综述：重新审视骨矿物质成分的物理和化学性质

《Acta Biomaterialia》：Revisiting the physical and chemical nature of the mineral component of bone

这篇综述聚焦骨矿物质，指出其理化特性存在诸多争议。骨矿物质有独特层级结构，分为原纤维内和原纤维外矿物质区室（intrafibrillar and extrafibrillar mineral compartments）。它并非传统 “羟基磷灰石”，钙磷比（Ca/P）也不能简单衡量成熟度。文章强调研究误区，对骨材料特性研究和修复生物材料开发意义重大。

　　

骨矿物质的研究背景与争议焦点

在生命科学和健康医学领域，骨矿物质的物理和化学性质一直是研究热点，但至今仍存在诸多争议。骨作为人体重要的组成部分，其矿物质成分对于维持骨骼的结构完整性和力学性能起着关键作用。然而，目前对于骨矿物质在微观层面的结构、精确化学组成以及成熟度的判断标准等方面，学界尚未达成一致。

骨矿物质的微观结构特征

从纳米尺度来看，骨矿物质分别存在于胶原纤维（collagen fibril）的内部和外部，这两个不同的区域就像两个独特的 “小房间”，它们紧密融合在一起，形成了一个连贯的整体。在微米级别上，更大的矿物质聚集体呈现出一种交错排列的模式，这种模式被形象地称为交叉原纤维镶嵌（crossfibrillar tessellation）。这种独特的层级结构赋予了骨矿物质特殊的物理性质和力学性能，使其在支撑身体、保护内脏器官等方面发挥着不可替代的作用。

骨矿物质的化学组成特点

骨矿物质并非像地质和合成的羟基磷灰石（hydroxy (l) apatite）那样成分单一。它是一种特殊形式的磷灰石，存在钙（Ca²⁺）和氢氧根离子（OH^-）的缺失，同时还有显著的碳酸根（CO₃^2-）和酸式磷酸根（HPO₄^2-）替代现象，这种特殊的磷灰石被称为缺钙和羟基的磷灰石（CHAp）。此外，在 CHAp 结晶核心的周围，还有一层少量的无定形磷酸钙（amorphous calcium phosphate）作为表面层。在哺乳动物的骨骼中，虽然没有观察到无定形固相，但随着年龄的增长，骨矿物质的无定形与结晶特性会发生变化。

骨矿物质成分研究中的误区

在以往的研究中，存在一些对骨矿物质成分的误解。例如，有人曾假设八钙磷酸盐（octacalcium phosphate）是骨矿物质的前体，但在细胞外基质中，除了 CHAp 外，并没有确凿的证据证明其他磷酸钙相的存在。偶尔在与微石症（micropetrosis）相关的情况下检测到镁白磷钙矿（magnesium whitlockite），这其实表明是一种病理钙化现象，而非真正的细胞外基质成分。另外，在描述合成生物材料时，“仿生” 或 “骨样” 这样的术语使用需要谨慎，因为骨矿物质的独特性使得简单模仿难以达到理想效果。而且，将钙磷比（Ca/P）作为骨矿物质成熟度的指标过于简单化，因为 Ca²⁺和 PO₄^3-离子部分被替代，同时非矿物质来源的磷也被忽视了，因此需要考虑其他更合适的成分衡量指标。

骨矿物质成熟度定义的复杂性

在骨组织和骨矿物质的研究中，“成熟” 这一术语的使用必须谨慎。骨矿物质的成熟不能仅仅依据单一的成分或结构参数来判断，而是需要综合考虑成分、结构以及它们对力学性能的潜在影响等多方面因素。只有建立明确的标准，才能准确评估骨矿物质的成熟度，进而深入了解骨骼的健康状况和疾病发生机制。

骨矿物质研究的意义与展望

骨矿物质的研究对于理解骨骼的生理功能、疾病发生发展以及开发有效的骨修复生物材料具有重要意义。通过纠正以往研究中的误区，采用更准确的研究方法和指标，能够更深入地探究骨矿物质的奥秘。未来的研究可以进一步聚焦于骨矿物质动态变化的机制，以及如何根据其特性开发出更适配人体需求的生物材料，为骨科疾病的治疗和预防提供更坚实的理论基础和技术支持。