股骨粗隆间骨折患者手术前后骨代谢、骨密度和骨强度变化研究

刘伟，张旭，范永前，朱炯，沈海敏，林伟龙

(复旦大学附属华东医院骨科，上海 200040)

股骨粗隆间骨折患者手术前后骨代谢、骨密度和骨强度变化研究

刘伟，张旭，范永前*，朱炯，沈海敏，林伟龙

(复旦大学附属华东医院骨科，上海 200040)

目的观察股骨粗隆间骨折患者手术前后骨代谢、骨密度和骨强度的变化，指导术后骨质疏松及骨折的治疗。方法40 例女性股骨粗隆间骨折患者纳入研究，测定入院后次晨及术后3个月的骨代谢指标(Ⅰ型前胶原基端前肽、血清Ⅰ型胶原C端肽、血清骨钙素、甲状旁腺激素、25-羟基维生素D)，同时行髋关节骨密度、髋关节骨强度测定，应用SPSS18.0分析软件，对术前及术后3个月上述指标进行统计学分析。结果术后3个月Ⅰ型前胶原基端前肽水平较术前明显升高，血清Ⅰ型胶原C端肽和甲状旁腺激素较术前下降，三者差异具有统计学意义(P<0.05)；术后3个月，髋关节骨密度、骨强度轻度下降，但与术前比较差异无统计学意义。结论术后3个月，股骨粗隆间骨折患者骨代谢虽然较术前增加，成骨明显，但是骨密度、骨强度无明显改变，仍应加强抗骨质疏松治疗，同时注意防护，避免发生再次骨折。

老年；股骨粗隆间骨折；围手术期；骨代谢；骨密度

随着社会的老龄化，骨质疏松的发病率日趋增高，轻微外伤即可使严重的骨质疏松患者出现骨折，如髋部骨折和脊柱压缩性骨折，常导致较高的死亡率及致残率[1]，预计到2050年全球因骨质疏松骨折的人数将达到626万[2]。此类骨折治疗的重点是治疗骨质疏松，以往诊断骨质疏松症的“金标准[3]”是双能X线吸光测定法(dual-energy X-ray absorptionmetry，DXA)测量骨密度(bone mineral denity，BMD)，由于骨密度提供的只是静态参数，而骨代谢指标可以动态对骨代谢进行精确的评估[4]，所以临床上常结合骨密度和骨代谢，对骨质疏松患者的诊疗进行监测。随着对骨质疏松疾病理解的加深，2001年美国国立卫生院对骨质疏松的定义更改为“以骨强度下降、骨折风险增加为特征的骨系统疾病”[5]，骨质疏松不仅是骨量的变化，更重要的是骨质(骨结构、性能)的改变。骨强度综合反映了骨的数量和骨的质量，相对于骨密度而言，骨质疏松患者更应监测骨强度。骨强度是一个综合的概念，其中骨结构的几何学形态是尤为重要的，通过测量骨结构因素决定的生物力学参数，我们能获得骨结构的大致骨强度，髋关节结构分析软件(hip strength analysis program，HSA)就是目前常用的一种方法，它通过二维的双能X线骨密度仪来测量近段股骨形态结构，通过计算机软件转换从而获得骨强度的参数，常用指标为横截面转动惯量(cross-sectional moment of inertia，CSMI)、截面模量(section modulus，Z score)、抗弯率(buckling ratio，BR)[6，7]。目前国内对于骨质疏松患者结合骨强度的相关研究较少，尤其是由骨质疏松引起的骨折患者围手术期的研究更少。本文对骨质疏松引起的老年股骨粗隆间骨折患者围手术期进行骨代谢、骨密度及通过HSA获得的骨强度的变化进行观察，探索股骨粗隆间骨折患者围手术期三者的变化规律，并希望能根据结果对骨质疏松性骨折患者的术后康复及骨质疏松症的治疗给予一定的建议。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2012年12月1日至2013年3月30日经我院手术治疗的老年股骨粗隆间骨折患者43 例(为排除性别差异，纳入实验者全为女性)，排除合并其他严重影响骨代谢的疾病，如肝、肾功能衰竭、类风湿性炎节炎、强直性脊柱炎、骨肿瘤或甲旁亢等内分泌疾患，且入院前半年内不曾应用影响骨代谢的药物，如二膦酸盐、降钙素、雌激素替代治疗或长期激素治疗等。本组患者年龄61～93 岁，平均(79.6±8.6) 岁；身高1.45～1.72 m，平均(1.579±0.088) m；体重42.5～67.8 kg，平均(55.03±3.99) kg。所有患者均为不慎跌倒所致骨折。手术由同一组医生完成，术中均使用股骨近端防旋髓内钉装置进行骨折内固定。术后嘱患者6周内不负重功能锻炼，并嘱患者术后3个月清晨空腹来院复诊，出院后坚持服用活性维生素D和补充钙剂。本临床试验的方案已通过医院伦理道德委员会审批，入院时对每位患者进行告知，并签署知情同意书。

