激素型股骨头坏死的发病机制研究
作者：文良元 黄公怡 路奎元 张青勇
单位：100730 北京医院骨科(文良元、黄公怡、路奎元)；山西省昔阳县人民医院(张青勇)
关键词：股骨头坏死；肾上腺皮质激素类；显微镜检查，电子
中华外科杂志980113
【摘要】 目的 探讨皮质激素引起的股骨头坏死的发生机制。方法 利用新西兰大白兔制成实验性激素性股骨头坏死的动物模型，通过血脂化验及对肝、股骨头标本病理切片的透射电镜检查，动态观察其坏死过程。结果 血脂升高与时间呈正相关；实验组骨细胞脂变、 坏死；电镜下细胞外脂质增多，继而发生细胞内脂质沉积，细胞粒浓聚、碎裂、溶解等细胞坏死现象。结论 皮质激素的使用能引起体内脂代谢紊乱、高脂血症及肝脂变，继之出现股骨头内骨细胞的脂变、坏死，从而引起股骨头坏死。
, http://www.100md.com nimal model of femoral head necrosis through cortical steroid administration.Lipid analyses of blood samples were made and examined specimens from livers and femoral heads were studied with HE,TEM methods.Results Cortical steroid resulted in dearrangement of fat metabolism,lipid change of liver and hyperlipemia. Conclusion The pathogenesis of femoral head necrosis is due to fatty degeneration of osteocytes.
【Key words】 Femur head necrosis Adrenal cortex hormones Microscopy,electron
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皮质激素具有多种治疗作用，在临床上应用范围较广泛，但使用不当，会引起许多严重的并发症，激素诱导的股骨头坏死即是其中之一。有人观察，只要长期使用超过人体正常需要量的皮质激素，就会引起股骨头坏死。合并某些内科疾病，如系统性红斑狼疮(SLE)、肾病综合征等，更易促进股骨头坏死的发生和发展。为了探讨激素型股骨头坏死的发病机制，我们通过建立激素型股骨头坏死的动物模型，进行组织病理、细胞超微结构、血生化检查，动态观察了股骨头内组织、细胞的变化过程。
材料与方法
一、动物模型
57只健康新西兰大白兔，每只体重2.8~4.5kg，雌雄不限。第1、2、3周，禁食12~1 5小时(不禁水)后，分别抽取15份空腹静脉血检查血脂，结果显示三周之间血脂水平无显著变 化，然后将其随机分为两组，作为受试对象。
作者单位：100730 北京医院骨科(文良元、黄公怡、路奎元)；山西省昔阳县人民医院(张 青勇)
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实验组(n=50)：于三角肌注射强的松龙8mg/kg，每周两次[1]，同时注射青霉素4 0万U/只。每周抽空腹静脉血一次，作血脂、肝功等化验(15份标本)。
对照组(n=7)：仅肌注青霉素40万U/只，每周两次，血液生化检查内容同实验组。
二、实验方法
1.实验组：共观察13周，每周以空气栓塞法处死3只，第13周处死4只，共40只(其余在 不同时期因衰竭而死亡)。取双侧股骨头、肝脏进行观察：右侧股骨头行HE染色，检查时作 全头冠状面切片；左侧股骨头于冠状面切成二半，以其中一半作透射电镜检查(主要为外上方 负重区的皮质骨+部分松质骨)；肝经HE染色后作光镜检查。
