骨吸收

骨吸收

骨吸收(Bone resorption)是指在較低的應力水平下,骨組織的體積和密度逐漸發生下降的生理行為。骨吸收是構成骨重建的重要功能,體現了骨組織對力學環境的適應能力。異常的骨重建現象可能會導致骨質疏鬆癥狀,從而成為骨折的誘因。

內容簡介


這種細胞與骨相對的膜形成皺褶緣(ruffled border),遠離骨表面的膜則稱為基側膜(basalateral menbrane)。皺褶緣與骨表面之間的區域稱為縫合區(sealing zone)(即電鏡下的清亮區(clear zone)),它與骨表面緊密接觸,構成有利於骨吸收的密閉腔隙。在破骨細胞內的溶酶體酶的活動下,經皺褶緣排泌酸性物質,溶酶體酶、酸性蛋白酶在腔隙中逐漸積累,這就是有人稱之為被激活中的破骨細胞的骨吸收裝置,從而提供了一個局部酸性微環境(這個微環境是由破骨細胞內的溶酶體酶活動來實現的),並集中了一些骨吸收因子和酸性微循環累積的不同酸性水解酶,使骨基質中的無機質溶解,有機質崩解。這些溶解的產物——蛋白質和鈣離子被吸收入破骨細胞內,再排出細胞外,轉運至血液循環。這就完成了骨吸收過程,即破骨細胞對舊骨的破骨作用。骨吸收完成時,該局部骨表面形成吸收陷窩,稱骨陷窩。

調控作用


骨吸收的力學行為與骨細胞中的破骨細胞緊密相關。破骨細胞是一種多核的大細胞,數量少於成骨細胞。在骨吸收的過程中,活躍的破骨細胞將會分泌酸性物質和酶,對礦化的骨基質進行分解吸收,使得該區域的骨量發生下降。骨吸收和骨生長同時存在,形成動態的平衡。當應力水平較低時,破骨細胞較成骨細胞活躍因而使得骨的總量發生下降,應力水平較高時則相反。
【發現現規律
骨組織的生長和吸收特性與力學因素有著密切的聯繫,對這一現象的發現可以追述到19世紀中期。德國的解剖學家Georg Hermann von Meyer與結構力學家Carl Culmann對人體骨骼內小梁結構的分佈規律進行了探討,Meyer進而在他的著作《The Architecture of Spongiosa》中指出骨小梁的分佈與該骨骼上主應力的軌跡有關。但此時的學者並未指出該現象的機理與力學環境對骨小梁生長與吸收的調控有關。
1870年,德國的外科醫生Julius Wolff繼承並發展了Meyer的研究地系統地提出較高的載荷會促進骨的生長,而較低的載荷會促進骨的吸收,即著名的Wolff定律。該現象的發現使得人們逐漸認識到生命活動與力學環境之間複雜的耦合關係,為現代生物力學和力生物學的發展奠定了基礎[2]。

應用


骨吸收的規律普遍存在於日常生活中。例如,長期缺乏運動或處於適中的環境中則會造成骨密度的下降,導致骨質疏鬆,增加骨折的風險。在骨骼成長的過程中,骨幹內層的舊骨不斷地被吸收,而外層的新地不斷地生長,從而實現了骨骼形狀的密度的改變。

參考文獻


1. Frost, H.M., A 2003 Update of Bone Physiology and Wolff's Law For Clinicians.The Angle Orthodontist, 2004. 74(1): p. 3-15.
2. Wolff, J., The Classic On the Inner Architecture of Bones and its Importance for Bone Growth (Reprinted from Virchows Arch Pathol Anat Physiol, vol 50, pg 389-450, 1870).Clinical Orthopaedics and Related Research, 2010. 468(4): p. 1056-1065.