定量CT對2型糖尿病性骨質(zhì)疏松的診斷意義

譚璐 閆彩鳳

1. 中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院，湖南 長沙 410000 2. 江蘇省蘇北人民醫(yī)院，江蘇 揚(yáng)州 225001

2001年美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health, NIH)提出骨質(zhì)疏松是以骨強(qiáng)度下降、骨折風(fēng)險(xiǎn)性增加為特征的骨骼系統(tǒng)疾病，而骨強(qiáng)度包含骨骼的兩個(gè)主要方面，即骨密度(bone mineral density, BMD)和骨質(zhì)量[1]。顯然，骨密度不能完全反應(yīng)骨強(qiáng)度。一項(xiàng)Meta分析表明，T2DM患者DXA測量的BMD值和健康對照組比較，可能高、低、或者正常[2]。這些針對骨密度測量結(jié)果出現(xiàn)不一致，表明BMD并不能較好解釋2型糖尿病患者持續(xù)升高的骨折風(fēng)險(xiǎn)[3]。2013年，美國放射學(xué)會(huì)(American College of Radiology, ACR)和兒科放射學(xué)會(huì)(Society for Pediatric Radiology, SPR)、骨骼放射學(xué)學(xué)會(huì)(Society of Skeletal Radiology, SSR)合作修訂的指南中，重點(diǎn)介紹了QCT在骨密度測量的重要作用，并推薦其在骨折和骨質(zhì)疏松的預(yù)測、診斷、治療監(jiān)測和骨折預(yù)防上的重大作用[4]。本篇綜述總結(jié)近幾年QCT在T2DM患者的骨質(zhì)疏松診治中的作用，見圖1。

圖1 QCT對2型糖尿病骨質(zhì)疏松的診斷意義Fig.1 The significance of QCT in the diagnosis of osteoporosis with type 2 diabetes

1 QCT在骨質(zhì)疏松癥的診斷價(jià)值

骨密度測量的方法包括DXA、QCT、定量超聲(quantitative ultrasound, QUS)、MRI、放射吸收法(radiographic absorptiometry, RA)等方法。QCT是最先定量測量骨骼肌肉層面圖像的定量成像技術(shù)[5]。

DXA是公認(rèn)測量BMD的金標(biāo)準(zhǔn)，它提供目標(biāo)區(qū)域附近的面積骨密度(aBMD)[6]，具有快速、便宜、易操作、低輻射(5～20mSV)的優(yōu)點(diǎn)[7]，但aBMD結(jié)果會(huì)受到骨骼幾何形狀的影響[8]。DXA提供的aBMD單位是g/cm2，而QCT測量BMD為體積骨密度(vBMD)，其單位為g/cm3或mg/cm3。vBMD又稱為真實(shí)骨密度，在任意骨骼部位三維測量真實(shí)的骨密度，基本不受脊柱退行性改變的影響，對骨量細(xì)微改變具有高度的敏感性[9]。此外，QCT是目前公認(rèn)的能有效區(qū)分松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的骨密度測定方法，能有效地評估皮質(zhì)孔隙度的多孔性結(jié)構(gòu)[10]，發(fā)現(xiàn)骨微結(jié)構(gòu)的改變。同時(shí)QCT能測定骨骼的大體幾何結(jié)構(gòu)，盡可能減少復(fù)雜幾何形態(tài)的影響，又是一種無創(chuàng)傷的檢查方法，測量結(jié)果誤差小，精確性高[8]。QCT在低體質(zhì)指數(shù)值、超重等因素影響下一樣精確，即對軟組織改變敏感度低[8, 11]。Yu 等[11]的研究發(fā)現(xiàn)：在改變了測量部位周圍的脂肪層后，比較兩種BMD測量方法對脂肪層的敏感程度，結(jié)果表明DXA測量的aBMD值與測量的脊柱平面周圍脂肪層增加成直線正相關(guān)，但是QCT測量的vBMD只稍有變動(dòng)。

