老年骨关节损伤：原发性退行性骨关节病

骨是构成运动系统的主体之一，具有支持形态的功能。骨的基质由胶原纤维及与此结合而形成钙化场所的黏多糖构成。根据骨的种类和年龄的差异，其组成成分可略有不同，但大致是有机物30%，无机盐45%，水分25%。有机物中95%为胶原纤维，无机物中主要是钙60%，磷72%，镁0．8%；这些无机质以CaCO3、Ca3（PO4）2、Mg3（PO4）2等形成磷灰石的复合盐沉积在骨基质中。骨的水分根据部位不同而具差异性，骨皮质为15%，骨松质、骨小梁为25%。

老年人每增加5岁，骨折的危险即增加1倍，骨折发生的部位以脊椎、股骨近端、桡骨远端、肱骨近端为多。据美国资料统计，每年约有130万人由于骨质疏松而导致骨折，其中脊椎骨折53万人，髋部骨折25万人，桡骨下端骨折17万人。老年人骨折增多的原因除骨骼本身的原因，如骨质疏松和骨疾病外，其主要危险因素是本体感觉、肌肉、平衡感觉功能不佳，造成步态失稳，行走不便，眩晕，易摔跌。有资料统计老年人髋部骨折中有75%～80%是由于摔跌所致。老年人一旦发生骨折，尤其是髋部骨折，后果严重。骨折后的老年人健康期望寿命和独立期望寿命较未骨折的老年人缩短1～2年。为此，老年人骨与关节损伤已引起高度重视。

老化造成软骨厚度、细胞功能、抗张力能力等的改变而造成磨损或不平整，这些改变在骨骼快成熟时就已经开始发生。随着进一步老化，关节软骨会变成较深的裂痕、破裂，侵蚀到软骨下骨质而造成退化性关节炎的临床表现，退化性关节炎常发生在膝、髋关节及脊椎。肌腱、韧带的退化在青年期到中年期会快速地进行，导致强度变弱，而之后仍持续进行。以前十字韧带为例，79岁仅达到21岁时强度的一半。而肌腱、关节囊的机械应变力亦随年纪增加而退化。

在骨折愈合能力方面，老人的骨膜变薄，生长因子的降低，骨髓内原始细胞的成骨潜能减少，都会影响其骨折后的愈合能力。动物实验显示，骨折40天后年长与年轻的动物愈合能力并无差异，而80天后则明显的延缓。

（一）软骨的退行性变化

1．关节软骨表面老年变化 负重滑膜关节表面是双关节面，有关节腔，含有滑液。负重关节面覆盖透明软骨，不仅不光滑，且突出地存在不同程度的不规则。肉眼所见为初级解剖轮廓，用放大镜观察为二级不规则改变，直径为0．5mm，用显微镜观察有大量较小三级波动改变，通常有小窝，小窝直径20～40μm，1μm深。用电子显微镜观察为四级不规则改变，约小于200μm。

通过研究正常人（从出生到47岁）股骨外髁关节面，发现负重面从肉眼看都是光滑的，随年龄增长可看到三级小窝改变。在老人软骨上小窝变小，软骨细胞也变少，而相应地增加细胞基质的量。随后增加小窝平均深度与直径。表面结构改变最早出现在青年人，在45岁以后变得突出。软骨面的老年变化不单纯由于关节正常或过量使用关系。三级小窝改变可以出现在胚胎软骨上。正常软骨限制活动可退变，过量活动与负重可使关节损坏。一般认为正常范围与次数的关节活动，可使关节软骨面保持完整。

2．软骨厚度老年变化 近年一致认为，主要负重关节透明软骨面随年龄增加而变薄，普遍观察到骨关节原纤维性变有进展，部分软骨开始裂开直到露出骨面。关于有临床症状骨关节病人的关节透明软骨面的厚度与容量问题，需要进一步认识。

3．软骨耐受性老年变化 肉眼看到老年人股骨头软骨变粗糙，称为原纤维性变，当软骨被印度蓝染色后显示两个不同分布。第一种显示非进行性软骨改变，其次属进行性软骨改变。上述肉眼所见改变都不在成人股骨头软骨最厚区。从软骨增厚及基质／细胞比例增加到软骨明显破裂，以及临床上称为“骨关节病”的现象，它们之间的关系目前仍不清楚。化学方法观察人与实验狗的软骨基质与细胞的改变，显示早期“退行性变”即早期骨关节病，伴有软骨水分、合成葡萄糖胺聚糖硫酸盐与软骨细胞的脱氧核糖核酸（DNA）的增加。说明老年人正常软骨的增厚是与增加基质的蛋白聚糖和早期软骨退变的水分有关。因此，可以认为骨关节病是软骨的物理性破裂。当与年龄有关的基质物质的合成达到一个临界点时，软骨开始破裂。反过来正常负重与应力又影响软骨的反应。

