第三章　骨坏死病理学及病理生理学

骨坏死（osteonecrosis）是一个有古老历史的临床病症，有关其概念及具体定义在过去的两个世纪中，经历了相当大的演变。在接近整个19世纪，骨坏死最初是被作为脓毒源而引起人们关注的。当时对坏死骨的放射学表现认识不足，几乎把所有无法解释的X线片上的骨密度升高，均视为骨坏死，其中很多病例缺乏组织学佐证，当时把这一大类骨病称为骨软骨炎或骨软骨病，几经广泛深入的研究，在已被组织学证实的骨坏死病灶内，很多研究者报告并未发现细菌或脓液，并建议应用：无菌性坏死（aseptic necrosis）这一术语，而后研究者们反复观察发现，骨坏死病灶内，不仅无细菌，而且无血液供应，因而称此类病变为缺血坏死（ischemic necrosis）或无血供坏死（avascular necrosis）。所以无细菌感染的骨坏死越来越引起大家的注意。

在形态学上，骨坏死的发展过程有以下几个方面：首先，早期的特征表现为血管内凝血及骨髓脂肪细胞肥大，骨与骨髓出现部分坏死，但无修复证据；紧接着进入坏死区同周边的修复过程；最后阶段的主要特征是关节面节段性塌陷，和继发性骨性关节炎。虽然缺血性骨坏死的确切病因还不清楚，但该疾病已经被广泛认为是骨组织与骨髓的缺血所致，这一系列关键阶段的病理生理变化都紧密与股骨头内部的血供变化息息相关。

骨骼具有机械功能，钙库的作用和保护造血组织。骨的血液循环与这些功能密不可分。骨有丰富的血管供应，骨的血管网络由动脉、静脉和毛细血管构成。血管的分布随骨的生长、塑形改造而变化。关节软骨内无营养血管，其营养来源靠软骨下骨内血管的渗透和关节滑液的渗透。骨重建可使骨适应力学和体液的需求和作用过程，以保持钙的内环境稳定。持续终身的骨吸收和骨形成与骨内血管的作用密切相关。而且，在骨生长和修复期间，骨形成由骨血管启动和支持。骨髓中特殊的窦状血管系统显示活动的造血作用。因此，骨的血管供应和血流动力学反映骨生成和造血的过程。

新骨大多由软骨内成骨形成。长骨在胚胎发生、生长、骨折修复和异位骨化时均为软骨内成骨。软骨内成骨按照软骨细胞增殖、成熟肥大、变性和死亡的生活周期有序地进行。在形态学上，生长板的层次代表了这些发展阶段，但在骨痂中则较少按照这个阶段的发生，成熟的软骨细胞分泌可钙化的软骨基质，血管侵入钙化软骨，成骨细胞在血管周围分化增殖，并沿着血管内皮排列，向离开血管的方向分泌类骨质。当成骨细胞成熟为骨细胞时，新生骨沉积于血管周围。最后，由造血细胞填充骨小梁间隙。

扁平骨由膜内成骨而形成，在膜内成骨过程中，血管浸入无血管的密集间充质中，伴随着中心细胞分化为成骨细胞。

骨重建发生于含有破骨细胞、成骨细胞、血管和血管周围基质组织的基础多细胞单位（basic multicellular units，BMU）。骨皮质的BMU即骨单位，以中央管（哈弗斯管）为中心呈圆柱形，侵蚀成熟骨皮质的破骨细胞贴附于管壁，管的周围由成骨细胞及其合成分泌的新骨基质呈同心圆排列。在骨松质BMU中血管也与骨密切接触，但血管系统与骨松质重建之间的关系尚未完全阐明。

血管的长入由软骨细胞和血管内皮细胞产生的信使控制，并受血管形成的抑制因子和刺激因子之间平衡的改变而调节。变性软骨细胞或软骨基质钙化释放的碱性成纤维细胞生长因子，可改变软骨血管产生抑制因子的性质，因而可促使血管长入。血管形成从原小静脉的基膜变性开始，接着在萌芽点后几个细胞区的内皮细胞区的内皮细胞发生迁徙和分裂。血管芽由单层内皮细胞组成，内皮细胞的连续性完整。在骨化带中，邻接的血管芽融合形成管腔后循环即行建立。

血管细胞和成骨细胞之间的密切关系，提示骨内皮细胞或周皮细胞可能是成骨细胞的前身。和成骨细胞相同，体外培养的骨内皮细胞在甲状旁腺激素刺激下，环腺苷酸（cAMP）的产生增加，而且已有报道，前成骨细胞与血窦内皮细胞在超微结构上相似。在早期髓内骨痂中，观察到内皮细胞的转化和外渗与骨化灶在空间上密切相关，在早期骨膜骨痂形成中，血管周皮细胞转化为软骨细胞，以及在分化的骨痂软骨中显示基膜成分。

