急性和亞急性骨質(zhì)疏松椎體骨折不同愈合時(shí)期骨組織形態(tài)學(xué)分析

張蕓 齊浩然 高觀(guān) 姜強(qiáng) 王磊 王文波 孫建民 王均寧 薛景才*

1. 山東中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250012 2. 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院 山東 濟(jì)南 250012 3. 山東中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院脊柱外科，山東 濟(jì)南 250012 4. 山東省威海衛(wèi)人民醫(yī)院脊柱外科，山東，威海 261002

隨著人口老齡化程度的不斷加劇，骨質(zhì)疏松椎體壓縮骨折(osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF)患病率不斷上升，已成為影響我國(guó)老年人群的三大疾病之一。2015年我國(guó)50歲以上人群中，新發(fā)OVCF 約為127萬(wàn)例，預(yù)計(jì)到2050年，將高達(dá)300萬(wàn)例[1]。目前，椎體成形術(shù)中常規(guī)椎體內(nèi)活檢已被廣泛應(yīng)用于OVCF的診斷和治療，其常用于明確椎體骨折的病因，對(duì)惡性腫瘤的診斷尤為重要[2]。薈萃分析顯示，椎體活檢診斷準(zhǔn)確率為88.1 %，診斷滿(mǎn)意率為90.1 %，并發(fā)癥發(fā)生率僅為5.3 %[3]。骨組織活檢不僅有助于排除惡性病理性骨折，其組織形態(tài)學(xué)測(cè)量更能動(dòng)態(tài)地反映骨骼的組織學(xué)與生理學(xué)特征與變化，準(zhǔn)確反映椎體骨折修復(fù)與重建的病理過(guò)程[4]。然而，迄今為止，很少有文獻(xiàn)報(bào)道應(yīng)用骨組織活檢分析椎體骨折后不同愈合時(shí)期的骨微觀(guān)結(jié)構(gòu)。因此，本研究目的是通過(guò)研究骨質(zhì)疏松性椎體骨折后不同愈合時(shí)期骨組織形態(tài)學(xué)變化，探討椎體活檢對(duì)椎體骨折愈合的判斷價(jià)值及其在指導(dǎo)臨床治療中的意義。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2016年6月至2019年10月入住山東中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院脊柱外科的165例OVCF患者。所有患者均行脊柱MRI檢查，并證實(shí)存在新鮮椎體骨折。入選標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡在50歲以上；(2)輕微外傷后背痛≤3個(gè)月；(3)骨密度T值≤-2.5；(4)單節(jié)段骨折；(5)具有完整的臨床資料。排除標(biāo)準(zhǔn)：多節(jié)段骨折；既往患椎體成形術(shù)、脊柱感染、妊娠、肥胖、脊柱畸形、椎體腫瘤等。最終，共有119例(119節(jié)椎體)患者符合標(biāo)準(zhǔn)(表1)。根據(jù)不同骨折時(shí)間，將所有患者分為4期：I期(0～15 d)；II期(15～30 d)；III期(30～60 d)；IV期(60～90 d)。此項(xiàng)研究得到了醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，并獲得了所有患者的書(shū)面知情同意。

1.2 方法

1.2.1骨組織活檢：所有患者均常規(guī)置于俯臥位，在局部麻醉(1 %利多卡因)下經(jīng)椎弓根入路經(jīng)皮穿刺活檢?；顧z定位于椎體內(nèi)骨折區(qū)域，取0.5～1 cm大小松質(zhì)骨標(biāo)本。標(biāo)本常規(guī)脫水、脫鈣、石蠟包埋、切片、蘇木精-伊紅染色，由經(jīng)驗(yàn)豐富的病理學(xué)醫(yī)師在顯微鏡下進(jìn)行切片觀(guān)察。

1.2.2定量分析：據(jù)美國(guó)骨礦研究協(xié)會(huì)(ASBMR)提出的標(biāo)準(zhǔn)命名法[5]，參數(shù)如下：松質(zhì)骨體積/組織體積(BV/TV,%)，編織骨體積/組織體積(WBV/TV,%)，軟骨內(nèi)骨體積/組織體積(EBV/TV,%)，肉芽或纖維組織體積/組織體積(FV/TV,%)，類(lèi)骨質(zhì)體積/骨體積(OV/BV,%)，類(lèi)骨質(zhì)表面/骨表面(OS/BS,%)和類(lèi)骨質(zhì)厚度(μm)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

2.1 一般資料比較

本次研究中，I 期67例(56.3 %)，II期28例(23.5 %)，III期12例(10.8 %)，IV期13例(10.9 %)，其中女性87例，男性32例，女性發(fā)生率(73.1 %)遠(yuǎn)高于男性(26.9 %)。平均骨折時(shí)間：I期(11.4±0.2)天，II期(24.8±0.6)天，III期(50.6±0.4)天，IV期(80.1±0.2)天，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，期間骨密度和體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)差異不顯著。見(jiàn)表1。

