激素型股骨头坏死的发病机制研究

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。

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) 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。

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。

2.对照组：肉眼及镜下检查均正常。

三、骨标本

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。(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。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。成骨细胞位于骨小梁表面，长条样，细胞器较多。(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。

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。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。

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。实验后期(11周)发现骨内微血管内的脂滴出现，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。

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。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。

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。

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。

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。