特发性股骨头坏死发病机制

陈俊杰、童培建和马镇川对特发性股骨头坏死患者血清生化指标进行了分析。特发性股骨头坏死病人90例。男性53例，女性47例；年龄29～71岁，平均48.7岁。对照组90例，男性51例，女性49例；年龄27～71岁，平均45.4岁。各抽取空腹静脉血3 ml，应用Beckman synchroncx4 clinical system生化仪检测33项血清生化指标。结果：本组中坏死组病人均有高脂血症表现，三酰甘油及总胆固醇指标均高于正常值，且明显高于对照组。本组资料中坏死组高密度脂蛋白（HDL）指标明显低于正常对照组对动脉粥样硬化形成的影响是显而易见的。从中可以看出坏死组病人易加速动脉粥样硬化的发生，进一步恶化股骨头供血区域的微循环环境，直至发生骨缺血坏死。本组资料中坏死组病人谷丙转氨酶、谷草转氨酶、谷氨酰转氨酶、总胆汁酸等均有不同程度增高，高于正常对照组；白蛋白、白球比例等低于正常对照组，提示肝功能存在不同程度的损害。

王玉峰、常楚等对特发性股骨头缺血坏死动脉病变和发病机制进行探讨。目的：观察特发性股骨头缺血坏死（ANFH）股骨头内的病理变化，分析小动脉损伤在发病机制中的作用。方法：特发性ANFH患者的股骨头共34个，采用苏木素-伊红（HE）染色、脂肪、微血栓和弹力纤维染色方法，观察股骨头内各部位的坏死和修复及小动脉损伤情况。结果：股骨头上方“V”形坏死区周围依次为纤维带、硬化带和正常区。可见新生骨小梁，骨小梁肥厚，大量成骨细胞和破骨细胞，骨髓组织减少，脂肪组织增多，有丰富的血管，与正常区交界处可见局灶性和大片骨髓出血。微血栓染色血管平滑肌呈蓝色，弹力纤维染色平滑肌呈黄色而弹力纤维呈深棕色。34个股骨头从头内到支持带中动脉管壁均有改变，小动脉较为普遍，在纤维带和硬化带内最严重，可见到动脉内膜破坏，中膜变性，平滑肌细胞变性坏死或部分缺失，重者中膜完全纤维变性，管腔狭窄甚至闭塞。动脉中还出现从管壁上脱落下的或骨髓内的变性坏死组织，堵塞于管腔中。还可见到坏死、破碎的小动脉。血管中有大量脂肪栓子和微血栓。结论：小动脉损伤是ANFH的重要病理变化，在ANFH发病和发展中可能起到至关重要的作用。

郑召民、卢旭华等观察了非创伤性股骨头坏死患者的血液学改变。研究对象共分三组： NONFH早期组（塌陷前期）30例，NONFH晚期组（塌陷后期）30例，正常对照组30例。各组对象均抽取空腹肘静脉血。应用酶联免疫吸附法（ELISA）测定血小板α-颗粒膜蛋白（GMP-140）、血浆蛋白C （PC）、D-二聚体（D-Dimer）含量；发色底物法测定血浆纤溶酶原激活剂抑制剂（PAI）活性。结果显示：NONFH早、晚期组血小板GMP-140含量均高于正常对照组，血浆PC含量均低于正常对照组，D-Dimer含量均高于正常对照组，PAI活性均高于正常对照组（P均<0.05）。骨坏死情况越严重，各项指标上升或降低的趋势越明显，而且各项指标早、晚期组间比较差异均有显著性（P均<0.05）。经判别分析，筛选出PAI、D-Dimer、PC 3个指标，建立NONFH早期、晚期和正常对照三类判别函数式。NONFH早期：Y1= -26.396 6 + 41.491 6X10 + 0.051 2X4　+ 4.139 0X1, NONFH晚期：Y2　=-66.756 6 + 82.131 5 X10 + 0.108 2 X4　+ 2.723 3 X1，正常对照组：Y3 = -26.704 9 + 20.569 5 X10 + 0.032 7 X4 + 6.190 0 X1。回代判对率97.78%。本实验结果提示血液PC系统的抗凝蛋白在NONFH发病过程中随病情加重而呈下降趋势。PC的缺乏是一种自然抗凝机制的遗传缺陷。当PC缺乏时，Vα因子的抑制不充分，导致促凝血活性增高，增加了静脉血栓形成的危险性，可引起股骨头血栓形成，静脉堵塞导致骨内静脉高压和缺氧性骨死亡，即骨坏死。这种异常在健康人中也存在，当其他与NONFH有关的危险因素（皮质激素、酒精）起协同作用时会增加血栓形成的危险性。因此，NONFH患者可能存在遗传性低纤溶活性。本研究表明，NONFH患者各期均存在高凝和低纤溶状态，本研究支持血管内凝血是骨坏死发生的主要病理途径这一观点。目前非创伤性股骨头坏死的早期诊断主要依靠病史、体征，结合X线片、ECT、MRI，即使最敏感的MRI 也只能在骨组织坏死和修复后有阳性表现，而且对筛选高危NONFH患者没有作用。血液学检测在这方面则体现出简便、经济、无创、判对率高等优势，并可用于大宗病例筛选高危人群。本研究为非创伤性股骨头坏死的研究和诊断提供了一个新的方法。当然，由于受条件限制，本研究抽选病例数量较少，所测指标覆盖范围较窄，没有每个指标的阈值范围，所以只是一个初步研究。今后还需要进一步扩大病例数量，从更广的范围内筛选所测定指标，则可以更准确地反映NONFH的血液学改变和建立更灵敏的计量诊断方法。

