不同骨密度骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折骨組織形態(tài)與骨代謝標(biāo)志物分析

張蕓 張業(yè)峰 王磊 李志超 王文波 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)院骨外科，山東 濟(jì)南 250012

隨著人類社會(huì)老齡化，骨質(zhì)疏松骨折的發(fā)病率逐年上升，給國家和社會(huì)帶來嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，已成為世界主要關(guān)注的社會(huì)問題[1-2]。骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量降低、骨組織微觀結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而導(dǎo)致骨折風(fēng)險(xiǎn)增高的骨骼疾病。骨顯微結(jié)構(gòu)與松質(zhì)骨骨強(qiáng)度密切相關(guān)，是脆性骨折的決定因素[3]，雖然骨密度(bone mineral density，BMD)是檢測(cè)目前診斷骨質(zhì)疏松癥的金標(biāo)準(zhǔn)[4]，但由于其無法直接反映骨微觀結(jié)構(gòu)的變化[5]，存在一定的局限，而活檢及其骨組織形態(tài)學(xué)觀察可以揭示骨的微觀結(jié)構(gòu)變化[6]。

與長骨骨折愈合方式不同，松質(zhì)骨愈合過程中不但會(huì)出現(xiàn)多階段重疊現(xiàn)象，而且存在延遲愈合甚至骨壞死現(xiàn)象[7]。骨代謝標(biāo)志物有助于定量監(jiān)測(cè)骨代謝率，提高骨折愈合評(píng)價(jià)效率[8]，對(duì)明確骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折(osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF)的發(fā)病機(jī)制、愈合及預(yù)后具有重要意義[9]。Granchi等[10]通過測(cè)量血清中骨代謝標(biāo)志物的濃度對(duì)長骨骨折進(jìn)行了研究，但考慮到椎體骨折與長骨骨折的差異，對(duì)于OVCF缺乏足夠的骨組織學(xué)分析和骨代謝研究，文獻(xiàn)報(bào)道較少，其真正的病理變化不明。本研究回顧了山東中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院近5年來所有的OVCF患者資料，研究了不同骨密度骨折椎體內(nèi)部骨組織形態(tài)學(xué)特征和骨代謝動(dòng)態(tài)變化。

1 資料和方法

1.1 一般資料

選擇2014年3月至2019年3月在山東中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院脊柱外科住院接受椎體成形治療的199例OVCF患者，均行脊柱MRI及雙能X線吸收測(cè)量法(DXA)檢查，證實(shí)存在新鮮骨折及骨質(zhì)疏松。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡≥50歲，骨密度T值≤-2.5 SD；(2)椎體脆性骨折，椎體成形術(shù)時(shí)常規(guī)進(jìn)行活檢；(3)隨訪時(shí)間3個(gè)月以上。排除標(biāo)準(zhǔn)：既往長期服用影響骨代謝藥物者，存在內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病者，脊柱腫瘤和脊柱結(jié)核者等。

最終共有136例患者符合入組標(biāo)準(zhǔn)，按不同骨密度T值分為3組[4]：Ⅰ組：-3.5

1.2 方法

1.2.1骨活檢過程：多發(fā)椎體壓縮骨折患者選取壓縮最嚴(yán)重節(jié)段進(jìn)行活檢?；颊吒┡P位，局麻下經(jīng)椎弓根入路，使用14 G骨活檢環(huán)踞于椎體內(nèi)骨折區(qū)域，鉆取0.5～1 cm大小松質(zhì)骨標(biāo)本[11]。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)行切片觀察，所有結(jié)果由資深病理學(xué)家進(jìn)行解釋。

1.2.2定性分析：所有體積測(cè)量均采用點(diǎn)計(jì)數(shù)法進(jìn)行，使用Image Pro Plus測(cè)量軟件進(jìn)行定量分析(Image Pro Plus，Media Cybernetics，Inc)。據(jù)美國骨礦物研究協(xié)會(huì)提出的標(biāo)準(zhǔn)命名法(ASBMR)[12]，骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)靜態(tài)參數(shù)：骨小梁寬度(Tb.Wi，μm)，骨小梁數(shù)目 (Tb.N/mm)，骨小梁分離度(Tb.sp，μm)，骨小梁長度(Tb.Le，mm)，骨小梁周長(Tb.Pm，mm)，骨小梁直徑(Tb.Dm，mm)，骨小梁面積(Tb.Ar，mm2)，以及骨小梁面積百分?jǐn)?shù) (Tb.Ar/T.Ar，%)。動(dòng)態(tài)參數(shù)：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，%)，類骨質(zhì)體積/骨體積(OV/BV，%)，壞死骨組織體積/組織體積(NBV/TV，%)，板狀骨體積/組織體積(LBV/TV，%)，類骨質(zhì)表面/骨表面(OS/BS，%)和類骨質(zhì)厚度(μm)。

