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镁缺乏与骨质疏松
时间:2017-07-31 11:55:45

骨质疏松是一种进行性的骨代谢疾病,好发于中老年人特别是绝经后妇女。其特征为骨强度下降,骨脆性及骨折风险增加。以至于轻微的创伤即可以导致骨折,对于患者及其家人造成严重的生理、心理、经济和社会负担。如何防治骨质疏松,对于正在面临人口老龄化的中国、日本等国家正逐步成为的重要的公共卫生问题。

镁是人体内含量第二的二价阳离子,成人体内镁含量约1.1mol,其中50%70%存在于骨骼中,约30%的骨骼镁是可交换镁。它是体内300多种酶的辅酶,在机体的能量代谢、核酸和蛋白质合成及炎症免疫反应过程等中起着重要的作用。同时,镁也直接影响骨细胞功能及羟基磷灰石结晶的生长,在骨组织稳态维持上发挥重要功能。镁元素广泛存在于食物中(尤其豆类、蔬菜、坚果等),故严重的镁缺乏现象很少出现于健康人群。但许多因素如酗酒、胃肠道疾病,使用利尿剂及接受化疗等,仍可以通过增加肾脏排泄等途径促进镁的丢失,据估计全世界有2.5%15%的人口患有不同程度的低镁血症。在发达国家如美国,据统计约一半人口的镁摄入量低于估计平均需求量(EAR)

除钙和vitamin D之外,越来越多的营养元素如镁在预防和治疗骨质疏松中的作用正逐步受到重视。镁摄入不足及低镁血症可导致一系列相关疾病,包括偏头痛、II型糖尿病、代谢综合症、高血压、动脉粥样硬化、心源性猝死甚至结肠癌。近年来一系列实验发现不同程度镁缺乏动物伴有不同程度的骨量下降、骨小梁变细和骨脆性增加的现象,其特点是成骨细胞与破骨细胞的数目与活性发生异常,一系列炎性因子的释放增加,内分泌水平及其作用机制的改变。一些小型流行病学统计发现,食物中镁摄入与人骨密度也具有相关性。故有人提出镁不足可能是骨质疏松的危险因素之一。

 

一、骨质疏松患者体内镁的状态

 

目前,评估骨质疏松症患者体内镁含量状态的研究很少,一部分研究结果显示:骨质疏松症患者的血清及红细胞中镁浓度下降,对镁负荷试验呈现高滞留率,提示骨质疏松症患者体内镁缺乏的状态。但并非所有结果都一致,也有研究发现血清镁含量正常甚至升高。结果的差异可能与检测方法及研究对象状态(性别、年龄、是否绝经等)的差异相关,除此之外镁负荷试验对于骨质疏松患者体内镁含量状态评估的准确性仍有待进一步探讨。

 

二、缺镁导致骨质疏松的机制

 

在生物体生命过程中,骨骼持续地处于动态重构,破骨细胞持续性地分解旧骨质(骨质吸收)而成骨细胞不断产生新骨质予以补充(骨质生成),保证了骨骼解剖与功能的完整性。成骨细胞分泌骨基质成分包括Ⅰ型胶原及各种糖蛋白等,并且提供调控破骨细胞分化的因子,如噬细胞集落刺激因子(M-CSF)和核转录因子(NF)-κB配体受体激动因子(RANKL),在骨形成与骨吸收过程中均起到关键作用。骨质更新的平衡依赖于成骨细胞的增殖,分化,迁徙,分泌和凋亡过程。其中任何过程被扰乱,使以上平衡被打破,都有可能导致骨量下降、骨脆性及骨折风险的增加,暨造成骨质疏松。

 

1.缺镁对细胞的影响

镁在细胞增殖、分化、迁徙与发挥功能方面起着重要的作用。镁缺乏可以造成DNARNA及蛋白质的合成障碍,从而影响细胞增殖。镁可以促进培养基中成骨细胞的有丝分裂,而缺镁(<0.8mmol/L)则抑制细胞生长、迁徙和分化等过程。最新实验表明低镁可以通过上调诱生型一氧化氮合酶(iNOS)表达来抑制SaOS-2类成骨细胞系增殖,故细胞镁浓度平衡是成骨细胞正常生长及发挥功能的保证,镁缺乏可能是骨质疏松等疾病的危险因素之一。

 

2.缺镁导致炎症因子释放

镁缺乏导致的炎症因子的激活与多种疾病相关。研究发现破骨细胞的数目及其覆盖、侵蚀表面积在镁缺乏鼠会出现上升,提示破骨细胞性骨吸收是缺镁鼠骨量丢失的重要原因之一。目前其机制尚未研究透彻,可能与镁缺乏导致骨骼中炎性细胞因子增加,增强破骨细胞的数目及其骨吸收功能增强有关。骨骼中包含含有神经肽的神经纤维如P物质(SP)等,镁离子可以抑制N-甲基-D-天门冬氨酸受体(NMDAR)激活,细胞外镁缺乏可以降低激活NMDAR的氨基酸浓度阈值,增加一系列神经递质的释放,从而诱导T细胞释放细胞因子如:TNF-α、IL-1β、IL-6等。这些细胞因子,无论是系统释放或是在骨骼微环境中生成,均会激活人与实验动物体内破骨细胞的募集,增强骨质的吸收。Rude等通过免疫组化技术,发现镁缺乏啮齿动物TNFα增高。随后他们通过对比低镁饮食35天的TNFα受体敲除(TNF-r-KO)小鼠与野生型小鼠的各项骨转化指标发现:野生型镁缺乏小鼠的骨转化强于TNF-r-KO小鼠。