2 QCT對2型糖尿病患者骨質(zhì)疏松的檢測

2.1 2型糖尿病骨折風(fēng)險(xiǎn)增加的原因

T2DM患者的骨折風(fēng)險(xiǎn)明顯增高[3]，相關(guān)機(jī)制主要為：長期高血糖導(dǎo)致的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、活性氧簇的增加，胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor, IGF-1)和晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products, AGEs)的蓄積[12]，以及一些其他的機(jī)制例如：新生血管形成的減少，間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)傾向分化成脂肪細(xì)胞而非成骨細(xì)胞，AGEs的累積減少了基質(zhì)的機(jī)械物理性能[12]等。

臨床上可增加T2DM患者骨折風(fēng)險(xiǎn)的因素有以下幾點(diǎn)：①血糖控制不佳[3]和糖尿病長病程[13]導(dǎo)致長期高血糖狀態(tài)，會(huì)干擾成骨細(xì)胞的信號傳導(dǎo)，影響破骨細(xì)胞的募集、分化和活化[14]。長期高血糖促進(jìn)AGEs的累積，AGEs會(huì)損害骨膠原的特性，增加骨髓的脂肪富集，影響骨骼生物學(xué)功能[15]。②降糖藥使用：噻唑烷二酮類藥物可激活過氧化物酶增殖物激活受體γ(PPAR-γ)，使骨髓MSC向脂肪細(xì)胞分化，降低骨強(qiáng)度[16]；鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-2 (sodium-dependent glucosetransporters 2, SGLT-2)抑制劑影響鈣磷代謝平衡，升高甲狀旁腺素水平，導(dǎo)致骨量丟失增加[16]。③胰島素的使用：胰島素可促進(jìn)MSC向成骨細(xì)胞分化，成骨細(xì)胞能分泌骨鈣素，促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖和增加骨骼肌胰島素敏感性[17]，同時(shí)它能直接激活I(lǐng)GF-1通路，促進(jìn)胰島素和胰島素受體結(jié)合[18]，增加胰島素敏感性，但是這些作用都可能被胰島素導(dǎo)致低血糖的高發(fā)生率抵消。另一方面，T2DM患者胰島素抵抗下出現(xiàn)高胰島素血癥、IGF-1的累積，激活Sema3A/IGF-1/β-catenin途徑，引起骨量丟失[19]?？傊?，T2DM患者的骨骼代謝異常，骨折風(fēng)險(xiǎn)明顯增高，DXA測定的aBMD對2型糖尿病性骨質(zhì)疏松診斷價(jià)值有限，需要更關(guān)注該類患者骨微結(jié)構(gòu)和骨材料特性的改變。

2.2 QCT對2型糖尿病性骨質(zhì)疏松診斷意義

在非T2DM患者中，DXA在髖骨和腰椎的骨密度測定對骨折風(fēng)險(xiǎn)評估有很好的作用[20]，但對T2DM患者而言并不足夠敏感。日本一項(xiàng)2型糖尿病骨質(zhì)疏松的研究采用DXA法測定椎骨aBMD，發(fā)現(xiàn)糖尿病組比非糖尿病組明顯升高[21-22]；另一項(xiàng)Meta分析也顯示T2DM患者髖骨部位aBMD也明顯高于非糖尿病患者[23]，均與2型糖尿病的高骨折發(fā)生率相悖。

QCT對T2DM患者椎骨、髖骨骨密度的測定具有更高的敏感性。Chalhoub等[9]運(yùn)用QCT對T2DM患者腰椎vBMD進(jìn)行研究的結(jié)果顯示：骨小梁處vBMD每下降一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差會(huì)增加3～7倍的骨折發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)用QCT對股骨進(jìn)行三維檢測時(shí)，可以檢測出股骨的軸向剛度和彎曲剛度，這兩者綜合了骨的幾何信息和材料信息，可以有效地反映骨強(qiáng)度和髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)[24]。

QCT能區(qū)分松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨。Ohlsson等[10]在調(diào)整年齡、BMI、股骨aBMD、FRAX量表的危險(xiǎn)因子建立預(yù)測骨質(zhì)疏松模型后，發(fā)現(xiàn)松質(zhì)骨的相關(guān)參數(shù)較早發(fā)生明顯的變化。與皮質(zhì)骨比較，松質(zhì)骨表面積和體積比值增加，代謝轉(zhuǎn)化率較皮質(zhì)骨可高達(dá)8倍，因此，骨量丟失最早發(fā)生在松質(zhì)骨部位[25]。有文獻(xiàn)證實(shí)T2DM較非糖尿病患者的皮質(zhì)孔隙度增加，皮質(zhì)間隔骨質(zhì)丟失，皮質(zhì)骨骨密度降低[26]。因此，QCT選擇性測量松質(zhì)骨的骨密度可較早的反應(yīng)骨礦物含量以及骨微結(jié)構(gòu)的變化，從而提高骨質(zhì)疏松診斷的敏感性。

