第三章骨與軟骨損傷的修復

第三章骨與軟骨損傷的修復第一節(jié)骨與軟骨的胚胎發(fā)生胚胎在宮內最初幾周，通過囊胚期和原腸胚期，逐步產生雛形，發(fā)生頭、軀干和形成肢芽的外隆突。在外胚層和內胚層之間，有一層彌散疏松的細胞組織，稱為間充質或間葉，間充質逐步分化為骨、軟骨、筋膜和肌肉等多個結締組織構造。間充質細胞密集的部位將是最早形成肌肉與骨骼構造的部位。每個密集的間充質雛形將直接或間接地轉化為骨。在胚胎早期，有些肌肉與骨骼單位的發(fā)生相稱活躍，在這個節(jié)段，胚胎發(fā)育易受外毒素的影響，例如某些先天畸形，可能與在這個時期受病毒的感染等有關。發(fā)生和生長是同時進行的，能夠通過下列幾個方式完畢：①結締組織細胞分化或調節(jié)形成骨骼生成雛型(有多個作用的間充質和骨祖細胞)；②已分化的軟骨生成和骨生成成分的有絲分裂(即成軟骨細胞和成骨細胞)；③增加細胞外構造蛋白的合成(如骨樣和軟骨樣組織)；④增加細胞內水的攝取，隨著著細胞內和細胞外之間水的流動；⑤在軟骨膜和骨樣期，增加細胞外基質形成量；⑥細胞壞死的機理尚未完全明了，但是有充足的證據表明，某些細胞確實發(fā)生死亡，而后被其它類型的細胞所替代，骨骺與干骺端交界處原發(fā)性松質骨的形成即是如此。一、軟骨的發(fā)生(DevelopmentofCartilage)早在第5胚胎周，間充質細胞逐步增大，變得更為密集，并分化為一層細胞，稱為軟骨前體(precartilage)，然后，基質沉積于細胞之間。同時，在中心間充質，纖維粘連素(fibronectin)程序化分布，并出現I型和Ⅲ型膠原。當成軟骨細胞形成后，纖維粘連素逐步消失，Ⅱ型膠原出現。在間充質細胞分化表型前，透明質酸酶活性明顯增高，透明質酸變化了細胞外的環(huán)境，使其在軟骨生成前的細胞密集過程中含有重要的作用。隨著Ⅱ型膠原以及軟骨特異的蛋白多糖(proteoglycan)的生成，能夠觀察到胚胎軟骨細胞合成的蛋白多糖比成熟軟骨細胞合成的蛋白多糖含有更多的硫酸軟骨素鏈和較少的硫酸角質蛋白(keratansulfate)鏈。二、骨的發(fā)生(DevelopmentofBone)(一)軟骨化骨發(fā)生在肢體中，在封閉的軟骨雛形中，通過外加作用以及營養(yǎng)的變化，由軟骨膜形成的袖狀骨緩慢生長。軟骨鈣化，構成細胞死亡，其后外周血管及成骨前體細胞(osteoprogenitorcells)侵入，形成原發(fā)性骨化中心。在大多數長骨中，這種變化先發(fā)生于骨干，然后向干骺端擴展。在全部的肢體骨中，原發(fā)性骨化中心在第12胚胎周出現。后來，骺部血管組織間接地骨化，形成繼發(fā)性骨化中心。在股骨遠端和脛骨近端，繼發(fā)性骨化中心出現于孕9月至出生前，其它大部分繼發(fā)性骨化中心均于出生后才開始形成。骺與骨干交界處稱為生長板，在原發(fā)和繼發(fā)性骨化中心之間生長，含有較快的橫向和縱向生長能力。最先形成的軟骨雛形逐步被骨化組織替代，稱為軟骨內骨化。(二)膜化骨發(fā)生在顱骨、面骨、部分鎖骨及下頜骨，間充質聚集并血管化，同時直接形成成骨細胞成骨，不通過軟骨階段。膜化骨發(fā)生開始于胚胎終期，直至生后通過外加而成成熟骨組織，期間沒有軟骨細胞增殖層出現。某些中軸骨和四肢骨的成分也與膜內化骨有關，骨干和干骺端皮質骨來自內襯軟骨雛形的特殊間充質組織(即骨膜)。第二節(jié)軟骨的組織學軟骨由軟骨組織及其周邊的軟骨膜構成，軟骨組織由軟骨細胞、基質及纖維構成。根據軟骨組織內所含纖維成分的不同，可將軟骨分為透明軟骨、彈性軟骨和纖維軟骨三種，其中以透明軟骨的分布較廣，構造也較典型。一、透明軟骨(HyalineCartilage)透明軟骨間質內僅含少量膠原原纖維，基質較豐富，新鮮時呈半透明狀。重要分布于關節(jié)軟骨、肋軟骨等。(一)軟骨細胞軟骨細胞位于軟骨基質內的軟骨陷窩中。在陷窩的周邊，有一層染色深的基質，稱軟骨囊。軟骨細胞在軟骨內的分布有一定的規(guī)律性，靠近軟骨膜的軟骨細胞較幼稚，體積較小，呈扁圓形，單個分布。當軟骨生長時，細胞漸向軟骨的深部移動，并含有較明顯的軟骨囊，細胞在囊內進行分裂，逐步形成有2～8個細胞的細胞群，稱為同源細胞群。由于軟骨細胞不停產生新的軟骨基質，各個細胞均分別圍以軟骨囊。軟骨細胞核橢圓形，細胞質弱嗜堿性，生活時充滿軟骨陷窩內。在HE切片中，因胞質的收縮，胞體變?yōu)椴灰?guī)則形，使軟骨囊和細胞之間出現空隙(圖3-1)。軟骨細胞的超微構造特點為胞質內含有豐富的粗面內質網和發(fā)達的高爾基復合體，還含有某些糖原和脂滴，線粒體較少(圖3-2)。軟骨細胞重要以糖酵解的方式獲得能量。(二)基質透明軟骨基質的化學構成重要為大分子的軟骨粘蛋白，其重要成分是酸性糖胺多糖(glycosaminoglycan)。軟骨粘蛋白的主干是長鏈的透明質酸分子，其上結合了許多蛋白質鏈，蛋白質鏈上又結合了許多硫酸軟骨素和硫酸角質蛋白鏈，故染色呈堿性。這種羽狀分支的大分子結合著大量的水，大分子之間又互相結合構成分子篩，并和膠原原纖維結合在一起形成固態(tài)的構造。軟骨內無血管，但由于軟骨基質內富含水分(約占軟骨基質的75%)，營養(yǎng)物質易于滲入，故軟骨深層的軟骨細胞仍能獲得必需的營養(yǎng)。(三)纖維透明軟骨中無膠原纖維，但有許多細小的無明顯橫紋的膠原原纖維，纖維排列不整潔。膠原約占軟骨有機成分的40%，軟骨囊含膠原少而含有較多的硫酸軟骨素，故嗜堿性強。含膠原多的部分嗜堿性削弱，或呈現弱嗜酸性。二、纖維軟骨(FibrousCartilage)纖維軟骨分布于椎間盤、關節(jié)盤及恥骨聯(lián)合等處?；|內富含膠原纖維束，呈平行或交錯排列。軟骨細胞較小而少，成行排列于膠原纖維束之間(圖3-3)。HE染色切片中，纖維被染成紅色，故不易見到軟骨基質，僅在軟骨細胞周邊可見深染的軟骨囊及少量淡染的嗜堿性基質。三、彈性軟骨(ElasticCartilage)彈性軟骨分布于耳廓及會厭等處。構造類似透明軟骨，僅在間質中含有大量交錯成網的彈性纖維，纖維在軟骨中部較密集，周邊部較稀少(圖3-4)。這種軟骨含有良好的彈性。四、軟骨膜(Perichondrium)除關節(jié)面的軟骨表面以外，軟骨的周邊均覆有一層較致密的結締組織，即軟骨膜。其外層纖維較致密，重要為保護作用；內層較疏松，富含細胞、神經及某些小血管。在緊貼軟骨處的軟骨膜內尚有一種能形成骨或軟骨的幼稚細胞(干細胞)，呈梭形，可增殖分化為軟骨細胞。軟骨膜能保護及營養(yǎng)軟骨，同時對軟骨的生長有重要作用。五、軟骨的生長方式(GrowthPatternofCartilage)(一)內積生長內積長生又稱膨脹式生長，是通過軟骨內軟骨細胞的長大和分裂增殖，進而繼續(xù)不停地產生基質和膠原，使軟骨從內部生長增大。(二)外加生長外加生長又稱軟骨膜附加生長，是通過軟骨膜內層的骨祖細胞向軟骨表面不停添加新的軟骨細胞，產生基質和纖維，使軟骨從表面對外擴大。第三節(jié)關節(jié)軟骨的構造、功效和修復一、關節(jié)軟骨的發(fā)育(DevelopmentofArticularCartilage)未成熟的關節(jié)軟骨含有兩層成軟骨細胞增殖區(qū)以滿足生長的需要。近關節(jié)面的淺層增殖區(qū)擴大關節(jié)軟骨范疇，而深層的增殖區(qū)則以軟骨內成骨方式形成繼發(fā)性骨化中心的骨核。出生后第1年，當關節(jié)軟骨厚度達成一定程度后，淺層的增殖區(qū)即停止增殖，只有深層的增殖區(qū)繼續(xù)進行細胞分裂，增進生長。骨骼成熟后來，軟骨內骨化性生長隨之停止，而在關節(jié)軟骨下形成一骨板。正常狀況下，極少有軟骨細胞的生長與復制。而只有在異常狀況下，如創(chuàng)傷、骨關節(jié)炎以及肢端肥大癥等，可見到反映性細胞復制。軟骨成熟的標志是潮線(tidemark)的出現。鈣化軟骨區(qū)的礦化緣與未鈣化的關節(jié)軟骨則以潮線為界。潮線上間斷存在有小的間隙。潮線的復制表明礦化緣向未鈣化區(qū)推動。這種現象與年紀有關。也見于原纖維性軟骨(fibrillatedcartilage)。于此同時，軟骨內骨化，致使骨軟骨接界不停改建。而此改建的進行有賴于鈣化緣區(qū)域細胞內的鈣磷脂復合體、糖蛋白(glucoprotein)以及細胞外基質顆粒。潮線區(qū)域內蛋白多糖的變化闡明其在此過程中含有調節(jié)作用。部分軟骨細胞亦含有此調節(jié)作用，控制基質的合成與降解。