血清瘦素及骨轉化指標與下肢長骨骨折伴急性脊髓損傷患者骨折愈合的關系

陳游，李斌，戴攜，文妙

(長沙市第四醫院 神經脊柱外科，湖南 長沙 410000)

脊髓損傷(spinal cord iniury，SCI)是目前一個長期而緊迫的公共衛生問題，會引起骨代謝的急性改變，造成骨礦化減少和骨骼微結構退化等[1]。例如有文獻[2]報道，SCI可能導致各種激素分泌紊亂，進而增高血清骨誘導因子水平，如骨鈣素和瘦素等。瘦素最初被發現是一種調節食物攝入和能量消耗的因子，是肥胖基因的循環蛋白產物，由脂肪細胞合成和分泌[3]。作為一個重要的激素調節因子，瘦素不僅影響脂質代謝，還會影響骨代謝過程，包括促進成骨細胞的分化，抑制成骨細胞的凋亡和破骨細胞的形成等[4]。在骨折伴SCI患者中，血清瘦素可能是脂肪組織、神經內分泌系統和骨系統變化之間的重要聯系分子。目前，許多研究都支持瘦素對骨折愈合的積極作用[5]。然而關于瘦素在SCI后骨重塑中的作用一直存有爭議。故本研究通過收集長骨骨折伴急性SCI患者的臨床數據，進一步分析血清瘦素、骨轉化指標的變化與骨折愈合的關系，以探討SCI對骨形成的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年3月至2021年2月我院收治的127例下肢長骨骨折患者為研究對象，SCI的類型和程度由計算機軸向斷層掃描和MRI確定，所有患者都通過美國脊髓損傷協會(Aerican Spinal Injury Association，ASIA)評級進行評估。根據是否伴有SCI分為兩組，其中SCI組67例，男59例，女8例；年齡26～85歲，平均(63.28±14.41)歲；ASIA評級A級∶B級∶C級∶D級=8∶28∶19∶12。不伴有SCI的骨折患者60例作為骨折組，男51例，女9例；年齡31～87歲，平均(61.60±14.23)歲；所有骨折組患者ASIA評級為E級。納入標準：經X線、MRI影像學檢查等確診為下肢長骨骨折；心、肝、腎等重要臟器功能正常；無脊柱手術史；臨床資料完整；依從性良好，配合程度高。排除標準：合并其他骨相關疾病、先天性脊柱發育畸形、惡性腫瘤、嚴重器質性疾病、血液系統疾病、急慢性感染、自身免疫性疾病或長期應用免疫抑制劑者；有脊髓或顱腦損傷史者。所有患者均為單純股骨或脛骨干骨折，均采用閉合順行擴髓髓內釘技術進行治療。這些病人在同一個康復中心接受了隨訪。另外，還納入了同時期因跌傷或創傷在我院進行檢查排除骨折的志愿者60例作為對照組。3組性別、年齡等一般資料比較差異均無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。參與者年齡均≥18歲，研究獲得當地研究倫理委員會的批準。所有參與者或授權的家屬均被給予口頭和書面信息，然后遞交書面同意書。

1.2 血清瘦素和骨轉化標志物水平檢測

分別于術后1 d、7 d和14 d時采集受檢者的空腹靜脈血5 ml，靜置30 min后以3 000 r·min-1離心10 min，留取血清于-80 ℃超低溫保存。采用酶聯免疫吸附法檢測血清瘦素水平，采用電化學發光免疫法檢測骨轉化標志物水平，包括Ⅰ型膠原蛋白C末端交聯肽(C-terminalcross linked peptide，CTX-1)、骨特異堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，BALP)、1型膠原蛋白氨基端前膠原肽(type-1 procollagen N-terminal，P1NP)、骨鈣素(osteocalcin，OC)。

1.3 骨密度(BMD)測定

在治療后1 d、7 d和14 d通過美國邁爾思骨密度檢測儀評估BMD。所有掃描均按照標準化程序進行，并記錄T值，其中骨質疏松定義為T值≤-2.5，骨質減少定義為-2.5

1.4 臨床和影像學隨訪

在術后3個月時，對骨折愈合程度進行臨床和放射學評估。在隨訪檢查中，對所有患者拍攝標準的前后位和側位X光片。此外，由2名未參與研究的放射科醫師對骨折實變進行評分，并通過Lane-Sandhu評分對骨形成、骨重塑、骨連接進行評估。骨折愈合延遲判斷標準：在術后3個月復查X射線時顯示骨痂極少生長或完全不生長，幾乎無愈合傾向，斷端骨質部分出現硬化、間隙(0分)；1～4分者則為骨折愈合正常。

1.5 統計學處理

使用SPSS 26.0軟件處理所得數據，連續變量先進行正態性檢驗，若符合正態分布，則以均值±標準差表示，進行單因素方差分析、重復測量方差分析或t檢驗；否則以中位值(四分位值)表示，進行非參數檢驗。計數資料以率(%)表示，采用卡方檢驗。檢驗標準α=0.05，多組間的檢驗標準α由Bonferroni 后測法調整。經Logistic回歸分析模型分析脊柱骨折伴SCI患者骨折愈合的影響因素，并使用Spearman法評估各指標之間的相關性。

