人工关节松动原因的组织学研究
作者：白中杰 毕红梅 李平
单位：白中杰(太原煤炭气化总公司职工医院，山西 太原 030024)；毕红梅 李平(山西医科大学第一医院)
关键词：成纤维细胞；组织学；髋关节翻修
现代康复000942
摘要：目的 探讨成纤维细胞(Fb)在人工关节无菌性松动中的作用。方法 对髋关节翻修所获界膜(组1)、相应髋关节滑膜(组2)、内固定物周围异物反应组织(组3)、正常髋关节滑膜(组4)中Fb的分布及形态学进行了组织学与超微结构的对比观察。结果 成纤维细胞在各组中的分布及形态表现不同，组1与组2中呈现功能活跃相，而组3与组4中呈相对静止状态。结论 这提示Fb对假体松动及骨溶解有影响。
中图分类号:R329 文献标识码:A
, http://www.100md.com
文章编号:1007-5496(2000)09-1360-02
Histolohical and uttrastrutral studies of fibroblast in interface acquired after the hip revision
BAI Zhong-jie,BE Hu-mei,LI Ping.
Abstracts:objective To study the function of fibroblasts in nonbacterial loosening.Methods We observed the histology and ultrastructure of fibroblasts in four groups respectively.Group one :interface acquired after the hip revision,group two:synovialis of the same hips,group three;reaction tissues around internal fixators,group four:synovialis of normal hips.Results Dispensation and morphology of fibroblasts are different in four groups.Fibroblasts in group one and group two are active,those in group three and group four are rilatively quiet. Conclusion Fibroblasts are related to conponent loosening and bone lysis.
, 百拇医药
Key words:fibroblast;histology;hips revision
成纤维细胞(Fb)广泛存在于全身结缔组织中，是组织修复必不可少的细胞成分。近年来，Fb的成骨潜能，在骨折愈合中的作用亦引起人们的重视[1，2]，但Fb是否对人工关节置换术后无菌性松动有影响尚不十分清楚。作者采用组织学及电镜学方法，对有关组织中的Fb进行形态学对比观察，分析结果如下。
1 资料与方法
1.1资料取人工髋关节置换术后松动，需行翻修病例共5例，其中男性4例，女性1例。将术中所取假体周围界膜定为组1；相应髋关节滑膜定为组2；内固定物周围异物反应组织定为组3共7例，其中哈氏棒内固定3例、下肢钢板固定2例，股骨颈骨折切一复位三翼钉内固定1例，鹅头钉内固定1例；股骨颈骨折切开复位中所取髋关节滑膜定为组4共7例。
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1.2方法普通病理留取标本后即置入中性福尔马林液中固定、逐级脱水、石蜡包埋、切片，厚度5μm，常规HE染色、封固、光镜下行组织细胞形态学观察。
电镜标本留取后置成1cm×1cm×1cm大小，2.5%戊二醛液中固定2h，PBS液中洗3次，30min/次，1%锇酸固定2h，蒸馏水洗3次，梯度酒精脱水，国产618树脂包埋，醋酸铀、柠檬酸铅染色、切片，厚度8μm，PGX100透射电镜下进行组织细胞超微结构观察。
2 结果
2.1组织学所见组1中可见界膜内Fb数量多且发达，细胞体积较大，核仁淡染，视野内大量的巨噬细胞(MP)。在骨-假体界膜的假体面或骨-骨水泥界膜的骨水泥面，细胞数量致密，表面以MP为主，Fb较少，深层则以Fb为主，Fb周围有胶原纤维及弹性纤维，可见少量浆细胞。组2中，滑膜层较厚，表面以MP为主且较多，Fb数量较MP少，深层则以Fb为主。两组中两种细胞都呈现功能活跃相，但组1中表现的更为明显。组3中，依内固定物时间长短，组织学表现不同，内固定时间短者，Fb数量多，体积也较大，并可见不同时期的Fb；内固定时间长者，Fb虽数量多，但体积细小且核深染，MP数量少。组4中，两种细胞数量均少，而且功能不活跃。
, 百拇医药
