定量CT对2型糖尿病性骨质疏松的诊断意义

谭璐 闫彩凤

1. 中南大学湘雅二医院，湖南 长沙 410000 2. 江苏省苏北人民医院，江苏 扬州 225001

2001年美国国立卫生研究院(National Institutes of Health, NIH)提出骨质疏松是以骨强度下降、骨折风险性增加为特征的骨骼系统疾病，而骨强度包含骨骼的两个主要方面，即骨密度(bone mineral density, BMD)和骨质量[1]。显然，骨密度不能完全反应骨强度。一项Meta分析表明，T2DM患者DXA测量的BMD值和健康对照组比较，可能高、低、或者正常[2]。这些针对骨密度测量结果出现不一致，表明BMD并不能较好解释2型糖尿病患者持续升高的骨折风险[3]。2013年，美国放射学会(American College of Radiology, ACR)和儿科放射学会(Society for Pediatric Radiology, SPR)、骨骼放射学学会(Society of Skeletal Radiology, SSR)合作修订的指南中，重点介绍了QCT在骨密度测量的重要作用，并推荐其在骨折和骨质疏松的预测、诊断、治疗监测和骨折预防上的重大作用[4]。本篇综述总结近几年QCT在T2DM患者的骨质疏松诊治中的作用，见图1。

图1 QCT对2型糖尿病骨质疏松的诊断意义Fig.1 The significance of QCT in the diagnosis of osteoporosis with type 2 diabetes

1 QCT在骨质疏松症的诊断价值

骨密度测量的方法包括DXA、QCT、定量超声(quantitative ultrasound, QUS)、MRI、放射吸收法(radiographic absorptiometry, RA)等方法。QCT是最先定量测量骨骼肌肉层面图像的定量成像技术[5]。

DXA是公认测量BMD的金标准，它提供目标区域附近的面积骨密度(aBMD)[6]，具有快速、便宜、易操作、低辐射(5～20mSV)的优点[7]，但aBMD结果会受到骨骼几何形状的影响[8]。DXA提供的aBMD单位是g/cm2，而QCT测量BMD为体积骨密度(vBMD)，其单位为g/cm3或mg/cm3。vBMD又称为真实骨密度，在任意骨骼部位三维测量真实的骨密度，基本不受脊柱退行性改变的影响，对骨量细微改变具有高度的敏感性[9]。此外，QCT是目前公认的能有效区分松质骨和皮质骨的骨密度测定方法，能有效地评估皮质孔隙度的多孔性结构[10]，发现骨微结构的改变。同时QCT能测定骨骼的大体几何结构，尽可能减少复杂几何形态的影响，又是一种无创伤的检查方法，测量结果误差小，精确性高[8]。QCT在低体质指数值、超重等因素影响下一样精确，即对软组织改变敏感度低[8, 11]。Yu 等[11]的研究发现：在改变了测量部位周围的脂肪层后，比较两种BMD测量方法对脂肪层的敏感程度，结果表明DXA测量的aBMD值与测量的脊柱平面周围脂肪层增加成直线正相关，但是QCT测量的vBMD只稍有变动。

2 QCT对2型糖尿病患者骨质疏松的检测

2.1 2型糖尿病骨折风险增加的原因

T2DM患者的骨折风险明显增高[3]，相关机制主要为：长期高血糖导致的氧化应激、炎症反应、活性氧簇的增加，胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor, IGF-1)和晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products, AGEs)的蓄积[12]，以及一些其他的机制例如：新生血管形成的减少，间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)倾向分化成脂肪细胞而非成骨细胞，AGEs的累积减少了基质的机械物理性能[12]等。

临床上可增加T2DM患者骨折风险的因素有以下几点：①血糖控制不佳[3]和糖尿病长病程[13]导致长期高血糖状态，会干扰成骨细胞的信号传导，影响破骨细胞的募集、分化和活化[14]。长期高血糖促进AGEs的累积，AGEs会损害骨胶原的特性，增加骨髓的脂肪富集，影响骨骼生物学功能[15]。②降糖药使用：噻唑烷二酮类药物可激活过氧化物酶增殖物激活受体γ(PPAR-γ)，使骨髓MSC向脂肪细胞分化，降低骨强度[16]；钠-葡萄糖协同转运蛋白-2 (sodium-dependent glucosetransporters 2, SGLT-2)抑制剂影响钙磷代谢平衡，升高甲状旁腺素水平，导致骨量丢失增加[16]。③胰岛素的使用：胰岛素可促进MSC向成骨细胞分化，成骨细胞能分泌骨钙素，促进胰岛β细胞增殖和增加骨骼肌胰岛素敏感性[17]，同时它能直接激活IGF-1通路，促进胰岛素和胰岛素受体结合[18]，增加胰岛素敏感性，但是这些作用都可能被胰岛素导致低血糖的高发生率抵消。另一方面，T2DM患者胰岛素抵抗下出现高胰岛素血症、IGF-1的累积，激活Sema3A/IGF-1/β-catenin途径，引起骨量丢失[19]。总之，T2DM患者的骨骼代谢异常，骨折风险明显增高，DXA测定的aBMD对2型糖尿病性骨质疏松诊断价值有限，需要更关注该类患者骨微结构和骨材料特性的改变。

