综述：揭示股骨近端骨小梁结构：已知与未来展望

这篇综述系统梳理了股骨近端骨小梁的宏观/微观结构（Micro-CT/SEM）、生物力学特性及与骨折的关联，提出了轨迹理论（Trajectory Theory）和三角结构理论等创新假说，为仿生内固定器械设计（如PFBN、TSIN）提供理论依据，对骨质疏松性骨折预防和手术优化具有重要指导价值。

　　

1. 引言

股骨近端作为人体核心承重结构，其骨小梁网络如同精密设计的"生物力学脚手架"。进化生物学家Theodosius Dobzhansky的名言"生物学现象必须从进化角度理解"在此得到印证——骨小梁的分布模式本质上是力学适应性的结果。微观层面，I型胶原与羟基磷灰石晶体构成纳米级复合材料，分别负责能量吸收和抗弹性变形。当外力超过弹性/塑性变形阈值时，微观裂缝累积最终导致骨折。值得注意的是，不同解剖部位的骨小梁结构存在显著差异，而股骨近端骨小梁的复杂构型至今仍是学术界争论焦点。

2. 股骨近端骨小梁的宏观结构

经典研究将骨小梁分为五组：主/次压力骨小梁、主/次张力骨小梁及大转子骨小梁。Singh提出通过X光观察骨小梁丢失序列评估骨质疏松程度，而Garden描述的三大骨小梁系统（内侧系统、外侧系统及第三系统）交汇形成低密度区——Ward三角区。

关于股骨距（calcar femorale）的争议持续百年：Lanz和Wachsmuth将其定义为股骨近端内侧增厚皮质，而Griffin则比喻为"尖桩栅栏"。发育学研究显示，股骨距3岁开始出现，25岁达峰值，其材料特性与股骨干相似，在应力传导中发挥关键"过渡桥梁"作用。CT研究证实其密度与相邻皮质无关，髋关节置换术中即使扩髓也不会破坏其完整性。

3. 微观结构探索

扫描电镜（SEM）揭示关节软骨下骨小梁呈蜂窝状拱形结构，方向多指向关节面。高分辨率CT（HR-pQCT）虽能实现82μm分辨率，但对脊柱和股骨近端成像仍受限。突破性技术——个体骨小梁分割（ITS）将松质骨分为板状/棒状元素，研究发现发育性髋关节发育不良（DDH）患者板状骨体积分数（BV/TV）最低，而骨关节炎（OA）患者板状/棒状结构均增加。

值得注意的是，皮质骨弹性模量（3-30GPa）显著高于骨小梁（0.02-2GPa），现有植入物模量过高导致的应力遮挡效应亟待解决。3D打印技术为制造仿生多孔结构带来曙光，新型可降解镁合金仿生空心钉已被证实具有优越生物力学性能。

4. 结构理论创新

轨迹理论源于1838年Ward将骨小梁类比伦敦煤气灯支柱，但Hammer指出其与Wolff定律存在矛盾。支点-平衡-重建理论提出生理支点（PF）概念，强调内固定器械应重建解剖支点而非单纯追求皮质完整。张拉整体结构理论将骨小梁视为"预应力的生物悬索桥"，而三角结构理论则从影像学发现力学三角形，据此研发的三角支撑髓内钉（TSIN）等器械已获专利。

5. 演化规律

胎儿期骨小梁呈平行圆柱状，2岁时分化为板/棒状结构。有限元分析证实骨小梁排列遵循Wolff定律的应力轨迹原则，后期演化中通过增加各向异性提升强度。老龄化进程中，骨小梁丢失速度显著快于皮质骨，且存在性别差异：老年男性最低BV/TV位于股骨颈上方，女性则位于转子间。

6. 生物力学特性

行走时地面反作用力（GRF）达体重1倍，跑步时可达300%。三维有限元显示：股骨头下区70%负荷由骨小梁承担，而颈基部仅4%。Jang研究发现54%总负荷由骨小梁分担，且不同载荷模式（单腿站立、极端外展等）下应变能密度分布最终会趋同——这解释了骨小梁的多方向适应性。

7. 与骨折的关联

预计205年全球髋部骨折达450万例。除骨密度（BMD）外，骨小梁评分（TBS）和新型骨应变指数（BSI）可提升预测效能。μFEA显示骨质疏松骨小梁存在应力集中现象，Bahaloo发现骨折始于骨小梁破坏，Dempster用"砍树效应"解释为何正常BMD者仍会骨折。股骨颈骨折患者骨小梁沿主承重方向保留，而横贯骨小梁被吸收——这导致非主承重方向载荷更易致骨折。

8. 内固定并发症启示

TFN和PFNA-II术后螺旋刀片切出率分别达6.7%-9.4%，三角形构型固定比倒三角形更易发生骨不连。虽"中心-中心"置钉被广泛推荐，但Guven主张后下位置钉可支撑股骨距，而Zhang认为后置反而增加失败风险。根本矛盾在于现有技术难以精准重建骨小梁力学环境，未来仿生多孔设计有望通过优化应力分布降低并发症。

9. 结论

股骨近端骨小梁的"宏观-微观-功能"多尺度研究为骨折防治开辟新视角。通过临床现有影像设备解析骨小梁微结构，结合仿生内固定器械研发，将实现从"机械固定"到"生物力学重建"的范式转换，最终降低术后失败风险。这一领域仍需解决的核心问题是：骨小梁网络的"力学触发点"究竟位于何处？