股骨头骨坏死（Osteonecrosis of the femoral head,ONFH）是骨科临床上常见的一种难治性疾病，通常发生于30-60 岁的人群，最常发生于30-40 岁的男性患者。如果不进行干预，超过70%的患者将会进展到股骨头塌陷，需要在诊断后3-4 年内进行人工关节置换。诊断后1 年内有20%的患者出现股骨头塌陷，到3 年时塌陷率会高达75%。股骨头坏死患者占到所有初次全髋关节置换患者的5-12%，其中美国达到10%，在台湾地区甚至高达45%。
创伤性骨坏死的病因明确，但非创伤骨坏死的病因则通常是多因素的，在一些患者既有一定的遗传易感性，又同时具有发病的危险因素。有许多的因素都与股骨头骨坏死的发病相关，如解剖性因素。这些发现提示有一些患者先天就存在股骨头微循环的异常，从而易于发生骨坏死。附加的危险因素会增加血运的破坏，如潜水病、血液病、放射病、SLE、炎症等等。股骨头骨坏死确切的病理机制仍然不清楚，在危险因素和发病情况之间并没有直接的相关性。很多的患者并没有发现明确的发病因素。糖皮质激素应用和大量饮酒是常见的确定的危险因素，但用药和饮酒的剂量和时间同样并未与骨坏死的发病程度直接相关。
骨坏死的早期一般没有症状后期会在行走时出现腹股沟疼痛。在早期，X 光片可以是正常的，随着病程进展，X 光改变逐渐明显，会出现股骨头坏死的典型表现新月征。在股骨头坏死的晚期，股骨头塌陷，关节间隙两侧都会出现严重的关节炎改变。
治疗方法从单纯的对症治疗到多种类型的保头治疗，到关节置换手术。在股骨头塌陷前有多种的治疗方法可以选择，但是一旦出现塌陷则选择明显局限。人工关节置换手术早期疗效可靠，但远期仍有松动等情况而需要进行翻修手术。如何在股骨头塌陷之前阻止病程进展，或在塌陷之后延缓骨性关节炎的进展，目前还没有哪一种办法被证明充分有效。已经有多种治疗方法挽救股骨头免于塌陷，包括减轻坏死修复区的力学负荷，如限制负重、旋转截骨等；增强坏死区的修复，如髓芯减压，电磁治疗，骨移植等。但是由于塌陷前治疗的疗效不够满意以及骨坏死患者人工关节置换相对较高的失败率，目前迫切需要具有更好疗效的治疗方法来阻止股骨头的塌陷。出现这个难题部分原因就是缺乏对于股骨头塌陷机制的明确认识，从而针对机制进行更加有效的治疗。本课题组认为：因为离体的股骨头冷冻保存下股骨头的力学特性并不会出现改变，所以说股骨头坏死本身并不立即发生明显的骨结构和力学性能改变，在修复过程启动后才出现骨结构损害和力学性能降低，塌陷发生在修复过程中，成骨/破骨系统启动修复过程，因为成骨过程需要约3 个月才能建立起具有良好力学特性的新骨而破骨细胞仅需约3 周就会影响骨小梁的力学强度，所以在修复过程中必然出现股骨头力学强度的减低，在力学载荷作用下会出现股骨头的塌陷。

一、股骨头骨坏死塌陷的动物模型
Plenk 等根据MRI 及组织学表现的差异将股骨头缺血坏死的修复方式分为三种形式，即有限性修复（limited repair）、破坏性修复（destructive repair）、重建性修复（reconstructive repair）。有限性修复表现为修复能力不足，特点是修复从远端开始，死骨的结构仍然完整，修复界面明显，在修复界面成骨细胞排列存在，原位反复成骨，形成骨硬化带。