2 結 果

2.1 一般資料比較

3組受試者年齡、性別構成、吸煙史、飲酒史、體重指數等資料比較，差異無統計學意義(P>0.05)，說明3組具有可比性。此外，與骨折組相比，SCI組在SCI部位、受傷原因、損傷至手術時間等方面差異亦無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 3組一般資料比較Tab 1 Comparisons of the baseline data in three groups

2.2 3組受試者血清瘦素、骨轉化標志物水平比較

在術后1、7、14 d時，骨折組和SCI組血清瘦素水平均高于對照組(P<0.05)；在術后7 d和14 d時血清CTX-1、BALP水平以及在術后1、7 d時血清P1NP和OC水平均高于對照組(P<0.05)。經兩因素重復測量方差分析，比較骨折組和SCI組患者血清瘦素、CTX-1、P1NP、OC、BALP水平差異：(1)時間效應：2組不同時間點血清瘦素水平比較差異有統計學意義(F時間=8.274，P<0.001)；(2)組別效應：2組血清瘦素水平比較差異有統計學意義(F組別=105.122，P<0.001)，在術后1、7、14 d時SCI組患者血清瘦素水平均高于骨折組(P<0.001)；(3)組別×時間的交互效應：2組血清瘦素水平在術后1、7、14 d時的變化趨勢差異有統計學意義(F時間×組別=4.565，P=0.012)。此外，2組不同時間點血清骨轉化標志物CTX-1、P1NP、OC、BALP水平差異有統計學意義(F時間=26.074、245.883、96.349、74.779，P<0.001)，但是2組之間血清CTX-1、P1NP、OC、BALP水平及術后1、7、14 d時變化趨勢比較差異則無統計學意義(F組別=0.800、0.902、0.545、0.849，P>0.05；F時間×組別=0.719、0.915、2.442、0.947，P>0.05)。見表2。

表2 3組受試者各時間點血清瘦素和骨轉化標志物水平比較Tab 2 Comparisons of serum leptin and bone turnover markers at different time points in three groups

2.3 兩組骨折患者術后3個月Lane- Sandhu評分比較

SCI組和骨折組患者Lane-Sandhu評分分別為3.00(2.00,4.00)和2.00(1.50,3.50)，SCI組患者Lane-Sandhu評分高于骨折組，差異有統計學意義(P<0.05)。

2.4 SCI組患者術后1 d血清瘦素水平與骨轉化標志物、BMD以及術后3個月Lane- Sandhu評分的關系

經Spearman法分析，SCI組患者術后1 d時血清瘦素水平與股骨頸BMD呈負相關性(rs=-0.492，P<0.05)，與Lane-Sandhu評分均呈正相關性(rs=0.724，P<0.05)。未發現同一時間點血清瘦素水平與骨轉化標志物之間的關系(P>0.05)。見圖1。

圖1 術后1 d血清瘦素水平與股骨頸BMD、術后3個月Lane-Sandhu評分的關系Fig 1 Relationship between serum leptin level and femoral neck BMD on the 1st day after operation and Lane-Sandhu score at 3 months after operation

2.5 單因素和多因素Logistic回歸分析影響患者骨折愈合的臨床因素

術后3個月X線復查有42例患者Lane-Sandhu評分依然為0分，視為愈合延遲，其中骨折組有24例，SCI組有18例。將術后3個月復查時是否發生骨折愈合作為因變量(骨折愈合延遲=1)，將年齡、性別、吸煙史、血清待測指標等作為自變量納入Logistic回歸模型，經單因素分析，伴有SCI損傷、術后1 d時股骨頸BMD和血清瘦素水平及術后3 d時的瘦素水平都是影響術后骨折愈合的臨床因素(P<0.05)。由于術后1 d和術后3 d時血清瘦素水平存在一定的關聯，因此我們僅納入術后1 d時的血清瘦素水平，經多因素Logistic回歸分析，術后1 d時股骨頸BMD和血清瘦素水平升高是影響術后骨折愈合的獨立保護因素(P<0.05)。見表3。

表3 單因素和多因素Logistic回歸分析影響患者骨折愈合的臨床因素Tab 3 Univariate and multivariate Logistic regression analysis of clinical factors influencing fracture healing

3 討 論

隨著社會現代化進程的推進，交通和建筑業的蓬勃發展，我國骨折發病率不斷增加[6]，而5.6%～44.3%患者會伴發急性SCI[7]。先前有研究[8]表明，SCI可能導致各種激素升高，這些激素顯著增加血清骨誘導因子，如骨鈣素和瘦素。瘦素是一種肽類激素，主要由脂肪細胞產生并作用于下丘腦，由肥胖基因編碼。本研究中我們發現，骨折組和SCI組患者術后血清瘦素、骨轉化標志物水平普遍高于對照組，而且SCI組患者血清瘦素水平升高更明顯，且在術后14 d內一直保持較高水平；而對于骨折組患者，隨著術后恢復時間的延長血清瘦素水平呈下降趨勢，在術后7 d時部分患者血清瘦素水平甚至降低至正常水平。此外無論是骨折組還是SCI組患者，術后血清CTX-1、P1NP、OC、BALP水平變化趨勢和變化程度基本一致，在術后7 d時升高達峰值，但隨后逐漸降低。

