激素性股骨頭無菌性壞死(ANFH)微量元素變化的實驗研究

李榮銳,魏 巍,于 濤,王日光 翟饒生

(佳木斯大學第一附屬醫院,黑龍江 佳木斯 154003)

長期使用或短期內間斷大劑量使用糖皮質激素可致股骨頭壞死已為大量的臨床和實驗研究所證實,但其病因及發病機制尚未完全清楚。激素性股骨頭壞死過程中骨內微量元素的代謝情況有可能為激素性股骨頭壞死的發病機理和防治激素性股骨頭壞死開辟新的途徑。本實驗通過測定ANFH患者壞死股骨頭內微量元素 Cu、Zn、Mg、Mn的變化和組織學改變,擬探討微量元素在ANFH患者骨代謝過程中發生的作用,以期為AN FH發病機制的研究及 ANFH的治療提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究對象

以在佳木斯大學附屬第一醫院骨科住院患者中,收治因患股骨頭無菌性壞死,而需要行人工假體置換術的病人的新鮮的病變股骨頭為試驗組;以發生股骨頸頭下型骨折,而需要行人工假體置換術的病人的新鮮股骨頭做為試驗對照組。所采集的股骨頭均行密封冷凍保存。其中試驗組24例,男21例 ,女 3例 ,年齡 51～ 65歲。 對照組共 21例 ,其中男 17例 ,女4例,年齡 55～ 77歲。所有標本采集者均無明顯心肺疾病史。以上對象均符和以下條件:①無腫瘤,肝炎,感染,自身免疫疾病史,無外周動脈硬化疾病及嚴重的肝腎臟損傷。②近期無重大手術、輸血史。③其中,實驗組24例中均有應用激素類藥物史,24例平均服用皮質激素總量 5978mg(1800～15505mg),日平均皮質激素使用量為 15mg/d,從接受激素治療到發病平均時間約為 2年。其中 1例有過量飲酒史。實驗對照組均為因外傷導致的股骨頸骨折而于近期行人工股骨頭置換術者。

1.1.2 主要試劑與儀器設備

經純化處理的 HNO3(GR),雙氧水 (AR),去離子水(2次蒸餾),試劑所用標準溶液均用光譜純試劑配制。日本島津公司生產的 AA-680型原子吸收分光光度計,烘干箱、馬弗爐、分析天平,燒杯 ,定容管,骨科常用手術器材(咬骨鉗 ,骨刀,鵝眉鑿,骨錘),一次性手術材料,濾紙。

1.2 實驗方法

1.2.1 標本樣品的制備與處理

將采集的股骨頭在常溫下解凍后,鋪無菌巾,切開股骨頭,在股骨頭負重區軟骨下取松質骨2.0g,裝入樣品瓶中。將取出的樣品用去離子水反復沖洗干凈,用濾紙吸干,放入烘干箱內烘 12h后備用。

1.2.2 微量元素的檢測方法

在分析天平上稱取股骨頭樣品0.50g,放入小燒杯中。然后置于馬弗爐中,溫度從低溫升至 55℃,在 55℃溫度中灰化7h,至灰化完全。冷卻后 ,加濃硝酸 0.5mL浸泡過夜,加去離子水定容至10mL。準備上機測定各元素含量。微量元素的檢測過程在哈爾濱市微量元素檢測中心完成。采用火焰原子化法測定股骨頭中微量元素鋅、銅、錳、鎂的含量。

1.3 數據處理

2 結果

2.1 組織學觀察

對照組:股骨頭軟骨下骨哈弗斯系統中央管周圍少量鮮紅色脂肪組織。骨小梁結構正常(見圖1);壞死組:股骨頭軟骨下骨質內 ,有脂滴游離于組織,脂肪細胞被染成鮮紅色,充滿整個骨哈弗斯系統中央管周圍,壞死組較正常組數量明顯增多、體積增大。骨小梁明顯變細、稀疏、部分斷裂(見圖 2)。

2.2 各組微量元素 Zn、Cu、Mg、Mn水平

見表1。

表1 各組微量元素 Zn、Cu、Mg、Mn水平 ±s)

注:與對照組比較*P＜0.05。

3 討論

長期大量應用激素可致股骨頭壞死,但其病理機制尚未明確,目前還不能以單一學說來圓滿解釋激素和 ANFH兩者之間的關系,但其共同特征都是血液循環障礙導致股骨頭缺血、壞死,以及隨之出現的修復反應,進而發生股骨頭塌陷及髖關節退行性關節炎。本實驗檢測了股骨頭無菌性壞死股骨頭負重區軟骨下松質骨中微量元素 Zn、Cu、Mn、Mg的含量與正常對照組含量對比。結果顯示,壞死組中全部所測微量元素水平均較對照組降低,說明微量元素廣泛參與 ANFH骨代謝過程,并在其中起一定作用。其中微量元素Cu、Zn、Mg與對照組相比,差別有統計學意義。提示 Cu、Zn、Mg可能參與ANFH的發生并在其中起一定作用。而無機鹽是有規律地沉積于膠原表面,膠原成熟障礙直接影響無機鹽沉積。缺 Cu還使成骨細胞活性下降,而破骨細胞活性不受影響,使新骨形成減少[1],骨結構紊亂 ,導致骨質疏松,皮質變薄,松質骨被吸收,在機械壓力下發生顯微骨折、塌陷,壓迫微血管致骨缺血壞死。銅在骨折愈合過程中也起促進作用[2]。B.S.Monga等人[3]的研究結果顯示,鋅對體外破骨細胞的骨吸收活性有強烈的抑制作用。鋅還是骨骼生長發育的激活因子,缺鋅可導致骨代謝紊亂、骨形態結構異常、骨折愈合延遲、骨重建受抑制或骨質疏松等。鎂元素對骨骼的礦化有著顯著的影響[4],Mg的缺乏既可干擾軟骨發生,阻礙骨骺生長和骨礦化,又使成骨細胞數量及活性減低,骨基質生成減少,骨脆性增加,易于骨折塌陷而致缺血壞死。

結合本實驗證明微量元素廣泛參與骨代謝過程,并在ANFH的發生發展中起一定的作用。研究結果顯示微量元素Cu、Zn、Mg在 AN FH患者股骨頭內含量較對照組低,P＜0.05差別有統計學意義。說明這些元素的變化與激素性股骨頭壞死的發生、發展關系密切。同時提示在 AN FH治療過程中應注意微量元素的補充及在其治療藥物中金屬元素絡合物的作用。

[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