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Trueta:成年男性股骨头的血管解剖
发布日期: 2024-06-11 作者: 半岛全站入口/直缝焊管
虽然基于形态学外观进行功能的推测是危险的,但是我们可能认为,当细长的传入血管流入到宽大的血窦中时,其中的血流速率必须明显减慢。
股骨头的血液供应是一个很复杂的话题,迄今关于股骨头颈部血供的研究已超越百年。为便于医学同道更清楚了解股骨头颈部的血供解剖,也为广大非专业人士普及医学知识,本公众号将陆续推出股骨头血供专题。
●在牛津大学期间重点研究了“挤压伤中肾脏的循环衰竭、骨骼的毛细血管循环、成牙骨质细胞的起源”等,1953年在Bone and Joint surgery杂志发表《成人股骨头正常血供解剖》,1966年退休后从英国返回自己的祖国 本文介绍成人股骨头正常血管解剖。这项工作主要是为研究髋关节骨性关节炎伴随的血管变化提供证据,因此没有详细说明股骨头动脉的关节外走行和解剖学变化,它们另有他人详细描述。
在过去,这个主题被两种不一样的研究人员关注:一组是外科医生和解剖学家,确定了动脉将血液运输到股骨近端,但对明确这些血管在骨内的规律不太感兴趣。另一组是病理学家和血液学家,更关注骨内最精细血管的结构和排列,主要与造血有关。
Palletta(1820),Cooper(1823),Sappey(1861)和Langer(1876)是19世纪的worekers之一(编者注:目前看worker这个词和研究人员不大匹配,作者当年的用意不得而知,为尊重大师的意见,保留原汁原味的用词,不过从“工匠精神”去理解,倒也很合适),他们研究血管进入股骨上端的血管;最近几年,Lexer(1904)等人对它们进行了跟踪,Nussbaum(1024),Kolodny(1925),Logroscino(1934),Vereby(1942),Wolcott(1943),Tucker(1949)和Howe等(1950)。
对骨内细小血管解剖学知识早期贡献最突出的一些教授是Neumann(1869),Langer(1876),Rindfleisch(1880)和Van der Stricht(1892)以及后来的workers包括Doan(1922年和1925年)、Drinker(1922年)及其同事。在致力于大血管的研究中,一旦确定了主要的动脉通路,进一步的报告往往集中在讨论骨骺板是否在生长期间构成了骨骺和干骺端循环的绝对屏障,以及什么动脉主要供应股骨头;如果有的话,股骨头的血液供应大多数来源于韧带动脉。并行讨论小血管的解剖涉及骨髓内的毛细血管循环是部分开放的,还是封闭系统。
14岁股骨头标本的冠状切面显微照片 (a.位于骺板浅层的骨板 b.关节软骨)
72岁的股骨头标本X线片 放射不透明的区域,即 骨骺瘢痕 ,其位置与骺板在生长过程中所处的位置相近。
我们已经观察到构成骨骺瘢痕的板层骨紧邻生长软骨的骨骺侧,但是瘢痕并不意味着充当“骨性连接”的骺板内产生的致密骨化。在图1和2中能够准确的看出,股骨头上方骨骺在生长期期间或之后并不形成整个股骨头,在两个时期,骨干的近端部分、干骺端参与形成股骨头的实质部分并被关节软骨覆盖(b,图1)。
这项研究所涉及的股骨头均来自人类死亡后的标本。由于一些不可控因素,如血管痉挛、血管内凝血,在灌注“血管树”的过程中偶然存在造影剂灌注用量加大,这些无意义的结果被排除在本文之外。本报告所依据的分析材料如表I所示。