破坏性修复表现为活跃的修复反应，没有明显的修复界面，破骨活动活跃，形成骨空洞，而成骨不足，纤维组织填充，表现为囊性变。此类患者往往出现快速的股骨头破坏。重建性修复表现为修复能力介于破坏性修复和有限性修复之间，修复反应可以进入坏死区，产生骨的爬行替代，但新骨形成仍可能不足。此类患者一般病程较长，股骨头塌陷出现晚。股骨头坏死的修复方式影响着股骨头坏死的病程，我们通过对鸸鹋骨坏死不同模型的比较，通过微观结构研究，力图发现不同修复方式的不同结构改变，并进一步研究不同修复方式与股骨头坏死病程发展之间的关系。
另外就是缺少一个能够模拟人类股骨头坏死全病程，尤其是进展到与人类类似的股骨头塌陷的动物模型来进行不同治疗方法的比较和验证。虽然有多种方法都可以建立早期股骨头坏死的动物模型，但是很难建立一个从早期的影像和组织学改变到晚期的股骨头塌陷表现都与人类相似的动物模型。因为鸸鹋与人类类似的双足负重，而且成年鸸鹋身高约1.8m，体重约50kg，与成人身高体重接近。更重要的股骨头的应力分布数据与人类髋关节的测量数据类似，不但应力大小接近，应力方式也类似。Jessica 等测量发现鸸鹋股骨头的负重集中于顶端，且受力为沿股骨干的方向，均与人类相似。所测量两只鸸鹋股骨头负重最大约5.5 倍体重，略大于以往报道的人类的约4 倍体重。
Conzemius 等通过冷冻的方法已经实现股骨头的塌陷而受到学者的关注。Conzemius 等采用直接向股骨头打隧道后液氮喷射直接冷冻的方式进行建立动物模型，但是其周围组织损伤明显，坏死范围各异且通常较大，坏死区位置控制不良，不同动物的一致性较差。因为坏死区的范围及位置直接影响到股骨头是否塌陷，所以Reed 等人对其进行改进，使用临床用于肿瘤冷冻治疗的闭合回路的冷冻探针进行冷冻建立动物模型，可以使坏死区较为一致，但未见股骨头塌陷。
我们在上海交通大学Med-X 学院研制的冷热交替治疗系统成功应用于软组织肿瘤治疗实验中，并证实其优于单纯的冷冻治疗的基础上，定制了探针进行对于鸸鹋股骨头骨坏死建立动物模型的研究，以建立较高塌陷率和良好一致性的股骨头坏死塌陷动物模型。
结果发现，鸸鹋于术后6 周开始出现跛行，跛行早期仅于奔跑及劳累状态下出现跛行，显示为术侧下肢负重时间变短。出现跛行后1-2 周表现为明显跛行，正常行走下就可见跛行步态，显示为术侧下肢负重时间的明显变短，于奔跑时会出现对照侧单足跳动。跛行严重者每日以卧位为主。塌陷早期标本表现为股骨头股骨头高度减低，软骨面未见明显改变。晚期塌陷标本出现股骨头明显的变形，并合并明显软骨退变，与人类股骨头塌陷晚期表现类似。X 线检查，比较可见手术侧股骨头高度变低，股骨头透光度不均，在关节面下方骨小梁结构紊乱，透光度增加。Micro-CT 检查可见塌陷侧股骨头骨小梁厚度及密度改变，塌陷侧股骨头内骨小梁厚度不均，排列紊乱，显示存在骨修复重建过程。可见多处的骨小梁骨折，股骨头高度变低，股骨头内骨密度分布不均。组织学检查见健侧股骨头显示骨陷窝内骨细胞填充，骨髓内大量细胞存在；塌陷侧股骨头可见大量的空骨陷窝，骨髓出现纤维化，骨小梁边缘形态不规则，显示存在骨吸收，部分部位有骨细胞存在，提示局部存在修复；存在纤维组织填充，显示骨修复不良，为破坏性骨修复，与人类股骨头坏死塌陷的病理表现类似。
