激素治疗Ⅲ型变态反应疾病诱发骨坏死的病理学研究
作者：杨万石 王坤正 陈君长 王春生
单位：王坤正 陈君长 王春生 西安医科大学第二附院骨科，陕西 西安 710004；杨万石 现在北京煤碳总医院骨科，北京 100028
关键词：糖皮质激素类； 骨坏死； 超敏反应； 病理学，外科； 兔
临床骨科杂志990101
【摘要】 目的 探讨激素致股骨头缺血坏死的发病机制。方法 随机分单纯变态反应组(A组)和激素治疗变态反应组(B组)。A组采用分2次间隔3周给实验白兔iv马血清(10 ml.kg-1)建立变态反应疾病模型。B组采用与A组同样的方法，建立变态反应疾病模型，在模型建立后2周，连续3天腹腔内注射强的松龙(45 mg.kg-1)。两组在处理完后第1、2、3、5周时取双侧股骨头标本，作大体观察，HE和Masson三色染色，光镜观察。结果 A组：骨组织发生溶骨性骨坏死和血管炎，但增生修复反应活跃。B组：骨组织细胞发生慢性缺血坏死，骨小梁板层结构清楚；血管壁增厚，管腔狭窄，无明显增生修复反应。结论 激素在治疗变态反应疾病过程中损害了股骨头的血供，抑制了骨组织细胞的代谢，从而抑制了机体对已发生坏死骨组织的修复重建，导致骨坏死发生。
, 百拇医药
【中图分类号】 R681
Histopathologic study on the osteonecrosis of type Ⅲ allergosis induced by steroid
Yang Wanshi△, Wang Kunzheng, Chen Junchang, Wang Chunsheng
(Department of Orthopaedics, The 2nd Affiliated Hospital of Xi'an Medical University,Xi'an, Shanxi 710004;△Beijing General Hospital of Mineral Industry，Beijing 100028)
【Abstract】 Objective To study the mechanism of steroid-induced osteonecrosis. Methods White rabbits were divided into allergosis group(group A) and allergosis treated by steroid group(group B). In group A, the model of allergosis was established by intravenous injection of horse serum twice at the interval of 3 weeks. In group B, the model of allergosis was also established by the same method as group A. After 2 weeks, group B was injected with prednisone at 45 mg.kg-1 for 3 days abdominally. In the 1st, 2nd, 3rd and 5th week the samples of bilateral femoral heads were taken and observed with HE and Masson threecolour staining in both groups. Results In group A, osteolytic necrosis and vasculitis appeared and the reconstruction existed. In group B, the ischemic necrosis of bone cells, the thicked wall and stenosis of blood vessels, and the clear structure of bone trabeculae were found, but no reconstruction was seen. Conclusion Allergosis treated by steroid disturbed the blood supply of femoral heads, hindered the bone metabolism and reconstruction of necrotic bone, and caused osteonecrosis.
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【Key words】 glucocorticoids; osteonecrosis; hypersensitivity; pahology,surgical; rabbits
糖皮质激素类药物(以下简称激素)诱发产生的骨坏死常常是在治疗原发疾病(如：变态反应疾病、胶原性疾病、器官移植、血液病等)的过程中发生的〔1，2〕。本实验将激素和变态反应疾病的治疗过程联系起来，通过组织学观察探讨激素在治疗这类疾病的过程中产生骨坏死的发病机制。
1 材料与方法
1.1 模型的建立 选用成年(24周龄以上)健康、实验用白兔50只(由西安医科大学实验动物中心提供)，♀♂不限，体重2.5～2.8 kg,平均体重2.65 kg，随机分A、B 2组，每组20只，另各自设立5只作对照组。
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A组20只，参照Rich等〔3〕的方法，将马血清(郑州中化生物技术公司9603120-2)10 ml.kg-1经兔耳缘静脉注射致敏。间隔3周后，以相同的方法、剂量再次注射马血清诱发产生“Ⅲ型变态反应”即“血清病”。B组20只，采用与A组相同的方法、剂量、时间间隔静脉注射2次马血清，第2次注射后2周，将强的松龙(Upjohn 公司96F02)45 mg.kg-1连续3天每天1次腹腔内注射，治疗变态反应。