 

3.缺镁对内分泌及1,25二羟维生素D3的影响

镁缺乏患者多伴有PTH分泌量异常,另外,缺镁患者尿羟脯氨酸、磷酸盐、cAMP及血钙水平下降的现象提示终末器官(骨骼与肾脏)对PTH的作用存在抵抗。PTH分泌异常的原因尚未研究透彻,可能与包括Gα蛋白亚基激活在内的细胞信号系统紊乱有关。

缺镁也可以抑制1,25-(OH)2D3的合成和作用。大部分镁缺乏伴低钙血症病人的血清1,25(OH)2D3含量低于正常,其原因可能有以下两点:1PTH1,25-(OH)2D3生成主要刺激因素之一,其分泌受扰和靶器官抵抗会影响1,25-(OH)2D3生成。2、镁缺乏直接影响1,25-(OH)2D3的生成(体外实验证实肾脏1α-羟化酶活性依赖镁离子)。同时,缺镁可以使机体对维生素D及其一系列代谢产物产生抵抗,其确切机制目前尚未研究透彻。由于PTH1,25-(OH)2D3这两种物质均具有营养成骨细胞的作用,其分泌异常或终末靶器官的抵抗都有可能导致骨质疏松。另外,镁缺乏造成的血清1,25(OH)2D3浓度下降可以导致部分肠道吸收钙减少,而缺钙恰是骨质疏松的主要危险因素之一。补充镁可以改变以上这些生化指标异常。

 

4.缺镁对骨骼晶体形成及矿化的影响

骨骼矿物晶体的构型决定了其机械强度,当晶体过大时将无法承担正常负荷。镁与组织矿化过程密切相关,尤其是在骨骼和牙齿组织中。近年来体外研究发现低镁和高镁均会影响细胞分化及外基质的矿化过。镁可以与羟基磷灰石结合,抑制羟基磷灰石的形成与生长,同时也影响骨骼晶粒大小、晶格常数及矿化产物构型。喂养过量镁小鼠的骨骼中羟基磷灰石晶粒体积小于对照组,而镁缺乏小鼠的骨骼晶粒体积增大,结构更加对称。在人体试验中,利用红外分光光度法发现,患有骨质疏松的绝经后妇女的拥有体积更大,更“完美”骨骼结晶。另一项实验发现,老年骨质疏松患者的骨骼镁含量及结晶系数下降,而接受激素替代治疗后骨骼镁含量和结晶系数反而上升,以上均提示骨镁与结晶度指数存在着负相关。

 

三、补镁对骨质疏松的效应

 

 镁在许多生理过程中起重要作用,镁能激活成骨细胞增殖,促进骨矿化,以及增强靶组织(骨、肌肉)对PTH1,25(OH)2D3的敏感性。根据美国RDA标准,成年男性和女性的镁元素推荐摄入量分别为420mg/d320mg/d。补充镁对于骨质疏松患者的预防及治疗的效应尚未进行广泛的研究。静脉补充镁可以使血清PTH浓度、骨代谢指标与1,25-(OH)2D3上升,提示镁可以促进PTH的分泌和发挥作用。补镁对于骨量的影响主要在于骨密度的增加。通过检测一系列骨转化相关生化指标,研究发现短期内(30)口服枸橼酸镁(1830mg/d)可以降低患骨质疏松的绝经后妇女的骨转化率。在一个回顾性研究中,给骨质疏松的绝经后妇女每日补充200mg镁,1422个月后与实验组比对照组患者腰椎骨密度增加1.6%,但无统计学意义。在一个为期两年,以绝经后骨质疏松妇女为对象的的前瞻性对照实验中,实验组前6个月根据耐受力口服氢氧化镁250~750mg,从第6至第24个月,每日补充氢氧化镁250mg,第一年末实验组桡骨远端骨密度平均增加2.8%P<0.02),第二年无明显变化。谷物蛋白敏感性肠病(GSE)病人接受补镁治疗,每日口服约575mg镁化合物,为期2年疗程末检测发现股骨近端与腰椎骨密度较前显著提高。此外,研究还发现长期最适度以下量补镁对骨组织有益,而长期过量补镁反而损害骨组织。补钙有时会导致便秘,若同时补充镁则有助于维持肠道功能的稳定,增进钙及其他营养物质的吸收。

但也有不同的观点,早些年一些实验并未发现补镁对骨质疏松具有治疗效果,体外实验中增加细胞外镁离子浓度(0.85mmol/L)并不能增强成骨细胞的增殖,甚至抑制其分化及细胞外基质矿化过程。另外一项来自WHI的研究报道高镁摄入反而会增加腕部骨折风险。故补镁对于骨质疏松症的治疗效应尚需具有更大样本量、更长时期的双盲对照实验来证实。将补镁作为骨质疏松症的治疗方法,目前仍需进一步研究。值得注意的是,面对骨质疏松这一多因素疾病,应采用综合防治的方法,而非单纯通过口服药物补充钙、镁等元素,同时合理的膳食、适当的体育锻炼、良好的生活习惯也尤为重要。

 

四、结语

 

一直以来,对骨质疏松发病机制的研究多集中在钙元素上,但缺钙不是导致骨质疏松的唯一原因。镁与钙相似,且体内大部分镁存在于骨组织中,在骨骼代谢如细胞增殖分化、炎症因子释放、内分泌改变、骨骼晶体形成及矿化的过程中同样发挥着重要作用。因此,镁在骨质疏松症发生发展过程和防治方面的作用及机制氶待进一步深入探索。

 

(来源:中国骨质疏松杂志

 

 

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