說說我們的「賤」骨頭——骨密度和骨強度

01-31

一碗冒著熱騰騰香噴噴的骨頭湯大概是最早讓我對骨頭有了「親眼目睹」的認識了，香濃的湯、表面的「脆骨」嚼在嘴裡的喀吱喀吱聲、骨頭中間「空管子」里吸出來又香又嫩的骨髓、還有骨頭切面上像馬蜂窩一樣紋路，這些都是學醫前骨骼留在我大腦最深處的記憶碎片。

如今，電視上充斥著的骨質疏鬆的介紹、補鈣藥物更是佔領了保健品市場的大半個貨架，對於骨質疏鬆我們被灌輸了太多科普知識，於是我們都知道只要曬太陽和吃鈣片，骨質疏鬆就會治好了。那些年，賣鈣片的賣骨密度測量儀的，一下子都發了。還記得《當幸福來敲門》里爸爸一直提著的那台「time machine」嗎？那不就是台骨密度測試儀嘛，要知道電影上線的2000年初，可是鈣片治療的黃金時期啊。

然而，學了醫之後再回過頭來看當時的那些科普論調，才發現那些慣用邏輯背後的悖論。在骨密度檢查方法誕生之前，骨質疏鬆是用骨折風險來定義的。而骨密度檢查作為一個預測指標，可以讓人們在骨折前發現自己的骨質是否可能「疏鬆」。於是診斷標準慢慢轉變成了骨密度的數值。而補鈣因為與骨密度上升存在線性關係，所以自然而然上位成了治療骨質疏鬆的主力藥物。

然而真的是這樣嗎？

自補鈣盛行的那些年之後骨質疏鬆的發病率、患病率仍然逐年增長，而且骨折發生率仍然保持在同樣的水平，同時鈣片的潛在副作用，也漸漸被拽入視線。

那問題來了，偷工減料的「豆腐渣」工程是不是單靠增加足夠的水泥等材料供給就能保證建築的牢固呢？

其實未必。

那骨質疏鬆的「豆腐渣」工程是怎麼回事呢？

骨骼其實是一個完整的「建築工地」。

我們日常的生活習慣，運動鍛煉頻度強度、營養攝入、內分泌平衡，這些都可以影響工地蓋房子的建築目標，影響整個「骨骼大廈」的外觀和強度。

其中，力學刺激是影響骨骼形態的最重要的因素。

舉一些生活中的建築案例：

1. 常用右手運動的運動員（Roger Ferderer），除了右手臂比左手臂更粗更強壯，X線下的骨骼也是如此。

如果說「左手骨骼施工隊」對於「尺橈骨」的承重要求是二級的話，那「右手骨骼施工隊」得到的指令就是承重一級，以防範日常生活中更頻繁的運動受傷風險。

2. 上周參與一年空間任務的宇航員Scout Kelly終於回到地球後，儘管做了很多有側重的鍛煉，但他的骨量流失仍然存在。而常常騎公路車鍛煉的我，下肢運動的股骨強度卻比正常人更大一些。（注1：宇航員6個月的失重環境生活會讓他們的肌肉和骨骼強度損失很多[1]，其中的近端股骨丟失15%左右的骨量[1]）

一項研究讓宇航員在空間站不做任何鍛煉，觀察他們的肌肉和骨骼，結果發現除了手臂肌肉強度增大以外，其他部分均發生了非常大的流失。骨盆的骨骼（-1.26%/月）及腿部的肌肉（-3.03%/月）分別排名第一。為什麼呢？我們一起來看看宇航員在空間站中的移動方式。

圖片來自於《火星救援》，在失重環境中，新的行動方式讓宇航員的身體「進化」出了更優化的結構，讓他們能更適應當下的環境。

而自行車運動員，除了需要一顆強壯的心臟來保持長期高速踏頻以外，他們腿部肌肉和骨骼同樣驚人，不是無氧舉重運動員的那種厚實粗壯，而是橡皮筋的那種強韌，因為長期獲得肌肉泵來的營養，下肢的骨骼也變得異常強韌。

以上兩個例子都說明「用進廢退」這個原則同樣適用於骨骼的強度理論，也就是有名的沃爾夫定律（Wolffs Law）：

健康的人或動物的骨骼會適應所在部位所需承受的負載。
若特定骨骼的負載增加了，骨骼會慢慢變得強壯，來承受負載；
反之亦然，若骨骼負載減少，骨骼也會變細，因為該骨骼的新陳代謝不需要那麼大的體積和材料。

（Walffs Law重要的文獻來源[3]，"The law of adaptative bone remodeling: a case for crying newton?"，這大概也是「牛頓哭暈在廁所」的出處吧？LOL）