我们比较鸸鹋与成人的股骨头骨小梁微观形态，发现成年鸸鹋与成人股骨头相比，虽然小梁明显稀疏，但小梁的分布形式类似，而且由于前文所述的鸸鹋作为与人类相同的二足负重，股骨头具有相似的力学状态。而塌陷标本所表现的塌陷方式也与人类类似，从而使得鸸鹋成为非常适于进行股骨头坏死研究的实验动物。
二、局部注射无水乙醇建立鸸鹋股骨头坏死模型
已有的文献显示乙醇可以造成脂肪细胞的增生和肥大，骨细胞脂肪化，骨小梁变细及稀疏。诱导骨髓基质干细胞骨髓分化，并降低碱性磷酸酶和骨钙素表达。我们参照国内外文献，采用局部注射无水乙醇的方式，拟通过简单的易于标准化的方式建立鸸鹋的酒精性股骨头骨坏死塌陷模型，但是我们的结果与相关文献的报道结果完全不同。
我们根据预实验的结果采用8ml 进行股骨头内缓慢注射，预实验显示这种方式可以使的无水乙醇在注射后即广泛完全弥散于股骨头内，造成股骨头内的广泛性坏死。局部注射无水乙醇的部分鸸鹋于术后10 周部分开始出现跛行，跛行早期仅于奔跑及劳累状态下出现跛行，显示为术侧下肢负重时间变短。大体标本可见穿刺的针道已被填充。标本未出现股骨头明显的变形，软骨面表现也正常。
比较实验动物双侧X 线片，可见手术侧股骨头高度未明显变化，但出现明显股骨头透光度不均，出现股骨近端的高密度影像。Micro-CT 检查，与健侧比较，可见实验侧股骨头骨小梁厚度及密度改变，建立动物模型侧股骨头内骨小梁厚度不均，但排列规则，骨小梁原有结构旁出现低密度影像，显示存在原有骨小梁基础上的成骨反应。统计分析显示建立动物模型侧股骨头内骨密度增高，骨小梁增粗，间距减小，骨体积分数增加，且差异具有统计学差异（p<0.05）。组织学检查见健侧股骨头显示骨陷窝内骨细胞填充，骨髓内大量细胞存在；建立动物模型侧股骨头可见死骨空骨陷窝，骨髓出现大量的脂肪泡，骨小梁边缘形态不规则，显示存在骨吸收，修复表现为死骨与活骨界限不明显，骨小梁上空骨陷窝与活骨同时存在，表现为重建性修复，与人类股骨头坏死塌陷的病理表现类似。部分动物表现为股骨头软骨下骨折及局部骨吸收，但未发现有股骨头塌陷表现。
术后根据影像学情况进行连续监测，并进行了长达6 个月的实验观察，处死时显示股骨头内基本已经完全修复，修复范围广泛，但死骨较少存在，显示修复反应基本已经进行完全，继续观察并不会出现股骨头塌陷，本方法建立的动物模型可以造成股骨头内的广泛坏死及修复反应，但并不会造成塌陷。对比前期研究结果，在冷热交替法建立鸸鹋股骨头缺血坏死模型时同样的广泛头内修复，但大多数的实验动物均在3 个月内出现了股骨头塌陷，其修复方式为破坏性修复。由于采用了不同的建立动物模型方式，但都为局部创伤，接近于创伤性骨坏死模型，两种方法产生的骨细胞和血管的不同损伤程度，可能是引发机体不同修复方式的原因。
所以，我们认为要预防股骨头的塌陷，就需要调控成骨/破骨过程，抑制破骨过程，促进成骨，避免股骨头骨小梁修复过程中的力学强度减低，并恢复骨小梁的连续性及有效支撑，才是防止股骨头塌陷的有效治疗方法。
三、鸸鹋骨坏死骨小梁结构改变与股骨头塌陷的关系
如前所述，鸸鹋在不同的建立模型的方法中体现了明显不同的病理状态，表现为不同的修复方式，造成了截然不同的塌陷率。在不同的修复方式下骨小梁进行了不同的改建，影响了骨质量，虽然均为广泛的改建和相同的应力作用，但产生了不同的结局。现我们拟通过对于骨小梁结构参数的研究，分析其骨小梁改建方式的不同。
