成都华西华科研究所分析正常骨结构局部机械应力关系与QCT骨密度软件体模检

正常骨结构与局部机械应力的关系

骨的结构与功能直接相关，最好的例子就是从长骨 的X-Ray片可直接反映出的骨的结构与功能的关系。 骨皮质与骨小梁的方向、密度、和厚度可以直接反映出局 部骨应力的大小和方向。在长竹末端，纵轴方向的压应 力要比横轴方向上的弯曲应力和扭转应力大的多。因 此，长骨末端膨大，骨密度均一，且可见多个结节。由于 长骨末端的压应力方向不定，且在不同的时间集中在不 同的点，所以长骨末端膨大的结构能够减小单位面积上 的压应力，使单位面积上的压应力维持在一个安全的范 围之内。骨密度均一的末端结构有利于骨端更有效的吸 收纵轴方向的压应力。骨末端的多个结节一方面可以为 邻近的肌肉提供更多的附者点，减少来自关节的应力，另 一方面，骨结节中包含很多密度均一的#小梁，这些骨小

梁能够吸收来自关节的各个方向应力。这些应力从千骺 端传到骨干。另外，机械应力还可以通过骨髄腔和骨皮 质中小管状结构传递。

长骨的X-ray片中显示的骨皮质与骨小梁的解剖 结构可以明确的反映作用于局部的应力的大小和方向。 骨小梁的大小和方向与作用于该部位的应力宵接相关。 从X-ray片中可以肴出，近端的骨小梁逐渐汇合，形成 骨皮质。在近端骨骺，从X-ray片看不出骨皮质。在讨 小梁的末垧，骨皮质开始汇合。骨小梁逐渐减少，骨皮质 逐渐增多，直到骨皮质达到密度均一，最后到达长背另一 端的干骺端。

在胚胎形成的早期阶段，骨组织由间叶细胞构成。 间叶细胞后来转化为基质细胞，这些不连续的基质细胞 逐渐分化，而形成软骨，并逐渐形成各种形态的骨组织和 关节空泡，并且肌肉、韧带、肌腱以及它们的附着点叶在 这个过程中逐渐形成。这整个过程在妇女妊娠8周后 出现。

软骨基质被基质分化产物取代的过程可以用Carter 理论很好的阐明。Carter理论指出间断的应变能里可以 加速软骨退形性变进而#化，而子宮中的流体静态挤压 应力对软背對化的作用剛好相反，它可以抑制软骨的退 变，从而阻碍软骨的骨化过程。在应变能量和流体静态 挤压应力的双重作用下，透明软骨不断的增殖、退变、骨 化，直到形成完整的人体骨骼系统。

根据Carter理论中提到的适度负荷是促进骨生长的 霉:要因家的基本质理，我们不难预测局部的骨形态和密 度的改变^|231。股骨的形成过程就是一个很好的例子^|<}, 在胚胎早期（妊娠8周K股骨基质全部由致密的软骨细 胞构成，在随后的几个月中，软骨基质细胞逐渐增飱分 化，在妊娠35周左右，形成完整的股骨。在这整个过程 中，作用于股骨的各种应力发挥了重要的作用。

圾早发生改变的的部位是骨子中间部分，在那里，软 骨组织被骨干中轴荇代。紧接着，上面的过程进行第二 次重复，骨化部位逐渐向背末端迁移。第三次東复形成 干骺端。第四次重复并没有进一步在外周骨化，而是在 骨干的两端形成了骨化中心。这样模型就可 以预测笫二次骨化中心的形成位点。第二个骨化中心的 形成时间大约在婴儿出生3个月左右。第五次重复过程 完成以后，股骨头的骨化就完成了。血管渗透到股骨头 中密度较低的部位起到营养股骨头的作用，同时关节表 面也在这个过程中形成了，关节液的流体静态挤压力保 证了关节软骨不再进一步骨化。由于关节液流体静态挤 压力不均匀的作用在关节表面，所以关节中心软骨最厚， 从中心到四询，软骨厚度逐渐降低。

骨重建理论最初由Carter、Beaupre、Huskies¹⁵¹等人提 出来，后来，很多学者用这一理论解释了很多临床疾病中 所出现的骨的高度特异性改变的机理。其中局部性骨质 疏松在“应力遮挡”中最常见。表27-1列出了临床上常 见的引起M部性骨质疏松的几种力学原因。

表27-1 «部性骨®疏松的机械因索

1•骨折

1.  制动与癱痪

2.  临床上常见的痛症

1.  交感神经背养不良

2.  感染

3.  炎症比如风湿性关节炎

3.  全关节*换

4.  内固定装置例如钢板蝶丝钉固定

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