骨折愈合是一個多樣而復雜的過程，它涉及一系列有序而復雜的事件，從炎癥開始，然后是纖維組織和軟骨分化，最后是軟骨內和膜內骨化[9]。該過程涉及多種因素，例如生長激素、轉化生長因子和由骨骼生長和發育的傷口愈合過程組成的細胞外基質[10]。因此，骨愈合歸因于骨折部位骨痂的形成和穩定骨折部位的礦化兩個主要因素。近年來，大量的體內外研究表明，瘦素通過下丘腦和交感神經系統調節骨量，促進骨礦化，在骨代謝中發揮重要作用[11]。瘦素由脂肪細胞合成和分泌，最初發現作為飽腹感因子調節食物攝入和能量消耗[12]。作為一個重要的激素調節因子，瘦素不僅影響脂質代謝而且還可以調節骨量和促進骨礦化從而調節骨代謝。瘦素對骨骼系統的作用是復雜的，它至少參與2種不同的骨骼控制機制，對骨骼生長有直接刺激作用，通過交感神經系統下丘腦對骨骼形成有間接抑制作用，還能通過作用于下丘腦并增加交感神經輸出和成骨細胞表面的β2-腎上腺素能受體，對中樞神經系統發揮抗成骨作用，阻斷瘦素的中樞效應刺激骨形成來增加骨量。在本研究中，SCI組患者術后1 d 時血清瘦素水平與股骨頸BMD呈負相關性，說明患者血清瘦素水平在一定程度上反映了BMD。有研究證實，瘦素可限制骨的高轉換(骨吸收大于骨形成)而導致的骨丟失，而骨丟失則是影響骨折風險和骨折愈合延遲的獨立危險因素[13]。

除此以外，在SCI后通過激活內源性瘦素分泌可導致外周血清瘦素水平迅速升高，并且血清瘦素會維持較長一段時間的高水平，而升高的血清瘦素可誘導骨髓前體細胞分化和成骨細胞增殖，并加速骨折部位骨的礦化。Wang等[14]研究發現，瘦素對大鼠股骨骨折愈合有積極作用。本研究中SCI組患者術后3個月時Lane-Sandhu評分高于骨折組，說明伴有急性SCI的下肢長骨骨折患者骨愈合能力高于單純骨折組，而且SCI組患者術后血清瘦素一直處于較高水平，且遠遠高于骨折組，經Spearman法分析，SCI組患者術后血清瘦素水平與Lane-Sandhu評分保持正相關性，而且經單因素和多因素分析，術后1 d時的血清瘦素水平升高與患者術后骨折愈合呈獨立正相關性，且不受SCI的影響；說明無論是否伴有SCI，瘦素都是影響骨折愈合的獨立保護因素。這可能是由于SCI會導致彌漫性軸索損傷、挫傷、顱內血腫等直接損傷，進而影響下丘腦功能。腎上腺素通過刺激脂肪細胞合成并分泌瘦素，導致SCI組患者在急性期即可觀察到血清瘦素水平升高。

骨轉化標志物是反映身體內骨轉化情況的指標，在體液中的改變相對于BMD而言更早，可以及時反映全身骨骼骨吸收與骨形成的動態變化情況。OC和PINP可作為骨形成標志物，而CTX和TRAP可作為骨吸收的標志物[15]。骨重塑過程中骨代謝標志物的變化已被用于評估骨折愈合情況[16]。OC由成骨細胞、成牙本質細胞和肥大軟骨細胞合成，它是成骨細胞活性和骨轉換的高度特異性標志物。PINP是一種在肝臟代謝并在Ⅰ型原膠原合成膠原蛋白期間釋放的蛋白質，PINP水平直接反映了成骨細胞中膠原蛋白合成的過程和動態。值得強調的是，PINP被認為是早期成骨細胞的標志物，當這些骨細胞已經成熟并完全分化時，更好的標志物是OC[17]。本研究中骨折組和SCI組患者在術后7 d時血清CTX-1、P1NP、OC、BALP水平均較對照組普遍升高，但2組之間比較差異則無統計學意義。而且隨著術后恢復時間的延長，2組患者血清骨轉化標志物水平下降趨勢一致，說明SCI在急性期時對于骨代謝指標的影響可能不顯著。

綜上所述，對于伴有急性SCI的下肢長骨骨折患者，在術后14 d內血清瘦素一直保持較高水平，這可能是加速SCI組患者骨折愈合速度的主要因素之一。此外血清CTX-1、P1NP水平較低也與SCI組患者骨折愈合延遲有關，提示伴有急性SCI的下肢長骨骨折患者骨折愈合不僅受BMD、機械外力等影響，也受較高的血清瘦素、CTX-1、P1NP水平影響。本研究仍存在一定的局限性，例如病例數較少和SCI患者的多樣性，仍需要更多的臨床研究來進一步證實。