膝骨關(guān)節(jié)炎患者膝關(guān)節(jié)骨密度測量研究現(xiàn)狀

張毅 郭萬首 張啟棟 劉沛 王洋洋

（1.玉溪市人民醫(yī)院骨外二科，云南玉溪 653100；2.北京大學中日友好臨床醫(yī)學院，北京 100029；3.中日友好醫(yī)院骨關(guān)節(jié)外科，北京 100029；4.北京中醫(yī)藥大學，北京 100029）

膝骨關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis,KOA）患者膝關(guān)節(jié)局部骨密度（bone mineral density,BMD）水平是當前眾多學者討論的熱點話題[1-3]，但截至目前，膝關(guān)節(jié)局部BMD 測量尚無專用工具，更無統(tǒng)一標準。傳統(tǒng)BMD 測量技術(shù)的研發(fā)目的通常用于骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis,OP）的診斷，所以適用部位以腰椎和股骨近端為主，因為這些部位松質(zhì)骨多、骨代謝活躍，可以更好地反映全身骨量變化。目前腰椎和股骨近端BMD 的測量方法已經(jīng)很成熟，但這些BMD 測量方法是否可以應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)來評價KOA 患者膝關(guān)節(jié)局部骨量水平，長期以來都不得而知。近些年，已有學者對膝關(guān)節(jié)局部BMD 進行測量研究，獲得了一些初步結(jié)果。本文對相關(guān)研究進行綜述。

1 膝關(guān)節(jié)局部BMD測量方法

眾多學者對BMD 測量方法進行長時間的探索研究，目前有基于X 線、放射性核素、超聲、核磁共振等技術(shù)的多種BMD 測量方法。但目前可以用于膝關(guān)節(jié)局部BMD 測量的方法仍基于X 線技術(shù)，包括X 線平片法、雙能X 線吸收法（dual X-ray absorptiomertry,DXA）、定量CT 法（quantitative computed tomography,QCT）。

1.1 X線平片法

BMD 下降者在X 線平片上表現(xiàn)為透光度增加，骨皮質(zhì)變薄，骨小梁形態(tài)和分布改變。X 線平片法具有較大的局限性，Lang 等[4]研究認為，只有BMD 改變超過40%時才可能在X 線平片上反映出來，所以不適用于KOA 早期患者。同時，X 線平片質(zhì)量容易受到體位、曝光條件等影響，結(jié)果判讀的主觀性較強，是一種很不精確的測量方法，但因為簡單易行，仍被臨床廣泛采用。

1.2 DXA

DXA 由Mazess 等[5]于1987 年首次提出。DXA 使用了兩種能量高低不同的X線同時掃描，可以很好地校正軟組織誤差，所測得的結(jié)果是骨皮質(zhì)和骨小梁的總和。DXA 的放射劑量低，散射量少，掃描時間短，精確性高，可重復性好，顯示出巨大的技術(shù)優(yōu)勢。同期基于X 線技術(shù)的其他BMD 測量方法，如單能X線吸收法（single X-ray absorptiomertry,SXA）、放射吸收法（radiation absorption,RA）等，盡管具有較高的精度[6]，可以用于腰椎骨折風險[7]及股骨近端骨折風險預測[8]，但因為操作復雜[9,10]很快被DXA所取代。一些基于放射性核素技術(shù)的傳統(tǒng)BMD 測量方法，如單光子吸收法（single photon absorptiometry，SPA）和雙光子吸收法（dual photon absorptiometry，DPA），也因為放射性同位素衰變的影響、測量部位的局限，以及掃描時間長等因素，很快被DXA 所取代。DXA 已被WHO 推薦為診斷OP 的“金標準”[11]。DXA 測量BMD的部位主要是腰椎和股骨近端。近些年，適用于膝關(guān)節(jié)的增置軟件的出現(xiàn)使DXA 測量膝關(guān)節(jié)BMD 成為可能。盡管目前尚無膝關(guān)節(jié)局部BMD 的峰值數(shù)據(jù)和標準差，尚無法對KOA 患者進行膝關(guān)節(jié)骨質(zhì)疏松的定性診斷，但可以對膝關(guān)節(jié)的骨量進行定量測量和動態(tài)監(jiān)測，這是一個很大的進步。Petersen 等[12]首次于1996 年報道了使用DXA 測量膝關(guān)節(jié)BMD。Therbo 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，DXA 對體位要求很高，當下肢處于中立位時，精密度為5%，當有20°～40°的旋轉(zhuǎn)時精密度為4.9%～12.3%。Madsen 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，DXA測量股骨遠端時最好選擇正位，精密度為1.89%～2.64%；測量脛骨近端最好選擇側(cè)位，精密度為3.67%；DXA 測量髕骨的精密度較高，為0.84%。Boudenot等[15]研究發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)BMD測量的掃描長度約100 mm，應(yīng)包括股骨髁、髕骨和脛骨結(jié)節(jié)。Clarke等[16]研究發(fā)現(xiàn)，DXA 可以對KOA 患者膝關(guān)節(jié)BMD 進行安全、快捷、可靠的測量。

