人体骨组织数值与形态特点.pdf

213 CHINESE JOURNAL OF ANATOMY Vol.46 No.3 2023 解剖学杂志 2023 年第 46 卷第 3 期人体骨组织数值与形态特点*庞爱兰1 杨美凤2 代自超3 杨新旺2#孟步亮2（昆明医科大学，1 第一附属医院神经内科，昆明 650032；2 基础医学院人体解剖学与组织胚胎学系，昆明 650500；3 附属口腔医院口腔医学研究所，昆明 650101）摘要 目的：研究确立骨组织数据的基准参照点，为医学、生物学和人类学等相关研究提供参考。方法：利用昆明市区10例，汉族、30岁1岁男性的正常额骨和股骨新鲜解剖学教学标本作为研究材料，制作骨磨片。获取额骨鳞部垂直位、水平位骨磨片和股骨中段水平位骨磨片。在光学显微镜下，观察骨组织的类型和各自的细胞数量（代表骨组织所占百分比例）；并测量骨细胞的长径、宽径和厚径。分别直接测量与应用生物力学测量仪测量“额鳞中部”新鲜骨、脱脂脱水骨和煅烧骨的密度与抗压强度。结果：额骨鳞部骨组织分为编织骨（62.0%）、板层骨（28.8%）和束状骨（9.2%）3种类型；骨细胞亦呈扁椭圆形，但体积大于股骨骨细胞；其中编织骨骨细胞椭圆面平行于颅骨表面。股骨中份骨组织分为骨单位（68.5%）、间骨板（27.3%）和环骨板（4.2%）3种类型；股骨多数骨细胞长径与骨单位中央管平行。“额鳞中部”新鲜骨、脱脂脱水骨和煅烧骨的密度与抗压强度的相关系数为0.6074。结论：获得一特定人群中额骨与股骨的骨细胞的方向和径值、骨组织的类型和占比，确立了骨组织结构数据的一个基准参照点。额鳞中部骨的密度与抗压强度呈线性正相关关系。关键词 骨组织；额骨；结构；标准数值Histological reference values and morphological characteristics of human bone*Pang Ailan1，Yang Meifeng2，Dai Zichao3，Yang Xinwang2#，Meng Buliang2（1.Department of Neurology，First Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming 650032；2.Department of Anatomy and Histology&Embryology，Faculty of Basic Medical Science，Kunming Medical University，Kunming 650500；3.Institute of Stomatology，Affiliated Stomatology Hospital of Kunming Medical University，Kunming 650101，China）Abstract Objective：To establish the reference point of bone tissue structure data.Methods：The normal frontal bone and femur of 10 Han，（301）-year-old males in Kunming were used to make bone grinding slices including vertical and horizontal bone slices of the frontal bone scale，and the horizontal bone slices of the middle femur.Under the optical microscope，the types of bone tissue and the number of bone cells（representing the percentage of bone tissue）were investigated at random in three visual fields of each bone slice，and the length，width and thickness of bone cells were measured.The density and compressive strength of fresh bone，defatted and dehydrated bone and calcined bone in the middle part of frontal scale were measured directly and by biomechanics measuring instrument.Results：It was found that there were three types of bone