有证据表明，骨细胞的活动受血管细胞控制，内皮细胞和周皮细胞能合成一种具有促进成骨细胞有丝分裂作用的可溶性物质，这提示血管可使成骨部位的这些细胞的数目增加。而且，周皮细胞还能合成胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF），但内皮细胞则不能合成IGF，这两种细胞均能产生IGF结合蛋白，表明内皮细胞在骨形成中起着积极的作用。骨内的破骨活动似乎也是受血管内皮产物调控的。

红骨髓的微循环是密闭的，由薄壁血窦广泛吻合构成，无完整的基膜，仅偶尔有一层血管周围细胞组成的完整外膜。内皮细胞层的功能性临时裂隙，可使血细胞进入血液循环。骨髓也含有通常的毛细血管，主要存在于黄骨髓中。随着年龄的增大，具有造血功能的红骨髓逐渐被含有脂肪的黄骨髓所取代。伴随着这种转变，骨血流减少，骨髓血管密度减小，血管结构也逐渐由血窦排列转变为纯粹的毛细血管循环。窦状血管排列主要为了骨髓生成。

骨髓微循环与骨髓的代谢活动存在着一定的关系。骨髓增生性疾患伴有的骨髓血管过度增多，内皮细胞增生和骨髓血流增加，而患有再生障碍性贫血时，则伴有骨髓血管减少。贫血时骨髓血流增加，但其原因是细胞生成的刺激，还是由于血液流变学的改变，尚未能确定。

骨有多个动脉入口和静脉出口，骨膜系统包括从骨外穿入皮质骨的小动脉从向心方向给骨供血，营养干骺端和骨骺血管穿过皮质骨进入骨内，分支、吻合，从离心方向供应骨髓、骨松质和皮质骨。这两个系统互相广泛吻合，供应区域重叠。然而，长骨的骨骺为无血管的关节软骨覆盖，在这些区域则无双重血液供应。在骨骺骨松质内，动脉上升至关节面，成为功能性终末动脉，致使骨骺和关节面容易发生血液循环不足。未成熟骨特别容易发生血供不足，因为生长软骨在骨骺与干骺端的血液循环之间形成屏障。

目前已采用多种方法进行骨血流分析，包括指示剂廓清技术、激光多普勒流量计、放射性微球体法，后者是目前最好的实验手段，文献上大量的流量数据均来自这种方法。其原理为当比毛细血管稍大的放射性标记微粒通过导入左心房或左心室的导管弥散到动脉血中时，其即与血液混合流向周围组织，当其流经第一个组织时所俘获的微球数量反映心排血量的分布状况。区域血流（RBF）值可通过对组织样品的放射性与取出的注射微球体时，已知其速率的动脉血样品的放射性比较计算出来。这种方法的优点为它是局部非浸润性的，提供的血流值是纯粹计算的，允许应用不同放射性核素标记反复进行血流测定，以及可在清醒的和活动的动物身上进行。其缺点为全身性侵入、费用昂贵，非连续性，可能为非生理性以及仅能在实验室进行等。进行计算应以下列各项为先决条件，即不出现不俘获，血浆撤清现象不影响球体分布，骨循环和骨髓循环相同，球体注射不引起血流动力学紊乱，以及投予足够数量的球体以减少可能的错误。如果存在显著的动静脉短路或毛细血管通过量大，完成第一流经的提取可出现障碍。全身未俘获的15µm微球体通常低于10%，但在麻醉和温暖环境下可以增高。肺能有效地过滤微球体和阻止再流转。在犬后肢未俘获的15µm微球体在4%～12%的范围内。在将15µm微球体注入模型狗的胫骨滋养动脉时，搜集的股静脉血通常显示未俘获的微球体低于15%。同时采用15µm和50µm微球体测量血流，则显示80µm球体的值比15µm球体者较低。用两种大小不同的微球体测量血流，两者之间的关系不为炎症性关节炎和关节填塞体骨内压增高所改变。而且，兔的胫骨皮质骨应用11µm和15µm的球体和猪骨应用10～55µm的球体其血流是相同的。这些数据均反驳了微球体在骨内不能俘获的说法。血浆撇清现象是否影响微球体在微循环中的分布仍有争论，但在玻璃管内和裂缝模型体外试验提示是有影响的。而在活体内，微粒和“分子”微球体（ ¹²⁵碘去甲基丙咪嗪）之间的比较表明，支持猪骨微球体沉积偏向高血流量区。