李子荣教授所在科研组研究发现骨坏死的易感者中有特定的凝血和纤溶因子缺陷及基因缺陷，可以通过某些因子的筛查对该病做出早期诊断和预测。我们的研究也表明非创伤性股骨头坏死患者的血液学患者各期均存在高凝和低纤溶状态，血浆纤溶酶原激活剂抑制剂（PAI）、D-二聚体（D-Dimer）、血浆蛋白C（PC）为非创伤性股骨头坏死患者的血液学敏感指标。

于学忠、陈晓亮等对股骨头缺血性坏死骨髓活性进行了研究。目的：探讨因非创伤所致股骨头缺血性坏死骨髓活性有无异常，揭示骨坏死发生机制。方法：对1999年9月至2000年4月间骨坏死病人骨髓成纤维样细胞集落形成单位（FCFUs）进行培养，观察其生长特点及集落数目，观察骨坏死病人与对照组之间有无差异。结果：骨坏死组骨髓成纤维样细胞集落形成单位的贴壁生长增殖速度慢于对照组，FCFUs形成集落数目与对照组相比存在明显差异。股骨头坏死存在坏死部位骨髓损伤，已是一明确的认识。动物实验与临床骨坏死标本组织学检查均可发现坏死部位存在造血组织减少，脂肪组织增多，骨小梁内骨细胞数目减少。Solomon认为特发性骨坏死存在成骨组织减少，脂肪组织增多替代成骨髓组织，导致骨坏死。因骨髓基质细胞为一干细胞，具备多向分化的潜能，可向成骨细胞系转化，具有成骨能力，因此我们可以凭细胞克隆形成的多少作为判断骨髓活性与其成骨能力的指标。本实验结果病变组细胞克隆数为2.89±1.45/106，对照组为8.56±2.45/106，有明显统计学意义，而两组病人年龄比较无统计学意义，排除了随着年龄增长导致的骨髓基质细胞分化能力的下降的影响。本研究发现，非创伤性骨坏死病人远离骨坏死区髂前上棘处骨髓基质细胞中成纤维细胞样细胞克隆形成率明显少于对照组。同时还发现骨坏死组病人骨髓基质细胞的贴壁与生长活性均弱于对照组。可以认为骨坏死组与正常对照之间骨髓活性存在差异，骨坏死组骨髓活性降低，成骨能力下降，骨坏死病人骨髓基质细胞成纤维细胞样细胞克隆形成率的下降与激素应用相关。他们认为骨坏死病人可能存在全身性骨髓活性下降，骨髓基质细胞向成纤维细胞样细胞克隆分化能力下降。骨髓中成纤维样细胞克隆数目减少，加之向脂类细胞转化增多，相应地导致向成骨细胞转化减少。成骨细胞数量减少和骨髓成骨能力下降，除致骨坏死的发生并导致骨坏死后修复困难。