(一)構造自關節(jié)面對深部，關節(jié)軟骨可分為淺表區(qū)(superficialzone)、中間區(qū)或過渡區(qū)(transitionalzone)、深區(qū)或輻射區(qū)(deepzoneorradialzone)以及鈣化軟骨區(qū)(zoneofcalcifiedcartilage)(圖3-5)。1.淺表區(qū)：厚約40μm，可從關節(jié)軟骨上剝離，其內的梭形細胞與關節(jié)面平行排列，每個細胞被周邊基質包繞。此層內的膠原纖維與更深層內的膠原纖維排列方式不同，呈切線位。這些纖維含有孔隙狀構造，能夠攝入滑液分子，排出蛋白質以及透明質酸等較大的分子。淺表區(qū)蛋白多糖的分布亦與其它層不同，每一核心蛋白上附著的糖胺多糖比較少，且部分蛋白多糖與細膠原纖維交錯成網，難以分離，可能與抗剪力有關。2.中間區(qū)或過渡區(qū)：距關節(jié)面下約500μm，此區(qū)內細胞代謝較淺表區(qū)內活躍，均含有細胞內構造，如內質網、線粒體和高爾基復合體。基質內的膠原纖維粗大，與關節(jié)面呈斜形排列，該層內的蛋白多糖也較易分離。3.深區(qū)或輻射區(qū)：為關節(jié)軟骨最厚的部分，軟骨細胞呈柱狀排列，膠原纖維垂直排列，部分穿過潮線及鈣化軟骨達軟骨下骨層，使關節(jié)軟骨牢固地附著在骨上。膠原與蛋白多糖緊密相聯(lián)，但也有許多單體存在，難以檢測到連接蛋白的存在。在透明質酸支架上有大量的蛋白多糖聚合物存在。此區(qū)內膠原纖維直徑最粗，可能與它們需要抵抗蛋白多糖膨脹性的壓力有關。4.鈣化軟骨區(qū)：位潮線深面，將透明軟骨與軟骨下骨組織隔開，在骨骼成熟之前，此區(qū)內的軟骨細胞退變，軟骨內骨化。骨骼成熟后來，基質鈣化，可見無RNA合成能力的小軟骨細胞。關節(jié)軟骨分層排列反映了關節(jié)軟骨功效適應的生物力學變化。淺表層重要以剪力為主；過渡區(qū)和輻射區(qū)則重要承受壓力載荷；鈣化軟骨將關節(jié)面附著于骨上。即使光鏡下關節(jié)面平滑，但掃描電鏡觀察顯示，其表面與高爾夫球之表面相似，有許多間隔大概為300μm，直徑為8～15μm的凹陷。也有研究認為此種凹陷實為贗象，正常的關節(jié)軟骨表面可能很平滑，其波狀起伏的嵴與凹陷可能與標本固定前的脫水有關。體育鍛煉并不能變化關節(jié)軟骨的表面解剖，掃描電鏡也證明，未超出負荷峰值的過分活動也不引發(fā)關節(jié)表面軟骨的退行性變化。(二)關節(jié)軟骨的細胞成分軟骨不含神經纖維、血管及淋巴管。軟骨細胞占軟骨組織的5%或更少，由未分化的間充質細胞分化而來。成熟軟骨細胞的形態(tài)因分布的位置及軟骨陷窩的不同而呈現或扁或圓，細胞核呈偏心性，其超微構造因細胞位置及活性的不同而各異。過渡區(qū)內的細胞核為單個或多個分葉狀核，高爾基復合體發(fā)達，內質網及線粒體發(fā)育良好，而淺層的細胞內質網則較少。深層細胞內含有與細胞退變有關的胞質內纖維。(三)關節(jié)軟骨的基質基質由密集分布排列的膠原纖維、蛋白多糖、結合水和陽離子等構成。膠原纖維約占關節(jié)軟骨干重的50%，重要提供抗張強度。蛋白多糖則起固化及抗壓作用。兩者互相作用，穩(wěn)定關節(jié)軟骨基質并結合水?；|水為嗜水性蛋白多糖聚合體所吸引，并呈壓力依賴性流動?；|水的重要作用是抗壓、恢復受損軟骨的正常形態(tài)以及保持潤滑。絕大部分膠原纖維為Ⅱ型膠原，但也有Ⅲ型及其它型膠原的存在。Ⅱ型膠原水化后膨脹可能與其比I型膠原含有更多的碳水化合物有關。小牛血清培養(yǎng)的軟骨細胞合成Ⅱ型膠原，但加入纖維粘連素后，軟骨細胞表型類似成纖維細胞，并合成I型膠原。軟骨粘連素(chondronectin)是一種細胞表面有關的、分子量為140千單位(kilounit,KU)的糖蛋白，在蛋白多糖的協(xié)助下，使軟骨細胞與Ⅱ型膠原粘連。炎癥狀況下，如風濕性關節(jié)炎，血管翳的侵入造成血管源性Ⅲ型膠原和內皮細胞基底膜源性Ⅳ型膠原的合成。蛋白多糖約占關節(jié)軟骨基質干重的40%。蛋白多糖的核心蛋白在粗面內質網內合成，但糖胺多糖在滑面內質網內合成。而糖胺多糖的硫酸化并與核心蛋白結合則發(fā)生在高爾基復合體，由大的高爾基分泌顆粒分泌入基質。蛋白多糖的濃度與膠原的濃度成反比，即蛋白多糖濃度隨關節(jié)軟骨深度的增加而升高。硫酸軟骨素的濃度也隨深度的增加而升高，在輻射區(qū)達峰值。壓力可使硫酸軟骨素鏈聚集，以對抗更進一步的壓力，同時組織液也被擠出其分子域。隨著年紀的增加，硫酸角質蛋白含量增加，而硫酸軟骨素的含量減少，關節(jié)軟骨內水分由75%下降至65%。在特定條件下，蛋白多糖單體可與膠原結合，一種蛋白多糖分子可結合多達30個膠原分子。糖胺多糖及蛋白多糖可能通過靜電力與Ⅱ型膠原互相作用，而定向膠原纖維的排列。另外，細胞表面的蛋白多糖與纖維粘連素互相作用，為蛋白多糖和膠原也提供了作用點。(四)基質降解關節(jié)軟骨內基質合成與基質降解同時存在，但其細胞調控機理尚不明了。Thompson和Robinson推算，成人軟骨內的基質糖胺多糖每年更新二分之一，而膠原基質每才干替代二分之一。全部降解酶，除透明質酸酶存在于滑膜外，均存在于關節(jié)軟骨內。對每個細胞的降解與合成之間關系尚知之甚少。軟骨細胞內含有組織蛋白酶(cathepsin)B、D及F。組織蛋白酶B在中性條件下含有活性，組織蛋白酶D只有在pH4.50～5.00時才含有活性，因此，在軟骨中，組織蛋白酶B比組織蛋白酶D更重要。每個軟骨細胞的軟骨陷窩內含有新合成的基質成分，并有組織蛋白酶D存在，可能此處的pH值偏酸性。組織蛋白酶D不能降解膠原，但可分解蛋白多糖的多肽支架，而被其它酶降解?；|細胞合成與降解蛋白多糖的速度比膠原的快。膠原酶由成纖維細胞、滑膜細胞和軟骨細胞合成與釋放，但普通需要其它因素的激活(如纖維蛋白溶酶)。膠原酶在中性環(huán)境下破壞三螺旋構造。新合成的尚未交聯(lián)的膠原對膠原酶比已交聯(lián)的膠原更敏感。老化、分子間交聯(lián)嚴重的軟骨對這些酶的降解更具抗性。有些膠原溶解蛋白酶，如多核白細胞產生的酶類，不能破壞膠原的三螺旋構造，但它們能降解非螺旋的末端肽(如絲氨酸蛋白酶、組織蛋白酶G及彈性硬蛋白酶)。這些酶在滑液中并不存在?；け砻娴腁型細胞或B型細胞的溶酶體在病理狀態(tài)下可釋放蛋白酶、膠原酶和透明質酸酶，造成關節(jié)軟骨的降解。軟骨以外的其它組織有可能分泌刺激軟骨細胞降解蛋白多糖和膠原的信使——分解代謝產物(catabolin)。這些蛋白或蛋白家族并不直接作用于軟骨基質，只有活的軟骨才可受累。巨噬細胞和單核細胞可產生分解代謝產物樣物質，如果在巨噬細胞培養(yǎng)基中加入脂多糖類(lipopolysaccharides)則明顯增加這些因子的生成。二、關節(jié)軟骨的特性(PropertiesofArticularCartilage)關節(jié)軟骨內的液體運輸與其物理特性有關。基質蛋白多糖富含負電荷的硫酸酯及羧基，這些使水性基質含有膨脹性壓力。使關節(jié)軟骨含有粘彈性的間質內液體流是軟骨滲入性功效及蛋白多糖固定電荷集團的體現。蛋白多糖制止水從負重軟骨表面孔隙中流失，對水流失的制止能力與其濃度有關，蛋白多糖濃度減少，關節(jié)軟骨蠕變率增加，抗壓強度減少，使軟骨負重后容易變形。受壓后，蛋白多糖構型發(fā)生變化，使蛋白多糖內的分子水流入膠原纖維的纖維間隙或從表面丟失。pH值減少或增加鹽濃度也可破壞蛋白多糖的構造，使水流失。蛋白多糖大分子構造破壞后，使膠原纖維的張力減少，并向外膨脹，使分子間隙增大。當膠原纖維腫脹時，水分子更易于分子間流動，使關節(jié)軟骨內可交換的游離水增加。休息時，關節(jié)軟骨內的膠原纖維網處在張應變(tensilestrain)狀態(tài)。(一)滑膜關節(jié)的潤滑作用限制關節(jié)運動的重要因素是關節(jié)面之間的磨擦以及關節(jié)周邊軟組織的張力，Radin等的研究表明，克服關節(jié)周邊軟組織牽拉所需的能量是關節(jié)面間磨擦阻力的100倍，那么，關節(jié)僵硬的重要因素應當是軟組織張力的增加(肌肉痙攣、韌帶攣縮或軟骨間粘連)，而不是關節(jié)面潤滑作用的變化。典型的潤滑理論基于非生物學系統(tǒng)：兩個受壓接觸面之間的不平整引發(fā)磨擦與損耗。產生的磨擦系數與接觸點的剪力強度有關。兩粗糙面間的液體通過兩種方式減少磨擦系數：①液體膜潤滑作用，即于兩粗糙面間產生一薄而持續(xù)的液體膜，而液體膜可能通過外部壓力(靜水潤滑作用)、內積液體產生的壓力(擠壓膜潤滑作用)以及持續(xù)的相對運動使接觸面間楔狀潤滑作用(動水潤滑作用)來維持；②邊界潤滑作用，即兩接觸面表面吸附一層能夠避免粗糙接觸的分子，這些分子的自然特性是分子間的滑動比磨切粗糙吸附面更容易。