脊柱负重功能依赖于椎体的组织结构特性及各种活动中的承重情况。随着机体衰老和骨质疏松的发生，椎体小梁骨强度及椎体结构的负荷能力都出现下降。椎体周围肌肉韧带系统的退化也对椎体负重产生不利影响。当椎体不能承受内部的应力，椎体骨折就随之发生。本文将对骨质疏松对椎体骨折的内在影响机制及其预防措施作一综述。

1椎体骨折的生物力学机制

正常人的椎体主要由小梁骨构成，小梁骨彼此纵横交叉形成椎体的初级结构。当外力作用于脊柱，产生的压缩力通过椎间盘传导到椎体终板，由小梁骨中心向四周发散，在椎体内部形成应力[1]。如果应力超过小梁骨强度耐受的范围，小梁骨的结构就会被破坏，失去稳定性，局部的裂隙进一步发展就会发生椎体骨折。研究表明小梁骨的机械压缩强度与椎体表面密度的平方有关[2，3]。因此椎体表面密度的降低可引起小梁骨强度不成比例的下降，反之增加表面密度能够有效地加强小梁骨的强度。除表面密度以外，小梁骨的强度也与其形态结构有关，包括小梁骨的方向、连接方式、粗细、数量以及小梁骨的间隙[2]。

为评价椎体骨折发生的可能性，Hayes等提出风险因子(factor of risk)的概念[4]。风险因子是指在某一特定活动中椎体承受的实际负荷与可耐受的最大负荷(failure force)的比值。风险因子大于1表明椎体负荷过重，可能诱发骨折。实验研究发现椎体可耐受的最大负荷与椎体表面密度及其几何结构密切相关。Brinckmann等[5]利用QCT测量的骨密度与椎体终板面积的乘积，与胸腰段椎体的最大负荷显著相关(r=0.8)。Cody等[6]报告QCT测量的局部骨密度值乘以椎体最小横截面积，与腰椎最大负荷的相关系数为0.9。双能X线吸收法(DXA)的应用为预测椎体最大负荷提供了一种简便、较为特异的方法。DXA法是根据椎体感兴趣区域在扫描野上的投影面积测量骨矿物质密度(BMD)，因此椎体的表面密度与几何结构都会影响DXA的测量值。有关研究[7，8，9]显示腰椎BMD与最大负荷的相关系数为0.7～0.9，提示BMD影响最大负荷的50%～80%。其中Moro等[7]报告轴向压缩力作用下，腰椎体的BMD与最大负荷相关系数为0.89，在远胸段相关系数为0.94。目前BMD已用于预测椎体可耐受的最大负荷，由于两者是一种线性关系，因此无法找到单一的阈值来评价一般活动中发生椎体骨折的危险性。

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2骨质疏松对椎体骨折发生的影响

随着衰老和骨质疏松的发生，小梁骨的表面密度逐步下降。有报告在20岁和80岁年龄组中直接测量小梁骨的密度，高龄组减少约50%[10]。利用DXA测量显示65岁以上女性的BMD每年下降1%左右[11]。BMD反映了椎体表面密度的变化。伴随骨质疏松和表面密度的下降，小梁骨的形态结构也受到影响。研究发现老年女性椎体小梁骨变细，数量减少[12]。上述这些改变将明显降低小梁骨的强度。在压缩力作用下，小梁骨结构失稳，出现局部碎裂。

尸体脊柱研究显示椎体可耐受的最大负荷随衰老和骨质疏松的出现而降低。从25岁到75岁，胸腰段椎体的平均最大负荷大约从8000N下降到2 000N[13]。Moro等[8]发现带有完整椎间盘可传导压缩力情况下，老年人胸椎最大负荷可低至500N。

一些研究对老年性椎体骨折的诱因进行了分析。与骨盆骨折不同，后者病史中90%病例有坠落史，Cooper等[14]对某一区域5年的医疗记录回顾显示，在341例椎体骨折中16%是因其他疾病行放射学检查意外发现的。113例有坠落史，占总数33%。另有9%患者指出发生椎体骨折时在搬运物体。Myers和Wilson在一家小医院的调查结果显示[15]，60岁以上发生椎体骨折的病例中接近50%的患者存在坠落史，20%发生在可控制的运动中，如伸手取物，弯腰抬物等。其余多数无明确的诱因可循。所以有必要系统地研究骨质疏松患者在坠落及可控制活动中的椎体负荷情况，以进一步阐明大部分椎体骨折的生物力学因素。