此外，我們任何部位的骨骼和肌肉都在靈活性和穩定性之間做著權衡。

就以脊柱為例，一節節的脊柱依靠肌肉、椎間盤和韌帶組合在了一起，一同給我們軀體帶來穩定的同時也不失靈活。這樣的協同配合就好像一艘帆船一樣，纜繩和桅杆，只有兩者都完全發揮各自的職責，帆才會鼓起來，才能「一帆風順」。

但是，

這樣的機理有事也會「好心辦壞事」。

家裡的老人隨著年齡增長，肌肉漸漸的萎縮，運動量下降使肌肉力量不斷減弱，加之卧床休息時間增多，使得「纜繩」（腰背部肌肉）越來越難以維持「桅杆」（脊柱）在活動中的平衡，為了保證正常的生活和行動，「桅杆」（脊柱）就不得不不斷的改變形態，來加固肌肉無法承受的軀體重量，長出的骨贅（「骨刺」）也是為了給「桅杆」帶來強化加固。

反之，堅持做攀岩和游泳等針對腰背肌運動的人，他們的「纜繩」彈性非常好，除了背部線條非常好之外，「桅杆」的形態均保持得很完美。

以上這些例子都說明骨骼的「建築工地」非常「聰明」，建築隊可以根據承受外力的情況來加固「建築強度」，也可以根據能耗來「節能減排」

那骨骼的結構是怎樣的呢？

啃過骨頭的都知道，骨頭外部是一層緻密光滑的結構；而切開後的骨頭可以看到切面呈蜂窩狀的結構，這就是骨骼最主要的兩部分：骨皮質（密質骨）、骨松質（骨小梁）。

骨骼內部的骨松質就像海綿一樣，由柱狀或盤狀結構的「骨小梁」支撐著這一結構。「骨小梁」，顧名思義就是起承重作用的「房梁」，骨松質的網路結構可以把骨骼表面的力平均分散在骨小梁中，不斷傳遞不斷緩衝。所以骨小梁的數量、粗細、連接度、方向都是評價骨骼「質量」的重要指標。

皮質骨與松質骨，microCT的三維重建，可以讓我們更好的評價骨骼的力學屬性，但是由於設備限制以及解析度要求較高，目前多用於實驗研究（圖片來源[4]）。

在可以看到骨骼內部微結構的CT影像中，我們可以看到骨質疏鬆病人與正常人相比，他們的骨小梁更細、互相連接都不好、斷裂骨小梁非常多。通俗講，就像碎餅乾屑和排列整齊的餅乾的差別，如下圖。

左圖為正常的骨小梁，右圖為骨質疏鬆的骨小梁。兩者骨密度可能差不多，但力學屬性相差很大。

對骨質疏鬆進行評價，如果只關注骨密度和骨礦物質含量（材料屬性）這些指標，「缺什麼補什麼」的線性思維會讓補鈣變得理所當然。而事實上蓋的房子不牢固除了「豆腐渣」工程的偷工減料，還要考慮一下房屋的土木結構在承重上是否合理。

骨小梁的應力分布（顏色越深，受力越大）

所以評價骨骼的「質量」（力學屬性）對於骨質疏鬆的診斷同樣重要。

關於「骨質疏鬆」，我會在2017年1月21日（周六）晚21：00（北京時間），在知乎Live上做一個大約時長為60-90分鐘的講座，解決大家所有的疑問。

本次 Live 主要包括以下問題：

＊骨的密度與骨的強度
＊骨的微觀結構
＊骨細胞 - 成骨細胞 - 破骨細胞在維持骨骼強度中的配合分工
＊補鈣和骨骼的關係
＊青少年發育的長高問題
＊臨床常用骨質疏鬆藥物的機理和各自特點
＊骨質疏鬆症的最新研究進展和最新治療方法

本次Live報名鏈接為：重新認識骨質疏鬆

距離講座開始還有9天，

在講座開始前的時間裡，

講座平台將以群聊諮詢互動的形式進行預熱，

我會常駐平台提供有關骨質疏鬆的相關問題的諮詢解答。

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參考文獻：

1.A. LeBlanc, V. Schneider, L. Shackelford, S. West, etc. "Bone mineral and lean tissue loss after long duration space flight" J Musculoskelet Neuronal interact 1(2), 157-160 (2000).

2.T.F. Lang, "What do we know about fracture risk in long-duration spaceflight?", J Musculoskelet Neuronal interact 6(4), 319-321 (2006).

3.R. Huiskes, "The law of adaptative bone remodeling: a case for crying newton?" in Recent advances in human biology-Bone structure and remodeling, A. Odgaard and H. Weinans, eds. (World Scienctific, Singapore-New Jersey-London-Hong Kong 1995),pp. 137-145

4.Andrew J. Burghardt BS. High-resolution Computed Tomography for Clinical Imagingnof Bone Microarchitecture. Clin Orthop Relat Res (2011) 469:2179–2193

5.P. Augat and S. Schorlemmer, "The role of cortical bone and its microstructure in bone strength," Age Aging 35， ii27-ii31 (2006).