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(一)发病原因
本病多因垂体肿瘤引起或其他原因引起脑下垂体的生长激素过量分泌所致。GH分泌有明显昼夜节律，成人分泌高峰多在夜间。GH主要作用为促进骨组织、肌肉、结缔组织和内脏的增长，促进DNA、RNA合成，对抗胰岛素促进水钠潴留，并能激发体内分泌一些肽类物质，如生长介素。GH对糖代谢的作用有胰岛素样和抗胰岛素样双重作用，前者发生时间较早，后者出现时间较晚;GH对胰岛B细胞也有直接影响，约有1/4病人可同时患糖尿病。生长介素(somatomedin，SM)来源于肝脏，通过对DNA、RNA蛋白质合成环节的影响可使软骨生长增加，生长介素有A、B及C三种因子，能介导GH对骨的生长效应。生长介素A(SmA)能刺激骨胶原和非胶原蛋白合成，生长介素C(SmC)能刺激成骨细胞胶原合成，BGP可作为GH通过SmA作用的结果而起作用。
GH过多可加速骨的形成与成熟，促进骨的生长。骨再塑增加，骨转换加快。垂体侏儒症则因GH缺乏而致骨的生长发育停止或延迟。人体内，GH能增加肠钙吸收、骨形成以及骨矿化，增加骨质，在体外，则不能直接刺激骨基质形成。生长介素对各种组织有促进生长的作用，能介导GH对骨生长的效应，对骨和软骨均有促进生长作用。GH可改变血清磷的昼夜节律变化，使血磷升高，还可使TRP增加，改变肾脏磷的最大回吸收/肾小球滤过率比(TMP/GFR)，进一步使血磷升高。GH促进TRP增加而抑制PTH分泌，从而PTH水平下降，也可使血磷升高。当患者饮食中钙入量不足时，可呈负钙平衡，引起骨质疏松，增加饮食钙入量后，可转为正钙平衡。由于骨转换增快，GFR增加，TRGa减少，会促进高尿钙加重，进一步增加骨病变。GH可刺激骨膜下骨形成，骨外膜的成纤维细胞分化成为原始成骨细胞，促进新骨形成，而原有正常骨外膜活性再度被激活，骨骺板的软骨内成骨活跃，促使骨骺软骨增生。GH还可促进关节部位的结缔组织改变，关节囊变厚，脂肪垫纤维化，骨与软骨及骨膜的连接部位纤维组织增生而突出。肢端肥大症的骨质疏松表现有别于其他骨质疏松那样的骨量减少，而是钙转换率加快的皮质骨形成增加，骨量增加，可有骨增生又有骨质疏松，或局部如鞍背骨质吸收，鞍底骨质吸收等异常。
(二)发病机制
由于脑下垂体过量分泌生长激素，在青春前期骨骼未关闭前可引起巨人症，而在骨骼已关闭的成年人会引起手、足、软组织、内脏器官及某些扁骨增大，临床表现为肢端肥大症。