骨质量与骨质疏松

关于骨质量与骨质疏松28.03.2024128.03.20242管状骨的骨质疏松特点rR第2页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.20243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

第3页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.20244松质骨的生物力学强度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第4页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.20245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第5页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.20246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第6页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.20247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（BoneMicroarchitecture）矿化成分（MineralComposition）有机基质（OrganicMatrix）骨转换（BoneTurnover）骨微损伤（BoneMicrodamage）第7页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.20248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第8页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.20249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，复合材料减弱第9页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202410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第10页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202411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，矿化组织化最少第11页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202412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（BoneMicroarchitecture）矿化成分（MineralComposition）有机基质（OrganicMatrix）骨转换（BoneTurnover）骨微损伤（BoneMicrodamage）第12页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202413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第13页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202414基质细胞外蛋白

(MatrixExtracellularProtein,MEPE)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蛋白第14页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202415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第15页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202416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（BoneMicroarchitecture）矿化成分（MineralComposition）有机基质（OrganicMatrix）骨转换（BoneTurnover）骨微损伤（BoneMicrodamage）第16页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202417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）。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。第17页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202418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第18页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202419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第19页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202420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↑骨小梁变细或断裂骨质量↓骨强度↓第20页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202421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↓第21页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202422骨重建影响骨质量的机制（3）微小损伤正反馈骨重建骨质量正反馈第22页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202423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（BoneMicroarchitecture）矿化成分（MineralComposition）有机基质（OrganicMatrix）骨转换（BoneTurnover）骨微损伤（BoneMicrodamage）第23页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202424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，终致断裂第24页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202425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第25页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202426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第26页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202427ReproducedwithpermissionfromSeemanE.AdvancesinOsteoporoticFractureManagement2:2-8,2002andFyhrieDP.Bone15:105-109,1994人体松质骨和皮质骨微损伤第27页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202428ReproducedwithpermissionfromMashibaTetal.JBoneMinerRes15:613-620;2000*P<.05vsplacebo**P<.01vsplaceboMicrocrackSurfaceDensity

(

m/mm2)Mean±SEMPlaceboRisedronate20151050*Alendronate**应用大剂量二磷酸盐对狗微裂隙表面密度的影响第28页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202429ReproducedwithpermissionfromMashibaTetal.Bone28:524-531,2001微裂隙

RisedronateAlendronate第29页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202430ReproducedwithpermissionfromKomatsubaraS.JBoneMinerRes18:512-520,2003第30页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202431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第31页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202432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骨单位重建能移除及代替（修复）微裂隙第32页,共35页，2024年2月25日，星期天28.03.202433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第33页,