1.2.3骨代謝標(biāo)志物測(cè)定：所有患者均于入院后次日采血，使用電化學(xué)發(fā)光免疫分析法[13](德國羅氏診斷法)檢測(cè)骨鈣素(OST)、Ⅰ型原膠原N-端前肽(PINP)和Ⅰ型膠原交聯(lián)C-末端肽(β-CTX)。堿性磷酸酶(ALP)測(cè)定采用動(dòng)態(tài)顯色法(Beckman Coulter，CA，USA)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 一般資料分析

136例患者包括106例女性和30例男性，平均年齡(68.5±4.0)歲。包括骨折椎體179節(jié)。三組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征詳見表1。Ⅰ組66例(48.5%)，Ⅱ組49例(36%)，Ⅲ組21例(15.4%)。不同組間性別差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，三組之間的年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，T值隨年齡增加而降低。隨骨密度降低，女性患者有明顯的上升趨勢(shì)。兩組間平均骨折時(shí)間和BMI差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 三組患者一般臨床資料比較Table 1 Comparison of general clinical data among the three groups

2.2 骨組織病理學(xué)觀察及組織形態(tài)學(xué)分析

所有病例均行活檢，136個(gè)活檢標(biāo)本適于鏡下觀察及組織形態(tài)學(xué)分析，均未發(fā)現(xiàn)腫瘤或結(jié)核。為了反映骨折椎體內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)及組織學(xué)變化特征，進(jìn)行了光鏡下病理觀察及骨組織形態(tài)學(xué)分析，結(jié)果見圖1～3。

Ⅰ組：骨量減少，骨小梁數(shù)目減少，厚度變薄，連接不連續(xù)，排列不規(guī)則，骨小梁網(wǎng)相對(duì)完整，夾雜血腫及肉芽組織，少量反應(yīng)性新骨形成(圖1A)。Ⅱ組：骨小梁存在廣泛吸收和破壞，表現(xiàn)為小梁排列紊亂、斷裂、間隙增寬、結(jié)構(gòu)受損，但主要結(jié)構(gòu)仍保留?？捎^察到軟骨內(nèi)骨、纖維組織，骨髓細(xì)胞增生，少量編織骨和板層骨形成，存在少量壞死骨組織(圖1B)。Ⅲ組：骨小梁結(jié)構(gòu)完全破壞，排列紊亂、不規(guī)則，骨組織變性壞死明顯增多，結(jié)締組織周圍變性壞死，存在慢性炎癥細(xì)胞(圖1C)。

圖2 不同骨密度下骨組織形態(tài)靜態(tài)參數(shù)分析Fig.2 Static parameter analysis of bone tissue morphology under different bone mineral density

圖3 不同骨密度下骨組織形態(tài)動(dòng)態(tài)參數(shù)分析Fig.3 Dynamic parameter analysis of bone tissue morphology under different bone mineral density

所有標(biāo)本均表現(xiàn)為嚴(yán)重骨質(zhì)疏松，BV/TV降低(平均值為11.09%)。隨骨質(zhì)疏松程度的加重，BV/TV逐漸下降，并在Ⅲ組降至最低[(9.5±3.6)%]，后逐漸被壞死骨組織(NBV/TV)所取代。NBV/TV 在Ⅰ組及Ⅱ組只有少量存在[(5.52±2.31)%]，但在Ⅲ組達(dá)到峰值[(15.52±2.15)%]。EBV/TV和FV/TV在Ⅰ組達(dá)到峰值[(7.28±0.52)%、(11.33±0.45)%]，之后被編織骨所取代。LBV/TV作為礦化骨組織后期，在Ⅱ組達(dá)到峰值[(13.93±3.28)%]。見表2、3。

表2 三組患者骨組織形態(tài)學(xué)靜態(tài)參數(shù)分析Table 2 Static parameter analysis of bone histomorphometry in three groups

表3 三組患者骨組織形態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)參數(shù)分析Table 3 Dynamic parameter analysis of bone histomorphometry in three groups

