[科普中國]-骨小梁

骨小梁是骨皮質(zhì)在松質(zhì)骨內(nèi)的延伸部分，即骨小梁與骨皮質(zhì)相連接，在骨髓腔中呈不規(guī)則立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如絲瓜絡(luò)樣或海綿狀，起支持造血組織的作用。

概念正常情況下，骨小梁具有一定的長度，它們之間有一定距離。骨小梁形成后至20歲左右，骨小梁表面被覆一層骨原細(xì)胞(osteogeniccell)或成骨細(xì)胞(osteoblast)，因?yàn)槎荚诠撬枨粌?nèi)表面，故通稱骨內(nèi)膜細(xì)胞(endostealcell)。成骨細(xì)胞，排列在骨小梁表面，胞漿突起可與周圍的成骨細(xì)胞胞漿相接，它是由緊貼骨內(nèi)膜表面扁平的骨原細(xì)胞發(fā)育來的。

肱骨大結(jié)節(jié)內(nèi)骨小梁變化與年齡的關(guān)系隨著年齡的增長，骨小梁逐漸被吸收,其密度和排列方式都發(fā)生變化。雖然各研究各期年齡組相差較大，但說明肱骨大結(jié)節(jié)內(nèi)骨小梁在密度和排列方式及與骨髓腔融合時間上與年齡的變化關(guān)系還是比較密切的。其密度變化趨勢由致密均勻向稀疏變細(xì)直至消失；而排列方式由放射狀排列逐漸變得雜亂，并且骨小梁隨年齡遞增出現(xiàn)中斷,肱骨大結(jié)節(jié)內(nèi)出現(xiàn)空洞,此空洞逐漸增大，最終與骨髓腔融合。肱骨大結(jié)節(jié)內(nèi)骨小梁的這種年齡變化特征不失為年齡鑒定的一個有用指標(biāo)。

骨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對骨強(qiáng)度的影響從機(jī)械角度來看，骨強(qiáng)度不止依賴于內(nèi)在物質(zhì)含量的多少，更多的依賴于相互之間的排布，即骨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。主要包括皮質(zhì)層厚度，骨膜，骨髓腔直徑變化，及骨小梁數(shù)目、質(zhì)量、方向和厚度等。采用有限元分析構(gòu)成骨材料本身的空間構(gòu)架，及加載不同大小及方向應(yīng)力下的骨強(qiáng)度的變化給一個較準(zhǔn)確的全面的評價。其中骨骼大小、橫斷面面積及面積截距的長短等可預(yù)計骨強(qiáng)度的70%～80%。另外，骨小梁具有承載負(fù)荷，在骨小梁之間及骨小梁與皮質(zhì)骨之間傳導(dǎo)及分散應(yīng)力載荷的作用，因此也是一個主要的影響骨強(qiáng)度的因素。對于骨小梁來說，其骨質(zhì)量與微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

松質(zhì)骨對骨強(qiáng)度的影響松質(zhì)骨由大量針狀或片狀骨小梁連接而成的多孔網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，按應(yīng)力曲線規(guī)律性排列，具有非均勻的各向異性，這種排列能增加骨強(qiáng)度。了解應(yīng)力下骨小梁的變化對骨強(qiáng)度的影響很有意義。在三維結(jié)構(gòu)下觀察到片狀骨小梁，在骨重建結(jié)構(gòu)中是頭尾方向?qū)R的，在每經(jīng)歷一次重建后都要變薄一些，最后使纖細(xì)的骨小梁穿孔，斷裂或完全消失。應(yīng)力刺激下表現(xiàn)為骨小梁數(shù)目減少、變細(xì)為桿狀，相互交錯空間距離增大，進(jìn)而彌漫性斷裂，破壞骨小梁的完整性，容易骨折，導(dǎo)致骨抗形變能力下降。早期表現(xiàn)為非應(yīng)力骨小梁減少、變細(xì)且稀疏，與關(guān)節(jié)面平行，隨著非應(yīng)力骨小梁減少、吸收，承力骨小梁代償性增粗，表現(xiàn)為縱向骨小梁數(shù)目稀疏，部分區(qū)域完全消失。隨著應(yīng)力的增加，骨小梁的丟失先發(fā)生在水平方向，并導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)中各項(xiàng)異形性的發(fā)生。Turner等人關(guān)于股骨中段及股骨遠(yuǎn)端經(jīng)典納米壓痕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)骨小梁橫行方向上彈性模量高于皮質(zhì)骨；反之，縱行方向時低于皮質(zhì)骨。亦有研究發(fā)現(xiàn)單根橫向骨小梁與縱向骨小梁相連和不相連時，他們所能承受的負(fù)荷力(即破裂強(qiáng)度)之差為4倍。因此，骨小梁的破壞機(jī)制的研究表明，在應(yīng)力情況下骨小梁引起的骨強(qiáng)度的下降主要是由于縱行骨小梁的彎曲，而非橫向骨小梁數(shù)目的減少。研究證實(shí)，早期用降鈣素治療2年，改善骨小梁數(shù)目及排列，維持骨小梁體積等可明顯降低絕經(jīng)后婦女骨折發(fā)生率。