36个标本的年龄分布情况 用于使骨内血管可视化的技术基于先前在另一项循环问题的研究中描述的那样(Trueta等,1947)。股骨近端的动脉注射了很多材料:在大多数情况下,通过旋股内动脉注射,但也使用了髂总动脉和股动脉。 本研究中使用的注射剂为硫酸钡悬浮液(Ardran 1953)、10%胶体碘化银、2%柏林蓝和氯丁橡胶乳胶溶液。钡悬浮液和不透射线的胶体银能够直接进行放射学分析,并在必要时进行X线显微照相;通过不同的技术研究了其他注射介质。血管树的Neoprene乳胶铸型,通过动脉注射Neoprene后用酸消化骨和骨髓获得,可在水下解剖;Spalteholz技术使骨骼和骨髓变得透明,使得先前通过一次或多次注射填充的血管可以通过双目解剖显微镜在整一个完整的过程中观察。我们采用了许多不同的方法来揭示血管,以便最大限度地减少用任何一种技术可能会产生的解释错误。
射线照片是在每个注射了不透射线的标本前后位和中心侧位拍摄。样品被锯成大约四分之一英寸厚的切片,切片平面随样品而变化。将这些切片与其截面平面成直角进行X线显微照相,然后脱钙;当该过程完成时,重复上述所有X线显微照相,能够最终靠将几个切片装配在一起来重建样本。在许多情况下,对任何或所有上述投影采取立体X射线照片。使用的X线显微照相技术是Barclay(1951)描述的技术。
对较小血管的研究主要通过从注射材料获得的组织学制剂的显微镜检查来实现。将包含在20%低粘度硝酸纤维素中的组织切割成15μ或约400u的厚度。前者用Hansen苏木精和曙红染色,较厚的切片用低倍显微镜检查。
我们发现,在发育过程中建立的血管模式在成年时不会被替换,且在整个生命过程中持续存在;因此,即使在高龄阶段也可以称骨骺和干骺端循环;我们将在下面说明,当这两个区域因软骨边界消失而融为一体时,它们的血液循环仍然保留了各自的独立性。骨骺和干骺端通常从不同的来源接收血液,我们将根据目的地将血管称为骨骺动脉和干骺端动脉。通过参考它们进入骨骼的部位(图3),骨骺动脉被命名为外侧和内侧,干骺端动脉被命名为上干骺端和下干骺端动脉。外侧骨骺和两组干骺端动脉通常来自旋股内侧动脉,内侧骨骺动脉来自闭孔动脉髋臼分支的韧带内动脉。
a,a,a -外侧骨骺动脉,b-内侧骨骺动脉,c-上干骺段动脉,d-下干骺端动脉
详细评估了这些血管在每个区域内的相对贡献,为了能够更好的保证准确性咱们进行了15次注射,注射质量保证每个动脉的较细分支均尽可能遵循其规律。结果发现外侧骨骺动脉供应股骨头骨骺,下干骺端动脉供应干骺端。在7例标本中,外侧骨骺动脉至少供应了骨骺的五分之四,另外7例标本中供应了三分之二,有1例标本中供应范围略多于一半。下干骺端动脉提供股骨头内大约三分之二的干骺端组织。这些比例仅代表更常见的分布,一定要注意到常见的变异情况;例如,来自圆韧带动脉的血供在某些情况下可忽略不计或缺如。
图4 X线显微照片 外侧骨骺动脉在进入股骨头之前分叉,在进入股骨头内的最初一小段距离呈螺旋形走行。
图5 外侧骨骺动脉的矢状面断层图 该切面显示图4位置的动脉位于纤维鞘中心,该纤维鞘中还包含有4条静脉。
这些骨骺动脉主干发出的分支的主要进入骨骺和和朝向关节面方向;相比之下,对干骺端的血流很小。骨骺动脉以下列方式形成具有特征性的动脉弓排列方式:分支从主干分出后以近乎90度的方向拐向关节面方向,无论在冠状位(图6),矢状位(图7)或水平位,这种放射状排列均可见到。相邻的血管以这种大致平行的方式延伸到关节面边缘,形成类似拱门的侧面,直径相同的交通支在关节面下连接相邻的血管形成拱形的顶部(图8至10)。拱形的顶点,像支撑柱一样朝向关节面,并且从这些拱门发出进一步的分支,这些次级分支以同样的方式分布。在骨骺动脉主干和关节软骨面之间,有2~3层这样的拱形结构。立体研究表明,任何一个放射状延伸的分支都可以贡献到不同平面上的几个拱门上;就好像一系列的喷泉以这样的方式被喷射,以至于任何一个喷泉都喷到了周围邻居的水柱上。这种细小的骨内动脉特征性分布模式是骨骺血运的一个特征,而不单单是外侧骨骺动脉分支的特征;从内侧骨骺动脉产生的分支的表现与之完全相同。