在大多數潤滑之表面，兩種機理并存的程度重要有賴于接觸面間的角度及速度。彈性動水潤滑作用則是負重后變形、粗糙面間的液體膜被擠出后的另一潤滑機理。不同實驗條件下，對生物系統(tǒng)——關節(jié)潤滑的研究尚未得到一種能夠解釋低磨擦系數的理論。關節(jié)面與非生物接觸面不同，濕潤含有粘彈性，并有不持續(xù)的多平面的滑動面。對滑液在關節(jié)內的潤滑功效研究者眾說不一。正常無炎癥反映的人膝關節(jié)內滑液量不超出0.50ml。滑液膜層因負重而有所變化，膜層越厚，滑液膜粘性減少磨擦系數的能力也越大。關節(jié)軟骨受壓后，將間質內的液體擠入關節(jié)表面，產生一種自壓形式的靜水潤滑作用?；褐型该髻|酸的含量直接影響它的粘性，但對關節(jié)潤滑影響甚小。即使已證明透明質酸是滑膜的潤滑劑，但它不是關節(jié)的潤滑劑。當液體聚集于接觸面的凹陷內后來，也增加了潤滑分子的濃度。Radin,Swann等用透明質酸酶消化滑液，即使變化了粘性，但并未影響磨擦系數，闡明磨擦系數不是單純透明質酸酶濃度的體現，但蛋白溶解消化，確實明顯減少了潤滑作用。Swann等發(fā)現了一種糖蛋白，稱之為潤滑素(lubricin)，認為是關節(jié)潤滑的一種重要因素。在牛和人的正常及病理狀態(tài)下滑液內均發(fā)現有此糖蛋白，它與關節(jié)軟骨表面結合，起邊界潤滑劑的作用。顯然在游離的和與關節(jié)軟骨結合的潤滑素分子之間存在有一種動態(tài)平衡，蛋白溶解消化滑液以及機械性去除均破壞了潤滑作用。(二)關節(jié)軟骨的修復關節(jié)軟骨損傷的修復與其組織構造特點及損傷的方式有關，而修復的持久性以及良好的負重關節(jié)面的維持則有賴于愈合組織的質量，但事實上，修復常不完善，使損傷的關節(jié)面后期發(fā)生退行性變化。表淺損傷的修復愈合依賴于關節(jié)軟骨細胞的代謝活性，但其精確重建構造的能力有限，即使關節(jié)軟骨細胞能夠合成蛋白多糖和膠原分子，并能夠釋放入基質，這些新合成的分子并未互相結合形成絡合物，因此構建的構造并不完美，愈合組織的功效也較差。軟骨無血供以及軟骨細胞不能復制限制了其修復的能力，修復過程也無炎性反映階段。而活動關節(jié)的在體修復因糖蛋白的丟失或淺表性撕裂，使得存留外露的膠原纖維網遭到進一步的破壞。與之相對比，感染或創(chuàng)傷累及深部骨組織，使炎性反映產物及間充質細胞外滲，其修復機理又有所不同。最后，所生成的軟骨基質的種類及數量決定功效修復與否完全。軟骨細胞復制比較局限，但其對修復過程的作用尚不清晰。在退行性關節(jié)病中可見軟骨細胞群增殖克隆合成糖胺多糖。這些增殖的軟骨細胞可能含有在修復過程中消化細胞周邊基質的活性，也可能參加新產物的合成。并有炎性變化的軟骨破壞中，從關節(jié)內分離出多個炎性介質及蛋白酶。前列腺素E2(ProstaglandinE2,PGE2)變化炎性過程，克制軟骨細胞(兔)合成糖胺多糖；人退行性關節(jié)中分離出的白細胞介素1(interleukin-1，IL-1)含有化學趨化及淋巴細胞激活作用，并刺激軟骨細胞釋放中性蛋白酶；在骨性關節(jié)炎中也存在有淋巴細胞激活因子、單核細胞因子及分解代謝產物等。這些因子并無內在的降解活性，但可激活軟骨細胞酶。其它某些誘發(fā)骨關節(jié)炎軟骨病理變化的因素涉及關節(jié)內羥基磷灰石及焦磷酸鈣結晶的沉積?；撔躁P節(jié)炎中，細菌毒素可能參加了軟骨的破壞。而風濕性疾病受累關節(jié)中90%的造成破壞性變化的軟骨膠原組織內發(fā)現有免疫球蛋白、補體以及免疫復合物存在。血友病中，軟骨細胞內以及軟骨下骨髓內有含鐵血黃素存在。外滲紅細胞被滑膜表皮細胞吞噬，釋放破壞關節(jié)軟骨的酶，另外，高鐵離子對軟骨可能有直接毒性作用。(三)機械創(chuàng)傷后修復關節(jié)的鈍性損傷較常見，體外低于20%的應變對關節(jié)軟骨沒有任何顯微性破壞。長久重復性的負重可造成在體軟骨基質裂解，細胞破壞，最后軟骨下骨增厚。離體髖關節(jié)重復性負重可引發(fā)負重區(qū)蛋白多糖基質含量下降，軟骨細胞合成活性增加。細胞死亡與膠原纖維裂解隨負重頻率及負重幅度的變化而變化。超出臨界值的單次沖擊傷或多次大幅度但不大于臨界值的鈍性損傷即可造成軟骨不可逆性損害，小負荷沖擊傷使基質降解，但無軟骨細胞壞死，其修復過程重要特性是基質蛋白合成增加，但僅限于緊鄰軟骨細胞群，不涉及炎性反映或介質的生成以及未分化的成纖維細胞成分。撕裂傷破壞了膠原纖維網，使膠原纖維暴露于降解酶類，并有可能使局部細胞死亡。缺損區(qū)普通不愈合，但也不擴大。許多動物實驗研究發(fā)現受損部位軟骨細胞群狀增殖，基質合成增加，在傷后6周最為活躍，但很快，即停止，使修復過程不完全。Ghadially等在超微構造水平對切線傷的愈合過程觀察兩年之久發(fā)現，損傷后1周，光鏡下局部細胞壞死，鄰近蛋白多糖丟失。存活軟骨細胞的透射電鏡觀察表明代謝活性增加。傷后6月，缺損區(qū)覆蓋一層細膠原纖維網，其排列方向與表面平行，但表面的不平整仍然存在。Mankin等認為受損軟骨的基質蛋白多糖克制血小板的附著及纖維網架的形成，使成纖維細胞不能橋接間隙。在實驗中，關節(jié)內注射蛋白多糖溶解酶可增進動物關節(jié)軟骨表淺撕裂傷的愈合，水楊酸鹽也可增進淺表缺損的愈合。深達軟骨下骨質的損傷引發(fā)血腫形成及纖維蛋白凝集，在修復過程中起網架作用。與淺表損傷不同的是，骨軟骨損傷能夠軟骨組織愈合，但其性質(纖維軟骨或透明軟骨)以及軟骨下肉芽組織(外源性轉化細胞)和軟骨細胞的作用現在意見尚不一致。Depalma的研究發(fā)現，未成熟狗由軟骨下肉芽組織演變而來的透明軟骨修復全層軟骨缺損。Campbell認為，在修復早期，膠原纖維的走行與分布與纖維組織相似，重要細胞與成纖維細胞類似，大部分膠原為I型膠原，僅有少量的Ⅱ型膠原，三個月后，則以Ⅱ型膠原為主。所形成的透明軟骨不規(guī)則，并有部分基質區(qū)域缺少細胞，受損部位的組織切片也難以再現關節(jié)軟骨的層狀區(qū)域性分布。隨著時間的延長，修復組織更似纖維軟骨，并有退行性纖維化傾向。蛋白多糖的丟失可能隨著著透明軟骨逐步向纖維軟骨的轉化。成年兔股骨遠端軟骨內骨折復位不完全或復位后未加壓，常以纖維軟骨修復。復位完全，加壓并行骨折塊間固定，關節(jié)軟骨表面的修復組織外觀則與透明軟骨相似。加壓固定可能變化了關節(jié)面的機械微環(huán)境，促使透明軟骨的形成，制止干擾淺表透明化的肉芽組織的長入。在負重的軟骨能夠統(tǒng)計到電位，關節(jié)軟骨及生長板軟骨顯示電極化，生長活躍的部位更趨向于陰極。機械力有可能轉化為軟骨細胞或大分子敏感的生物電。Hall認為電磁與生長、形態(tài)發(fā)生及修復與再生過程有關。這也可能是加壓固定后修復效果較好的因素。在兔子動物實驗中，持續(xù)被動活動增進透明軟骨修復關節(jié)軟骨全層缺損，而完全制動及間斷性主動活動對照組則較差。持續(xù)被動活動能夠增進關節(jié)內自體骨膜游離移植的新生軟骨形成。關節(jié)制動破壞了實驗動物的關節(jié)軟骨，即使制動不完全，6周后所產生的軟骨顯微性破壞在6～8月后仍然存在。而堅強的固定制動30d，即可引發(fā)30d后仍難以逆轉的變化。制動破壞了基質及細胞所需的正常機械刺激，也使為軟骨細胞提供營養(yǎng)的滑液泵作用失能。第四節(jié)骨組織學與組織病理學(一)骨的種類骨可分為密質骨和松質骨兩種，密質骨見于長骨的骨干和扁平骨的表層，又稱皮質骨。為內含許多互相連通的小管道及血管神經的規(guī)律排列的骨板。松質骨是由大量針狀或片狀的骨小梁互相連接而成的多孔網架構造，網孔中充滿骨髓。骨小梁普遍順最大應力和張力線排列。密質骨內膠原纖維圍繞血管間隙而呈同心圓排列；松質骨內膠原纖維與骨小梁的縱軸平行排列。許多膠原纖維穿過板間區(qū)。這種排列無疑會增加骨對機械應力的抵抗。在成年人，這兩種骨都含有板層狀構造，故稱為板層骨。在胚胎或幼兒，以及在成人某些病理狀態(tài)，可出現編織骨(wovenbone)構造。編織骨是由不規(guī)則未機化的膠原類形和陷窩狀構造的骨組織構成，其膠原纖維粗短，呈縱橫交錯的不規(guī)則排列。編織骨內的骨細胞較圓而大，細胞數目也較板層骨多，因而，編織骨比板層骨更處在活躍狀態(tài)。在生長時期長骨的干骺端由編織骨構成，普通通過再吸取，最后被板層骨替代。