多种骨生化指标对骨折预后的研究进展

张健 安荣泽 齐新文

随着交通工具数量和速度的增加，高能量暴力引起的外伤病例激增，因此导致的不同部位、不同损伤程度骨折亦呈上升趋势。骨折的康复是漫长的过程，多方面因素均可引起骨折的延迟愈合甚至不愈合，对患者及家属的工作生活造成灾难性的打击[1-3]。有统计数据追踪骨折后连续生化指标表明，骨生化指标与骨折愈合生长存在一定相关性，对骨生化指标的变化进行分析，可以在骨折临床诊断、治疗、预后中起到一定的指导作用[4]。同时，亦有多篇动物实验研究试图通过改变血生化进而影响骨折的愈合[5]。骨折愈合是多种细胞参与，同时受内分泌、代谢等全身因素及局部信号分子调控的复杂病理生理及病理修复过程，如果能够通过这些数据的变化预测骨折延迟愈合及不愈合的风险，针对风险预先调整治疗方案，对于骨折临床治疗有着重要的意义。本文就骨折发生后及愈合过程中多种骨生化指标预测骨折愈合的研究进展做一文献复习。

1 骨生化代谢指标

在正常人体代谢中，骨组织都在不断地重建，该重建形式是成骨细胞促进骨形成和破骨细胞促进骨吸收在一种动态的平衡中进行的。骨折发生后，其愈合过程是机体的一种再生修复过程，是一面清除坏死组织，一面新生修复的过程（由膜内化骨与软骨内化骨共同完成），整个过程是持续的和渐进的，也可以理解为由暂时性连接到永久性坚固连接的过程[6]。从生化角度分析，骨折愈合主要涉及两个方面：有关骨折修复的各类细胞的增殖活动、有机基质的形成和无机盐的沉积[7]。骨组织由骨细胞和矿物质（主要是钙和磷）混合构成，正是这些矿物质使骨头具有坚实的物理性质。骨转换过程成骨细胞与破骨细胞的活性可以通过血生化代谢标志反映出来。规律、持续性测定血中相关生化指标具有快速、灵敏的特点，有助于判断骨代谢状态及骨重建是否平衡，可以预测骨折愈合程度及不愈合和延迟愈合的危险性。

1.1 骨形成生化指标

1.1.1 钙（Calcium，Ca）和 25-羟维生素 D3[25-（OH）2-VitD3] 钙是骨折愈合过程中最重要的元素[8]。钙元素通常以钙盐晶体的形式包含在基质小泡内，当分泌到周围基质中时，则会沉淀于胶原纤维的周围参与完成钙化，形成骨质[9-10]。在骨折愈合过程中，上述钙盐沉积的过程是一个重要的关键步骤，血液中钙、磷是以Ca2+和HPO4-的离子形式存在，两者的平衡组成相互作用的系统。成骨作用（钙盐在骨中沉积）和溶骨作用（骨中钙盐溶解）的正常进行是维持血液中钙磷含量稳定的重要环节；同时，血液中钙、磷含量又直接影响骨的钙化与溶解，当Ca3（PO4）2及CaCO3的浓度乘积升高时，钙磷就在骨的有机质中先形成胶体的磷酸钙，再沉淀为CaCO3和Ca3（PO4）2，即作为骨的无机盐成分沉淀于骨内，也就是说钙磷乘积的升高，有利于钙盐的沉积。因此，血清中钙、磷升高，必然会使钙磷乘积升高，从而促进钙盐沉积，则可以认为骨折后处于逐渐愈合的过程。钙、磷在骨折愈合中起到非常重要的作用，在两者代谢方面，维生素D则是重要的骨代谢调节激素之一，能够促进钙的吸收、重吸收并促进钙在骨骼的沉积，为骨质矿化提供合适的微环境[11]。维生素D可以作用于成骨细胞，促进合成非胶原蛋白，提高碱性磷酸酶的活性，刺激生长因子和细胞激动素的合成，促进骨折后骨的形成和矿化[8]。但维生素D通常难以直接测得，血清25-（OH）2-VitD3是反映体内维生素D营养状态的灵敏指标[12-13]。因此，通过对血清中25-（OH）2-VitD3的测量可以反映出骨折后骨代谢发生的变化，进而明确了解骨折愈合的程度。

