搜尋此網誌

2011年10月1日

Wolff's Law 與Bone Remodeling (骨質重塑)

    在介紹生物力學的基本觀念的時候,一定會提到人體的骨骼到底是怎麼樣增生的。事實上,人體內的骨骼是處於一種動態平衡的情況下;只要這個平衡被打破,那麼骨骼就會開始產生變化,這個變化的過程就是骨質重塑(Bone Remodeling)。而第一個對此一現象提出說明的是德國解剖學家Julius Wolff ( The law of transformation of the bone(1892)),也就是在所有生物力學教科書中一定會提及的Woff's Law。
    雖然每本教科書都提到,但是大部分同學對於Wolff's Law都沒辦法很清楚的解釋他的內涵。先看看英文的說明是如何:

  Bones atrophy when they are not mechanically stressed and hypertrophy when they are stressed. (Ref.)
   
  If loading on a particular bone increases, the bone will remodel itself over time to become stronger to resist that sort of loading.(維基百科)

   從上面兩個句子就可以發現,Wolff's Law的原意是說:當骨骼承受力量的時候,為了順應外來環境的力學刺激,骨骼會隨時間增長而開始增生;當骨骼不承受力量的時候,骨骼會漸漸萎縮。因此當外加力量持續施加在骨骼上的時候,骨骼就會開始產生骨質重塑的現象。骨質重塑又分成兩個層面:內部重塑 (Internal Remodeling)跟外部重塑 (External Remodeling)。內部重塑指的是骨質密度 (Bone Density)的增加或減少,外部重塑指的是骨骼外在形狀的改變。
    
    前面所提到的,骨骼是處於一種動態平衡的情況下。事實上,骨骼內包含兩種細胞:成骨細胞(Osteoblast)跟噬骨細胞(Osteoclast,另稱之為破骨細胞),分別擔任生成新的骨細胞以及清除死亡的骨細胞的工作;這兩種細胞在正常活動與受力負荷情形下,活動反應的速度大致上一樣,可維持骨質數量的恆定,一旦生理或力學條件改變,此一動態平衡就可能打破。生理因素所造成的骨質重塑,例如:骨質疏鬆症(Osteoporosis);而力學條件的改變,可能造成如姿勢不良所引起的脊椎側彎(Scoliosis)或駝背(Kyphosis)。
    
    另外,常聽到有人會說:Wolff's Law就是骨質受到壓力(Compression)時會增生,受到張力(Tension)時骨質會減少。其實這樣的說法是將兩個不同的觀念混淆了!....前述所提及的"受壓增生,受張萎縮"的現象,是發生在牙齒矯正時,齒槽骨隨著施加的矯正力量所發生的變化。但因為矯正力量是透過矯正器與矯正線將力量透過牙齒及牙周膜韌帶(Periodontal Ligament, PDL),將力量均勻傳遞到齒槽骨上,當PDL受到壓力或張力時,會將此一力學刺激轉變成生理訊號,進而刺激齒槽骨的重塑,使得牙齒可以移動到適當的咬合位置上,因此在牙科矯正學中並沒有特別提及Wolff's Law!在齒槽骨以外的骨骼,只要是受到外力刺激,不論是張力或壓力,其骨骼都會隨著所需負擔之力量增加而增生