Modern View on Pathogenesis of Non Traumatic Osteonecrosis


Cite item

Full Text

Abstract

Non traumatic osteonecrosis of the femoral head is one of the leading causes of hip function loss in young patients. At the late stages of this disease the only way to restore motor activity is total hip arthroplasty. Literature review presents the systematic analysis of the most significant causes of this disease (long-term intake of corticosteroids, alcohol abuse, thrombophilia). Pathogenetic mechanisms of femoral head vascularization disturbance are considered. In recent decades the fundamental genetic studies enabled to establish that pathogenesis of femoral head osteonecrosis is based on the polymorphisms of genes that ensure coagulation cascade, and angiogenesis disturbance.

About the authors

M. A Panin

Russian University of Peoples’ Friendship

Email: panin-mihail@yandex.ru
cand. med. sci., chair of traumatology and orthopaedics, RUDN University Moscow, Russia

N. V Zagorodniy

Russian University of Peoples’ Friendship

член-корр. РАН, доктор мед. наук, профессор, зав. кафедрой травматологии и ортопедии РУДН Moscow, Russia

N. N Karchebnyi

Moscow City Clinical Hospital # 17

канд. мед. наук, зав. отделением травматологии ГКБ № 17 Moscow, Russia

I. A Sadkov

Russian University of Peoples’ Friendship

аспирант кафедры травматологии и ортопедии РУДН Moscow, Russia

A. S Petrosyan

Moscow City Clinical Hospital # 17

канд. мед. наук, врач травматолог-ортопед ГКБ № 17 Moscow, Russia

A. R Zakirova

Russian University of Peoples’ Friendship

канд. мед. наук, доцент кафедры травматологии и ортопедии РУДН Moscow, Russia

References

  1. Sakaguchi M., Tanaka T., Fukushima W. et al. Impact of oral corticosteroid use for idiopathic osteonecrosis of the femoral head: a nationwide multicenter case-control study in Japan. J. Orthop. Sci. 2010; 15 (2): 185-91. doi: 10.1007/s00776-009-1439-3.
  2. Phemister D.B. Repair of bone in the presence of aseptic necrosis resulting from fractures, transplantations, and vascular obstruction. 1930. J. Bone Joint Surg. Am. 2005; 87 (3): 672.
  3. Chandler F.A. Coronary disease of the hip. 1949. Clin. Orthop. Relat. Res. 2001; (386): 7-10.
  4. Atsumi T., Kuroki Y., Yamano K. A microangiographic study of idiopathic osteonecrosis of the femoral head. Clin. Orthop. Relat. Res. 1989; (246): 186-94.
  5. Glimcherand M.J., Kenzora J.E. The biology of osteonecrosis of the human femoral head and its clinical implications. III. Discussion of the etiology and genesis of the pathological sequelae; commments on treatment. Clin. Orthop. Relat. Res. 1979; (140): 273-312.
  6. Jones L.C., Mont M.A., Le T.B. et al. Procoagulants and osteonecrosis. J. Rheumatol. 2003; 30 (4): 783-91.
  7. Glueck C.J., Freiberg R.A., Oghene J. et al. Association between the T-786C eNOS polymorphism and idiopathic osteonecrosis of the head of the femur. J. Bone Joint Surg. Am. 2007; 89 (11): 2460-8. doi: 10.2106/jbjs.f.01421.
  8. Lieberman J.R., Berry D.J., Mont M.A. et al. Osteonecrosis of the hip: management in the 21st century. Instr. Course Lect. 2003; 52: 337-55.
  9. Jones J.P. Jr. Alcoholism, hypercortisonism, fat embolism and osseous avascular necrosis. 1971. Clin. Orthop. Relat. Res. 2001; (393): 4-12.