骨和骨髓的血管排列与骨应用微球体方法的有效性有关，而微血管铸型表明营养动脉在骨髓和骨皮质分支是平行排列的。

较大动物（犬、猪）能耐受注射数小瓶15µm微球体，每小瓶装800万～1 000万个微球体，无可测的血流动力学方向的副作用，许多作者报道这种方法具有良好的重复性。简言之，每单位组织的微球体沉积密度是泊松分布（poisson distribution）。若要在一次活检中微球数目的相对误差低于5%，微球体的平均数目必须为4周，这个数目常常被认为是最低需要量。然而实验性误差却超过基于这种关系所预测的数目，主要由于放射性衰变计数也是泊松分布。如果考虑到这些因素，则理论上与实际观测的不准确性之间可达到良好的一致，将在犬胫骨皮质中测得的血流值和存在于每个活检中数目或小或大的球体比较，显示在每个骨活检中有250个球体就足以确定血流量，其误差均小于10%，而这个数值很容易在骨活检中获得。

骨坏死不同骨骼间RBF存在相当大的差异，各个骨内部的血流分布呈多相性，差异很大，骨骼内RBF分布的一般规律为中轴骨的血流值比四肢骨高，含造血骨髓的骨松质比皮质骨高，在骨形成活跃的部位，如生长板的干骺端侧，正在生在的骨骺软骨下骨组织及正在愈合的骨折等，其血流值特别高。正常的身体活动对骨血流的影响不大。

骨的血管供应仅通过RBF测量进行评定。然而，更全面的鉴定骨血流动力学的特性，需同时进行测定RBF，血浆量（PV）和红细胞容积（RCV），从而可导出全血管容量（VV）、血液平均通过时间（TT）以及组织血细胞比容（Hct）。

解剖学的液体容积测定是在隔室中加入已知示踪物剂量，然后测定其在隔室中的浓度。该方法的必要条件为示踪物被动弥散，局限在该隔室内，以及在测定前达到的平衡等。用标记红细胞测定的RCV和用标记血浆蛋白的分布测定的PV可以确定VV。TT可由VV/RBF算出，而组织HCT由RCV/VV获得。红细胞可用 ¹²⁵碘-白蛋白（相对分子量≈69 000）或 ⁵⁹铁-转铁蛋白（相对分子量≈80 000）的分布量来评定。然而，在骨中这些分子可导致百分之百的严重过度评价，因为这种大小的分子在某些组织中包括骨组织中可大量外渗。应用更大分子的 ¹²⁵碘-纤维蛋白原（相对分子质量330 000）更佳。纤维蛋白原虽然亦外渗，但其速度比白蛋白要慢得多，10分钟内在其血浆中的浓度是稳定的。

VV值的范围从坚质骨的1ml/100g到骨松质的10～12ml/100g。骨内的TT值变化很大。坚质骨的灌注模式是低RBF、低VV和低TT，如同小山中的溪流。干骺端生长区的血液供应是旺盛的，高RBF、高VV和低TT达到10～15秒左右，好似一汪春水。邻接生长板的干骺端骨松质的血液循环是缓慢的，低RBF，高VV，长TT可至数分钟，犹如静水池塘。干骺端的血液循环缓慢，使其容易发生血流停滞，血栓形成或者异常产物沉积在血液循环中，如细菌、抗原-抗体复合物、肿瘤细胞等。

大血管中的Hct比全身平均的Hct略高，但在微循环中则低得多，其主要原因是有效空间对红细胞比对血浆来说是狭窄的，而在微循环中红细胞比血浆流动得更快。红细胞的有效空间狭窄是由于血管壁对细胞的排斥，小而不规则的血管壁对红细胞来说太狭小了，以及聚合的大分子结构附贴在内皮壁上所致。血浆和血管壁之间的相互作用和在血流过程中血液产生的剪切力，使RBC在狭窄的血管中易轴向聚集和流速更快，由于血液循环内质量是恒定的，因而红细胞在小血管中的实际浓度必须减低。其机制称为法利伍效应（Fahraeus effect）。由于血浆快速流动，在血管分支处细胞和血浆分布不均，微循环中的Het可发生进一步的变化。

目前尚无对骨内微循环血管中Hct的直接观察，皮质骨的典型值为0.24～0.26，骨松质的为0.15～0.18。这些Hct值比仅从法利伍效应的预期值为低。因此，血浆撇清现象在骨内循环中能起一定的作用。

骨内血管系统与骨生成和造血密切相关。不同骨骼的不同部分和单个骨中的结构代谢和功能的多相性，其血管供应和血流动力学存在相当大的变异。联合包括微球体技术的放射性核素技术测定血流量与根据示踪物数量评估红细胞和血浆容量，可在实验上评估骨的血流动力学状态。总之，这些测定方法所提供的详细区域数据，对了解正常骨骼的生理和骨的病理生理具有重要意义。

