絕經后女性膝關節骨性關節炎與脛骨軟骨下骨骨密度的相關性研究

艾尼瓦爾·艾賽特 迪里木拉提·巴吾冬

新疆醫科大學第一附屬醫院影像中心，新疆 烏魯木齊 830054

膝關節骨性關節炎(knee osteoarthritis，KOA)是世界上最常見的運動系統退行性疾病，KOA患者所出現的疼痛、致殘嚴重影響生活質量，給家庭和社會帶來了各種負擔。其所需要的醫療費用巨大，在發達國家占GDP的1%～2%[1]。KOA是在機械性和生物性因素的作用下破壞了關節軟骨細胞，軟骨下骨內發生異常改變的結果，甚至累積關節全部組織。遺傳、發育、新陳代謝、創傷及生物力學等危險因素導致關節軟骨的軟化、潰瘍、缺失、軟骨下骨終板的硬化和骨質象牙化、骨贅形成和軟骨下骨囊變。當臨床癥狀明顯時KOA的變異以膝關節疼痛、壓痛、關節活動受限為特征[2]。

在研究KOA時大多數報道將主要注意力集中在關節軟骨的變化，但實際上軟骨下骨也發生了顯著變化。自1986年Radin[3]等首次提出軟骨下骨可能在骨性關節炎的開始和進展中起作用后，目前對軟骨下骨的研究已成為焦點之一。本文通過對絕經后女性膝關節骨性關節炎分級、年齡、股骨頸及腰椎骨密度與脛骨軟骨下骨骨密度進行相關性分析，進一步了解脛骨軟骨下骨在KOA進展中的變化規律。

1 材料和方法

1.1 研究對象

選取2017年7月至10月新疆醫科大學第一附屬醫院就診的絕經后女性KOA患者，共80例，45～92歲，平均65.0±11.1歲。納入的對象均為年齡≥45歲，連續閉經12個月，同時沒有明顯的病理改變和生理原因的女性；排除因外傷、感染、腫瘤及代謝性疾病等引起的關節病變。

診斷標準：①1個月內膝關節經常疼痛；②X線關節邊緣有骨贅形成和關節間隙明顯變窄；③骨性關節炎性滑液(透明、黏性、WBC<2000/mL)；④年齡≥40歲；⑤晨僵≤30 min；⑥關節活動時彈響聲；最少存在①、②或①、③、⑤、⑥或①、④、⑥，即可診斷為KOA[4]。

1.2 方法與測量

對所有研究對象行左膝關節X線攝片檢查，由2名經驗豐富影像學醫師分別對左膝關節X線圖像進行分析分組。根據Kellgren & Lawrence診斷標準(0級為正常；Ⅰ級為可出現唇樣骨贅；Ⅱ級為明顯骨贅，可出現關節間隙變窄；Ⅲ級為中度多發骨贅，關節間隙明顯變窄，有些骨質硬化，可有骨質磨損；Ⅳ級為巨大骨贅，關節間隙明顯變窄，骨質嚴重硬化，明顯骨質磨損)將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級KOA分為A、B、C、D等4個組，每組各20例患者。采用GE Lunar Prodigy型DXA儀測量左膝關節、左側股骨頸、腰椎的骨密度，將g/cm2作為計量單位進行詳細記錄。

1.3 圖像分析

膝關節并非常規測量骨密度的部位，在檢查技術方面尚缺乏測量規范的數據庫，國外的研究也處于探索階段。為測量脛骨軟骨下骨骨密度，在左側脛骨近端內、外側分別設定感興趣區(ROI)。因脛骨軟骨下骨缺乏明確的解剖定位標準。本研究中ROI的劃分方法參考國內外文獻[5-7]，通過手工分別劃分在脛骨近端內側和外側，分別標記為ROI 1和ROI 2。ROI為長方形，以腓骨頭最高點作為參考點，其上緣緊貼脛骨近端關節骨面，高度為7 mm，寬度為15 mm。按照研究需求，分別測量每個感興趣區的骨密度。所有測量者均接受統一培訓后，按照統一的標準完成測量。

圖1 脛骨軟骨下骨感興趣區(ROI1～ROI2)Fig.1 Regions of interest on the subchondral bone of the tibia

1.4 統計學處理

統計分析用SPSS17.0統計軟件進行統計學處理。膝關節感興趣區骨密度與KOA分級、年齡、腰椎骨密度、股骨頸骨密度行Pearson相關分析法進行相關性分析，組間比較用成組t檢驗分析，P<0.05為有統計學意義。

2 結果

2.1 80例受檢者基本情況

本研究共納入80例患者，平均年齡 65.0±11.1歲，平均體重(62.80±13.34)kg，平均身高158.1±8.1 cm，見表1。

表1 80例受檢者基本情況Table 1 General information of the 80 subjects

2.2 脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級、年齡、腰椎骨密度、股骨頸骨密度的相關性分析

根據測量結果，脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級、年齡、股骨頸骨密度、腰椎骨密度進行相關性分析，結果見表2。結果發現，軟骨下骨骨密度(ROI 1、ROI 2 骨密度)與KOA分級、年齡呈負相關，與腰椎及股骨頸骨密度呈正相關。

表2 脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級、年齡、腰椎骨密度、股骨頸骨密度的相關性分析Table 2 Correlation among degree of KOA, age, BMD of the lumber spine, femoral neck, and subchondral bone of the tibia