2.2电镜所见组1与组2中可见Fb细胞体积增大，细胞膜皱折增多，胞浆突起，胞浆内粗面内质网发达，大量的结合核糖体及游离核糖体，细胞核仁增大，细胞周围有许多胶原纤维和弹性纤维。组1中的这种特性表现的更为明显。电镜下还可见许多功能活跃的MP，表现为胞浆内丰富的溶酶体及残体，膜结构活跃，伸出伪足，胞浆内含有吞噬的异物颗粒。组3中，鹅头钉断裂标本中可见Fb与MP均较多，体积也较大，但不同的是Fb内粗面内质网不发达，也未见明显的核糖体，MP内也可见吞噬的异物颗粒。在哈氏棒脱钩的标本中，可见Fb体积细小而不发达，细胞膜较完整，无明显突起，胞浆内细胞器不发达，核小而深染；在Fb周围可见致密的胶元纤维及弹性纤维。组4中，两种细胞均数量少且功能不活跃。
3 讨论
本文观察结果表明，多数松动的人工关节与骨界面之间有一层纤维组织膜。该膜由Fb、MP和异物巨细胞等细胞成分及细胞外基质构成，诸多文献报道也已证实了这一点[3～5]。细胞外基质的主要成分是胶原，多数较致密，由激活的Fb分泌。临床观察可见，无论是固定良好的人工关节，还是松动的假体周围都可形成界面膜。但前者形成的界面膜薄且均匀，细胞成分少，胶原纤维致密，与假体间无空隙。而松动假体周围除界面膜厚而明显外，在膜与假体间形成透光带，界膜的厚度及透光带宽度往往同松动程度成正比。Fb功能活跃的结果是形成界膜或胶原组织，但不同的组织中Fb的形态不同，不同的外界刺激又可使Fb产生不同的功能。
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本文资料中的组1与组2中Fb的数量多且功能活跃相，说明Fb在受到外界刺激，尤其是颗粒物质刺激后所表现出的增殖活跃及功能旺盛，而在组1中Fb的这种特性更为明显，光镜及电镜下尚可见许多功能活跃的MP。组1与组3比较，从Fb和MP的增多及功能活跃，且MP内可见吞噬颗粒现象分析，可能与内固定物的金属材料有关。普通的内固定材料对细胞的刺激小，且固定牢固，异物反应轻，故而细胞数量少，功能不甚活跃。而钛合金材料刺激MP和Fb增殖，并表现出异常的功能，成为假体松动的生物学基础。组1中，MP胞浆内可见吞噬的异物颗粒，吞噬了异物的MP表现出功能活跃相，但MP在清除异物的同时，也可释放许多生物活性物质，刺激机体其他细胞，尤其是免疫细胞参与炎症反应，加重组织损伤，其中Fb也可能是MP的靶细胞之一。从我们观察到的结果表明，Fb和MP的数量与组织损伤的轻重成正比，且MP多的标本中，Fb的数量也多，但两者的关系究竟是什么还不清楚。组2与组4比较，细胞的数量与形态也不同，组2中的Fb和MP无论从细胞数量及细胞形态均表现为功能活跃相，说明异物尤其是钛合金材料可刺激滑膜细胞增殖，分泌功能旺盛，造成髋关节滑液内成分发生变化，引起滑膜炎症而在临床产生疼痛。而组4中因无异物反应，故两种细胞均数量少，功能不活跃。
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另外，从本文组3中可看到内固定物微动的病例，如鹅头钉断裂、哈氏棒断裂及哈氏棒脱钩的病例，无论是组织学，还是电镜学相，MP除体积增大，胞浆丰富外，细胞内还可见吞噬的颗粒物质，Fb也表现为功能活跃相。而在固定良好的病例中，MP很少，主要可见不同时期的Fb及大量的胶原纤维和弹性纤维，活跃的Fb也仅是体积增大，胞浆内细胞器并不发达。这也可间接证明，内固定物或假体微动可引起机体细胞的病理变化，影响机体的修复过程，从而成为假体松动的机械性因素，假体微动的结果是产生更多的磨损碎屑，诱导更多的MP聚积，加重炎症反应。在颗粒碎屑刺激下，Fb可释放许多生物活性物质，参与人工关节松动和骨溶解的病理过程，Fb的这一作用已被一些文献阐明。Kang等[6]用普通HE染色法，在界膜中可频繁地观察到Fb，被激活的Fb在足够的MP刺激下对骨吸收的反应。William等[7]经体外培养观察Fb对金属碎屑的反应，结果可见低浓度的钛颗粒即可引起Fb增殖，并通过扫描电镜观察到，Fb受钛颗粒刺激后表现为膜皱褶、伪足延伸等形态学变化。Jian等[5]也经体外培养观察到Fb对碎屑的反应，证明当Fb受到<3μm的钛颗粒刺激后，通过释放骨吸收金属蛋白酶，并抑制成骨细胞中骨胶原的合成，从而在假体周围骨溶解中发挥作用。从本文观察结果，结合文献复习可见在人工关节松动和骨溶解中，Fb通过细胞增殖及体积增大、细胞器发达、胞浆丰富等变化参与反应，这样的结果是Fb可分泌许多酶类及细胞因子，前者直接分解骨基质和骨胶原引起骨溶解，后者作用于靶细胞间接促进骨吸收，最终的目的是产生人工关节松动。Fb对人工关节使用寿命的影响已引起重视，在人工关节松动及骨溶解中是介导因素之一。了解并研究Fb在不同环境中的作用，对于临床上预防无菌性松动具有指导性意义。
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学位论文：该文是作者在山西医科大学第一医院硕士学位论文
作者简介：白中杰(1964-),男，山西人，骨科主治医师，硕士，研究方向：骨关节损伤与康复。
参考文献：
