成都华西华科研究所研发生产定量CT QCT骨密度体模软件分析系统骨的组成与QCT骨密度体模软件检测骨质疏松方法

骨是生物进化过程中卨度特化的结缔组织，乃自然 生成的内在支持系统。其外形和内部构造与机械应力 (stress)的作用密切相关。胎儿在宫内的活动即为骨的发 食和成形施加力学刺激。出生后，结构与功能的联系更 为密切。丨9佾纪后叶，德国医学家WoUf提出的定律即 功能决定形状（form fol丨ows function)就是基于松质骨排 列的规律与主要应力方向的相关性而提出的。为满足结 构和功能的相适应和平衡，骨从末停止过拆除和重疰，即 重塑（remodeling〉，以适应功能的苗要。假如结构不能适 应功能的葙要，如東塑过程涉及到的骨吸收与骨形成的偶联（coupling)失去平衡，终将导致疾病的产生，如骨吸 收超过讨形成则形成背质琉松症（osteoporosis);反之，骨 形成超过骨吸收或缺乏骨吸收和骨重塑，则形成骨硬化

症（osteopetrosis) 〇

(一）骨基质

骨组织由无机成分和有机成分及少M水分子构成。 无机成分约占70%,主要为羟膦灰石结晶和少许无机离 子。有机成分约占30%,其中98%为1铟胶原纤维和非 胶照蛋白，2%为细胞成分如成骨细胞、骨细胞、破骨细 胞等。

I型胶职是骨基质主要成分，由三条多肽链构成，两 条a,和一条a₂链，由羟脯氨酸和其他荷电基团形成的氢 键交联，构成300nrri长、非常坚韧的线性分子，每条分子 与相邻分子错开1/4的长度平行排列，再集合成束形成 胶原纤维。交错形成的缝隙成为“空区"（hole zone),平行 排列间的缝隙成为“孔"（pore),非胶原蛋内填充其缝隙 中，空区被认为是矿化区域所在。^:n

除丄型胶原外，甘基质中含多种蛋白多檐和非胶原 蛋白，如蛋内多搪苗含阴离子复合体，有较高的离子结合 特性，在钙化过程和羟膦灰石附苷在胶原纤维的过程中 起重要作用。这些成分大多由骨形成细胞合成和分泌， M近年来被关注和研究的热点，多种成分被纯化和测序， 但其详细作用机制尚不完全清楚。

骨钙素（osteocalcin),又称骨y-羧基谷氨酸蛋白 (BGP),含=个谷氨酸基团，羧化后賦予其结合钙和矿物 的特性，调节矿化速串和结晶的形状。l，25(OH)₂D₃可 增加其合成，PTH和糖皮质激索可抑制其合成。^[31成骨 细胞和血小板合成分泌的骨连蛋白（osteonectin)可结合 变性胶原和羟膦灰石，可调节钙浓度、保持钙磷或基质网 架的稳定.增强破骨细胞与骨的附着力。磷酸化涎酸蛋 白（phosphorylatcd sialoprotein〉多位于“空区”和“孔”区 域，其磷酸基闭在矿化初期吸附钙离子过程中起承要作 用。W还有多种非胶原蛋白如骨桥蛋白（osteopomin)、骨 酸性糖蛋白（bone acidic glycoprotein )、血小板反应因子 (thrombospondin)等，均含有精氣酸一甘気酸一天冬氣酸 序列（RGD),具细胞结合蛋白的特征，通过膜蛋白家族的 整合索（imegrin)而被识别，构成细胞外箪质与细胞骨架 相连的环节，使成骨细胞、破骨细胞等锚定于细胞外基 质，进而表达其表型和活性，发挥各自的功能。¹⁵¹

骨基质中还有少许细胞因子和生长因子，如转换生 长因子p(TGF-p)、胰岛素样生长因子（IGK)、白细胞介 素（丨L>、骨形态蛋白（BMP)等，可结合矿物质和基质，多 在骨吸收过程中出现，调节细胞的分化、活性、生长等过程，有的可能是偶联因子，或与激素共同作用调节钙离子 的流动，乃至控制基质的矿化等方面发挥t要作用，其详 细作用机制有待进一步阐明。¹⁶¹

