老年与青年股骨头内松质骨组织形态计量学比较研究
作者：吴小涛 戴克戎 裘世静
单位：吴小涛(铁道医学院附院骨科,南京，210009)；戴克戎(上海第二医科大学附属第九人民医院骨科)；裘世静(上海第二医科大学附属第九人民医院骨科)
关键词：髋部骨折；骨形态计量学；骨质疏松症
中国骨质疏松杂志000106 摘要 目的 研究老年髋部骨折患者股骨头松质骨结构。方法 取股骨头标本49只，分成老年组26例及青年组23例。在股骨头致密区(负重区)和疏松区(非负重区)各截取软骨下3mm处7mm×5mm×5mm松质骨各一块，作骨组织形态计量测定。结果 老年组致密区和稀疏区骨组织形态参数松质骨体积(TBV)、平均骨小梁密度(MTPD)、平均骨小梁厚度(MTPT)、骨小梁间连接点数(Tb.n)均明显低于青年组(P<0.05～0.001)；平均骨小梁间距或弥散度(MTPS)及骨小梁游离残端数(骨小梁末端数，FET)明显高于青年组(P<0.05～0.001)。结论 老年组患有不同程度的骨质疏松症，其骨结构退变是导致其结构强度下降、骨折发生的原因之一。
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A comparative study of bone histomorphometry for the cancellous bone of femoral head between old and young people
Wu Xiaotao,Dai Kerong,Qiu Shijing
(Department of Orthopedics,Teaching Hospital of Nanjing Railway Medical College,Nanjing 210009,China)
Abstract Objective To study the cancellous bone structure of femoral head of elderly patients with hip fracture. Methods Fourty-nine fresh femoral heads were taken from elderly (n=26) and young (n=23) groups.The cancellous bones(7mm×7mm×5mm) 3mm deep under the cartilage in the dense and porotic regions of the femoral head were resected for bone histomorphometry. Results The trabecular bone volume (TBV),the density and thickness of mean trabecular plate (MTPD,MTPT) and intertrabecular connecting parts (or trabecular nodes) in elderly group were significantly higher than those in young group(P<0.05～0.001);mean trabecular plate separation (MTPS) and free-ending trabeculae (FET) in elderly group were significantly lower than those in young group (P<0.05—0.001).Conclusion Elderly people suffer from osteoporosis to some degree,and the bone structural and morphological change is one of the causes of decrease in mechanical strength leading to frequent fracture.
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Key words Hip fracture Bone histomorphometry Osteoporosis
股骨上段是下肢承载及传递载荷的重要部位，又是老年骨质疏松性骨折好发部位。本研究取老年及青年股骨头松质骨作骨组织形态计量学比较分析，旨在探讨老年性松质骨结构变化及其与骨折的关系。
1 材料和方法
取股骨头标本49只，分成老年组26例，其中男10例，女16例，年龄在65～78岁之间，平均71.3岁，为股骨颈新鲜骨折术中取出的股骨头；青年组23例，男22例，女1例，年龄在18～29岁之间，为急性脑外伤死亡后两小时的健康成人。均无代谢性疾病及慢性用药史。在股骨头致密区(负重区)和稀疏区(非负重区)各截取软骨下3mm处7mm×7mm×5mm松质骨各一块作骨组织形态计量测定。
