髋关节置换女性患者血清骨转换标志物与股骨颈力学强度的相关性分析
发布时间：2021-05-17
摘 要：目的 分析行髋关节置换的女性患者血清骨转换标志物水平与股骨颈力学强度的相关关系。方法 选择2017年1月至2018年12月在西部战区总医院行髋关节置换的女性患者82例，根据其健侧股骨颈骨密度分为骨量正常组21例(T≥-1.0SD)、骨量减少组20例(-2.5SD0.05)。从骨量正常组至重度骨质疏松组股骨颈Lmax逐渐降低，组间比较差异均有显著性(P<0.05)。偏相关分析显示，股骨颈Lmax与OC和β-CTX呈明显负相关(r=-0.230，P=0.041;r=-0.548，P=0.000)。多元线性回归分析显示，β-CTX是整体Lmax及骨量减少组Lmax降低的独立危险因素(β=-0.389，P=0.000;β=-0.691，P=0.008)。结论 血清骨转换标志物OC、PⅠNP和β-CTX均可较好地反映股骨颈的生物力学强度，其中β-CTX是股骨颈生物力学强度降低的独立危险因素，检测其血清水平有助于早期评估股骨颈生物力学强度的变化。
关键词：骨质疏松症;股骨颈;生物力学;骨转换标志物
骨质疏松症(osteoporosis，OP)是一种常见的骨骼疾病，其特征是骨量降低，骨微观结构退化，从而导致骨强度降低和骨折风险增高[1]。一项meta分析显示，2010～2016年中国老年人骨质疏松症患病率已达到36%，其中男性为23%，女性为49%[2]。骨质疏松性骨折(osteoporoticfracture，OF)是骨质疏松症的常见并发症，而髋部(股骨颈)骨质疏松性骨折是其中最严重的一种。据统计，2015年我国主要骨质疏松性骨折(椎体、髋部和腕部)约为269万例次，预计2035年将达到483万例次，2050年可达599万例次[3-4]。研究发现，股骨颈骨质疏松性骨折后继发的并发症是致残和致死率显著增高的主要原因之一[5]。因此，早期发现股骨颈骨质疏松症高危人群并预防股骨颈骨质疏松性骨折的发生具有重要意义。当前关于股骨颈骨质疏松症的研究主要集中在股骨颈骨密度及血清骨转换标志物(boneturnovermarker，BTM)两方面[6-9]，而生物力学方面的研究较少，股骨颈生物力学强度与BTM的相关性目前尚不明确[10]。为此，本研究分析了行髋关节置换的女性患者血清BTM与股骨颈生物力学强度的相关性，以期为评估股骨颈生物力学的变化情况提供理论依据。
1 资料与方法
1.1 临床资料 选择2017年1月至2018年12月在西部战区总医院进行髋关节置换的女性患者82例。纳入标准：①行单侧髋关节置换手术(包括股骨头坏死、髋关节炎和头下型股骨颈骨折);②无明显手术禁忌证，无基础性骨代谢疾病(骨质疏松症除外);③血钙、血磷、甲状旁腺激素均在正常范围内。排除标准：①伴有严重肝肾功能不全;②患有其他影响骨代谢的疾病(糖尿病、甲状旁腺功能亢进、肿瘤、类风湿关节炎等);③3个月内服用过影响骨代谢或抗骨质疏松的药物;④测量部位存在明显畸形;⑤术中截骨时股骨颈明显破损。所有患者均行健侧股骨颈骨密度检测，参照WHO推荐的骨质疏松诊断标准并结合《原发性骨质疏松症诊疗指南(2017)》，以T值和标准差(SD)定量骨密度，将受试者分为骨量正常组21例(T≥-1.0SD)、骨量减少组20例(-2.5SD
1.2 血清BTM检测 入院第2天清晨抽取患者空腹静脉血10ml，分离血清标本后存储于-80℃。采用电化学发光法检测血清Ⅰ型原胶原N末端前肽(procollagentypeⅠN-terminalpeptide，PⅠNP)、骨钙素(osteocalcin，OC)及β胶原降解产物(β-collagendegradationproducts，β-CTX)的水平。
