二磷酸鹽能牢固地結合於礦物質羥基磷灰石間。這類化合物特異地結合於礦物質沉積組織， 特別是骨組織。二磷酸鹽的P―C―P鍵能有效地抵抗水解酶， 不能在體內代謝， 因此只能以完整的分子形式被腎小管主動分泌排出體外。早期的二磷酸鹽以依替膦酸鈉為代表，只有大劑量使用才能抑制破骨細胞功能。阿侖膦酸鈉獨特的側鏈結構，使其抑制破骨細胞的能力大大加強，很小劑量足以發揮作用 。
1、細胞水平：
目前認為二磷酸鹽作用的最終靶細胞為破骨細胞，此類藥物通過以下三個方面抑制破骨細胞的破骨活動。
(1) 抑制破骨細胞的形成。 二磷酸鹽能抑制離體破骨細胞分化。當成骨細胞與骨髓細胞共同培養時，二磷酸鹽能抑制1,25-(OH)2D3誘導的破骨細胞形成。阿侖膦酸鈉能充分抑制單核破骨細胞前體形成多核破骨細胞，抑制巨噬細胞的增生。
(2)抑制破骨細胞的功能。有明確的證據表明二磷酸鹽可抑制破骨細胞的功能。離體培養和動物體內的破骨細胞在二磷酸鹽的作用下發生與細胞功能相關的細胞骨架和細胞形態改變，具有破骨能力的皺褶緣消失。
(3)縮短破骨細胞的壽命。二磷酸鹽可促進破骨細胞凋亡。目前還不清楚二磷酸鹽促進破骨細胞凋亡是否為直接作用，促進破骨細胞凋亡可能是其縮短破骨細胞壽命的主要機制。
2、分子水平：
二磷酸鹽可通過細胞膜表面受體或被細胞吞噬進入細胞，與細胞內酶或分子作用，影響細胞代謝。從結構上分析，嘌呤受體很可能也是二磷酸鹽的受體。二磷酸鹽很難通過細胞膜的脂質雙分子層，只能通過吞飲作用進入細胞，因此，可以理解二磷酸鹽能選擇性作用於破骨細胞和巨噬細胞。目前已知二磷酸鹽能抑制破骨細胞的三種酶：H+ -ATP酶、鯊烯合成酶及磷酸化酶。
3、修飾骨礦物質：
二磷酸鹽可以物理性阻礙骨礦物質的溶解。但二磷酸鹽的藥理作用很強，低濃度的二磷酸鹽不可能僅憑物理作用抑制骨吸收。對骨溶解的抑制作用主要是通過抑制破骨細胞的功能來完成。
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