周正新、李保林等进行了股骨头缺血性坏死软骨细胞凋亡调控基因的临床研究。目的：观察股骨头缺血性坏死患者软骨细胞的凋亡和Bax、Bcl-2蛋白表达的变化。方法：应用凋亡细胞原位末端标记检测（TUNEL）方法和免疫组化，检测股骨头坏死患者12例和对照组4例软骨细胞凋亡和Bax、Bcl-2蛋白表达。结果：股骨头坏死患者软骨细胞发生过度凋亡和Bax、Bcl-2蛋白的异常表达。在研究中发现Bax蛋白主要在关节软骨移行层及柱状层上层表达，股骨头坏死患者关节软骨呈高阳性表达状态，阳性信号也增强，正常组的软骨组织中阳性细胞数呈低表达状态；Bcl-2蛋白在股骨头坏死患者关节软骨移行层呈阳性表达，而且阳性信号较强，正常对照软骨阳性信号弱，甚至无阳性信号；股骨头坏死患者关节软骨细胞存在过度凋亡，位于软骨的表层、移行层及柱状层上层，正常对照软骨细胞凋亡位于软骨的表层和移行层。Bax和Bcl-2蛋白的表达随股骨头坏死的发展而增强，软骨细胞的凋亡随其发展而增加。股骨头坏死患者关节软骨Bax和Bcl-2蛋白的强表达现象反映了机体对凋亡的调控，通过上调Bcl-2表达保护软骨细胞免遭凋亡，Bax和Bcl-2共同参与了软骨细胞凋亡的调节。因此，在矫正生物力学失衡的同时，增加股骨头的血供可以改善软骨的营养，防止软骨的退变和骨性关节炎的发生。其作用可能是通过调节bax和bcl-2基因之间的平衡，防止软骨细胞的凋亡来实现的，机制有待于进一步研究。结论：股骨头坏死软骨的破坏与软骨细胞凋亡和Bax、Bcl-2蛋白表达的异常有关。

唐志宏和邹国耀研究了骨形态发生蛋白在股骨头缺血性坏死区的表达。目的：分析骨形态发生蛋白与股骨头缺血性坏死的关系，观察其在缺血性坏死区的表达。方法：对20例股骨头缺血性坏死患者的股骨头进行取材，取材点分为A、B、C区。A区：股骨头缺血性坏死区中心；B区：股骨头缺血性坏死区边缘；C区：股骨头正常骨质区。并对标本区域进行组织学检查和免疫组织化学检查。结果：组织学检查A区为无序排列的坏死组织及死骨； B区主要以新生的小血管和部分新生骨为主；C区为排列有序的板层骨。免疫组织化学检查A区骨形态发生蛋白无阳性染色；B区血管内皮细胞骨形态发生蛋白染色阴性，邻近部分成骨细胞及少许软骨细胞出现细胞核黄染的阳性表现；C区正常骨细胞的细胞核骨形态发生蛋白染色从本为阴性。本实验结果可见，在骨坏死中心区表现为死骨崩解，骨形态发生蛋白无阳性染色表现。骨坏死边缘区与正常骨交界处出现部分小血管的增生，血管内皮细胞骨形态发生蛋白染色阴性；邻近的部分成骨细胞及少许软骨细胞出现细胞核黄染的阳性表现，完全正常骨区骨细胞的细胞核骨形态发生蛋白染色基本为阴性。可以看出，骨形态发生蛋白参与了股骨头缺血性坏死的演进过程。在严重骨坏死区，缺乏骨形态发生蛋白；在坏死边缘区骨形态发生蛋白表达明显，表明骨形态发生蛋白积极参与骨及软骨的再生进程。可以推测在股骨头缺血性坏死的病理过程中，很可能存在骨形态发生蛋白缺乏问题，由于缺血因素存在，致骨形态发生蛋白相对缺乏；骨形态发生蛋白的缺乏又不利于小血管再生及血运改善，导致股骨头逐渐坏死，新骨修复缓慢，影响骨修复。有效地改善股骨头的血运供应，增加外源性或内源性骨形态发生蛋白的浓度，将是治疗股骨头缺血性坏死的有效途径。结论：在股骨头缺血性坏死的病理过程中，缺血因素存在及骨形态发生蛋白相对缺乏，导致股骨头逐渐坏死，新骨修复缓慢。