[1]饶寒敏，徐荣辉，朱雅萍，等.成纤维细胞成骨潜能的体外培养研究[J].中华骨科杂志，1995，12(15)：845-847
[2]汤雪明，柴本甫.实验性骨折愈合的超微结构研究—成纤维细胞与软骨细胞演变和归宿的电子显微镜观察[J].中华医学杂志，1980，60(7):385-388
[3]Goldring SR,Schieler DAL,Roelke M,et al.The synovial like mem
brane at the bone- cement interface in loose total hip replacements and its proposed role in bone lysis[J].JBJS， 1994， 65- A(6)： 575-584
, 百拇医药
[4]Lennox DW,Schofield BH,McDonald DF,et al.A histologic compari son of aseptic loosening of cemented, press- fit,and riologic ingrowth prostheses[J].Clin Orthop,1987,225:171- 191
[5]Jian LY,Glant TT,Lark MW,et al.The potential role of fibroblastsin perprosthetic osteolysis fibroblast response to titanium particles[J].J Bone Miner Res,1995,10(9):1 417- 1 427
[6]Kang JK,Junji C,Hapry ER.In vivo and in votro analysis of mem brance from hip prostheses in serted without cement[J].JBJS,1994, 76- A(2):172- 180
[7]William J,Maloney R,Lane S,et al.Fibroblast response tometablic dbris in vito[J].JBJS,1993,75- A(6):835- 844
收稿日期：2000-06-18, http://www.100md.com
单位：白中杰(太原煤炭气化总公司职工医院，山西 太原 030024)；毕红梅 李平(山西医科大学第一医院)
关键词：成纤维细胞；组织学；髋关节翻修
现代康复000942
摘要：目的 探讨成纤维细胞(Fb)在人工关节无菌性松动中的作用。方法 对髋关节翻修所获界膜(组1)、相应髋关节滑膜(组2)、内固定物周围异物反应组织(组3)、正常髋关节滑膜(组4)中Fb的分布及形态学进行了组织学与超微结构的对比观察。结果 成纤维细胞在各组中的分布及形态表现不同，组1与组2中呈现功能活跃相，而组3与组4中呈相对静止状态。结论 这提示Fb对假体松动及骨溶解有影响。
中图分类号:R329 文献标识码:A
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文章编号:1007-5496(2000)09-1360-02
Histolohical and uttrastrutral studies of fibroblast in interface acquired after the hip revision
BAI Zhong-jie,BE Hu-mei,LI Ping.
Abstracts:objective To study the function of fibroblasts in nonbacterial loosening.Methods We observed the histology and ultrastructure of fibroblasts in four groups respectively.Group one :interface acquired after the hip revision,group two:synovialis of the same hips,group three;reaction tissues around internal fixators,group four:synovialis of normal hips.Results Dispensation and morphology of fibroblasts are different in four groups.Fibroblasts in group one and group two are active,those in group three and group four are rilatively quiet. Conclusion Fibroblasts are related to conponent loosening and bone lysis.