与正常组相比，冷冻建立模型组骨小梁改建后骨矿物量减低，骨小梁间距减少，骨体积比增高，骨表面积/体积比增高，骨小梁数目增加，骨小梁平均厚度无显著性差异。且在人类塌陷股骨头中也可见类似改变。与正常组相比，乙醇建立模型组骨小梁改建后骨矿物量增高，骨体积分数增高，骨小梁平均宽度增加，骨小梁间距减少，骨表面积体积比增加，骨小梁数目无显著性差异。冷冻建立动物模型组与乙醇建立模型组比较，冷冻建立模型组的骨矿物量低，骨体积分数低，骨表面积与体积比高，骨小梁平均宽度低，骨小梁数目高；骨小梁平均间距无显著性差异。各组间不同宽度骨小梁分布情况比较显示，相对于正常组，冷冻建立模型组负重区骨小梁改建后小梁宽度分布波峰较正常组左移，乙醇建立模型组骨小梁宽度分布波峰较正常组右移。
结合国内外文献和我们的研究结果，我们提出，影响骨坏死塌陷修复的三个关键因素为：坏死区的位置和范围、股骨头的力学载荷、股骨头坏死后的修复方式。而修复方式的差异则在于成骨/破骨过程的差异。有限性修复表现为破骨细胞能力不足，难以突破修复界面，修复界面清晰。而重建性修复表现为破骨能力正常，成骨活跃，破骨与成骨同步存在，原位成骨。破坏性修复则为破骨活跃，成骨相对不足，表现为成骨滞后，纤维组织填充，从而最明显的影响股骨头力学强度，而易于造成塌陷。
但在股骨头骨坏死的修复反应方面，我们认为这种分类方法并不科学，且难以区分，我们将股骨头内部的骨修复分为两类，即破骨性骨修复（Osteoclastic Bone Formation, OCBF）和成骨性骨修复（Osteoblastic Bone Formation, OBBF），破骨性骨修复是破骨的速度大于成骨速度，破骨反应在前，成骨过程在后，是一个“不破不立”的过程，也就是我们常说的“爬行替代”；另外一种就是成骨的速度大于破骨速度，成骨过程可以在原有的骨表面进行。两种修复的方式在股骨头骨坏死内部均可见到，前者显著破坏原有骨和骨小梁的结构，是骨的修复重建过程中所固有的。而后者对骨的结构和力学强度影响不大。
因此，要想修复坏死的股骨头，必须对骨的修复过程进行调节，改变骨的修复方式，恢复骨小梁的连续性，在骨的修复过程中提供有效力学支撑，避免骨修复过程中的力学强度减低，才能防止股骨头骨坏死塌陷。
四、促进成骨、抑制破骨过程，防止股骨头早期骨坏死塌陷
根据我们前期对于股骨头坏死塌陷机制的研究，我们认为具有抑制破骨细胞作用的唑来膦酸可以调整破骨/成骨系统，从而影响骨坏死的修复进程而保持股骨头的外形。但是唑来磷酸只能单纯的抑制破骨细胞活性，对成骨没有影响，为此，我们在此基础上增加进一步增加成骨的力度，即在抑制破骨过程的同时，促进成骨，改变成骨滞后于破骨的状态。
NELL-1（NEL-like molecule-1; NEL [a protein strongly expressed in neural tissue encodingepidermal growth factor like domain]）是一种新近发现的具有特异性促进成骨细胞系分化的生长因子[1]。从分子机制上看，NELL-1 直接受runt 相关转化因子2（Runx2/Cbfa1）的调控。而Runx2/Cbfa1 是控制成骨细胞生成及其功能的主要调控基因。NELL-1 作为一种细胞分泌因子并更加专一的作用于进一步分化的成骨细胞系，因此NELL-1 促进成骨的作用可能比骨形态形成蛋白（BMPs）更加专一。