2.对照组：实验前及实验后第1、3、5、7、9、11周各取1只作各期的HE切片染色(双 侧共14份标本)，其中4只行电镜检查。
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3.骨标本的处理：行HE染色的骨标本，先经10%的福尔马林固定1周，随后换成5%硝 酸脱钙1周再行包埋、切片及作HE染色;作电镜检查的骨标本，先经2.5%戊二醛固定48小时， 然后用清水反复冲洗，再换成磷酸缓冲液固定1周，经5%EDTA脱钙后，再用1%锇酸后固定， 制成超薄切片，醋酸铀和柠檬酸铝染色。
结 果
一、血脂水平与时间的关系
二、肝脏检查结果
1.实验组：肉眼观察见肝明显肿大，表面粟粒样突出；镜下观察见肝细胞内脂质沉积、脂 变明显，血窦变小或消失，肝小叶失去正常结构，排列紊乱(图2)。
2.对照组：肉眼及镜下检查均正常。
三、骨标本
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1.肉眼观察：实验组股骨颈断面髓腔内胶冻样脂质增多，并随实验时间延长而愈趋明显。
2.光镜检查：(1)对照组：骨皮质及骨小梁骨细胞清晰可见，核较大，位于中央。偶见骨 陷窝空虚(图3)。(2)实验组：早期即见髓腔脂肪组织增多，脂肪细胞肥大，红骨髓逐渐受压、 变少。切片上骨细胞脂变、骨陷窝空虚数量增多(图4)。以后各周上述变化逐渐加重。至13周 骨细胞脂变，核边聚非常明显，陷窝空虚明显增多，超过50%，呈现骨坏死(图5)。有些视野 所有骨陷窝完全空虚。第11周起的一系列标本中髓腔血管内可见脂栓出现，至13周所有标本 中均未见明显新骨形成。
3.电镜(TEM)检查：(1)对照组：骨细胞椭园形，核大，核膜及胞膜均清晰，常、异染色 质稀疏，胞浆及细胞器稀少。胞浆伪足向周围骨小管内伸展与临近骨细胞连接。胞体与陷窝 壁之间有一较小间隙(图6)。成骨细胞位于骨小梁表面，长条样，细胞器较多(图7)。(2)实 验组：第1周可见胞膜与陷窝壁间隙开始增宽，胞膜有被压痕迹，胞浆体积减小，胞外间隙内 可见脂质沉积(图8)。第2周可见胞外脂质沉积进一步增多，胞浆进一步受压，骨小管内胞浆突 起由于受挤压和被牵拉而变形，甚至断裂(图9)。3周时可见骨细胞对逐渐增多的细胞外脂质开 始作出主动反应，形成胞浆突起，包裹和吞噬脂质，从而形成细胞内脂质沉积，压迫胞核并 影响其功能(图10)。4周时可见胞浆内大量脂质沉积，造成核的进一步受压和边聚(图11)。 实验中、后期出现细胞核的浓聚、碎裂、溶解等细胞坏死现象，细胞核消失，而整个骨陷窝 几乎全被脂肪占据(图12)。实验后期(11周)发现骨内微血管内的脂滴出现(图13)，对细胞 内吞噬脂滴行放大观察时可见其外面有一层膜的结构(图14)。
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讨 论
健康动物使用激素后出现了股骨头坏死，说明皮质激素是股骨头坏死的一个较肯定因素。 皮质激素可对各种骨细胞功能产生影响，但它不会直接引起骨细胞坏死[1]。众多的实验 结果证实，骨坏死与皮质激素引起脂代谢紊乱、高脂血症等密切相关。使用超过生理需要量 的皮质激素，在体内可以促使脂肪动员与脂肪分解。脂肪经过脂肪酶的作用分解成甘油和脂 肪酸分子，成为肝细胞合成甘油三酯的原料，体内胆固醇的合成及其酯化的主要原料也是脂 肪酸，脂肪酸增多，胆固醇合成也增多，形成高胆固醇血症。在动物实验中，因大剂量使用 激素，高脂血症出现更快、更明显。许多学者发现人和动物对皮质激素的反应是一致的[2 ]。
本实验第1周即出现了血中甘油三酯和胆固醇明显升高，分别为用药前的8.5倍和1. 5倍，用药前后比较有非常显著性差异(P<0.01),血标本呈现乳白色。以后，随着激素的持续 应用而维持在一个较高水平。脂肪分解后，体重减轻，同时抗体水平降低，抵抗力低下，导 致动物容易死亡。本实验组共死亡10只。血脂升高后，使全身各器官组织、细胞长期处在一 个高血脂环境中，一方面可使细胞摄入脂肪较多而引起细胞内脂肪沉积、脂肪变性；另一方 面会引起细胞代谢功能紊乱。可以认为，激素性股骨头坏死源于脂代谢紊乱引起的高血脂。 因此，临床上，对于需要长期、大剂量使用皮质激素的患者，可通过血脂水平的监测，或采 取适当的干预措施，降低血脂，以保护股骨头。
