探讨人体腕骨显微骨硬度的分布特征及其临床意义。
纳入3具新鲜冰冻成人尸体标本(62岁男性、58岁男性、45岁女性)，将右侧腕骨软组织剥离后，用慢速锯分别在舟骨、月骨、头状骨、钩骨、大多角骨和小多角骨切取厚3 mm的骨组织标本。舟骨选取舟骨结节、腰部内外侧和舟骨体部，月骨选取腕关节面、掌侧面、背侧面和远端，头状骨、钩骨、大多角骨和小多角骨选取外层皮质不同区域，应用德国KB-5型显微维氏硬度仪测试标本不同区域的硬度值，采用50 gf力加载50 s、维持12 s的标准操作方法进行硬度值测定，每个区域选取5个有效值，全体有效值的平均值作为该部位的骨硬度值。观察不同骨骼间及骨骼内部不同区域的骨硬度值差异。
3具标本中共取得舟骨、月骨、头状骨、钩骨、大多角骨和小多角骨标本切片18片，测量位点255个。腕骨不同骨骼骨硬度从高到低依次为钩状骨(39.04±5.79)HV、头状骨(38.98±6.17)HV、舟骨(37.72±5.85)HV、大多角骨(35.89±4.75)HV、月骨(33.65±5.42)HV及小多角骨(31.82±5.54)HV，不同骨骼间总体骨硬度差异有统计学意义(F＝10.783，P<0.01)。舟骨、月骨内部不同区域骨硬度分布近似，舟骨结节、腰部外侧、腰部内侧和舟骨体部骨硬度分别为(37.07±5.77)、(37.51±6.39)、(40.00±5.64)、(36.31±5.47)HV，其中腰部内侧骨硬度最大，舟骨体部骨硬度最小，4部位间骨硬度比较差异无统计学意义(F＝1.129，P>0.05)。月骨腕关节面、掌侧面、背侧面和远端骨硬度分别为(33.57±3.61)、(34.58±6.04)、(35.47±5.24)、(30.97±5.88)HV，其中背侧骨硬度最大，远端骨硬度最小，4个部位间骨硬度比较差异无统计学意义(F＝2.040，P>0.05)。
健康人腕骨不同骨骼间硬度各有不同，舟骨和月骨内部各部位骨硬度分布均匀一致。测量腕骨显微骨硬度值，了解其分布特征，有助于了解腕骨微观生物力学性能，亦可指导腕骨骨折内固定方法的选择，设计制作更加符合人体生理状态下的腕部骨骼假体及建立腕部肌骨组织的有限元模型。
中国临床试验注册中心，注册号为ChiCTR-BPR-17010818。
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腕关节无论在形态结构和功能上当属全身最复杂和最重要的关节之一，与整个手的功能密切相关[1,2]。近年来，我国骨科医师对腕关节结构的认识及其疾病的诊疗水平有了较大的提高；然而，针对腕关节的生物力学研究仍较少。笔者查阅文献发现，诸多学者针对腕关节活动轨迹，屈伸范围及所受应力的研究，主要采用影像学检查或三维有限元分析等方法[3,4]，未见有针对腕部骨骼微观结构及机械性能的报道。为此，本课题组采用显微压痕技术，探索人体腕部骨骼不同解剖部位的骨显微硬度分布，以期加深对腕骨微观机械性能的理解，提高临床工作中腕骨疾病的诊疗水平。
标本纳入标准：(1)新鲜冰冻尸体，右侧腕部无畸形、皮肤缺损；(2)年龄>40岁，性别不限；(3)既往身体健康，无慢性病史。标本排除标准：(1)代谢性骨病病史；(2)影响骨代谢的药物使用史；(3)既往手部骨折或手术史；(4)骨质疏松；(5)原发性骨肿瘤或肿瘤骨转移。
纳入3具新鲜成人冰冻尸体标本均来源于河北医科大学解剖学教研室，分别为62岁男性、58岁男性、45岁女性，实验前将标本置入－20 ℃冰柜保存。根据既往文献结论，双侧肢体骨硬度近似[5,6,7]。本研究经河北医科大学第三医院伦理委员会批准(批文号：2017-003-1)，并在中国临床试验注册中心注册(注册号：ChiCTR-BPR-17010818)。
