血清鎂濃度與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者骨轉(zhuǎn)換指標和骨密度的相關性研究

韋瑋 李劍 黃林海 蘭敏東 盧顯威 黃紹東

廣西醫(yī)科大學附屬武鳴醫(yī)院骨科，廣西 南寧 530199

骨質(zhì)疏松癥是低骨量和骨組織的微結(jié)構(gòu)破壞，骨脆性增加和骨折易感性。骨結(jié)構(gòu)的這種破壞是由骨重建的不平衡引起的，破骨細胞活性增加，成骨細胞活性降低所致[1]。雌激素缺乏是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的主要危險因素。它在絕經(jīng)后的早期誘導骨量快速丟失，明顯快于年齡增長相關的骨丟失[2]。通過雙能X射線吸收測定法(DXA)測量骨密度(bone mineral density，BMD)被認為是診斷骨質(zhì)疏松癥的金標準。骨折風險評估(FRAX)工具用于預測主要骨折概率。骨代謝標志物(bone turnover marker，BTM)反映了成骨細胞和破骨細胞的代謝活動。在連續(xù)測定(特別是吸收標志物)中，它們可以識別加速的骨轉(zhuǎn)換，與增加的骨折風險相關。每個BTM確定都有一些優(yōu)點和一些限制。大多數(shù)骨吸收標志物代表骨膠原的降解產(chǎn)物，除了抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase-5b，TRAP-5b)之外[3]。此外，TRAP-5b的血清水平反映了破骨細胞的數(shù)量及其活性[4]，且血清濃度不受食物攝入和肝臟或腎臟疾病的影響。它具有良好的靈敏度和特異性，與其他吸收標志物相關性很好。最廣泛使用的骨形成標志之一是血清骨特異性堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，BSAP)。BSAP在成骨細胞的細胞表面表達，其合成與骨形成率呈正相關。鎂代表骨基質(zhì)正常合成所需的酶的重要輔助因子。低鎂血癥可直接作用于骨細胞，導致異常的磷灰石晶體，并通過改變甲狀旁腺分泌(與終末器官對甲狀旁腺激素和低維生素D的抵抗相關)和誘導低度炎癥(加速骨質(zhì)流失)間接作用[5]。目前大多數(shù)作者認為低血清Mg2+水平與骨質(zhì)疏松癥風險增加有關[6-7]。本研究的目的是確定絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松婦女骨密度與血清骨吸收標志物TRAP-5b、骨形成標志物BSAP、雌二醇(E2)和Mg2+離子濃度之間的相關性。

1 材料和方法

1.1 一般臨床資料

該研究包括于2016年8月至2017年12月在廣西醫(yī)科大學附屬武鳴醫(yī)院骨科門診或病房進行診治的123例絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥女性(至少1年閉經(jīng))(骨質(zhì)疏松組)和97名健康絕經(jīng)后無骨質(zhì)疏松癥女性(對照組)。骨質(zhì)疏松組中的入選標準是絕經(jīng)后期的女性，腰椎或股骨頸的BMD的T評分低于2.5標準差(SD)(世界衛(wèi)生組織標準)。對照組包括絕經(jīng)后婦女，腰部或股骨頸T評分>-2.0SD。排除標準：骨質(zhì)疏松癥的繼發(fā)原因，可能影響骨代謝或電解質(zhì)失衡的其他疾病(特別是鎂)，前一年的骨折，激素替代療法以及任何可能影響骨轉(zhuǎn)換的藥物。

使用DXA掃描(Hologic裝置；QDR Inc.，Bedford，MA，USA)評估BMD(g/cm2)，在腰椎和髖部進行，確定T評分。記錄受試者的身高和體重，并基于檢測的重量(kg)/身高的平方(m2)計算體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)。