动物实验表明，相当剂量的重组NELL-1 与重组II 型骨形态形成蛋白（BMP2）相比，在促进大鼠颅骨缺损修复中具有良好的作用。直接应用脱钙骨基质（DBM）负载腺病毒介导的NELL-1可以促进脊柱融合。虽然现有研究显示生理情况下，NELL-1 在长骨中（非神经嵴来源）缺乏表达，但本课题组在前期的研究中已经发现NELL-1 在股骨牵张成骨模型中可以促进皮质骨的形成。
在单纯应用NELL-1 因子治疗股骨头骨坏死时，我们发现，通过OPN 免疫组化染色可以发现骨边缘有大量表达OPN 的成骨细胞分布，验证了其促进成骨细胞分化及作用的机制。现有文献中没有其对于血管新生和破骨细胞系作用的报道，在本研究中发现VEGF 表达和TRAP 阳性破骨细胞均高于安慰剂组和假手术组，说明Nell-1 可能通过直接/间接的机制促进了血管新生和破骨细胞系的作用。
也就是说Nell1 在本研究中全面提升了修复反应。在组织学切片中可以发现股骨头内仍以活骨表现为主，存在明显的成/破骨活动，股骨头内破骨活动活跃，可见非常明显的囊性变。但Micro-CT 显示股骨头形态保持良好，股骨头体积、股骨头内骨量及骨矿物含量均高于假安慰剂组。在HE 染色可见骨小梁较假手术组厚度增加，在Micro-CT 计算中这两项数据未见统计学差异，考虑与大鼠股骨头骨小梁结构微细，在HE 平片中测量显示较细小的骨小梁厚度在10um-20um 范围，本实验所采用的27um 的分辨率在进行小梁厚度及间距计算时，因精度不足可能会影响此两项数据的准确性。我们将在后期实验中采用更高精度的Micro-CT 或采用不脱钙骨切片进行组织学测量以进一步的对此两项数据进行定量评价。
结合对标本的各种评价，我们可以发现在Nell-1 治疗组有更活跃的修复反应，股骨头内囊性变非常明显，显示成骨活动仍然滞后于破骨活动，但由于Nell-1 可以提高骨量和骨质量，并没有出现明显的塌陷，仍然较好的保持了股骨头的形状。其作用特异性在本实验中的优势表现明显，因为本实验采用右髋部局部给药，但并没有骨内给药，若使用特异性较低因子则可能出现肌肉内异位成骨，甚至关节融合表现。而在本实验中，则未发现异位成骨表现，显示其良好的安全性。
但我们同时也发现了Nell-1 用于骨坏死保头治疗存在的不足，其除了具有促进成骨细胞的作用之外，也可能通过某种直接或间接的方式促进了破骨细胞的活动；也就是说Nell-1 对于成骨/破骨系统均有促进功能，而且也并没有改变在骨坏死修复过程中成骨滞后于破骨的状态。在本实验中Nell-1 治疗组股骨头内出现了非常明显的囊性变，甚至空壳现象，虽然由于其良好的成骨活性，使其并没有出现类似安慰剂组的股骨头变扁，但需明确本组研究采用的是四肢负重的大鼠，患肢的负重可能很少甚至基本不负重，而人类为双足动物，髋关节达约3 倍体重；若将Nell-1 用于人类骨坏死的治疗则可能就并不能阻止股骨头的塌陷而良好的保头治疗的效果。