tissue in the scale of the frontal bone：braided bone（62.0%），lamellar bone（28.8%）and fascicular bone（9.2%）.Bone cells were also oblate-elliptic in shape，but were larger than those of femur，and the oval surface of braided bone cells was parallel to the surface of skull.There were three types of bone tissue in the middle part of femur including bone unit（68.5%），interosseous plate（27.3%）and annular plate（4.2%）；the long diameter of most bone cells in femur was parallel to the central canal of bone unit.The correlation coefficient between the compressive strength and the density of fresh，defatted and dehydrated bone was 0.6074.Conclusion：The direction and diameter of bone cells，the type and proportion of bone tissue in frontal bone and femur of a specific population are obtained，and a reference point of bone tissue structure data is established.There was a linear positive correlation between bone density and compressive strength in the middle part of frontal scale.Key words bone tissue；frontal bone；structure；standard value目前文献中缺乏人类和动物骨组织的数据库，*云南省基础研究计划昆医联合专项 2019FE001(-183)第 1 作者 E-mail： 共同第 1 作者，E-mail： 通信作者，E-mail：#共同通信作者，E-mail：收稿日期：2021-11-27；修回日期：2023-01-18doi：10.3969/j.issn.1001-1633.2023.03.006论 著 214 而组织学数据库建立的关键是确立基准参照点。国内外学者对骨组织构造的研究多集中在长骨1-2，并且骨细胞的形态结构与功能随年龄增长而不同3。但是人体额骨鳞部受个体后天活动影响小，能较好体现遗传特征，可对比性强。因此本课题以人体额骨为研究主要对象，探索人体骨组织形态的基础 数值。1 材料和方法1.1 材料采集昆明市区10例汉族、30岁1岁男性的正常额骨和股骨新鲜解剖学教学标本。用空心转头切取1 cm直径的“额鳞中部”新鲜骨片；用骨锯获取股骨中段骨组织。1.2 制作骨磨片采用骨组织磨片系统（德国EXAKT系统）制作额骨鳞部外板（矢状位和水平位）骨磨片和股骨中段骨密质的水平位骨磨片。每例标本均获取相应的骨磨片3片，厚度为2535 m。1.3 测量密度与抗压强度对于“额鳞中部”新鲜骨、脱脂脱水骨和煅烧骨的密度与抗压强度，分别为直接测量与应用生物力学测量仪（上海衡翼WDW-100）测量。1.4 甲苯胺蓝染色利用5%的甲苯胺蓝染色骨磨片30 min。1.5 光学显微镜观测骨组织在光学显微镜（Leica）下观测调查骨组织。每一例标本，额骨鳞部垂直位（垂直于额骨表面）和切面位（平行于额骨弧形表面的切面）骨磨片、股骨中段水平位骨磨片随机各取3个视野。对于额骨鳞部骨磨片，计数编织骨、板层骨与束状骨骨细胞数量；对于股骨中段水平位骨磨片，计数骨单位、间骨板与环骨板骨细胞数量。利用细胞数代表6类骨组织所占百分比例。测量额骨鳞部与股骨中段骨细胞的长径、宽径和厚径。1.6 统计学处理利用SPSS 23.0进行统计学分析，计量资料以 xs表示，组间比较用t检验，并回归分析骨的密度与强度相关性。2 结果额骨鳞部骨组织（图1 A、B，表1）分为编织骨、板层骨和束状骨3种类型。可见额骨鳞部骨细胞亦呈扁椭圆形，但体积大于股骨骨细胞。编织骨占比为62.0%6.5%，骨细胞椭圆面平行于颅骨表面，而其长径相互间不平行，呈编织状。