絕經(jīng)后女性膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎與脛骨軟骨下骨骨密度的相關(guān)性研究

艾尼瓦爾·艾賽特 迪里木拉提·巴吾冬

新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院影像中心，新疆 烏魯木齊 830054

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis，KOA)是世界上最常見的運動系統(tǒng)退行性疾病，KOA患者所出現(xiàn)的疼痛、致殘嚴重影響生活質(zhì)量，給家庭和社會帶來了各種負擔。其所需要的醫(yī)療費用巨大，在發(fā)達國家占GDP的1%～2%[1]。KOA是在機械性和生物性因素的作用下破壞了關(guān)節(jié)軟骨細胞，軟骨下骨內(nèi)發(fā)生異常改變的結(jié)果，甚至累積關(guān)節(jié)全部組織。遺傳、發(fā)育、新陳代謝、創(chuàng)傷及生物力學等危險因素導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨的軟化、潰瘍、缺失、軟骨下骨終板的硬化和骨質(zhì)象牙化、骨贅形成和軟骨下骨囊變。當臨床癥狀明顯時KOA的變異以膝關(guān)節(jié)疼痛、壓痛、關(guān)節(jié)活動受限為特征[2]。

在研究KOA時大多數(shù)報道將主要注意力集中在關(guān)節(jié)軟骨的變化，但實際上軟骨下骨也發(fā)生了顯著變化。自1986年Radin[3]等首次提出軟骨下骨可能在骨性關(guān)節(jié)炎的開始和進展中起作用后，目前對軟骨下骨的研究已成為焦點之一。本文通過對絕經(jīng)后女性膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎分級、年齡、股骨頸及腰椎骨密度與脛骨軟骨下骨骨密度進行相關(guān)性分析，進一步了解脛骨軟骨下骨在KOA進展中的變化規(guī)律。

1 材料和方法

1.1 研究對象

選取2017年7月至10月新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院就診的絕經(jīng)后女性KOA患者，共80例，45～92歲，平均65.0±11.1歲。納入的對象均為年齡≥45歲，連續(xù)閉經(jīng)12個月，同時沒有明顯的病理改變和生理原因的女性；排除因外傷、感染、腫瘤及代謝性疾病等引起的關(guān)節(jié)病變。

診斷標準：①1個月內(nèi)膝關(guān)節(jié)經(jīng)常疼痛；②X線關(guān)節(jié)邊緣有骨贅形成和關(guān)節(jié)間隙明顯變窄；③骨性關(guān)節(jié)炎性滑液(透明、黏性、WBC<2000/mL)；④年齡≥40歲；⑤晨僵≤30 min；⑥關(guān)節(jié)活動時彈響聲；最少存在①、②或①、③、⑤、⑥或①、④、⑥，即可診斷為KOA[4]。

1.2 方法與測量

對所有研究對象行左膝關(guān)節(jié)X線攝片檢查，由2名經(jīng)驗豐富影像學醫(yī)師分別對左膝關(guān)節(jié)X線圖像進行分析分組。根據(jù)Kellgren & Lawrence診斷標準(0級為正常；Ⅰ級為可出現(xiàn)唇樣骨贅；Ⅱ級為明顯骨贅，可出現(xiàn)關(guān)節(jié)間隙變窄；Ⅲ級為中度多發(fā)骨贅，關(guān)節(jié)間隙明顯變窄，有些骨質(zhì)硬化，可有骨質(zhì)磨損；Ⅳ級為巨大骨贅，關(guān)節(jié)間隙明顯變窄，骨質(zhì)嚴重硬化，明顯骨質(zhì)磨損)將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級KOA分為A、B、C、D等4個組，每組各20例患者。采用GE Lunar Prodigy型DXA儀測量左膝關(guān)節(jié)、左側(cè)股骨頸、腰椎的骨密度，將g/cm2作為計量單位進行詳細記錄。