  10. Kemper J.W., Baggenstoss A.H., Slocumb C.H. The relationship of therapy with cortisone to the incidence of vascular lesions in rheumatoid arthritis. Ann. Intern. Med. 1957; 46 (5): 831-51.
  11. Koo K.H., Kim R., Kim Y.S. et al. Risk period for developing osteonecrosis of the femoral head in patients on steroid treatment. Clin. Rheumatol. 2002; 21 (4): 299-303.
  12. Inoue S., Horii M., Asano T. et al. Risk factors for non- traumatic osteonecrosis of the femoral head after renal transplantation. J. Orthop. Sci. 2003; 8 (6): 751-6. doi: 10.1007/s00776-003-0716-9.
  13. Nagasawa K., Tada Y., Koarada S. et al. Very early development of steroid-associated osteonecrosis of femoral head in systemic lupus erythematosus: prospective study by MRI. Lupus. 2005; 14 (5): 385-90. doi: 10.1191/0961203305lu2103oa.
  14. Warner J.P., Philips J.H., Brodsky G.L., Thornhill T.S. Studies of nontraumatic osteonecrosis. Manometric and histologic studies of the femoral head after chronic steroid treatment: an experimental study in rabbits. Clin. Orthop. Relat. Res. 1987; (225): 128-40.
  15. Cui Q., Wang G.J., Su C.C., Balian G. The Otto Aufranc Award. Lovastatin prevents steroid induced adipogenesis and osteonecrosis. Clin. Orthop. Relat. Res. 1997; (344): 8-19.
  16. Yin L., Li Y.B., Wang Y.S. Dexamethasone-induced adipogenesis in primary marrow stromal cell cultures: mechanism of steroid-induced osteonecrosis. Chin. Med. J. 2006; 119 (7): 581-8.
  17. Kitajima M., Shigematsu M., Ogawa K. et al. Efects of glucocorticoid on adipocyte size in human bone marrow. Med. Mol. Morphol. 2007; 40 (3): 150-6. doi: 10.1007/ s00795-007-0367-6.
  18. Wang B.L., Sun W., Shi Z.C. et al. Decreased proliferation of mesenchymal stem cells in corticosteroid-induced osteonecrosis of femoral head. Orthopedics. 2008; 31 (5): 444.
  19. Wang Y., Yin L., Li Y. et al. Preventive effects of puerarin on alcohol-induced osteonecrosis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2008; 466 (5): 1059-67. doi: 10.1007/s11999-008-0178-7.
  20. Varoga D., Drescher W., Pufe M. et al. Differential expression of vascular endothelial growth factor in glucocorticoid-related osteonecrosis of the femoral head. Clin. Orthop. Relat. Res. 2009; 467 (12): 3273-82. doi: 10.1007/ s11999-009-1076-3.
  21. Kabata T., Matsumoto T., Yagishita S. et al. Vascular endothelial growth factor in rabbits during development of corticosteroid-induced osteonecrosis: a controlled experiment. J. Rheumatol. 2008; 35 (12): 2383-90. doi: 10.3899/ jrheum.070838.
  22. Drescher W., Bunger M.H., Weigert K. et al. Methyl- prednisolone enhances contraction of porcine femoral head epiphyseal arteries. Clin. Orthop. Relat. Res. 2004; (423): 112-7.
  23. Drescher W., Schneider T., Becker C. et al. Effect of methylprednisolone on reperfusion after femoral head ischemia. Clin. Orthop. Relat. Res. 2002; (402): 270-7.
  24. Felson D.T., Anderson J.J. Across-study evaluation of association between steroid dose and bolus steroids and avascular necrosis of bone. Lancet. 1987; 1 (8538): 902-6.
  25. Iida S., Harada Y., Shimizu K. et al. Correlation between bone marrow edema and collapse of the femoral head in steroid-induced osteonecrosis. AJR Am. J. Roentgenol. 2000; 174 (3): 735-43. doi: 10.2214/ajr.174.3.1740735.