骨基质中的无机盐95%是分子式为Ca_w (TO )₆(OH)₂ 的细针状羟膦灰石结晶，沿胶原纤维长轴规则排列且与 胶原纤维紧密结合，还有少许非杂质位于羟膦灰石中，如 碳酸盐可取代磷基.氣、氟离子可取代羟基，从而改变结 晶的物理特性和化学特性，过多则可损宵正常骨组织的 生物作用和功能。

骨基质结构呈多层板状，称骨板（bone lamella)。同 层骨板内胶原纤维平行排列，相邻骨板的纤维趋向则¹T 相垂直，整体结构犹如多H板，賦予毋以刚度和强度，但 仍具有一定的弹性，有效地保证r骨组织的作用和功能。

(二）骨组织的细胞

骨组织中有四种不N的细胞类型：成骨细胞（osteo­blast) 、 破 骨细胞 (osteoclast )、 背细胞 (osteocy to) 和 骨衬细 胞(bone lining cell)。成伢细胞、骨细胞和骨衬细胞源于 同样的骨原细胞(osteoprogenitor cell)，其不同形态代表不 同的功能状态。骨原细胞可见于骨髄基质、骨外膜、软组 织及未确定的外周血钤内皮细胞。破骨细胞源于造 血组织中的前单核细胞（mononuclear precursor )，其特性 和功能应归厲单核巨啫细胞系统，或可宥作单核巨嗜细 胞系统在骨中的体现，犹如肝脏中的Kupffer细胞。

成骨细胞最主要的功能是合成类骨质和非胶顷蛋 白。细胞具有合成蛋白的超微结构特征，发达的卨尔基 复合体和粗面内质网。细胞分泌表面有胞浆突起深人到 类骨质中且与深埋其中的骨细胞突起相连接，细胞之间 常见缝隙连接，成骨细胞富含贓性磚酸酶，在合成旺盛 时，以基质小泡的形式释放，同钙结合蛋白等成分一起参 与类骨质的矿化。成骨细胞还有PTH受体、雌激素受体 和维生索受体等¹⁹¹，共N参与讶代谢的调节如骨吸收 和骨转移等。成骨细胞常以群体出现参与骨代谢.通常 在一个骨形成位点可见丨00〜400个成骨细胞，且常排列 —排，下面常见一层未钙化的类骨质，依矿化速率不同厚 薄不一，一旦矿化完成，碱件磷酸梅活性消失，或埤入骨 基质中成骨细胞，或成为#表面的衬细胞。

骨细胞是埋人骨苺质的细胞，每个骨细胞占据一定 的空间。胞浆有很多丝状突起，与相邻的骨细胞和表面 的成骨细胞突起构成缝隙连接，使细胞之间信息交流成 为可能。丝状突起所在的空隙称骨小宵（bone canalicu- li),构成一个微管的网络，内充满甫含钙离子的细胞外 液，对于维持血钙浓度起重要作用。骨细胞的形态随年 龄和功能状态而变化。初始的骨细胞具有与其来源的成 骨细胞相似的超微特征，只是体积减小，细胞器减少，而 较老的骨细胞常®.示睁止细胞的特性。但一旦接受剌 激，可局部活化，参与溶骨和成#反应。

骨衬细胞呈扁平，伸长状覆盖在矿化骨表面，只有很 少的细胞器，呈静止态。其下讶组织既无#形成也无讶 吸收。在骨组织与骨«组织中构成一道屏障，以维持其 相对独立性。其形成类似于骨细胞，只是末埋人骨基质

中而已。其与相邻的骨细胞保持缝隙连接。也有人认为 其可能为前成骨细胞，活化后增殖乃至骨形成。衬细胞 在为破骨细胞发挥吸收作用前起重要作用，似乎局部骨 损伤或退变而需東塑时，常由衬细胞移去表面薄层骨基 质，使破骨细胞可直接接触矿化物表面，使骨吸收得以进 行。【"】