取右侧腕骨标本，剔除腕骨表面覆盖的软组织后，分别在舟骨、月骨、头状骨、钩骨、大多角骨和小多角骨沿冠状面或矢状面切取骨组织标本(图1)。三角骨和豆骨由于体积过小，制备标本困难，未纳入本研究。用美国标乐公司BUEHLER11-1280-250型高精慢速锯将骨骼切割成若干厚3 mm的骨组织切片，固定在载玻片上并进行标记。样品以－20 ℃低温恒湿密封保存。测量前将切片放置在室温下30 min进行解冻。依次用800、1 000、1 200、2 000、4 000目碳化硅粒砂纸打磨标本。
舟骨选取舟骨结节、腰部内外侧和舟骨体部进行硬度测量(图2)，月骨选取腕关节面、掌侧面、背侧面和远端进行硬度测量(图3)，头状骨、钩状骨、大多角骨和小多角骨在骨皮质区域随机选取10个感兴趣点进行硬度测定，结果取平均值(图4)，
应用德国KB Prüftechnik公司生产的KB-5型维氏硬度仪测试标本不同区域的硬度值。本系列研究均采用50 gf加载力匀速加载50 s、维持12 s的标准操作方法测定[8]。选取测量区域要确保压痕和标本边缘的距离至少大于2.5倍压痕对角线的长度，以排除边界效应，并且每个压痕之间的距离要大于3倍压痕对角线的长度[9],压痕两对角线长度差异超过10%的数据被废弃[10]。腕骨骨硬度均由通过培训的同一名实验人员进行测量，同一区域选取5个有效值，全体有效值的平均值作为该部位的硬度值，维氏硬度值单位为HV。本系列研究的显微硬度测量方法相同，详见文献[11]。见图5。
观察不同骨骼间及舟骨和月骨骨骼内部不同区域间硬度值差异。
应用SPSS 15.0统计学软件对数据进行处理。计量资料服从正态分布采用
±s表示，不同骨骼间及骨骼内部不同区域间硬度值的比较采用单因素方差分析检验，两两比较采用Tukey检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
3具标本中共取得舟骨、月骨、头状骨、钩骨、大多角骨和小多角骨标本切片18片，测量位点255个。腕骨骨硬度从高到低依次为钩状骨、头状骨、舟骨、大多角骨、月骨、小多角骨，不同骨骼间总体骨硬度差异有统计学意义(P<0.01)。见表1。
3具成人尸体标本右侧腕骨不同骨骼间总体骨硬度的比较(HV，
±s)
3具成人尸体标本右侧腕骨不同骨骼间总体骨硬度的比较(HV，±s)
| 不同骨髂 | 测量位点 | 骨硬度 |
|---|---|---|
| 舟骨 | 60 | 37.72±5.85 |
| 月骨 | 60 | 33.65±5.42a |
| 大多角骨 | 30 | 35.89±4.75 |
| 小多角骨 | 30 | 31.82±5.54a |
| 头状骨 | 30 | 38.98±6.17bc |
| 钩状骨 | 45 | 39.04±5.79bc |
| F值 | 10.783 | |
| P值 | <0.01 |
注：与舟骨比较，aP<0.01；与月骨比较，bP<0.01；与小多角骨比较，cP<0.01
舟骨4个部位间骨硬度比较，腰部内侧最大、体部最小，不同部位间骨硬度差异无统计学意义(P>0.05)。月骨4个部位间硬度值相比，背侧最大、远端最小，不同部位间骨硬度差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。
3具成人尸体标本右侧舟骨、月骨的不同部位间骨硬度的比较(HV，
±s)
3具成人尸体标本右侧舟骨、月骨的不同部位间骨硬度的比较(HV，±s)
| 测量部位 | 测量位点 | 骨硬度 | |
|---|---|---|---|
| 舟骨 | |||
| 结节部 | 15 | 37.07±5.77 | |
| 腰外部 | 15 | 37.51±6.39 | |
| 腰内部 | 15 | 40.00±5.64 | |
| 体部 | 15 | 36.31±5.47 | |
| F值 | 1.129 | ||
| P值 | >0.05 | ||
| 月骨 | |||
| 腕关节面 | 15 | 33.57±3.61 | |
| 掌侧 | 15 | 34.58±6.04 | |
| 背侧 | 15 | 35.47±5.24 | |
| 远端 | 15 | 30.97±5.88 | |
| F值 | 2.040 | ||