骨血流的测量在技术上比较困难。虽然在实验动物中有多种测定方法，但临床上尚无被普遍认可的骨血流测定技术。大多数实验研究所用的技术，尤其当需测量绝对血流量时，均为侵袭性，因而不适用于临床。

已经证实，采用外流稀释技术，并应用Penkin-Crone公式，骨的经毛细血管矿物质交换是一被动自由弥散过程。通过毛细血管裂隙的大分子的大量输送比钙分子慢。溶质穿过毛细血管裂隙，需进入重量占骨皮质15%的液体间隙。

骨的液体间隙的分布可见图3-1。实验性细胞功能的破坏，并增加骨内锶的潴留后，有人提出有些溶质在细胞间液的运动具有一定的自动控制能力。

骨及骨膜均有交感神经和感觉神经支配，除了去甲肾上腺素能交感神经纤维外，还有含P物质（SP）的肽能神经，降钙素相关肽（CGRP）、舒血管肠肽（VIP）及神经肽Y等。骨骺极附近，骨髓腔及骨膜的神经支配较密。骨膜及骨皮质的血管常伴有许多SP及CGRP免疫反应纤维。

神经体液因子对骨血流的效应研究表明去甲肾上腺素可能同时影响血流和血管阻力。对骨血管反应性的最精确的测量方法所进行的实验研究是对长骨营养血供的灌注以及通过对灌注压的连续监测来观察血管阻力的变化，但不能提供相关反应的不同解剖分布，如大血管或小动脉，皮质骨或骨松质，或骨髓。一般而言，骨内血管对血管收缩及血管扩张物质均有反应，但有人指出与其他组织的反应相比，骨对血管收缩物质比较敏感，而对血管扩张物质的敏感性相对较差。近年来对动物和人骨骼解剖出的游离血管进行实验研究表明，α1受体负责骨内血管肾上腺素能收缩反应。有关内皮细胞对血管张力的控制越来越受到人们的重视，1980年已证实由乙酰胆碱所产生的血管扩张反应需要内皮细胞的参与，并认为这种反应是内皮细胞经乙酰胆碱的作用而释放内皮细胞松弛因子（EDRF）所引起。随后一氧化氮（NO）亦被认为是一种EDRF，在骨标本中已证实NO所引起的血管扩张反应，而长时间缺血/再灌注可明显减少NO的释放。内皮细胞功能不良抑制了NO的释放可能是带血管植骨失败的原因之一。NO在调节骨生物力学的血管系统中起重要作用。已证实骨细胞对体液剪切反应时可释放NO，骨受机械刺激15分钟后即有释放。Paradis与Kelly证实骨折愈合早期骨血流显著增加。用Renkin-Core公式对这种增加的骨血流进行计算，能够发现当血流增加时需进行交换的表面积亦有增加，使更多的毛细血管开放以适应血流的变化。

用硅橡胶鞘将骨折后的骨与其肌肉隔离后进行实验研究，以证实骨血流适应变化的能力。实验中可见由于骨内膜的隔离，髓内血流增加。血流变化可导致骨形成。Reichert及其同事们观察骨内膜表面扩髓腔后对血流的影响，发现血流改向骨外膜方向，这些研究提示骨血流的多变性，根据不同损害可改变骨内膜或骨外膜的流向。

Hukkanen及其同事们证实在鼠胫骨骨折愈合过程中有降钙素基因相关肽免疫反应神经存在。这些结果与骨生长和骨再塑形存在神经因素是一致的，因而认为这种感觉神经在骨折血管控制、血管生成和成骨均起重要作用。最近Corbett等证实在骨折实验模型中有NO合成酶异型存在。这个发现具有潜在的重要价值，因为NO不仅是一强有力的血管松弛剂和血管刺激剂，还是骨细胞代谢中一个重要的第二信使。骨折部位血管内皮细胞NO合成酶的发现提示这些血管能主动产生NO，从而引起血管扩张并增加交换所需的表面积。此外，所产生的NO亦可影响骨痂形成与修复过程。

Crok与Goldwasser证实脊椎终板含有与椎间盘溶质交换的血管，在实验动物中，在椎间终板可以测得与正常皮质同样水平的骨血流，Wallace等通过相同动物模型发现乙酰胆碱可增加终板的血流，再次说明骨血流存在神经体液的控制。通过终板的弥散是椎间盘重要的营养途径，有人认为终板血流障碍是导致椎间盘退化的重要原因。