對于檢測血清標志物，在禁食早上7點通過肘靜脈取血。在2 000 r/min離心后，獲取血清樣品并將血清樣品冷凍保存在-20 ℃冰箱直至檢測。通過酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)人試劑盒測定E2濃度。最大測定間和測定內(nèi)變異系數(shù)(CV)分別為6.8%和7.25%，分析靈敏度為3～6 pg/mL。使用MicroVue BSAP人ELISA試劑盒測量血清BSAP水平，最大測定間和測定內(nèi)CV分別為4.8%和5.2%。使用MicroVue TRAP-5b測定法測量TRAP-5b濃度。測定的最大檢測限為0.2 U/L，最大測定間和測定內(nèi)CV分別為3.0%和4.6%。使用比色光譜技術檢測血清Mg2+濃度；最低檢測限值為0.8 mg/dL(0.33 mmol/L)，正常范圍為1.6～2.4 mg/dL。該研究得到了醫(yī)院倫理委員會的批準。每位患者均知曉研究方案并簽署了知情同意書。

1.2 統(tǒng)計學分析

用Windows版本的SPSS 17.0用于數(shù)據(jù)分析。使用Kolmogorov-Smirnov檢驗研究定量數(shù)據(jù)的分布，根據(jù)該檢驗應用參數(shù)(Student’st-檢驗)或非參數(shù)(Mann-WhitneyU檢驗)檢驗。連續(xù)數(shù)據(jù)表示為均數(shù)±標準差。分類數(shù)據(jù)以頻率和百分比表示。對于正態(tài)分布數(shù)據(jù)，計算Pearson相關系數(shù)；對于無分布數(shù)據(jù)，計算Spearman系數(shù)。對研究組中的BSAP、TRAP-5b和Mg2+離子進行分析。計算靈敏度、特異性和接受者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，以評估BTM在檢測骨質(zhì)疏松癥女性中的診斷性能。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

受試者一般基線資料如表1所示。骨質(zhì)疏松組受試者年齡顯著大于對照組(P<0.05)。雖然兩組的絕經(jīng)年齡相似，但骨質(zhì)疏松組的E2缺乏持續(xù)時間比對照組長(表1)。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥女性的血清E2濃度顯著低于對照組。本研究發(fā)現(xiàn)，E2值與年齡之間存在強烈的負相關(r=-0.385，r2=0.149，95%CI=-0.524～-0.239，P<0.001)。在對照組中未觀察到這種相關性。在不同部位(腰椎和股骨頸)測定BMD結(jié)果顯示骨質(zhì)疏松癥組的BMD顯著降低(P<0.05)。此外，兩組腰椎的BMD均低于髖部的BMD(P<0.05)。BMD值與年齡呈負相關(r=-0.233，r2=0.04，95%CI=-0.387～-0.068，P=0.005)。在兩組中，BMI值與BMD或其他參數(shù)均無顯著相關性。

生化測試結(jié)果如表2所示。骨質(zhì)疏松癥組中BSAP和TRAP-5b的血清水平顯著高于對照組。年齡和BSAP(r=0.405，95%CI=0.278～0.523，P<0.0001)、TRAP-5b(r=0.652，95%CI=0.561～0.725，P<0.0001)顯著相關。骨質(zhì)疏松組血清Mg2+濃度范圍為1.58～1.88 mg/dL?？刂蒲錗g2+水平范圍為2.1～2.28 mg/dL，對照組的血清Mg2+顯著高于骨質(zhì)疏松癥患者(P<0.001)。Mg2+濃度與E2水平呈正相關(r=0.682，r2=0.582，95%CI=0.594～0.758，P<0.001)。此外，在E2缺乏持續(xù)時間和Mg2+水平之間發(fā)現(xiàn)呈負相關(r=-0.801，r2=0.642，95%CI=-0.845～-0.749，P<0.001)。在任一研究組中，TRAP-5b與BSAP均無顯著相關性。腰椎骨密度與所有患者的BSAP水平呈負相關(r=-0.357，95%CI=-0.507～-0.264，P<0.001)。此外，TRAP-5b水平的相關性很強且為陰性(r=-0.617，95%CI=-0.700～-0.521，P<0.001)。血清E2濃度與兩組腰椎BMD測量結(jié)果呈正相關(r=0.753，95%CI=0.687～0.814，P<0.001)。髖骨密度與BTM無明顯相關性。兩組中Mg2+水平與年齡無顯著相關性。Mg2+與BTM呈負相關，TRAP-5b水平(r=-0.608，95%CI=-0.691～-0.509，P<0.001)和BSAP水平(r=-0.414，95%CI=-0.523～-0.294，P<0.001)。維生素D濃度與BMD或BTM值無顯著相關性。TRAP-5b水平與所有患者的血清E2濃度呈負相關(r=-0.626，95%CI=-0.702～-0.58，P<0.001)。 BSAP濃度與E2水平呈正相關(r=0.415，95%CI=0.291～0.533，P<0.0001)。此外，BSAP水平與E2剝奪的持續(xù)時間呈負相關(r=-0.555，95%CI=-0.644～-0.447，P<0.001)。