1.1.2 降钙素（Calcitonin，CT）及降钙素原（Procalcitonin，PCT） CT是人体调节骨钙代谢的另外一种内源性激素，可以抑制破骨细胞的活性和增生，抑制骨吸收，降低骨转换率，直接作用于成骨细胞促进骨形成，有效增加钙元素向骨的转移，改善骨结构[14]。有研究通过对比骨折术后患者是否使用CT对骨折愈合的影响，发现术后联合应用CT，具有功能恢复好，延迟愈合及不愈合的并发症少等优点，同时能防治骨质疏松症，降低再次骨折的风险，提高患者生活质量，具有良好的临床适用性[15-16]。PCT是CT无活性的前肽物质，对感染性疾病有早期诊断的作用，且具有较高的特异性和灵敏性[17-18]。有研究表明，对于PCT增高的患者，血液白细胞（WBC）、血沉（ESR）、C-反应蛋白（CRP）这些传统的炎症指标均比正常组显著升高，可以作为分析感染所导致的骨折延迟愈合或不愈合的早期诊断标准[19-20]。

1.1.3 骨特异性碱性磷酸酶（NBAP） NBAP是成骨细胞表面的一种糖蛋白，可以用来预测和评价骨代谢平衡，具有一定特异性和敏感性。曹燕明等[21]的研究表明通过监测NBAP的变化，可以预测骨质骨量的变化，是一种敏感的测定骨转换的标志物，骨折后进行定量测定和动态观察可为控制骨吸收的治疗提供依据，但在预测高风险骨折延迟愈合和不愈合病例的应用上尚无明确的报道，同时，临床上骨软化症佝偻病原发性甲旁亢、前列腺癌或乳腺癌等疾病会影响碱性磷酸酶的测定，如何避免该因素干扰仍需进一步研究。

1.1.4 骨形态发生蛋白（Bone Morphogenetic Protein，BMP） BMP的作用主要包括改建间充质细胞、刺激其分化、加强细胞外基质的合成及维持成骨细胞表型几个方面[22]。研究表明，BMP-2在骨折早期骨痂形成中具有重要作用，其诱导成骨的生物学作用和长期效果也已被证实，它能促进骨折后骨生长，促进骨间隙的愈合[23-24]。该物质表达量减少是造成愈合延迟的重要影响因素。BMP家族成员众多，其中BMP-2及BMP-7两种蛋白对骨创伤及其修复的作用研究得较为深入，临床目前研究以骨形成过程的细胞级联反应为特征[25]。

1.2 骨吸收生化标志

1.2.1 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPS） 在骨折愈合的炎症期修复期和塑形期，胶原的生成有时间上的顺序性，并且相互之间还具有调节作用。MMPS是一类酶活性中心，含有锌离子、蛋白结构相似、编码基因与胶原酶基因同源的蛋白分解酶家族[26]。孙伟方等[27]研究表明，病理状态下MMPS活性增强后，通过水解在骨重建过程中加速骨降解和吸收，减缓了愈合进程，引起骨折的延迟愈合甚至导致不愈合。目前，MMPS多见于骨质疏松方面的研究，有研究表明，随着骨密度的降低，MMP-2及MMP-9呈现升高趋势，绝经后女性表现更为明显，而骨折后该指标的改变尚无明确结论。

1.2.2 羟脯氨酸（hydroxyproline，HYP） HYP是一种含量稳定的特异性非必须氨基酸，具有多种重要的生理功能和独特的生物活性，是人体胶原蛋白的主要成分。在骨骼遭到破坏时，骨胶原代谢速度加快，其中HYP有着重要的生理功能[28]。但在临床上中，由于结缔组织等分解代谢、食物中蛋白质种类及含量的改变可能影响HYP的测量，故其应用于预测骨折愈合上缺乏特异性及敏感性，应用方面尚需进一步研究。

