第二章　骨质疏松症的发病机制

第一节　骨骼的正常构造

骨骼是一种密实的结缔组织，是重要的人体器官之一。其功能主要包括：提供肌肉附着点产生运动，支持和保护内脏器官，储藏矿物质，同时也是人体主要的造血器官。骨骼形态多样，有复杂的内在和外在结构，能不断地进行新陈代谢和生长发育，并具有较强的修复和再生能力，其生长与代谢受体内多个系统的影响与调控。骨主要由细胞和细胞外基质构成，骨细胞主要包括成骨细胞、骨细胞及破骨细胞，细胞外基质包括无机矿物质及有机质成分。无机矿物质约占细胞外基质的2/3，主要是以碱性磷酸钙为主的无机盐类；有机质成分约占细胞外基质的1/3，主要包括胶原纤维及黏多糖蛋白等成分。骨的各种成分构成与含量随年龄与定位部位的不同而变化，各成分的量或构成比例的改变均可能导致骨质的变化，继而引起相关疾病的发生。

由于功能的差异，骨具有不同的结构形态，依据其外形与功能的差异，可分为以下几类（图 2-1-1）：

呈长管状，四肢骨骼绝大多数属于长骨。可分为一体和两端。体部又叫骨干，其外周骨质致密，中央为容纳骨髓的骨髓腔。骨髓腔内由骨髓组织填充，不同的生长发育阶段，其内的骨髓成分存在差异。两端较膨大，称为骺。骺的表面有关节软骨附着，形成关节面，与相邻骨的关节面构成运动灵活的关节。幼年时，骺与骨干之间借透明软骨连接，称为骺软骨。成年后，骺软骨骨化，形成骺线。

一般呈立方体形或类圆形，多成群集中分布于某些部位，如手腕部、足踝部。它由外表薄层密质骨和内部松质骨构成，能承受较大的压力，此外，短骨常具有多个关节面，能够在多个方向上活动，多参与较为复杂、精细的运动。

扁骨常呈薄而扁平的板状，主要由内、外板及板障构成。内、外板为薄层的密质骨，板障为分离内、外板的一层松质骨。主要分布于头颅、胸腔等处，常围成腔隙，支持、保护重要器官，如颅骨、胸骨和肋骨。此外，扁骨表面积大，可为肌肉提供广阔的附着点，如肩胛骨。

不规则骨形状不规则，由外表薄层密质骨和内部松质骨构成，功能多样，如椎骨，髋骨，蝶骨等。

骨主要由骨膜、骨质和骨髓构成，此外还有相关的血液供给、淋巴引流及神经分布（图 2-1-2）。

是被覆于骨内外、由纤维结缔组织构成的膜状组织。骨外膜包裹于除关节面以外的整个骨的外面，较厚，可以分为内、外两层。外层含有丰富的血管、神经和淋巴系统，为骨的代谢提供支持，内层含有成骨细胞和破骨细胞，在骨的发生、生长、改造和修复时发挥重要作用。骨内膜衬于骨髓腔内面和松质骨腔隙内，有生成新骨和代谢骨质的作用。

根据骨的发育阶段及胶原沉积的类型不同，骨质可分为编织骨及板层骨。编织骨又称为未成熟骨，其胶原纤维粗糙而呈不规则排列，其矿物质含量低，有机质成分比例高，主要见于骨的发育早期及骨折愈合早期，之后逐渐塑形改造被板层骨取代。成人骨质主要为板层骨，其胶原纤维排列规则，机械强度刚劲。依据其形态及功能，又分为骨密质和骨松质。

构成骨的外层（骨皮质）质地致密，抗压、抗扭曲力强，在长骨骨干处最厚，占全身骨量的80%。由大量骨单位（哈氏系统）、间骨板及内、外环骨板。骨单位由同心圆排列的哈弗斯骨板围绕中央管构成，与骨干平行排列。骨板间有许多陷窝和小管容纳骨细胞。哈氏管中央有小动静脉和神经走行，通过穿通管与骨外膜、骨内膜及髓腔中的血管、淋巴及神经组织彼此相通。内、外环骨板分别位于骨干骨皮质的内外表面，各有数层，外环骨板较厚，内环骨板较薄，与骨的内外表面平行。