1.3 圖像分析

膝關(guān)節(jié)并非常規(guī)測量骨密度的部位，在檢查技術(shù)方面尚缺乏測量規(guī)范的數(shù)據(jù)庫，國外的研究也處于探索階段。為測量脛骨軟骨下骨骨密度，在左側(cè)脛骨近端內(nèi)、外側(cè)分別設(shè)定感興趣區(qū)(ROI)。因脛骨軟骨下骨缺乏明確的解剖定位標準。本研究中ROI的劃分方法參考國內(nèi)外文獻[5-7]，通過手工分別劃分在脛骨近端內(nèi)側(cè)和外側(cè)，分別標記為ROI 1和ROI 2。ROI為長方形，以腓骨頭最高點作為參考點，其上緣緊貼脛骨近端關(guān)節(jié)骨面，高度為7 mm，寬度為15 mm。按照研究需求，分別測量每個感興趣區(qū)的骨密度。所有測量者均接受統(tǒng)一培訓后，按照統(tǒng)一的標準完成測量。

圖1 脛骨軟骨下骨感興趣區(qū)(ROI1～ROI2)Fig.1 Regions of interest on the subchondral bone of the tibia

1.4 統(tǒng)計學處理

統(tǒng)計分析用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學處理。膝關(guān)節(jié)感興趣區(qū)骨密度與KOA分級、年齡、腰椎骨密度、股骨頸骨密度行Pearson相關(guān)分析法進行相關(guān)性分析，組間比較用成組t檢驗分析，P<0.05為有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 80例受檢者基本情況

本研究共納入80例患者，平均年齡 65.0±11.1歲，平均體重(62.80±13.34)kg，平均身高158.1±8.1 cm，見表1。

表1 80例受檢者基本情況Table 1 General information of the 80 subjects

2.2 脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級、年齡、腰椎骨密度、股骨頸骨密度的相關(guān)性分析

根據(jù)測量結(jié)果，脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級、年齡、股骨頸骨密度、腰椎骨密度進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，軟骨下骨骨密度(ROI 1、ROI 2 骨密度)與KOA分級、年齡呈負相關(guān)，與腰椎及股骨頸骨密度呈正相關(guān)。

表2 脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級、年齡、腰椎骨密度、股骨頸骨密度的相關(guān)性分析Table 2 Correlation among degree of KOA, age, BMD of the lumber spine, femoral neck, and subchondral bone of the tibia

2.3 四組患者股骨頸、腰椎及脛骨軟骨下骨骨密度BMD比較

根據(jù)研究方案，4組的股骨頸、腰椎、ROI 1、ROI 2骨密度值比較，結(jié)果見表3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4組在股骨頸、ROI1、ROI2骨密度上差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，并ROI 1骨密度值比ROI 2骨密度值高，換言之隨KOA分級的增加，KOA病情加重，脛骨軟骨下骨骨密度減低。4組在腰椎骨密度上差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表3 ROI 1、ROI 2、股骨頸、腰椎骨密度值與KOA分級比較Table 3 Comparison between BMD of ROI 1, ROI 2, femoral neck, lumber spine and degree of KOA

3 討論

軟骨和其下方的軟骨下骨是關(guān)節(jié)的重要組成部分。軟骨下骨由皮質(zhì)終板以及其下方的骨小梁、血管和小梁間的腔隙組成。軟骨下骨含有大量的動脈、靜脈和神經(jīng)。它們通過皮質(zhì)終板的小通道給軟骨提供營養(yǎng)。目前大量國內(nèi)外研究證實軟骨下骨和關(guān)節(jié)軟骨是一個相互作用功能單位。軟骨下骨通過吸收應(yīng)力，緩沖震蕩等生物力學作用保護其上方的關(guān)節(jié)軟骨并維持關(guān)節(jié)的形狀。軟骨下骨的數(shù)量比關(guān)節(jié)軟骨多，并彈性模量相對較低。在正常情況下軟骨下骨可將緩沖30%左右的應(yīng)力，則關(guān)節(jié)軟骨僅能緩沖所受應(yīng)力的1%～3%，因此，軟骨下骨在緩沖震蕩中起了主要的襯墊作用。