1.3 压缩试验 在髋关节置换过程中，按照常规手术方式进行截骨后得到股骨颈，分离其周围组织。将标本垂直于股骨颈长轴的两面打磨至平行，处理好的试样置于试验机(美国MTS系统公司MTS809轴/扭材料试验机，西南交通大学力学与工程学院MTS实验室)置样台轴心，电脑端设定加压频率(0.02次/s)和位移速率(0.02mm/s)，然后开始加压压缩，出现明显峰值后停止加压。根据得到的“载荷-位移”曲线计算股骨颈最大载荷(maximumload，Lmax)。
1.4 统计学处理 采用SPSS22.0软件进行统计分析。计量资料均符合正态分布，以x±s表示，用Levene方法进行方差齐性检验，满足方差齐性的数据采用单因素方差分析(one-wayANOVA)和Bonferroni事后检验进行组间多重比较，方差不齐的数据采用非参数KruskalWallis秩和检验进行比较。采用Pearson直线相关及偏相关分析股骨颈Lmax与BTM各指标的相关性，并对股骨颈Lmax与BTM进行多元线性回归，分析股骨颈Lmax与BTM各指标的线性关系。P<0.05为差异有显著性。
2 结果
2.1 各组患者一般情况比较 骨量正常组患者的年龄明显低于骨量减少组、骨质疏松组和重度骨质疏松组，差异有显著性(P<0.05)，而后三组患者的年龄比较差异无显著性(P>0.05)。各组患者的BMI比较差异均无显著性(P>0.05)。骨量正常组的股骨颈骨密度明显高于骨量减少组、骨质疏松组和重度骨质疏松组，且骨量减少组、骨质疏松组的股骨颈骨密度明显高于重度骨质疏松组，差异均有显著性(P<0.05)，而骨量减少组和骨质疏松组的股骨颈骨密度比较差异无显著性(P>0.05)。见表1。
2.2 各组血清BTM及股骨颈Lmax比较 重度骨质疏松组和骨质疏松组血清OC、β-CTX和PⅠNP显著高于骨量正常组，骨量减少组β-CTX显著高于骨量正常组，差异均有显著性(P<0.05)，其余各组间血清BTM水平比较差异均无显著性(P>0.05)。从骨量正常组到重度骨质疏松组股骨颈Lmax逐渐降低，其中骨量正常组至骨量减少组降低最为明显(48.17%)，各组间比较差异均有显著性(P<0.05)。见表2。
2.3 股骨颈Lmax与BTM的相关性分析结果Pearson直线相关分析显示，股骨颈Lmax与OC、β-CTX和PⅠNP均呈明显负相关(r分别为-0.368、-0.311、-0.661，P分别为0.001、0.004、0.000);校正年龄、BMI和股骨颈骨密度后，股骨颈Lmax与OC和β-CTX仍呈明显负相关(r=-0.230，P=0.041;r=-0.548，P=0.000)，但与PⅠNP未见明显相关性(r=-0.125，P=0.272)。多元线性回归分析结果显示，校正年龄、BMI和股骨颈骨密度后，β-CTX是股骨颈Lmax降低的独立危险因素(β=-0.389，P=0.000，95%CI-3157.6～-1448.1)。
2.4 骨量减少组股骨颈Lmax与BTM的相关性分析结果 骨量正常组至骨量减少组股骨颈Lmax下降程度最大，本研究对骨量减少组股骨颈Lmax与血清BTM进行多元线性回归分析，结果显示校正年龄、BMI和股骨颈骨密度后，骨量减少组β-CTX与股骨颈Lmax呈明显负相关，即β-CTX是骨量减少组股骨颈Lmax降低的独立危险因素(β=-0.681，P=0.008，95%CI-2309.4～-434.4)。