所有受試者的Mg2+水平均與BMD值呈正相關(r=0.745，r2=0.546，95%CI=0.667～0.795，P<0.001)(圖1 A)。ROC曲線分析顯示BSAP在截止點21.27 U/L時具有中等敏感性(76.8%)和特異性(84.7%)(ROC曲線下面積為0.832，95%CI=0.771～0.892，P<0.001)(圖1B)。在3.46 U/L的截止點，TRAP-5b的敏感性為86.8%，特異性為90.8%(ROC曲線下面積為0.951，95%CI=0.921～0.973，P<0.001)(圖1C)。

表1 研究對象的基本特征Table 1 Characteristics of the study

表2 兩組的生化參數(shù)比較Table 2 Biochemical parameters in study

圖1 A：整個研究組中BMD值(g/cm2)和Mg2+水平之間的相關性；B：接受者操作特征曲線表示骨質(zhì)疏松癥患者與健康女性的BSAP差異；C：接受者操作特征曲線表示骨質(zhì)疏松癥患者與健康女性之間的TRAP-5b差異Fig.1 A: The correlation between BMD (g/cm2) and Mg2+ level in the whole study groups; B: Receiver-operating characteristic curve of the BSAP, the difference between the patients with osteoporosis and healthy women; C: Receiver-operating characteristic curve of the TRAP-5b, the difference between the patients with osteoporosis and healthy women.

3 討論

雌激素缺乏通過骨骼和骨骼外作用導致骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。雌激素通過成骨細胞和破骨細胞上的受體直接作用來維持骨形成(通過增強成骨細胞的分化和抑制其凋亡)和骨吸收(通過阻止破骨細胞的分化和刺激其細胞凋亡)之間的平衡。雌激素缺乏誘導骨髓細胞核因子κ-B配體(RANKL)受體活化劑的上調(diào)，以及成骨細胞中骨鈣素合成的減少，導致骨吸收加速[8]。盡管DXA被認為是骨質(zhì)疏松癥診斷的黃金標準，但它在預測骨折風險方面存在一些局限性。研究證實，高水平的骨吸收標志物可以預測骨折，與BMD無關[9]。

骨微結(jié)構(gòu)的改變(影響骨質(zhì)量)增加了骨折風險，與低BMD無關[10]。此外，BTM被證明可用于監(jiān)測抗骨質(zhì)疏松治療的功效和依從性[3]。沒有關于BTM在評估絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥中的敏感性和特異性的公開數(shù)據(jù)。BTM可以評估骨骼動態(tài)的改變，BTM被認為是骨質(zhì)疏松性骨折的獨立危險因素[10]。BMD高于診斷標準的患者(T值<-2.5 SD)發(fā)生了相當大比例的骨質(zhì)疏松性骨折。因此，單獨確定BMD可能是用于識別存在骨折風險的受試者。BTM可以代表具有預后價值的獨立診斷工具，并且還是BMD的補充參數(shù)，用于評估骨折風險[11]。大量研究證實了BMD值與BTM之間的負相關性。更高水平的預處理BTM與加速骨丟失有關。對于特定BTM的相同水平，關于骨丟失存在顯著的個體間變化。盡管如此，在特定患者中BTM不能用作快速骨丟失的預測因子[12]。BTM對于選擇對抗骨質(zhì)疏松癥治療反應更好的患者也是有用的[13]。以前的數(shù)據(jù)顯示，BTM與BMD之間的負相關性隨著年齡的增長而增強，尤其是75歲以上的患者(特別是吸收標志物)。其他作者研究表明BTM與BMD之間的相關性在絕經(jīng)早期更強。由于骨吸收加速，兩種類型的BTM(再吸收和形成)在絕經(jīng)后早期更增加[12]。