  26. Zaidi M., Sun L., Robinson L.J. et al. ACTH protects against glucocorticoid-induced osteonecrosis of bone. Proc. Natl Acad. Sci. U S A. 2010; 107 (19): 8782-7. doi: 10.1073/pnas.0912176107.
  27. Zhong Q., Sridhar S., Ruan L. et al. Multiple melanocortin receptors are expressed in bone cells. Bone. 2005; 36 (5): 820-31. doi: 10.1016/j.bone.2005.01.020.
  28. Matsuo K., Hirohata T., Sugioka Y. et al. Influence of alcohol intake, cigarette smoking, and occupational status on idiopathic osteonecrosis of the femoral head. Clin. Orthop. Relat. Res. 1988; (234): 115-23.
  29. Wang Y., Li Y., Mao K. et al. Alcohol induced adipogenesis in bone and marrow: a possible mechanism for osteonecrosis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2003; (410): 213-24. doi: 10.1097/01.blo.0000063602.67412.83.
  30. Suh K.T., Kim S.W., Roh H.L. et al. Decreased osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells in alcohol-induced osteonecrosis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2005; 431: 220-5.
  31. Chao Y.C., Wang S.J., Chu H.C. et al. Investigation of alcohol metabolizing enzyme genes in Chinese alcoholics with avascular necrosis of hip joint, pancreatitis and cir- rhosis of the liver. Alcohol Alcohol. 2003; 38 (5): 431-6.
  32. Paul-Jones J.Jr. Intravascular coagulation and osteonecrosis. Clin. Orthop. Relat. Res. 1992; (277): 41-53.
  33. Al-Mousawi F.R., Malki A.A. Managing femoral head osteonecrosis in patients with sickle cell disease. Surgeon. 2007; 5 (5): 282-9.
  34. Mukisi M.M., Bashoun K., Burny F. Sickle-cell hip necrosis and intraosseous pressure. Orthop. Traumatol. Surg. Res. 2009; 95 (2): 134-8. doi: 10.1016/j.otsr.2009.01.001.
  35. Bjorkman A., Svensson P.J., Hillarp A. et al. Factor V Leiden and prothrombin gene mutation: risk factors for osteonecrosis of the femoral head in adults. Clin. Orthop. Relat. Res. 2004; (425): 168-72.
  36. Zalavras C.G., Vartholomatos G., Dokou E., Malizos K.N. Genetic background of osteonecrosis: associated with thrombophilic mutations? Clin. Orthop. Relat. Res. 2004; (422): 251-5.
  37. Glueck C.J., Freiburg R., Tracy T. et al. Thrombophilia and hypofibrinolysis: pathophysiologies of osteoporosis. Clin. Orthop. Relat. Res. 1997; 334: 43-56.
  38. Chen W.M., Liu Y.F., Lin M.W. et al. Autosomal dominant avascular necrosis of femoral head in two Taiwanese pedigrees and linkage to chromosome 12q13. Am. J. Hum. Genet. 2004; 75 (2): 310-7. doi: 10.1086/422702.
  39. Pierre-Jacques H., Glueck C.J., Mont M.A., Hungerford D.S. Familial heterozygous proteins deficiency in a patient who had multifocal osteonecrosis: a case report. J. Bone Joint Surg. Am. 1997; 79 (7): 1079-84.
  40. Glueck C.J., Freiberg R.A., Fontaine R. N. et al. Hypofibrinolysis, thrombophilia, osteonecrosis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2001; (386): 19-33.
  41. Glueck C.J., Freiberg R.A., Sieve L., Wang P. Enoxaparin prevents progression of stages I and II osteonecrosis of the hip. Clin. Orthop. Relat. Res. 2005; (435): 164-70.
  42. Chang J.D., Hur M., Lee S.S. et al. Genetic background of nontraumatic osteonecrosis of the femoral head in the Korean population. Clin. Orthop. Relat. Res. 2008; 466 (5): 1041-6. doi: 10.1007/s11999-008-0147-1.