对照组与实验组动物处理方式相同，但不含有效药物成份，均为等量生理盐水替代。注射强的松龙的动物，每只每天腹腔内注射青霉素20万U，庆大霉素4万U预防感染。所有动物在相同环境内采用相同的方式饲养。各实验组和对照组动物处理完成后，分别在满1、2、3、5周时，各选实验组5只，对照组1只进行组织学观察。
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1.2 HE和Masson三色染色观察 取双侧股骨头连同干骺端，肉眼观察后，置于10%中性福尔马林液中固定(磷酸盐缓冲液调节pH＝7.0)，经5.5%乙二胺四醋酸二钠盐(EDTA)脱钙后，冠状位正中切开(图1)，流水冲洗后，逐级酒精脱水，二甲苯透明，石蜡包埋，连续切片(切片厚7 μm)，经HE及Masson三色染色后，光学树脂封固，光镜观察各实验组及对照组骨小梁、髓内、骨细胞、骨内微血管的变化。
图1 实验所取标本，作冠状位正中切开后连续切片(7 μm)观察
HE及Masson三色染色
2 结果
2.1 A组 单纯变态反应可导致骨小梁坏死，其周边呈急性溶骨性骨坏死表现，即骨小梁结构不清晰，骨细胞陷窝界限不清晰。髓内细胞增生活跃，结构紊乱，坏死骨小梁周围大量成纤维细胞向成骨细胞转化并成骨，有大量新生的小血管，以在第2、3周变化最为明显(图2，3)。第5周已看不到骨坏死后修复重建的痕迹。
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图2 单纯变态反应病组第2周标本病理改变 HE×100
图3 单纯变态反应病组第3周骨小梁及髓内病理变化 HE×100
2.2 B组 激素治疗变态反应在第1周仍可看到类似于单纯变态反应的骨小梁坏死的表现，但髓内组织细胞增生并不明显，且看不到大量新生的髓内微血管，骨小梁板层结构清晰。第2周可见：骨小梁坏死表现为骨细胞坏死、消失、形成空骨细胞陷窝，界限清晰，板层结构清晰，周边多数成骨细胞成骨，在成骨过程中，成骨细胞仍有细胞核碎裂、溶解坏死。髓内细胞亦有核碎裂、溶解坏死(即骨髓坏死)，细胞数目明显稀疏(图4)。Masson三色染色，可见到绿染的弹力胶原纤维结构的增生，致血管壁增厚、管腔狭窄、闭塞的变化(图5，6)。
2.3 骨及骨髓坏死发生率 病理组织学观察结果统计见表1。
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表1 骨及骨髓坏死的发生率 分组
n
骨坏死
(n)
骨髓坏死
(n)
合计
(n)
骨坏死率
(%)
总坏死率
(%)
对照组
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10
0
0
0
0
0
A 组
20
2
3
5
10
25
B 组
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20
7
2
9
35
45
图4 激素治疗变态反应病理组第2周病理变化 HE×100
图5 激素治疗变态反应病组第2周髓内小血管闭塞 Masson三色染色×100
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图6 激素治疗变态反应病组第2周髓内小血管壁增厚，管腔狭窄 Masson三色染色×200
3 讨论
单纯变态反应对组织细胞的损伤是由免疫复合物固定并激活补体，产生生物活性物质、活性介质而致组织损伤〔4〕。白细胞吞噬抗原抗体复合物后可释放前列腺素等炎症介质，以及几种溶酶体酶，其中蛋白酶能消化基底膜胶原、弹性纤维及软骨。这些因素共同作用的结果，产生了溶骨性骨组织细胞的坏死。
在变态反应基础上应用激素治疗改变了这一病理生理过程。由于免疫功能的抑制，使得免疫复合物清除受阻，广泛沉积在小血管基底膜上，随着免疫抑制作用的消失(激素被机体代谢)，在免疫复合物沉积的部位，产生免疫复合物介导的损伤，致使血管内皮细胞增生，弹性胶原纤维损伤后增生，血管壁增厚、管腔狭窄(图5，6)。王坤正等〔5〕通过给家兔注射大量激素后，发现股骨头内毛细血管明显充盈不良，单位面积内毛细血管密度明显下降，并可见红细胞聚集现象，血液流速明显下降。这与实验中病理组织学观察结果是一致的。这种改变说明了激素确实影响了毛细血管生长、发育，并且抑制红细胞对葡萄糖的利用，能量合成减少，功能受限〔6〕，导致股骨头内血流量的下降，骨组织细胞缺血缺氧。
, 百拇医药
激素对骨组织细胞产生三方面影响。直接作用于骨细胞抑制其蛋白、胶原合成，进而抑制骨细胞的生长和mRNA的合成，造成骨小梁结构退行性改变(图4)。降低卵巢、睾丸、肾上腺的性激素分泌，减少胃肠钙吸收，增加肾脏尿钙排泄，引起继发性甲状旁腺机能亢进〔7〕。直接抑制成骨细胞活性，降低其更新转换率，缩短其寿命，并可直接刺激破骨细胞活动，增加骨组织对PTH和1，25-(OH)2-D3的敏感性，而在总体上造成成骨作用减弱，破骨作用增强，钙盐丢失，骨质疏松发生，骨组织结构呈退行性变化〔7〕(图4)。
由此可知，激素在治疗变态反应疾病过程中，加重了骨组织血循环的损害，抑制了骨组织细胞的代谢，进而抑制了机体对已坏死骨组织细胞的修复重建，导致骨组织坏死范围扩大，难以通过自身正常的生理过程修复重建，最终产生了股骨头坏死。
基金项目：陕西省自然科学基金资助项目(96SM36)
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作者简介：杨万石，男，36岁，硕士，主治医师。研究方向：髋关节病
王坤正，男，43岁，博士，教授，主任医师，博士生导师。研究方向：髋关节病
参考文献
1 Nishiyama A, Okinaga A. Osteonecrosis after renal transplantation in children. Clin Orthop, 1993；(295):168～170
