骨質(zhì)疏松性骨折的骨損害

2022骨質(zhì)疏松性骨折的骨損害（全文）隨著我國(guó)人老齡化，骨質(zhì)疏松性骨折發(fā)生率逐年增加，預(yù)防骨質(zhì)疏松性骨折以及再骨折的發(fā)生已是我國(guó)的重要課題。防治骨質(zhì)疏松性骨折的同時(shí)，預(yù)防骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生也尤為重要。提要骨質(zhì)疏松性骨折與創(chuàng)傷性骨折有著本質(zhì)的不同，它是基于全身骨骼在骨質(zhì)疏松疾病狀態(tài)下發(fā)生的病理性骨折，其病變的實(shí)質(zhì)是骨強(qiáng)度的下降。骨強(qiáng)度受到骨骼的材料屬性和組織結(jié)構(gòu)，以及肌肉負(fù)荷等多種因素的影響。骨質(zhì)疏松性骨折的病理變化主要包括骨量和骨質(zhì)量等多方面的損害，骨質(zhì)疏松性骨折發(fā)生后，即使成功的手術(shù)治療也無(wú)法阻止骨質(zhì)疏松骨損害的進(jìn)一步發(fā)展。本文將針對(duì)骨質(zhì)疏松性骨折的材料屬性和組織結(jié)構(gòu)損害進(jìn)行闡述，強(qiáng)調(diào)明確并重視這些骨骼病變及其風(fēng)險(xiǎn)，積極地抗骨質(zhì)疏松治療，對(duì)提高骨質(zhì)疏松及其骨折干預(yù)的臨床療效，預(yù)防再骨折的發(fā)生至關(guān)重要。關(guān)鍵詞：骨質(zhì)疏松；骨折；骨強(qiáng)度；骨損害骨質(zhì)疏松性骨折是骨質(zhì)疏松最嚴(yán)重的后果，其發(fā)生與衰老、骨強(qiáng)度下降和跌倒密切相關(guān)，臨床骨質(zhì)疏松防治的最終目的是避免骨折的發(fā)生。骨質(zhì)疏松性骨折與創(chuàng)傷性骨折有著本質(zhì)的不同，它是基于全身骨骼在骨質(zhì)疏松疾病狀態(tài)下發(fā)生的病理性骨折。骨質(zhì)疏松性骨折具有低知曉率、高發(fā)生率、高再發(fā)率和高死亡率，我國(guó)老年人群面臨著較高風(fēng)險(xiǎn)。目前臨床骨質(zhì)疏松診斷和骨折風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要是通過(guò)雙能乂線骨密度測(cè)量(dualenergyXrayabsorptiometry,DXA)來(lái)完成，所以大多數(shù)人認(rèn)為，骨質(zhì)疏松就是骨密度(bonemineraldensity,BMD)降低。骨密度降低固然是骨質(zhì)疏松及其骨折時(shí)骨骼病變的一個(gè)重要內(nèi)容，但并非唯一因素。骨質(zhì)量下降是獨(dú)立于骨密度，與骨質(zhì)疏松及其骨折發(fā)生直接相關(guān)的另一個(gè)重要原因。骨骼生物力學(xué)性能取決于骨量、骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)以及骨基質(zhì)材料屬性等多因素的變化，如何全面認(rèn)識(shí)和正確理解骨質(zhì)疏松骨骼的病理變化，準(zhǔn)確判斷骨質(zhì)疏松的骨折風(fēng)險(xiǎn)，是臨床骨質(zhì)疏松診治，尤其是骨質(zhì)疏松性骨折干預(yù)的重要前提?，F(xiàn)將針對(duì)骨質(zhì)疏松骨折時(shí)，材料屬性和結(jié)構(gòu)等方面的骨骼病理變化，闡述骨質(zhì)疏松性骨折的骨損害。一、骨骼的構(gòu)成及其特點(diǎn)骨基質(zhì)是骨骼的主要組成部分，由無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及液體等成分構(gòu)成，無(wú)機(jī)物的主體是羥基磷灰石晶體，它賦予骨骼硬度和抗壓強(qiáng)度；有機(jī)物的主要成分為由成骨細(xì)胞合成的膠原蛋白，它賦予骨骼剛度和抗彎強(qiáng)度。骨骼膠原也隨著年齡和疾病而發(fā)生變化，是決定骨質(zhì)量的重要因素。杠桿和彈簧作用是骨骼性能的特殊表現(xiàn)，所謂杠桿作用主要由長(zhǎng)骨的特性體現(xiàn)，而彈簧作用則主要由椎體的特性體現(xiàn)。骨骼的宏觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)由松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨構(gòu)成，松質(zhì)骨小梁數(shù)目、形態(tài)和方向及皮質(zhì)骨厚度、骨髓腔大小都會(huì)隨著骨骼承受的負(fù)荷和環(huán)境的不同而變化。