破骨细胞是重要的骨吸收细胞，在骨電塑中发挥重 要作用。其通常含4〜20个核，由多个单核细胞融合而 成。核圆形或不规则扭曲，或常染色质为主呈淡染状或 异染色质多而深染，可能反映了融合前的时相或功能状 态的不N。胞浆泡沫状含多M空泡，内含多童溶脉体酶， 如蛋白酶、碳酸酐酶、乳酸和柠楝酸等，对于骨吸收起重 要作用。可通过非特异性脂醜和抗酒石酸盐酸性磷酸酶 (TRAP)的组化特征而识别。破骨细胞可表达CSF-1 受体、降钙素（CT)和雌激索受体，但无维生索D受体，也 无Fc和C3受体。^

破骨细胞行使功能时与骨基质通过整合素受体紧密 附着，贴近吸收侧的胞浆形成特征性的皱褶缘（ruffled border),即光镜所见的纹状缘。皱折缘周缘由环形收缩 蛋白包绕，含多贵微丝，而无其他细胞器，构成所谓的“亮 区”(clear zone)，封闭骨吸收区域。在此吸收腔内，破骨 细胞释放多S酶解性物质，溶解和吸收损伤或退化的骨 苺质其可能代表机体防御系统对于变性坏死或衰老物 质的淸除，如同单核巨嗜细胞系统在机体其他组织中的 作用。

(三）骨的结构

骨组织是组织严密、排列有序的致密结缔组织，矿物 质浸透其中，使骨的强度如铸铁般坚固。骨强度与骨总 M、骨结构和微结构及骨质谩密切相关。在其形成过程 中呈现两种物理特性完全不同的骨组织，即编织骨和板 层骨。胎儿出生时，均为编织骨。大约1个月时，受应力 作用，板层骨开始形成，4岁左右时，大多形成板层骨组 织。

编织#为非成熟骨或初始骨，正常时可见于胚胎、新 生儿、骨折后骨痂和生长骨中的干骺端区域。异常时可 见于肿瘤性骨、生骨缺陷、代谢性骨病如Paget病等。编 织骨特征为胶原纤维无序排列，细胞成分多，矿化不规 则，从而呈现各向同性的物理特征。而板层#排列冇序， 矿化规则，代表者骨成熟，呈现各向异性的物理特征。应 提及的是，评价骨置时，不仅是数M还有舒馕的构成差 异，也即骨的质M,对于骨的功能至关重要。

依据骨结构密度的不同，将骨分为密质骨（compact bone)和松质骨(spongy bone)。密质骨是松质骨体积的4 倍，但松质骨较密质骨有更大的表面积，在骨代谢中发挥 里要作用。

密质#多在骨外层构成骨的皮质.故又称皮质骨。 其骨板为实性，紧密排列。在长骨可分为内、外骨板和位 丁其间的骨单位（osteon),又称哈弗系统（Haversian sys­tem)。 骨单位是由横截面呈 N 心 WJ 状的层状骨包绕中央 血管通道的圆柱体，血钾通道含神经和血管，称中央管(central canal)或哈弗背（Haversian canal),呈不规则分支、 吻合。血管具毛细血管的特征，其基底膜是选择性离子 运输的屏障，对钙、磷的转运至关重要。背单位排列为方 向相对的双蜾旋结构，与骨长轴的斜率恒定在5_ —15' 与最大力学负荷方向相对应^[133。每个骨单位外周有一 层含骨盐多，而胶原纤维少的骨基质，称粘合线（cemem line),在骨的横切面切片或磨片中淸晰可见。骨单位之 间沟通和物质的运输通过相连的中央管和与中央管垂 直，横穿皮质的穿通管（perforating canal，乂称V〇丨Kmann 管〉〇

皮质骨有构曲，与骨髄相接触的为骨内联（endoste­um〉 ， 与 骨外软 组织相 连的为 骨外膜 （ periosteum ) 。 骨内 膜处细胞常排列成一层，静止时扁平，活跃时能分化为成 讶细胞，在伢转换中发挥®要作用。老年性皮质变薄和 松质骨化实为内膜骨吸收的结果。骨外膜分两层，外层 较厚，直接与肌肉和软组织相连续，含多世未分化的纤维 母细胞样细胞，并见多撖纤维Uharpey纤维）横向穿入外 环骨板，起固定#膜和韧带的作用。外膜内层为骨形成 层，由纤维母细胞样细胞组成，多厲于前成骨细胞，与外 膜好形成密切相关。某些部位骨外膜菲薄或阙如，常导 致骨形成低下，易成为骨折好发部位，如股骨颈。