119節(jié)傷椎中，胸椎59節(jié) (T7=3；T8=2；T10=9；T11=14；T12=31)，腰椎60節(jié)(L1=25；L2=16；L3=12；L4=4；L5=3)，胸腰段發(fā)生率高達(dá)79.8 % (95節(jié))，組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 骨形態(tài)計(jì)量學(xué)

所有患者均順利完成手術(shù)，術(shù)后未出現(xiàn)與活檢取出相關(guān)的并發(fā)癥，取得活檢標(biāo)本119例，其中胸椎63例(T7=5；T8=4；T10=6；T11=13；T12=35)，腰椎56例(L1=25；L2=15；L3=8；L4=5；L5=3)。所有病理標(biāo)本均未發(fā)現(xiàn)腫瘤或結(jié)核。在所有標(biāo)本中，最主要的骨形成方式是軟骨成骨，無(wú)膜內(nèi)成骨。采用長(zhǎng)骨骨折愈合組織學(xué)定義[6]，對(duì)不同骨折時(shí)間骨組織愈合特點(diǎn)進(jìn)行形態(tài)學(xué)描述。BV/TV (%)在所有活檢組織中均明顯降低(12.8 %)，在同一活檢標(biāo)本中，83例(70 %)患者至少有2個(gè)或以上的骨折愈合期，不同分期之間存在明顯的重疊。見(jiàn)表2和圖1。

表1 一般臨床資料Table 1 General clinical data

表 2 不同骨折時(shí)間骨組織形態(tài)測(cè)量結(jié)果分析

I期：OV/BV和WBV/TV比值達(dá)到最小值[(1.9±0.4)%，(0.13±0.05)%,P=0.000 6，P=0.000]。骨小梁裂隙增寬，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，血腫形成，并伴有炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。見(jiàn)圖2。

圖1 不同骨折時(shí)間骨組織形態(tài)分布特點(diǎn)Fig.1 Bone morphology distribution according to different time since fracture

圖2 I期活檢骨組織病理顯微鏡下觀(guān)察所見(jiàn)注：HA=血腫，BT=正常骨小梁。蘇木精-伊紅染色，×100。Fig.2 Pathological microscopic observation of stage I biopsy bone tissue

II期：FV/TV明顯升高[(50.2±7)%,P=0.026]。血腫機(jī)化，肉芽和纖維期織增生，軟骨細(xì)胞增生并形成局灶性軟骨，骨基質(zhì)合成鈣化，鈣鹽沉積形成原始性骨小梁。見(jiàn)圖3。

圖3 II期活檢骨組織病理顯微鏡下觀(guān)察所見(jiàn)注：WB=編織骨，BT=正常骨小梁。蘇木精-伊紅染色，×100。Fig.3 Pathological microscopic observation of stage II biopsy bone tissue

III期：OS/BS比值達(dá)到峰值[(41.8±2.7)%,P=0.001]。骨折愈合進(jìn)一步發(fā)展，新骨小梁形成，并與舊骨小梁連接，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)初步形成。成骨細(xì)胞產(chǎn)生，形成骨樣組織，鈣鹽沉積形成編織骨。此時(shí)形成的編織骨不夠致密，骨小梁不夠成熟。見(jiàn)圖4。

圖4 III期活檢骨組織病理顯微鏡下觀(guān)察所見(jiàn)注：WB=編織骨，BT=正常骨小梁。蘇木精-伊紅染色，×100。Fig.4 Pathological microscopic observation of stage III biopsy bone tissue

IV期：WBV/TV比值達(dá)到峰值[(9.6±1.0)%,P=0.001]。此期顯示骨重塑過(guò)程，血腫及纖維性小血管明顯減少，骨基質(zhì)和骨小梁明顯增多，部分骨小梁成熟，出現(xiàn)應(yīng)力線(xiàn)。編織骨最終被板層骨取代，重建正常的松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)。見(jiàn)圖5。其中部分椎體骨折可能出現(xiàn)延遲愈合甚至不愈合，鏡下可見(jiàn)壞死骨組織與新生編織骨并存。見(jiàn)圖6。

2.3 骨折時(shí)間與骨組織形態(tài)相關(guān)性

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)模型評(píng)價(jià)不同時(shí)期骨折愈合過(guò)程中的特點(diǎn)及組織病理學(xué)參數(shù)。分析顯示，骨折時(shí)間和骨組織形態(tài)測(cè)量是一個(gè)恒定的顯著預(yù)測(cè)因子，并在骨折愈合中顯示出明顯的相關(guān)性(表3)。I期、II期FV/TV(%)顯著增高(P<0.000 1,r=0.488 2)，III期OS/BS(%)顯著增高(P<0.000 1,r=-0.572 7)，IV期WBV/TV(%)顯著增高(P<0.000 1,r=-0.583 6)。