骨骼的抗骨折能力取決于骨骼復(fù)雜的多維材料屬性和不同組織結(jié)構(gòu)，這種物理負(fù)荷、材料屬性、組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能之間的復(fù)雜而默契的變化，構(gòu)成了骨骼特殊的生物力學(xué)特性，其中材料屬性和組織結(jié)構(gòu)的變化直接提示了骨骼損害的嚴(yán)重程度和骨折發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)程度。二、骨質(zhì)疏松性骨折骨骼的材料屬性和組織結(jié)構(gòu)病變骨骼各組成成分的完整性決定了骨強(qiáng)度。從骨骼的大小到膠原分子和礦物質(zhì)的含量，這些決定因素的任何改變都會(huì)影響骨骼的強(qiáng)度。骨骼抵抗骨折能力主要取決于其材料屬性和組織結(jié)構(gòu)的特性。（一）骨質(zhì)疏松及其骨折時(shí)骨骼材料屬性的變化骨骼由骨基質(zhì)組成，它是一種含無(wú)機(jī)（礦物質(zhì)）和有機(jī)（膠原蛋白等）成分，具有高度異向性，能不斷適應(yīng)機(jī)體生理或機(jī)械環(huán)境變化的特殊結(jié)締組織。隨著增齡或某些疾病的發(fā)生，骨基質(zhì)中礦物質(zhì)和膠原蛋白的性質(zhì)發(fā)生了變化，改變了骨組織的材料屬性。當(dāng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)或疲勞狀態(tài)下負(fù)荷加載時(shí)，骨基質(zhì)中不同屬性的材料之間相互作用，引起了骨骼力學(xué)性能異常，而這些異常改變是獨(dú)立的，與骨組織結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。無(wú)機(jī)物的變化骨質(zhì)疏松及其骨折時(shí)，無(wú)機(jī)物（鈣磷等礦物質(zhì)）的丟失，表現(xiàn)出的臨床骨密度下降，如今已被人們所熟知。骨密度變化與骨質(zhì)疏松病變及骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)，骨密度決定了70%的骨強(qiáng)度，雙能X線骨密度儀檢測(cè)是目前骨質(zhì)疏松臨床診斷的金標(biāo)準(zhǔn)和骨折風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的首要選擇，骨密度每減少1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，骨折風(fēng)險(xiǎn)就增加2~3倍。骨密度越低，骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險(xiǎn)越高。骨密度是那些無(wú)骨折病史的絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松女性骨折風(fēng)險(xiǎn)的最重要預(yù)測(cè)因素，她們的骨密度與骨質(zhì)疏松性骨折之間有很強(qiáng)的、持續(xù)的相關(guān)性。女性股骨頸骨密度每降低1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，5年內(nèi)骨折風(fēng)險(xiǎn)增加80%。盡管骨密度檢測(cè)臨床常用于骨質(zhì)疏松診斷及其骨折風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，但就骨密度與骨折的相關(guān)性而言，局部骨密度的高低與同部位骨折相關(guān)性更高。有機(jī)物的變化骨組織中無(wú)機(jī)物和有機(jī)物之間關(guān)系緊密，共同影響著骨骼強(qiáng)度。骨基質(zhì)具有獨(dú)特的礦化能力，與其他代謝性骨病不同，骨質(zhì)疏松癥的病理特征表現(xiàn)為骨基質(zhì)材料屬性中無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的等比例變化。目前骨密度降低所導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松材料屬性異常的相關(guān)研究較多，但以膠原蛋白為主的有機(jī)物病變所致的骨骼損害一直未被重視。