（二）滑膜的老化

滑膜是一种表面有2～3层滑膜细胞，富有血管网的组织，因此注射到关节内的液体可被迅速吸收。滑膜细胞合成并分泌的滑液中有玻璃酸和蛋白复合体，电镜下观察滑膜细胞时，可分为A型和B型两种，A型具有分泌作用，B型具有吞噬作用。但在青年人中，A、B两型滑膜细胞并无明显区别。

老年人关节滑膜萎缩变薄，表面的皱襞和绒毛增多，滑膜细胞和细胞质减少，纤维增多，基质减少，滑膜的代谢功能减弱。滑膜下层的弹力纤维和胶原纤维均随退变而增多，因此滑膜表面和毛细血管的距离扩大，引起循环障碍。此外，刺激自主神经也可以引起血运障碍。滑膜循环障碍的结果可造成软骨损害，而切除滑膜后关节软骨的变性却不甚明显。年轻人的滑膜也可发生血管的动脉硬化。滑膜血运障碍虽然也是使关节软骨变性的直接原因，但滑膜细胞的溶酶体酶可能在关节软骨变性上具有重要的作用。

（三）骨关节病

骨关节病的发病率与年龄相一致。临床症状与X线改变密切相关。这是一种老年人生理性的组织退行性变的表现，称之为原发性退行性骨关节病。此外，长期慢性创伤，过多承重和牵拉也是一个重要原因，常见于运动员和搬运工人。股骨头缺血坏死痊愈期，潜水病的骨关节栓塞以及化脓性关节炎愈合后，由于关节变形，关节组织不健全，不能耐受体重和运动的负荷，也可继发退行性骨关节病。

退行性骨关节病是由于关节及其周围软组织的退变，关节软骨面变性、断裂甚至脱落，软骨下骨质增生硬化，关节边缘骨赘形成，继发滑膜和关节囊充血、肥厚、增生，上述原因产生系列的临床症状，统称为骨性关节炎或退行性骨关节炎。

软骨细胞内的溶酶体产生、释放酸性组织蛋白酶及中性蛋白糖酶，使蛋白聚糖降解。滑膜组织也能分泌异化产物去刺激软骨细胞降解细胞外基质。而胶原酶随病变而增加，并破坏胶原纤丝。在骨关节炎中，软骨细胞，特别是软骨细胞群中的软骨细胞，无法很好地合成分泌Ⅱ型胶原纤丝，相反，只能分泌Ⅰ型胶原纤丝。此外，作为机体的一种修复能力，从关节软骨下骨的骨髓腔内有肉芽组织向关节软骨的裂隙生长，并在关节软骨表面形成纤维束。这些原因均导致关节软骨上的纤维束变性。骨关节炎病变严重时，软骨细胞及软骨基质的变化也趋于严重。软骨细胞群的出现是一种代偿性修复过程，这样可以有更多的新生软骨细胞以弥补、替代死亡的软骨细胞。然而，这些软骨细胞群内的软骨细胞无法正常地发挥功能，它们同样发生退行性变化。至于那些成纤维细胞样细胞，则属于纤维软骨的细胞成分。出现这些成纤维细胞样细胞也反映了软骨的一种修复能力，说明关节软骨表面的纤维组织经过化生过程而成为纤维软骨。这种情况经常发生在重度的骨关节炎中。尽管纤维软骨较纤维组织坚硬而富有弹性，但纤维软骨无法替代透明软骨。

糖蛋白与蛋白多糖均存在于软骨基质之中，两者的区别在于前者以蛋白为主，后者以糖为主。以往对骨性关节炎关节软骨蛋白多糖的生化改变进行了大量的研究，而糖蛋白则相对受到冷落，但它在骨性关节炎时的代谢变化近年来已日益受到人们的重视。非胶原、非蛋白多糖软骨基质糖蛋白是一种水溶性蛋白质，存在于所有哺乳类动物的透明软骨和纤维软骨之中，其分子量为550 000，是正常关节软骨的主要蛋白成分之一。实验发现，在软骨基质中存在着一种与CMGP呈免疫学交叉反应的蛋白片段，它在骨性关节炎关节软骨中的含量远远大于其在正常关节软骨中的含量。免疫荧光法研究揭示，用抗CMGP的特异性抗血清对骨性关节炎关节软骨和正常关节软骨进行染色，前者呈现染色缺失，提示CMGP在骨性关节炎时降解加速，以至最终缺失。下一步应着重探讨CMGP降解对软骨基质完整性的可能影响。