综上，骨对各种变化具有应变能力，受全身性神经体液因子及因子的调控。通常情况下骨干皮质的血液方向是离心的，在某些情况下，如骨折后，可变成向心性。这种血流方向的改变以及利用于交换的表面积血流变化效应对修复过程有利。骨坏死时，根据全身和局部的因素，骨遭受损害后亦可能产生相似的反应。修复血管组织释放的NO是一强有力的介质，可以产生血管扩张，亦可作为一种血管生成的刺激剂。提高局部NO的释放可能对骨坏死病人的早期治疗有所帮助。

股骨头的血管解剖已经在许多教科书和研究中均有研究和描述。早在17世纪，当时亨特便描述了圆形关节血管网，既股骨颈基底部的血管环。许多其他20世纪的研究都有在经典解剖学研究和血管造影研究中评估了股骨头的血管解剖结构。过去15年中的一些研究表明股骨头内血管化的新概念。最近的研究使用了不同的动脉可视化方法：如经典解剖学甲醛保存的解剖标本，经典的解剖学上新鲜尸体动脉内注射彩色硅胶着色，以及增强MRI对比造影或增强CT对比造影。

所有学者统一术语描述旋股内侧动脉支（MFCA），旋股外侧动脉（LFCA），而骨浅层和深层动脉，以及营养动脉的命名一直存在争议。一些研究者将血管命名为支持带动脉，因其邻近支持带纤维组织。其他研究者根据生长期进行命名：骨骺端和干骺端由不同的动脉组成，骨骺板构成一道骨骺和干骺端内血液循环的屏障。Crock和Chung描述股骨近端的血管是指股骨颈关节囊外和囊内动脉环、包含上升的血管分支（前侧、后侧、外侧和内侧）和圆韧带动脉。Howe称从MFCA和中央动脉发起的终末血管分支，为后上、后下中心动脉。Judet将这些血管命名为供应股骨头的上、下组动脉。早期出版的Gray解剖学称臀下动脉（IGA）与MFCA的吻合动脉为吻合支和关节支，Jedral称之为臀下动脉的终末支，而Gautier与Grose称其为臀下动脉的梨状肌支。

股骨头的血管解剖结构非常特殊，因为在生长期建立的血管模式在成年后不会改变并且维持终身。骨骺和干骺端有自己的血液供应，在生长期支持它们的动脉分别称为骨骺动脉和干骺端动脉。根据其进入骨骼的部位，骨骺动脉被称为外侧和内侧，干骺端动脉被显示为上下动脉。横向骨骺和上干骺动脉进入股骨颈上部和后上方的骨骼，靠近关节软骨的边缘。下干骺动脉进入靠近关节软骨下缘的骨骼。横向骨骺和两组干骺端动脉均来自MFCA。内侧骺动脉是韧带内动脉的延续，来自闭孔动脉的髋臼分支。对股骨头的灌注证明，外侧骨骺动脉在干骺端和干骺端下干骺端动脉中占主导地位，圆韧带动脉对股骨头血管化的贡献可能微不足道或在某些情况下是缺失的。

股骨头从上、前、下支持带动脉和圆韧带动脉接受其主要血液供应（图3-2）。三条支持带动脉（上、下、前三组）的分支在进入股骨头后构成骺动脉的起源及干骺端动脉的分支，然后从外周到中心相互交汇在骺线上方形成一个骺动脉网以及在骺线下方的干骺端动脉网。动脉造影证实这些血管网的存在。圆韧带动脉组的动脉丛通过中央凹进入股骨头，然后加入骺动脉网状结构，其是股骨头内分布最广泛和最主要的网状结构（图3-3）。

上、前、下支持带动脉的分支进入股骨头，然后分为骺动脉及干骺端动脉的主要分支，其分别延伸联合骺动脉网及干骺端动脉网。

上支持带动脉在大结节线和方形结节线之间进入股骨颈，通常为最初直线走行的3～6条动脉分支。在骺线水平进入股骨头后（图3-3A），这些动脉成为骺上动脉的主要分支，并与骺前动脉和骺下动脉的分支吻合（图3-4），从而形成骺动脉网。他们的动脉路径紧密地沿着骺线表面浅行。来自骺动脉网的分支分布指向股骨的关节表面，并分开大约15mm，使得它们的最初走向垂直于骺线和股骨头的关节表面。这些分支连续并放射状地布置成1～3个动脉弓（图3-5），相邻的动脉走行彼此之间大致相互平行。