松质骨分布于长钎的骺钟、干骺端、骨干的内側、椎 体内及扁平骨的板障等处，其束状或板状结构构成三维 的分支网架，状如“脚手架”，承受复合力学负荷，对于皮 质骨的支撑作用尤为敢要。其中的网孔，允满造血的# 髄组织。骨小梁具有广泛的表面积，是骨代谢最活跃的 邢位，也是骨丢失最早出现的区域。在其表面可见较多 的细胞成分，包括成骨细胞、破骨细胞和衬细胞等。各种 细胞不同的比例变化，反映其功能状态。代谢性骨病最 常累及的是松质骨，也姑评价骨形成和骨吸收及背里最 常涉及的区域。但因材料获取的困难，难以获取较完粮 的形态特征和组织学改变，从而难以测定骨微结构损伤， 包括微破裂和微骨折等及对生物力学的彩响。大租的实 验动物模型的应用和研究，为我们提供了可借鉴的依据。

(四）骨塑建和重塑

在骨的发育、形成过程中，塑建和重塑两个过程贯穿 始终，参与骨的形状和构筑的形成，以适应应力的笫要。 塑建通常柑先前未出现破骨细胞吸收的区域和表面的骨 形成如软骨内成骨和膜内成骨。而重塑通常指位于破# 细胞#吸收区域或表面的骨形成^[14)。

骨成熟之后，总是处于不断吸收和形成的重塑过程 中，以适应应力的变化，保持骨生物力学的特性.防止疲 劳损伤，维持矿物平衡。#重塑可发生在皮质骨和松质 骨，在皮质骨的速率为每年2%〜5%,而在松质骨是皮 质骨的5〜10倍，由此控制若相关部位的替代、获得或丢 失。累积效应决定骨的三维结构和力学特性。而重塑位 点的多少、速率的快慢与年龄、内分泌、力学负荷等的变 化密切相关。

骨重槊见于背内膜、外膜、哈弗管和松质骨表面。按 Parffit的重塑模式，正常顺序为静止-活化-吸收-间

歜-形成-静止重塑涉及到背的基本多细胞单位 (basic multicelluar unit，BMU)，包括一组破骨细胞和成骨 细胞及相应的神经、血管组织。健康成人，每年300万〜 400万BMU被激活，平时大约丨00万在活动中。每个 BMU在特定的时间和位点协调进行，由新骨取代旧骨。 在皮质讶，BMU移动到需要更新的部位，淸除和恢复通 道（umnel)结构，在松质骨，淸除和修复缺损，从而达到重 塑的目的。其涉及多种复杂的分子机制，多种激素、非胶 原蛋白、生长因子和细胞因子参与此过程，详细的调控机 制尚未阐明。PTH、甲状腺激素的增加、雌激素或睾酮的 喊少常使重塑位点增加。*塑周期骨形成的数量随年龄 增长而下降，包括前成#细胞数fi的减少.脂肪生成增 加，同时破骨细胞生成减少，使得袞老的或损伤的骨组织 得不到修复导致讶折的机率增加。重塑过程中的关键是 骨吸收和骨形成的偶联（coupling)能否达到平衡，过度的 讶吸收或过少的#形成，即偶联的失衡，将导致骨里减 少、脆性增加、#的力学特性下降和骨折的发生。有必要 研究和了解骨t窀的详细机制和发生过程，诸如启动倌 号是什么？形成骨重塑位点的前提是什么？是否机械负 荷的损伤或局部#微结构的破坏是唯一的驱动因家？ 骨形成和骨吸收的偶联的分子机制如何？等等。其必将 对我们调控骨代谢、防治骨质疏松等疾病提供新的思路 和希单。成都华西华科研究所研发生产QCT定量CT骨密度体模软件分析系统  
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