图675岁的股骨头冠状位标本 外侧骨骺动脉清晰可见,该血管将上方骨骺内的动脉拱和下方干骺端血管区分开。
骨骺动脉位于标本中心的上方,发出分支到整个骨骺,在此切片中呈倒月牙形。下方的大血管是下干骺端动脉主干,它的分支和骨骺动脉相交通。
干骺端动脉模式(图3,图6,图7,图12和图23):通常有两条,三条或四条来自于外侧骨骺动脉束的上骨骺动脉,这些动脉从关节软骨边缘进入股骨颈的上方一段距离后, 垂直向下进入骨内;当它们通过大约四分之一股骨颈的时候,突然转向前内侧,以平滑的曲线走向先前骺板所在的位置。下干骺端动脉紧贴关节软骨的下缘进入骨组织。通常有一个直径比该组中的任何其他血管粗的血管,发出一个短螺旋形向骨骺走行的分支。从干骺端分出的小血管分支分布在整个干骺端;这里没有骨骺中看到的吻合系统,而且这种模式更像是一种管径逐渐减小的分支血管,按直线或一定角度朝向骨骺走行。 术语“上、下干骺端动脉”所指的血管束在某些方面不如外侧、内侧骨骺动脉更明确。在它们进入骨组织之前,干骺端动脉在滑膜下频繁交互吻合,证实了早前Hunter(1743年)以他名字命名的关节血管网模式。在股骨颈前部常缺乏血供,“关节的血管边界”最明显优势在上部和下部,正是在这里找到了运行到干骺端的主要动脉。股骨颈后部的小动脉很频繁地进入干骺端,但我们没将这些描述为一个单独的干骺端血管束,而是更倾向于强调主要来源。
图11右侧股骨头内螺旋形吻合血管的显微照片,这是能看到的连接股骨头骨骺和干骺端循环系统的最小血管造影。
血管树随年龄增长的变化:在这项研究中,我们检查了年龄在20到100岁之间的人类股骨头标本,对没有因年龄增长而造成血管树缺失的结果感到印象非常深刻(图12)。经个人会使用任何技术却看不到的一个或多个血管,并没有证明它们不存在。依照我们的经验,从未实现过动脉树的完全填充;在随后的组织学切片中产生了我们最好的血管造影,但截止到现在还有未被填充的区域。无论这种失败是由于我们现有方法的粗糙,还是由于像其他作者(Richards和Schmidt 1924,Krogh 1929)描述的在其他器官发生的间歇性循环原因,尚不能定论。当然,已经观察到其他组织中静息区的血管极难通过注射填充造影剂。
镜下观没有将骨髓分为黄色和红色的明确区分;这两种形式逐渐融合在一起,并且存在无数种骨髓类型,从完全细胞到完全脂肪。红色的,细胞骨髓由网状纤维的嗜银网状组织构成,网状纤维附着在网状细胞上。在这个网内发现了各种各样的血细胞,显示出所有发育程度,偶尔的脂肪细胞和高度特征的宽敞薄壁血管,静脉窦(图16)。在黄骨髓中(图17)脂肪细胞实际上已经取代了所有别的类型的细胞;散布在脂肪之间的是毛细血管大小的血管。
显微照片显示造血骨髓(图18)和脂肪骨髓(图19)内的血管,在以下两张图的左下角均可看到输入血管:
图19 输入血管分布在脂肪细胞小叶之间的毛细血管没有血窦。向右下角延伸的大型不规则血管是一条静脉,其分支来自于毛细血管床。
骨髓的小动脉在外观上是单一的,因为在整个走行中它们的管径很少或没有减少,分支大小与它们大致相同;在它们通过骨髓的过程中,他们追求直线路线,通过急转弯改变方向。由小动脉传递的血液最终到达两个可用目的地之一,即红骨髓的血管窦(图18)或脂肪骨髓的毛细血管(图19)。造血区域的薄壁血管,无论它们是否位于骨内,都采用血窦的形式(图20至22)。这些结合形成不规则的凸起和丰富的吻合网络,这些网络对应于红骨髓的小叶;数条毛细血管将血液从各个方向带到每个血窦。尽管血窦的尺寸是普通毛细血管的数倍,但它们的管壁与毛细管壁一样薄。我们还未曾发现由于窦壁中的窗孔引起开放性循环的任何证据,但一定要注意的是,由于血管壁破裂外渗的注射材料总是发生在血窦内(图23)。
图23 股骨头冠状切片的血管造影(70岁标本),干骺端内不透明的不规则区域主要是红骨髓的血窦,在灌注柏林蓝时颜料外溢的区域。