一些已建立的腰椎模型是评价椎体在压缩力作用下负荷状态的有用工具。Wilson和myers将这些腰椎模型应用于胸段，结合老年人胸椎的几何形状，预测在可控制活动中胸椎承受的负荷[16，17]。研究以65岁以上平均身高体重的女性为标准，估算在各种可控制活动中作用于T8、T11及L2的负荷，其范围在400N～2100N之间。在不同BMD条件下对风险因子的分析显示BMD处于较低水平时，进行可控制活动的风险因子可以大于1。由于建立的椎体模型周围肌肉的承重状况是假设理想的，并且在静态状态评价椎体负荷，因此可以认为风险因子接近于1，就存在椎体骨折的危险。有趣的是BMD低于平均水平时，日常生活中许多活动的风险因子已接近于1。对于BMD非常低下的老年人，甚至象系鞋带这样的简单活动也有椎体骨折的危险。有关坠落过程椎体的负荷情况尚在研究之中，尽管坠落引起的骨盆骨折已有大量的研究报告，但冲击模型及冲击力在脊柱传导的观察方法有待进步一探讨。

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3椎体骨折的预防

根据小梁骨强度与表面密度的关系，凡是能够维持或者增加表面密度的治疗都能对提高小梁骨强度起促进作用。除此之外改善小梁骨的形态结构也可起到类似效应，从而减少椎体骨折的发生率。

Alendronate是一种应用于临床改善椎体小梁骨强度的药物。动物实验[18]显示雌性灵长类动物切除卵巢后，给予口服alendronate0.25mg/kg，每2周1次，持续2年。结果显示实验组与安慰剂组及未行卵巢切除的对照组比较，小梁骨强度均有所提高。研究人员发现实验组小梁骨强度对BMD的依赖关系与对照组很相似，推测alendronate促进骨生长加强小梁骨强度的作用与正常骨生长状况是相似的。临床药物试验[19]证实绝经后妇女口服alendronate，可使椎体骨折发生率由6.2%下降至3.2%。

减少椎体骨折的另一个有效途径是避免那些可能带来高风险因子的可控制活动，特别是对BMD较低的老年人这一点尤其重要。研究报告指出约有10%～20%的椎体骨折发生在某些可控制的活动中[14，15]。明确那些在一定BMD状态下，椎体负荷超出安全范围的可控制活动是必要的。这样可以指导BMD低下的老年人认识到进行类似活动的危险，从而避免可能发生的椎体骨折。

作者简介：李明(1964-)，男，副教授，医学博士，硕士生导师。研究方向：脊柱外科。电话：(021)25072789作者单位：李明第二军医大学附属长海医院骨科，上海200433

王扬第二军医大学附属长海医院骨科，上海200433

单晓巍第二军医大学附属长海医院骨科，上海200433

侯铁胜第二军医大学附属长海医院骨科，上海200433

参考文献

[1]Silva MJ,Keaveny TM,Hayes WC.Load sharing between the shell and centrum in the lumbar vertebral body.Spine,1997,22:140～50.

[2]Keaveny TM,Hayes WC.Mechanical properties of cortical and trabecular bone.In:Hall BK,ed.Bone.Vol.7.Bone Growth -B.Boca Raton:CRC Press,1992:285～344.

[3]Rice JC,Cowin SC,Bowman JA.On the dependence of the elasticity and strcngth ofcancellous bone on apparentdensity.J Biomech,1988,21:155～68.

[4]Hayes W,Piazza S, Zysset P.Biomechanics of fracture risk prediction of the hip and spine by quantitative computed tomography.In:RosenthalD,ed.Radiol clin North Am.Philadelphia:WB Saunders Company,1991:1～18.

[5]Brinckmann,P,Biggenmann M,Hilweg D.Prediction of the compressive strength of human lumber vertebrae.Spine,1989,14:606～10.

[6]Cody DD,Goldstein SA,Flynn MJ,et al.Correlations between vertebral regional bone mineral density (rBMD) and whole bone fracture load.Spine,1991,16:16～54.

[7]Myers B,Arbogast K,Lobaugh B,et al.Improvedassessment oflumbar vertebral bodystrength using supine lateral dual-energy x-ray absorptiometry.J Bone Miner res,1994,9:687～93.

[8]Moro M,Hecker A,Bouxsein M,et al.Failure load of thoracic vertebrae correlates withlumbar bone mineral density measured by DXA.Calcif Tissue int,1995,56:206～9.

[9]Tabensky AD,Williams J,Deluca V,et al.Bone mass,area,and volumetric bone densityare equally accurate,sensitive,and specific surrogates of the breaking strength of the vertedbral body:An in vitro study.J Bone Miner Res,1996,11:1981～8.

[10]Mosekilde L,Danielsen CC.Biomechanical competence of vertebral trabecular bone in relation to ash density and age in normal individuals.B