如果在骨骼發(fā)育成熟后，編織骨持續(xù)存在或在成年期出現編織骨，都不是正常現象。(二)骨組織構造骨由不同排列方式的骨板構成，骨板自外向內可分為骨膜、外環(huán)骨板層(outercircumferentiallamellae)、哈佛系統(tǒng)(Haversiansystem)和內環(huán)骨板層(innercircumferentiallamellae)(圖3-6)。1.骨膜：骨膜是由致密結締組織構成的纖維膜，包被在骨表面，稱骨外膜，襯附在骨髓腔面的則稱骨內膜。(1)骨外膜：普通可分為兩層：①纖維層：是最外的一層薄而致密，排列不規(guī)則的結締組織，其中含有某些成纖維細胞。結締組織中含有較粗大的膠原纖維束，彼此交錯成網狀，有血管和神經纖維束從中穿行，沿途有某些分支經深層進入伏克曼管(Volkmann'scanal)。有些粗大的膠原纖維束向內穿進骨質的外環(huán)層骨板，尚有大的營養(yǎng)血管穿過這些纖維進入骨內。②新生層(cambiumlayer)或成骨層(osteogeniclayer)：為骨外膜的內層，重要由多功效的扁平梭形細胞構成，粗大的膠原纖維極少，卻含有較多的彈力纖維，形成一薄層彈力纖維網。內層與骨質緊密相連，并在構造上隨年紀和機能活動而發(fā)生變化。在胚胎時期或幼年時期，骨骼快速生成，內層的細胞數量較多，甚為活躍，直接參加骨的生成。在成年期，骨外膜內層細胞呈穩(wěn)定狀態(tài)，變?yōu)樗笮?，與結締組織中的成纖維細胞很難區(qū)別。當骨受損后，這些細胞又恢復造骨能力，變?yōu)榈湫偷某晒羌毎?，參加新的骨質形成。在骨的生長久，骨外膜很容易剝離，但成年后的骨膜，與骨附著甚為牢固，不易剝離。(2)骨內膜(endosteum)：是一薄層含細胞的結締組織，除襯附在骨髓腔面以外，也襯附在哈佛管內以及包在松質骨的骨小梁表面。骨內膜中的細胞也含有成骨和造血功效。成年后的骨內膜細胞呈不活躍狀態(tài)，若遇有骨損傷時，可恢復造骨功效。2.外環(huán)骨板層：表面的骨板圍繞骨干排列，稱為外環(huán)骨板層，由數層骨板構成，其外和骨外膜緊密相連。在外環(huán)骨板層中可見與骨干相垂直的孔道，橫向穿行于骨板層，稱為伏克曼管。通過伏克曼管，營養(yǎng)血管進入骨內，和縱向走行的哈佛管內的血管相通。哈佛管經伏克曼管使其與骨面和髓腔相通。3.內環(huán)骨板層：靠近骨髓腔面也有數層骨板圍繞骨干排列，稱為內環(huán)骨板層。骨板層可因骨髓腔的凹凸面而排列不甚規(guī)則，骨板的最內層襯附有骨內膜，也可見有垂直穿行的伏克曼管。4.哈佛系統(tǒng)：在內外環(huán)骨板層之間是骨干密質骨的重要部分，由許多骨單位(osteon)構成。骨單位為厚壁的圓筒狀構造，與骨干的長軸呈平行排列，中央有一條細管稱哈佛管。圍繞哈佛管有5～20層骨板呈同心圓排列，宛如層層套入的管鞘，哈佛管與其周邊的骨板層共同構成骨單位，亦稱作哈佛系統(tǒng)。CloptonHavers于1691年最早擬定了密質骨構造，并把密質骨的基本構造單位命名為哈佛系統(tǒng)。由于他當時沒有敘述圍繞血管呈同心圓排列的骨板，后來某些作者根據同心圓排列的骨板，又命名為骨單位。無數的骨小管(canaliculi)呈放射狀，從哈佛管向骨陷窩走行，使哈佛管與陷窩相通。其功效是使陷窩內的骨細胞經骨小管獲得營養(yǎng)液，同時將代謝產物排出。陷窩是扁形或橢圓形構造，其內壁有無數小裂隙，與骨小管相通，骨細胞的許多細長的突起，經裂隙伸入骨小管內。每一骨單位的表面有一層粘合質，呈強嗜堿性，含有大量的骨鹽，但膠原極少。在橫斷面的骨磨片上呈折光較強的骨單位輪廓線，稱為粘合線(cementingline)。在骨單位之間，充填著某些不完整的骨單位，形狀不甚規(guī)則，大部分缺少哈佛管，稱為間骨板(interstitiallamellae)，是部分吸取后的骨單位，也是舊有的骨單位遺跡。哈佛管的直徑平均為300μm，大概3～5mm長，內壁襯附一層結締組織，其中的細胞成分隨著每一骨單位的活動狀態(tài)而各有不同，在新生的骨質內多為成骨細胞，被破壞的骨單位則有破骨細胞。普通的骨單位為梭形細胞，許多較早期的骨單位，特別是新生兒的皮質骨，缺少環(huán)形排列的同心圓骨板層。骨沉積在骨外膜或骨內膜溝的表面形成的骨單位，或在松質骨格內形成的骨單位，稱為原發(fā)性骨單位(primaryosteon)。哈佛管被易變的延長了的同心圓骨板柱圍繞，僅有幾層骨板。原發(fā)性骨單位常見于幼骨，特別是胚胎骨和嬰兒骨。隨著年紀增加，原發(fā)性骨單位也對應減少。繼發(fā)性骨單位(secondaryosteon)與原發(fā)性骨單位相似，但是由原發(fā)性骨單位改建后形成。繼發(fā)性骨單位，又稱繼發(fā)性哈佛系統(tǒng)，由于有一粘合線，很容易識別，并使其與鄰近的礦質化組織分開來。哈佛系統(tǒng)是成熟密質骨，有成人密質骨的明顯特性。在初生時，僅在人骨的股骨中段出現，后來在全部長骨逐步形成。即使呈縱向走行，但常有許多分支互相間形成廣泛吻合。哈佛管內有小血管，僅有單條的大都為毛細血管，有時可見到兩條，為小動脈或小靜脈。伏克曼管與哈佛管走向互相垂直，并彼此相通，因此，其中的血管也彼此交通。在哈佛管內還可見到細的神經纖維，與血管伴行，大都屬于無髓神經纖維，但偶然可見到有髓神經纖維。這些神經重要由分布在骨外膜的神經纖維構成，從其粗細可表明，即含有節(jié)后交感神經纖維，也含有細的無髓痛覺傳入纖維。密質骨的骨板厚度普通為5～7mm，但各部位的骨鹽分布并不相似。在內外環(huán)骨板和間骨板內，骨鹽含量很高，并且在各板層中分布一致。各骨單位的骨鹽沉積程度并不完全相似，在同一骨單位中，各板層骨的骨鹽分布也不一致。新生成骨單位的骨鹽沉積較少，隨著骨的生長，骨鹽由中央哈佛管附近的骨板逐步向周邊沉積，并且含量不停增多。老的骨單位含有較多的骨鹽沉積。松質骨的骨小梁由骨板構成，但層次較薄，構造簡樸，普通不顯骨單位，在較厚的骨小梁中，也能看到小而不完整的骨單位。其中血管較細或缺失，骨板層之間也無血管，骨細胞的營養(yǎng)則依靠骨小梁表面的骨髓腔血供應。(三)骨的血液供應長骨的血液供應來自三個方面：①骨端、骨骺和干骺端的血管；②進入骨干的營養(yǎng)動脈(常有1～2條)；③骨膜的血管(圖3-7，圖3-8)。進入骨干的營養(yǎng)動脈分為兩個大的分支，即升支和降支，每一支都有許多細小的分支，大部分直接進入皮質骨，另某些分支進入髓內血管竇。升支和降支的終末血管供應長骨兩端的血運，并與骨髓和干骺端血管形成吻合。來源于髓內營養(yǎng)動脈的皮質小動脈，呈放射狀直接進入皮質骨，或以2～6支小動脈為一束的形式進入皮質骨。在皮質骨內的小動脈，又形成許多分支，某些順骨的長軸縱向延伸，而另某些呈放射狀走行。這些血管分支，最后在哈佛系統(tǒng)形成毛細血管(圖3-9)。有某些小動脈入皮質骨后又穿出皮質骨與骨膜的小動脈吻合，形成動脈網。在髓內，某些小動脈較短，形成骨髓的毛細血管，供應骨髓血運。哈佛管內經常會有管壁很薄的兩條血管，一條較細，而另一條稍粗，表明較細的一條為動脈，而稍粗的一條為靜脈，形成進出兩個方向的血流。這些小血管壁由單層內皮細胞構成，在少數狀況下，其中一條血管可顯示小動脈的組織學特性，哈佛管內有時只含一條毛細血管。1.髓內營養(yǎng)系統(tǒng):全部長骨，都有1～2條營養(yǎng)動脈經營養(yǎng)孔進入骨內，在營養(yǎng)孔內無分支，同時隨著有幾條血管壁較薄的小靜脈和有髓神經。在髓內的營養(yǎng)動脈，不管是上行支還是下行支，是髓內重要的血供來源，最少能供應皮質骨的內2/3或更遠的某些部位。髓內營養(yǎng)血管以放射狀分布，形成髓內和皮質內毛細血管，大概30%的血液流至骨髓的毛細血管床，70%至皮質毛細血管床。骨髓和皮質骨的毛細血管床互不聯(lián)系，血液回流也是分開的。進入骨髓血管竇的小動脈，來源于營養(yǎng)動脈的外側支，同時尚有另外某些小動脈供應皮質骨的骨內膜。有些學者認為，骨干皮質骨的血供，完全由橫向的髓內營養(yǎng)動脈支供應。另某些學者認為血運是分段供應，即營養(yǎng)動脈的分支供應皮質骨的內側二分之一或2/3，剩余部分由骨膜血管供應。2.靜脈回流：長骨含有一種較大的中央靜脈竇，接受橫向分布的靜脈管道的血液，這些血液來自骨髓的毛細血管床(即血管竇)。橫向管道內含有進入骨內膜的小動脈。這些靜脈管道可將血液直接引流入中央靜脈竇，也可先引流至大的靜脈分支內，然后再匯入中央靜脈竇，中央靜脈竇進入骨干營養(yǎng)孔，作為營養(yǎng)靜脈血引流出骨(圖3-10)。