骨重建（Bone remodeling）是指骨組織的形態和密度隨著生物力學環境的改變而改變的生理行為。定性地說，在載荷較高的區域，骨的質量和密度發生增長；而在載荷較低的區域，骨的質量和密度發生下降。骨組織這種用則變強、廢則變弱的特徵體現了其對生物力學環境的適應性，從而能夠在特定的力學環境下用最少的骨量實現最大的承載能力。當骨處於不利的外力環境中時，它的形態和密度會隨之發生異常的改變，例如失重環境導致的骨質疏鬆、植介入物引起的應力遮擋等。
基本介紹
- 中文名：骨重建
- 外文名：bone remodeling
- 效果：相繼發生在同一部位
- 作用：分泌鈣化生新骨
骨重建現象的發現,骨重建的定量研究,骨重建的套用,參考文獻,
骨重建現象的發現
對骨重建現象的認識可以追溯到19世紀中期。1867年，德國的解剖學家Georg Hermann von Meyer在著作《The Architecture of Spongiosa》中提出，骨小梁的海綿狀結構在人體骨骼的不同部分呈現不同的走向與密度。這種特徵可能與特定骨骼的承載需求有關。Meyer就該現象與當時的結構力學家Carl Culmann進行了探討，並採用了工程學的方法繪製了特定部位的骨骼在典型載荷下的主應力軌跡。研究發現了骨小梁的分布與主應力的軌跡的相關性。然而，Meyer這一重大發現並未在當時引起人們的關注。
1870年，德國的外科醫生Julius Wolff繼承並發展了Meyer的研究，提出了骨骼生長於應力環境之間的關係：較大的載荷促進骨的生長，較低的載荷促進骨的吸收，即著名的Wolff定律。Wolff在他的論文《Ueber die innere Architectur der Knochen und ihre Bedeutung fu¨r die Frage vom Knochenwachsthum》指出，骨骼中的小梁以及空腔分布絕不是雜亂無章的隨機分布，每部分的結構都力求達到用最小的骨質來承受足夠的載荷。Wollf還以股骨為例闡釋了長骨的兩端為松質骨中部為管狀皮質骨的生物力學原因。Wollf的工作為現代骨重建理論奠定了重要基礎[1]。
骨重建的定量研究
現代骨重建理論試圖建立起骨重建與力學環境之間的定量關係。骨組織中的成骨細胞和破骨細胞通過感受力學刺激來對骨的生長或吸收進行調控。Harold M. Frost通過實驗研究提出：當骨的應變低於50-100微應變、應力低於1-2MPa時，骨組織發生吸收；當骨的應變高於1000-1500微應變、應力高於約20 MPa時，骨組織發生生長；而當骨的應變進一步高於約3000微應變、應力高於約60 MPa時，骨組織發生損傷[2]。H. Weinans等人則建立了單位質量的應變能密度與骨重建之間的定量聯繫，目前被廣泛套用於骨重建的研究中[3]。 但目前關於骨重建的具體機理仍然未被研究清楚。
骨重建的套用
對骨重建現象的認識對改進臨床診斷和治療有著重要的意義。例如在骨折固定等手術中，鋼板和螺釘等植入物所導致的應力遮擋可能會降低骨折部位骨組織上的應力水平，引發骨吸收現象，不利於骨折固定後的癒合，往往成為再骨折的誘因。而太空人再失重環境下往往會產生骨質疏鬆症狀，目前的研究提出了多種運動載入的方式來減少骨質流失的程度，但仍存在許多問題。如何結合骨重建原理和相關生物學理論來設計對抗骨質疏鬆的有效方法仍然是亟待解決的問題。
參考文獻
- 1. 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.
- 2. Frost, H.M., A 2003 Update of Bone Physiology and Wolff's Law For Clinicians.The Angle Orthodontist, 2004. 74(1): p. 3-15.
- 3. Weinans, H., R. Huiskes, and H.J. Grootenboer, The behavior of adaptive bone-remodeling simulation models.J Biomech, 1992. 25(12): p. 1425-41.