2 Laustem GS, Egfjord M, Olgaard K. Metablism of Preamisone in Kidney transplanted patients with necrosis of the femoral head. Pharmacol Toxicol, 1993;72(2):78～83
, http://www.100md.com
3 大园健二，松井 稔，中村宣雄ら. 实验的骨坏死. 整形.灾害外科，1993；36(1)：29～36
4 武忠弼主编.病理学.第3版，北京：人民卫生出版社，1992：31～78
5 王坤正，毛履真，胡长根，等. 激素性股骨头缺血坏死发病机制的实验研究. 中华外科杂志，1994；32(9)：515～517
6 Pettine KA. Association of anabolic steroids and avascular necrosis of femoral heads 〔See comments〕. Amm J Sports Med, 1991;19(1):96～99
7 绳田泰史，高林克日巳，吉田 尚.副肾皮质ステロイド 疗法 による骨病变. 木ルモンと临床，1994；42(1)：27～34
1998-10-02收稿，1998-11-26修回, http://www.100md.com
单位：王坤正 陈君长 王春生 西安医科大学第二附院骨科，陕西 西安 710004；杨万石 现在北京煤碳总医院骨科，北京 100028
关键词：糖皮质激素类； 骨坏死； 超敏反应； 病理学，外科； 兔
临床骨科杂志990101
【摘要】 目的 探讨激素致股骨头缺血坏死的发病机制。方法 随机分单纯变态反应组(A组)和激素治疗变态反应组(B组)。A组采用分2次间隔3周给实验白兔iv马血清(10 ml.kg-1)建立变态反应疾病模型。B组采用与A组同样的方法，建立变态反应疾病模型，在模型建立后2周，连续3天腹腔内注射强的松龙(45 mg.kg-1)。两组在处理完后第1、2、3、5周时取双侧股骨头标本，作大体观察，HE和Masson三色染色，光镜观察。结果 A组：骨组织发生溶骨性骨坏死和血管炎，但增生修复反应活跃。B组：骨组织细胞发生慢性缺血坏死，骨小梁板层结构清楚；血管壁增厚，管腔狭窄，无明显增生修复反应。结论 激素在治疗变态反应疾病过程中损害了股骨头的血供，抑制了骨组织细胞的代谢，从而抑制了机体对已发生坏死骨组织的修复重建，导致骨坏死发生。
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【中图分类号】 R681
Histopathologic study on the osteonecrosis of type Ⅲ allergosis induced by steroid
Yang Wanshi△, Wang Kunzheng, Chen Junchang, Wang Chunsheng
(Department of Orthopaedics, The 2nd Affiliated Hospital of Xi'an Medical University,Xi'an, Shanxi 710004;△Beijing General Hospital of Mineral Industry，Beijing 100028)
【Abstract】 Objective To study the mechanism of steroid-induced osteonecrosis. Methods White rabbits were divided into allergosis group(group A) and allergosis treated by steroid group(group B). In group A, the model of allergosis was established by intravenous injection of horse serum twice at the interval of 3 weeks. In group B, the model of allergosis was also established by the same method as group A. After 2 weeks, group B was injected with prednisone at 45 mg.kg-1 for 3 days abdominally. In the 1st, 2nd, 3rd and 5th week the samples of bilateral femoral heads were taken and observed with HE and Masson threecolour staining in both groups. Results In group A, osteolytic necrosis and vasculitis appeared and the reconstruction existed. In group B, the ischemic necrosis of bone cells, the thicked wall and stenosis of blood vessels, and the clear structure of bone trabeculae were found, but no reconstruction was seen. Conclusion Allergosis treated by steroid disturbed the blood supply of femoral heads, hindered the bone metabolism and reconstruction of necrotic bone, and caused osteonecrosis.