長骨的靜脈血，重要經骨膜靜脈叢回流。僅有5%～10%的靜脈血經營養(yǎng)靜脈回流。許多靜脈血經骨端的干骺端血管回流。骨端血管是骨膜靜脈系統(tǒng)的一部分。從骨膜表面骨干皮質骨出現的內皮管(endothelialtube)，稱作小靜脈(venule)。盡管近來有人認為，皮質骨血液極少回流至內骨膜靜脈，但體內研究表明，毛細血管離開哈佛管后有分支進入骨髓，并進入骨髓血管竇。3.血流：骨干皮質骨內的血流方向與范疇，仍有爭議。一種理論是贊成血液離心性流動，認為血液先從骨髓營養(yǎng)系統(tǒng)進入骨內膜面，然后流出骨外膜。倘若骨髓營養(yǎng)系統(tǒng)中斷，骨外膜系統(tǒng)仍保存，可提供血液供應，此時血流方向變?yōu)橄蛐男粤鲃?，這種觀點被微動脈造影研究證明。骨膜血管的作用尚未完全明了，普通認為，骨膜系統(tǒng)的血供重要來自周邊肌肉，供應皮質骨的外1/3或外側二分之一血運。盡管在解剖學上，骨膜血管與皮質骨血管都來源于骨髓血管，并且互相間有聯(lián)系，但許多學者仍否認骨膜系統(tǒng)的供血多于皮質骨最低程度的供血。在皮質骨的外側部分，在哈佛管內的許多管壁較薄的小血管仍能看到，與骨膜內的小動脈是相持續(xù)的。這是證明當髓內營養(yǎng)血管中斷后，骨膜系統(tǒng)的血液流入整個皮質骨的基礎，這是重要的輔助血供來源。長骨兩端的血供，由周邊小孔進入骨骺參加干骺端的血液供應。這些小動脈分支進入骺，形成動脈弓，產生一密集的交鎖網狀構造。這些小血管進入軟骨下區(qū)時，血管口徑進行性變小，形成終末小血管袢。骨干與干骺端小動脈和骨髓營養(yǎng)動脈的終末支形成吻合，供血占整個骨血運的20%～40%。進入骨骺的血管有兩種，一種遠離骨骺，經軟組織直接進入骨骺，發(fā)生骨骺分離時此血管因遠離骨骺，不易發(fā)生損傷。另一種是緊貼骺板邊沿的關節(jié)軟骨進入，此種血管靠骺太近，因而在骨骺分離時易遭損傷，引發(fā)骨骺或骺板缺血。發(fā)生缺血者多為關節(jié)內骨骺，例如，股骨頭骨骺，肱骨內外髁骨骺和橈骨頭骨骺等。由于進入骺板的小動脈分支緊靠軟骨下區(qū)(即為軟骨細胞靜止區(qū))，為軟骨提供營養(yǎng)，因此骨骺血供障礙直接影響骺板軟骨細胞的增殖能力，軟骨基質不能鈣化，肥大細胞堆積不能成骨，影響軟骨內成骨的整個過程。正常骨皮質血管內的血流，通過一種尚未明確的調控機理的調節(jié)，變化較大。在正常的肢體，全部的血管并非同時開放發(fā)揮作用，而只是有限的部分血管參加血流的循環(huán)過程，另外某些血管處在“靜止狀態(tài)”。在某些狀況下(如對側肢體骨折)，大量的血管變?yōu)楣πЩ钴S狀態(tài)，這一點經微動脈造影可得到證明。如果骨髓和骨膜的血循環(huán)中斷，干骺端血循環(huán)會增加。如果經營養(yǎng)動脈的循環(huán)和干骺端血管中斷，骨膜血管會發(fā)生增殖，使骨膜血流量增加，經常伴有骨膜新骨的形成。當營養(yǎng)動脈的血流中斷時，大概內側2/3的皮質骨缺血壞死，但外側1/3皮質骨仍成活。相反，當骨膜被剝離僅與皮質骨附著，營養(yǎng)動脈完好，外側1/3皮質骨發(fā)生缺血壞死，經常隨著骨膜新骨的形成，新骨圍繞骨干生長。當營養(yǎng)動脈受壓(如應用髓內針時)，會發(fā)生代償性的骨膜血管增殖，使較大范疇的皮質骨獲得成活。當髓內營養(yǎng)動脈中斷，骨膜從骨干剝離，會發(fā)生整個骨干的皮質骨壞死。在某些狀況下，肢體較大的周邊靜脈血流會發(fā)生逆流和迂回至長骨的髓腔。當肢體重要靜脈回流障礙，長骨髓內壓上升。在急性靜脈阻塞的狀況下，靜脈血流逆行流入股骨遠端干骺端，從而能夠證明側支靜脈回流經骨髓靜脈管道建立。急性和慢性靜脈栓塞時，會出現骨深部鈍性疼痛或局部壓痛等現象，抬高肢體后靜脈血回流，疼痛即可減輕。(四)骨的構成成分骨與其它結締組織基本相似，也由細胞、纖維和基質三種成分構成。但骨的最大特點是細胞基質含有大量的鈣鹽沉積，成為很堅硬的組織，構成身體的骨骼系統(tǒng)。1.細胞成分(1)成骨細胞：骨表面被一由成骨前體細胞形成的包膜所覆蓋，體現為骨外膜、骨內膜和哈佛管內膜。這些細胞可分化為成骨細胞合成骨基質(圖3-11)，除合成骨基質外，尚有一種引發(fā)骨質礦化和調節(jié)細胞外液和骨液(bonefluid)間電解質流動的作用。一種成骨細胞在3～4d內可分泌其三倍體積的基質，然后本身埋于其中，即變?yōu)楣羌毎３晒羌毎３蕡A形、錐形和立方形，胞漿嗜堿性，嗜堿性與粗面內質網的核酸糖小體有關。成骨細胞伸出細短的突起，與相鄰的細胞連接，胞核位細胞的一端，有明顯的核仁，在核仁附近有一淺色區(qū)，高爾基復合體即在此區(qū)內，胞漿內有散在的線粒體。電鏡下，活躍的成骨細胞胞漿基本上由粗面內質網占據，形成一被核酸糖小體附著的膜狀管，游離核酸糖小體較易觀察。粗面內質網正常狀況下包繞高爾基復合體。嵌在粗面內質網之間的是線粒體，常呈圓形。某些線粒體含有某些小的礦質化顆粒，沉積并附著于線粒體嵴外面。這些顆粒有較高濃度的鈣、磷和鎂，還存在其它某些有機成分。線粒體在細胞內的能量循環(huán)中是氧化加磷氧基作用的部位，其后產生ATP。線粒體的第二個重要功效是從細胞漿中去除鈣離子。線粒體的鈣通過和磷的共同沉積，形成線粒體顆粒，使細胞漿內的鈣水平調節(jié)在10-8～10-7mol/L的正常范疇內。骨的細胞常有大量的線粒體顆粒，可能是激素作用于細胞膜的成果。例如，甲狀旁腺素(parathyroidhormone，PTH)能引發(fā)進入細胞的鈣增加，并隨之有線粒體顆粒數目的增加。鄰近基質正在礦化的成骨細胞，其線粒體顆粒增加，而鄰近完全礦化的基質區(qū)則較少。被嚴重破壞的細胞，顯示出線粒體顆粒聚集而引發(fā)細胞的鈣化。接受X線照射的靶細胞能夠鈣化，可能是因細胞膜破裂后線粒體過多所致。在某些細胞，鈣是沿著嵴表面沉積，而不是分散在顆粒內。成骨細胞含有合成膠原、粘多糖和糖蛋白的作用，其細胞內合成過程與成纖維細胞或軟骨細胞相似。成骨細胞胞漿內富含堿性磷酸酶，因此，血中堿性磷酸酶水平的升高可提示成骨細胞的活性。在Paget病中，用降鈣素(calcitonin)治療后血堿性磷酸酶水平下降表明治療有效。如果5-核酸磷酸酶或γ-谷氨酰胺轉移酶活性水平正常，則血堿性磷酸酶水平的升高可能是成骨細胞活性所致，而非肝堿性磷酸酶。血堿性磷酸酶水平也常在成骨性腫瘤及轉移癌中有所升高。成骨細胞內含有腺苷酸環(huán)化酶(adenylatecyclase)及蛋白激酶系統(tǒng)，而成骨細胞又是甲狀旁腺素的靶細胞，因此，這些酶系統(tǒng)有可能代表了甲狀旁腺素的作用方式。甲狀旁腺素與成骨細胞質膜上的受體結合，增進膜上的腺苷酸環(huán)化酶活性，使鈣離子進入細胞內，并產生環(huán)化一磷酸腺苷(cyclicadenosinemonophosphate,cAMP)。細胞內cAMP及鈣離子水平的升高激發(fā)成骨細胞進一步的代謝活動。前列腺素E系列也可通過與成骨細胞樣細胞的特異性結合而刺激cAMP的形成而影響成骨細胞功效。酸性肽鈣調蛋白(calmodulin)有四個鈣離子結合域，廣泛存在于哺乳類動物的多個細胞內，分子量約為1700U，對酸及熱穩(wěn)定，可調節(jié)成骨細胞內的磷酸二酯酶、腺苷酸環(huán)化酶及部分膜激酶等許多酶的活性。(2)骨細胞：骨細胞是骨組織的重要細胞，包埋在堅硬的細胞基質腔隙中，此腔隙稱作骨陷窩。骨細胞的胞體呈扁卵圓形，有許多細長的突起。這些細長的突起伸進骨陷窩周邊的小管內，此小管又稱作骨小管。突出物能使骨細胞保持在通道的骨內，便于骨與血液之間交換離子和營養(yǎng)。骨細胞胞核大都為卵圓形，著色略深，胞漿稍呈嗜堿性。Belanger發(fā)現骨細胞含有釋放檸檬酸、乳酸、膠原酶和溶解酶的作用。溶解酶會引發(fā)骨細胞周邊的骨蝕損(erosion)或吸取，他把這種現象稱之為骨細胞性骨溶解(osteocyticosteolysis)。有些學者認為，骨細胞對骨吸取和骨形成都起作用。由于骨細胞是由成骨細胞轉化而來，故新形成的骨細胞有許多活躍的成骨細胞特性，即含有豐富的粗面內質網，大的高爾基復合體，許多線粒體以及細胞體積較大和含有許多染色質的核。這種新形成的骨細胞容易認出，由于附在成骨細胞表面，普通在三面已完全礦質化的基質包裹期看到，而另一側被密集的膠原包圍，使新形成的結晶體分散沉積在基質中。骨細胞和成骨細胞同樣，在甲狀旁腺素和降鈣素作用下，能變化電解質濃度，表明這些細胞有這類激素的受體。