慢性腎臟病5期患者碳酸氫鹽水平與礦物質和骨代謝異常的相關性分析

邱杰山 張文華 周子英 魏金芬 俞兆珍 沈水娟

1. 甘肅省武威腫瘤醫院(武威醫學科學院)腎臟內科，甘肅 武威 733000 2. 紹興市人民醫院(浙江大學紹興醫院)腎臟內科，浙江 紹興 312000

腎臟是調節機體酸堿平衡重要的器官之一，隨著慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的進展，代謝性酸中毒的發生逐漸增多且逐步加重，幾乎所有慢性腎臟病5期(chronic kidney disease 5 period，CKD5)患者均發生酸中毒[1]。研究發現代謝性酸中毒可導致骨質成分改變，增強破骨細胞活性，破壞鈣、磷及甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)的穩態平衡，而糾正代謝性酸中毒可逆轉骨病的進展[2]。在終末期腎臟病(end stage renal disease，ESRD)患者中，由于內分泌激素、電解質及酸堿平衡失調，易誘發慢性腎臟病的礦物質和骨代謝異常(mineral and bone metabolic abnormalities in chronic kidney disease，CKD-MBD)，且越來越受到臨床關注[3]。有研究顯示，ESRD患者代謝性酸中毒與CKD-MBD相關，目前已有關于維持性透析替代治療患者代謝性酸中毒與骨代謝指標的相關性研究[4]，但尚未有CKD5期未行腎臟替代治療患者代謝性酸中毒與骨代謝指標的臨床關系研究。本研究通過分析未行透析治療的CKD5期患者血清碳酸氫鹽與血鈣(blood calcium，Ca)、血磷(blood phosphorus，P)、PTH、血β2微球蛋白(blood β2-microglobulin,β2-MG)、Ⅰ型膠原羧基端肽β特殊序列(type I collagen carboxyl end peptide beta special sequence，β-CTX)及總Ⅰ型膠原氨基端前肽(total type I gluto proactive amino terminal propeptide，TPINP)的關系，旨在探索代謝性酸中毒與CKD-MBD發生的關系及可能機制。

1 材料和方法

1.1 研究對象

收集2014年8月至2016年10月在甘肅省武威腫瘤醫院就診未行透析治療的CKD5期患者252例。該研究通過甘肅省武威腫瘤醫院醫學倫理委員會同意，所有患者簽署知情同意。

納入標準：根據KDQI指南[5]推薦的估算的腎小球濾過率(estimate glomerular filtration rate，eGFR)，eGFR≤15 mL/min的患者。eGFR的計算公式為eGFR(mL/min/1.73 m2)=186×Cr-1.154×年齡—0.203(×0.742 男性)。

排除標準：(1)確診的原發性骨質疏松癥患者；(2)使用糖皮質激素類藥物治療的患者；(3)類風濕性關節炎患者；(4)惡性腫瘤及惡性腫瘤伴有骨轉移患者；(5)血液系統腫瘤患者；(6)其他引起鈣磷代謝紊亂的疾病如原發及繼發性甲狀旁腺功能減退、假性甲狀旁腺功能減退、甲狀腺功能減退、肢端肥大癥及家族性間歇性高磷血癥等患者；(7)嚴重心肺部疾病易導致酸堿失衡的患者，如慢性阻塞性肺疾病、肺心病、肺間質纖維化、支氣管擴張癥及急性心力衰竭等患者。

1.2 研究方法

1.2.1標本收集及檢測：向患者做相關宣教，夜間至少禁食8 h后留取清晨靜脈血標本，檢測血肌酐(serum creatinine，Scr)、尿素氮(blood urea nitrogen，BUN)、血白蛋白(blood albumin，Alb)、Ca、P、PTH、β2-MG、β-CTX及TPINP等指標。留取動脈血標本行血氣分析，收集血pH值、實際碳酸氫鹽(acute bicarbonate，AB)及標準碳酸氫鹽(standard bicarbonate，SB)等指標。計算鈣磷乘積(Ca×P)。采用日立7600全自動生化儀檢測Scr、BUN、Alb、Ca及P。PTH采用Elecsys2010電化學發光全自動免疫分析儀(瑞士羅氏公司)測定。血β2-MG采用放射免疫測定試劑盒測定(北方免疫試劑研究所)，具體操作按說明書進行。β-CTX及TPINP采用全自動電化學發光免疫分析儀(瑞士羅氏公司)檢測。血氣分析采用羅氏cobas b 221血氣分析儀檢測。Ca×P計算公式：(Ca×P)=Ca (mmol/L)×P (mmol/ L)×12.4。