在本研究中，年齡與BTM呈正相關，與BSAP相比，TRAP-5b更強，反映了骨骼動態(tài)。這與其他研究一致，這些研究表明在絕經(jīng)后婦女中，BTM增加，與骨轉(zhuǎn)換增加有關[14]。在老年患者中，BTM仍然增加，通常由其他機制(維生素D缺乏、鈣的腸吸收不良和繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進)解釋[15]。在本研究組中，沒有觀察到骨吸收標志物和BMD的負相關性隨著年齡的增長而變得更強，因為患者年齡小于75歲。哪些是評估骨吸收和形成的最佳BTM仍然是一個爭論。本研究選擇評估TRAP-5b水平，因為晝夜變化較小，血清濃度不受食物或肝臟和腎臟功能障礙的影響。相反，作為骨形成標志物，本研究選擇血清BSAP，因為它不受腎功能影響，具有1～2 d的長循環(huán)半衰期?；颊咧醒倒敲芏扰cBSAP呈負相關。在之前的一項研究中，本研究發(fā)現(xiàn)在缺乏雌激素缺失的情況下，骨質(zhì)疏松癥患者的BSAP水平較低[15]。在本研究中，BSAP水平與E2缺乏時間呈負相關，表明隨著E2缺乏時間的增加，骨形成正在減少。一些作者提出，BSAP濃度可以區(qū)分骨質(zhì)疏松和健康的絕經(jīng)后婦女[15]。本研究發(fā)現(xiàn)BSAP的相對適度的敏感性和特異性，與其他研究相比，BSAP作為首次評估骨質(zhì)疏松癥患者的有用工具。

先前的研究證實了TRAP-5b與BMD之間的負相關。在本研究中，TRAP-5b與BMD相關性更強，反映了骨重塑過程的不平衡，主要是骨吸收。與非骨質(zhì)疏松癥患者相比，骨質(zhì)疏松組血清TRAP-5b濃度顯著升高，從而反映了絕經(jīng)引起的骨質(zhì)流失。在一項以人群為基礎的大型研究中，其中包括75歲以上的女性，隨訪9年，高水平的TRAP-5b與椎體骨折風險增加有關[16]。一些作者證實，TRAP-5b與女性BMD獨立相關，提出TRAP-5b作為骨質(zhì)疏松癥的篩查標志物[17]。許多研究證實了本研究中發(fā)現(xiàn)的E2水平與BMD的正相關，證明E2濃度是決定BMD的最重要因素之一。此外，在本研究中，年齡增加與E2和BMD降低相關，證明低血清E2水平會增加骨轉(zhuǎn)換，這是骨折的危險因素。

有學者證明BSAP和Mg在骨轉(zhuǎn)換中起作用，骨質(zhì)疏松癥與缺鎂有關。在骨質(zhì)疏松組中，血清Mg2+濃度低于對照組。此外，Mg2+水平與E2水平和BMD值呈正相關，與BTM呈負相關。這些發(fā)現(xiàn)可能與降低的成骨細胞增殖能力(與年齡增長相關)和成骨細胞凋亡有關。這表明骨質(zhì)疏松癥中的骨重建受損，骨形成減少和骨吸收增加。骨質(zhì)疏松女性骨小梁中的鎂濃度顯著降低。Mg在骨質(zhì)疏松癥中的作用也得到了研究的支持，這些研究表明，鎂補充劑可以增加骨密度，并在相當大比例的受試者中阻止骨質(zhì)流失[18]。本研究也有一些局限性：兩組之間的年齡差異可能影響分析數(shù)據(jù)；分析的BTM數(shù)量有限；沒有關于BTM對人口的參考值的數(shù)據(jù)。

本研究表明，BMD與BTM呈負相關，與E2和Mg2+呈正相關。TRAP-5b水平與血清E2呈負相關，而與BSAP呈正相關。此外，BSAP水平與E2缺乏持續(xù)時間呈負相關。