(3)破骨細胞：破骨細胞由多核巨細胞(multinucleargiantcell,MNGC)構成，直徑100μm，含有2～50個核，重要分布在骨質表面、骨內血管通道周邊。破骨細胞的數量較少，它是由多個單核細胞融合而成的，胞漿嗜堿性但隨著細胞的老化，漸變?yōu)槭人嵝?。破骨細胞含有特殊的吸取功效，某些局部炎癥病灶吸取中，巨噬細胞也參加骨吸取過程。在破骨細胞吸取骨基質的有機物和礦質的過程中，造成基質表面不規(guī)則，形成近似細胞形狀的陷窩，稱為Howship陷窩。在陷窩內對著骨質的一面，細胞伸出許多毛樣突起，很象上皮細胞表面的縱紋緣和刷毛緣。電鏡下，貼近骨質的一側有許多不規(guī)則的微絨毛，即細胞突起，稱為皺褶緣(ruffledborder)。在皺褶緣區(qū)的周緣有一環(huán)形的胞質區(qū)，含多量微絲，但缺少其它細胞器，稱為亮區(qū)(clearzone)，此處的細胞膜平整并緊貼在骨質的表面。亮區(qū)猶如一道以胞質構成的圍墻，將所包圍的區(qū)域形成一種微環(huán)境。破骨細胞向局部釋放乳酸及檸檬酸等，在酸性條件下，骨內無機礦物質自皺褶緣吞飲，于皺褶緣基質內形成某些吞飲泡或吞噬泡。于破骨細胞內，無機質被降解，以鈣離子的形式排入血流中。無機質的丟失使骨基質內的膠原纖維裸露，破骨細胞分泌多個溶酶體酶，特別是組織蛋白酶B和膠原溶解組織蛋白酶。破骨細胞離開骨表面后，其皺褶緣消失，細胞內發(fā)生變化，進入靜止期。血中的單核細胞或組織中的吞噬細胞不能轉變成破骨細胞，由于全部這些細胞僅含有成熟的、不能分裂的、晚期的單核吞噬細胞，只有早期未成熟的增殖性單核吞噬細胞才是破骨細胞的前體。2.骨基質：破骨細胞吸取骨產生吸取隧腔，隨即被成骨細胞分泌的基質充填閉合。成人骨無機成分約占2/3，有機成分僅占1/3，膠原占有機物90%，非膠原占10%。(1)膠原：是一種結晶纖維蛋白原，被包埋在含有鈣鹽的基質中。若用弱酸或絡合劑乙烯四醋酸等溶液浸泡后，溶去基質中的無機成分，骨質因失去堅硬性而變?yōu)槿犴g可屈，同時膠原也被顯示出來。含有典型的X線衍射像和電鏡圖像，并有640A軸性周期。膠原的分子構造為三條多肽鏈。每一條鏈含有一千多個氨基酸，分子量為95KU。這三條肽鏈交錯呈繩狀，故又稱三聯(lián)螺旋構造。其特點有一群氨基酸，如丙氨酸、亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸等，其總氮量為18.45%，而甘氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸構成膠原總量的60%。膠原分子合成是在成纖維細胞、成骨細胞和成軟骨細胞內，同時還合成和分泌某些非膠原性基質。膠原在生理狀態(tài)下，是不可溶性結晶樣物質?？扇苄阅z原是未交聯(lián)的膠原類型，在生理狀態(tài)下是固體，但能用冷氯化鈉液和冷的稀釋酸溶解，這種溶液貯藏在pH7和37℃的條件下，能形成由微原纖維構成的乳白色膠。膠原的功效是使多個組織和器官含有強度構造完整性。1mm直徑的膠原承受10～40kg的力。骨質含的膠原為I型膠原。膠原細纖維普遍呈平行排列，但也分支，交互連接成錯綜的網狀構造。膠原細纖維的直徑和其它種類有很大不同，但普通說，隨年紀增加，直徑逐步增粗，顯得更密集。(2)非膠原蛋白：非膠原蛋白普通約占類骨質(osteoid)的20%。隨著骨的成熟和鈣化，比例逐步下降，約為6%。現在已發(fā)現有多個對于骨的生長、再生、發(fā)育等有重要作用的蛋白質，如骨粘連素(osteonectin)、纖維粘連素、骨鈣素等。骨粘連素分子量大小約32KU，系磷酸糖蛋白，與軟骨內成骨過程中軟骨鈣化區(qū)內新骨基質的形成以及膜內成骨過程中新骨核的形成有關。與骨磷灰石有強的親和力，促使游離鈣離子與I型膠原結合。但纖維粘連素可竟爭性克制骨粘連素促鈣離子結合I型膠原的作用。纖維粘連素分子量約為220KU，含有兩個由二硫鍵連接的亞單位，含有能與膠原、肝素和細胞表面結合的位點。在生長過程中的骨中，骨粘連素的含量遠較纖維粘連素的為多。2/3的骨鈣素與磷灰石結合緊密，難以分離。骨鈣素屬于γ-羧谷氨酸包含蛋白類(gamma-carboxyglutamic-acid-containingproteins,GLAproteins)，此蛋白類為維生素K依賴性。骨鈣素又稱骨γ-羧谷氨酸包含蛋白(bonegamma-carboxyglutamic-acid-containingproteins,BGP)。該蛋白在骨礦化峰期之后才出現積聚。使用維生素K拮抗劑，可使此蛋白在骨中的含量減少，但并不影響其脯氨酸的含量，也不影響骨的機械強度。(3)蛋白多糖類：礦化骨組織所含的蛋白多糖量極少，約占骨有機物的4%～5%，其化學構造及免疫學特性皆與其它組織內的蛋白多糖有明顯之不同。其分子量大概為120KU，其分子的25%為蛋白質。蛋白多糖類可能克制骨羥基磷灰石晶體的沉積，因此，在正在鈣化的組織中，蛋白多糖的變化有可能加緊組織的礦化。有資料表明，蛋白多糖聚合體克制骨骺生長板鈣化過程中羥基磷灰石生長沉積的效應高于單體，蛋白多糖單體的克制效應強于糖胺多糖鏈。Buckwalter的研究表明，正在鈣化的軟骨內，蛋白多糖的構造和大小均發(fā)生了變化。(4)脂質：脂質約占骨有機基質的7%～14%，重要分布于細胞外基質泡的膜上和細胞膜上，細胞內構造以及細胞外的沉積也有脂質的存在，重要為游離脂肪酸、磷脂類和膽固醇等。酸性磷酸脂與磷酸鈣結合形成復合體，參加骨的鈣化過程?？赦}化的脂蛋白在骨骺軟骨開始鈣化時含量最高。(5)無機物：骨基質中的無機物普通稱為骨鹽，在電鏡下呈細針狀結晶。這些骨鹽結晶大都沉積在膠原纖維中。結晶銜接成鏈，并沿纖維長軸呈平行排列，其排列方向顯示出很強的抗壓力效能。無機物占干重量骨的65%～75%，其中95%是固體鈣和磷。鈣磷固體是一種結晶度很差的羥基磷灰石。人骨僅有0.50%的鈣是能夠交換的。骨質中次要的礦物質是鎂、鈉、鉀和某些微量元素，涉及鋅、錳、氟化物和鉬。(五)骨的改建在骨生成的過程中，隨著骨的增加增粗，每個骨的形狀需要通過不停改建才干與身體的生長和體型相適應。最初形成的原始骨小梁，纖維排列較亂，含骨細胞較多，支持性能較差，通過多次改建后才含有整潔的骨板，骨單位也增多，骨小梁根據張力和應力排列，以適應機體的運動和負重。骨單位是長骨的重要支持性構造，它在1歲后才開始出現，此后不停增多和改建，增強長骨的支持力。骨單位的形成是由一端開始，向另一端進展。先由破骨細胞分解吸取陳舊骨質，形成一錐形隧道，在隧道最寬處出現一轉變區(qū)(reversalzone)，此處破骨細胞消失，成骨細胞前體形成成骨細胞，開始形成粘合線并分泌類骨質，鈣化形成骨板。骨板由外向內逐級增加，使隧道縮小形成中央管。骨單位形成后，中央管內則無成骨細胞，僅襯有一層扁平的成骨細胞前體。這樣，新的骨單位不停形成，舊的骨單位不停被分解吸取，與此同時，環(huán)骨板也不停地改建，間骨板則是陳舊骨的殘存。人一生中骨的改建是始終進行的，幼年時骨的生成速率不不大于吸取，成年人漸趨于平衡，老年人則骨質的吸取速率往往不不大于生成，使骨質變得疏松，結實性與支持力也削弱。二、骨的組織病理學(HistopathologyofBone)(一)骨前體細胞在胎兒期和出生后，全部的結締組織細胞均來源于一種未分化的，高度增殖的間充質細胞。現已證明，一生之中，未分化的間充質細胞廣泛存在于循環(huán)血液、造血組織、全部結締組織內血管通道周邊，這些間充質細胞可經誘導作用而生成骨、軟骨、纖維組織或血。它們的普遍分布構成一多能細胞庫。由這些未分化的間充質細胞生成骨只是一種臨時的過程，它需要持續(xù)不停的骨誘導作用，一旦這種誘導因素去除，骨生成亦即停止。未分化間充質細胞的形態(tài)學體現尚不明了，常被描述為細胞核色淡，呈囊泡狀、卵圓形或梭形、而細胞質并不明顯的細胞。但事實上，其形態(tài)不一。盡管其形態(tài)無定形，但通過放射性同位素摻入、組織化學研究及誘導因子的作用證明了間充質細胞的存在。單純從形態(tài)學角度鑒別間充質細胞向特定細胞(如骨前體細胞)的轉變是非常困難的。這些分裂細胞群常位于骨表面，由于它們即是成骨細胞的前體，也是破骨細胞的前體，因此稱為骨前體細胞。機體內存在有兩種類型的成骨前體細胞能夠形成新骨。一種重要存在于骨髓，不需誘導因子的作用，即可本身分化，形成成骨細胞而成骨，稱之為定向成骨前體細胞(determinedosteogenicprecursorcells，DOPC)；另一類為廣泛分布的未分化間充質細胞，需要骨誘導因子的參加，才干轉化為成骨細胞而成骨，稱之為可誘導的成骨前體細胞(inducibleosteogenicprecursorcells,IOPC)。