  43. Glueck C.J., Freiberg R.A., Boppana S., Wang P. Thrombophilia, hypofibrinolysis, the eNOS T-786C polymorphism, and multifocal osteonecrosis. J. Bone Joint Surg. Am. 2008; 90 (10): 2220-9. doi: 10.2106/ JBJS.G.00616.
  44. Koo K.H., Lee J.S., Lee Y.J. et al. Endothelial nitricoxide synthase gene polymorphisms in patients with nontraumatic femoral head osteonecrosis. J. Orthop. Res. 2006; 24 (8): 1722-8.
  45. Hong J., Kim T., Kim H. et al. Genetic association of angiogenesis- and hypoxia-related gene polymorphisms with osteonecrosis of the femoral head. Exp. Mol. Med. 2010; 42 (5): 376-385. doi: 10.3858/emm.2010.42.5.039.
  46. Kim T.H., Baek J.I., Hong J.M. et al. Significant associa tion of SREBP-2 genetic polymorphisms with avascular necrosis in the Korean population. BMC Med. Genet. 2008; 9: 94. doi: 10.1186/1471-2350-9-94.
  47. Kim T.H., Hong J.M., Oh B. et al. Association of polymorphisms in the Interleukin 23 receptor gene with osteonecrosis of femoral head in Korean population. Exp. Mol. Med. 2008; 40 (4): 418-26.
  48. Kim T.H., Hong J.M., Shin E.S. et al. Polymorphisms in the Annexin gene family and the risk of osteonecrosis of the femoral head in the Korean population. Bone. 2009; 45 (1): 125-31. doi: 10.1016/j.bone.2009.03.670.
  49. Kim T.H., Hong J.M., Oh B. et al. Genetic association study of polymorphisms in the catalase gene with the risk of osteonecrosis of the femoral head in the Korean population. Osteoarthritis Cartilage. 2008; 16 (9): 1060-6. doi: 10.1016/j.joca.2008.02.004.
  50. Kim T.H., Hong J.M., Lee J.Y. et al. Promoter polymorphisms of the vascular endothelial growth factor gene is associated with an osteonecrosis of the femoral head in the Korean population. Osteoarthritis Cartilage. 2008; 16 (3): 287-91.
  51. Dai X.L., Hong J.M., Oh B. et al. Association analysis of tissue factor pathway inhibitor polymorphisms and haplotypes with osteonecrosis of the femoral head in the Korean population. Mol. Cells. 2008; 26 (5): 490-5.
  52. Hadjigeorgiou G., Dardiotis E., Dardioti M. et al. Genetic association studies in osteonecrosis of the femoral head: mini review of the literature. Skeletal Radiol. 2008; 37 (1): 1-7. doi: 10.1007/s00256-007-0395-2.
  53. Asano T., Takahashi K.A., Fujioka M. et al. Genetic analysis of steroid-induced osteonecrosis of the femoral head. J. Orthop. Sci. 2003; 8 (3): 329-33. doi: 10.1007/s10776- 003-0646-7.
  54. Asano T., Takahashi K.A., Fujioka M. et al. ABCB1 C3435T and G2677T/A polymorphism decreased the risk for steroidinduced osteonecrosis of the femoral head after kidney transplantation. Pharmacogenetics. 2003; 13 (11): 675-82. doi: 10.1097/01.fpc.0000054135.14659.65.
  55. He W., Li K. Incidence of genetic polymorphisms involved in lipid metabolism among Chinese patients with osteonecrosis of the femoral head. Acta Orthop. 2009; 80 (3): 325-9. doi: 10.3109/17453670903025378.
  56. Jones L.C., Hungerford D.S. Osteonecrosis: etiology, diagnosis, and treatment. Curr. Opin. Rheumatol. 2004; 16 (4): 443-9.
  57. Mont M.A., Marulanda G.A., Jones L.C. et al. Systematic analysis of classification systems for osteonecrosis of the femoral head. J. Bone Joint Surg. Am. 2006; 88 (3): 16-26. doi: 10.2106/jbjs.f.00457.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2017 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».