3 讨论
骨质疏松症是临床最常见的疾病之一。骨质疏松症及骨质疏松性骨折的治疗和护理需投入大量的人力物力，给家庭和社会造成了沉重的负担，因此其早期诊断和防治具有重要的临床意义[11-13]。
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股骨颈Lmax是载荷-位移曲线最高点处的载荷，可直接反映股骨颈能承受的最大力量，也是反映股骨颈力学强度的重要指标[14]。股骨颈骨折分为头下型、经颈型和基底型，但经颈型和基底型股骨颈骨折患者在术中截骨后均不能获得相对完整的股骨颈，无法满足实验设计的需要，因此对于股骨颈骨折本研究仅选取头下型病例的标本进行测量。此外，本研究还选取了股骨头坏死和髋关节炎患者的股骨颈标本。在测量过程中，本研究将标本制成相同大小及厚度的样本，以保证力学测量结果的准确性以及实验结果的可比性。结果显示，从骨量正常组到重度骨质疏松组，股骨颈的Lmax逐渐降低，其中骨量正常组至骨量减少组的股骨颈Lmax下降程度最大(48.17%)，提示Lmax可早期反映股骨颈的生物力学变化，其下降可能是股骨颈骨强度降低、骨脆性增加、骨质疏松症及骨质疏松性骨折发生的诱因。
血清BTM是骨组织的代谢产物，包括骨。形成标志物及骨吸收标志物[15-17]，其中骨形成标志物主要为PⅠNP和OC，骨吸收标志物主要为β-CTX[18-19]。相关研究发现，BTM可动态反映人体骨代谢情况，有助于骨质疏松症的早期诊断[20-22]。本研究结果显示，骨质疏松组和重度骨质疏松组血清PⅠNP、OC和β-CTX水平均明显高于骨量正常组，骨量减少组β-CTX水平明显高于骨量正常组，提示血清PⅠNP、OC和β-CTX均能反映股骨颈骨质流失情况，且与其他两项指标相比，β-CTX可更早地提示股骨颈骨量的下降。
本研究直线偏相关分析显示，校正年龄、BMI和股骨颈骨密度后，血清OC和β-CTX水平与股骨颈Lmax均呈明显负相关(偏相关r分别为-0.230，-0.548，P<0.05)。多元线性回归分析显示，校正年龄、BMI和股骨颈骨密度后，β-CTX仍是股骨颈Lmax降低的独立危险因素(β=-0.389，P<0.01)，提示β-CTX可敏感地反映股骨颈Lmax变化，检测其血清水平有助于评估患者的股骨颈生物力学强度。本研究还发现骨量正常至骨量减少阶段股骨颈Lmax下降程度最大，为此对骨量减少组股骨颈Lmax与PⅠNP、OC、β-CTX的关系进行多元线性回归分析，结果显示在校正年龄、BMI和股骨颈骨密度后，骨量减少组患者股骨颈Lmax与β-CTX呈明显负相关(β=-0.681，P<0.01)，即β-CTX是骨量减少组股骨颈Lmax降低的独立危险因素。上述结果表明，β-CTX可敏感反映早期股骨颈生物力学强度的变化，有助于股骨颈骨质疏松症及骨质疏松性骨折的进一步防治。
本研究尚存在一些不足，如样本量较少，可能造成结果存在一定偏倚，而且BTM的检测方法多样，目前国际上尚未达成共识，因此后续可进一步扩大研究群体、规范检测过程，以对本研究结果进行验证。
综上所述，本研究结果表明，血清OC、PⅠNP和β-CTX水平均可较好地反映股骨颈生物力学强度的变化，且与OC和PⅠNP相比，β-CTX对股骨颈生物力学强度的变化更为敏感，检测其血清水平有助于早期评估股骨颈生物力学强度的变化情况，为后期股骨颈骨质疏松症及骨质疏松性骨折的防治提供依据。——论文作者：蔡云1，夏宁1，刘达1*，盛珺2，徐伟2，郑伟2