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Key words:fibroblast;histology;hips revision
成纤维细胞(Fb)广泛存在于全身结缔组织中，是组织修复必不可少的细胞成分。近年来，Fb的成骨潜能，在骨折愈合中的作用亦引起人们的重视[1，2]，但Fb是否对人工关节置换术后无菌性松动有影响尚不十分清楚。作者采用组织学及电镜学方法，对有关组织中的Fb进行形态学对比观察，分析结果如下。
1 资料与方法
1.1资料取人工髋关节置换术后松动，需行翻修病例共5例，其中男性4例，女性1例。将术中所取假体周围界膜定为组1；相应髋关节滑膜定为组2；内固定物周围异物反应组织定为组3共7例，其中哈氏棒内固定3例、下肢钢板固定2例，股骨颈骨折切一复位三翼钉内固定1例，鹅头钉内固定1例；股骨颈骨折切开复位中所取髋关节滑膜定为组4共7例。
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1.2方法普通病理留取标本后即置入中性福尔马林液中固定、逐级脱水、石蜡包埋、切片，厚度5μm，常规HE染色、封固、光镜下行组织细胞形态学观察。
电镜标本留取后置成1cm×1cm×1cm大小，2.5%戊二醛液中固定2h，PBS液中洗3次，30min/次，1%锇酸固定2h，蒸馏水洗3次，梯度酒精脱水，国产618树脂包埋，醋酸铀、柠檬酸铅染色、切片，厚度8μm，PGX100透射电镜下进行组织细胞超微结构观察。
2 结果
2.1组织学所见组1中可见界膜内Fb数量多且发达，细胞体积较大，核仁淡染，视野内大量的巨噬细胞(MP)。在骨-假体界膜的假体面或骨-骨水泥界膜的骨水泥面，细胞数量致密，表面以MP为主，Fb较少，深层则以Fb为主，Fb周围有胶原纤维及弹性纤维，可见少量浆细胞。组2中，滑膜层较厚，表面以MP为主且较多，Fb数量较MP少，深层则以Fb为主。两组中两种细胞都呈现功能活跃相，但组1中表现的更为明显。组3中，依内固定物时间长短，组织学表现不同，内固定时间短者，Fb数量多，体积也较大，并可见不同时期的Fb；内固定时间长者，Fb虽数量多，但体积细小且核深染，MP数量少。组4中，两种细胞数量均少，而且功能不活跃。
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2.2电镜所见组1与组2中可见Fb细胞体积增大，细胞膜皱折增多，胞浆突起，胞浆内粗面内质网发达，大量的结合核糖体及游离核糖体，细胞核仁增大，细胞周围有许多胶原纤维和弹性纤维。组1中的这种特性表现的更为明显。电镜下还可见许多功能活跃的MP，表现为胞浆内丰富的溶酶体及残体，膜结构活跃，伸出伪足，胞浆内含有吞噬的异物颗粒。组3中，鹅头钉断裂标本中可见Fb与MP均较多，体积也较大，但不同的是Fb内粗面内质网不发达，也未见明显的核糖体，MP内也可见吞噬的异物颗粒。在哈氏棒脱钩的标本中，可见Fb体积细小而不发达，细胞膜较完整，无明显突起，胞浆内细胞器不发达，核小而深染；在Fb周围可见致密的胶元纤维及弹性纤维。组4中，两种细胞均数量少且功能不活跃。
3 讨论
本文观察结果表明，多数松动的人工关节与骨界面之间有一层纤维组织膜。该膜由Fb、MP和异物巨细胞等细胞成分及细胞外基质构成，诸多文献报道也已证实了这一点[3～5]。细胞外基质的主要成分是胶原，多数较致密，由激活的Fb分泌。临床观察可见，无论是固定良好的人工关节，还是松动的假体周围都可形成界面膜。但前者形成的界面膜薄且均匀，细胞成分少，胶原纤维致密，与假体间无空隙。而松动假体周围除界面膜厚而明显外，在膜与假体间形成透光带，界膜的厚度及透光带宽度往往同松动程度成正比。Fb功能活跃的结果是形成界膜或胶原组织，但不同的组织中Fb的形态不同，不同的外界刺激又可使Fb产生不同的功能。
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本文资料中的组1与组2中Fb的数量多且功能活跃相，说明Fb在受到外界刺激，尤其是颗粒物质刺激后所表现出的增殖活跃及功能旺盛，而在组1中Fb的这种特性更为明显，光镜及电镜下尚可见许多功能活跃的MP。组1与组3比较，从Fb和MP的增多及功能活跃，且MP内可见吞噬颗粒现象分析，可能与内固定物的金属材料有关。普通的内固定材料对细胞的刺激小，且固定牢固，异物反应轻，故而细胞数量少，功能不甚活跃。而钛合金材料刺激MP和Fb增殖，并表现出异常的功能，成为假体松动的生物学基础。组1中，MP胞浆内可见吞噬的异物颗粒，吞噬了异物的MP表现出功能活跃相，但MP在清除异物的同时，也可释放许多生物活性物质，刺激机体其他细胞，尤其是免疫细胞参与炎症反应，加重组织损伤，其中Fb也可能是MP的靶细胞之一。从我们观察到的结果表明，Fb和MP的数量与组织损伤的轻重成正比，且MP多的标本中，Fb的数量也多，但两者的关系究竟是什么还不清楚。组2与组4比较，细胞的数量与形态也不同，组2中的Fb和MP无论从细胞数量及细胞形态均表现为功能活跃相，说明异物尤其是钛合金材料可刺激滑膜细胞增殖，分泌功能旺盛，造成髋关节滑液内成分发生变化，引起滑膜炎症而在临床产生疼痛。而组4中因无异物反应，故两种细胞均数量少，功能不活跃。