通常具有相同直径的交通支连接动脉弓的两侧（图3-5）。尽管在位于骺动脉网和关节软骨之间可以发现1～3层动脉弓横卧在骨骺处，但最常见的排列是两层。这个动脉丛以分叉模式起源于骨骺中的弓形骨内动脉。一般来说，骺动脉的主要分支位于骨内血管系统的周围。二级分支和动脉弓通常从周围运行到中心并形成骺动脉网，导致骺线上方形成“穹顶形”。靠近中心的结构包含大量的吻合（图3-4）。然而，在外上区域，与股骨头的其他区域相比，骺上动脉在骨骺处与较少的二级分支和弓相吻合（图3-5）。这个区域代表了骨坏死和最终的塌陷发生的最关键的部位。相比之下，干骺端动脉分支常常起源于股骨头上、前、下支持带动脉在股骨头内的分支，在干骺端吻合形成干骺端动脉网（图3-2和图3-3），并与股骨颈的骨内动脉二次吻合。不同于骨骺的动脉结构，干骺端吻合数量及动脉弓较少。类似于上动脉、下动脉是显著的并且容易观察。存在1～3条下支持带动脉，平均直径为0.62mm（类似于上支持带动脉；平均值，0.66mm）（表3-1），并且经常存在一条下支持带动脉血管大于其他任何一支。这些血管首先由小转子线和方形结节线之间穿过股骨颈。随后在股骨颈后内侧表面穿过股骨头，进入紧贴关节软骨下缘进入骨骼，在内侧皮质骨下方存在间隙为1.6mm的区域（表3-1）。相比之下，上方和前方支持带动脉不具有这种间隙并且更靠近骨表面。下支持带动脉分支在骺线下方股骨颈处形成骺下动脉和干骺端动脉（图3-2）。下支持带动脉的干部，然后发出分支，向上延伸，并穿透骺线水平，加入骺动脉网（图3-2和图3-3），而干骺端动脉分支在干骺端下方加入干骺端动脉网。

在小结节和小转子线之间穿过股骨颈的前支持带动脉，平均直径为0.47mm。结果表明，这些血管偶尔缺如（表3-1）。在骺线水平进入股骨头后，前支持带动脉从干骺端动脉和骺动脉发出分支，分别加入干骺端动脉网和骺动脉网。

存在2～3条圆韧带动脉，平均直径为0.3mm（表3-1）。圆韧带动脉通常通过进入股骨头。在进入中央凹时，它们局部性地发出分支，并在骨骺处加入上、下、前支持带动脉丛。在股动脉造影剂注射后，硫酸钡介质通过圆韧带动脉流出而显示吻合。在本次研究中，圆韧带动脉表现出最高的缺如率和相对较小的口径（表3-1）。

在上、前、下支持带动脉进入骨骼之前，它们在次级组织中频繁地互连吻合，称为环关节血管。在股骨颈部的所有主要区域，除了小转子和小结节线该环关节血管较少之外，其余部位环关节血管是明显存在的。上、下支持带动脉和旋股内侧动脉的深支在股骨颈基底部形成一个C形环。前支持带动脉偶尔通过股骨头基底部环关节血管加入C形环。股骨的颈部的血供几乎完全依赖于由环关节血管和这种C形动脉环，其主要在小转子和大结节线之间进入股骨颈的上方，距离关节软骨边缘存在一些距离。这些动脉穿透颈部皮质，沿着直线向下并向侧面移动，与成为股骨滋养动脉一起发出分支，然后扩散与干骺端动脉分支进行吻合。

缺血性骨坏死最常发生于股骨头，故以股骨头为例，说明缺血性骨坏死时的病理变化。正常的股骨头组织学表现为骨小梁分布规律，按应力骨小梁和张力骨小梁分布，软骨组织排列规则，细胞分布均匀，骨陷窝内细胞均匀分布（图3-6）。股骨头缺血性坏死发病过程可分为3个阶段。早期变化，临床上可无症状，通过病理活检或骨髓显影才能做出诊断。该期病人主要为死骨区密度相对增高周围骨质疏松的结果，静脉血栓的出现及结缔组织增生，内有充血扩张的血管或静脉窦。使动脉血管压力增高；中期变化，随静脉血栓的形成，动脉血管内皮增生增厚，管腔内伴股骨头内微小血管血栓形成。由于受力区血供不足以至软骨下骨骨折，进而出现股骨头塌陷。同时伴有患区明显不规则骨质密度增高为新骨形成修复的表现。晚期变化，股骨头明显变形，股骨头内的主干动脉闭塞，缺血区骨小梁骨质疏松，失去钙磷等成分而出现干酪样变。在骨内血管血栓的近段出现血运代偿，使坏死边缘形成硬化区改变，由于股骨头的塌陷变形而继发骨关节炎形成。