标本制成不脱钙纵向硬切片(厚8μm)，作甲苯胺蓝染色。应用VIDS自动图像分析系统(上海第二医科大学生物物理实验室)，参照Parfitt方法进行骨小梁静态参数的计量测定[1]。该系统包括ACE摄相机、Olympus BH-2型生物显微镜和IBM PC/AT计算机三部分。测定参数如下：松质骨体积(Trabecular bone volume,TBV)表示单位mm内骨小梁体积占松质骨体积的百分数，以%表示；平均骨小梁密度(Mean trabecular plate density,MTPD)表示单位mm内骨小梁个数(个/mm)；平均骨小梁间距或弥散度[2](Mean trabecular plate separation,MTPS,μm)表示相邻两个骨小梁之间的距离；平均骨小梁厚度(Mean trabecular plate thickness,MTPT,μm)表示骨小梁本身的平均厚度；骨小梁间连接点数[2-4](Intertrabecular node,Tb.n或Intertrabecular connectivity,个/mm2)形成网状的骨小梁在单位面积内交叉连接点个数；骨小梁末端数[3，4](Free-ending trabecular,FET,个/mm2)骨小梁因为某种原因而被吸收，留下两个残端，单位面积内骨小梁游离残端个数。
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结果以Student t检验作统计学处理，规定P<0.05为显著。
2 结果
老年组TBV、MTPD、MTPS及MTPT均较青年组明显下降(P<0.05～0.001)(见表1、2)；老年组骨小梁连接点数较青年组明显下降，而骨小梁游离末端数较青年组明显增多(P<0.05～0.001)(见表3、4)。
表1 两组致密区形态学测定值比较(
±s) 组别
样本数
TBV(%)
MTPD(个/mm)
MTPS(μm)
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MTPT(μm)
老年组
26
19.07±4.83
1.24±0.27
860.45±162.46
177.38±61.51
青年组
23
23.34±7.98
1.99±0.68
645.05±295.03
, 百拇医药
218.75±63.07
P值
<0.05
<0.01
<0.01
<0.05
表2 两组稀疏区形态学测定值比较(±s) 组别
样本数
TBV(%)
MTPD(个/mm)
MTPS(μm)
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MTPT(μm)
老年组
8
12.53±1.23
0.82±0.21
1306.91±393.96
108.46±32.28
青年组
11
20.82±5.32
1.16±0.38
1156.85±576.44
, http://www.100md.com
168.12±32.51
P值
<0.001
<0.05
>0.05
<0.001
表3 骨小梁连接点数测定(±s) 部位
样本数(n)
连接点数(个/mm2)
青年组致密区
23
, 百拇医药
72.61±16.14
青年组稀疏区
11
56.09±15.17
老年组致密区
26
50.08±17.06
老年组稀疏区
8
33.45±11.09
注：青年组两区比较P<0.01 两组稀疏区比较p<0.001，老年组两区比较P<0.05 两组致密区比较P<0.001表4 骨小梁游离末端数比较(±s) 部位
, 百拇医药
样本数(n)
游离末端数(个/mm2)
青年组致密区
23
37.78±7.53
青年组稀疏区
11
44.36±11.29
老年组致密区
26
62.27±15.54
老年组稀疏区
, 百拇医药
8
54.86±5.92
注：青年组两区比较无差异，两组稀疏区比较P<0.05
老年组两区比较无差异，两组致密区比较P<0.001
3 讨论
老年人骨强度下降、导致骨折原因的研究目前主要集中在骨量方面。骨量测定对骨质疏松症诊断、疗效评估及大面积易患人群的调查提供了可能性。尽管骨力学强度大约75%～85%由骨量决定，但80年代后期，很多学者研究发现，当骨量降低时，并不一定引起骨折发生。相反，有些骨量正常或某些骨密度增高的疾病，如石骨症，却易致骨折，因而认为，骨量并不能完全反映骨的力学强度。骨强度除了与骨量即“量”的因素有关外，还与骨的内部结构即“质”的因素有关，“质”与“量”对骨强度的保持至少具有同等重要性[1-6]。因此，对骨内部结构尤其骨小梁结构的研究已日益受到重视。
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在研究松质骨显微结构方面，目前主要集中于髂嵴骨小梁的骨组织硬切片的形态计量测定，却很少对骨质疏松性骨折的好发部位如股骨上段松质骨进行研究。承受应力较小的髂嵴骨小梁研究结果并不能完全反映承受应力较大的股骨头内部松质骨情况。Fazzalari等对14例男性和8例女性的正常尸体标本中髂嵴及股骨近端骨小梁形态计量比较研究发现[7]，仅仅在股骨颈内侧上方与股骨头交界处(SPT区，相当于本研究的稀疏区)的松质骨中其TBV、MTPT、MTPS及吸收表面等计量学指标与髂嵴松质骨相近，股骨头其余区域内的计量学指标均明显高于髂嵴松质骨。本研究对26例老年及23例青年人股骨头松质骨骨小梁结构特征进行研究，结果发现，老年组与青年组股骨头致密区及稀疏区的TBV、MTPD、MTPS、MTPT、Tb.n及FET均有显著性差异。一般认为，当髂嵴和股骨头稀疏区内(相当于Fazzalari的SPT区)TBV值分别低于18%和12%时即可诊断为骨质疏松症[8，9]。本研究中老年组稀疏区内的TBV值为(12.53±1.23)%，可以认为本组老年骨折病人中有相当一部分患有不同程度的骨质疏松症。