关节软骨与骨内血管的关系:- 正常关节软骨是缺乏血运的,但在两种情况下它与毛细血管产生联系:在其深部附着面及其周围边缘。与骨紧密接触的软骨基底层发生钙化,软骨下骨没形成将其与股骨头内的循环绝对隔离的屏障。骨髓中的前毛细血管通过软骨下骨中的管道(图25至27)在钙化软骨的深面形成单个宽大的毛细血管环,后毛细血管小静脉从这些血管环返回到骨髓。这种针对软骨深层规则排列的单个毛细血管系统与骨髓循环中看到的不同,似乎特定于软骨-骨质连接。我们没办法确定正常关节软骨周围的滑膜下组织中毛细血管的任何特定排列。
图25 关节软骨和骨交界处的显微照片,软骨下骨中的穿通管通向软骨的钙化层,不规则的水平波浪黑线表示钙化的软骨浅层。
图26-27 两个不同的标本,显示上方关节软骨和下方骨质之间的连接部分,4条血管从软骨下骨通向软骨钙化层,尽管这个未染色的切片厚达400μm,上方不规则的边界还是能被清楚地辨别出来。
静脉:我们对静脉解剖的了解尚不完整。来自毛细血管和血管窦的静脉根较宽(图28),并且比同等动脉更不规则。在某些区域,例如干骺端下部,血窦输出的小静脉很快就会变成宽大的薄壁静脉(图29);其他较小口径的静脉通常独立于动脉的行程,当它们围绕动脉旋转时(图30)或与另一条静脉相关,一侧一条(图31)。在横截面中,即将离开股骨头的较大静脉呈现出特征性的椭圆形外观,因为它们位于先前提到的纤维鞘中的动脉附近(图5)。
图31 动脉(黑色,柏林蓝灌注)两侧各有一根伴行静脉(白色,钡灌注),右侧是引流入静脉的血管窦。
在我们连续注射两种不一样的颜色的材料后进行的某些观察,有证据怀疑骨内是不是真的存在动静脉的直接吻合。但到目前为止,我们还没能完全满意地证实这些。
我们已经强调,在成年甚至在老年阶段,我们都无法检测到股骨头内动脉树富集度的任何下降,我们对 文献(Langer 1876,Walmsley 1915,Lang 1916,Kolodny 1925,Cheynel1947和Etienne and Granel 1949)提及的相反理论的唯一解释就是它们是基于技术错误和阴性发现做出的错误解释。老年受试者血循的这种完整性与软骨变性和骨关节炎的其他特征的关系尤其有必要注意一下,这些特征在关节研究中随年龄增长(Heine 1926,Bennett et al 1942)越来越常遇到。在另一项工作中,我们已确认髋关节中这些变化的发生。本报告表明,这些现象和股骨头内任何一般性缺血没有提前或同时出现。我们已发现伴随骨关节炎各个阶段和病变血运模式的显著变化,这将在随后的论文中详细阐述。 骨骺动脉模式终身持续存在,其中占主导地位是 外侧骨骺动脉,这一认识有助于我们理解,与外展型骨折相比,股骨颈内收型骨折后股骨头坏死发生率增加。在前一种类型中,外侧骨骺动脉位于组织最大撕裂部位,而在外展型骨折中,这些重要血管不会受到相同的损伤风险。 软骨的营养已成为大量研究的主题,但仍然是一个尚未解决的问题。本研究为此做出了贡献,揭示了指向软骨的毛细血管系统的存在:从软骨下循环系统向软骨输送营养物的解剖途径。软骨下板的管道及其终端接近软骨钙化层,在未经注射造影剂的普通组织切片中能够正常的看到,和Holmdahl和Ingelmark最近强调的一致(1950)。 在我们的研究材料中常常看到螺旋形动脉。它们常常存在于滑膜中,另外给我们留下深刻印象的部位是在外侧骨骺和下干骺端血管最初的一段骨内走行的频率,这一个位置是原 生长板的位置及近干骺端的中心。在骨骺中发现它们的情况并不常见。它们在滑膜和主干血管进入股骨头的位置可能表明螺旋形状可以使这些血管适应关节运动的需要;但这种解释不适用于位于头部深处的那些螺旋血管。后者与红骨髓形成位点的接近性提示了血管形成之间有几率存在某种相关性的假设-假设这不是注射假象和造血。