不同骨密度骨質疏松性椎體壓縮骨折骨組織形態與骨代謝標志物分析

張蕓 張業峰 王磊 李志超 王文波 薛景才*

1.山東中醫藥大學中醫學院，山東 濟南 250012 2.山東大學附屬省立醫院，山東 濟南 250012 3.山東中醫藥大學第二附屬醫院骨外科，山東 濟南 250012

隨著人類社會老齡化，骨質疏松骨折的發病率逐年上升，給國家和社會帶來嚴重的負擔，已成為世界主要關注的社會問題[1-2]。骨質疏松癥是一種以骨量降低、骨組織微觀結構破壞，進而導致骨折風險增高的骨骼疾病。骨顯微結構與松質骨骨強度密切相關，是脆性骨折的決定因素[3]，雖然骨密度(bone mineral density，BMD)是檢測目前診斷骨質疏松癥的金標準[4]，但由于其無法直接反映骨微觀結構的變化[5]，存在一定的局限，而活檢及其骨組織形態學觀察可以揭示骨的微觀結構變化[6]。

與長骨骨折愈合方式不同，松質骨愈合過程中不但會出現多階段重疊現象，而且存在延遲愈合甚至骨壞死現象[7]。骨代謝標志物有助于定量監測骨代謝率，提高骨折愈合評價效率[8]，對明確骨質疏松性椎體壓縮骨折(osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF)的發病機制、愈合及預后具有重要意義[9]。Granchi等[10]通過測量血清中骨代謝標志物的濃度對長骨骨折進行了研究，但考慮到椎體骨折與長骨骨折的差異，對于OVCF缺乏足夠的骨組織學分析和骨代謝研究，文獻報道較少，其真正的病理變化不明。本研究回顧了山東中醫藥大學第二附屬醫院近5年來所有的OVCF患者資料，研究了不同骨密度骨折椎體內部骨組織形態學特征和骨代謝動態變化。

1 資料和方法

1.1 一般資料

選擇2014年3月至2019年3月在山東中醫藥大學第二附屬醫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線吸收測量法(DXA)檢查，證實存在新鮮骨折及骨質疏松。納入標準：(1)年齡≥50歲，骨密度T值≤-2.5 SD；(2)椎體脆性骨折，椎體成形術時常規進行活檢；(3)隨訪時間3個月以上。排除標準：既往長期服用影響骨代謝藥物者，存在內分泌系統疾病者，脊柱腫瘤和脊柱結核者等。

最終共有136例患者符合入組標準，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：多發椎體壓縮骨折患者選取壓縮最嚴重節段進行活檢?；颊吒┡P位，局麻下經椎弓根入路，使用14 G骨活檢環踞于椎體內骨折區域，鉆取0.5～1 cm大小松質骨標本[11]。標本常規脫水、脫鈣、石蠟包埋、切片、蘇木精-伊紅染色，由經驗豐富的病理學醫師在顯微鏡下進行切片觀察，所有結果由資深病理學家進行解釋。

1.2.2定性分析：所有體積測量均采用點計數法進行，使用Image Pro Plus測量軟件進行定量分析(Image Pro Plus，Media Cybernetics，Inc)。據美國骨礦物研究協會提出的標準命名法(ASBMR)[12]，骨組織形態計量學靜態參數：骨小梁寬度(Tb.Wi，μm)，骨小梁數目 (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數 (Tb.Ar/T.Ar，%)。動態參數：松質骨體積/組織體積(BV/TV，%)，編織骨體積/組織體積(WBV/TV，%)，軟骨內骨體積/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，%)，類骨質表面/骨表面(OS/BS，%)和類骨質厚度(μm)。

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

1.3 統計學分析

2 結果

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。三組人口統計學特征詳見表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計學意義(P<0.05)，三組之間的年齡差異無統計學意義(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。兩組間平均骨折時間和BMI差異無統計學意義。

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 骨組織病理學觀察及組織形態學分析

所有病例均行活檢，136個活檢標本適于鏡下觀察及組織形態學分析，均未發現腫瘤或結核。為了反映骨折椎體內部的微結構及組織學變化特征，進行了光鏡下病理觀察及骨組織形態學分析，結果見圖1～3。

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

圖2 不同骨密度下骨組織形態靜態參數分析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動態參數分析Fig.3 Dynamic parameter analysis of bone tissue morphology under different bone mineral density

所有標本均表現為嚴重骨質疏松，BV/TV降低(平均值為11.09%)。隨骨質疏松程度的加重，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組達到峰值[(15.52±2.15)%]。EBV/TV和FV/TV在Ⅰ組達到峰值[(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組達到峰值[(13.93±3.28)%]。見表2、3。

表2 三組患者骨組織形態學靜態參數分析Table 2 Static parameter analysis of bone histomorphometry in three groups

表3 三組患者骨組織形態測量動態參數分析Table 3 Dynamic parameter analysis of bone histomorphometry in three groups

2.3 骨代謝標志物血液動力學變化

通過測量骨代謝標志物可反映成骨細胞和破骨細胞的活性(表4、圖4)，骨代謝指標水平顯示，Ca及ALP水平不同組間波動不明顯，差異無明顯統計學意義；成骨及破骨活性均在Ⅱ組達到峰值，隨后進入平臺期，其中骨鈣素(OST)峰值為(24.42±3.74) ng/mL；Ⅰ型膠原交聯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

完整的骨小梁網狀結構對于維持骨強度峰值必不可少[14]。與骨量的損失相比，骨小梁的損失對骨強度的影響更大[15]，椎體骨折患者骨小梁的骨折率是未骨折患者的4倍[16]。在松質骨顯微結構研究方面，目前主要集中于通過髂嵴骨小梁進行測定[17]，缺少對骨質疏松性骨折的好發部位如椎體的專門研究。

本研究發現除因骨折原因導致的松質骨微結構破壞外，尚存在骨小梁數目減少，厚度變薄，間隙變寬，排列不規則甚至無序排列等現象，表明骨質疏松越嚴重，骨小梁受壓就越大，對椎體微結構的支撐能力就越弱，這可能解釋了為什么BMD越低，椎體成形術后發生新的脊柱壓縮骨折的風險就越高[18]。

此外，隨著骨質疏松程度的加重，骨折椎體內會出現骨壞死現象，病理標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骨。究其原因可能為骨質疏松導致骨結構強度明顯下降，無法為骨折愈合提供足夠穩定的環境，這解釋了骨質疏松可能是導致骨折延遲愈合或不愈合的一個原因。因此，在OVCF的治療中，通過系統抗骨質疏松治療，為骨折愈合提供穩定的狀態顯得尤為重要。

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

研究結果顯示，松質骨骨顯微結構及骨代謝動力學變化是評估OVCF愈合的重要因素，顯微鏡下觀察及骨組織形態分析能真實反映骨組織內部顯微結構的變化，而骨代謝動力學則可以對骨折愈合能力進行動態檢測，這有助于明確患者骨質疏松的具體狀態，對骨質疏松的預防與治療有著不可或缺的價值與意義。

本研究不足之處在于，首先納入的樣本量較?。黄浯?，所取病理活檢標本來源于骨折椎體，僅僅反映了病變椎體內微觀結構，由于骨折椎體內骨小梁微觀結構破壞，不足以代表患者整體骨質疏松狀態。另外，在MRI和計算機斷層攝影中，也沒有詳細評估松質骨微結構的特征。因此，在今后的研究中，將嘗試重點分析骨質疏松性椎體壓縮性骨折愈合過程中病理學及影像學特征，以獲得更準確的結果。