骨移植中最慣用本身紅骨髓以增進骨愈合，重要是由于其內含有豐富的定向成骨前體細胞。成骨前體細胞理論認為：在全部的結締組織內均存在有間充質細胞樣干細胞，在多個不同因素的作用下，有可能經誘導作用而快速增殖分化為含有特定功效的細胞。一旦這些特定功效的細胞在特定的時間內完畢其使命后，它們即通過自溶、或者轉化為其它細胞、或回返其原間充質細胞狀態(tài)而消失。如果成骨過程必須持續(xù)進行，則新的間充質細胞不停增殖、分化，以補充成骨細胞。對于骨來說，該理論是骨改建、骨折修復、壞死骨的吸取和替代過程的基礎。骨修復不僅依賴于成骨細胞和破骨細胞的細胞內代謝活動，也依賴于各自前體細胞內的代謝活動，由于已分化完善并含有特定功效的細胞再分裂的能力極少或沒有，而骨吸取和骨形成過程需要由原始結締組織細胞不間斷的補充破骨細胞和成骨細胞。有研究表明，已分化的骨髓血竇內壁的網狀內皮細胞、內皮細胞、成纖維細胞、有核紅細胞(nucleatederythrocytes)和組織細胞(histiocytes)能夠轉化為成骨細胞。這些形態(tài)學變化能夠通過電刺激及誘導因子而實現。這些觀察與干細胞理論相一致，由于干細胞可能是間充質細胞向高度特異的骨細胞分化過程中的中間態(tài)，或者這些原始的結締組織細胞可經誘導而在分化為成骨細胞和破骨細胞之前返回其間充質狀態(tài)。(二)骨生成的影響因素1.壓力：肌肉組織產生的生理程度內的壓力刺激可增強骨的生成，壓力過高則使骨生成延緩及骨壞死。沒有壓力則使其刺激作用喪失，但并不妨礙骨生成。即使在感染條件下壓力仍可刺激骨的生成。當骨受到壓應力后，骨小梁沿壓應力軸線發(fā)育以適應應力的分布(Wolff定律)。與長骨軸線垂直的力使骨吸取，沿長骨軸線的力增進骨生成。2.循環(huán)：骨生成需要血液循環(huán)，但瘀血可造成骨生成減少，骨質脫鈣和骨質疏松。骨質缺血可造成骨壞死。一旦骨壞死出現，壞死骨的密度較其周邊因瘀血而脫鈣的骨質的密度為高3.廢用性及制動：當機體制動或廢用后，骨生成減少，制動部分的全部骨質疏松，重要因素是血流瘀滯和肌力的喪失。4.炎癥：創(chuàng)傷或感染可引發(fā)反映性充血，進而影響鈣鹽的降解。粒細胞蛋白溶解酶使基質降解，干擾類骨質的形成。5.神經營養(yǎng)障礙(Sudeck萎縮；反射性交感神經性營養(yǎng)障礙)：創(chuàng)傷后，反射性血管擴張可影響創(chuàng)傷區(qū)域局部或甚至延至整個肢體。受累部位血流瘀滯，膚色青紫，皮溫減少，由于瘀血后局部酸中毒而出現斑點狀溶骨變化和局部氧張力的下降。6.牽引：牽引延緩骨生成，例如：骨折斷端的牽引可減少骨痂的生成，延遲骨愈合連接。7.剪應力：骨折后，當骨折對側端處在剪應力狀態(tài)時，骨生成減少，而重要形成纖維組織和軟骨。8.骨膜：對于骨生成來說，即使骨膜的包裹并非絕對需要，但卻非常重要，如肋骨去骨膜后即不能再生。骨膜移植可形成新骨，骨膜破壞則延緩骨生成。當骨膜被腫瘤等撐離骨表面后，骨膜下可形成一層新骨。9.局部骨質無缺損：局部骨的存在，不管是帶血運的活骨組織，還是無血循的移植骨，均可刺激骨生成。骨中存在骨誘導蛋白(osteo-inductiveprotein)隨著死骨的吸取可誘導新骨的形成。骨折纖維連接時，于骨折斷端假關節(jié)兩側植骨，即可促使纖維組織內骨化，增進骨愈合。10.生長激素：生長激素可增加骨的生成，即使骨外膜和皮質內成骨也有增加，但重要以骨內膜成骨。骨生成與骨吸取的速度都有增加，但生成不不大于吸取，因此凈骨含量增加。11.生長因子：組織損傷后局部釋放多個生長因子，參加骨質形成的增進和調節(jié)，如轉化生長因子(transforminggrowthfactor,TGF)、骨誘導蛋白、成纖維細胞生長因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)、血小板衍生性生長因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)、胰島素樣生長因子(insulin-likegrowthfactor,IGF)等。12.生物電：水化的活骨外部應用弱電流可影響間充質細胞向成骨細胞前體的轉化，在負電極周邊增進骨形成。三、骨礦化的影響因素(FactorsInfluencingBoneMineralization)(一)膠原的組織分布偏振光下，膠原板呈持續(xù)的黑白相間層狀排列，當膠原纖維未能按此方式排列時，如在編織骨中，就沒有這種板狀雙折射現象。由于最后是膠原纖維發(fā)生礦化，因此，整個骨質成熟過程首先是由成骨細胞在特定的條件下合成分泌膠原來啟動的。四環(huán)素是骨礦化的良好標記物，對不脫鈣骨切片的熒光染色可清晰地顯示新生骨的礦化緣。(二)線粒體的作用骨基質鈣化的調節(jié)尚未完全理解。線粒體通過氧化磷酸化產生ATP提供能量。正在鈣化的基質內的細胞內線粒體可聚和鈣與磷。在鈣化前的生長板中，軟骨細胞內的線粒體富含鈣和磷，而肥大軟骨細胞內線粒體的鈣磷丟失，使細胞外基質中出現礦鹽沉積(動物缺鈣患佝僂病時除外)。(三)基質泡的作用在骨礦化過程中，基質泡比較常見，且與礦化有關。當未成熟骨或編織骨并有大量類骨質時，在軟骨內成骨中即可見基質泡的存在。但當已有大量礦鹽晶體存在的板層骨礦化一開始，基質泡似乎并非其所必需，有可能會消失。有學者發(fā)現基質泡是由軟骨細胞芽生形成的?；|泡內富含磷酸酶，基質泡膜上含有酸性磷酸脂。(四)骨誘導基質蛋白的作用纖維粘連素與膠原有高度的親和力。普通認為，通過化學趨化作用，纖維粘連素誘使成骨前體細胞趨移和附著，此為骨誘導的第一步。現已通過化學辦法從骨基質中提取了一種能夠誘導軟組織成骨的蛋白質，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bonemorphogeneticprotein,BMP)。通過基因工程技術，已獲得了基因重組體現的重組人BMP(recombinanthumanBMP,rhBMP)。骨鈣素和骨粘連素的作用前已述及。在生長板軟骨內還發(fā)現有一種鈣結合蛋白—軟骨鈣素(chondrocalcin)，與羥基磷灰石有強親和力。它存在于骨骺軟骨的增殖成熟區(qū)和上部肥大鈣化區(qū)內的軟骨細胞胞內空泡中，下部肥大鈣化區(qū)的軟骨細胞內則無，而存在于胞外基質中，可能系軟骨細胞釋放所致?；|泡的位置與軟骨鈣素濃集之位置沒有明顯的形態(tài)學關系。軟骨細胞能夠誘導軟骨基質鈣化。異體移植培養(yǎng)的生長板軟骨細胞能夠異位誘導軟骨內成骨。合成分泌軟骨鈣素為骺軟骨細胞所特有，由于關節(jié)軟骨細胞無此誘導活性。(五)骨礦化的機理骨的礦鹽重要由鈣和磷構成，也含有相稱數量的碳酸鹽，含有晶體化程度差的羥基磷灰石的X線構造特性。骨鹽晶體非常小，為化學反映提供更大的交互面積，同時，也是機體大的鈣離子和鎂離子庫(機體約2/3的鎂離子存在于骨骼中)。更重要的是隨著組織的老化、動物種類的不同或者礦鹽本身的老化，骨礦鹽X線衍射方式也發(fā)生進行性變化。在生長板的軟骨內成骨過程中，有證據表明，骨礦化過程呈多相性，組織內各部分的啟動機理不盡相似，但礦鹽晶核過程(nucleation)的物理化學過程卻完全相似。軟骨基質含Ⅱ型膠原，而骨基質含I型膠原，通過氨基酸組織化學染色研究軟骨內成骨過程中這種膠原類型發(fā)生變化的機理，發(fā)現間充質細胞(可能是侵入的成骨細胞)于侵蝕的軟骨表面分泌I型膠原，逐步地，于肥大軟骨細胞周邊基質內，與Ⅱ型膠原一并出現，闡明，隨著軟骨細胞的退變，軟骨細胞轉向開始合成I型膠原，為形成類骨質做準備。Glimcher認為，在基質泡和線粒體內所見的固相磷酸鈣顆粒并不能對較遠部分例如膠原纖維，產生直接的物理作用。在以不同方式鈣化的不同區(qū)域內，基質泡并不存在。認為基質泡啟動晶核過程后，隨之通過二級晶核過程(secondarynucleation)而進入膠原纖維的孔洞區(qū)，但該理論似乎又不能完全成立，由于在膠原纖維礦化前，大多數狀況下，膠原原纖維間隙一開始并不是由固相的磷酸鈣充填。Glimcher認為礦化早期的明顯特性是在膠原纖維間尚無礦鹽時，起始晶體即沉積于膠原纖維的孔洞區(qū)。推測開始時，液相磷酸鈣在膠原纖維內可形成晶體，但在膠原纖維間的細胞外液中不能形成晶體。該假說認為，骨內膠原纖維的構型是多相性晶核過程的催化劑，并是早期膠原原纖維孔洞區(qū)內固相磷酸鈣顆粒形成的重要因素。骨膠原基質提取物的骨誘導特性也支持上述假說。