Xương đùi là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm xương đùi

Xương đùi (femur) là xương lớn nhất và dài nhất trong cơ thể người, thuộc nhóm xương dài, đóng vai trò chủ đạo trong hệ vận động. Nó tạo thành phần lớn của chi dưới, nối liền khung chậu với đầu gối thông qua khớp háng và khớp gối, chịu trách nhiệm chịu lực trọng lượng cơ thể và tạo nên chuyển động cơ bản như đi, đứng, chạy và nhảy.

Ở người trưởng thành, chiều dài xương đùi dao động từ 45 đến 50 cm, chiếm khoảng 27% tổng chiều cao cơ thể. Mật độ khoáng của xương đùi rất cao, đặc biệt ở thân xương, nơi chịu lực cơ học lớn nhất. Trọng lượng và sức bền của xương này vượt xa bất kỳ xương nào khác trong hệ vận động, cho phép nó chống chịu được lực nén lớn mà không bị gãy.

Xương đùi không chỉ đóng vai trò cơ học mà còn có ý nghĩa sinh học quan trọng, vì nó chứa tủy xương đỏ – nơi diễn ra quá trình tạo máu ở người trưởng thành. Do đó, tổn thương xương đùi không chỉ ảnh hưởng đến khả năng vận động mà còn gây ra hậu quả hệ thống, như mất máu nghiêm trọng hoặc rối loạn huyết học.

Cấu tạo giải phẫu

Về mặt giải phẫu, xương đùi bao gồm ba phần chính:

• Đầu xương đùi: Hình cầu, gắn với ổ cối của xương chậu tạo thành khớp háng, có cổ xương nối với thân.
• Thân xương đùi: Dài, cong nhẹ về phía trước, có tiết diện hình tròn hoặc gần tròn, mang các đường ráp làm điểm bám cơ.
• Đầu dưới xương đùi: Gồm hai lồi cầu (medial và lateral), tạo khớp với xương chày và xương bánh chè tại khớp gối.

Một số cấu trúc quan trọng trên mặt xương:

• Fovea capitis: Hõm nhỏ trên đầu xương đùi, nơi dây chằng tròn gắn vào.
• Linea aspera: Đường ráp nổi bật ở mặt sau thân xương, nơi bám của cơ khép và cơ đùi sau.
• Intertrochanteric line và crest: Các gờ nối mấu chuyển lớn và nhỏ, đóng vai trò điểm bám cơ và dây chằng.

Bảng tóm tắt cấu trúc chính:

Thành phần	Vị trí	Chức năng
Đầu xương đùi	Gần khung chậu	Tạo khớp háng, xoay linh hoạt
Thân xương	Phần giữa	Chịu lực, điểm bám cơ
Lồi cầu ngoài và trong	Cuối dưới	Hình thành khớp gối

Chức năng sinh học

Xương đùi thực hiện nhiều chức năng đồng thời trong hệ cơ xương, từ vận động cho đến chuyển hóa. Trước hết, đây là xương mang tải trọng lớn nhất cơ thể, chịu toàn bộ sức nặng của phần thân phía trên và truyền lực này xuống bàn chân thông qua khớp gối và khớp cổ chân. Nhờ đặc điểm này, xương đùi giúp cơ thể giữ thăng bằng và thực hiện các hoạt động hàng ngày.

Ngoài chức năng chịu lực, xương đùi còn là điểm bám của nhiều nhóm cơ lớn, bao gồm:

• Cơ tứ đầu đùi (quadriceps femoris)
• Cơ khép đùi (adductor group)
• Cơ mông lớn (gluteus maximus)
• Cơ nhị đầu đùi (biceps femoris)

Sự phối hợp của các nhóm cơ này tạo ra các chuyển động chính như gập, duỗi, xoay trong và xoay ngoài tại khớp háng và khớp gối.

Bên trong xương đùi chứa tủy đỏ, nơi sinh ra hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu. Hoạt động tạo máu tại đây giúp duy trì hệ miễn dịch và cung cấp oxy cho toàn bộ cơ thể. Với vai trò kép – cơ học và sinh học – xương đùi là một cấu trúc thiết yếu, không thể thay thế trong hoạt động sống và y học lâm sàng.