因此，若要实现股骨头坏死的真正有效治疗，必须要在股骨头坏死出现塌陷前调整成骨/破骨系统的功能，改变成骨滞后于破骨的状态，实现病程的逆转而不仅是病程的延缓。在使用Nell-1 用于骨坏死治疗时可以考虑使用具有成骨活性的其他因子/药物，进一步加强成骨细胞活动，以纠正成骨滞后于破骨的状态；如与Nell-1 具有协同作用BMP2，但必须考虑BMP2 易造成异位成骨的不足，在联合使用时应注意给药方式。或者可以采用联用具有抑制破骨细胞活性的因子/药物，如在实验一中已经证实具有保头治疗效果的二磷酸盐类药物，从而实现对修复反应的良好调控，以期达到更好的治疗效果。
在创伤性骨坏死的修复过程中，骨结构的破坏造成了关节功能的障碍。在本实验的动物模型中，我们观察到Nell-1 联合唑来膦酸具有抑制破骨并促进成骨的作用，具有明显的保持股骨头形状的作用。本研究在国内外首次将Nell-1 用于骨坏死的保头治疗，并根据其作用机制和骨坏死塌陷机制而联合唑来膦酸使用，具有比两者单独使用更好的疗效，证实了通过调控成骨/破骨系统可以改变骨坏死的病程进展。
如前所述本模型通过手术破坏股骨头及颈部的血运，成功建立了创伤性骨坏死动物模型，在安慰剂组，可见股骨头内广泛存在的空骨陷窝，且存在伴随的修复反应，存在死骨与活骨的修复界面，以及骨小梁结构的明显改变。通过Micro-CT 检查可发现股骨头形态变扁，股骨头体积减小，骨矿物量减小，存在明显的骨吸收现象。通过TRAP 染色、OPN 和VEGF 免疫组织化学染色可以发现，存在破骨细胞活动、血管新生活跃以及成骨细胞活动，显示存在骨修复反应。所以本模型是成功的股骨头骨坏死创伤性动物模型。与假手术组相比，在安慰剂组可以发现破骨细胞明显活跃，但成骨细胞活动并没有显著增加，从而造成了成骨活动落后于破骨活动，股骨头形态表现出明显的吸收表现。
我们认为这正是股骨头出现形态改变的原因。但同时因本模型所选用动物为大鼠，因为大鼠的骨终生都在成长，所以本模型应属于LCPD 模型。需要明确幼儿的LCPD 和成人的股骨头坏死在病理机制、自然病程和治疗方面都是不同的[1]。在未发育成熟的股骨头上所观察到的现象，并不能直接推广应用到成年人的股骨头上。
我们观察到在Nell-1 和唑来膦酸二者联合应用以后，体现为对破骨细胞的抑制和对成骨细胞的促进，对血管新生具有也具有一定程度的促进作用。Nell-1 和唑来膦酸联合应用后通过抑制破骨细胞的活动以及促进成骨细胞的活动和新生血管的形成而影响了死骨的修复过程。股骨头内以活骨表现为主，存在明显的成骨细胞活动。X-ray 测量股骨头高度宽度比显示其具有良好保持股骨头形态的作用，且较Nell-1 及唑来膦酸单独应用更好。Micro-CT 显示股骨头形态较安慰剂组好，股骨头内无明显囊性变，骨量及骨形态都保持良好。
虽然氯化锶对于破骨细胞的抑制作用并未显著停滞骨吸收而在Micro-CT 图像上有囊性变的表现，但结合TRAP 染色，可以发现氯化锶仍然较好的抑制了破骨细胞的活动，即便在血运良好的修复界面，也仅有很少TRAP 存在，但也应考虑TRAP 阳性细胞较少也与死骨数量很少有关。而通过VEGF染色，可以发现氯化锶具有较好的促进血管新生的作用，这在一定程度上加快了骨的修复反应而促进了死骨的吸收。在本研究中氯化锶治疗组，通过OPN 免疫组化染色可以发现骨边缘有大量表达OPN的成骨细胞分布，验证了其促进成骨细胞分化及作用的机制。同时骨矿物量及骨体积比的提高也显示出其很强的促进成骨的作用。