膠原原纖維內存在有特殊的晶核集結部位可能是膠原原纖維對晶核過程含有強催化作用的重要因素。因此，Glimcher認為，線粒體、基質泡、膠原以及其它構成成分的鈣化是互相獨立的物理化學過程。每一區(qū)域內有機大分子的特定排列分布提供了由液相磷酸鈣形成骨固相磷酸鈣的對的環(huán)境。這些分子的變化受增進因素以及克制酶系統(tǒng)的調節(jié)。四環(huán)素對類骨質礦化區(qū)的親和性已為人所共知。四環(huán)素還可通過克制組織膠原酶活性克制過分膠原溶解活性介導的結締組織的降解。成骨細胞合成的磷酸蛋白將骨鹽連接于骨有機基質。在膠原纖維孔洞區(qū)周邊的特定部位，磷酸蛋白通過磷酸絲氨酸和磷酸蘇氨酸間的磷酸一酯鍵將礦鹽與有機物相連接。在礦化早期，絲氨酸和蘇氨酸濃度最高，隨著礦化的進行，兩者濃度也減少。這闡明，上述機理論述了首批礦鹽顆粒集結的過程，而進一步的礦化則由二級晶核過程完畢。四骨的代謝（BoneMetabolism）（一）鈣身體內９９％的鈣貯存于骨中，１％的骨鈣為可交換鈣，其它骨鈣的交換則需要某些細胞（如破骨細胞）、旁分泌（如破骨細胞刺激因子）、或內分泌（如甲狀旁腺素）因素的共同參加。細胞外鈣濃度的調控非常重要，肌肉細胞膜的興奮性與下述公式之值成正比：(HCO3-)(HPO4-)/(Ca++Ｍg++)(H-)根據上述公式，細胞外液中鈣濃度的減少可引發(fā)肌肉強直，這即是Chvostek征的基礎，即敲擊刺激咬肌可引發(fā)咬肌痙攣，同時有可能合并出現手足的抽搐，低鈣血癥的治療是適宜的補鈣。過量的攝入維生素Ｄ以及口服鈣劑可造成高鈣血癥，如果血鈣含量超出400mg/L則會很快危及生命。治療急性高鈣血癥的方法重要涉及再水化和使用速尿。高鈣血癥的癥狀可有精神抑郁、嗜睡以及精神病發(fā)作，肌張力下降，肌力減少，并出現心律不齊，腦電圖和心電圖統(tǒng)計也發(fā)生對應的變化。鑒別診療涉及骨惡性腫瘤、原發(fā)性甲狀旁腺功效亢進、維生素Ｄ中毒以及類肉瘤病(sarcoidosis)，也應注意少有的遺傳性高鈣血癥。血鈣的存在方式有三種：４８％為游離鈣離子；４６％為與血漿蛋白，重要是白蛋白結合的鈣離子，剩余部分鈣則與檸檬酸鹽和磷酸鹽形成復合物。根據上述公式可見，即使血鈣正常，pH值偏堿，如過分通氣所致，也可產生低鈣血癥的生理效應。其它某些因素涉及醫(yī)原性甲狀旁腺功效減退、假性甲狀旁腺功效減退、吸取障礙綜合征（malabsorptionsyndromes）及維生素Ｄ缺少。鈣吸取經由腸上皮細胞的刷狀緣通過主動轉運完畢。該過程受1，25-二羥基維生素D3調節(jié)。在粘膜細胞的腸腔面，鈣吸取進入細胞受刷狀緣內1,25-二羥基維生素D3依賴的鈣載體介導。1，25-二羥基維生素D3增進鈣由粘膜細胞進入血液。通過刺激α-腎上腺素能受體（如使用腎上腺素）可增加鈣運輸所必需的ＡＴＰ酶。當血鈣水平下降后來，腎臟增加1,25-二羥基維生素D3的產量；血鈣水平升高后，由腎臟產生的1,25-二羥基維生素D3含量下降，由此來調節(jié)機體對鈣的吸取。鈣也可通過鈣調蛋白依賴的鈣轉運ＡＴＰ酶由腸壁細胞分泌入腸腔內，繼而又被其它腸壁細胞再吸取。某些鈣也可經被動擴散以及與某些物質結合形成不溶性化合物而被吸取。磷酸鹽有可能減少飲食中鈣的吸取。飲食中鈣的嚴重缺少或者腸吸取障礙均可造成骨骼礦化缺點（骨軟化）。鈣吸取個體差別較大，且在老年人，往往低于正常。幾乎全部的濾過鈣在腎臟內重吸取，近端腎小管內完畢６０％的鈣重吸取，其它的由遠側腎小管重吸取并受甲狀旁腺素的調節(jié)（圖3-12）。（二）磷血磷含量普通為24～44mg/L，大多數為可擴散形式，只有１２％的磷與蛋白結合。磷不僅在重要細胞酶系統(tǒng)和分子間交互作用中發(fā)揮作用，并且也是骨礦物的構成成分。因此并不奇怪，身體總磷含量為500～800g，85%～90%的磷都在骨骼內。鈣、磷離子的運動往往有關聯(lián)。磷酸鹽是腸吸取過程中，正常隨著鈣轉運系統(tǒng)的陰離子，但推測存在有一種依賴維生素Ｄ的獨立的磷吸取系統(tǒng)。經腸吸取的磷與飲食中的磷含量呈線性比例關系。經腎小球濾過的磷只有１０％排入尿液，其它的被重吸取。有兩種吸取機理：①腎單位的近側腎小管通過主動轉運的主動重吸取。使用甲狀旁腺素克制后，可引發(fā)磷酸鹽尿；②此路過與甲狀旁腺功效無明顯關系，當血中無機磷水平升高后，腎小管減少磷的重吸取，但這并不是簡樸的依賴于腎小球濾過的磷含量的變化。血磷水平與腎轉化25-羥基維生素D3為高活性的1,25-二羥基維生素D3的羥基化酶之間存在有反饋調節(jié)機理（圖3-12）。高血磷水平可克制此酶的活性，使活性代謝產物的含量下降，而血磷水平對于甲狀旁腺分泌甲狀旁腺素似乎無多大影響。血磷升高可使血鈣水平下降（如慢性腎臟疾病中濾過率下降所致），低血鈣可刺激甲狀旁腺素的活性，促使腎臟去除磷，升高血鈣水平，恢復鈣磷平衡。如果腎臟對于高磷負荷無反映，由于甲狀旁腺素也可刺激骨釋放磷，因此，血磷水平居高不下。逐步地，低水平的1,25-二羥基維生素D3不能夠滿足維持鈣平衡的規(guī)定，而甲狀旁腺素繼續(xù)在分泌與作用，最后造成腎性骨營養(yǎng)不良。1,25-二羥基維生素D3的缺少可引發(fā)骨軟化，繼發(fā)性甲狀旁腺功效亢進可引發(fā)囊狀纖維性骨炎(osteitisfibrosacystica)。腎小管疾病中，也有類似的1,25-二羥基維生素D3的缺少，但腎磷排泄水平異常高。（三）甲狀旁腺素細胞外液中離子鈣含量的下降可刺激甲狀旁腺釋放甲狀旁腺素。血鈣水平升高后，其釋放受克制。甲狀旁腺素可促使骨表面的細胞釋放鈣和磷。它可增加腎對磷的排泄而產生磷酸鹽尿，也可影響維生素Ｄ的代謝。cAMP和鈣離子是甲狀旁腺素的細胞內第二信使。骨內，甲狀旁腺素作用于成骨細胞膜上的受體，增進膜上腺苷酸環(huán)化酶的活性及鈣離子進入細胞，使胞內鈣離子水平升高，cAMP含量增加。尿中cAMP含量的增加表明甲狀旁腺素活性水平的升高。甲狀旁腺素的半衰期不到２０min，很快就被肝Kupffer細胞代謝降解。甲狀旁腺素通過腎內１α-羥基化酶刺激1,25-二羥基維生素Ｄ３的合成而升高鈣離子水平。其對骨的直接作用是增進骨吸取，促使鈣的釋放，恢復血鈣水平。由于骨吸取與破骨細胞的激活有關，而成骨細胞又是甲狀旁腺素的初級靶細胞，現已發(fā)現，不管是在骨的形態(tài)發(fā)生過程中，還是受激素的刺激，破骨細胞的許多功效均受成骨細胞介導。甲狀旁腺素、1,25-二羥基維生素Ｄ３和前列腺素E2(PGE2)與成骨細胞作用后間接刺激破骨細胞。甲狀旁腺素可誘使骨表面的成骨細胞發(fā)生形態(tài)學變化（變?yōu)樗笮危?，同時通過變化原膠原信使ＲＮＡ（mRNA）的活性而克制骨膠原的合成。（四）維生素Ｄ動物體內存在的維生素Ｄ３，與人工合成的維生素Ｄ２化學構造相似。存在于皮膚內的其前體二氫膽固醇受陽光紫外線照射后可轉化為膽骨化醇（維生素Ｄ３）(圖3-13)。維生素Ｄ３在肝臟內轉化為２５-羥基膽骨化醇(25-OH-D3)，與其它維生素Ｄ衍生物同樣，25-羥基膽骨化醇經與血漿中特異性結合球蛋白(維生素D結合蛋白)結合而被轉運。在近端腎小管細胞的線粒體內，經腎１α羥基化酶作用，生成1,25-二羥基膽骨化醇(1,25(OH)2D3)。但血磷水平的升高和甲狀旁腺素水平的減少均可克制１α羥基化酶的活性，基此機理能夠調控細胞外液中鈣離子的水平。腎內5-羥基膽骨化醇的進一步羥基化可生成２４，２５-二羥基膽骨化醇［２４,25（OH）2D3］，1，25-二羥基膽骨化醇水平的升高可增加２４，25-二羥基膽骨化醇的生成。1,25-二羥基膽骨化醇不僅調節(jié)腸對鈣的吸取，并且可直接作用于骨。與甲狀旁腺素同樣，對骨基質的合成含有重要的作用，在體外條件下可使骨基質合成減少５０％之多，但可使骨鈣素的合成和血清骨鈣素的濃度增加。體外組織培養(yǎng)發(fā)現維生素Ｄ可克制骨膠原的合成，此機理對于鈣與磷缺少時有用。1，25-二羥基維生素D3克制脫礦骨肌肉內移植骨誘導過程中第一代間充質細胞的增殖，延緩間充質組織增生和軟骨形成的起始，但在骨誘導后期，當毛細血管芽生明顯時，可刺激細胞隨著血管的長入而分化。這些細胞分化為成骨細胞，并堿性磷酸酶水平升高。成骨細胞有1，25-二羥基維生素D3的受體，其對骨表面成骨細胞的作用與對腸粘膜細胞的作用相似，調節(jié)細胞對鈣離子的轉運。研究發(fā)現，夏季血1，25-二羥基維生素D3的水平并未升高，但確實存在有季節(jié)有關性疾病，如骨軟化和某些骨折，在冬季的發(fā)病率有增加的趨勢，可能闡明維生素Ｄ的其它代謝產物的生理作用可能比1,