Sự phát triển và cốt hóa

Xương đùi hình thành thông qua cơ chế cốt hóa nội sụn, bắt đầu từ tuần thứ 7 của thai kỳ. Trong quá trình phát triển, có ba trung tâm cốt hóa chính:

• Thân xương: Cốt hóa từ giữa thai kỳ (khoảng tuần thứ 7–8)
• Đầu dưới: Là điểm cốt hóa thứ hai, bắt đầu khoảng tháng thứ 9 thai kỳ
• Đầu trên: Xuất hiện sau sinh, khoảng 4–6 tháng tuổi

Sau khi các điểm cốt hóa phát triển, chúng liên kết với nhau qua các bản sụn tăng trưởng (epiphyseal plates). Quá trình cốt hóa hoàn tất khi các bản sụn đóng lại, thường vào khoảng 18–20 tuổi ở nữ và 20–22 tuổi ở nam. Khi đó, xương đùi đạt chiều dài cố định và không tăng trưởng thêm.

Dựa vào mức độ cốt hóa và tình trạng của các bản sụn, bác sĩ có thể đánh giá tuổi xương và mức độ trưởng thành sinh học của một cá nhân. Việc này đặc biệt hữu ích trong ngành nhi khoa, thể thao học, và pháp y.

Liên quan giải phẫu với hệ cơ và mạch máu

Xương đùi có mối liên kết chặt chẽ với nhiều cấu trúc quan trọng thuộc hệ cơ, hệ thần kinh và hệ mạch máu chi dưới. Về mặt cơ học, nó là điểm bám chính của hơn 20 cơ khác nhau tham gia vận động háng và gối. Các cơ bám vào xương đùi giúp thực hiện các chuyển động phức tạp như gập, duỗi, xoay, khép và dạng đùi.

Những cơ chính liên quan đến xương đùi:

• Cơ tứ đầu đùi (quadriceps femoris): Bám vào mặt trước thân xương, giúp duỗi gối.
• Cơ mông lớn (gluteus maximus): Bám vào mấu chuyển lớn, thực hiện động tác duỗi và xoay ngoài đùi.
• Cơ khép dài và ngắn: Bám vào đường ráp ở mặt sau xương, hỗ trợ động tác khép đùi.
• Cơ nhị đầu đùi (biceps femoris): Góp phần gập gối và xoay ngoài cẳng chân.

Về mạch máu, động mạch đùi (femoral artery) là nhánh lớn của động mạch chậu ngoài, chạy dọc mặt trước trong đùi, cung cấp máu cho hầu hết các cơ quan và mô tại vùng này. Tĩnh mạch đùi và mạng tĩnh mạch nông đi kèm đảm bảo hồi lưu máu về tim. Ngoài ra, dây thần kinh đùi (femoral nerve) và thần kinh ngồi (sciatic nerve) đóng vai trò chủ lực trong việc chi phối cảm giác và vận động toàn bộ chi dưới.

Góc nghiêng giải phẫu (góc cổ-thân xương đùi)

Góc cổ-thân (cervicodiaphyseal angle) là góc giữa cổ xương và thân xương đùi, thường có giá trị từ 120° đến 135° ở người trưởng thành. Góc này giữ vai trò tối quan trọng trong việc phân phối trọng lực qua khớp háng và ảnh hưởng đến khả năng vận động của chi dưới. Bất thường về góc cổ-thân có thể gây thay đổi lực cơ học tác động lên khớp háng, dẫn đến thoái hóa hoặc lệch trục chân.

Một số dạng bất thường:

• Coxa vara: Góc nhỏ hơn 120°, làm giảm chiều dài chi, tăng áp lực lên khớp háng.
• Coxa valga: Góc lớn hơn 135°, làm giảm ổn định khớp háng, tăng nguy cơ trật khớp.

Công thức tính góc giữa hai vector đại diện cho cổ và thân xương:

$\theta = \arccos\left(\frac{\vec{n} \cdot \vec{s}}{\|\vec{n}\| \cdot \|\vec{s}\|}\right)$

Trong đó $\vec{n}$ là vector cổ xương và $\vec{s}$ là vector thân xương. Việc đánh giá góc này thường được thực hiện qua hình ảnh X-quang trước – sau hoặc cắt lớp vi tính (CT).