| P值 | >0.05 | ||
腕骨与毗邻的尺桡骨、掌骨等构成腕掌、桡腕、腕中和远端尺桡关节，在手指发挥功能时，腕关节起稳定和协同作用。腕关节的活动是这些关节组合而成，腕关节在运动方式上基本是双轴关节，做屈伸和尺桡偏运动。这两个平面的运动中心位于头状骨的头部。在腕部做屈伸、尺桡偏或复合运动时，头状骨头部中心附近是腕部运动轴线交汇之处，此点被称为腕运动中心。腕关节各腕骨形态极不规则，不能用简单的图形或公式计算出来，传统的三点、四点弯曲等生物力学实验亦不能明确显示腕部骨骼内部微观结构及机械性能。因此，笔者查阅文献未能获得针对腕骨微观机械性能的相关知识。骨显微硬度可直接在组织水平测量骨骼的微观生物力学性能，为骨质量的评估提供了新的方法[6,10,11,12,13,14,15]。本研究首次应用维氏硬度方法测量了人体腕部骨骼的骨显微硬度，并分析比较了不同腕骨以及舟骨、月骨不同解剖区域的骨硬度值的差异，为全面地研究人体手部骨骼的生物学特性提供了数据依据。
骨显微硬度高低与骨骼矿化程度相关，骨显微硬度增高归因于局部矿物质沉积增多及局部应力增加[16]。骨骼的结构和功能在很大程度上依赖于其所处的力学环境。大量的实验研究证明，骨骼所受应力可影响骨的形状与结构，促使骨骼塑形[17]。反之，失重环境会导致骨生成、矿物质含量和骨基质蛋白合成的减少[18]。本研究结果显示，腕部骨骼显微硬度分布有差异，骨硬度值为31.82～39.04 HV，钩状骨硬度最大，小多角骨硬度最小。这可能与腕关节应力传导方式有关，但这一观点还有待进一步生物力学实验验证。本研究结果提供了腕骨微观硬度值，为腕关节生物力学的研究提供了数据支持，加深了骨科医师对腕部诸骨微观力学性能异同的理解，并指出了今后针对腕骨力学试验开展的方向。
舟骨为近侧列腕骨中最大的一块，呈舟形。舟骨的中部较细称腰部，为骨折的好发部位[19]。有学者用三维有限元的方法对掌骨施加轴向压力载荷后对腕骨的应力分布进行研究发现，舟骨所承受应力载荷主要分布于舟骨腰部[20,21,22]。本研究结果显示，舟骨腰部显微硬度高于舟骨其他部位，这与所受应力较大有关。另外，大宗骨折流行病学调查研究得出，舟骨骨折占腕骨骨折的比例高达68.73%，其中舟骨腰部骨折占舟骨骨折的77.77%，应与舟骨形态结构及应力集中有关[19]。由于舟骨腰部较细，横跨两排腕骨，在受到挤压应力后易于发生断裂，属于骨折高发部位，由于舟骨腰部应力集中，因此此处硬度相应增大。舟骨腰部或近端骨折容易出现延迟愈合或不愈合，或骨折近端出现缺血坏死、创伤性骨关节炎。本研究结果可以指导舟骨骨折后内固定物的置入方向及位置，将螺钉置入到硬度高的区域，则可获得更加坚强的固定效果，从而降低舟骨骨折的不愈合率。
月骨位于舟骨与三角骨之间，呈半月形。摔倒时手撑地使腕部极度背伸，可导致月骨向掌侧脱位或骨折，治疗不当造成月骨缺血性坏死。笔者查阅文献未发现有针对月骨的生物力学的研究。本研究通过测量月骨显微硬度发现，月骨内部骨质相对均匀、致密，月骨各部位硬度值均一，表现出一致的微观机械性能，丰富了手外科医师对腕骨相关力学的认识。
腕关节是维持手发挥功能位置的最重要关节。在手指发挥功能时，腕关节起稳定和协同作用。有限元分析方法用于腕关节可计算腕关节活动轨迹及所受应力，现有的腕关节有限元模型材料性质均按骨和软骨为各向同性线性弹性体进行设定。然而，人体腕骨内部微观结构并不完全一致，同时建模需考虑材料的弹性模量、柏松比等，因此本研究可为建立更符合人体生理结构的腕骨有限元模型提供有价值的数据支持。本研究结果亦可指导腕骨骨折内固定方法的选择，设计制作更加符合人体生理状态下的腕部骨骼假体及建立腕部肌骨组织的有限元模型，切实指导临床工作。本研究旨在探讨腕骨显微硬度分布的固有规律，而非标准值；同时，本研究标本例数少，仅局限于探讨健康中老年的骨硬度分布趋势，未来将对不同性别、年龄或健康状况的人群骨硬度的分布差异进行研究。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