股骨头缺血性坏死的病理形态学上分为三期。由于送检组织多为小块碎骨或软骨样组织和炎性肉芽组织，因此要多取材和全面观察切片而做出正确诊断（图3-7）。

早期：为血液供应变化期，已出现部分细胞坏死迹象。从图3-8硬组织切片可以看到，股骨头表面圆润光滑，无股骨头塌陷，软骨下骨结构保持完整，骨小梁具有较好的结构完整性，并在健康的区域内正常排列，可发现正常骨细胞和造血组织，但光学显微镜诊断骨细胞的存亡与否依据不足，最灵敏而可靠的指征是检验细胞内核酸的合成能力，失去合成能力，说明细胞已经死亡。缺血2小时骨细胞死亡，6小时骨质还没有结构改变，6小时后髓腔造血细胞坏死，48小时后骨母细胞、骨细胞及破骨细胞才坏死。骨细胞坏死的形态是骨陷窝中的骨细胞消失，2天后才发现骨髓细胞、毛细血管内皮细胞及骨细胞相继发生固缩、变形或溶解、骨陷窝内空虚。大约4天后，60%骨细胞陷窝空虚。

骨髓腔内脂肪细胞的坏死出现较迟，需经2～5天后才见到，表现为细胞核消失，局灶性脂肪细胞破裂并融合成脂肪小囊，在一些脂肪细胞周围见有红染浆液渗出物，但坏死的骨质肉眼上未见异常。坏死早期见骨细胞呈变性坏死，骨细胞在陷窝内消失，但骨小梁结构未见改变（图3-9）。关节软骨开始由于有滑液营养可没有坏死，以后呈现灶状坏死，相邻骨组织充血及炎性反应。骨髓成分见造血细胞出现坏死，细胞轮廓清晰及核固缩，还可见到颗粒状嗜酸性颗粒，部分小静脉出现血栓，静脉扩张（图3-10），静脉窦充血，间质出血或水肿，骨细胞进一步坏死，骨小梁开始呈灶状坏死、骨溶解吸收、陷窝扩大。有专家认为骨陷窝内骨细胞坏死达75%才为骨小梁坏死。如果静脉血栓状况也进一步加剧（图3-11），导致由于血液回流不畅而造成骨内的静脉淤滞和高压，但骨的结构破坏并未累及血管走行及形态，骨的破坏性修复过程中仍存在着足够的血液供给，新生骨之间广泛分布在髓腔的多个成骨中心。如果静脉压力得以减除，对骨坏死病变是可逆的，证实早期静脉淤滞表现（图3-12）。

中期：此期已出现软骨下骨骨折，坏死区域扩大，局部呈囊性变，可见新生血管及新生纤维组织长入坏死区，形成肉芽组织（图3-13，图3-14）。可见的纤维肉芽组织修复，骨小梁间隙内纤维结缔组织增生，塌陷碎裂区骨小梁纤细，空骨陷窝数量增多，股骨头负重区软骨下骨及病变区域骨重建活跃，坏死区周围的间充质和毛细血管增生比较明显，位于骨坏死病灶中心的死骨和病灶外层的活骨之间出现反应性修复界面，新生毛细血管和纤维组织构成的肉芽组织增生爬行；同时伴有骨髓水肿。

在坏死骨小梁一侧，出现破骨细胞，骨质出现吸收现象，而另一侧出现成骨细胞及开始新骨形成，构成所谓“潜行性代替”现象。肉眼见坏死区呈灰白色，质脆软，关节软骨由于可从关节液中取得营养而不发生坏死。镜下见各种坏死组织成分，由于坏死组织崩解而引起周围活骨交界处的炎性反应，并见炎细胞浸润至坏死区，坏死灶境界清晰。由于坏死灶周围活骨组织反应性充血伴随出现局部骨组织吸收、周围骨组织疏松，密度低于坏死骨组织，坏死区边缘见有增生的幼稚间胚叶细胞，毛细血管及一些胶原纤维侵入坏死区的髓腔内，骨坏死2周后，骨小梁之间的原始间叶细胞和毛细血管增生，骨小梁表面间叶细胞逐渐分化成为骨细胞并合成新骨（极向分化）。新生骨最初以编织骨的形态覆盖整个骨小梁，逐渐增厚，继而表面变为板样骨（图3-15）。未分化间叶细胞和破骨细胞穿入死骨区进行吸收清除，并由新生骨代替，最后变为活骨，后经塑造变化成熟骨小梁，关节软骨在修复晚期才变化。增生肉芽组织由正常骨组织向坏死骨组织伸展，与破骨细胞一同清除死骨。而这些肉芽组织逐渐转变为胶原纤维，周围部分坏死的骨小梁被不等量、不规则的新生网状骨组织包绕，逐渐吸收坏死骨小梁并取而代之，称为爬行替代（图3-16）。

