股骨粗隆間骨折患者手術前后骨代謝、骨密度和骨強度變化研究

劉偉，張旭，范永前，朱炯，沈海敏，林偉龍

(復旦大學附屬華東醫院骨科，上海 200040)

股骨粗隆間骨折患者手術前后骨代謝、骨密度和骨強度變化研究

劉偉，張旭，范永前*，朱炯，沈海敏，林偉龍

(復旦大學附屬華東醫院骨科，上海 200040)

目的觀察股骨粗隆間骨折患者手術前后骨代謝、骨密度和骨強度的變化，指導術后骨質疏松及骨折的治療。方法40 例女性股骨粗隆間骨折患者納入研究，測定入院后次晨及術后3個月的骨代謝指標(Ⅰ型前膠原基端前肽、血清Ⅰ型膠原C端肽、血清骨鈣素、甲狀旁腺激素、25-羥基維生素D)，同時行髖關節骨密度、髖關節骨強度測定，應用SPSS18.0分析軟件，對術前及術后3個月上述指標進行統計學分析。結果術后3個月Ⅰ型前膠原基端前肽水平較術前明顯升高，血清Ⅰ型膠原C端肽和甲狀旁腺激素較術前下降，三者差異具有統計學意義(P<0.05)；術后3個月，髖關節骨密度、骨強度輕度下降，但與術前比較差異無統計學意義。結論術后3個月，股骨粗隆間骨折患者骨代謝雖然較術前增加，成骨明顯，但是骨密度、骨強度無明顯改變，仍應加強抗骨質疏松治療，同時注意防護，避免發生再次骨折。

老年；股骨粗隆間骨折；圍手術期；骨代謝；骨密度

隨著社會的老齡化，骨質疏松的發病率日趨增高，輕微外傷即可使嚴重的骨質疏松患者出現骨折，如髖部骨折和脊柱壓縮性骨折，常導致較高的死亡率及致殘率[1]，預計到2050年全球因骨質疏松骨折的人數將達到626萬[2]。此類骨折治療的重點是治療骨質疏松，以往診斷骨質疏松癥的“金標準[3]”是雙能X線吸光測定法(dual-energy X-ray absorptionmetry，DXA)測量骨密度(bone mineral denity，BMD)，由于骨密度提供的只是靜態參數，而骨代謝指標可以動態對骨代謝進行精確的評估[4]，所以臨床上常結合骨密度和骨代謝，對骨質疏松患者的診療進行監測。隨著對骨質疏松疾病理解的加深，2001年美國國立衛生院對骨質疏松的定義更改為“以骨強度下降、骨折風險增加為特征的骨系統疾病”[5]，骨質疏松不僅是骨量的變化，更重要的是骨質(骨結構、性能)的改變。骨強度綜合反映了骨的數量和骨的質量，相對于骨密度而言，骨質疏松患者更應監測骨強度。骨強度是一個綜合的概念，其中骨結構的幾何學形態是尤為重要的，通過測量骨結構因素決定的生物力學參數，我們能獲得骨結構的大致骨強度，髖關節結構分析軟件(hip strength analysis program，HSA)就是目前常用的一種方法，它通過二維的雙能X線骨密度儀來測量近段股骨形態結構，通過計算機軟件轉換從而獲得骨強度的參數，常用指標為橫截面轉動慣量(cross-sectional moment of inertia，CSMI)、截面模量(section modulus，Z score)、抗彎率(buckling ratio，BR)[6，7]。目前國內對于骨質疏松患者結合骨強度的相關研究較少，尤其是由骨質疏松引起的骨折患者圍手術期的研究更少。本文對骨質疏松引起的老年股骨粗隆間骨折患者圍手術期進行骨代謝、骨密度及通過HSA獲得的骨強度的變化進行觀察，探索股骨粗隆間骨折患者圍手術期三者的變化規律，并希望能根據結果對骨質疏松性骨折患者的術后康復及骨質疏松癥的治療給予一定的建議。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2012年12月1日至2013年3月30日經我院手術治療的老年股骨粗隆間骨折患者43 例(為排除性別差異，納入實驗者全為女性)，排除合并其他嚴重影響骨代謝的疾病，如肝、腎功能衰竭、類風濕性炎節炎、強直性脊柱炎、骨腫瘤或甲旁亢等內分泌疾患，且入院前半年內不曾應用影響骨代謝的藥物，如二膦酸鹽、降鈣素、雌激素替代治療或長期激素治療等。本組患者年齡61～93 歲，平均(79.6±8.6) 歲；身高1.45～1.72 m，平均(1.579±0.088) m；體重42.5～67.8 kg，平均(55.03±3.99) kg。所有患者均為不慎跌倒所致骨折。手術由同一組醫生完成，術中均使用股骨近端防旋髓內釘裝置進行骨折內固定。術后囑患者6周內不負重功能鍛煉，并囑患者術后3個月清晨空腹來院復診，出院后堅持服用活性維生素D和補充鈣劑。本臨床試驗的方案已通過醫院倫理道德委員會審批，入院時對每位患者進行告知，并簽署知情同意書。