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在骨质疏松症研究领域，近年来对骨小梁连接性(Connectivity)的研究已引起广泛重视。Hahn等认为[3]，松质骨的稳定性不仅取决于其骨量的高低，还取决于其三维构筑(Architecture)以及骨小梁间连接性。对骨小梁连接点和游离末端的测定更能说明骨小梁结构的稳定性[10-12]。Compstom等首次对骨小梁连接及游离残端参数进行了计量测定[2]。本研究对上述两个参数测定后发现，无论在致密区还是稀疏区内，老年组均分别较青年组明显降低，同时，相邻骨小梁间隙(MTPS)明显增大，骨小梁密度(MTPD)和骨小梁厚度(MTPT)明显降低。这些结构差异最终导致老年人股骨头结构强度较青年人明显下降，在相仿的重复载荷作用下，老年人较青年人更易发生松质骨内骨小梁显微骨折(Microfracture)。当显微骨折达到一定数量时，在轻微外力作用下即可导致临床骨折，如股骨颈骨折等。因此，在骨质疏松程度评估及骨折危险性的预测工作中，不能忽视骨小梁的内部结构，而片面强调骨密度在骨质疏松症研究中的作用。
, 百拇医药
本课题为上海市科委重点课题资助
作者简介：吴小涛，男，1964年6月出生。现为南京铁道医学院附院骨科主任，副主任医师，副教授。1986年7月毕业于南铁医本科医疗系，1986年8月至1990年8月任南铁医附院骨科住院医师。1990年9月至1995年7月在上海第二医科大学附属第九人民医院就读硕士及博士研究生。1995年8月至今在南京铁道医学院附院骨科工作
参考文献
1 Parfitt AM,Mothews CHE,Villanueva AR,et al.Relationship between surface,volume,and thickness of iliac trabecular bone in aging and in osteoporosis:implications for the microanatomic and cellular mechanisms of bone loss.J Clin Invest,1983,72:1396.
, 百拇医药
2 Compston JE,Mellish RWE,Garrahan NJX.Age-related change in iliac crest trabecular microanatomic bone structure in man.Bone,1987,8:289.
3 Hahn M,Vogel M,Pompesius-Kempa M,et al.Trabecular bone pattern factor:a new parameter for simple quantification of bone microarchitecture.Bone,1992,13:327.
4 Odgoad A,Gundersen HJG.Quantitation of connectivity in cancellous bone,with special emphasis on 3-D reconstructions.Bone,1993,14:173.
, http://www.100md.com
5 Mosekilde Lis.Sex differences in age-related loss of vertebral trabecular bone mass and structure biomechanical consequences.Bone,1989,10:425.
6 Jensen KS,Mosekilde Li,Mosekilde Le.A model of vertebral trabecular bone architecture and its mechanical properties.Bone,1990,11:417.
7 Fazzalari NL,Moore BJ,Manthey BA,et al.Comparative study of iliac crest and proximal femur histomorphometry in normal patients.J Clin Pathol,1989,42:745.
, 百拇医药
8 Burkhardt R,Alexandre C,Bohn W,et al.Changes in trabecular bone,hematopoiesis and old age:a comparative histomorphometric study.Bone,1987,8:157.
9 Ralis ZA,Lane J,Berry PRA.Femoral neck fractures:actual amount of cancellous bone in the femoral head.Calcif Tissue Intern,1989,44(Supple):s61.
10 Robert RR.Architecture and vertebral fracture.Calcif Tissue Int,1993,53(Suple):s139.
11 Mellish R,Ferguson-Pell M,Cochran G,et al.A new manual method for assessing two dimensional cancellous bone structure:comparision between iliac crest and lumbar vertebra.J Bone Miner Res,1991,6:689.