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【Key words】 glucocorticoids; osteonecrosis; hypersensitivity; pahology,surgical; rabbits
糖皮质激素类药物(以下简称激素)诱发产生的骨坏死常常是在治疗原发疾病(如：变态反应疾病、胶原性疾病、器官移植、血液病等)的过程中发生的〔1，2〕。本实验将激素和变态反应疾病的治疗过程联系起来，通过组织学观察探讨激素在治疗这类疾病的过程中产生骨坏死的发病机制。
1 材料与方法
1.1 模型的建立 选用成年(24周龄以上)健康、实验用白兔50只(由西安医科大学实验动物中心提供)，♀♂不限，体重2.5～2.8 kg,平均体重2.65 kg，随机分A、B 2组，每组20只，另各自设立5只作对照组。
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A组20只，参照Rich等〔3〕的方法，将马血清(郑州中化生物技术公司9603120-2)10 ml.kg-1经兔耳缘静脉注射致敏。间隔3周后，以相同的方法、剂量再次注射马血清诱发产生“Ⅲ型变态反应”即“血清病”。B组20只，采用与A组相同的方法、剂量、时间间隔静脉注射2次马血清，第2次注射后2周，将强的松龙(Upjohn 公司96F02)45 mg.kg-1连续3天每天1次腹腔内注射，治疗变态反应。
对照组与实验组动物处理方式相同，但不含有效药物成份，均为等量生理盐水替代。注射强的松龙的动物，每只每天腹腔内注射青霉素20万U，庆大霉素4万U预防感染。所有动物在相同环境内采用相同的方式饲养。各实验组和对照组动物处理完成后，分别在满1、2、3、5周时，各选实验组5只，对照组1只进行组织学观察。
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1.2 HE和Masson三色染色观察 取双侧股骨头连同干骺端，肉眼观察后，置于10%中性福尔马林液中固定(磷酸盐缓冲液调节pH＝7.0)，经5.5%乙二胺四醋酸二钠盐(EDTA)脱钙后，冠状位正中切开(图1)，流水冲洗后，逐级酒精脱水，二甲苯透明，石蜡包埋，连续切片(切片厚7 μm)，经HE及Masson三色染色后，光学树脂封固，光镜观察各实验组及对照组骨小梁、髓内、骨细胞、骨内微血管的变化。
图1 实验所取标本，作冠状位正中切开后连续切片(7 μm)观察
HE及Masson三色染色
2 结果
2.1 A组 单纯变态反应可导致骨小梁坏死，其周边呈急性溶骨性骨坏死表现，即骨小梁结构不清晰，骨细胞陷窝界限不清晰。髓内细胞增生活跃，结构紊乱，坏死骨小梁周围大量成纤维细胞向成骨细胞转化并成骨，有大量新生的小血管，以在第2、3周变化最为明显(图2，3)。第5周已看不到骨坏死后修复重建的痕迹。
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图2 单纯变态反应病组第2周标本病理改变 HE×100
图3 单纯变态反应病组第3周骨小梁及髓内病理变化 HE×100
2.2 B组 激素治疗变态反应在第1周仍可看到类似于单纯变态反应的骨小梁坏死的表现，但髓内组织细胞增生并不明显，且看不到大量新生的髓内微血管，骨小梁板层结构清晰。第2周可见：骨小梁坏死表现为骨细胞坏死、消失、形成空骨细胞陷窝，界限清晰，板层结构清晰，周边多数成骨细胞成骨，在成骨过程中，成骨细胞仍有细胞核碎裂、溶解坏死。髓内细胞亦有核碎裂、溶解坏死(即骨髓坏死)，细胞数目明显稀疏(图4)。Masson三色染色，可见到绿染的弹力胶原纤维结构的增生，致血管壁增厚、管腔狭窄、闭塞的变化(图5，6)。
2.3 骨及骨髓坏死发生率 病理组织学观察结果统计见表1。
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表1 骨及骨髓坏死的发生率 分组
n
骨坏死
(n)
骨髓坏死
(n)
合计
(n)
骨坏死率
(%)
总坏死率
(%)
对照组
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10
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A 组
20
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5
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B 组