由骨板排列成大小不等的骨小梁构成，约占全身骨量的20%。骨小梁相互交织呈网状，其排列方向与各骨所承受的压力及相应的张力方向是一致的，这种排列方式便于将其所承受的压力变为均等分力，使受力均匀地传递到骨的各个部分。骨小梁之间由骨髓填充，小梁内尚有骨陷窝，容纳各类骨细胞，参与骨代谢。

充填于骨髓腔和骨松质的间隙内，可分红骨髓及黄骨髓。红骨髓有造血功能，含有大量不同发育阶段的血细胞，黄骨髓主要为大量的脂肪组织。胎儿及幼儿骨内均为红骨髓，造血功能强大。6岁前后，长骨髓腔内的红骨髓逐渐为脂肪组织所代替，形成黄骨髓，失去造血能力。但在长骨的骨骺、不规则骨和扁骨骨松质内部仍为红骨髓，保持造血功能。

血管对骨的发育和生长起重要作用。血管促进软骨细胞的分化，骨质的形成、吸收和重建，有机质的形成和钙化，供应成骨的代谢和营养，促进骨折愈合。许多软骨和骨疾病都与血管异常密切相关。例如，骺动脉终支分布到软骨细胞增生区，形成血管襻，此处在骺损伤分离时造成血运中断，软骨即停止增生，可引起骺早闭，影响骨的生长与发育。

长骨的血液供应来源主要有滋养动脉、骨膜动脉及骨端的干骺动脉和骺动脉。

滋养动脉多为一条，担负着长骨血运的5%以上。滋养动脉入骨前，行程迂曲，可使其不致因运动而受损伤。它经滋养孔入髓腔后成为骨髓动脉，分升、降支沿骨内膜向两端走行，反复分支与干骺动脉和骺动脉吻合。途中发出分支滋养骨髓，是骨髓窦状血管系统的供血者。细静脉汇入中央静脉窦。滋养动脉另向外周发出皮质支，组成哈氏系统的血管，于密质中纵斜行，约滋养骨密质的内2/3部。骨膜动脉主要来自邻近肌动脉，在骨膜中形成血管弓或网，滋养骨膜，并发支入骨密质，滋养骨密质的外1/3部。干骺动脉和骺动脉主要滋养干骺端、骺、骺板（骺线）和关节软骨，担负长骨血运的20%～40%。它们从邻近的动脉和关节周围的血管弓发出，沿关节囊附着线穿干骺端者为干骺动脉。如果关节囊附着于骺，沿关节面周边的骨孔入骺者称为骺动脉，骺动脉进入骨松质中自由分支吻合，形成小动脉网和静脉窦。在关节软骨细胞柱下面形成许多毛细血管襻，滋养关节软骨。

短小的长骨（如指、趾骨）、扁骨及不规则骨，其血液主要由滋养动脉供给，滋养动脉进入骨体中部后，迅即分布形成血管丛，支持营养骨质。因此，结核和指炎常起始于骨的中部。扁骨的滋养动脉入骨后，发出许多分支分布于整个扁骨，其骨膜的血管较为丰富，对骨的营养作用较为重要。

骨的淋巴管伴骨膜血管网分布，骨质内未证明淋巴管的存在。骨膜、骨密质和骨内膜中有丰富感觉神经分布，主要分布于骨膜层。骨膜损伤及炎症时极为疼痛。纤细的有髓及无髓神经纤维伴血管经穿通管进入骨单位的血管周围间隙及骨髓。

骨组织由细胞和胞外基质构成。骨的细胞主要有四种，即骨原细胞、骨细胞、成骨细胞和破骨细胞，它们参与骨代谢，维持骨质、骨量的平衡。胞外基质又由有机质及无机质成分构成，构成骨的外形结构，实现骨的功能，同时支持骨细胞代谢，储存矿物质。

骨原细胞（osteogenic cell）：骨原细胞是骨组织中的干细胞。细胞呈梭形，胞体小，核卵圆形，胞质少呈弱嗜碱性。骨原细胞存在于骨外膜及骨内膜的内层及中央管内，靠近骨基质面。在骨的生长发育时期，或成年后骨的改建或骨组织修复过程中，它可分裂增殖并分化为成骨细胞。