1.2 骨代谢的测定 患者入院后次日早晨及术后3个月复诊时，以肝素抗凝的真空采血管取患者空腹外周静脉血5 mL，立即放入-8℃的冰箱内冷藏保存、备检。检测指标为常用的Ⅰ型前胶原基端前肽(N-terminal peptide of type Ⅰ collagen，PINP)、血清Ⅰ型胶原C端肽(C-terminal cross-linking telope ptides of type Ⅰ collagen，CTX)、血清骨钙素(osteocalcin，OC)、甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)、25-羟基维生素D[25-hydroxy vitamin D，25-(OH)D3]，均采用美国罗氏公司E170型全自动电化学发光免疫分析系统及其配套的Elecsys试剂盒，其批内、批间变异系数均小于5%。

1.3 骨密度的测定 患者入院后次日及术后3个月复诊时，使用美国HOLOGIC公司的Hologic Discovery A型号(Hologic，Waltham，MA，USA)双能X线骨密度仪对健侧髋关节进行骨密度测量，应用骨密度分析软件(APEX system software version 3.2)测算相应部位BMD值，测量部位包括股骨颈、粗隆间和股骨大粗隆。骨密度仪由同一名技师操作。1.4 骨强度的测定 患者入院后次日及术后3个月复诊时，利用双能X线骨密度测得的数据，使用其配套的HSA计算得出髋关节骨强度数据，经过HSA软件转换分析，即包含股骨颈最狭窄部分的狭窄股骨颈区(narrow neck，NN)、包含颈干角二等分线在内的股骨粗隆间区(intertrochanter，IT)以及距离股骨颈与股骨干轴线相交点的距离是股骨颈最小宽度1.5倍距离的股骨干区(shaft，S)。测量股骨颈、转子间和股骨干的CSMI、Z值、BR指标。HAS软件操作由同一名技师完成。

2 结 果

43 例患者中，1 例患者术后2个月因脑卒中去世，3 例患者术后3个月失访，失访率为7%，39 例患者纳入最终研究。

2.1 骨代谢 术后3个月，PINP较术前明显增高，而PTH却较术前明显下降，均具有统计学意义(P<0.05)。CTX、25-(OH)D3、OC与术前相比，差异无统计学意义(见表1)。

表1 术前及术后3个月骨代谢比较

2.2 骨密度 术后3个月，股骨颈、大粗隆及粗隆间的骨密度与术前相比度下降，经统计学分析，不具有统计学意义(P>0.05)(见表2)。

2.3 骨强度 术后3个月，股骨颈、转子间及股骨干的CSMI、Z值、BR与术前相比，轻度下降，经统计学分析，不具有显著性差异(P>0.05)(见表3)。

表2 术前及术后3个月骨密度比较

表3 术前及术后3个月骨强度比较

3 讨 论

随着骨强度概念的引入，骨质疏松的治疗和监测已从过去单纯的关注骨量转变成了更加关注骨质，关注骨骼的生物力学性能。通过DXA，我们能获得骨骼的骨密度，但是由于DXA是一种对三维物体进行二维测量的方法，我们无法获得骨骼几何和结构的信息。骨密度实质上是骨强度的一定反映，骨强度由多方面因素组成，其中最重要的一个就是骨结构的几何学形态，通过测量几何学形态，我们可以测量由它们决定的生物力学参数来估计骨强度。HSA系统是一种通过DXA测量股骨近端结构、通过计算机转换获得生物力学性能的方法，它既是对髋关节进行结构的分析，同时又是对髋关节进行力学的分析，所以已经被广泛应用于骨质疏松研究[8-10]。对于类似股骨的长管状骨，在体内主要受到轴向加压和屈曲的作用力。HAS系统中，需要进行测量的数据有CSMI、Z、BR(见图1)。CSMI是管状骨的皮质骨内外径到中心轴距离的四次方的差值，它不仅仅表示皮质骨的骨量，更重要的是表示皮质骨围绕中心轴线的分布情况。相对于内径而言，皮质骨外径的增加将明显增加CSMI，从而增强管状骨的抗折曲能力。Z是CSMI与管状骨截面中心到边缘的距离的比值，它是截面的生物力学指标，与截面的最大抗折曲强度相关，我们可用于预测骨强度。BR是管状骨截面的半径与皮质骨厚度的比值，也用于预测骨强度，但是与Z值相比，BR能更好地反应骨强度，因为Z值有可能对于皮质骨较薄的骨强度出现过高估计。本实验中，我们将对患者术前、术后的股骨颈部、转子间、大粗隆部的骨密度数值经过HAS转换，对股骨颈、转子间、股骨干均进行了CSMI、Z、BR测量，发现术后3个月测量区域的骨密度、骨强度却出现了一定程度的下降，但是无统计学差异。按照Woff定律，对一个成型的骨骼来讲，其本身成分的定形与变形随功能性压力的方向而定，其增加或减少的质量可以反映出压力的大小。考虑术后早期较长时间的卧床，以及患肢在非负重状态下进行功能锻炼，股骨未进行有效的生理负荷，出现了骨密度的一定下降，结构影响力学性能，从而引起骨强度下降。虽然术后6周后患肢可开始逐步过渡至负重锻炼，骨密度及其伴随的骨强度随之出现上升，但增加有限，与术前比较仍无明显改善。

