绝经后女性膝关节骨性关节炎与胫骨软骨下骨骨密度的相关性研究

艾尼瓦尔·艾赛特 迪里木拉提·巴吾冬

新疆医科大学第一附属医院影像中心，新疆 乌鲁木齐 830054

膝关节骨性关节炎(knee osteoarthritis，KOA)是世界上最常见的运动系统退行性疾病，KOA患者所出现的疼痛、致残严重影响生活质量，给家庭和社会带来了各种负担。其所需要的医疗费用巨大，在发达国家占GDP的1%～2%[1]。KOA是在机械性和生物性因素的作用下破坏了关节软骨细胞，软骨下骨内发生异常改变的结果，甚至累积关节全部组织。遗传、发育、新陈代谢、创伤及生物力学等危险因素导致关节软骨的软化、溃疡、缺失、软骨下骨终板的硬化和骨质象牙化、骨赘形成和软骨下骨囊变。当临床症状明显时KOA的变异以膝关节疼痛、压痛、关节活动受限为特征[2]。

在研究KOA时大多数报道将主要注意力集中在关节软骨的变化，但实际上软骨下骨也发生了显著变化。自1986年Radin[3]等首次提出软骨下骨可能在骨性关节炎的开始和进展中起作用后，目前对软骨下骨的研究已成为焦点之一。本文通过对绝经后女性膝关节骨性关节炎分级、年龄、股骨颈及腰椎骨密度与胫骨软骨下骨骨密度进行相关性分析，进一步了解胫骨软骨下骨在KOA进展中的变化规律。

1 材料和方法

1.1 研究对象

选取2017年7月至10月新疆医科大学第一附属医院就诊的绝经后女性KOA患者，共80例，45～92岁，平均65.0±11.1岁。纳入的对象均为年龄≥45岁，连续闭经12个月，同时没有明显的病理改变和生理原因的女性；排除因外伤、感染、肿瘤及代谢性疾病等引起的关节病变。

诊断标准：①1个月内膝关节经常疼痛；②X线关节边缘有骨赘形成和关节间隙明显变窄；③骨性关节炎性滑液(透明、黏性、WBC<2000/mL)；④年龄≥40岁；⑤晨僵≤30 min；⑥关节活动时弹响声；最少存在①、②或①、③、⑤、⑥或①、④、⑥，即可诊断为KOA[4]。

1.2 方法与测量

对所有研究对象行左膝关节X线摄片检查，由2名经验丰富影像学医师分别对左膝关节X线图像进行分析分组。根据Kellgren & Lawrence诊断标准(0级为正常；Ⅰ级为可出现唇样骨赘；Ⅱ级为明显骨赘，可出现关节间隙变窄；Ⅲ级为中度多发骨赘，关节间隙明显变窄，有些骨质硬化，可有骨质磨损；Ⅳ级为巨大骨赘，关节间隙明显变窄，骨质严重硬化，明显骨质磨损)将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级KOA分为A、B、C、D等4个组，每组各20例患者。采用GE Lunar Prodigy型DXA仪测量左膝关节、左侧股骨颈、腰椎的骨密度，将g/cm2作为计量单位进行详细记录。

1.3 图像分析

膝关节并非常规测量骨密度的部位，在检查技术方面尚缺乏测量规范的数据库，国外的研究也处于探索阶段。为测量胫骨软骨下骨骨密度，在左侧胫骨近端内、外侧分别设定感兴趣区(ROI)。因胫骨软骨下骨缺乏明确的解剖定位标准。本研究中ROI的划分方法参考国内外文献[5-7]，通过手工分别划分在胫骨近端内侧和外侧，分别标记为ROI 1和ROI 2。ROI为长方形，以腓骨头最高点作为参考点，其上缘紧贴胫骨近端关节骨面，高度为7 mm，宽度为15 mm。按照研究需求，分别测量每个感兴趣区的骨密度。所有测量者均接受统一培训后，按照统一的标准完成测量。

图1 胫骨软骨下骨感兴趣区(ROI1～ROI2)Fig.1 Regions of interest on the subchondral bone of the tibia

1.4 统计学处理

统计分析用SPSS17.0统计软件进行统计学处理。膝关节感兴趣区骨密度与KOA分级、年龄、腰椎骨密度、股骨颈骨密度行Pearson相关分析法进行相关性分析，组间比较用成组t检验分析，P<0.05为有统计学意义。

2 结果

2.1 80例受检者基本情况

本研究共纳入80例患者，平均年龄 65.0±11.1岁，平均体重(62.80±13.34)kg，平均身高158.1±8.1 cm，见表1。

表1 80例受检者基本情况Table 1 General information of the 80 subjects

2.2 胫骨软骨下骨骨密度与KOA分级、年龄、腰椎骨密度、股骨颈骨密度的相关性分析

根据测量结果，胫骨软骨下骨骨密度与KOA分级、年龄、股骨颈骨密度、腰椎骨密度进行相关性分析，结果见表2。结果发现，软骨下骨骨密度(ROI 1、ROI 2 骨密度)与KOA分级、年龄呈负相关，与腰椎及股骨颈骨密度呈正相关。