12 Vesterby A.Star volume of marrow space and trabeculae in iliac crest:sampling procedure and correlation to star volume of first lumbar vertebra.Bone,1990,11:149., 百拇医药
单位：吴小涛(铁道医学院附院骨科,南京，210009)；戴克戎(上海第二医科大学附属第九人民医院骨科)；裘世静(上海第二医科大学附属第九人民医院骨科)
关键词：髋部骨折；骨形态计量学；骨质疏松症
中国骨质疏松杂志000106 摘要 目的 研究老年髋部骨折患者股骨头松质骨结构。方法 取股骨头标本49只，分成老年组26例及青年组23例。在股骨头致密区(负重区)和疏松区(非负重区)各截取软骨下3mm处7mm×5mm×5mm松质骨各一块，作骨组织形态计量测定。结果 老年组致密区和稀疏区骨组织形态参数松质骨体积(TBV)、平均骨小梁密度(MTPD)、平均骨小梁厚度(MTPT)、骨小梁间连接点数(Tb.n)均明显低于青年组(P<0.05～0.001)；平均骨小梁间距或弥散度(MTPS)及骨小梁游离残端数(骨小梁末端数，FET)明显高于青年组(P<0.05～0.001)。结论 老年组患有不同程度的骨质疏松症，其骨结构退变是导致其结构强度下降、骨折发生的原因之一。
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A comparative study of bone histomorphometry for the cancellous bone of femoral head between old and young people
Wu Xiaotao,Dai Kerong,Qiu Shijing
(Department of Orthopedics,Teaching Hospital of Nanjing Railway Medical College,Nanjing 210009,China)
Abstract Objective To study the cancellous bone structure of femoral head of elderly patients with hip fracture. Methods Fourty-nine fresh femoral heads were taken from elderly (n=26) and young (n=23) groups.The cancellous bones(7mm×7mm×5mm) 3mm deep under the cartilage in the dense and porotic regions of the femoral head were resected for bone histomorphometry. Results The trabecular bone volume (TBV),the density and thickness of mean trabecular plate (MTPD,MTPT) and intertrabecular connecting parts (or trabecular nodes) in elderly group were significantly higher than those in young group(P<0.05～0.001);mean trabecular plate separation (MTPS) and free-ending trabeculae (FET) in elderly group were significantly lower than those in young group (P<0.05—0.001).Conclusion Elderly people suffer from osteoporosis to some degree,and the bone structural and morphological change is one of the causes of decrease in mechanical strength leading to frequent fracture.
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Key words Hip fracture Bone histomorphometry Osteoporosis
股骨上段是下肢承载及传递载荷的重要部位，又是老年骨质疏松性骨折好发部位。本研究取老年及青年股骨头松质骨作骨组织形态计量学比较分析，旨在探讨老年性松质骨结构变化及其与骨折的关系。
1 材料和方法
取股骨头标本49只，分成老年组26例，其中男10例，女16例，年龄在65～78岁之间，平均71.3岁，为股骨颈新鲜骨折术中取出的股骨头；青年组23例，男22例，女1例，年龄在18～29岁之间，为急性脑外伤死亡后两小时的健康成人。均无代谢性疾病及慢性用药史。在股骨头致密区(负重区)和稀疏区(非负重区)各截取软骨下3mm处7mm×7mm×5mm松质骨各一块作骨组织形态计量测定。