1.2 骨代謝的測定 患者入院后次日早晨及術后3個月復診時，以肝素抗凝的真空采血管取患者空腹外周靜脈血5 mL，立即放入-8℃的冰箱內冷藏保存、備檢。檢測指標為常用的Ⅰ型前膠原基端前肽(N-terminal peptide of type Ⅰ collagen，PINP)、血清Ⅰ型膠原C端肽(C-terminal cross-linking telope ptides of type Ⅰ collagen，CTX)、血清骨鈣素(osteocalcin，OC)、甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)、25-羥基維生素D[25-hydroxy vitamin D，25-(OH)D3]，均采用美國羅氏公司E170型全自動電化學發光免疫分析系統及其配套的Elecsys試劑盒，其批內、批間變異系數均小于5%。

1.3 骨密度的測定 患者入院后次日及術后3個月復診時，使用美國HOLOGIC公司的Hologic Discovery A型號(Hologic，Waltham，MA，USA)雙能X線骨密度儀對健側髖關節進行骨密度測量，應用骨密度分析軟件(APEX system software version 3.2)測算相應部位BMD值，測量部位包括股骨頸、粗隆間和股骨大粗隆。骨密度儀由同一名技師操作。1.4 骨強度的測定 患者入院后次日及術后3個月復診時，利用雙能X線骨密度測得的數據，使用其配套的HSA計算得出髖關節骨強度數據，經過HSA軟件轉換分析，即包含股骨頸最狹窄部分的狹窄股骨頸區(narrow neck，NN)、包含頸干角二等分線在內的股骨粗隆間區(intertrochanter，IT)以及距離股骨頸與股骨干軸線相交點的距離是股骨頸最小寬度1.5倍距離的股骨干區(shaft，S)。測量股骨頸、轉子間和股骨干的CSMI、Z值、BR指標。HAS軟件操作由同一名技師完成。

2 結 果

43 例患者中，1 例患者術后2個月因腦卒中去世，3 例患者術后3個月失訪，失訪率為7%，39 例患者納入最終研究。

2.1 骨代謝 術后3個月，PINP較術前明顯增高，而PTH卻較術前明顯下降，均具有統計學意義(P<0.05)。CTX、25-(OH)D3、OC與術前相比，差異無統計學意義(見表1)。

