骨质量与骨质疏松

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微裂隙
一个裂隙易于启动但生长困难，较一个很 难启动但一旦开始即能达到临界大小，对 疲劳衰竭有更大抵抗
能抵抗疲劳衰竭的材料多能抵抗裂隙的生 长而非裂隙的启动
骨转换被抑制后，裂隙不仅聚集，而且长 期存在，多能生长至临界大小
裂隙长度是决定能否抵抗骨折的重要变数
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人体脊柱松质骨随年龄变化
皮质孔隙增加，微构筑减弱 纵、横行骨小梁的强度均降低
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骨质量的概念
骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折 的能力，主要包括：
骨微结构 （Bone Microarchitecture） 矿化成分 （Mineral Composition ） 有机基质 （Organic Matrix） 骨转换 （Bone Turnover） 骨微损伤 （Bone Microdamage）
骨单位重建能移除及代替（修复）微 裂隙
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疲劳损害对力学完整性的影响
骨疲劳损害聚集时，抗骨折能力： 低水平疲劳：相当于 15% 刚度丢失，力
学行为与微损害的骨相似，有一定比例的刚度、 强度与抗骨折力（骨折做功及屈服后变形）
较高疲劳水平：刚度及强度成比例丢失， 骨折做功与屈服后变形远较刚度变化要大，有 的不显屈服后变形而立即断裂
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骨矿盐
胶原原纤维内存在骨矿盐结晶，原纤维的 结构及机化能限制结晶的大小并控制方向
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骨矿盐
矿盐提供刚度及强度 结晶大小 结晶分部的范围 结晶的同质性及异质性 在年老骨，骨矿含量↓，结晶大小平均
↑，分布变窄，复合材料减弱
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骨矿盐
骨越矿化，弹性模量越高；硬度增加 高矿化及高结晶 → 降低塑性变形，在
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人体松质骨和皮质骨微损伤
Reproduced with permission from Seeman E. Advances in Osteoporotic
Fra2c0t2u0r/e3/M3 anagement 2: 2-8, 2002 and Fyhrie DP. Bone 15:105-109, 1994
骨小梁变细或断裂
骨质量↓
骨强度↓
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骨重建影响骨质量的机制（2）
骨重建加快
骨形成期缩短
骨基质矿化及胶原代谢异常
骨质量
骨量
骨强度↓
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骨重建影响骨质量的机制（3）
骨质量
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微小损伤
正反馈
正反馈
骨重建
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骨质量的概念
骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折 的能力，主要包括：
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骨胶原
胶原提供延性及韧性，作为生物复合体的 软蛋白，能减轻矿盐结晶及蛋白/矿盐界面 的打击损害
胶原性能的变化能改变矿盐含量及其沉积 随年龄增加，胶原含量减少，矿盐/胶原比
例↑ 胶原损害将降低骨韧度及强度而非刚度
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基质细胞外蛋白
(Matrix Extracellular Protein,MEPE)
Reproduced with permission from Komatsubara S. J Bone Miner Res 18: 512-520,
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疲劳与微损伤
在小于屈服点的外力重复作用下，骨 组织的力学强度或杨氏模量随时间延 长而降低，称为疲劳（fatigue）， 骨结构中微裂隙由疲劳积累形成
松质骨由许多单个骨小梁互相连接而成网 状结构，材料硬度是指单个骨小梁硬度， 结构硬度是指网状结构硬度
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管状骨与松质骨骨质疏松特点
管状骨与松质骨不仅结构不同，其骨 质疏松特点也存在差异
管状骨骨质疏松表现为管壁变薄，骨 骼横截面上内径增大，而松质骨则表 现为平均骨密度减少
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骨转换和骨转换率
对成年人来说，一般骨转换即指骨的重建过程， 确定骨转换状况的金标准是骨的组织形态学计量 分析。
骨转换率可简单地理解为骨的代谢率，可用骨重 建率来衡量。后者又主要由三个因素决定，即骨 重建单位的重建速度、一定时间内参与的骨重建 单位数量及骨重建单位形成后的体积（容量）。
极限衰竭前启动微裂隙的发生 骨重建被抑制后，可使骨更老化、更
高矿化，↓ 对骨打击的吸收能量
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骨矿化程度
骨强度决定于骨基质体积、骨微结构及骨 矿化程度
骨的蛋白质含量越多，矿化程度越低 象牙质 矿化程度 > 齿质 > 钙化软骨 > 交
织骨 > 板状骨 板层骨含胶原纤维最多，矿化组织化最少
如果骨重建速率加快，参与骨重建单位的数目增 多和形成的骨重建单位体积变小即可导致骨量丢 失，相反则可增加骨量或延缓骨量丢失。
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骨重建
具两种不同但相关功能： 一、形成骨结构：在骨的大小、 形状、骨量及强度上以最优状态适 应当前力学负荷 二、维持钙体内平衡：由细胞控 制进出骨的矿盐流动
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r R
管状骨的骨质疏松特点
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管状骨骨质疏松特点