皮質(zhì)骨對骨強(qiáng)度的影響皮質(zhì)骨本身的內(nèi)在性質(zhì)及孔隙度影響著骨強(qiáng)度的變化，內(nèi)孔的大小和隙度決定著骨70%的彈性模量及55%的屈服力點(diǎn)。其多孔特點(diǎn)是由哈菲斯骨板和骨吸收腔構(gòu)成，皮質(zhì)骨多孔時，骨的機(jī)械強(qiáng)度下降。應(yīng)力作用下，骨皮質(zhì)變化晚于骨小梁，起初皮質(zhì)骨寬度增加，厚度變薄且分層，進(jìn)而疏松化，最終可呈細(xì)線狀，相應(yīng)的骨密度檢測也證實(shí)了這一點(diǎn)。Pistoia等研究了皮質(zhì)骨與骨整體力學(xué)性能之間的關(guān)系，應(yīng)用微型有限元法模擬了當(dāng)橈骨遠(yuǎn)端的骨量減少20%后骨力學(xué)強(qiáng)度的改變，發(fā)現(xiàn)因皮質(zhì)骨變薄而導(dǎo)致骨量減少20%時，骨強(qiáng)度下降40%。對一個外力作用下彎曲的骨測定表明，在屈點(diǎn)下方的骨皮質(zhì)要厚于屈點(diǎn)上方。表明僅通過載力方向，很難判斷骨小梁或是皮質(zhì)骨的彈性模量和硬度，但應(yīng)力下骨小梁的變化影響著骨強(qiáng)度的大小。另外，骨皮質(zhì)的微裂紋會延長骨折的發(fā)生，骨皮質(zhì)的孔隙度增加會限制骨微裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。微裂紋的延長被發(fā)現(xiàn)多見于骨皮質(zhì)的縱軸方向，證明骨單位在縱軸方向上比較薄弱。新微裂紋的產(chǎn)生，也是骨折在外力下能量消散的一種方式，預(yù)防骨折的發(fā)生。但隨著微裂紋數(shù)量的增加，骨的韌度和硬度均下降。有人認(rèn)為椎體骨的骨皮質(zhì)和骨小梁體積比也是一個重要的影響骨強(qiáng)度的因素。說明骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化是引起骨強(qiáng)度的變化的主要因素。此外，相同的骨礦含量但卻因骨皮質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，骨強(qiáng)度發(fā)生變化，如管狀骨和扁骨等。由于骨皮質(zhì)截面積越大，骨髓腔越大，意味著單位體積內(nèi)骨密度下降，骨強(qiáng)度減小；反之，骨截面積越小，骨髓腔越小，意味著骨皮質(zhì)層較厚，增加骨強(qiáng)度。也有研究證實(shí)骨皮質(zhì)隨著骨髓腔增大，距離骨單位中心越遠(yuǎn)，其連續(xù)性硬度及彈性模量增加?？傊?，骨強(qiáng)度能夠全面的評價骨的性質(zhì)，逐漸成為臨床診斷的趨勢。骨強(qiáng)度依賴于骨礦含量、骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)、骨小梁和皮質(zhì)骨厚度、及構(gòu)成材料的內(nèi)在特性等的變化。應(yīng)力作用下對骨細(xì)胞微結(jié)構(gòu)、膠原、羥磷灰石的性質(zhì)及構(gòu)成、骨小梁和骨皮質(zhì)的改變對于骨強(qiáng)度的維持至關(guān)重要。骨密度仍是評估骨質(zhì)疏松癥的主要手段，但不全面，結(jié)合骨的微結(jié)構(gòu)與測定受力下的變化，全面的評估骨質(zhì)量，對骨折的預(yù)防及治療有一定的價值?，F(xiàn)已經(jīng)采用三維立體成像技術(shù)，有限元分析(FEA)骨的內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)，幾何學(xué)，骨密度等綜合測量骨強(qiáng)度的分析，提高了對骨折的敏感性和特異性。尤其對在決定骨活動的骨細(xì)胞結(jié)構(gòu)和行為方面的研究也取得了一定進(jìn)展。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

孫棟 - 副主任醫(yī)師 - 山西大醫(yī)院 影像科