表2 胫骨软骨下骨骨密度与KOA分级、年龄、腰椎骨密度、股骨颈骨密度的相关性分析Table 2 Correlation among degree of KOA, age, BMD of the lumber spine, femoral neck, and subchondral bone of the tibia

2.3 四组患者股骨颈、腰椎及胫骨软骨下骨骨密度BMD比较

根据研究方案，4组的股骨颈、腰椎、ROI 1、ROI 2骨密度值比较，结果见表3。结果发现，4组在股骨颈、ROI1、ROI2骨密度上差异有统计学意义(P<0.05)，并ROI 1骨密度值比ROI 2骨密度值高，换言之随KOA分级的增加，KOA病情加重，胫骨软骨下骨骨密度减低。4组在腰椎骨密度上差异无统计学意义(P>0.05)。

表3 ROI 1、ROI 2、股骨颈、腰椎骨密度值与KOA分级比较Table 3 Comparison between BMD of ROI 1, ROI 2, femoral neck, lumber spine and degree of KOA

3 讨论

软骨和其下方的软骨下骨是关节的重要组成部分。软骨下骨由皮质终板以及其下方的骨小梁、血管和小梁间的腔隙组成。软骨下骨含有大量的动脉、静脉和神经。它们通过皮质终板的小通道给软骨提供营养。目前大量国内外研究证实软骨下骨和关节软骨是一个相互作用功能单位。软骨下骨通过吸收应力，缓冲震荡等生物力学作用保护其上方的关节软骨并维持关节的形状。软骨下骨的数量比关节软骨多，并弹性模量相对较低。在正常情况下软骨下骨可将缓冲30%左右的应力，则关节软骨仅能缓冲所受应力的1%～3%，因此，软骨下骨在缓冲震荡中起了主要的衬垫作用。

KOA的发生发展过程中在生物力学作用下胫骨软骨下骨的微结构发生了一系列改变。Intema等[8]通过动物KOA模型后的研究发现，早期关节软骨蛋白聚糖增多，软骨下骨及骨小梁厚度降低，发生骨吸收导致骨重塑加快。在晚期骨转换率增加，软骨下骨内发生微骨折，骨形成增加，骨赘和游离体形成，软骨下骨皮质终板硬化，但其下方的松质骨丢失严重，骨小梁进一步变薄。本研究结果显示，随KOA分级的增加，KOA病情加重，胫骨软骨下骨骨密度减低，并有显著差异(P<0.05)，并且胫骨软骨下骨骨密度与KOA分级及年龄呈负相关，换言之，随年龄和骨性关节炎病情的加重软骨下骨骨密度减低。这可能新生骨矿化不全和软骨下骨囊增多有关。在KOA的进展中由于关节负荷未减轻，为了保持力学性能，引起骨形成活跃。但新生骨组织矿化不全，故表现软骨下骨皮质终板硬化而单位体积骨密度下降。另外，关节退变后除了滑液通过皮质终板的小通道渗入下方的骨小梁内并形成软骨下骨囊以外，软骨下骨发生微骨折后损伤的血管未及时修复形成软骨下骨囊。本研究中发现胫骨软骨下骨骨密度均有下降，而胫骨软骨下骨不同部位的骨密度上有差异，胫骨平台内侧骨密度明显高于胫骨平台外侧(P<0.05)。马海涛等[9]通过Micro-CT扫描膝关节后发现内侧胫骨平台软骨下骨出现硬化，骨小梁体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数目较外侧胫骨平台增多。秦迪等[10]通过QCT扫描膝关节后发现，内侧胫骨平台骨密度较外侧胫骨平台骨密度高。由于膝关节承受的重量为人体体质量的2～4倍，而内侧间室承担其中2/3的负重。另外，由于胫骨外侧有腓骨的支撑，而胫骨内侧所成所承受的应力明细增加，从而形成微骨折，进而发生骨重塑，进一步引起内侧沉降加剧，使加重膝关节内翻畸形。

骨质疏松(osteoporosis，OP)是以多种因素作用下骨量减少、骨小梁变薄、间隙增宽、骨骼脆性增加为特征的全身性骨关节疾病，严重影响老年人尤其是绝经后女性的生活质量，并造成严重的经济负担。国内外研究中仍存在KOA与OP是否相关性的各种争论。杨再英等[11]在研究中发现骨性关节炎患者有不同程度的骨量减少，骨量减少患者患骨性关节炎的危险是骨量正常患者的7.726倍。曾展鹏等[12]研究中发现随KOA分级的增加，KOA病情加重，患者超声骨密度和DXA骨密度的T值均向负值方向逐渐增加，二者差异都有统计学意义。以上结果与本研究结果一致。本研究中发现，随KOA进展股骨颈骨密度有下降趋势，并有明显差异(P<0.05)，另外，胫骨软骨下骨骨密度与股骨颈及腰椎骨密度呈正相关。这主要由于骨性关节炎发展过程中骨吸收活跃，新生骨组织骨矿化率低有关。

综上所述，尽管国内外学者从不同角度研究软骨下骨在KOA发病与进展中的作用，但其机制过于复杂，目前尚未完全明确。本研究发现随KOA分级的增加，KOA病情加重，绝经后女性胫骨软骨下骨呈骨质疏松表现。深入研究骨关节炎中软骨下骨的变化规律，有望为KOA的治疗和预防提供新的方法和思路。