1.3 QCT

QCT 由Genant 等[17]于1987 年首次報道，使用常規(guī)CT 同時掃描待測部位骨和專用體模，用軟件自動計算感興趣區(qū)（region of interest,ROI）的BMD。理論上，QCT 可以測量骨皮質(zhì)和骨小梁的總和，也可以將皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨單獨進行測量，結(jié)果為真實的體積骨密度。與DXA 相比，QCT 的優(yōu)勢包括：①反映松質(zhì)骨的BMD更敏感（因為松質(zhì)骨的轉(zhuǎn)化率約是皮質(zhì)骨的8倍，所以松質(zhì)骨比皮質(zhì)骨能更早地反映BMD的改變）；②QCT受骨骼形狀及骨關(guān)節(jié)病變?nèi)绻琴|(zhì)增生、骨硬化等影響更少；③QCT能完全消除軟組織及組織重疊的影響[18]。Reilly等[19]和Lee等[20]研究發(fā)現(xiàn)，QCT的精密度非常高。李佳錄等[21]使用QCT測量30例股骨內(nèi)外側(cè)髁和脛骨平臺的BMD，由2 位研究者各自進行2 次獨立測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一研究者不同時間測量的同一部位的BMD，以及不同研究者所測量的同一部位的BMD的差異均無統(tǒng)計學意義，顯示QCT測量膝關(guān)節(jié)BMD具有很好的可重復性。Guglielmi 等[22]和Tanno 等[23]研究認為，QCT 的放射劑量遠比DXA 大，費用高昂，這也是QCT的使用遠不如DXA普及的重要原因。

一些基于其他技術(shù)的BMD 測量方法，因為技術(shù)限制而很少用于膝關(guān)節(jié)局部BMD 的測量。但其中一些方法是值得進一步探索的，如定量超聲測定法（quantitative ultrasound system,QUS）是近些年發(fā)展起來的基于超聲技術(shù)的BMD 測量方法，QUS 利用組織對超聲波的吸收、衰減、反射特性來測量骨組織的BMD 和幾何結(jié)構(gòu)，理論上QUS 對骨強度和骨應(yīng)力這兩個骨折危險因素均可進行測量。Langton[24]于1994年首次報道使用QUS 測量BMD。但El-Desouki 等[25]研究發(fā)現(xiàn)QUS 測量不同部位BMD 的準確性不一致，QUS 超聲參數(shù)與跟骨BMD 有較好的相關(guān)性，而與腰椎等僅有低中度相關(guān)性，故QUS 目前僅用于測量跟骨。有研究發(fā)現(xiàn)QUS 測量跟骨BMD 的結(jié)果與DXA測量腰椎、股骨近端的BMD 結(jié)果非常相似，可以在一定程度上反映全身骨量的變化，可用于腰椎和股骨近端骨折風險的預測，但尚不能替代DXA 的測量結(jié)果[26-28]。QUS 受探頭放置方式的影響較大，結(jié)果的可重復性較差[29]。隨著超聲技術(shù)的發(fā)展，QUS 在不斷改進，Wüster 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，使用傳感器及變速器技術(shù)可極大程度減少軟組織所引起的誤差。Yamazaki[27]認為QUS 對OP 的診斷有良好的特異度和靈敏度。Rozental 等[31]認為QUS 操作方便、價格低廉、無損傷，是一種值得探索的BMD檢查方法。