骨性关节炎胶原代谢改变主要表现为胶原类型、分布的改变及胶原溶解活性的增强。正常人体关节软骨中的胶原主要是Ⅱ型，而骨性关节炎患者可出现Ⅰ型、Ⅲ型。正常人随着年龄的增长，Ⅱ型胶原由82%升高到97%，1a、2a、3a链减少。骨性关节炎时微量胶原含量增加，不但有胶原类型的改变，而且有胶原纤维超微排列上的紊乱，表现为软骨胶原纤维呈现放射状排列，通常以胶原束的形式存在。有证据表明，骨性关节炎关节软骨胶原对蛋白溶解酶的抵抗力减弱，胶原溶解活性增强。

（四）关节软骨的改建与修复

正常关节软骨呈浅蓝白色，半透明，光滑而有光泽，具有耐磨、传导关节负荷、吸收震荡和滑润关节功能。一般认为关节软骨无再生能力，一旦发生破坏、变性或损伤，即被纤维组织所代替。成人的软骨是通过无丝状分裂而成长的，关节软骨受损，按其程度而呈不同反应，如果损伤未累及关节下骨或软骨外膜，则只显示轻微增殖；如已累及软骨下骨或软骨外膜，则损伤部位将很快被纤维组织封填起来。(www.xing528.com)

老年人的关节软骨由于生长停止后软骨继续负重、摩擦，逐渐变薄，表现为增龄性脂质空泡增加和细微的丝状纤维，细胞数量、糖蛋白、胶原纤维的合成仍然不变，但4-硫酸软骨素转变为6-硫酸软骨素与硫酸角质，细胞外脂质也在随年龄增加。

由于反复的机械性、化学性损伤和负荷传导紊乱，加速了关节软骨的退行变性、退化，通过代偿修复使软骨下骨质增生，形成关节边缘和关节面增厚、硬化、变形。损坏的关节软骨也可形成一个个小的凹窝或洞穴，滑液由此进入，在关节面下骨内形成假囊肿。经常磨损使软骨骨质碎裂，落入关节形成关节鼠。关节囊也在老化和反复创伤下出现代偿性肥厚、纤维化骨化。所以在解剖学上常出现关节间隙不对称狭窄，关节面硬化变形，边缘性骨刺或骨桥。关节面下囊肿及关节囊内游离体和关节囊骨化，关节腔积液等反应。

（五）老年骨的改建与修复

1．骨小梁体积逐渐减少 成人骨小梁体积约为350cm3，同一骨表面再次发生改建需要经过数年时间，通过对绝经期后骨改建活动观察发现：骨改建及转换增加呈负平衡，开始时吸收陷窝的深度与时间是对应相关的，最初40天内骨小梁体积明显减少，以后仍缓慢减少。有人用电子计算机模型分析，发现骨小梁体积每年以0．72%逐渐丢失。说明雌激素水平下降或病理改变对骨改建的影响。

2．骨小梁的结构逐渐退变 随着年龄增加骨小梁的改建周期累加，骨吸收与骨形成相互偶联的动态呈现负平衡，可能由于改建、吸收在较细薄的小梁壁上活动频率增加，局部破骨细胞活性太强，侵蚀骨小梁太深，使骨小梁表面骨丢失，壁变薄、变细，穿孔，甚至部分破碎，小梁的网连性消失或部分消失，出现骨的结构退行性变。

3．骨小梁的强度逐渐降低 骨小梁的连续性和骨结构的连续性决定着骨的承受载荷能力，增龄出现了骨改建的负平衡，骨小梁表面丢失使骨量降低，导致单位承受载荷增加，在较高的应力下出现应变性破裂或微细骨折，小梁连续性降低，力学强度下降，骨折危险性增加。有学者发现增龄过程中小梁微细骨折增加而骨细胞活性降低，在已经形成的微细骨痂周围很少见到成骨细胞和破骨细胞，说明改建活动很少发生，也可能因为这些失去连接或不接受应力刺激，使骨吸收与形成呈现逆转期征象。

（六）老年性骨质疏松

老龄化的同时，骨质发生退变。

1．水分的退化 骨的水分和钙化程度有一定的对比关系。在钙化初期有大量水分，而在钙化完成后基质和钙的结合很强，使钙难于游离。骨的无机物在50岁以前尚有增加，以后则减少；与此变化相适应，水分量则在50岁以后增多。正常骨的灰分量为60%～66%，骨质退变严重时可降到50%以下。

2．无机物的退化 测定肋骨中的矿物质时，老年人的肋骨比青年人肋骨的矿物质少，而水分多，钠和钾增多，钙在50岁以后逐渐减少，磷则终身无变动。用同位素45Ca、32P检查无机物代谢时发现，无机物的沉着随年龄增加而显著减少。