Chấn thương và bệnh lý liên quan

Xương đùi thường chịu các loại chấn thương do tai nạn giao thông, ngã ở người già hoặc va chạm thể thao mạnh. Trong số đó, gãy cổ xương đùi là một trong những tổn thương phổ biến nhất và có nguy cơ cao dẫn đến mất khả năng vận động nếu không được điều trị kịp thời. Loãng xương làm giảm mật độ khoáng xương, khiến xương dễ gãy dù chỉ do lực nhẹ.

Các bệnh lý thường gặp:

• Gãy liên mấu chuyển: Gặp nhiều ở người cao tuổi, thường cần phẫu thuật kết hợp xương.
• Hoại tử vô mạch chỏm xương đùi: Do tắc mạch máu nuôi, dẫn đến chết xương, thường phải thay khớp háng.
• Viêm xương tủy (osteomyelitis): Nhiễm trùng xương đùi do vi khuẩn.
• Di căn ung thư: Một số loại ung thư như vú, tiền liệt tuyến có thể di căn đến xương đùi.

Chẩn đoán các tổn thương này dựa trên kết hợp giữa thăm khám lâm sàng, chụp X-quang, MRI và các xét nghiệm máu. Hướng dẫn chuyên sâu có thể tham khảo tại OrthoInfo – American Academy of Orthopaedic Surgeons.

Hình ảnh học và ứng dụng lâm sàng

Các phương pháp hình ảnh giúp đánh giá cấu trúc và chức năng xương đùi trong chẩn đoán lâm sàng và lập kế hoạch điều trị. X-quang là kỹ thuật cơ bản nhất, thường dùng để phát hiện gãy xương, đánh giá góc cổ-thân và theo dõi liền xương. CT scan cung cấp hình ảnh ba chiều chi tiết, hữu ích trong chấn thương phức tạp hoặc lên kế hoạch phẫu thuật.

MRI giúp quan sát tủy xương, tổn thương mô mềm, chỏm xương và phát hiện hoại tử sớm. Siêu âm Doppler được sử dụng để kiểm tra dòng chảy mạch máu tại vùng đùi, nhất là sau chấn thương hoặc trong bệnh lý tắc nghẽn tĩnh mạch sâu.

Các ứng dụng lâm sàng phổ biến:

• Đánh giá chiều dài chi và phát hiện bất đối xứng chân
• Phát hiện gãy kín, di lệch nhẹ mà X-quang không thấy rõ
• Lập kế hoạch thay khớp háng toàn phần

Tiến hóa và vai trò trong nhân trắc học

Xương đùi của người đã tiến hóa để phù hợp với tư thế đứng thẳng và di chuyển bằng hai chân. So với các loài linh trưởng, xương đùi người có mấu chuyển to hơn, góc cổ-thân lớn hơn và phần đầu xương chắc khỏe hơn. Những đặc điểm này giúp con người ổn định dáng đi và giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình vận động.

Trong nhân trắc học và pháp y, xương đùi được sử dụng để xác định chiều cao, giới tính và độ tuổi ước tính của một cá nhân. Chiều dài xương đùi là cơ sở cho nhiều công thức tính chiều cao. Một ví dụ điển hình là công thức tính chiều cao theo chiều dài xương đùi cho nam giới châu Á:

$H = 2.32 \cdot L + 65.53$

Trong đó $H$ là chiều cao cơ thể (cm), $L$ là chiều dài xương đùi (cm). Các nhà khảo cổ và pháp y áp dụng công thức này để tái tạo thông tin cơ thể từ bộ xương người cổ hoặc trong giám định hình sự. Xem nghiên cứu tại PubMed – Estimation of Stature from Femur Length.

Tài liệu tham khảo

1. NCBI – Femur Anatomy
2. PMC – Biomechanics of Femur Fractures
3. Radiopaedia – Femur
4. Kenhub – Anatomy of the Femur
5. American Academy of Orthopaedic Surgeons – OrthoInfo
6. PubMed – Stature Estimation from Long Bones
7. Moore, K. L., Dalley, A. F., & Agur, A. M. R. (2013). Clinically Oriented Anatomy, 7th ed. Lippincott Williams & Wilkins.