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20
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45
图4 激素治疗变态反应病理组第2周病理变化 HE×100
图5 激素治疗变态反应病组第2周髓内小血管闭塞 Masson三色染色×100
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图6 激素治疗变态反应病组第2周髓内小血管壁增厚，管腔狭窄 Masson三色染色×200
3 讨论
单纯变态反应对组织细胞的损伤是由免疫复合物固定并激活补体，产生生物活性物质、活性介质而致组织损伤〔4〕。白细胞吞噬抗原抗体复合物后可释放前列腺素等炎症介质，以及几种溶酶体酶，其中蛋白酶能消化基底膜胶原、弹性纤维及软骨。这些因素共同作用的结果，产生了溶骨性骨组织细胞的坏死。
在变态反应基础上应用激素治疗改变了这一病理生理过程。由于免疫功能的抑制，使得免疫复合物清除受阻，广泛沉积在小血管基底膜上，随着免疫抑制作用的消失(激素被机体代谢)，在免疫复合物沉积的部位，产生免疫复合物介导的损伤，致使血管内皮细胞增生，弹性胶原纤维损伤后增生，血管壁增厚、管腔狭窄(图5，6)。王坤正等〔5〕通过给家兔注射大量激素后，发现股骨头内毛细血管明显充盈不良，单位面积内毛细血管密度明显下降，并可见红细胞聚集现象，血液流速明显下降。这与实验中病理组织学观察结果是一致的。这种改变说明了激素确实影响了毛细血管生长、发育，并且抑制红细胞对葡萄糖的利用，能量合成减少，功能受限〔6〕，导致股骨头内血流量的下降，骨组织细胞缺血缺氧。
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激素对骨组织细胞产生三方面影响。直接作用于骨细胞抑制其蛋白、胶原合成，进而抑制骨细胞的生长和mRNA的合成，造成骨小梁结构退行性改变(图4)。降低卵巢、睾丸、肾上腺的性激素分泌，减少胃肠钙吸收，增加肾脏尿钙排泄，引起继发性甲状旁腺机能亢进〔7〕。直接抑制成骨细胞活性，降低其更新转换率，缩短其寿命，并可直接刺激破骨细胞活动，增加骨组织对PTH和1，25-(OH)2-D3的敏感性，而在总体上造成成骨作用减弱，破骨作用增强，钙盐丢失，骨质疏松发生，骨组织结构呈退行性变化〔7〕(图4)。
由此可知，激素在治疗变态反应疾病过程中，加重了骨组织血循环的损害，抑制了骨组织细胞的代谢，进而抑制了机体对已坏死骨组织细胞的修复重建，导致骨组织坏死范围扩大，难以通过自身正常的生理过程修复重建，最终产生了股骨头坏死。
基金项目：陕西省自然科学基金资助项目(96SM36)
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作者简介：杨万石，男，36岁，硕士，主治医师。研究方向：髋关节病
王坤正，男，43岁，博士，教授，主任医师，博士生导师。研究方向：髋关节病
参考文献
1 Nishiyama A, Okinaga A. Osteonecrosis after renal transplantation in children. Clin Orthop, 1993；(295):168～170
2 Laustem GS, Egfjord M, Olgaard K. Metablism of Preamisone in Kidney transplanted patients with necrosis of the femoral head. Pharmacol Toxicol, 1993;72(2):78～83
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3 大园健二，松井 稔，中村宣雄ら. 实验的骨坏死. 整形.灾害外科，1993；36(1)：29～36
4 武忠弼主编.病理学.第3版，北京：人民卫生出版社，1992：31～78
5 王坤正，毛履真，胡长根，等. 激素性股骨头缺血坏死发病机制的实验研究. 中华外科杂志，1994；32(9)：515～517
6 Pettine KA. Association of anabolic steroids and avascular necrosis of femoral heads 〔See comments〕. Amm J Sports Med, 1991;19(1):96～99
7 绳田泰史，高林克日巳，吉田 尚.副肾皮质ステロイド 疗法 による骨病变. 木ルモンと临床，1994；42(1)：27～34
1998-10-02收稿，1998-11-26修回, http://www.100md.com