与患者合并骨质疏松有关，在其影响下导致患者的股骨近端结构发生改变［21-23］。因此本研究认为Singh 指数可能为反映患者的股骨近端骨骼几何解剖形态结构提供参考。为了验证上述推测的可靠性，将FNA、FNAL、MO、NL与Singh指数纳入分层回归模型中，结果显示FNA 会对Singh指数产生显著的正向影响关系，而MO、NL 并不会对Singh 指数产生影响关系，说明Singh 指数与股骨近端骨骼几何解剖形态结构具有一定联系，但不能代替FNAL、MO、NL对股骨近端几何结构的评估［24-26］。

综上所述，髋部骨折老年患者Singh 指数与股骨近端几何结构及承重区生物力学具有密切关系，Singh指数的降低会严重影响患者的股骨近端几何结构及承重区生物力学。