人体骨骼由5%-10%的水、50%-70%的羟基磷灰石和20%-40%的有机成分组成。骨骼通过自身的微观调节活动不断的进行吸收和再生，并且两者之间处于动态平衡，这个过程叫做骨代谢。骨代谢受到微量元素的调节，如铁、锌、铜、钙、磷和镁，这些便是人们常说的必须微量元素。

早在2009年，欧洲食品安全局专家小组（EFSA）便通过研究得出结论，镁的饮食摄入与正常骨骼的维持之间存在因果关系。镁是人体内必须的营养元素，在人体所有细胞内阳离子（带正电荷）中丰度占第二位（仅次于钾离子）。镁在人体中可以激活300余种参与糖代谢、脂肪代谢和蛋白质代谢的酶。有时充当细胞膜的稳定剂调控物质交换维持体内的稳态；有时通过维持核酸的结构保证细胞器解剖和功能完整性。研究发现，体重约70公斤的人体内含有20g-35g的镁，而其中大约60%的镁存在于骨骼中。

镁缺乏对于骨骼系统的危害

镁对骨骼发育和再生至关重要。有研究表明，镁缺乏会直接影响骨的密度和质量，使骨骼脆弱且容易断裂，往往会在松质骨中出现不易察觉的微小裂纹，导致骨骼的力学性能严重退化，最终演变为骨质疏松和骨折。这种现象在绝境后妇女这类人群中更为明显，因为镁通过可以纠正甲状旁腺素（PTH）和活性维生素D3的水平影响骨骼对于钙的摄取。但是需要注意的是镁发挥成骨功能是存在剂量依赖性的。大量的镁则会抑制羟基磷灰石晶体（骨组织的重要组成部分）的形成。此时镁离子的主要功能便是阻止成骨细胞矿化成骨的过程，转而促进软骨基质形成，诱导软骨细胞的增殖和分化。

近年有研究表明，镁缺乏会引发炎症反应，导致白细胞和巨噬细胞活化并大量释放炎症细胞因子和急性期蛋白，并产生过量的氧自由基。这个过程较为复杂涉及细胞间跨膜转运、促炎因子激活、破骨细胞活化等过程。

骨修复过程中细胞发生的“看不见的”变化

生活中如何获取镁元素

镁以不同的浓度存在于几乎所有的食物中。每100g绿叶菜含有30–60 mg的镁，其位于叶绿素吡咯核的中心，适当的加热不会导致镁大量流失。豆类（80–170 mg/100g）、坚果（130–264 mg/100 g）和全谷物（麦麸中含量高达550 mg/100g。超过80%的镁会在谷物精炼过程中流失，白面包仅含有15mg/100g）。咖啡中存在大量（即饮料中为80 mg/100 g）（美国农业部，2009年）。生活中适当摄取上述食物基本可以预防镁缺乏。

富含镁元素的食物

综上，镁在骨代谢的过程中具有举足轻重的地位，但别忘了，镁作为金属元素同样具有制备骨科内植物的潜力。

骨科医疗器械的革新：新一代可降解镁基金属植入物

就像钛合金革命性的取代不锈钢成为主流医疗器械那样，以镁为代表的的可降解金属或许在不远的将来会取代钛合金。镁与传统植入金属（钛合金、不锈钢、钴铬钼合金）主要的区别可归纳为4点：

1.具有可降解的特性：无论是代替钛合金钢板固定骨折部位，还是作为填充块提供骨缺损修复的桥梁，最终在体内都可以实现完全降解，无需二次手术取出，极大的减轻了患者二次手术的痛苦和经济负担；

2.力学性能适配：镁基金属生物力学参数与人体骨骼相近，强塑性、刚度、加工性能等均远优于现有临床应用的高分子可降解材料；

3.镁基金属的密度较目前临床广泛应用的钛合金和钴铬钼合金要低得多，放射学检查过程中不会产生金属伪影，因此不会干扰医生阅片；

4.镁金属降解产物（镁离子，氢气等）具有促进骨再生、软骨修复和抑制炎症因子等作用，有利于组织修复。

国外已经有镁基金属骨科内植物应用的先例。MAGNEZIX公司用于手部或腿部手术的镁基金属螺钉于2013年获得欧盟认证；韩国生产商RESOMET的镁合金于2016年获得韩国食品药品监督管理局（KFDA）批准用于手部骨折治疗。虽然镁基金属内植物有很多有点，但是其降解性能和力学性能还需要进一步优化才能满足骨科的临床应用。

国产镁合金螺钉治疗内踝骨折的临床试验（Journal of Orthopaedic Translation 2021）

北京大学人民医院骨肿瘤科在镁基金属植入物的研发方面也取得了一定的研究成果。联合上海交通大学和中国科学院深圳先进技术研究院在镁合金降解性能调控和3D打印镁合金植入器械的研究方面进行了大量探索。

在镁合金骨填充块降解性能优化方面，新一代的镁合金填充块在植入骨缺损部位以后可以保持一个相对匀速的降解过程。过去镁合金快速降解产生大量镁离子和氢气，此时面临的问题主要有：1.支架降解太快无法匹配骨再生的速度，就是我们老百姓常说的骨头还没长好，固定的器械就失效了；2.产生大量氢气如果超过人体吸收的能力则会造成周围骨质溶解。经过我们的优化，新一代的镁合金基本可以以匹配骨再生的速度均匀降解，产生的氢气也可以由自身吸收。

动物实验结果可见优化前在植入体内40天时镁合金产生大量氢气阻碍骨再生；而优化后产气减少，并且术后骨修复质量较优化前明显提高。除了镁合金降解性能研究外，我科在镁合金促进不同组织（纤维、软骨、肌肉、骨）界面修复方面也取得一定的研究成果。

腱骨愈合动物建模

近年来，北京大学人民医院骨肿瘤科在汤小东教授的带领下，积极响应国家“十四五”发展规划和医院的战略布局，兼顾临床和科研，在完成了大量超高难度手术的同时，大力发展基础科研和转化研究，切实做到产-学-研三位一体全方位、多次层均衡发展。北京大学人民医院骨肿瘤科作为医院的招牌科室为造福患者不懈努力，同时作为国家科技创新的高地，为骨科的诊疗技术进步添砖加瓦。