余柳平、姚学锋等进行了坏死股骨头结构特征的微纳观分析。目的：研究股骨头坏死后，不同部位骨小梁的微细结构特征的变化。方法：将内出血严重部位作为出血区，无内出血现象的中心部位作为参照区，分别制备未脱钙参照区、未脱钙出血区、脱钙出血区、脱钙参照区4种样本，在扫描电镜和透射电镜下观测、比较骨小梁的微纳观结构。结果发现，出血区微细结构清晰有序，而参照区则看不到有序的微细结构。股骨头坏死后不同部位不仅显示出不同的宏观特征，其内部微细结构也发生了不同的变化。本研究中将股骨头根据内出血，分为出血区和参照区，与位于股骨头中部的参照区相比，出血区全部位于股骨头边缘，孔隙巨大。在研究中用先进的微纳观分析技术进行观察，实验结果显示，出血区的骨小梁保持了完好的微细结构，不存在明显的骨吸收现象；相反，无内出血的中部参照区，却留有明显的骨吸收痕迹。值得注意的是，尽管对坏死出血股骨头内出血的微观机制缺乏了解，周边出血区和中部参考区的微观结构却有明显区别。然而，骨坏死的发生，对股骨头的力学性质产生了较大的影响，加之股骨头外缘部分直接承载着身体重量和运动载荷，势必造成应力集中，引起骨松质结构机械损伤，大量骨小梁微细骨折，最终导致毛细血管破裂，这是造成其内出血的直接原因。而正常区处于股骨头中心部位，外观上保持完好，可见，即使股骨头已经坏死，股骨头中心部位承受的载荷，仍不足以使位于该处的毛细血管破裂渗血。但脱钙样品的TEM图像及SEM的骨小梁表面图像，揭示了参照区的微细结构遭到严重破坏，骨吸收活动的痕迹明显，这与股骨头外缘出血导致其中心部位血供不足有关。

由中国台湾阳明大学基因体研究中心的刘郁芬博士、台北荣民总医院骨折创伤科陈威明主任、阳明大学遗传研究所蔡世峰教授所组成的医学团队完成了遗传性股骨头坏死（inherited form of osteoneorosis）的基因定位与选择，他们的研究证实了遗传也是导致缺血性股骨头坏死的原因之一，并且找到了致病基因，解开“缺血性股骨头坏死原因不明”的谜团。该研究论文发表于今年6月份的新英格兰医学杂志（New England Journal of Medicine）。文章显示，股骨头坏死是中国台湾地区青壮年最常见的髋关节疾病，目前有10万名病例，且每年增加4.5千名。该研究团队共研究了3个家族性股骨头坏死的病例，研究显示家族性病例的股骨头坏死相关基因位于人类12q13上，3个家族性股骨头坏死的成员中，所有的患者皆带有一个位于第二型胶原基因（COL2A1）的外显子（exon）上、由鸟嘌呤（Guanine）核茸酸转换为腺镖吟（Adenine）核苷酸的基因突变。由于第二型胶原是组成骨骼的主要组成部分，这个基因突变会影响第二型胶原中重要的重复序列G ly-X-Y，产生了由甘氨酸（Glycine）转换为丝氨酸（Serine）的氨基酸变异，从而影响了第二型胶原的功能。带有这个变异基因的人多半会在三、四十岁发病，如能及早诊断，有助预防并延缓恶化，意义重大。刘郁芬博士解释，胶原是动物体中含量最丰富的一种蛋白质，第二型胶原又是一种细胞外间质蛋白质，存在于人体中的软骨及眼球玻璃体，一旦第二型胶原基因突变后，会导致软骨成骨不全、退发性脊椎骨发育不全等骨骼疾病，当然也会引发缺血性股骨头坏死。研究者表示，这3个家族的情况令人吃惊，第1个家族4代75个成员中，16人已患缺血性股骨头坏死；第2个家族5代77人，16人患病；至于第3个家族则是3代35人，6人患病，发病比率非常高，这说明缺血性股骨头坏死也是一种染色体遗传疾病。值得注意的是有三位带有基因突变的家族成员，在一开始的问诊筛检中并无症状，但后来陆续出现腹股沟疼痛等股骨头坏死之典型症状，有一位甚至已进展至此病的晚期阶段，必须进行人工髋关节的置换。研究显示基因检测可以提前找出遗传性股骨头坏死的患者，并在病情恶化前提供早期治疗。对这些影响家族性疾病的变异基因进行筛查可以早期或者更有效地治疗缺血性股骨头坏死。以本论文发现为基础，此研究团队将以第二型胶原基因为目标，进行分子细胞学实验，建立疾病的动物模型，进一步了解这一常见骨头疾病的致病机制藉由筛检COL2A1基因突变，提早诊断，在股骨头塌陷之前及时给予治疗，评估是否可以保存其股骨头，将可减低人工关节置换手术的需求。随着遗传学和分子生物学技术的发展，对胶原基因及其相关疾病易感性等的研究将极人推动相关疾病机制研究及临床早期实验室诊断、疾病预测及指导个体化用药。