表3 骨折時(shí)間與骨組織形態(tài)相關(guān)性分析

3 討論

眾所周知，松質(zhì)骨骨折愈合方式與皮質(zhì)骨不同，在其愈合過(guò)程中沒(méi)有明顯的類(lèi)似皮質(zhì)骨的骨痂形成[7-8]。迄今為止，雖然長(zhǎng)骨骨折愈合過(guò)程已被骨組織形態(tài)學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)的描述[9]，但對(duì)于骨質(zhì)疏松性椎體骨折后的修復(fù)過(guò)程研究很少[10]。Vernon-Roberts和Pirie[11]首次報(bào)道了腰椎骨小梁微骨折尸檢標(biāo)本的愈合情況，發(fā)現(xiàn)骨折愈合方式為軟骨成骨。國(guó)內(nèi)張淑嫻等[12]利用兔的椎體骨折愈合模型觀(guān)察其病理變化特點(diǎn)，認(rèn)為隨著骨折的修復(fù), 骨折椎體內(nèi)的低密度骨折線(xiàn)逐漸被帶狀致密影所代替。近年來(lái)，透視下經(jīng)椎弓根活檢技術(shù)[13]的出現(xiàn)，為獲取椎體骨組織用于臨床研究提供了便利。松質(zhì)骨骨折成骨方式主要為軟骨內(nèi)成骨，包括纖維軟骨向礦化軟骨轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)化為成熟骨，其最基本的步驟是炎性反應(yīng)、骨修復(fù)和骨重塑[14]。創(chuàng)傷后不久，椎體骨髓中產(chǎn)生血腫，炎細(xì)胞浸潤(rùn)。2～4周后，水腫和出血逐漸被吸收，成纖維細(xì)胞增殖，新生毛細(xì)血管增生，血腫開(kāi)始機(jī)化，纖維蛋白增生，形成肉芽組織和局灶性軟骨組織[15]，原始骨小梁形成。4～8周后，骨小梁增多，大量類(lèi)骨樣組織形成，鈣鹽沉積。8～12周后骨小梁增大趨于成熟，編織骨形成，部分脂肪組織改變，水腫完全吸收，創(chuàng)傷區(qū)血腫完全清除。但也有個(gè)別椎體會(huì)出現(xiàn)延遲愈合甚至不愈合，椎體內(nèi)出現(xiàn)裂隙(IVC)，活檢標(biāo)本可以觀(guān)察到壞死骨組織。不同于長(zhǎng)骨骨折愈合的不同階段沒(méi)有重疊[6]，椎體骨折愈合過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)明顯的多階段重疊現(xiàn)象[16]。究其原因大概是長(zhǎng)骨骨折處通常有內(nèi)固定或外固定來(lái)穩(wěn)定，防止移動(dòng)或再骨折，允許骨折有序的修復(fù)。而在椎體骨折中，由于合并骨質(zhì)疏松，骨小梁變得稀疏、斷裂，其穩(wěn)定性無(wú)法得到保障，就會(huì)出現(xiàn)骨折區(qū)域修復(fù)與損傷共存現(xiàn)象，因此嚴(yán)重骨質(zhì)疏松的椎體在骨折愈合過(guò)程中更容易再次骨折，并且這一現(xiàn)象可能對(duì)如何解釋骨折后MRI椎體內(nèi)長(zhǎng)期存在的骨髓水腫有所幫助。

近年來(lái)，雖然保守治療對(duì)大多數(shù)OVCF患者效果良好[17-18]，但經(jīng)皮椎體成形術(shù)等微創(chuàng)脊柱手術(shù)已在臨床得到廣泛應(yīng)用，并已被證明對(duì)OVCF有效[19]。I期骨折椎體處于急性水腫期，應(yīng)及時(shí)給予保守治療(包括藥物止痛、臥床休息、外固定支架)或微創(chuàng)手術(shù)治療(經(jīng)皮椎體成形術(shù))；II期、III期均處于骨折修復(fù)期，不宜早期負(fù)重，可繼續(xù)保守治療或盡早手術(shù)治療；IV期椎體骨折大部分基本愈合，癥狀消失，功能鍛煉可逐步開(kāi)始。然而，由于部分骨折椎體延遲愈合甚至不愈合，出現(xiàn)后凸畸形或空隙征(IVC)，導(dǎo)致持續(xù)慢性癥狀，對(duì)此種情況可酌情進(jìn)行經(jīng)椎弓根截骨術(shù)(PSO)矯形或經(jīng)皮椎體成形等手術(shù)。

綜上所述，本次對(duì)骨質(zhì)疏松骨折椎體的研究表明，發(fā)病時(shí)間不同，其椎體內(nèi)部的病理變化也不盡相同。在組織學(xué)上，不同于長(zhǎng)骨骨折愈合的持續(xù)連貫性，椎體骨折愈合存在不同階段交叉重疊現(xiàn)象，而這可能提示在愈合過(guò)程中存在反復(fù)損傷伴復(fù)發(fā)性微骨折，對(duì)于評(píng)估椎體骨折的愈合情況及繼發(fā)性病理改變有很大的幫助。