2.3 四組患者股骨頸、腰椎及脛骨軟骨下骨骨密度BMD比較

根據研究方案，4組的股骨頸、腰椎、ROI 1、ROI 2骨密度值比較，結果見表3。結果發現，4組在股骨頸、ROI1、ROI2骨密度上差異有統計學意義(P<0.05)，并ROI 1骨密度值比ROI 2骨密度值高，換言之隨KOA分級的增加，KOA病情加重，脛骨軟骨下骨骨密度減低。4組在腰椎骨密度上差異無統計學意義(P>0.05)。

表3 ROI 1、ROI 2、股骨頸、腰椎骨密度值與KOA分級比較Table 3 Comparison between BMD of ROI 1, ROI 2, femoral neck, lumber spine and degree of KOA

3 討論

軟骨和其下方的軟骨下骨是關節的重要組成部分。軟骨下骨由皮質終板以及其下方的骨小梁、血管和小梁間的腔隙組成。軟骨下骨含有大量的動脈、靜脈和神經。它們通過皮質終板的小通道給軟骨提供營養。目前大量國內外研究證實軟骨下骨和關節軟骨是一個相互作用功能單位。軟骨下骨通過吸收應力，緩沖震蕩等生物力學作用保護其上方的關節軟骨并維持關節的形狀。軟骨下骨的數量比關節軟骨多，并彈性模量相對較低。在正常情況下軟骨下骨可將緩沖30%左右的應力，則關節軟骨僅能緩沖所受應力的1%～3%，因此，軟骨下骨在緩沖震蕩中起了主要的襯墊作用。

KOA的發生發展過程中在生物力學作用下脛骨軟骨下骨的微結構發生了一系列改變。Intema等[8]通過動物KOA模型后的研究發現，早期關節軟骨蛋白聚糖增多，軟骨下骨及骨小梁厚度降低，發生骨吸收導致骨重塑加快。在晚期骨轉換率增加，軟骨下骨內發生微骨折，骨形成增加，骨贅和游離體形成，軟骨下骨皮質終板硬化，但其下方的松質骨丟失嚴重，骨小梁進一步變薄。本研究結果顯示，隨KOA分級的增加，KOA病情加重，脛骨軟骨下骨骨密度減低，并有顯著差異(P<0.05)，并且脛骨軟骨下骨骨密度與KOA分級及年齡呈負相關，換言之，隨年齡和骨性關節炎病情的加重軟骨下骨骨密度減低。這可能新生骨礦化不全和軟骨下骨囊增多有關。在KOA的進展中由于關節負荷未減輕，為了保持力學性能，引起骨形成活躍。但新生骨組織礦化不全，故表現軟骨下骨皮質終板硬化而單位體積骨密度下降。另外，關節退變后除了滑液通過皮質終板的小通道滲入下方的骨小梁內并形成軟骨下骨囊以外，軟骨下骨發生微骨折后損傷的血管未及時修復形成軟骨下骨囊。本研究中發現脛骨軟骨下骨骨密度均有下降，而脛骨軟骨下骨不同部位的骨密度上有差異，脛骨平臺內側骨密度明顯高于脛骨平臺外側(P<0.05)。馬海濤等[9]通過Micro-CT掃描膝關節后發現內側脛骨平臺軟骨下骨出現硬化，骨小梁體積分數、骨小梁厚度、骨小梁數目較外側脛骨平臺增多。秦迪等[10]通過QCT掃描膝關節后發現，內側脛骨平臺骨密度較外側脛骨平臺骨密度高。由于膝關節承受的重量為人體體質量的2～4倍，而內側間室承擔其中2/3的負重。另外，由于脛骨外側有腓骨的支撐，而脛骨內側所成所承受的應力明細增加，從而形成微骨折，進而發生骨重塑，進一步引起內側沉降加劇，使加重膝關節內翻畸形。

骨質疏松(osteoporosis，OP)是以多種因素作用下骨量減少、骨小梁變薄、間隙增寬、骨骼脆性增加為特征的全身性骨關節疾病，嚴重影響老年人尤其是絕經后女性的生活質量，并造成嚴重的經濟負擔。國內外研究中仍存在KOA與OP是否相關性的各種爭論。楊再英等[11]在研究中發現骨性關節炎患者有不同程度的骨量減少，骨量減少患者患骨性關節炎的危險是骨量正常患者的7.726倍。曾展鵬等[12]研究中發現隨KOA分級的增加，KOA病情加重，患者超聲骨密度和DXA骨密度的T值均向負值方向逐漸增加，二者差異都有統計學意義。以上結果與本研究結果一致。本研究中發現，隨KOA進展股骨頸骨密度有下降趨勢，并有明顯差異(P<0.05)，另外，脛骨軟骨下骨骨密度與股骨頸及腰椎骨密度呈正相關。這主要由于骨性關節炎發展過程中骨吸收活躍，新生骨組織骨礦化率低有關。

綜上所述，盡管國內外學者從不同角度研究軟骨下骨在KOA發病與進展中的作用，但其機制過于復雜，目前尚未完全明確。本研究發現隨KOA分級的增加，KOA病情加重，絕經后女性脛骨軟骨下骨呈骨質疏松表現。深入研究骨關節炎中軟骨下骨的變化規律，有望為KOA的治療和預防提供新的方法和思路。