1.2.2分組：血清碳酸氫鹽的測定有AB及SB，SB的測定排除了呼吸因素的影響，因此，SB更能準確地反映代謝性酸堿平衡狀態，故本研究中選取SB作為反映碳酸氫鹽的指標。根據血清SB水平對患者進行分組，SB<22 mmol/L定義為伴有酸中毒組(217例)，SB≥22 mmol/L定義為不伴有酸中毒組(35例)。

1.3 統計學處理

2 結果

2.1 患者一般資料比較

對兩組患者臨床指標對比發現，伴有酸中毒組BUN、PTH、P、Ca×P、β2-MG、β-CTX及TPINP等指標均較不伴酸中毒組高，伴有酸中毒組血Ca較不伴酸中毒組低，而兩組間Scr及Alb差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 兩組患者臨床指標比較 Table 1 Comparison of the general situation of patients in the two groups at baseline

2.2 SB與鈣磷及骨代謝指標的相關性分析

相關性分析顯示，SB與血Ca(r=0.255，P=0.029)呈正相關；與PTH(r=-0.869，P=0.000)、Ca×P(r=-0.656，P=0.000)、β2-MG(r=-0.775，P=0.001)、β-CTX(r=-0.615，P=0.003)及TPINP(r=-0.720，P=0.000)呈負相關；與血P無明顯相關(圖1、表2)。

3 討論

ESRD患者由于腎小管重吸收碳酸氫鹽的能力降低、分泌氫離子功能受損、健存腎單位減少及腎小球濾過率(glomerular filtration rate，GFR)降低，致使酸性代謝產物排出減少，易于發生代謝性酸中毒[6]。ESRD患者普遍存在鈣磷代謝異常、繼發性甲狀旁腺功能亢進、骨骼成分與結構的改變以及血管及軟組織鈣化，即CKD-MBD[7]。研究顯示[8]，CKD-MBD患者心腦血管終點事件發生風險增加。代謝性酸中毒是腎功能惡化的獨立危險因素，維持性血液透析患者通過口服碳酸氫鈉或改變透析液碳酸氫鹽濃度來糾正代謝性酸中毒可延緩CKD-MBD的進展[9]。

有學者[10]分別檢測102例CKD患者和52名健康成人血清Scr、BUN、TPINP、β2-MG、β-CTX、PTH、堿性磷酸酶、Ca、P及Ca×P，結果發現CKD患者Scr、BUN、TPINP、β2-MG、β-CTX、PTH、ALP、P及Ca×P均高于對照組，而Ca低于對照組。一項回顧性分析顯示，血PTH、β-CTX及P在CKD1-3期患者間差異無統計學意義，但在CKD4期及5期患者中卻明顯升高[11]。提示隨腎功能惡化，血P、Ca×P、PTH、β-CTX及TPINP均有上升趨勢。這主要是由于代謝性酸中毒可抑制1α-羥化酶，引起維生素D轉化障礙，使1,25-二羥基維生素 D3生成抑制，甲狀旁腺激素對鈣的敏感性降低，從而增加尿鈣排泄，抑制成骨，活化破骨，而骨骼對酸的緩沖和腎臟鈣的排泄增加引起了負鈣平衡，造成骨骼發育不良[12]。此外，代謝性酸中毒可改變骨離子的組成，使骨磷含量銳減，引起血鈣、磷等離子水平發生變化[13]。血清碳酸氫鹽的測定有AB及SB，SB的測定排除了呼吸因素的影響，因此，SB更能準確地反映代謝性酸堿平衡狀態，故本研究中選取SB作為反映碳酸氫鹽的指標。以SB<22 mmol/L定義為伴有酸中毒，SB≥22 mmol/L定義為不伴有酸中毒。本研究顯示，伴有酸中毒組BUN、PTH、P、Ca×P、β2-MG、β-CTX及TPINP等指標均較不伴酸中毒組高，伴有酸中毒組血Ca較不伴酸中毒組低，而兩組間Scr及Alb差異無統計學意義，與上述研究結果相似。提示ESRD患者代謝性酸中毒可引起血Ca、P及骨轉換標志物的異常。

圖1 伴有代謝性酸中毒患者SB與鈣磷代謝及骨轉換指標的相關性分析Fig.1 Correlation analysis between SB and calcium and phosphorus metabolism and bone turnover markers in patients with metabolic acidosis

Table2Correlation analysis between SB and calcium and phosphorus metabolism and bone turnover markers in patients with metabolic acidosis

