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随着生活水平的提高和医疗条件的改善,人类平均寿命延长,骨质疏松症已跃居为与糖尿病、心血管病并列的危害我国中老年人健康的三大杀手之一。骨质疏松症（osteoporosis,OP）是一种以骨量减少、骨质量下降以及骨组织微观结构退变为特征,导致骨脆性增加以及易于发生骨折的全身代谢性骨骼疾病。骨质疏松性骨折是骨质疏松症的严重并发症,是老年患者致残致死的主要原因之一,而髋部骨折是骨质疏松性骨折最严重的类型之一,己成为危害严重的全球性公共卫生问题。因此,优化骨质疏松症的诊断方法以及完善骨质疏松性骨折的风险评估体系己成为亟待解决的难题。在临床工作中,双能X线吸收测定法（dual energy X-ray absorptiometry,DXA）测定的骨密度（bone mineral density,BMD）是骨质疏松症的诊断、骨折风险预测以及疗效评估的主要参考指标,但根据DXA测量的骨密度值对骨质疏松症进行诊断的结果常与临床实际情况不一致:部分脆性骨折患者的骨密度值并未达到WHO的骨质疏松诊断标准。既往研究发现,在骨质疏松进展中,骨组织结构逐渐退变,微观化学成分、微观力学性能往往也朝着不利于骨组织力学强度的方向发展。现有证据提示,除骨密度外,骨微观层面的改变也能反映骨质疏松的严重程度。目前,骨质疏松进展中松质骨微观空间结构、微观化学成分、微观力学性能的变化及其与骨强度的关系已基本明了。与松质骨相比,皮质骨在股骨颈整体力学强度中发挥着更为重要的作用。然而,在OP及OP骨折的发生过程中,股骨颈皮质骨的微观空间结构、微观力学特性、微观化学成分的变化规律、三者之间的相互关系以及三者在骨骼宏观力学强度中所发挥的作用及权重的研究尚少。因此,深入研究骨质疏松进程中股骨颈皮质骨微观层面的变化规律及其与骨组织宏观力学强度间的关系对骨质疏松症的防治以及骨质疏松性骨折风险评估至关重要。目的:通过从皮质骨微观空间结构、微观力学特性、微观化学成分三方面入手,采用显微计算机断层扫描技术（micro computed tomography,Micro-CT）、纳米压痕实验、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR）、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）及轴向压缩试验等手段,对OP发生过程中皮质骨微观空间结构、微观力学特性、微观化学成分及股骨颈宏观力学强度的变化进行观察,分析三者间的相互作用以及它们对股骨颈宏观力学强度的作用及权重,建立皮质骨微观空间结构、微观力学特性、微观化学成分与股骨颈宏观力学强度之间的量效关系。方法:选择2017年1月至2019年12月在西部战区总医院住院治疗且符合入组标准的患者共115名,测量其健侧股骨颈骨密度,参照世界卫生组织（World Health Organization,WHO）推荐的骨质疏松症诊断标准并结合《原发性骨质疏松症诊疗指南（2017）》,以T值定量骨密度,将受试者分为骨量正常组（T≥-1.0 SD）;骨量减少组（-2.5 SD<T<-1.0 SD）;OP组（T≤-2.5 SD或股骨颈脆性骨折）;重度OP组（T≤-3.5SD或T≤-2.5 SD+脆性骨折）。采用Micro-CT测量股骨颈皮质骨微观空间结构的相关参数;采用纳米压痕仪测量股骨颈皮质骨微观力学特性的相关参数;采用FTIR和XRD检测分析股骨颈皮质骨微观化学成分的相关参数;采用轴向压缩试验测量股骨颈的宏观力学强度。将以上实验项目的结果数据进行Pearson相关性分析,并采用多元线性回归分析股骨颈皮质骨微观空间结构、微观力学特性、微观化学成分对股骨颈宏观力学强度的影响权重。结果:（1）Micro-CT检测显示,从骨量正常至重度骨质疏松,股骨颈皮质骨矿物质密度逐渐降低,总孔隙率逐渐升高,各组间的差异均具有统计学意义（P<0.05）。除骨量正常组与OP组、骨量正常组与重度OP组的皮质骨厚度有显著差异外,其它组间的差异无统计学意义（P>0.05）;（2）轴向压缩试验显示,股骨颈最大载荷呈显著的下降趋势,且各组间的差异均有统计学意义（P<0.05）;（3）纳米压痕实验显示,从骨量正常至重度OP,股骨颈皮质骨弹性模量逐渐下降,各组间的差异均具有统计学意义（P<0.05）。除骨量正常组和骨量减少组的股骨颈皮质骨硬度无显著差异外（P>0.05）,其余各组间的差异均具有统计学意义（P<0.05）;（4）FTIR分析显示,重度OP组股骨颈皮质骨矿盐基质比显著低于骨量正常组和骨量减少组（P<0.05）,OP组皮质骨矿盐基质比显著低于骨量正常组（P<0.05）,其余各组间的差异均无统计学意义（P>0.05）。从骨量正常至重度OP,股骨颈皮质骨胶原交联比和矿盐结晶度均逐渐升高,各组间的差异均具有统计学意义（P<0.05）;（5）XRD分析显示,从骨量正常至重度OP,晶粒尺寸逐渐升高,各组间的差异均具有统计学意义（P<0.05）;（6）Pearson相关性分析显示,皮质骨微观空间结构、微观力学特性、微观化学成分的相关参数间均存在显著的相关关系;（7）皮质骨微观空间结构、微观力学特性、微观化学成分的相关参数与最大载荷间均存在显著的相关关系;（8）微观力学特性的两个指标中弹性模量与最大载荷的相关性最强,微观空间结构的三个指标中皮质骨矿物质密度与最大载荷的相关性最强,微观化学成分的四个指标中晶粒尺寸与最大载荷的相关性最强;（9）多元线性回归分析显示,在所有微观参数中,股骨颈皮质骨弹性模量与股骨颈最大载荷相关关系最强。结论:（1）从骨量正常到重度骨质疏松,皮质骨各微观参数均逐步发生变化且均能对股骨颈宏观力学强度产生影响;（2）皮质骨的微观力学特性、微观空间结构、微观化学成分的相关指标中与宏观力学强度相关性最强的指标依次是弹性模量、矿物质密度、晶粒尺寸;（3）在诸多微观参数中,股骨颈皮质骨弹性模量对股骨颈宏观力学强度的影响程度最大;（4）通过对这些微观参数的评估,能够阐明股骨颈皮质骨微观理化特性对股骨颈宏观力学的作用机制,为预防骨质疏松及骨质疏松性骨折提供理论依据。