2.3 骨代謝標(biāo)志物血液動(dòng)力學(xué)變化

通過測(cè)量骨代謝標(biāo)志物可反映成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的活性(表4、圖4)，骨代謝指標(biāo)水平顯示，Ca及ALP水平不同組間波動(dòng)不明顯，差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；成骨及破骨活性均在Ⅱ組達(dá)到峰值，隨后進(jìn)入平臺(tái)期，其中骨鈣素(OST)峰值為(24.42±3.74) ng/mL；Ⅰ型膠原交聯(lián)C-末端肽(β-CTX)峰值為(0.90±0.17) ng/mL；Ⅰ型原膠原N-端前肽(PINP)峰值為(76.10±6.33) ng/mL。骨代謝指標(biāo)在不同年齡組間無顯著差異(P>0.05)，表明樣本分布均勻，避免了年齡和性別的影響。

表4 三組患者骨代謝標(biāo)志物分析Table 4 Analysis of bone metabolism markers in three groups

圖4 不同骨密度下骨代謝標(biāo)志物濃度分析Fig.4 Analysis of bone metabolism marker level under different BMD

3 討論

完整的骨小梁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)于維持骨強(qiáng)度峰值必不可少[14]。與骨量的損失相比，骨小梁的損失對(duì)骨強(qiáng)度的影響更大[15]，椎體骨折患者骨小梁的骨折率是未骨折患者的4倍[16]。在松質(zhì)骨顯微結(jié)構(gòu)研究方面，目前主要集中于通過髂嵴骨小梁進(jìn)行測(cè)定[17]，缺少對(duì)骨質(zhì)疏松性骨折的好發(fā)部位如椎體的專門研究。

本研究發(fā)現(xiàn)除因骨折原因?qū)е碌乃少|(zhì)骨微結(jié)構(gòu)破壞外，尚存在骨小梁數(shù)目減少，厚度變薄，間隙變寬，排列不規(guī)則甚至無序排列等現(xiàn)象，表明骨質(zhì)疏松越嚴(yán)重，骨小梁受壓就越大，對(duì)椎體微結(jié)構(gòu)的支撐能力就越弱，這可能解釋了為什么BMD越低，椎體成形術(shù)后發(fā)生新的脊柱壓縮骨折的風(fēng)險(xiǎn)就越高[18]。

此外，隨著骨質(zhì)疏松程度的加重，骨折椎體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)骨壞死現(xiàn)象，病理標(biāo)本顯示壞死骨組織及纖維組織，夾雜部分未成熟編織骨及軟骨內(nèi)骨。究其原因可能為骨質(zhì)疏松導(dǎo)致骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯下降，無法為骨折愈合提供足夠穩(wěn)定的環(huán)境，這解釋了骨質(zhì)疏松可能是導(dǎo)致骨折延遲愈合或不愈合的一個(gè)原因。因此，在OVCF的治療中，通過系統(tǒng)抗骨質(zhì)疏松治療，為骨折愈合提供穩(wěn)定的狀態(tài)顯得尤為重要。

骨代謝標(biāo)志物通常分為2類：骨吸收標(biāo)志物和骨形成標(biāo)志物[19]。正常情況下，骨吸收和骨形成處于平衡狀態(tài)。Ⅰ型膠原C端肽(β-CTX)是膠原骨吸收的標(biāo)志，PINP來源于Ⅰ型前膠原的降解片段，主要反映成骨細(xì)胞活性[20]。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，骨質(zhì)疏松越嚴(yán)重，其骨折愈合能力越差，而本研究發(fā)現(xiàn)，β-CTX與PINP血清濃度均在骨折后出現(xiàn)上升，并于-4.5

研究結(jié)果顯示，松質(zhì)骨骨顯微結(jié)構(gòu)及骨代謝動(dòng)力學(xué)變化是評(píng)估OVCF愈合的重要因素，顯微鏡下觀察及骨組織形態(tài)分析能真實(shí)反映骨組織內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)的變化，而骨代謝動(dòng)力學(xué)則可以對(duì)骨折愈合能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，這有助于明確患者骨質(zhì)疏松的具體狀態(tài)，對(duì)骨質(zhì)疏松的預(yù)防與治療有著不可或缺的價(jià)值與意義。

本研究不足之處在于，首先納入的樣本量較??；其次，所取病理活檢標(biāo)本來源于骨折椎體，僅僅反映了病變椎體內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)，由于骨折椎體內(nèi)骨小梁微觀結(jié)構(gòu)破壞，不足以代表患者整體骨質(zhì)疏松狀態(tài)。另外，在MRI和計(jì)算機(jī)斷層攝影中，也沒有詳細(xì)評(píng)估松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)的特征。因此，在今后的研究中，將嘗試重點(diǎn)分析骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折愈合過程中病理學(xué)及影像學(xué)特征，以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。