2.2 QCT对2型糖尿病性骨质疏松诊断意义

在非T2DM患者中，DXA在髋骨和腰椎的骨密度测定对骨折风险评估有很好的作用[20]，但对T2DM患者而言并不足够敏感。日本一项2型糖尿病骨质疏松的研究采用DXA法测定椎骨aBMD，发现糖尿病组比非糖尿病组明显升高[21-22]；另一项Meta分析也显示T2DM患者髋骨部位aBMD也明显高于非糖尿病患者[23]，均与2型糖尿病的高骨折发生率相悖。

QCT对T2DM患者椎骨、髋骨骨密度的测定具有更高的敏感性。Chalhoub等[9]运用QCT对T2DM患者腰椎vBMD进行研究的结果显示：骨小梁处vBMD每下降一个标准差会增加3～7倍的骨折发生风险。运用QCT对股骨进行三维检测时，可以检测出股骨的轴向刚度和弯曲刚度，这两者综合了骨的几何信息和材料信息，可以有效地反映骨强度和髋部骨折风险[24]。

QCT能区分松质骨和皮质骨。Ohlsson等[10]在调整年龄、BMI、股骨aBMD、FRAX量表的危险因子建立预测骨质疏松模型后，发现松质骨的相关参数较早发生明显的变化。与皮质骨比较，松质骨表面积和体积比值增加，代谢转化率较皮质骨可高达8倍，因此，骨量丢失最早发生在松质骨部位[25]。有文献证实T2DM较非糖尿病患者的皮质孔隙度增加，皮质间隔骨质丢失，皮质骨骨密度降低[26]。因此，QCT选择性测量松质骨的骨密度可较早的反应骨矿物含量以及骨微结构的变化，从而提高骨质疏松诊断的敏感性。

3 QCT结合有限元分析法评估2型糖尿病患者的骨折风险

国际临床骨密度测量学会(ISCD)在总结了QCT关于成人骨密度和形态学参数在骨折预测、骨质疏松诊断、治疗方案制定及年龄和疗效监控方面应用的基础上提出了基于QCT 的有限元分析法(quantitative computed tomography-based finite element method, QCT-based FEM)在骨强度计算中的临床价值[27]。

有限元分析法(finite element method, FEM)在工程科学技术中广泛应用，可计算刚度、强度以及受外力影响的复杂结构的内部应变和应力[28]，90年代开始应用于生物力学，现已被证明是一种评估人体腰椎多种结构-功能关系的可行方法[29]。在适宜的边界和负荷条件下，FEM能很好的评估骨强度[30]。QCT-based FEM是基于力学的基本原理，结合患者的个体情况和通用特性，计算出临床相关负荷下的骨力学性能，脊柱和髋关节的FEM分别用于判断椎体或股骨强度[28]。体外研究表明，通过比较单用DXA法或基于QCT的FEM法或基于双平面双能(bi-planar dual energy, BP2E)X射线吸收的FEM法三种方法检测人群椎骨强度，最终证实基于QCT的有限元模型法得出的椎骨强度是最佳指标[31]。

骨强度主要由骨密度和骨质量构成，还受较多其他因素影响，内源因素如骨形态学、骨矿物质和骨组织的多孔性等，外源因素如边界条件和负荷条件等[30]。由于骨骼内AGEs和IGF-1的蓄积等因素，使T2DM患者骨强度显著降低[15]，骨脆性增加。因此需要运用新的评估工具来综合评估该类患者复杂的骨骼脆性[32]。运用QCT-based FEM通过评估骨密度和骨组织结构同时分析骨负荷条件来评价T2DM患者骨强度有望成为评估该类患者骨折风险的新方法。因为QCT-based FEM可以评估整体骨强度，也突出强调骨骼的独立几何和密度不均匀性例如骨骼形态，骨小梁结构和骨骼矿化[32]。Kiyohara等[32]已运用该方法计算T2DM患者椎体强度指数(vertebral strength index)来评估该类患者的骨折风险。现已证实QCT-based FEM评估脊椎或股骨强度，结合相关临床风险因素，可以用于决策药物治疗，有可能成为骨强度测量的金标准[28]。

综上所述，T2DM患者骨折风险明显增高，为预防骨折发生，可运用QCT早期检测vBMD，并进行定期随访和药物疗效监测。QCT-based FEM可评估骨强度，对T2DM患者骨折风险的预测更有价值。