表1 術前及術后3個月骨代謝比較

2.2 骨密度 術后3個月，股骨頸、大粗隆及粗隆間的骨密度與術前相比度下降，經統計學分析，不具有統計學意義(P>0.05)(見表2)。

2.3 骨強度 術后3個月，股骨頸、轉子間及股骨干的CSMI、Z值、BR與術前相比，輕度下降，經統計學分析，不具有顯著性差異(P>0.05)(見表3)。

表2 術前及術后3個月骨密度比較

表3 術前及術后3個月骨強度比較

3 討 論

隨著骨強度概念的引入，骨質疏松的治療和監測已從過去單純的關注骨量轉變成了更加關注骨質，關注骨骼的生物力學性能。通過DXA，我們能獲得骨骼的骨密度，但是由于DXA是一種對三維物體進行二維測量的方法，我們無法獲得骨骼幾何和結構的信息。骨密度實質上是骨強度的一定反映，骨強度由多方面因素組成，其中最重要的一個就是骨結構的幾何學形態，通過測量幾何學形態，我們可以測量由它們決定的生物力學參數來估計骨強度。HSA系統是一種通過DXA測量股骨近端結構、通過計算機轉換獲得生物力學性能的方法，它既是對髖關節進行結構的分析，同時又是對髖關節進行力學的分析，所以已經被廣泛應用于骨質疏松研究[8-10]。對于類似股骨的長管狀骨，在體內主要受到軸向加壓和屈曲的作用力。HAS系統中，需要進行測量的數據有CSMI、Z、BR(見圖1)。CSMI是管狀骨的皮質骨內外徑到中心軸距離的四次方的差值，它不僅僅表示皮質骨的骨量，更重要的是表示皮質骨圍繞中心軸線的分布情況。相對于內徑而言，皮質骨外徑的增加將明顯增加CSMI，從而增強管狀骨的抗折曲能力。Z是CSMI與管狀骨截面中心到邊緣的距離的比值，它是截面的生物力學指標，與截面的最大抗折曲強度相關，我們可用于預測骨強度。BR是管狀骨截面的半徑與皮質骨厚度的比值，也用于預測骨強度，但是與Z值相比，BR能更好地反應骨強度，因為Z值有可能對于皮質骨較薄的骨強度出現過高估計。本實驗中，我們將對患者術前、術后的股骨頸部、轉子間、大粗隆部的骨密度數值經過HAS轉換，對股骨頸、轉子間、股骨干均進行了CSMI、Z、BR測量，發現術后3個月測量區域的骨密度、骨強度卻出現了一定程度的下降，但是無統計學差異。按照Woff定律，對一個成型的骨骼來講，其本身成分的定形與變形隨功能性壓力的方向而定，其增加或減少的質量可以反映出壓力的大小。考慮術后早期較長時間的臥床，以及患肢在非負重狀態下進行功能鍛煉，股骨未進行有效的生理負荷，出現了骨密度的一定下降，結構影響力學性能，從而引起骨強度下降。雖然術后6周后患肢可開始逐步過渡至負重鍛煉，骨密度及其伴隨的骨強度隨之出現上升，但增加有限，與術前比較仍無明顯改善。

注：Ro為皮質骨外徑到中心軸的距離；Ri是內徑至中心軸的距離；c是管狀骨中心點到皮質骨外緣的距離；t是皮質骨的厚度

圖1 橫截面轉動慣量、界面模量、抗彎率計算示意

骨質疏松的發生就是骨吸收和骨形成失去了質與量的平衡。以往臨床上骨質疏松的診斷及治療監測主要依靠骨密度，但由于其反映相對長時間內的骨量情況，存在一定局限性，特別是對股骨粗隆間骨折患者，圍手術期需要關注骨折愈合過程中的骨轉換狀態。骨代謝的過程就是骨吸收與骨形成的過程[11]，骨代謝生化指標可以敏感地反映短期內的骨代謝情況，而骨密度則可以在相對長的時間內保持恒定，反映骨代謝的形態結果，所以對于骨質疏松引起的股骨粗隆間骨折患者，更應該結合骨密度與骨代謝進行圍手術期的監測。

PINP、CTX、OC、PTH及25-D3是常用的骨代謝指標。PINP是成骨細胞合成骨組織中Ⅰ型膠原的前體，反映成骨細胞的活動和骨形成過程；而CTX由成熟Ⅰ型膠原部分降解產生，是評價破骨細胞活性和骨吸收最有價值的方法之一[12]，兩者是臨床研究首選的骨轉換指標[13]。研究[14-16]發現，兩者在骨折后早期開始均有明顯升高，隨后CTX緩慢下降，大約在骨折后第52周恢復到原始水平，而PINP在1年內都維持升高狀態，并且CTX的改變早于PINP，表明在骨折早期，破骨活動先于成骨活動發生，骨折愈合以骨吸收為主。本研究中，患者術后12周血清PINP水平較術前有顯著升高，CTX水平較術前下降，與既往的文獻相符，說明在骨折愈合早期機體存在活躍的骨形成活動。本組患者CTX水平術后3個月已基本降至正常水平，下降較明顯，考慮因內固定物減少了骨折斷端間的移動、提供了骨折斷端間的穩定，骨折端骨吸收活動減弱[17]。PTH可以刺激破骨細胞形成并且活化，已有大量研究[18，19]發現PTH水平影響股骨粗隆間骨折的發生率以及骨折后的愈合率[20]。當PTH水平下降時骨轉換減少[21]，而低水平的骨轉換造成的損傷積聚會降低骨組織的力學性能，使骨質量降低，骨折風險也會隨之增加[22]。已有研究發現PTH的時相性分泌紊亂造成了骨質疏松患者的骨量流失，間斷性應用完整片段的PTH1-84或者人重組活性PTH片段PTH1-34即可以糾正這種紊亂狀態，從而起到激活成骨細胞，促進新骨形成，大幅增加骨密度的作用[23-25]。本研究中我們發現患者術后PTH水平顯著降低，提示術后患者的骨質量可能會有所降低，骨折愈合變緩，愈合后出現再次骨折的風險可能也會隨之增加。血清骨鈣素由成熟的成骨細胞合成并分泌，反映骨形成速率的特異性指標之一[25]。維生素D促進腸道的鈣吸收，增強肌肉力量，降低骨質疏松性骨折風險[26]，還能降低PTH水平[20]。術后3個月，25-(OH)D3及OC與術前相比無明顯變化。Ivaska等人[27]對年齡為(77.8±2.0) 歲的有低能量創傷史但無明顯骨折人群的隨訪研究發現，受傷后4個月時的血骨代謝指標水平與基線水平無顯著性差異，所以我們認為本研究中血骨代謝指標的變化是由骨折創傷和手術干預共同作用的結果，而不是老年人隨年齡增長而產生的自然變化。

