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缺血性股骨头坏死晚期的治疗具有挑战性,因为它最常发生于年轻的、活动量大的患者。对于年轻人而言,这种疾病通常和类固醇的使用有关。当激素性股骨头坏死发展到Ficat III期和IV期时,全髋关节置换是唯一确实有效的治疗方法。但是激素性股骨头患者的骨骼质量较差,进行多孔表面股骨柄置换后界面骨整合情况令人担忧,尤其是年轻的、活动量大的患者更是如此。目前股骨头坏死多孔假体植入后骨整合的研究成为热点。高压氧(Hyperbaric Oxygen, HBO)在临床的应用越来越广泛,由于有促进水肿消退、抗菌、促进钙离子吸收等作用,它也广泛应用于骨科各领域的辅助治疗,如促进骨折愈合等。其促进多孔假体界面骨整合的研究多见于口腔科植入体的研究。HBO治疗能否改善激素性股骨头坏死患者股骨近端的骨质状况、能否促进多孔假体的骨整合还不是很清楚,目前国内外也缺乏这方面的文献报道。本实验通过三部分动物试验来初步解答这一问题。实验目的1.通过大鼠激素性股骨头坏死模型的建立,研究地塞米松对股骨近端组织学、BMP-2及其受体、细胞凋亡的影响,探讨不同剂量激素的使用与股骨近端骨质状况之间的关系。2.对激素性股骨头坏死的大鼠模型进行不同疗程高压氧的治疗,探讨高压氧对激素性股骨头坏死患者股骨近端组织学、BMP-2及其受体表达和细胞凋亡的影响,为高压氧用于促进骨整合提供理论基础。3.通过对兔激素性股骨头坏死模型进行高压氧治疗来探讨高压氧对多孔假体植入后骨结合率、新骨形成率、抗剪切强度的影响,为高压氧在临床上用于关节置换后的辅助治疗打下实验基础。技术路线1.将96只5月龄雄性Wister大鼠随机分为4组,对照组(C组)每周2次肌注生理盐水0.2ml/次、其余各组每次分别肌注地塞米松5mg/kg(L组)、10mg/kg(M组)、15mg/kg(H组),每周各2次。各组分别于用药后2、4、6、8周将大鼠分批处死,对股骨上1/3骨质进行组织切片HE染色观察骨小梁及骨皮质的变化、空骨陷窝率、免疫组化法观察BMP-2的表达情况、BMP-RⅠ的ELISA检测以及TUNEL法细胞凋亡检测。2.将90只4月龄雄性Wister大鼠进行大剂量地塞米松肌肉注射6周后,随机分为3组:对照组(A组)、一疗程组(B组)、三疗程组(C组)。以B、C组高压氧治疗开始后4、8、12周为观察的时间点,对三组大鼠股骨近端(股骨颈干内侧皮质交界水平至小转子下缘水平)骨质进行组织学观察、BMP-2和BMP-RⅠ表达的检测、BMP-RⅠ的ELISA检测以及TUNEL法细胞凋亡检测。3.将32只4月龄新西兰白兔肌注大剂量地塞米松共8周,造成股骨头坏死后随机分为对照组(C)、单纯高压氧组(H)、单纯rhBMP-2组(B)和高压氧加rhBMP-2组(U),每组8只动物。C、H组双侧股骨近端植入多孔假体,U、B组双侧股骨近端植入胶原蛋白复合rhBMP-2多孔假体。C、B组不予特殊处理,H、U组每天给予高压氧治疗30分钟,共20天。各组于术后4、8周、12周拍摄骨盆正位片。于术后12周处死所有动物,处死前7天和3天均肌注盐酸四环素(30mg/kg)行荧光标记。取右侧股骨标本用于硬组织切片,左侧标本用于生物力学顶出测试,检测抗剪切强度。研究结果1.组织学观察:实验组骨小梁/髓腔面积比、皮质/髓腔面积比随着用药时间的增加以及剂量的增加而降低,均低于对照组,空骨陷窝率则由随着用药剂量及时间的增加而增加的趋势。实验组的各时间点之间的差异具有统计学意义(p<0.05)。BMP-RⅠ的含量、股骨血管计数:随着用药剂量及用药时间的增加而进行性下降。BMP-2的相对含量随着用药量的增加而降低;各时间点间可以观察到一个趋势,即用药早期BMP-2有增高的趋势,而后期则有降低的趋势,用药量越大升高趋势越不明显而降低趋势越明显,反之升高趋势相对明显而降低趋势减弱。凋亡细胞计数:随着药量及用药时间的增加凋亡细胞数增加。2.三组骨小梁/髓腔面积比、皮质/髓腔面积比、BMP-2平均染色面积百分比、BMP-2染色的平均光密度、BMP-RⅠ的含量在各时间点的关系为:C组>B组>A组;A组的上述指标随时间呈降低的趋势,但是三个时间点间的差异无统计学意义(p>0.05),而B、C组上述5个指标则呈升高趋势。空骨陷窝率(ER)三组间的差异具有统计学意义(p<0.01);A组的ER有随时间增高的趋势;而B、C组ER随时间呈降低趋势,4周与8周、4周与12周间的差异具有统计学意义(p<0.01),而8周与12周间的差异不具有统计学意义(p>0.05)。3.组织学检测发现C组和B组植入体表面新生骨较少,呈突状伸向植入体表面,植入体孔隙中无新生骨;而H组植入体表面新生骨明显多于C组和B组,植入体表面多被新生骨覆盖,植入体孔隙内有大量新生骨形成;U组植入体表面完全被新生骨覆盖,但是植入体孔隙内新生骨明显比H组少。荧光显微镜检测发现C组仅在植入体周围及植入体孔隙中有少数区域存在荧光带,孔隙中的荧光带沿金属珠周围分布,荧光较暗淡;B组在植入体周围荧光带情况与C组类似,但是植入体孔隙中无荧光带分布,呈现出满视野黑暗区;H组无论植入体周围还是孔隙中多被明亮的荧光带包围、填充;U组植入体周围被明亮的荧光带包围,无暗淡区域,尽管植入体的孔隙多被荧光带填充,但是荧光带明显比H组暗淡。推出试验结果表明H组和U组的抗剪切强度明显高于C组和B组,四组间的差异具有统计学意义(p<0.05),U组略高于H组,差异不具有统计学意义(p>0.05),B组高于C组,差异具有统计学意义(p<0.05)。结论1.大剂量地塞米松可以降低股骨近端内BMP-RⅠ的含量及血管数量,促进细胞程序性凋亡及细胞坏死,大剂量地塞米松还可以降低BMP-2的表达,最终降低骨小梁密度及骨皮质厚度。用药量越大、时间越长,对股骨近端的影响越严重。2.停止使用大剂量激素后股骨近端的病理改变继续存在并在早期有加重的趋势,高压氧可以阻止甚至逆转这些病理改变;三疗程高压氧治疗效果优于一疗程。3.多孔假体植入后早期进行HBO治疗可以提高假体与骨的结合率,促进骨组织长入多孔假体中,增强假体-骨结合强度;HBO与rhBMP-2有协同作用,但rhBMP-2载体妨碍骨长入。