标本制成不脱钙纵向硬切片(厚8μm)，作甲苯胺蓝染色。应用VIDS自动图像分析系统(上海第二医科大学生物物理实验室)，参照Parfitt方法进行骨小梁静态参数的计量测定[1]。该系统包括ACE摄相机、Olympus BH-2型生物显微镜和IBM PC/AT计算机三部分。测定参数如下：松质骨体积(Trabecular bone volume,TBV)表示单位mm内骨小梁体积占松质骨体积的百分数，以%表示；平均骨小梁密度(Mean trabecular plate density,MTPD)表示单位mm内骨小梁个数(个/mm)；平均骨小梁间距或弥散度[2](Mean trabecular plate separation,MTPS,μm)表示相邻两个骨小梁之间的距离；平均骨小梁厚度(Mean trabecular plate thickness,MTPT,μm)表示骨小梁本身的平均厚度；骨小梁间连接点数[2-4](Intertrabecular node,Tb.n或Intertrabecular connectivity,个/mm2)形成网状的骨小梁在单位面积内交叉连接点个数；骨小梁末端数[3，4](Free-ending trabecular,FET,个/mm2)骨小梁因为某种原因而被吸收，留下两个残端，单位面积内骨小梁游离残端个数。
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结果以Student t检验作统计学处理，规定P<0.05为显著。
2 结果
老年组TBV、MTPD、MTPS及MTPT均较青年组明显下降(P<0.05～0.001)(见表1、2)；老年组骨小梁连接点数较青年组明显下降，而骨小梁游离末端数较青年组明显增多(P<0.05～0.001)(见表3、4)。
表1 两组致密区形态学测定值比较(
±s) 组别样本数
TBV(%)
MTPD(个/mm)
MTPS(μm)
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MTPT(μm)
老年组
26
19.07±4.83
1.24±0.27
860.45±162.46
177.38±61.51
青年组
23
23.34±7.98
1.99±0.68
645.05±295.03
, 百拇医药
218.75±63.07
P值
<0.05
<0.01
<0.01
<0.05
表2 两组稀疏区形态学测定值比较(
±s) 组别样本数
TBV(%)
MTPD(个/mm)
MTPS(μm)
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MTPT(μm)
老年组
8
12.53±1.23
0.82±0.21
1306.91±393.96
108.46±32.28
青年组
11
20.82±5.32
1.16±0.38
1156.85±576.44
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168.12±32.51
P值
<0.001
<0.05
>0.05
<0.001
表3 骨小梁连接点数测定(
±s) 部位样本数(n)
连接点数(个/mm2)
青年组致密区
23
, 百拇医药
72.61±16.14
青年组稀疏区
11
56.09±15.17
老年组致密区
26
50.08±17.06
老年组稀疏区
8
33.45±11.09
注：青年组两区比较P<0.01 两组稀疏区比较p<0.001，老年组两区比较P<0.05 两组致密区比较P<0.001表4 骨小梁游离末端数比较(
±s) 部位, 百拇医药
样本数(n)
游离末端数(个/mm2)
青年组致密区
23
37.78±7.53
青年组稀疏区
11
44.36±11.29
老年组致密区
26
62.27±15.54
老年组稀疏区
, 百拇医药
8
54.86±5.92
注：青年组两区比较无差异，两组稀疏区比较P<0.05
老年组两区比较无差异，两组致密区比较P<0.001
3 讨论
老年人骨强度下降、导致骨折原因的研究目前主要集中在骨量方面。骨量测定对骨质疏松症诊断、疗效评估及大面积易患人群的调查提供了可能性。尽管骨力学强度大约75%～85%由骨量决定，但80年代后期，很多学者研究发现，当骨量降低时，并不一定引起骨折发生。相反，有些骨量正常或某些骨密度增高的疾病，如石骨症，却易致骨折，因而认为，骨量并不能完全反映骨的力学强度。骨强度除了与骨量即“量”的因素有关外，还与骨的内部结构即“质”的因素有关，“质”与“量”对骨强度的保持至少具有同等重要性[1-6]。因此，对骨内部结构尤其骨小梁结构的研究已日益受到重视。
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在研究松质骨显微结构方面，目前主要集中于髂嵴骨小梁的骨组织硬切片的形态计量测定，却很少对骨质疏松性骨折的好发部位如股骨上段松质骨进行研究。承受应力较小的髂嵴骨小梁研究结果并不能完全反映承受应力较大的股骨头内部松质骨情况。Fazzalari等对14例男性和8例女性的正常尸体标本中髂嵴及股骨近端骨小梁形态计量比较研究发现[7]，仅仅在股骨颈内侧上方与股骨头交界处(SPT区，相当于本研究的稀疏区)的松质骨中其TBV、MTPT、MTPS及吸收表面等计量学指标与髂嵴松质骨相近，股骨头其余区域内的计量学指标均明显高于髂嵴松质骨。本研究对26例老年及23例青年人股骨头松质骨骨小梁结构特征进行研究，结果发现，老年组与青年组股骨头致密区及稀疏区的TBV、MTPD、MTPS、MTPT、Tb.n及FET均有显著性差异。一般认为，当髂嵴和股骨头稀疏区内(相当于Fazzalari的SPT区)TBV值分别低于18%和12%时即可诊断为骨质疏松症[8，9]。本研究中老年组稀疏区内的TBV值为(12.53±1.23)%，可以认为本组老年骨折病人中有相当一部分患有不同程度的骨质疏松症。