通過此次研究，我們發現股骨粗隆間骨折患者術后3個月，骨代謝加強，成骨明顯增強，但是PTH提示骨轉換已出現了下降，髖關節骨強度及骨密度與術前相比無明顯差異，說明骨折部位雖有成骨，但骨質、量未發生變化，骨強度無明顯改善。術后3個月，臨床上往往允許患者進行患肢部分負重下功能鍛煉，結合以上研究發現，我們認為此時患者骨質量、骨強度與術前無改變，仍有較高的骨折風險，更應提高對骨質疏松的認識以及對治療的依從性，同時應加強功能鍛煉時的保護，建議使用助步器等輔助設備，避免功能鍛煉時跌倒引起再次骨折。

本研究存在一定的不足，由于隨訪時間較短以及入組人數較少，未能觀察到大樣本量及術后骨代謝的較長期變化過程，使用對側髖關節的結果替代患側髖關節，結果可能存在一定的偏差，同時因男女性骨質疏松的類型有一定差異，故本實驗未能納入男性患者，所以無法了解性別間的差異。在下一步的研究中，我們將繼續原先患者的隨訪，同時納入更多的研究對象，進行性別分組，獲得的結果將對原先的隨訪結果進行后續的補充和更正。

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ResearchofthePerioperativeSerumBoneMetabolicMarkers、BoneMineralDensityandBoneStrengthofPatientswithIntertrochantericFractures

LIU Wei，ZHANG Xu，FAN Yong-qian，etal

(Department of 0rthopaedics，Huadong Hospital，Fudan University，Shanghai 200040，China)

ObjectiveTo observing the variation of the perioperative serum bone metabolic markers，bone mineral density and bone strength in patients with intertrochanteric fractures to guide postoperative treatment of osteoporosis and fractures.MethodsForty female patients with intertrochanteric fracture were admitted into the trial.The content of bone metabolic marker(PINP、CTX、PTH、OC、25-OH-D3) were tested after admission and three months after operation.The date of the bone mineral density and bone strength of the hip by the DXA and HSA were also collected simultaneously.All data were analyzed by SPSS 18.0.ResultsCompared with the pre-operative content，the postoperative content of PINP increased while CTX and PTH decreased.The variations of the three markers were significant statistically.The change of bone mineral density and bone strength was slight decreased，but statistically significant was found.ConclusionThe variation of serum bone metabolic markers in patients with fragility fractures mean osteogenesis increase obviously，while the bone mineral density and bone strength didn′t improve.It still implies high fracture risk.We suggest patients with intertrochanteric fracture should improve anti-osteoporosis treatment and pay more attention to avoid falling.

aged；intertrochanteric fractures；perioperative；bone metabolism；bone mineral

1008-5572(2014)05-0415-05

上海市衛生局項目(2009037)；*本文通訊作者：范永前

R683.42

：B

2013-12-24

劉偉(1980- )，男，主治醫師，復旦大學附屬華東醫院骨科，200040。