激素性股骨头无菌性坏死(ANFH)微量元素变化的实验研究

李荣锐,魏 巍,于 涛,王日光 翟饶生

(佳木斯大学第一附属医院,黑龙江 佳木斯 154003)

长期使用或短期内间断大剂量使用糖皮质激素可致股骨头坏死已为大量的临床和实验研究所证实,但其病因及发病机制尚未完全清楚。激素性股骨头坏死过程中骨内微量元素的代谢情况有可能为激素性股骨头坏死的发病机理和防治激素性股骨头坏死开辟新的途径。本实验通过测定ANFH患者坏死股骨头内微量元素 Cu、Zn、Mg、Mn的变化和组织学改变,拟探讨微量元素在ANFH患者骨代谢过程中发生的作用,以期为AN FH发病机制的研究及 ANFH的治疗提供一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 研究对象

以在佳木斯大学附属第一医院骨科住院患者中,收治因患股骨头无菌性坏死,而需要行人工假体置换术的病人的新鲜的病变股骨头为试验组;以发生股骨颈头下型骨折,而需要行人工假体置换术的病人的新鲜股骨头做为试验对照组。所采集的股骨头均行密封冷冻保存。其中试验组24例,男21例 ,女 3例 ,年龄 51～ 65岁。 对照组共 21例 ,其中男 17例 ,女4例,年龄 55～ 77岁。所有标本采集者均无明显心肺疾病史。以上对象均符和以下条件:①无肿瘤,肝炎,感染,自身免疫疾病史,无外周动脉硬化疾病及严重的肝肾脏损伤。②近期无重大手术、输血史。③其中,实验组24例中均有应用激素类药物史,24例平均服用皮质激素总量 5978mg(1800～15505mg),日平均皮质激素使用量为 15mg/d,从接受激素治疗到发病平均时间约为 2年。其中 1例有过量饮酒史。实验对照组均为因外伤导致的股骨颈骨折而于近期行人工股骨头置换术者。

1.1.2 主要试剂与仪器设备

经纯化处理的 HNO3(GR),双氧水 (AR),去离子水(2次蒸馏),试剂所用标准溶液均用光谱纯试剂配制。日本岛津公司生产的 AA-680型原子吸收分光光度计,烘干箱、马弗炉、分析天平,烧杯 ,定容管,骨科常用手术器材(咬骨钳 ,骨刀,鹅眉凿,骨锤),一次性手术材料,滤纸。

1.2 实验方法

1.2.1 标本样品的制备与处理

将采集的股骨头在常温下解冻后,铺无菌巾,切开股骨头,在股骨头负重区软骨下取松质骨2.0g,装入样品瓶中。将取出的样品用去离子水反复冲洗干净,用滤纸吸干,放入烘干箱内烘 12h后备用。

1.2.2 微量元素的检测方法

在分析天平上称取股骨头样品0.50g,放入小烧杯中。然后置于马弗炉中,温度从低温升至 55℃,在 55℃温度中灰化7h,至灰化完全。冷却后 ,加浓硝酸 0.5mL浸泡过夜,加去离子水定容至10mL。准备上机测定各元素含量。微量元素的检测过程在哈尔滨市微量元素检测中心完成。采用火焰原子化法测定股骨头中微量元素锌、铜、锰、镁的含量。

1.3 数据处理

2 结果

2.1 组织学观察

对照组:股骨头软骨下骨哈弗斯系统中央管周围少量鲜红色脂肪组织。骨小梁结构正常(见图1);坏死组:股骨头软骨下骨质内 ,有脂滴游离于组织,脂肪细胞被染成鲜红色,充满整个骨哈弗斯系统中央管周围,坏死组较正常组数量明显增多、体积增大。骨小梁明显变细、稀疏、部分断裂(见图 2)。

2.2 各组微量元素 Zn、Cu、Mg、Mn水平

见表1。

表1 各组微量元素 Zn、Cu、Mg、Mn水平 ±s)

注:与对照组比较*P＜0.05。

3 讨论

长期大量应用激素可致股骨头坏死,但其病理机制尚未明确,目前还不能以单一学说来圆满解释激素和 ANFH两者之间的关系,但其共同特征都是血液循环障碍导致股骨头缺血、坏死,以及随之出现的修复反应,进而发生股骨头塌陷及髋关节退行性关节炎。本实验检测了股骨头无菌性坏死股骨头负重区软骨下松质骨中微量元素 Zn、Cu、Mn、Mg的含量与正常对照组含量对比。结果显示,坏死组中全部所测微量元素水平均较对照组降低,说明微量元素广泛参与 ANFH骨代谢过程,并在其中起一定作用。其中微量元素Cu、Zn、Mg与对照组相比,差别有统计学意义。提示 Cu、Zn、Mg可能参与ANFH的发生并在其中起一定作用。而无机盐是有规律地沉积于胶原表面,胶原成熟障碍直接影响无机盐沉积。缺 Cu还使成骨细胞活性下降,而破骨细胞活性不受影响,使新骨形成减少[1],骨结构紊乱 ,导致骨质疏松,皮质变薄,松质骨被吸收,在机械压力下发生显微骨折、塌陷,压迫微血管致骨缺血坏死。铜在骨折愈合过程中也起促进作用[2]。B.S.Monga等人[3]的研究结果显示,锌对体外破骨细胞的骨吸收活性有强烈的抑制作用。锌还是骨骼生长发育的激活因子,缺锌可导致骨代谢紊乱、骨形态结构异常、骨折愈合延迟、骨重建受抑制或骨质疏松等。镁元素对骨骼的矿化有着显著的影响[4],Mg的缺乏既可干扰软骨发生,阻碍骨骺生长和骨矿化,又使成骨细胞数量及活性减低,骨基质生成减少,骨脆性增加,易于骨折塌陷而致缺血坏死。

结合本实验证明微量元素广泛参与骨代谢过程,并在ANFH的发生发展中起一定的作用。研究结果显示微量元素Cu、Zn、Mg在 AN FH患者股骨头内含量较对照组低,P＜0.05差别有统计学意义。说明这些元素的变化与激素性股骨头坏死的发生、发展关系密切。同时提示在 AN FH治疗过程中应注意微量元素的补充及在其治疗药物中金属元素络合物的作用。

[1] Saltman PD,St rause L G.The role of trace minerals in osteoporosis[J].J Ameri Colleg Mutri,1993,12(4):384-393

[2] DollwetHH,Sorenson JR.Roles of copper in bone maintenance and healing[J].Biological Trace Element Research,1988,18:39-48

[3] Monga BS,Dempster DM.Zinc is a potent inhibitor of osteoclastic bone resorption in vitro[J].J.Bone Min-eral Res,1995,10:453-457

[4] Wallach S.Effects of magnesium on skeletal metabolism[J].Magnes Trace Elem,1990,9(1):1-14