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，有近一半的絕經(jīng)后婦女發(fā)生脆性骨折時(shí)，骨密度降低并未達(dá)到骨質(zhì)疏松的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)，其重要原因在于骨量丟失（無(wú)機(jī)物減少）固然重要，而膠原病變（有機(jī)物減少）也是其重要原因，它是無(wú)關(guān)于骨密度變化，而直接與骨強(qiáng)度相關(guān)的獨(dú)立因素。骨膠原除受三螺旋結(jié)構(gòu)的直接影響外，同樣也受到膠原原纖維異常、膠原蛋白含量減少、膠原纖維直徑減少以及膠原纖維拉伸性能下降等多因素的影響。骨強(qiáng)度依賴于膠原纖維的取向，而膠原纖維的取向會(huì)隨著增齡和負(fù)荷的方向而改變，膠原纖維的取向是決定骨骼力學(xué)性能的主要因素，膠原纖維取向的改變也會(huì)導(dǎo)致礦物質(zhì)沉積的數(shù)量和分布異常而降低骨強(qiáng)度，這種纖維取向的差異變化是骨骼力學(xué)性能的重要特性。膠原質(zhì)量改變是導(dǎo)致骨骼脆性增加的主要原因。全身因素(衰老、疾病等)，尤其是性激素水平降低，可直接或間接地改變I型膠原的特性。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者，骨量丟失的同時(shí)也伴隨著有機(jī)基質(zhì)成分的代謝率增加，這種異常的膠原合成速率增加，可導(dǎo)致膠原纖維質(zhì)量的改變，從而引起骨強(qiáng)度降低，骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。交聯(lián)是膠原蛋白轉(zhuǎn)譯后的主要修飾，直接影響膠原質(zhì)量。新分泌的膠原蛋白分子，通過(guò)在相鄰的膠原蛋白分子之間形成交聯(lián)來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。交聯(lián)可分為兩類：賴氨酸羥化酶和賴氨酸氧化酶介導(dǎo)的酶交聯(lián)，以及糖基化和氧化誘導(dǎo)的非酶交聯(lián)，酶和非酶交聯(lián)在膠原組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面具有獨(dú)特的功能。非酶糖基化(nonenzymaticglycosylation,NEG)是一種與增齡相關(guān)的代謝過(guò)程，可因衰老、糖尿病等原因而加速，從而導(dǎo)致晚期糖基化終末產(chǎn)物(advancedglycosylationendproducts,AGEs)的積累。而糖基化僅造成骨骼有機(jī)質(zhì)的損害，不影響礦物質(zhì)成分。骨膠原中NEG介導(dǎo)的AGEs積累與骨有機(jī)質(zhì)的剛度高度相關(guān)。膠原中的AGEs是影響骨骼力學(xué)性能的獨(dú)立決定因素，膠原中的AGEs過(guò)度形成和積累使膠原纖維脆性上升，微損傷增多，骨骼韌性下降。AGEs分析可較好地預(yù)測(cè)老年骨質(zhì)疏松患者的骨強(qiáng)度和骨折風(fēng)險(xiǎn)。除了酶和非酶交聯(lián)，骨膠原結(jié)構(gòu)還受到異構(gòu)化和外消旋作用的影響。膠原基質(zhì)結(jié)構(gòu)的異構(gòu)化和外消旋作用是自發(fā)的非酶反應(yīng)，將導(dǎo)致膠原分子結(jié)構(gòu)的改變。異構(gòu)化是一個(gè)緩慢的過(guò)程，誘導(dǎo)膠原蛋白的結(jié)構(gòu)異常，破壞膠原蛋白對(duì)骨強(qiáng)度的調(diào)節(jié)功能。異構(gòu)化也能干擾酶交聯(lián)的形成，從而間接影響骨強(qiáng)度。異構(gòu)化與骨強(qiáng)度之間的關(guān)系可能遵循U型模式，即成熟度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)損害骨強(qiáng)度。（二）骨質(zhì)疏松及其骨折時(shí)骨組織結(jié)構(gòu)的損害人體骨骼的組織結(jié)構(gòu)可以劃分為三個(gè)功能性區(qū)域：皮質(zhì)骨區(qū)域、松質(zhì)骨區(qū)域和皮質(zhì)松質(zhì)骨過(guò)渡區(qū)域。老年由于皮質(zhì)骨內(nèi)膜的過(guò)高重建而導(dǎo)致的骨丟失，會(huì)擴(kuò)大皮質(zhì)松質(zhì)骨過(guò)渡區(qū)域。