骨吸收(Bone resorption)是指破骨細胞硬骨組織分解為礦物質的過程[1],此機制會將骨骼中的釋放至血液[2]

骨吸收
破骨細胞的光學顯微圖顯示典型的區別特徵:具有多個核的大細胞和「泡沫狀」胞質溶膠。
分類和外部資源
醫學專科風濕病學
ICD-10M80
eMedicine851968
[編輯此條目的維基數據]

破骨細胞是含有大量線粒體溶酶體的多核細胞,具有分解硬骨的能力。破骨細胞會先附着於骨元上,並將自己附著於硬骨部分的細胞膜折疊起來,製造一個空隙。之後在該空隙中釋放膠原酶和其他在吸收過程中重要的酶。隨着破骨細胞隧道進入礦化骨,高水平的磷酸鹽膠原蛋白產物將被釋放到細胞外液中。破骨細胞在乾癬性關節炎風濕病中發現的組織破壞中很突出。[3]

人體處於不斷的骨重塑狀態。[4]骨重塑是通過用新合成的蛋白質基質(Proteinaceous matrix)包替換舊骨的離散部分來維持骨強度和離子穩態的過程。[5]骨被破骨細胞吸收,並由成骨細胞在稱為成骨作用的過程中沉積。[6]骨細胞活性在這一過程中起關鍵作用。導致骨的質量減少的情況可能是由吸收增加或成骨作用減少引起的。在兒童時期,骨形成超過吸收。隨着老化過程的發生,吸收超過形成。[5]

由於與更年期相關的雌激素缺乏,絕經後老年婦女的骨吸收率要高得多。[7]常見的治療方法包括增加骨礦物質密度的藥物。雙膦酸鹽RANKL抑制劑、SERM(選擇性雌激素受體調節劑)、激素替代療法和降鈣素是一些常見的治療方法。[8]輕量負重運動傾向於消除骨吸收的負面影響。[9]

調節

編輯

骨吸收受到來自身體其他部位的信號的高度刺激或抑制,這取決於對鈣的需求。

甲狀旁腺中的鈣敏感膜受體監測細胞外液中的鈣水平。低水平的鈣會刺激甲狀旁腺主細胞釋放甲狀旁腺激素(PTH)。[4]除了對腎臟和腸道的影響外,PTH還能增加破骨細胞的數量和活性。已經存在的破骨細胞活性的增加是PTH的初始作用,並在幾分鐘內開始,幾個小時內增加。[翻譯腔][4]PTH水平的持續升高會增加破骨細胞的豐度。這導致更大的鈣和磷酸根離子再吸收。[4]

另一方面,血液中高水平的鈣會導致甲狀旁腺釋放的PTH減少,從而降低破骨細胞的數量和活性,從而減少骨吸收。維生素D增加腸道對鈣和磷酸鹽的吸收,導致血漿鈣水平升高,[4]從而降低骨吸收。

骨化三醇(1,25-二羥基膽鈣化醇)是維生素D3的活性形式。[10]它具有許多與血鈣水平有關的功能。最近的研究表明,骨化三醇導致破骨細胞形成和骨吸收減少。[11][12]因此,維生素D3攝入量的增加應該會導致骨吸收減少——已經表明,口服維生素D與血清骨化二醇水平的增加沒有線性關係[13]骨化三醇的前體。[請求校對翻譯]

降鈣素是人體甲狀腺分泌的一種激素。降鈣素降低破骨細胞活性,減少新破骨細胞的形成,導致再吸收減少。[4]降鈣素對幼兒的影響大於成人,在骨重塑中的作用比PTH小。[4]

在某些骨吸收超過成骨作用的情況下,骨的分解速度遠快於它的更新速度。骨頭變得更加多孔和脆弱,使人們面臨骨折的風險。根據身體骨吸收發生的位置,可能會出現牙齒脫落等其他問題。這可能是由甲狀旁腺功能亢進維生素D缺乏症等疾病引起的,甚至是老年人激素分泌減少引起的。一些具有骨密度降低症狀的疾病是骨質疏鬆症佝僂病

一些經歷骨吸收增加和骨形成減少的人是宇航員。由於處於零重力環境中,宇航員不需要像在地球上那樣使用他們的肌肉骨骼系統[翻譯腔]。由於缺乏壓力,成骨作用減少,而吸收增加,導致骨密度淨減少。[14]

酗酒

編輯

酒精對骨密度的影響是眾所周知的,並且在動物和人群中進行了充分研究。通過直接和間接途徑,長期接觸乙醇會降低骨礦物質密度和促進骨質疏鬆症,從而增加骨折風險。過度飲酒的間接影響通過生長激素性類固醇氧化應激發生。