1.2.3 骨桥蛋白（osteopontin，OPN） OPN是一种非胶原基质蛋白，由成骨细胞、破骨细胞合成和分泌，参与细胞的增殖、骨重建和矿化、信号转导等过程。OPN含有一个精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列，该序列具有高度保守性，与细胞黏附相关。有研究表明，高OPN水平是骨折发生发展重要的危险因子，对骨折后的骨生长愈合也有着重要的影响，主要表现在负性调节增殖、促使OPN由活跃的生长状态转向成熟从而促进骨吸收、抑制骨矿沉积3个方面[29-30]。目前，尚未见关于骨桥蛋白应用于骨折预测的相关文献报道。

2 预测骨折风险的应用

大量的研究表明骨折后血生化及骨代谢指标有着明显的改变，而这些改变也因骨折愈合情况的不同而有些变化，对这些数据的分析可以用作预测骨折愈合情况的手段。目前研究表明上述指标作为骨折后血生化及骨代谢指标具有及时、灵敏、特异性高等优点，可以早期反映出骨的转换水平，预测骨折后发生延迟愈合甚至不愈合的风险，将多种生化指标结合分析，较单独通过某种指标及追踪影像学资料变化的方法提高了对骨折的预测力度[31]。但是，这些指标受机体其他因素的影响也必须考虑在内。

2.1 一般情况 儿童由于骨骼生长发育的原因，骨生成生化指标比成年人要高，男性成年后指标趋于稳定，而女性随着月经周期而出现一定的改变，这方面在围绝经期及生育哺乳期间则表现的更加明显，前者受孕激素、雌激素影响，后者则由于增加了母体骨骼的负担和需提供婴儿生长发育所需要的钙[32]。另外，随着年龄的增长，骨转化发生负平衡，骨吸收大于骨形成，造成骨量的丢失，骨的结构和形态发生改变，因而导致骨质疏松，不仅增加了骨折的风险，更影响了骨折后愈合情况。范永前等[33]以老年股骨粗隆骨折为研究对象分析认为骨代谢生化指标能够及时灵敏地反映短期骨代谢的情况，但应区别于中青年的骨生化的改变程度和预后判断。

2.2 药物和疾病 长期使用利尿剂、避孕药等药物可以影响机体多种指标，骨折后相关生化指标自然也在其列，而激素相关药物治疗，如激素替代、雌激素调控等，甚至可以在排除其他因素影响下改变骨转化指标70%以上，改变幅度高于骨折后的生化指标的变化，对其预后的判断造成极大的干扰[34]。不同药物、不同剂量、不同身体状况时这些指标的改变幅度均有所不同，骨相关疾病，如骨质疏松、骨肿瘤、骨性关节炎、风湿性骨病等影响则更大[35-36]。这些为骨生化指标与骨折预后之间关系的研究造成了一定影响，也是该方向理论应用于临床受限的重要因素之一。

3 小结

综上所述，骨代谢生化指标易于无创测得，同时由于具有及时、灵敏、特异等优点，可以早期反映出骨的转换水平，预测骨折发生的风险性，同时从样本采取及经济方面也可得到患者及家属的认可，现已经广泛应用于基础和临床研究。但查阅国内外文献，目前仍没有关于多指标联合应用预测骨折预后的明确标准。将多种骨相关生化代谢指标结合来预测骨折预后，评估发生骨折延迟愈合及不愈合的风险，是否比单一的骨生化代谢指标更精确，或者可以有效避免年龄、性别、疾病、药物等干扰影响，目前尚未见大量文献报道。如果能将多种骨代谢生化指标相结合，找到一个能尽可能准确预测骨折预后的标准，则可以有针对性地进行治疗，降低出现骨折延迟愈合及不愈合的可能，减少医患纠纷及减轻患者经济压力。

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