成骨细胞（osteoblast）：成骨细胞由骨原细胞分化而来，比骨原细胞体大，呈矮柱状或立方形，并带有小突起。核大而圆、核仁清楚。胞质嗜碱性，含有丰富的碱性磷酸酶。当骨生长和再生时，成骨细胞于骨组织表面排列成规则的一层，并向周围分泌基质和纤维，将自身包埋于其中，形成类骨质（osteoid），有骨盐沉积后则变为骨组织，成骨细胞则成熟为骨细胞。

骨细胞（osteocyte）：骨细胞为扁椭圆形多突起的细胞，核亦扁圆、染色深。骨细胞夹在相邻两层骨板间或分散排列于骨板内。相邻骨细胞的突起之间有缝隙连接。在骨基质中，骨细胞胞体所占据的椭圆形小腔，称为骨陷窝（bone lacun），其突起所在的空间称骨小管（bone canaliculi）。相邻的骨陷窝借骨小管彼此通连。骨陷窝和骨小管内均含有组织液，骨细胞从中获得养分。

破骨细胞（osteoclast）：破骨细胞是一种多核的大细胞，直径可达100μm，可有2～50个核，胞质嗜酸性强。其数量远比成骨细胞少。多位于骨组织被吸收部位所形成的陷窝内。破骨细胞可向其中释放多种蛋白酶、碳酸酐酶和乳酸等，溶解骨组织。目前认为，破骨细胞是由多个单核细胞融合而成。

骨组织的胞外基质由有机质和无机质两种化学成分组成，有机质使骨具有韧性和弹性，无机质维持骨的硬度及强度。骨的化学成分直接决定骨的物理性质。有机质主要包括胶原纤维和黏多糖蛋白，成人骨有机物成分约占骨重的1/3。无机质成分是以碱性磷酸钙为主的无机盐类，约占成人骨量的2/3。骨的化学成分比例随年龄及生长发育而发生变化。幼儿时骨的有机质成分相对较高，较柔韧，易变形；老年人的骨质中无机质相对较多，较脆，易折断；正常中年人的骨质两种成分比例适当，因而既坚强又富有弹性和韧性。

骨来源于胚胎时期的间充质，约在胚胎第8周开始，以两种方式成骨，一种是由间充质发育成骨，称膜性骨化，如颅顶的扁骨；另一种是由间充质先形成软骨雏形，在软骨的基础上产生骨，称软骨性骨化，人体大部分骨骼都是以这种方式形成。

在间充质基础上经过软骨阶段发育成骨过程称为软骨内成骨。例如：长骨的发生是先在软骨雏形骨干的中央部出现骨化点，内含沉积的钙盐、破骨细胞和成骨细胞。破骨细胞不断破坏软骨组织和新生的骨质，同时，成骨细胞又不断产生骨组织。这种破骨现象与成骨现象并进的过程就是骨化。通常出生后不久，在软骨雏形的两端或某一端又出现新的骨化点，不断扩展成骺。之后，骨膜不断层层造骨，骺软骨也不断增长，同时骨质又不断改建，致使骨随年龄的增长而不断增长、增粗。至青春期前后，骨干和骺之间仍保持一层软骨，及骺软骨。发育到一定年龄阶段后骺软骨停止生长，并被骨化，使骨干与骺连接在一起，原骺软骨处所留的痕迹称骺线。

先由间充质分化成为胚性结缔组织膜，然后在此膜内成骨。人体的顶骨、额骨和锁骨等即以此种方式发生。膜内成骨的具体的过程是：在将要形成骨的部位，血管增生，营养及氧供丰富；间充质细胞渐密集并分裂分化为骨原细胞，其中部分骨原细胞增大，成为成骨细胞；成骨细胞分泌类骨质，并被包埋其中，成为骨细胞；继而类骨质钙化成骨基质，形成最早出现的骨组织。最早形成骨组织的部位称为骨化中心（ossification center）。新形成的骨组织表面始终有成骨细胞或骨原细胞附着，它们向周围成骨，逐渐形成初级骨小梁构成初级骨松质。随后，初级骨松质周围的间充质分化为骨膜，此后即进入生长与改建阶段。其外表面以成骨为主，使骨不断生长，内表面以分解吸收为主，形成髓腔或板障。

（张海平　郝定均）