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另外，从本文组3中可看到内固定物微动的病例，如鹅头钉断裂、哈氏棒断裂及哈氏棒脱钩的病例，无论是组织学，还是电镜学相，MP除体积增大，胞浆丰富外，细胞内还可见吞噬的颗粒物质，Fb也表现为功能活跃相。而在固定良好的病例中，MP很少，主要可见不同时期的Fb及大量的胶原纤维和弹性纤维，活跃的Fb也仅是体积增大，胞浆内细胞器并不发达。这也可间接证明，内固定物或假体微动可引起机体细胞的病理变化，影响机体的修复过程，从而成为假体松动的机械性因素，假体微动的结果是产生更多的磨损碎屑，诱导更多的MP聚积，加重炎症反应。在颗粒碎屑刺激下，Fb可释放许多生物活性物质，参与人工关节松动和骨溶解的病理过程，Fb的这一作用已被一些文献阐明。Kang等[6]用普通HE染色法，在界膜中可频繁地观察到Fb，被激活的Fb在足够的MP刺激下对骨吸收的反应。William等[7]经体外培养观察Fb对金属碎屑的反应，结果可见低浓度的钛颗粒即可引起Fb增殖，并通过扫描电镜观察到，Fb受钛颗粒刺激后表现为膜皱褶、伪足延伸等形态学变化。Jian等[5]也经体外培养观察到Fb对碎屑的反应，证明当Fb受到<3μm的钛颗粒刺激后，通过释放骨吸收金属蛋白酶，并抑制成骨细胞中骨胶原的合成，从而在假体周围骨溶解中发挥作用。从本文观察结果，结合文献复习可见在人工关节松动和骨溶解中，Fb通过细胞增殖及体积增大、细胞器发达、胞浆丰富等变化参与反应，这样的结果是Fb可分泌许多酶类及细胞因子，前者直接分解骨基质和骨胶原引起骨溶解，后者作用于靶细胞间接促进骨吸收，最终的目的是产生人工关节松动。Fb对人工关节使用寿命的影响已引起重视，在人工关节松动及骨溶解中是介导因素之一。了解并研究Fb在不同环境中的作用，对于临床上预防无菌性松动具有指导性意义。
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学位论文：该文是作者在山西医科大学第一医院硕士学位论文
作者简介：白中杰(1964-),男，山西人，骨科主治医师，硕士，研究方向：骨关节损伤与康复。
参考文献：
[1]饶寒敏，徐荣辉，朱雅萍，等.成纤维细胞成骨潜能的体外培养研究[J].中华骨科杂志，1995，12(15)：845-847
[2]汤雪明，柴本甫.实验性骨折愈合的超微结构研究—成纤维细胞与软骨细胞演变和归宿的电子显微镜观察[J].中华医学杂志，1980，60(7):385-388
[3]Goldring SR,Schieler DAL,Roelke M,et al.The synovial like mem
brane at the bone- cement interface in loose total hip replacements and its proposed role in bone lysis[J].JBJS， 1994， 65- A(6)： 575-584
, 百拇医药
[4]Lennox DW,Schofield BH,McDonald DF,et al.A histologic compari son of aseptic loosening of cemented, press- fit,and riologic ingrowth prostheses[J].Clin Orthop,1987,225:171- 191
[5]Jian LY,Glant TT,Lark MW,et al.The potential role of fibroblastsin perprosthetic osteolysis fibroblast response to titanium particles[J].J Bone Miner Res,1995,10(9):1 417- 1 427
[6]Kang JK,Junji C,Hapry ER.In vivo and in votro analysis of mem brance from hip prostheses in serted without cement[J].JBJS,1994, 76- A(2):172- 180
[7]William J,Maloney R,Lane S,et al.Fibroblast response tometablic dbris in vito[J].JBJS,1993,75- A(6):835- 844
收稿日期：2000-06-18, http://www.100md.com