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从不同时间组骨标本透射电镜检查可以看出，用药后早期骨标本就有骨陷窝内细胞外间 隙脂质沉积及骨细胞内脂滴的出现，以后脂质沉积物逐渐增大，并且胞浆变少，细胞核受挤 压、边聚、凝固、溶解。通过高倍透射电镜观察，骨细胞脂肪沉积可分为三种形式：(1)早期 主要为骨细胞外间隙脂质沉积，可以看到细胞的伪足由于胞体被挤压而拉长变形或断裂。(2) 骨细胞内、外同时出现脂质沉积，主要是由于骨细胞对细胞外逐渐增多的脂质进行主动的包 裹、吞噬的结果。(3)后期主要为骨细胞内脂质沉积。
对于骨细胞内脂肪沉积途径，有两种推测：(1)脂质穿膜学说：即脂蛋白在骨细胞表面分 解成小分子，然后小分子直接越膜入胞浆，在细胞内再合成大分子脂肪和脂滴。(2)脂质包裹、 吞噬学说：即由骨细胞膜直接包裹脂质入胞浆。本实验结果证实了第二种学说。周谋望等[ 3]在实验中还观察到了脂滴外的包膜结构，同样支持包裹、吞噬学说。
骨细胞生活在骨液中，而骨液主要是血浆渗出物，其流动及交换慢，这样给脂质在骨细 胞内沉积带来了机会。细胞外脂质沉积和细胞对脂质的包裹、吞噬应是过渡形式，而最终过 渡至细胞内沉积，除非骨细胞已失去了包裹、吞噬功能。Kawai等[4]认为大量的脂质进 入细胞内，骨细胞正常脂质代谢过程被打乱，必然引起脂质沉积。另外，可能在实验中激素 用量大，持续时间长，血脂水平持续增高，所以细胞内、外脂质沉积均很明显。如激素用量 小，或及时停药，则细胞外的脂滴能被完全吞噬入细胞内，身体内只有甘油三酯以脂滴方式 存在。所以，有人认为骨细胞内沉积物为甘油三酯是合理的。
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本实验在第11周后的电镜观察中可看到微血管内脂栓的出现。此时，组织学上已出现了 大量空虚的骨陷窝(>50%),已出现了骨坏死[5]。激素引起的高脂血症，都是来自于皮下 脂肪的分解和肝脏的合成与释放。血脂都是以亲水性脂蛋白的形式存在，而不是以游离的脂 肪滴存在。只有在严重肝脂变引起肝功能失调，载脂蛋白的合成减少时，肝内合成的脂肪才 会直接进入血液，成为脂栓的来源。同时由于激素的使用可引起血管脆性增加，游离脂肪酸 等可直接损伤血管壁，而引起脂滴在血管壁上易于附着而引起栓塞。但这种结果的出现需要 在激素使用数周后才会出现。所以实验中发现的血管内脂栓出现较晚，时间上落后于骨细胞 脂变引起的骨坏死。本实验结果表明，骨细胞脂变是激素性股骨头坏死的早期病变和根本原 因。
参 考 文 献
1David S.Pathegenetic consideration in ischemic necrosis of bone. Can J Surg,1981,24:583-585.2Creuss RL.Osteonecrosis of bone,current concepts as to etiology and pathegenesis.Clin Orthop ,1986,208:30-33.3周谋望,秦建中,朱盛修.激素导致股骨头骨细胞损害的研究.中华实验外科杂志，1994, 11:89-90. 4Kawai K,Tamaki A,Hirohata K.Steroid-induced accumulation of lipid in the osteocytes of the rabbits femoral head.J Bone Joint Surg(Am)，1985,67:755-757.5李子荣.股骨头骨坏死的ARCO分期.中华外科杂志,1996,34:186-187., 百拇医药