生長激素是成人骨骼生長和重塑的重要調節劑,它通過胰島素樣生長因子1(IGF1)刺激成骨細胞分化。[15]慢性酒精中毒會降低IGF1的水平,從而抑制生長激素增加骨密度的能力。[15]

飲酒量的增加與睾酮和血清雌二醇水平的降低有關,這反過來會導致促進破骨細胞形成的NF-κB受體激活劑(RANK,一種TNF受體)蛋白的激活。[16]乙醇誘導NADPH氧化酶表達時會產生氧化應激,導致成骨細胞產生活性氧類,最終導致細胞衰老。[17]慢性酒精中毒的直接影響在成骨細胞、破骨細胞和骨細胞中很明顯。乙醇抑制成骨細胞的活性和分化。

同時,它對破骨細胞的活性有直接影響。由於骨中凹坑數量和凹坑面積的增加,導致骨吸收率增加和骨密度降低。[18][19][20]研究表明,有活力的骨細胞(另一種類型的骨細胞)可以阻止破骨細胞的生成,而凋亡的骨細胞傾向於誘導破骨細胞刺激。酒精暴露刺激骨細胞凋亡可以解釋長期飲酒者骨密度降低的原因。[20][21]

參見

編輯

參考文獻

編輯
  1. ^ 醫學主題詞表(MeSH)Bone+Resorption
  2. ^ Teitelbaum SL. Bone resorption by osteoclasts.. Science. 2000, 289 (5484): 1504–8. Bibcode:2000Sci...289.1504T. PMID 10968780. doi:10.1126/science.289.5484.1504. 
  3. ^ Mensah, Kofi A.; Schwarz, Edward M.; Ritchlin, Christopher T. Altered Bone Remodeling in Psoriatic Arthritis. Current Rheumatology Reports. 2008-08-01, 10 (4): 311–317. ISSN 1523-3774. PMC 2656567 . PMID 18662512. doi:10.1007/s11926-008-0050-5. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 12th Edition. ISBN 1416045740
  5. ^ 5.0 5.1 Clarke, Bart. Normal Bone Anatomy and Physiology. Clinical Journal of the American Society of Nephrology. 2008-11-01, 3 (Suppl 3): S131–S139. ISSN 1555-9041. PMC 3152283 . PMID 18988698. doi:10.2215/CJN.04151206. 
  6. ^ Maurel, D. B.; Jaffre, C.; Rochefort, G. Y.; Aveline, P. C.; Boisseau, N.; Uzbekov, R.; Gosset, D.; Pichon, C.; Fazzalari, N. L. Low bone accrual is associated with osteocyte apoptosis in alcohol-induced osteopenia. Bone. 2011-09-01, 49 (3): 543–552. ISSN 1873-2763. PMID 21689804. doi:10.1016/j.bone.2011.06.001. 
  7. ^ Feng, Xu; McDonald, Jay M. Disorders of Bone Remodeling. Annual Review of Pathology. 2011-01-01, 6: 121–145. ISSN 1553-4006. PMC 3571087 . PMID 20936937. doi:10.1146/annurev-pathol-011110-130203. 
  8. ^ Russell, G.; Mueller, G.; Shipman, C.; Croucher, P. Clinical disorders of bone resorption. Novartis Foundation Symposium. Novartis Foundation Symposia. 2001-01-01, 232: 251–267; discussion 267–271. ISBN 9780471494331. ISSN 1528-2511. PMID 11277085. doi:10.1002/0470846658.ch17. 
  9. ^ Shanb, Alsayed A.; Youssef, Enas F. The impact of adding weight-bearing exercise versus nonweight bearing programs to the medical treatment of elderly patients with osteoporosis. Journal of Family and Community Medicine. 2014-01-01, 21 (3): 176–181. ISSN 1319-1683. PMC 4214007 . PMID 25374469. doi:10.4103/2230-8229.142972. 
  10. ^ Institute of Medicine (US) Committee to Review Dietary Reference Intakes for Vitamin D and Calcium; Ross AC, Taylor CL, Yaktine AL, et al., editors. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. Washington (DC): National Academies Press (US); 2011. 3, Overview of Vitamin D. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK56061/頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  11. ^ Kikuta J, Kawamura S, Okiji F, Shirazaki M, Sakai S, Saito H, Ishii M. Sphingosine-1-phosphate-mediated osteoclast precursor monocyte migration is a critical point of control in antibone-resorptive action of active vitamin D.. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Apr 2013, 110 (17): 7009–13. Bibcode:2013PNAS..110.7009K. PMC 3637769 . PMID 23569273. doi:10.1073/pnas.1218799110 . 