股骨头表面关节软骨面不光滑，失去光泽，呈黄色或棕色，有时软骨表面覆盖一层绒毛样组织。在股骨头负重区见关节软骨增厚，常见软骨下方有清楚的骨折裂隙，使软骨与下面骨质易于分离。紧贴软骨下面有一层骨松质，为致密的硬化骨（图3-17）。

镜下见坏死区的修复过程较明显，修复从坏死区外向内扩展，坏死骨小梁间有较多增生的间叶细胞，新生毛细血管及不等量的胶原纤维所填充，同时坏死区内的间叶细胞可分化为骨母细胞及形成新骨，坏死骨组织被逐渐吸收，最后坏死骨组织为新生骨所替代，从而完成爬行替代（图3-18）。由于爬行替代的过程较早发生于坏死区周围软骨下部分，故坏死骨被吸收较早，而新生骨硬度较低，接受压力后就出现软骨下骨小梁骨折，由于关节软骨下方骨小梁骨折及修复组织进入可出现软骨面皱缩。由于股骨头外形呈球形，关节软骨下区骨组织被吸收较早，新生组织骨机械性强度弱，故该处易发生多处骨小梁骨折。

股骨头外形发生塌陷，塌陷碎裂区骨组织被纤维组织取代（图3-17A）；软骨下骨结构部分消失，骨小梁碎裂、中断，局部区域有关节软骨剥脱等变化（图3-17B）；硬化区骨密度增加，骨小梁排列不规则，成骨细胞可见，有致密结缔组织增生，内有充血扩张的血管或静脉窦，可见栓塞或机化的血管，且较多空骨陷窝（图3-17C）。其特征是由于静脉淤滞、动静脉血管的受压狭窄或动脉血栓等，导致的动脉系统的供血不足，进而进入到动脉缺血状态（图3-19）。在动脉血供不良的情况下股骨头内代谢产物堆积，骨重建减慢，骨小梁进一步破坏，继而在不良应力的刺激下，导致股骨头的塌陷。此时存留的动脉血管不足以完成原血管供应区的供血，进而股骨头内的血管网状结构发生作用，血供发生部分代偿，使网状结构相对发达的股骨头负重区血供得到部分重建。但股骨头中心区因网状结构未能完全覆盖，而血供中断造成的骨小梁结构不良、骨吸收的加剧，同时在异常的力学刺激下，出现了多发于股骨头负重区的囊性变。

晚期：爬行替代过程中，新生血管长入，肉芽组织变为纤维组织，新生骨逐渐变为成熟骨，一般坏死不明显，如果坏死区较明显特别是关节软骨的坏死由纤维组织或维软骨所代替，不能承担负荷可引起畸形，使髋关节骨性关节炎形成。软骨下骨区、坏死塌陷区、硬化区的骨小梁结构发生显著变化（图3-20）。股骨头外形变形显著，有较多增生的骨赘形成，软骨磨损，剥脱明显，软骨叠加分层，相互嵌入，软骨下骨骨折，骨小梁结构破坏（图3-20B）；在塌陷碎裂区，骨小梁排列杂乱无章，厚度不均匀，骨小梁稀疏断裂，空骨陷窝数量增多，骨细胞消失，部分正常增加，形成在其中心纤维化和脂肪细胞填充的囊性结构，多部位的空骨陷窝率增高，股骨头因骨小梁骨折力学性能下降，在应力作用下出现塌陷。既往的病理学骨组织被增生的纤维组织取代（图3-20A）。在硬化增生区，骨小梁局部成高密度表现，有明显的硬化地带生成（图3-20C）。负重区放射状的骨结构增生，骨密度研究也揭示骨内血管损伤严重，呈现动脉闭塞特点，骨修复重建终止。晚期股骨头坏死出现动脉管径变小，动脉血管内皮增生增厚，甚至动脉结构缺失进一步加大，完全进入动脉闭塞期（图3-21）。

新修复的骨组织在受压力作用后发生塌陷（图3-22），往往修复能力越强，范围越大，塌陷率越高，多在坏死骨与正常骨交界处，青年人患股骨颈骨折后，股骨头缺血坏死的塌陷率比老年人高，骨折部位越高，股骨头旋转能使缺血坏死率增加，关节囊内压力升高，亦造成关节血运障碍而引起骨质缺血坏死。有专家认为病因、骨吸收及骨有效重建的平衡状态，生物力学三方面因素综和作用，决定股骨头坏死的病理演变及预后，股骨头坏死的有效修复不仅仅是坏死的骨小梁重建，还应包括遭受损害的微循环及骨髓（图3-23）。电镜下见正常骨细胞与股骨头坏死骨细胞的超微结构（图3-24、图3-25）。