从事卵巢研究工作的Reynolds(1948)和从事睾丸工作的Harrison与Weiner(1949),已经考虑了与这些器官相关的螺旋动脉可能与那里发生的细胞增殖必需的条件相关。 我们给出的骨髓 毛细血管和血窦的描述与文献可寻的存在很大差异,我们大家都认为可能有两个原因可以解释这一点。首先,以前的研究人员主要研究动物组织;其次,在过去是基于对薄层显微切片(小于20μm)研究做出的解释;我们得知后者不仅对血管方向没有信息,而且具有误导性。黄骨髓中最细的吻合血管是真正的毛细血管;由Minot(1899-1901年)创造的血窦一词,首先由Doan(1922)应用于造血骨髓血管的称谓,在我们看来它是一个恰当的名称,因为它将这些血管与黄骨髓内的毛细血管区分开来。血窦在形态上不像毛细血管,它们的形式也不能表现后一种血管固有的功能。Doan(1922,1925)使用动物材料,认为“静脉窦发挥正常血管床的基本功能,促进骨髓内血液循环;即它们非常大程度上与其他器官的毛细血管相对应。”利用特殊的饥饿技术,他使鸽子的骨髓发育不良,然后能够在其中展示“迄今为止未曾预料到的最广泛的毛细血管系统”。他认为这些后来的血管不是动脉和静脉之间的连接,而是血窦与血窦之间的连接,它们进入的结构是呈锥形扩大的管腔;就活跃的血液循环而言,这种毛细血管床通常不是固定结构的并且在功能上是休眠的;在骨骺中,毛细血管围绕着每个脂肪细胞。我们在这里列举了Doan所描述的隐匿循环与我们大家常常发现的在正常脂肪骨髓中存在的结构之间的差异;我们在材料中没看到像Doan所描述的塌陷的血窦间毛细血管床。他认为这些毛细血管是红细胞生成的部位,并且在骨髓活动增加的条件下,它们可能会被推向血液循环,如贫血症(见下文)。无论它们的造血潜力是什么,我们都能够准确的通过它们的分布和形态来判断,我们上面描述的毛细血管床符合脂肪细胞代谢的需要。 我们已描述了成人骨骺和干骺端血管之间的区别,并且骨骺血管的一个显著标志是拱形动脉模式。我们还看到,这种模式与骨骺的脂肪骨髓之间的共同关联并不是不可改变的。血管形式和骨髓类型之间的恒定关联仅在动脉树的最细分支中发现。这里的毛细血管网是黄骨髓的血管对应,血窦和红骨髓对应。这在贫血状态中得到了充分证明,对红细胞的需求增加导致骨骺骨髓从黄色转变为红色。在这种情况下,骨骺的动脉拱形模式没有变化,但先前脂肪骨髓的毛细血管网被血窦取代。在这个循环水平上,只有两种类型的血管,即毛细血管和血窦,我们很难回避这样一个 结论:造血组织的这种延伸与毛细血管转变为血窦伴随发生。
虽然基于形态学外观进行功能的推测是危险的,但是我们可能认为,当细长的传入血管流入到宽大的血窦中时,其中的血流速率必须明显减慢。由此形成的缓慢循环可能部分地导致转移性肿瘤沉积和某些骨内感染原的停滞和定位。
3.描述了骨髓内两组形态不同的小动脉和小静脉:一个真正的毛细血管床,主要位于脂肪骨髓内;另一种由血窦构成,位于红骨髓内。必须要格外注意,这些发现与当前观点偏离。
5.没有任何证据支持这一传统观点:股骨头内的血液循环量会随年纪的增长逐渐减少。
很高兴在我们的研究过程中得到了许多人的帮助。特别是,牛津大学医学研究所Nuffield医学研究所的GM Ardran博士,不仅提供了所有的放射设备,而且经常向咱们提供他对研究结果的理解。布宜诺斯艾利斯的F. Schajowicz博士在这个中心工作了四个月,他完全了解运动系统的显微解剖学知识。他介绍了许多有价值的组织学和显微照相技术,他最早向我们指出了上述骨髓的分区。然而,我们最感激他从不言失败的激情。感谢牛津大学Radcliffe医院病理科主任Robb Smith博士和牛津Cowley医院院长Cosin博士为咱们提供的验尸设施。最后,我们要感谢本中心摄影部门和病理学实验室的工作人员,特别是我们的实验室技术人员Hill先生,感谢他为本次研究所涉及的每一个技术过程提供的宝贵帮助。