Nell-1 和唑来膦酸联合应用后体现出和锶盐类似的抑制破骨，促进成骨和血管新生的作用，但是治疗效果上则Nell-1 和唑来膦酸联合应用则体现出明显的优势，一方面表现为股骨头外形的更好保持，一方面则是股骨头内骨小梁结构的保持和骨量的保存，另外则是未出现异位成骨。我们认为出现股骨头更好保头作用是因为其更好的调控了成骨/破骨系统，通过组织学观察可以发现唑来膦酸具有强于锶盐的破骨作用，从而能使得Nell-1 的加强后的成骨作用未明显滞后于破骨，骨内为死骨与活骨交替存在，但以活骨为主。显示其具有使在维持股骨头外形的情况下将股骨头内死骨置换为活骨的能力，从而可能实现骨坏死病程的逆转。同时因为其调控作用由两种因素协同完成，我们有望通过调整两种治疗因素的比例而实现对成骨/破骨的个体化调控，适应于不同的病理状态。如前所述，我们认为若要实现股骨头坏死的真正有效治疗，必须要在股骨头坏死出现塌陷前调整成骨/破骨系统的功能，改变成骨滞后于破骨的状态，实现病程的逆转而不仅是病程的延缓。所以Nell-1 和唑来膦酸联合应用有望在股骨头塌陷前实现股骨头骨坏死的治愈。
本研究也存在着不足，如未充分观察Nell-1 和唑来膦酸的作用周期，未观察用药对于全身其他部位/脏器可能存在的影响。同时因为本实验采用的动物模型为四足模型，髋关节负重较少，甚至在出现骨坏死之后可能基本不负重，且采用的为未成熟的动物模型与成人机制不全相同，所以本结果不能直接认为其对于人类的股骨头坏死治疗同样有效。我们还需要进行生物力学检测，以及采用更好的动物模型，如前期研究中建立的鸸鹋动物模型进行进一步的验证。
综上所述，我们认为Nell-1 和唑来膦酸联合应用可以促进成骨细胞，抑制破骨细胞和促进血管新生，保存骨量和股骨头形态，具有良好保护股骨头外形的作用。有望逆转股骨头骨坏死的病程进展而在股骨头塌陷前实现股骨头骨坏死的治愈。
五、组织工程技术调节成、破骨过程治疗

股骨头骨坏死防止股骨头塌陷对于已经部分塌陷的股骨头，目前常采用的方法是挖除死骨，填充不同的骨植入材料。对于单纯的松质骨缺损，自体骨植入显著优于其它植骨材料，但对于股骨头负重区的骨缺损，单纯植骨的效果并不理想，目前所有植骨材料的都集中强调植骨材料的降解速度应该与成骨速度向匹配，即在骨生成的同时材料降解。
对于游离自体松质骨植骨，植入骨的修复和再生过程与松质骨发生骨坏死的情形类似，其修复过程分为三个阶段，第一阶段是血管长入以及间质母细胞的侵入，在犬的动物模型中此过程发生于植骨后3 周内；第二阶段发生于植入骨无活性骨小梁上的成骨细胞并行性新骨形成与破骨性骨吸收现象的组合，发生于植骨后3～12 周；第三阶段发生于植骨后3～6 个月，骨小梁进行再塑形和重新排列，此阶段受骨折部位的力学因素的影响；实验动物模型显示植骨一年后再塑形趋于停止。游离植骨的本质是植骨首先提供了一个被动的骨传导系统，作为支架以利受体骨组织的长入，随后植入骨通过骨诱导的过程刺激成骨。但对于股骨头这样的负重部位，要想尽快地实现植入材料与受区之间的骨性整合，就必须进行整体结构性植入。所以，尽管本研究对照组对骨缺损进行了打压植骨，但在维持股骨头的力学强度上，打压植骨本身不具有任何意义，因为这样并不能改变股骨头的应力应变分布。所以在植入初期，股骨头的应力传导主要由周围正常的骨质实现的，尽管在股骨头中部骨质结构恢复了正常，但在股骨头负重区，由于松质骨粒本身缺乏所需的力学强度，所以不能防止股骨头的塌陷。这也是一些研究采取自体或异体骨打压植骨治疗ANFH 存在争议的焦点之一，因为这从力学上没法予以合理的解释。