3 QCT結(jié)合有限元分析法評估2型糖尿病患者的骨折風(fēng)險(xiǎn)

國際臨床骨密度測量學(xué)會(huì)(ISCD)在總結(jié)了QCT關(guān)于成人骨密度和形態(tài)學(xué)參數(shù)在骨折預(yù)測、骨質(zhì)疏松診斷、治療方案制定及年齡和療效監(jiān)控方面應(yīng)用的基礎(chǔ)上提出了基于QCT 的有限元分析法(quantitative computed tomography-based finite element method, QCT-based FEM)在骨強(qiáng)度計(jì)算中的臨床價(jià)值[27]。

有限元分析法(finite element method, FEM)在工程科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用，可計(jì)算剛度、強(qiáng)度以及受外力影響的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)變和應(yīng)力[28]，90年代開始應(yīng)用于生物力學(xué)，現(xiàn)已被證明是一種評估人體腰椎多種結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系的可行方法[29]。在適宜的邊界和負(fù)荷條件下，F(xiàn)EM能很好的評估骨強(qiáng)度[30]。QCT-based FEM是基于力學(xué)的基本原理，結(jié)合患者的個(gè)體情況和通用特性，計(jì)算出臨床相關(guān)負(fù)荷下的骨力學(xué)性能，脊柱和髖關(guān)節(jié)的FEM分別用于判斷椎體或股骨強(qiáng)度[28]。體外研究表明，通過比較單用DXA法或基于QCT的FEM法或基于雙平面雙能(bi-planar dual energy, BP2E)X射線吸收的FEM法三種方法檢測人群椎骨強(qiáng)度，最終證實(shí)基于QCT的有限元模型法得出的椎骨強(qiáng)度是最佳指標(biāo)[31]。

骨強(qiáng)度主要由骨密度和骨質(zhì)量構(gòu)成，還受較多其他因素影響，內(nèi)源因素如骨形態(tài)學(xué)、骨礦物質(zhì)和骨組織的多孔性等，外源因素如邊界條件和負(fù)荷條件等[30]。由于骨骼內(nèi)AGEs和IGF-1的蓄積等因素，使T2DM患者骨強(qiáng)度顯著降低[15]，骨脆性增加。因此需要運(yùn)用新的評估工具來綜合評估該類患者復(fù)雜的骨骼脆性[32]。運(yùn)用QCT-based FEM通過評估骨密度和骨組織結(jié)構(gòu)同時(shí)分析骨負(fù)荷條件來評價(jià)T2DM患者骨強(qiáng)度有望成為評估該類患者骨折風(fēng)險(xiǎn)的新方法。因?yàn)镼CT-based FEM可以評估整體骨強(qiáng)度，也突出強(qiáng)調(diào)骨骼的獨(dú)立幾何和密度不均勻性例如骨骼形態(tài)，骨小梁結(jié)構(gòu)和骨骼礦化[32]。Kiyohara等[32]已運(yùn)用該方法計(jì)算T2DM患者椎體強(qiáng)度指數(shù)(vertebral strength index)來評估該類患者的骨折風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)已證實(shí)QCT-based FEM評估脊椎或股骨強(qiáng)度，結(jié)合相關(guān)臨床風(fēng)險(xiǎn)因素，可以用于決策藥物治療，有可能成為骨強(qiáng)度測量的金標(biāo)準(zhǔn)[28]。

綜上所述，T2DM患者骨折風(fēng)險(xiǎn)明顯增高，為預(yù)防骨折發(fā)生，可運(yùn)用QCT早期檢測vBMD，并進(jìn)行定期隨訪和藥物療效監(jiān)測。QCT-based FEM可評估骨強(qiáng)度，對T2DM患者骨折風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測更有價(jià)值。