相關系數PTH/(pg/mL)Ca/(mmol/L)P/(mmol/L)Ca×Pβ2-MG/(mg/L)β-CTX/(ng/mL)TPINP/(ng/mL)r值-0.8690.255-0.109-0.656-0.775-0.615-0.720P值0.0000.0290.3540.0000.0010.0030.000

骨是新陳代謝非常活躍的組織，這種代謝活動的主要標志就是在全身組織的不同部位時刻進行骨吸收和骨形成的代謝偶聯，即為骨轉換，在骨轉換過程中會產生一些代謝標志物。目前，國內外的研究均在圍繞探索非侵入性指標對早期診斷CKD-MBD的診斷[14]。血β2-MG是一種內源性低分子量血清蛋白質，由淋巴細胞和其他大多數的有核細胞分泌。血清β2-MG極易通過腎小球濾過膜，濾過的β2-MG中99.9%被近曲小管重吸收和降解，不再返流入血，從而使其在血液中的含量保持穩定水平[15]。研究發現，β2-MG可通過增加白細胞介素-6的釋放與表達以及增強成骨細胞的增殖等途徑誘導骨礦物質溶解，從而導致骨代謝障礙[16]。其還與骨鈣素及類骨質表面活性物呈顯著性正相關，推測β2-MG在腎性骨病過程中可能起一定的作用[17]。在骨基質有機成分中，I型膠原含量超過90%，I型膠原蛋白在成骨細胞中合成，其N端、C端延長部分在轉化過程中被特殊的蛋白酶除去，形成骨基質。β-CTX是I型膠原在骨代謝過程中的降解產物，I型膠原分解片段的C端肽時，在骨吸收過程中C端肽的a-天冬氨酸轉變成β-型，此C端肽的同分異構體是I型膠原降解特異的，故β-CTX是評估骨吸收具有較高的特異度和敏感度，對骨代謝疾病和轉移性疾病診斷和療效評價具有重要參考意義。而I型膠原蛋白的N端部分即為TPINP，當成骨細胞活性增強時，前膠原合成增多，TPINP在血液中濃度增高。TPINP在血清中的含量反映成骨細胞合成骨膠原的能力[18-19]，所以β-CTX和TPINP是分別反映骨吸收和骨合成的指標。研究表明，伴有骨質疏松的絕經后女性血清β-CTX較不伴骨質疏松者高[20]，而CKD伴骨質疏松癥患者經利塞膦酸鈉治療后隨骨密度的改善，TPINP及β-CTX水平顯著下降[21]。有學者[11]回顧性分析了非透析慢性腎臟病患者558 例，檢測PTH、β-CTX、Ca、P、ALP、Scr、Alb等指標，單因素相關分析顯示，GFR與PTH、β-CTX、P及Ca水平相關。另有學者[10]發現，CKD患者血清TPINP、β-CTX、PTH 3項指標與血P、Ca×P、Scr、BUN及β2-MG均呈正相關，而與Ca呈負相關，提示檢測TPINP、β-CTX、PTH及β2-MG有助于早期發現CKD患者鈣磷代謝紊亂及腎性骨營養不良。為了進一步探索代謝性酸中毒引起CKD-MBD的可能機制，本研究將SB分別與Ca、P、Ca×P、PTH、β2-MG、β-CTX及TPINP作相關性分析，結果發現，SB與血Ca(r=0.255，P=0.029)呈正相關；與PTH(r=-0.869，P=0.000)、Ca×P(r=-0.656，P=0.000)、β2-MG(r=-0.775，P=0.001)、β-CTX(r=-0.615，P=0.003)及TPINP(r=-0.720，P=0.000)均呈負相關。提示代謝性酸中毒通過誘導血PTH、β2-MG、β-CTX及TPINP等骨轉換指標的異常而誘發了ESRD患者CKD-MBD的發生。

本研究通過比較伴有代謝性酸中毒及不伴代謝性酸中毒的CKD5期未行腎臟替代治療患者Ca、P、Ca×P、PTH、β2-MG、β-CTX及TPINP等指標，并將SB分別與上述指標作相關性分析，結果發現SB與血Ca呈正相關，與PTH、Ca×P、β2-MG、β-CTX及TPINP呈負相關。提示代謝性酸中毒參與了未行透析治療CKD5期患者CKD-MBD的發生，而其可能機制是代謝性酸中毒誘導了成骨細胞與破骨細胞功能失衡。本研究由于研究病例數有限，希望有更大規模循證醫學的研究。