骨小梁

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胞(osteogeniccell)或成骨細胞(osteoblast)，因為都在骨髓腔內表面，故通稱骨內膜細胞(endostealcell)。成骨細胞，排列在骨小梁表面，胞漿突起可與周圍的成骨細胞胞漿相接，它是由緊貼骨內膜表面扁平的骨原細胞發育來的。

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生變化。雖然各研究各期年齡組相差較大，但說明肱骨大結節內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係還是比較密切的。其密度變化趨勢由緻密均勻向稀疏變細直至消失；而排列方式由放射狀排列逐漸變得雜亂，並且骨小梁隨年齡遞增出現中斷，肱骨大結節內出現空洞，此空洞逐漸增大，最終與骨髓腔融合。肱骨大結節內骨小梁的這種年齡變化特徵不失為年齡鑒定的一個有用指標。

從機械角度來看，骨強度不止依賴於內在物質含量的多少，更多地依賴於相互之間的排布，即骨的內部結構。主要包括皮質層厚度，骨膜，骨髓腔直徑變化，及骨小梁數目、質量、方向和厚度等。採用有限元分析構成骨材料本身的空間構架，及載入不同大小及方嚮應力下的骨強度的變化給一個較準確的全面的評價。其中骨骼大小、橫斷面面積及面積截距的長短等可預計骨強度的70%～80%。另外，骨小梁具有承載負荷，在骨小梁之間及骨小梁與皮質骨之間傳導及分散應力載荷的作用，因此也是一個主要的影響骨強度的因素。對於骨小梁來說，其骨質量與微結構密切相關。

松質骨由大量針狀或片狀骨小梁連接而成的多孔網架結構，按應力曲線規律性排列，具有非均勻的各向異性，這種排列能增加骨強度。了解應力下骨小梁的變化對骨強度的影響很有意義。在三維結構下觀察到片狀骨小梁，在骨重建結構中是頭尾方向對齊的，在每經歷一次重建后都要變薄一些，最後使纖細的骨小梁穿孔，斷裂或完全消失。應力刺激下表現為骨小梁數目減少、變細為桿狀，相互交錯空間距離增大，進而瀰漫性斷裂，破壞骨小梁的完整性，容易骨折，導致骨抗形變能力下降。早期表現為非應力骨小梁減少、變細且稀疏，與關節面平行，隨著非應力骨小梁減少、吸收，承力骨小梁代償性增粗，表現為縱向骨小梁數目稀疏，部分區域完全消失。隨著應力的增加，骨小梁的丟失先發生在水平方向，並導致微結構中各項異形性的發生。Turner等人關於股骨中段及股骨遠端經典納米壓痕試驗發現骨小梁橫行方向上彈性模量高於皮質骨；反之，縱行方向時低於皮質骨。亦有研究發現單根橫向骨小梁與縱向骨小梁相連和不相連時，他們所能承受的負荷力(即破裂強度)之差為4倍。因此，骨小梁的破壞機制的研究表明，在應力情況下骨小梁引起的骨強度的下降主要是由於縱行骨小梁的彎曲，而非橫向骨小梁數目的減少。研究證實，早期用降鈣素治療2年，改善骨小梁數目及排列，維持骨小梁體積等可明顯降低絕經後婦女骨折發生率。

皮質骨本身的內在性質及孔隙度影響著骨強度的變化，內孔的大小和隙度決定著骨70%的彈性模量及55%的屈服力點。其多孔特點是由哈菲斯骨板和骨吸收腔構成，皮質骨多孔時，骨的機械強度下降。應力作用下，骨皮質變化晚於骨小梁，起初皮質骨寬度增加，厚度變薄且分層，進而疏鬆化，最終可呈細線狀，相應的骨密度檢測也證實了這一點。Pistoia等研究了皮質骨與骨整體力學性能之間的關係，應用微型有限元法模擬了當橈骨遠端的骨量減少20%后骨力學強度的改變，發現因皮質骨變薄而導致骨量減少20%時，骨強度下降40%。對一個外力作用下彎曲的骨測定表明，在屈點下方的骨皮質要厚於屈點上方。表明僅通過載力方向，很難判斷骨小梁或是皮質骨的彈性模量和硬度，但應力下骨小梁的變化影響著骨強度的大小。另外，骨皮質的微裂紋會延長骨折的發生，骨皮質的孔隙度增加會限制骨微裂紋的進一步擴展。微裂紋的延長被發現多見於骨皮質的縱軸方向，證明骨單位在縱軸方向上比較薄弱。新微裂紋的產生，也是骨折在外力下能量消散的一種方式，預防骨折的發生。但隨著微裂紋數量的增加，骨的韌度和硬度均下降。有人認為椎體骨的骨皮質和骨小梁體積比也是一個重要的影響骨強度的因素。說明骨內部結構的變化是引起骨強度的變化的主要因素。此外，相同的骨礦含量但卻因骨皮質結構不同，骨強度發生變化，如管狀骨和扁骨等。由於骨皮質截面積越大，骨髓腔越大，意味著單位體積內骨密度下降，骨強度減小；反之，骨截面積越小，骨髓腔越小，意味著骨皮質層較厚，增加骨強度。也有研究證實骨皮質隨著骨髓腔增大，距離骨單位中心越遠，其連續性硬度及彈性模量增加。總之，骨強度能夠全面的評價骨的性質，逐漸成為臨床診斷的趨勢。骨強度依賴於骨礦含量、骨內部結構、骨小梁和皮質骨厚度、及構成材料的內在特性等的變化。應力作用下對骨細胞微結構、膠原、羥磷灰石的性質及構成、骨小梁和骨皮質的改變對於骨強度的維持至關重要。骨密度仍是評估骨質疏鬆症的主要手段，但不全面，結合骨的微結構與測定受力下的變化，全面的評估骨質量，對骨折的預防及治療有一定的價值。現已經採用三維立體成像技術，有限元分析(FEA)骨的內部微細結構，幾何學，骨密度等綜合測量骨強度的分析，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胞結構和行為方面的研究也取得了一定進展。