近些年出現(xiàn)的基于放射性核素、X線技術(shù)綜合應(yīng)用的BMD 測量方法稱為單光子發(fā)射計算機斷層成像術(shù)（single-photon emission computed tomography,SPECT），采用CT 對γ 射線成像，進而評價患者骨代謝情況。Soininvaara 等[32]應(yīng)用SPECT 測量TKA 術(shù)后假體周圍骨代謝的狀況，以評估骨量變化。國內(nèi)尚無相關(guān)文獻報道。一些基于核磁共振技術(shù)的BMD 測量方法尚處于初步探索階段。

綜上，膝關(guān)節(jié)BMD 的測量尚無統(tǒng)一標準，也沒有專門的測量方法，以上方法在應(yīng)用時均或多或少受到一些限制，DXA 和QCT 是其中最有價值的方法。更優(yōu)化的膝關(guān)節(jié)BMD測量方法仍在探索中。

2 KOA患者膝關(guān)節(jié)局部BMD改變

近年來，對KOA 患者膝關(guān)節(jié)局部BMD 的研究獲得了一些初步結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律性的改變。研究發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)KOA 患者膝關(guān)節(jié)局部BMD 是降低的[33-35]。Karvonoen等[33]使用DXA測量62例KOA患者股骨內(nèi)側(cè)髁、脛骨內(nèi)外側(cè)平臺兩處不同深度的BMD，與62 名健康志愿者相同部位的BMD 進行比較，發(fā)現(xiàn)KOA 患者6 個部位的BMD 均較健康志愿者低。Wadena 等[34]使用QCT 測量42 例KOA 患者脛骨近端骨骺線至關(guān)節(jié)軟骨下7.5 mm 區(qū)域以及骨骺線至干骺端10 mm 區(qū)域的BMD，發(fā)現(xiàn)BMD 都是降低的。楊偉銘等[35]使用DXA 測量44 例KOA 患者膝關(guān)節(jié)局部BMD，發(fā)現(xiàn)絕大部分都是降低的。

研究發(fā)現(xiàn)KOA 患者膝關(guān)節(jié)局部BMD 存在區(qū)域性差異，表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)較外側(cè)高。Burnett等[36]使用QCT 測量42 例KOA 患者膝關(guān)節(jié)BMD，發(fā)現(xiàn)膝內(nèi)翻患者的脛骨平臺內(nèi)側(cè)BMD 較外側(cè)高。Lo 等[37]使用DXA 測量436 名志愿者（其中71%為KOA 患者）膝關(guān)節(jié)BMD，發(fā)現(xiàn)膝內(nèi)翻患者脛骨平臺內(nèi)側(cè)與外側(cè)的BMD 比值高，KOA 患者中表現(xiàn)更加明顯。楊偉銘等[35]研究發(fā)現(xiàn)，KOA 患者膝關(guān)節(jié)脛骨平臺內(nèi)側(cè)BMD較外側(cè)高。造成這種區(qū)域性差異的原因主要在于力線改變引起的差異性骨重塑[33-35]。