但是必须明白，异体或异种骨植入材料并不能改变骨生成的本质过程，也不能改变“爬行替代”成骨过程中的力学强度减低。为此，我们制备了双相磷酸钙生物陶瓷三维多孔仿生支架，利用其吸收较慢的特点，阻止破骨细胞对其结构的破坏，由于其弹性模量与松质骨弹性模量接近，所以复合骨髓间充质细胞后，不仅能够防止骨修复过程的力学强度减低，还能够为植入的骨髓间充质细胞提供空间，有效地发挥其作用。
实验结果表明，我们制备的组织工程支架具有良好的孔隙结构，其轴向的弹性模量和强度达到464.67±36.03MPa 和5.62±0.78MPa，虽然与犬股骨头的相应参数（弹性模量 566.10±56.84MPa，强度 12.06±3.24MPa）有统计学差异，但在弹性模量上已经接近犬股骨头松质骨的弹性模量。根据我们的前期研究结果——植入材料的弹性模量与股骨头越接近，股骨头内部的应力应变分布也就越接近正常。另外，支架的结构完整，内部大孔孔隙率达到60％以上，其主要成分为HA 和β-TCP，与天然骨的无机成分相似，具有良好的适合血管及骨组织长入的孔隙结构，支架的细胞相容性良好。复合MSCs 至BCP 支架植入股骨头骨缺损30 周后，材料与周围骨组织接触良好，与周围骨床紧密结合，骨组织沿支架表面大量生长。支架在股骨头内的结构保持完整，未见支架塌陷。实验动物的髋关节活动良好。另外，生物陶瓷支架在长轴方向具有与受区股骨头骨质相近的弹性模量和必要的初始力学强度，材料成份与自然骨的无机成份类似，具有良好的骨传导性，能很快地实现与周围骨质的整合，维持了股骨头力学结构的完整性；另一方面，本研究所用的仿生生物陶瓷支架属于多孔材料，其成骨的过程不需要进行“爬行替代”，而是成骨细胞在支架小梁表面直接成骨，新生骨质包绕骨小梁，支架植入骨缺损内的力学特性随时间的延长呈现逐渐增加的趋势，这从机理上实现了及时恢复股骨头整体力学强度的要求，从某种程度上改变了骨缺损愈合的机制，并在本实验的研究结果中得以证实。
六、总结与展望
我们在研究股骨头骨坏死塌陷机制的基础上，研究股骨头骨小梁微观结构改变与股骨头塌陷之间的关系，因为股骨头骨坏死本身并不可怕，可怕的是骨坏死后造成的股骨头塌陷而进一步造成的髋关节头臼不称。因此，我们在研究股骨头骨坏死致病因素之外，更应该强调防止股骨头塌陷的治疗。因为在股骨头骨坏死的初期，坏死区骨小梁本身的力学强度并没有改变，但是修复过程启动以后，新生血管张入，因为相当一部分新骨的生成首先要对死骨进行破骨活动，然后再在此基础上进行成骨活动，正是因为前一阶段的破骨活动，导致了骨小梁的力学强度减低，导致了骨密度增加区与相邻无血管区之间交界处的应力集中现象。这一现象是骨的修复过程本身所固有的现象，是骨的修复反应在前，载荷反复作用导致的疲劳骨折在后。股骨头塌陷的根本原因是修复反应导致了骨力学强度的减低。也就是说，对于股骨头骨坏死本身，自然所赋予的骨再生过程是导致股骨头坏死塌陷的“罪奎祸首”。
现代医学技术的发展使我们能够对骨的生成过程进行更加深入的理解与认识，也有机会调节骨的生成过程和成骨的方式，改变股骨头骨坏死自身修复过程中的力学强度减低，防止股骨头骨坏死塌陷。我们愿和全国的骨科同道一起，密切合作交流，揭开股骨头骨坏死治疗的新篇章。