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在骨质疏松症研究领域，近年来对骨小梁连接性(Connectivity)的研究已引起广泛重视。Hahn等认为[3]，松质骨的稳定性不仅取决于其骨量的高低，还取决于其三维构筑(Architecture)以及骨小梁间连接性。对骨小梁连接点和游离末端的测定更能说明骨小梁结构的稳定性[10-12]。Compstom等首次对骨小梁连接及游离残端参数进行了计量测定[2]。本研究对上述两个参数测定后发现，无论在致密区还是稀疏区内，老年组均分别较青年组明显降低，同时，相邻骨小梁间隙(MTPS)明显增大，骨小梁密度(MTPD)和骨小梁厚度(MTPT)明显降低。这些结构差异最终导致老年人股骨头结构强度较青年人明显下降，在相仿的重复载荷作用下，老年人较青年人更易发生松质骨内骨小梁显微骨折(Microfracture)。当显微骨折达到一定数量时，在轻微外力作用下即可导致临床骨折，如股骨颈骨折等。因此，在骨质疏松程度评估及骨折危险性的预测工作中，不能忽视骨小梁的内部结构，而片面强调骨密度在骨质疏松症研究中的作用。
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本课题为上海市科委重点课题资助
作者简介：吴小涛，男，1964年6月出生。现为南京铁道医学院附院骨科主任，副主任医师，副教授。1986年7月毕业于南铁医本科医疗系，1986年8月至1990年8月任南铁医附院骨科住院医师。1990年9月至1995年7月在上海第二医科大学附属第九人民医院就读硕士及博士研究生。1995年8月至今在南京铁道医学院附院骨科工作
参考文献
1 Parfitt AM,Mothews CHE,Villanueva AR,et al.Relationship between surface,volume,and thickness of iliac trabecular bone in aging and in osteoporosis:implications for the microanatomic and cellular mechanisms of bone loss.J Clin Invest,1983,72:1396.
, 百拇医药
2 Compston JE,Mellish RWE,Garrahan NJX.Age-related change in iliac crest trabecular microanatomic bone structure in man.Bone,1987,8:289.
3 Hahn M,Vogel M,Pompesius-Kempa M,et al.Trabecular bone pattern factor:a new parameter for simple quantification of bone microarchitecture.Bone,1992,13:327.
4 Odgoad A,Gundersen HJG.Quantitation of connectivity in cancellous bone,with special emphasis on 3-D reconstructions.Bone,1993,14:173.
, http://www.100md.com
5 Mosekilde Lis.Sex differences in age-related loss of vertebral trabecular bone mass and structure biomechanical consequences.Bone,1989,10:425.
6 Jensen KS,Mosekilde Li,Mosekilde Le.A model of vertebral trabecular bone architecture and its mechanical properties.Bone,1990,11:417.
7 Fazzalari NL,Moore BJ,Manthey BA,et al.Comparative study of iliac crest and proximal femur histomorphometry in normal patients.J Clin Pathol,1989,42:745.
, 百拇医药
8 Burkhardt R,Alexandre C,Bohn W,et al.Changes in trabecular bone,hematopoiesis and old age:a comparative histomorphometric study.Bone,1987,8:157.
9 Ralis ZA,Lane J,Berry PRA.Femoral neck fractures:actual amount of cancellous bone in the femoral head.Calcif Tissue Intern,1989,44(Supple):s61.
10 Robert RR.Architecture and vertebral fracture.Calcif Tissue Int,1993,53(Suple):s139.
11 Mellish R,Ferguson-Pell M,Cochran G,et al.A new manual method for assessing two dimensional cancellous bone structure:comparision between iliac crest and lumbar vertebra.J Bone Miner Res,1991,6:689.
12 Vesterby A.Star volume of marrow space and trabeculae in iliac crest:sampling procedure and correlation to star volume of first lumbar vertebra.Bone,1990,11:149., 百拇医药