松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨所承擔(dān)的載荷是部位特異性的，并隨部位的不同而變化。認(rèn)識(shí)并重視骨質(zhì)疏松性骨折不同部位的骨組織結(jié)構(gòu)變化，對(duì)其手術(shù)方法的確定和植入物的選擇及術(shù)后近期和遠(yuǎn)期療效的預(yù)判都有重要價(jià)值。1.松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)的變化松質(zhì)骨主要分布在椎體和長(zhǎng)骨的干骺端，占人體總骨量的20%，卻構(gòu)成80%的骨表面，松質(zhì)骨中膠原纖維與骨小梁呈縱軸平行排列，是骨重建的敏感區(qū)域。骨質(zhì)疏松時(shí)，松質(zhì)骨是高轉(zhuǎn)換骨重建的主要受累部位，尤其在早期和中期松質(zhì)骨的骨丟失十分迅速。骨質(zhì)疏松的松質(zhì)骨丟失約占人體骨丟失總量的30%,伴隨骨密度的下降，在女性主要造成松質(zhì)骨骨小梁的穿孔和吸收，并進(jìn)一步發(fā)展為骨小梁數(shù)目的減少，這將導(dǎo)致骨骼承載負(fù)荷2~3倍的喪失；在男性則造成松質(zhì)骨骨小梁變薄，骨強(qiáng)度下降。臨床上椎體壓縮性骨折和髓部近端骨折是其最典型的表現(xiàn)，但松質(zhì)骨骨丟失會(huì)隨松質(zhì)骨骨表面的不斷減少而減速，直至消失。2.皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)的變化皮質(zhì)骨占人體總骨量的80%，但僅構(gòu)成20%的骨表面，皮質(zhì)骨直徑和厚度（即骨骼大小）顯著影響骨骼的機(jī)械性能。具體來(lái)說(shuō)，骨骼在無(wú)骨密度變化的前提下，皮質(zhì)骨直徑增加一倍，抗彎、抗扭載荷的機(jī)械強(qiáng)度將提升8倍。當(dāng)骨骼受到外力時(shí)，皮質(zhì)骨形態(tài)會(huì)因外力的大小表現(xiàn)出雙線性應(yīng)力的行為特征，即彈性變和脆性變。彈性變是指在縱向受力時(shí)，皮質(zhì)骨在變形屈服點(diǎn)以下的低水平應(yīng)變，骨骼可通過(guò)彈性變，儲(chǔ)存并抵抗所受的應(yīng)力，從而避免了變形過(guò)程中的骨組織微損傷；而脆性變是指在縱向受力時(shí)，皮質(zhì)骨在變形屈服點(diǎn)以上的高水平應(yīng)變，骨骼變形超出其彈性變化區(qū)域，骨組織將以微裂痕的形式出現(xiàn)微損傷。隨著增齡，皮質(zhì)骨中微裂痕的積累呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，女性骨骼中微裂紋的積累明顯高于男性。大多數(shù)皮質(zhì)骨丟失發(fā)生在65歲之后，皮質(zhì)骨的丟失速度比松質(zhì)骨慢，最初是因?yàn)樗灰妆恢亟?，但隨著增齡，皮質(zhì)骨丟失將不斷加速，在松質(zhì)骨小梁逐漸穿孔并消失后，骨丟失幾乎完全變成皮質(zhì)性的，骨質(zhì)疏松的皮質(zhì)骨丟失約占骨丟失總量的70%。值得強(qiáng)調(diào)的是，骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生最終取決于皮質(zhì)骨，但到目前為止骨質(zhì)疏松及其骨折關(guān)于皮質(zhì)骨的研究甚少，相關(guān)探索應(yīng)予以重視。骨結(jié)構(gòu)孔隙度的變化孔隙度代表了骨基質(zhì)中孔隙的分布、大小和范圍，骨骼孔隙是指包括血管供應(yīng)、骨髓儲(chǔ)存、血細(xì)胞生成、生化信號(hào)、轉(zhuǎn)導(dǎo)和重建過(guò)程所需的空間。孔隙度決定了骨骼對(duì)荷載響應(yīng)的極限強(qiáng)度，包括在骨折前抵抗變形（剛度）、吸收應(yīng)力（彈性）和吸收能量（韌性）。高孔隙度是松質(zhì)骨的一個(gè)顯著且有意義的結(jié)構(gòu)特征，正常情況下松質(zhì)骨的孔隙度為50%~90%，而皮質(zhì)骨的孔隙度為5%~10%。孔隙度上升是以犧牲強(qiáng)度為代價(jià)的，孔隙度的小幅增加相當(dāng)于骨量不成比例的大幅下降。