3．骨有机物的退化 由于退变，可溶性胶原减少，不溶性胶原增多或不变，因此，己糖胺和胶原增多，也意味着羟脯氨酸的增多。此外，退变的葡萄糖胺和半乳糖胺之比也增多。

骨骼中的钙、磷等无机质，胶原、黏多糖类有机质不断从骨内释放出来被排出体外，导致骨小梁减少，骨皮质也相应变薄，骨中水分增多，这种状态称为骨多孔症或骨质疏松症。在结构上表现为力学强度下降。

骨质疏松症中原发性占80%以上，包括绝经后骨质疏松和老年性骨质疏松。这种生物体的生理、生物学退变现象存在着极大的个体差异。一般的骨密度高峰期在35-40岁，50岁以后男性以每年1%～2%的恒速发生骨丢失，女性在绝经期后10年内有骨快速丢失期。这种生物体内自然老化的不可逆现象，是由于成熟后机体内的系统、器官、组织、功能隐匿性逐渐减退，对骨代谢的调节激素分泌逐渐降低，骨代谢的受体敏感性逐渐下降有关，成骨要素的摄取、使用、再造能力和骨基质的生长因子逐渐降低、减少均可导致这种现象。结果使骨形成与分解高度复杂有序的过程呈现负平衡。首先在骨松质，继之在骨密质中发生骨丢失，骨密度下降，弹性降低，脆性增加随之发生。在建立骨量高峰期及骨量丢失前，只要采取积极有效地预防措施，坚持日光浴，加强机体锻炼，补充必要的激素、维生素、钙、降钙素、氟化钠、二磷酸盐等调节骨正常代谢的相关元素、因素，就能有效地延缓、控制、降低骨质疏松症的发生。

骨质疏松症的发生与年龄，偏嗜、钙吸收不足有关，特别是更年期，由于类固醇激素，尤其是雌激素降低，骨质疏松急剧加快。因此，骨质疏松发生率女性绝对多于男性，约为男性8倍，并与女性的生育次数，闭经迟早成正比。此外，在人种上与皮肤颜色有关，有资料认为，白种人比黑种人骨质软，黑人男性骨质最硬，白人女性骨质最软。而且，当骨质退变时，骨髓造血功能也减退，脂肪髓有所增加。

骨萎缩的出现在40-50岁，根据性别和骨的种类，出现时期可略有不同。股骨的粗细在发育期以后虽不增加，但髓腔宽度却随年龄增长而继续扩大，男性进行缓慢，而女性在40岁以后迅速扩大。到70岁后，25%的人骨内侧膜骨表面出现骨质吸收阴影。肋骨在70岁以后开始萎缩，骨皮质变薄，髓腔扩大。掌骨的骨质在发育期后逐渐变薄。在50-80岁期间，年龄每增加10岁，骨皮质厚度男性减少5%、女性减少7%。

骨松质的骨小梁变细，网眼变粗，这种骨质吸收的进程与骨的负重应力有关，因而可以看到与骨质疏松程度一致的骨小梁排列及走行方向。年近50岁的人第4腰椎骨小梁的退变时横行的骨小梁减少，骨小梁本身也变细。这种变化在椎体中心部位最为明显。60岁以后，这种改变尤为突出，纵行的骨小梁也变得粗糙，男性约在60岁前后，终板和骨皮质增强的变化已很明显，而女性不显著。

在骨质疏松的关节变化中，首先是关节软骨、椎间盘等变性和破坏以及受外力作用部位的骨赘形成。幼年时，起主要作用的是软骨素硫酸A，从10岁开始减少，以软骨素硫酸C代之，进入老年，硫酸再度显著增加，而出现软骨细胞的分化、增殖、变性与骨化。由于关节软骨或椎间盘的变性或损伤，关节间隙变窄，对外力的缓冲作用丧失，出现关节不稳定。经常机械性刺激，可促使骨赘的形成，同时伴有骨组织脱钙。即本来应该有钙的部位而钙沉积减少，不应有钙的部位却有钙的沉积，出现因老化而带来钙分布失常。有时关节软骨完全损耗，活动时仅以关节两端的骨面接触，并有磨损及增生，滑囊变厚，使关节僵硬，活动不足，多数发生骨性关节炎（OA）。

有人指出，椎间盘萎缩后，椎体向前倾斜，椎体前缘在中线为前纵韧带所阻，但在两侧将骨膜掀起，结果在骨膜下产生新生骨而形成“骨刺”或“骨唇”。年龄越大则骨唇发生率越高，程度越严重。关节变化包括关节软骨退化，滑膜退化，滑液成分改变及软骨的营养代谢变化。任何原因引起的关节内应力集中，使关节任何一个环节发生退变均可造成骨关节病或加重关节的退行性变，形成恶性循环。