单位：100730 北京医院骨科(文良元、黄公怡、路奎元)；山西省昔阳县人民医院(张青勇)
关键词：股骨头坏死；肾上腺皮质激素类；显微镜检查，电子
中华外科杂志980113
【摘要】 目的 探讨皮质激素引起的股骨头坏死的发生机制。方法 利用新西兰大白兔制成实验性激素性股骨头坏死的动物模型，通过血脂化验及对肝、股骨头标本病理切片的透射电镜检查，动态观察其坏死过程。结果 血脂升高与时间呈正相关；实验组骨细胞脂变、 坏死；电镜下细胞外脂质增多，继而发生细胞内脂质沉积，细胞粒浓聚、碎裂、溶解等细胞坏死现象。结论 皮质激素的使用能引起体内脂代谢紊乱、高脂血症及肝脂变，继之出现股骨头内骨细胞的脂变、坏死，从而引起股骨头坏死。
, http://www.100md.com nimal model of femoral head necrosis through cortical steroid administration.Lipid analyses of blood samples were made and examined specimens from livers and femoral heads were studied with HE,TEM methods.Results Cortical steroid resulted in dearrangement of fat metabolism,lipid change of liver and hyperlipemia. Conclusion The pathogenesis of femoral head necrosis is due to fatty degeneration of osteocytes.
【Key words】 Femur head necrosis Adrenal cortex hormones Microscopy,electron
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皮质激素具有多种治疗作用，在临床上应用范围较广泛，但使用不当，会引起许多严重的并发症，激素诱导的股骨头坏死即是其中之一。有人观察，只要长期使用超过人体正常需要量的皮质激素，就会引起股骨头坏死。合并某些内科疾病，如系统性红斑狼疮(SLE)、肾病综合征等，更易促进股骨头坏死的发生和发展。为了探讨激素型股骨头坏死的发病机制，我们通过建立激素型股骨头坏死的动物模型，进行组织病理、细胞超微结构、血生化检查，动态观察了股骨头内组织、细胞的变化过程。
材料与方法
一、动物模型
57只健康新西兰大白兔，每只体重2.8~4.5kg，雌雄不限。第1、2、3周，禁食12~1 5小时(不禁水)后，分别抽取15份空腹静脉血检查血脂，结果显示三周之间血脂水平无显著变 化，然后将其随机分为两组，作为受试对象。
作者单位：100730 北京医院骨科(文良元、黄公怡、路奎元)；山西省昔阳县人民医院(张 青勇)
, http://www.100md.com
实验组(n=50)：于三角肌注射强的松龙8mg/kg，每周两次[1]，同时注射青霉素4 0万U/只。每周抽空腹静脉血一次，作血脂、肝功等化验(15份标本)。
对照组(n=7)：仅肌注青霉素40万U/只，每周两次，血液生化检查内容同实验组。
二、实验方法
1.实验组：共观察13周，每周以空气栓塞法处死3只，第13周处死4只，共40只(其余在 不同时期因衰竭而死亡)。取双侧股骨头、肝脏进行观察：右侧股骨头行HE染色，检查时作 全头冠状面切片；左侧股骨头于冠状面切成二半，以其中一半作透射电镜检查(主要为外上方 负重区的皮质骨+部分松质骨)；肝经HE染色后作光镜检查。
2.对照组：实验前及实验后第1、3、5、7、9、11周各取1只作各期的HE切片染色(双 侧共14份标本)，其中4只行电镜检查。