  12. ^ Yamamoto Y, Yoshizawa T, Fukuda T, Shirode-Fukuda Y, Yu T, Sekine K, Sato T, Kawano H, Aihara K, Nakamichi Y, Watanabe T, Shindo M, Inoue K, Inoue E, Tsuji N, Hoshino M, Karsenty G, Metzger D, Chambon P, Kato S, Imai Y. Vitamin D receptor in osteoblasts is a negative regulator of bone mass control. Endocrinology. Mar 2013, 154 (3): 1008–20. PMID 23389957. doi:10.1210/en.2012-1542 . 
  13. ^ Stamp TC, Haddad JG, Twigg CA. Comparison of oral 25-hydroxycholecalciferol, vitamin D, and ultraviolet light as determinants of circulating 25-hydroxyvitamin D.. The Lancet. Jun 1977, 1 (8026): 1341–3. PMID 69059. S2CID 9326591. doi:10.1016/s0140-6736(77)92553-3. 
  14. ^ Iwamoto J, Takeda T, Sato Y. Interventions to prevent bone loss in astronauts during space flight. The Keio Journal of Medicine. Jun 2005, 54 (2): 55–9. PMID 16077253. doi:10.2302/kjm.54.55 . 
  15. ^ 15.0 15.1 Maddalozzo, G. F.; Turner, R. T.; Edwards, C. H. T.; Howe, K. S.; Widrick, J. J.; Rosen, C. J.; Iwaniec, U. T. Alcohol alters whole body composition, inhibits bone formation, and increases bone marrow adiposity in rats. Osteoporosis International. 2009-09-01, 20 (9): 1529–1538. ISSN 1433-2965. PMID 19238309. S2CID 11502836. doi:10.1007/s00198-009-0836-y. 
  16. ^ Ronis, Martin J. J.; Wands, Jack R.; Badger, Thomas M.; de la Monte, Suzanne M.; Lang, Charles H.; Calissendorff, Jan. Alcohol-induced disruption of endocrine signaling. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 2007-08-01, 31 (8): 1269–1285. ISSN 0145-6008. PMID 17559547. doi:10.1111/j.1530-0277.2007.00436.x. 
  17. ^ Chen, Jin-Ran; Shankar, Kartik; Nagarajan, Shanmugam; Badger, Thomas M.; Ronis, Martin J. J. Protective effects of estradiol on ethanol-induced bone loss involve inhibition of reactive oxygen species generation in osteoblasts and downstream activation of the extracellular signal-regulated kinase/signal transducer and activator of transcription 3/receptor activator of nuclear factor-kappaB ligand signaling cascade. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 2008-01-01, 324 (1): 50–59. ISSN 1521-0103. PMID 17916759. S2CID 27152788. doi:10.1124/jpet.107.130351. 
  18. ^ Robling, Alexander G.; Bonewald, Lynda F. The Osteocyte: New Insights. Annual Review of Physiology. 10 February 2020, 82 (1): 485–506 [8 March 2022]. ISSN 0066-4278. PMC 8274561 . PMID 32040934. doi:10.1146/annurev-physiol-021119-034332. 
  19. ^ Bonewald, Lynda F. The amazing osteocyte. Journal of Bone and Mineral Research. 2011-02-01, 26 (2): 229–238. ISSN 1523-4681. PMC 3179345 . PMID 21254230. doi:10.1002/jbmr.320. 
  20. ^ 20.0 20.1 Verborgt, Olivier; Tatton, Nadine A.; Majeska, Robert J.; Schaffler, Mitchell B. Spatial distribution of Bax and Bcl-2 in osteocytes after bone fatigue: complementary roles in bone remodeling regulation?. Journal of Bone and Mineral Research. 2002-05-01, 17 (5): 907–914. ISSN 0884-0431. PMID 12009022. S2CID 22428635. doi:10.1359/jbmr.2002.17.5.907. hdl:10067/1033580151162165141 . 
  21. ^ Maurel DB, Jaffre C, Rochefort GY, Aveline PC, Boisseau N, Uzbekov R, Gosset D, Pichon C, Fazzalari NL, Pallu S, Benhamou CL. Low bone accrual is associated with osteocyte apoptosis in alcohol-induced osteopenia. Bone. September 2011, 49 (3): 543–52. PMID 21689804. doi:10.1016/j.bone.2011.06.001.