内径（r)与外径(R）比值 （）增大 = r/R
骨量 只与 有关，与外径（R）和 内径 （r） 的绝对尺寸无关
30岁左右正常年轻人下肢骨骨干中部 值接近0.35
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松质骨的生物力学强度
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微裂隙
生理情况下，骨产生的微裂隙较小且孤立， 骨本身的生物过程有时间消除，但有时微 裂隙会早熟形成及扩展
骨的微损害决定于微结构限制微裂隙大小 和数目生长的能力
骨的粘合线及板层界面是停止或消除微裂 隙的重要微结构
典型的微裂隙沿板层间界面到达粘合线， 停止或沿粘合线分叉
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骨重建
结构性骨重建可视为骨骼更新，包括 BMU 及器官水平，也包括疲劳性损 害的修复
移除及代替已接近生命终期骨的微结 构，使骨处于更适合生理情况的微环 境
是应用抗骨吸收药物减少骨折风险的 主要基础
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骨重建影响骨质量的机制（1）
骨重建加快
骨陷窝数量↑
骨陷窝深度↑
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骨质量的概念
骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折 的能力，主要包括：
骨微结构 （Bone Microarchitecture） 矿化成分 （Mineral Composition ） 有机基质 （Organic Matrix） 骨转换 （Bone Turnover） 骨微损伤 （Bone Microdamage）
骨质量概念的新进展
骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折 的能力，主要包括：
骨微结构（Bone Microarchitecture） 矿化成分 （Mineral Composition ） 有机基质 （Organic Matrix）
骨转换 （Bone Turnover）
骨微损伤 （Bone Microdamage）
微裂隙在外力重复作用下可逐渐延伸、 增长和相互连接，使已经“疲劳”的 骨组织产生骨折所需外力比正常要小 得多
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骨的疲劳及微损害
骨作为复合结构，是一种多层次非同 质材料，有广泛界面，并有潜势在不 同水平产生骨基质损害
骨的完整性包括骨微损害及其修复
骨的微裂隙或微损害是骨微结构疲劳 的结果
蛋白多糖 大的硫酸软骨素蛋白多糖 小的富亮氨酸蛋白多糖 ：二聚糖等
糖氨聚糖：透明质酸 糖蛋白：骨连接素，骨桥蛋白，涎蛋白，
小的整合素连接N-链接糖基化 （SIBLINGS），生长因子 维生素K依赖蛋白：骨钙素，Gla蛋白
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骨基质蛋白
骨基质蛋白及蛋白多糖可能与成核及 矿盐沉积有关；直接或间接参与骨重 建，募集细胞附着于骨
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应用大剂量二磷酸盐对狗 微裂隙表面密度的影响
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**
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*
Microcrack Surface Density (m/mm2)
Mean ± SEM
10
5 0
Hale Waihona Puke Reproduced with permission from Mashiba T et al. J Bone
Miner Res 15:613-620; 2000
骨微结构 （Bone Microarchitecture） 矿化成分 （Mineral Composition ） 有机基质 （Organic Matrix） 骨转换 （Bone Turnover） 骨微损伤 （Bone Microdamage）
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微损害
骨在负荷时逐渐积累微裂隙，当 负荷量、循环次数、微裂隙的数目及 大小和时间不断增加，微裂隙逐渐融 合为一个大的裂隙，后者逐渐发展， 终致断裂
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如何调节微损害的骨重建
骨细胞的小管突起伸展到骨基质内，有发 展良好的骨架，通过粘连分子附于周围骨 基质，并通过间隙连于邻近细胞，可觉察 到周围基质破坏的影响
骨细胞由于丧失觉察周围基质损伤的能力 而死亡，致疲劳微损害聚集
紧邻微损害的骨细胞将发生凋亡，位于以 后遭受破骨细胞的吸收部位
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需要解决问题
了解骨脆性引起骨折风险的各种相关因素 辨认个体骨脆性的特异原因 建立新的诊断方法 开发骨脆性，特别是引起骨折风险新的对
准靶向的治疗措施 采用各种药物及非药物干预个体病人特异
引起骨折的原因
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骨基质蛋白与细胞因子、生长因子、 细胞表面受体及其他基质蛋白间有重 要相互作用
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骨质量的概念
骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折 的能力，主要包括：
骨微结构 （Bone Microarchitecture） 矿化成分 （Mineral Composition ） 有机基质 （Organic Matrix） 骨转换 （Bone Turnover） 骨微损伤 （Bone Microdamage）
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*P<.05 vs placebo
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**P<.01 vs placebo
微裂隙
Risedronate
Alendronate
Reproduced with permission from Mashiba T et al. Bone 28:524-531, 2001
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