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3.骨标本的处理：行HE染色的骨标本，先经10%的福尔马林固定1周，随后换成5%硝 酸脱钙1周再行包埋、切片及作HE染色;作电镜检查的骨标本，先经2.5%戊二醛固定48小时， 然后用清水反复冲洗，再换成磷酸缓冲液固定1周，经5%EDTA脱钙后，再用1%锇酸后固定， 制成超薄切片，醋酸铀和柠檬酸铝染色。
结 果
一、血脂水平与时间的关系
二、肝脏检查结果
1.实验组：肉眼观察见肝明显肿大，表面粟粒样突出；镜下观察见肝细胞内脂质沉积、脂 变明显，血窦变小或消失，肝小叶失去正常结构，排列紊乱(图2)。
2.对照组：肉眼及镜下检查均正常。
三、骨标本
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1.肉眼观察：实验组股骨颈断面髓腔内胶冻样脂质增多，并随实验时间延长而愈趋明显。
2.光镜检查：(1)对照组：骨皮质及骨小梁骨细胞清晰可见，核较大，位于中央。偶见骨 陷窝空虚(图3)。(2)实验组：早期即见髓腔脂肪组织增多，脂肪细胞肥大，红骨髓逐渐受压、 变少。切片上骨细胞脂变、骨陷窝空虚数量增多(图4)。以后各周上述变化逐渐加重。至13周 骨细胞脂变，核边聚非常明显，陷窝空虚明显增多，超过50%，呈现骨坏死(图5)。有些视野 所有骨陷窝完全空虚。第11周起的一系列标本中髓腔血管内可见脂栓出现，至13周所有标本 中均未见明显新骨形成。
3.电镜(TEM)检查：(1)对照组：骨细胞椭园形，核大，核膜及胞膜均清晰，常、异染色 质稀疏，胞浆及细胞器稀少。胞浆伪足向周围骨小管内伸展与临近骨细胞连接。胞体与陷窝 壁之间有一较小间隙(图6)。成骨细胞位于骨小梁表面，长条样，细胞器较多(图7)。(2)实 验组：第1周可见胞膜与陷窝壁间隙开始增宽，胞膜有被压痕迹，胞浆体积减小，胞外间隙内 可见脂质沉积(图8)。第2周可见胞外脂质沉积进一步增多，胞浆进一步受压，骨小管内胞浆突 起由于受挤压和被牵拉而变形，甚至断裂(图9)。3周时可见骨细胞对逐渐增多的细胞外脂质开 始作出主动反应，形成胞浆突起，包裹和吞噬脂质，从而形成细胞内脂质沉积，压迫胞核并 影响其功能(图10)。4周时可见胞浆内大量脂质沉积，造成核的进一步受压和边聚(图11)。 实验中、后期出现细胞核的浓聚、碎裂、溶解等细胞坏死现象，细胞核消失，而整个骨陷窝 几乎全被脂肪占据(图12)。实验后期(11周)发现骨内微血管内的脂滴出现(图13)，对细胞 内吞噬脂滴行放大观察时可见其外面有一层膜的结构(图14)。
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讨 论
健康动物使用激素后出现了股骨头坏死，说明皮质激素是股骨头坏死的一个较肯定因素。 皮质激素可对各种骨细胞功能产生影响，但它不会直接引起骨细胞坏死[1]。众多的实验 结果证实，骨坏死与皮质激素引起脂代谢紊乱、高脂血症等密切相关。使用超过生理需要量 的皮质激素，在体内可以促使脂肪动员与脂肪分解。脂肪经过脂肪酶的作用分解成甘油和脂 肪酸分子，成为肝细胞合成甘油三酯的原料，体内胆固醇的合成及其酯化的主要原料也是脂 肪酸，脂肪酸增多，胆固醇合成也增多，形成高胆固醇血症。在动物实验中，因大剂量使用 激素，高脂血症出现更快、更明显。许多学者发现人和动物对皮质激素的反应是一致的[2 ]。
本实验第1周即出现了血中甘油三酯和胆固醇明显升高，分别为用药前的8.5倍和1. 5倍，用药前后比较有非常显著性差异(P<0.01),血标本呈现乳白色。以后，随着激素的持续 应用而维持在一个较高水平。脂肪分解后，体重减轻，同时抗体水平降低，抵抗力低下，导 致动物容易死亡。本实验组共死亡10只。血脂升高后，使全身各器官组织、细胞长期处在一 个高血脂环境中，一方面可使细胞摄入脂肪较多而引起细胞内脂肪沉积、脂肪变性；另一方 面会引起细胞代谢功能紊乱。可以认为，激素性股骨头坏死源于脂代谢紊乱引起的高血脂。 因此，临床上，对于需要长期、大剂量使用皮质激素的患者，可通过血脂水平的监测，或采 取适当的干预措施，降低血脂，以保护股骨头。