注：Ro为皮质骨外径到中心轴的距离；Ri是内径至中心轴的距离；c是管状骨中心点到皮质骨外缘的距离；t是皮质骨的厚度

图1 横截面转动惯量、界面模量、抗弯率计算示意

骨质疏松的发生就是骨吸收和骨形成失去了质与量的平衡。以往临床上骨质疏松的诊断及治疗监测主要依靠骨密度，但由于其反映相对长时间内的骨量情况，存在一定局限性，特别是对股骨粗隆间骨折患者，围手术期需要关注骨折愈合过程中的骨转换状态。骨代谢的过程就是骨吸收与骨形成的过程[11]，骨代谢生化指标可以敏感地反映短期内的骨代谢情况，而骨密度则可以在相对长的时间内保持恒定，反映骨代谢的形态结果，所以对于骨质疏松引起的股骨粗隆间骨折患者，更应该结合骨密度与骨代谢进行围手术期的监测。

PINP、CTX、OC、PTH及25-D3是常用的骨代谢指标。PINP是成骨细胞合成骨组织中Ⅰ型胶原的前体，反映成骨细胞的活动和骨形成过程；而CTX由成熟Ⅰ型胶原部分降解产生，是评价破骨细胞活性和骨吸收最有价值的方法之一[12]，两者是临床研究首选的骨转换指标[13]。研究[14-16]发现，两者在骨折后早期开始均有明显升高，随后CTX缓慢下降，大约在骨折后第52周恢复到原始水平，而PINP在1年内都维持升高状态，并且CTX的改变早于PINP，表明在骨折早期，破骨活动先于成骨活动发生，骨折愈合以骨吸收为主。本研究中，患者术后12周血清PINP水平较术前有显著升高，CTX水平较术前下降，与既往的文献相符，说明在骨折愈合早期机体存在活跃的骨形成活动。本组患者CTX水平术后3个月已基本降至正常水平，下降较明显，考虑因内固定物减少了骨折断端间的移动、提供了骨折断端间的稳定，骨折端骨吸收活动减弱[17]。PTH可以刺激破骨细胞形成并且活化，已有大量研究[18，19]发现PTH水平影响股骨粗隆间骨折的发生率以及骨折后的愈合率[20]。当PTH水平下降时骨转换减少[21]，而低水平的骨转换造成的损伤积聚会降低骨组织的力学性能，使骨质量降低，骨折风险也会随之增加[22]。已有研究发现PTH的时相性分泌紊乱造成了骨质疏松患者的骨量流失，间断性应用完整片段的PTH1-84或者人重组活性PTH片段PTH1-34即可以纠正这种紊乱状态，从而起到激活成骨细胞，促进新骨形成，大幅增加骨密度的作用[23-25]。本研究中我们发现患者术后PTH水平显著降低，提示术后患者的骨质量可能会有所降低，骨折愈合变缓，愈合后出现再次骨折的风险可能也会随之增加。血清骨钙素由成熟的成骨细胞合成并分泌，反映骨形成速率的特异性指标之一[25]。维生素D促进肠道的钙吸收，增强肌肉力量，降低骨质疏松性骨折风险[26]，还能降低PTH水平[20]。术后3个月，25-(OH)D3及OC与术前相比无明显变化。Ivaska等人[27]对年龄为(77.8±2.0) 岁的有低能量创伤史但无明显骨折人群的随访研究发现，受伤后4个月时的血骨代谢指标水平与基线水平无显著性差异，所以我们认为本研究中血骨代谢指标的变化是由骨折创伤和手术干预共同作用的结果，而不是老年人随年龄增长而产生的自然变化。

通过此次研究，我们发现股骨粗隆间骨折患者术后3个月，骨代谢加强，成骨明显增强，但是PTH提示骨转换已出现了下降，髋关节骨强度及骨密度与术前相比无明显差异，说明骨折部位虽有成骨，但骨质、量未发生变化，骨强度无明显改善。术后3个月，临床上往往允许患者进行患肢部分负重下功能锻炼，结合以上研究发现，我们认为此时患者骨质量、骨强度与术前无改变，仍有较高的骨折风险，更应提高对骨质疏松的认识以及对治疗的依从性，同时应加强功能锻炼时的保护，建议使用助步器等辅助设备，避免功能锻炼时跌倒引起再次骨折。

本研究存在一定的不足，由于随访时间较短以及入组人数较少，未能观察到大样本量及术后骨代谢的较长期变化过程，使用对侧髋关节的结果替代患侧髋关节，结果可能存在一定的偏差，同时因男女性骨质疏松的类型有一定差异，故本实验未能纳入男性患者，所以无法了解性别间的差异。在下一步的研究中，我们将继续原先患者的随访，同时纳入更多的研究对象，进行性别分组，获得的结果将对原先的随访结果进行后续的补充和更正。

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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

上海市卫生局项目(2009037)；*本文通讯作者：范永前

R683.42

：B

2013-12-24

刘伟(1980- )，男，主治医师，复旦大学附属华东医院骨科，200040。