相對(duì)于具有高度多孔性的松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)而言，皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)的孔隙率增加對(duì)骨強(qiáng)度的損害程度更嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在什么部位，孔隙度都是力學(xué)性能的主要預(yù)測(cè)指標(biāo)?？紫堵试黾?%，微裂紋在骨骼中的擴(kuò)展率增加84%，超過(guò)了骨峰值時(shí)骨折應(yīng)力的50%。當(dāng)孔隙率從4增加到20%時(shí)，骨骼抗變形能力降低三倍。就骨強(qiáng)度而言，皮質(zhì)骨的薄變和孔隙率增加比骨密度下降更具危害。皮質(zhì)骨孔隙度上升是骨質(zhì)疏松及其骨折骨強(qiáng)度下降的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。三、骨損害的臨床風(fēng)險(xiǎn)與干預(yù)難點(diǎn)骨損害是骨質(zhì)疏松及其骨折發(fā)生的病理基礎(chǔ)，骨重建異常引起的骨轉(zhuǎn)換失調(diào)，是骨材料性能變化和骨微結(jié)構(gòu)損傷的直接原因。筆者認(rèn)為，骨損害的臨床風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：高骨折與再骨折風(fēng)險(xiǎn)，骨折愈合延緩，以及植入物松動(dòng)或移位。重視這些骨損害的臨床風(fēng)險(xiǎn)，積極有效的進(jìn)行針對(duì)性干預(yù)，對(duì)于骨質(zhì)疏松性骨折和再骨折防治至關(guān)重要。臨床風(fēng)險(xiǎn)（1）高骨折與再骨折風(fēng)險(xiǎn)：骨折風(fēng)險(xiǎn)與骨骼的材料屬性損害和組織結(jié)構(gòu)異常密切相關(guān)，其中骨密度降低和破骨細(xì)胞功能亢進(jìn)是骨質(zhì)疏松性骨折和再骨折發(fā)生的重要原因，高骨折與再骨折風(fēng)險(xiǎn)是骨損害的首要臨床問(wèn)題。（2）骨折愈合延緩：骨折愈合延緩與破骨功能亢進(jìn)和成骨細(xì)胞功能低下相關(guān)，主要影響因素是成骨功能情況，尤其是有機(jī)物中的I型膠原的損害程度。（3）植入物松動(dòng)或移位：骨折手術(shù)內(nèi)固定和關(guān)節(jié)置換的植入物移位，與破骨細(xì)胞功能亢進(jìn)和成骨細(xì)胞功能障礙均有關(guān)，受到骨骼的材料屬性損害和組織結(jié)構(gòu)異常的共同影響。干預(yù)難點(diǎn)骨質(zhì)疏松性骨折術(shù)后遠(yuǎn)期療效的優(yōu)劣，骨損害是重要的決定因素。但到目前為止，骨損害的概念和危害尚未受到真正的重視，尚無(wú)與之相關(guān)的循證醫(yī)學(xué)研究，原因在于骨損害病變的臨床評(píng)估和治療還有很多難點(diǎn)和盲區(qū)。雖然研究已經(jīng)證實(shí)，骨質(zhì)疏松性骨折時(shí)骨骼出現(xiàn)了材料屬性和組織結(jié)構(gòu)的損害，但目前臨床骨質(zhì)疏松性骨折的評(píng)估只能通過(guò)骨密度來(lái)測(cè)定礦物質(zhì)的含量變化，以及X線檢查來(lái)觀察骨折的變形，而骨骼中的有機(jī)成分和骨組織結(jié)構(gòu)變化尚無(wú)法直接測(cè)量。在治療方面，外科手術(shù)解決了骨折的移位和固定，為患者的骨質(zhì)疏松性骨折加速康復(fù)提供了重要的基本保障，但手術(shù)無(wú)法改變骨質(zhì)疏松的病理變化和發(fā)展進(jìn)程。骨質(zhì)疏松性骨折骨損害的治療更依賴非手術(shù)干預(yù)，有效的抗骨質(zhì)疏松治療是骨質(zhì)疏松再骨折預(yù)防，以及骨折術(shù)后遠(yuǎn)期療效維護(hù)的重要措施。骨質(zhì)疏松的防治的最終目的是骨折的預(yù)防，骨損害所致的骨折風(fēng)險(xiǎn)是抗骨質(zhì)疏松治療的重要依據(jù)。目前抗骨質(zhì)疏松藥物主要包括抗骨吸收類藥物和促骨形成類藥物，通過(guò)不同的作用機(jī)制實(shí)現(xiàn)增加骨密度、改善骨微結(jié)構(gòu)、提高骨質(zhì)量的療效?？构俏疹愃幬镏委熓悄壳肮琴|(zhì)疏松及其骨折常規(guī)治療的主要選擇，這類藥物不影響骨折愈合，但也無(wú)法促進(jìn)骨折愈合，對(duì)骨損害的治療作用主要表現(xiàn)為提高骨量、改善骨質(zhì)量。促骨形成類藥物治療在提高骨密度的同時(shí)，增加I型膠原的合成，對(duì)骨質(zhì)疏松性骨