板层骨占比为28.8%3.8%，骨细胞多环绕血管分布，其骨细胞椭圆面长径与血管长轴平行，椭圆面宽径与血管所在圆长轴相切。束状骨占比为9.2%1.5%，穿插于编织骨与板层骨之间，其骨细胞的长径与纤维束平行，骨细胞的椭圆面相互间平行，且与颅骨表面接近平行。股 骨 中 份 骨 组 织（图1 C，表1）分 为 骨 单位（占 比 为68.5%7.0%）、间 骨 板（占 比 为27.3%3.1%）和环骨板（占比为4.2%0.5%）3种类型。对于股骨骨细胞的分布方向，文献4仅描述股骨骨细胞与骨单位中央管平行。本研究切片显示，股骨多数骨细胞长径与骨单位中央管平行，骨细胞宽径与骨单位所在圆相切；少数骨细胞长径与骨单位中央管垂直；还有一些骨细胞的长轴方向为前2种的过渡类型。图 1 额骨鳞部与股骨中份的骨磨片，标尺=250 m额骨骨磨片垂直位（A）/切面位（B），绿色箭头示编织骨，白色箭头示板层骨，红色箭头示束状骨；股骨骨磨片（水平位）（C），绿色箭头示骨单位；红色箭头示间骨板ABC 215 表 1 额骨鳞部与股骨中份的骨细胞数值（xs，m）骨组织骨细胞长径骨细胞宽径骨细胞厚径股骨中份16.51.212.21.14.20.5额骨鳞部25.32.3*16.11.4*5.50.4*P0.01 vs 股骨中份额骨鳞部3种骨组织的密度与抗压强度各不相同（表2）；密度与抗压强度呈线性正相关关系，相关系数为0.6074。表 2 额骨鳞部 3 种骨组织的密度与抗压强度（xs）骨组织密度（g/cm3）板障抗压强度（兆帕）新鲜骨1.420.13*5.430.32*脱脂脱水骨1.210.12*5.230.30*煅烧骨0.220.03*0.160.02*P0.01 vs 其他 2 种类型骨3 讨论人体骨组织数值（包括结构、密度和强度3个基本指标）的研究参照基准（参照数值）对于医学、生物学、人类学、国防、体育及人民生产和生活等方面都具有重要意义。获得这些数值及其之间的数量关系，可为不同地区、进化阶段、民族、年龄、性别、人群、个体的各块骨以及其他动物骨的研究提供参照数值。男性骨骼比较发达，尤其在30岁左右达到顶峰时期5-6，且汉族是世界上人口最多的民族；故本研究选择30岁1岁的汉族男性作为研究对象最具有代表性。骨单位骨板的胶原纤维有纵行、环行和螺旋行之分3；但在本研究中未见纤维方向对骨细胞方向影响；可能是因为骨细胞为扁椭圆形，而导致其方向的轻微变化不易在磨片中观察到。教科书3记载编织骨随着年龄的增长会减少，而本研究观察到额骨有3种类型的骨组织，其中编织骨所占的比例最多高达62%；可能与本研究额骨标本的取材部位为额骨鳞部中份有关。有学者统计黄种人额缝出现率高达10%7，而骨缝处编织骨成份较多3。额骨鳞部中份骨组织结构的程序性细节丰富，更能体现遗传特征。所以额骨骨组织类型所占比例将是与其他人群比较研究时的一个灵敏指标。另外，本研究结果显示额骨骨细胞明显大于股骨骨细胞，这可能与额骨受外力影响较小有关，更能体现遗传特征；所以骨细胞的大小可能是与其他人群比较研究时的又一个灵敏指标。组织学三维重建能够准确测量骨细胞的数值和准确描述其方向。但是三维重建需要对骨组织脱钙并作连续薄切片，而脱钙会使组织变软，切片时组织结构会变形。所以本研究制作骨磨片以显示骨组织的固有形态；但是也存在不足，每个磨片的厚度较大，且不易做到厚度均匀一致，因此会影响染色时的着色程度。另外，由于本研究采用的标本例数较少，可能会影响骨密度与强度的相关性分析，并且限制了骨结构与强度相关分析。参 考 文 献1 Liu Y，Luo D，Wang T.Hierarchical structures of bone and bioinspired bone tissue engineeringJ.Small，2016，12（34）：4611-4632.2 Florencio-Silva R，Sasso G R，Sasso-Cerri E，et al.Biology of bone tissue：Structure，function，and factors that influence bone cellsJ.Biomed Res Int，2015，2015：421746.3 成令忠，钟翠平，蔡文琴.现代组织学M.上海：科学文献出版社，2003：238-246.4 Mariano S H.Atlas of human histologyM.4ed.Philadelphia：LeaFebiger；1975：40-41.5 陈超，邢学农，叶山东，等.合肥地区1162例正常人群骨密度的分析研究J.中国骨质疏松杂志，2008，14（6）：419-421.6 朱玲，尹大庆，李瑾，等.1166例正常人髋部骨密度测量结果分析J.中国骨质疏松杂志，2003，9（1）：69-70.7 杨琳，高英茂.主译.格氏解剖学M.第38版.沈阳：辽宁教育出版社，1999：595.