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从不同时间组骨标本透射电镜检查可以看出，用药后早期骨标本就有骨陷窝内细胞外间 隙脂质沉积及骨细胞内脂滴的出现，以后脂质沉积物逐渐增大，并且胞浆变少，细胞核受挤 压、边聚、凝固、溶解。通过高倍透射电镜观察，骨细胞脂肪沉积可分为三种形式：(1)早期 主要为骨细胞外间隙脂质沉积，可以看到细胞的伪足由于胞体被挤压而拉长变形或断裂。(2) 骨细胞内、外同时出现脂质沉积，主要是由于骨细胞对细胞外逐渐增多的脂质进行主动的包 裹、吞噬的结果。(3)后期主要为骨细胞内脂质沉积。
对于骨细胞内脂肪沉积途径，有两种推测：(1)脂质穿膜学说：即脂蛋白在骨细胞表面分 解成小分子，然后小分子直接越膜入胞浆，在细胞内再合成大分子脂肪和脂滴。(2)脂质包裹、 吞噬学说：即由骨细胞膜直接包裹脂质入胞浆。本实验结果证实了第二种学说。周谋望等[ 3]在实验中还观察到了脂滴外的包膜结构，同样支持包裹、吞噬学说。
骨细胞生活在骨液中，而骨液主要是血浆渗出物，其流动及交换慢，这样给脂质在骨细 胞内沉积带来了机会。细胞外脂质沉积和细胞对脂质的包裹、吞噬应是过渡形式，而最终过 渡至细胞内沉积，除非骨细胞已失去了包裹、吞噬功能。Kawai等[4]认为大量的脂质进 入细胞内，骨细胞正常脂质代谢过程被打乱，必然引起脂质沉积。另外，可能在实验中激素 用量大，持续时间长，血脂水平持续增高，所以细胞内、外脂质沉积均很明显。如激素用量 小，或及时停药，则细胞外的脂滴能被完全吞噬入细胞内，身体内只有甘油三酯以脂滴方式 存在。所以，有人认为骨细胞内沉积物为甘油三酯是合理的。
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本实验在第11周后的电镜观察中可看到微血管内脂栓的出现。此时，组织学上已出现了 大量空虚的骨陷窝(>50%),已出现了骨坏死[5]。激素引起的高脂血症，都是来自于皮下 脂肪的分解和肝脏的合成与释放。血脂都是以亲水性脂蛋白的形式存在，而不是以游离的脂 肪滴存在。只有在严重肝脂变引起肝功能失调，载脂蛋白的合成减少时，肝内合成的脂肪才 会直接进入血液，成为脂栓的来源。同时由于激素的使用可引起血管脆性增加，游离脂肪酸 等可直接损伤血管壁，而引起脂滴在血管壁上易于附着而引起栓塞。但这种结果的出现需要 在激素使用数周后才会出现。所以实验中发现的血管内脂栓出现较晚，时间上落后于骨细胞 脂变引起的骨坏死。本实验结果表明，骨细胞脂变是激素性股骨头坏死的早期病变和根本原 因。
参 考 文 献
1David S.Pathegenetic consideration in ischemic necrosis of bone. Can J Surg,1981,24:583-585.2Creuss RL.Osteonecrosis of bone,current concepts as to etiology and pathegenesis.Clin Orthop ,1986,208:30-33.3周谋望,秦建中,朱盛修.激素导致股骨头骨细胞损害的研究.中华实验外科杂志，1994, 11:89-90. 4Kawai K,Tamaki A,Hirohata K.Steroid-induced accumulation of lipid in the osteocytes of the rabbits femoral head.J Bone Joint Surg(Am)，1985,67:755-757.5李子荣.股骨头骨坏死的ARCO分期.中华外科杂志,1996,34:186-187., 百拇医药