有學者研究KOA 患者膝關(guān)節(jié)局部BMD 與臨床癥狀的關(guān)系，結(jié)果顯示BMD 水平越低，疼痛癥狀越重。Burnett等[38]使用QCT測量41例KOA患者髕骨軟骨下不同厚度處的BMD，按照WOMAC 量表評分結(jié)果將患者分為2 組，A 組為無痛～輕度靜息痛，B 組為中度～重度靜息痛，結(jié)果顯示B 組髕骨外側(cè)軟骨下0～2.5 mm、2.5～5.0 mm、5.0～7.5 mm處的BMD分別較A組低10%、20%、25%，B 組髕骨內(nèi)側(cè)軟骨下2.5～5.0 mm、5.0～7.5 mm 處分別較A 組低22%、28%，認為中度～重度靜息痛的KOA 患者髕骨軟骨下BMD 不論內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，均較無痛～輕度靜息痛的患者低。Wadena等[34]研究認為，KOA 患者脛骨近端低BMD 是疼痛的獨立危險因素，BMD 越低疼痛越重，特別是內(nèi)側(cè)骨骺線處的BMD，與疼痛有更高的相關(guān)性。有學者研究發(fā)現(xiàn)，KOA 患者膝關(guān)節(jié)局部BMD 區(qū)域性差異與病情程度具有相關(guān)性，Akamatsu 等[39]使用DXA 測量192 例病變在內(nèi)側(cè)間室的KOA 患者的膝關(guān)節(jié)BMD，發(fā)現(xiàn)股骨內(nèi)側(cè)髁與股骨外側(cè)髁的BMD 比值、脛骨內(nèi)側(cè)平臺與脛骨外側(cè)平臺的BMD 比值越高，VAS 評分也越高。

KOA患者膝關(guān)節(jié)局部BMD水平與影像學分級也表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。Linde 等[40]使用DXA 測量450例KOA患者膝關(guān)節(jié)局部BMD，發(fā)現(xiàn)Kellgren-Lawrence分級越高的患者膝關(guān)節(jié)BMD 越低。Lo等[41]使用DXA測量3048 膝病變在內(nèi)側(cè)間室的KOA 患者的脛骨近端BMD，發(fā)現(xiàn)脛骨平臺內(nèi)側(cè)與外側(cè)的BMD比值越大，Kellgren-Lawrence分級越高。

3 總結(jié)與展望

綜上，DXA、QCT 是目前應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)BMD 測量的主要方法。研究顯示，使用DXA 和QCT 測量的絕大多數(shù)KOA 患者的膝關(guān)節(jié)局部BMD 是降低的；不同區(qū)域的BMD 存在差異；BMD 降低的程度、不同區(qū)域BMD的差異程度與病情有關(guān)。

截至目前，KOA 的發(fā)生發(fā)展與膝關(guān)節(jié)局部BMD水平相關(guān)性的病理機制尚未闡明。有研究認為膝關(guān)節(jié)局部BMD 降低在KOA 發(fā)生發(fā)展過程中起到重要甚至是始動作用：①膝關(guān)節(jié)局部骨量下降，會引起軟骨下骨微骨折，釋放炎性因子，導致關(guān)節(jié)軟骨退變；②微骨折會引起下肢力線異常，進而導致KOA 的發(fā)生、發(fā)展；③隨著KOA 病情加重，患肢會出現(xiàn)廢用性骨質(zhì)疏松，進而出現(xiàn)KOA 與膝關(guān)節(jié)局部BMD 下降的惡性循環(huán)[42-44]。有研究認為Wnt/β-catenin 信號通路可能在其中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，但其詳細機制尚未完全闡明[45]。

隨著研究的深入和技術(shù)的進步，不斷有新的BMD測量方法問世，已有的測量方法也在不斷完善，膝關(guān)節(jié)局部BMD的測量技術(shù)將會更加精準；KOA與膝關(guān)節(jié)局部BMD 水平相關(guān)性的病理機制將會得到更深入的闡釋，這對KOA的預防及治療具有十分重要的意義。