KOA的發(fā)生發(fā)展過程中在生物力學作用下脛骨軟骨下骨的微結(jié)構(gòu)發(fā)生了一系列改變。Intema等[8]通過動物KOA模型后的研究發(fā)現(xiàn)，早期關(guān)節(jié)軟骨蛋白聚糖增多，軟骨下骨及骨小梁厚度降低，發(fā)生骨吸收導(dǎo)致骨重塑加快。在晚期骨轉(zhuǎn)換率增加，軟骨下骨內(nèi)發(fā)生微骨折，骨形成增加，骨贅和游離體形成，軟骨下骨皮質(zhì)終板硬化，但其下方的松質(zhì)骨丟失嚴重，骨小梁進一步變薄。本研究結(jié)果顯示，隨KOA分級的增加，KOA病情加重，脛骨軟骨下骨骨密度減低，并有顯著差異(P<0.05)，并且脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級及年齡呈負相關(guān)，換言之，隨年齡和骨性關(guān)節(jié)炎病情的加重軟骨下骨骨密度減低。這可能新生骨礦化不全和軟骨下骨囊增多有關(guān)。在KOA的進展中由于關(guān)節(jié)負荷未減輕，為了保持力學性能，引起骨形成活躍。但新生骨組織礦化不全，故表現(xiàn)軟骨下骨皮質(zhì)終板硬化而單位體積骨密度下降。另外，關(guān)節(jié)退變后除了滑液通過皮質(zhì)終板的小通道滲入下方的骨小梁內(nèi)并形成軟骨下骨囊以外，軟骨下骨發(fā)生微骨折后損傷的血管未及時修復(fù)形成軟骨下骨囊。本研究中發(fā)現(xiàn)脛骨軟骨下骨骨密度均有下降，而脛骨軟骨下骨不同部位的骨密度上有差異，脛骨平臺內(nèi)側(cè)骨密度明顯高于脛骨平臺外側(cè)(P<0.05)。馬海濤等[9]通過Micro-CT掃描膝關(guān)節(jié)后發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)脛骨平臺軟骨下骨出現(xiàn)硬化，骨小梁體積分數(shù)、骨小梁厚度、骨小梁數(shù)目較外側(cè)脛骨平臺增多。秦迪等[10]通過QCT掃描膝關(guān)節(jié)后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)脛骨平臺骨密度較外側(cè)脛骨平臺骨密度高。由于膝關(guān)節(jié)承受的重量為人體體質(zhì)量的2～4倍，而內(nèi)側(cè)間室承擔其中2/3的負重。另外，由于脛骨外側(cè)有腓骨的支撐，而脛骨內(nèi)側(cè)所成所承受的應(yīng)力明細增加，從而形成微骨折，進而發(fā)生骨重塑，進一步引起內(nèi)側(cè)沉降加劇，使加重膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形。

骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)是以多種因素作用下骨量減少、骨小梁變薄、間隙增寬、骨骼脆性增加為特征的全身性骨關(guān)節(jié)疾病，嚴重影響老年人尤其是絕經(jīng)后女性的生活質(zhì)量，并造成嚴重的經(jīng)濟負擔。國內(nèi)外研究中仍存在KOA與OP是否相關(guān)性的各種爭論。楊再英等[11]在研究中發(fā)現(xiàn)骨性關(guān)節(jié)炎患者有不同程度的骨量減少，骨量減少患者患骨性關(guān)節(jié)炎的危險是骨量正?；颊叩?.726倍。曾展鵬等[12]研究中發(fā)現(xiàn)隨KOA分級的增加，KOA病情加重，患者超聲骨密度和DXA骨密度的T值均向負值方向逐漸增加，二者差異都有統(tǒng)計學意義。以上結(jié)果與本研究結(jié)果一致。本研究中發(fā)現(xiàn)，隨KOA進展股骨頸骨密度有下降趨勢，并有明顯差異(P<0.05)，另外，脛骨軟骨下骨骨密度與股骨頸及腰椎骨密度呈正相關(guān)。這主要由于骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)展過程中骨吸收活躍，新生骨組織骨礦化率低有關(guān)。

綜上所述，盡管國內(nèi)外學者從不同角度研究軟骨下骨在KOA發(fā)病與進展中的作用，但其機制過于復(fù)雜，目前尚未完全明確。本研究發(fā)現(xiàn)隨KOA分級的增加，KOA病情加重，絕經(jīng)后女性脛骨軟骨下骨呈骨質(zhì)疏松表現(xiàn)。深入研究骨關(guān)節(jié)炎中軟骨下骨的變化規(guī)律，有望為KOA的治療和預(yù)防提供新的方法和思路。