跖骨皮质指数在跖骨应力性骨折临床诊断中的应用价值分析

李梓瑞 余康君

咸宁市中心医院湖北科技学院附属第一医院手足外科，咸宁 437100

应力性骨折是骨骼长期受到低于自身强度极限的作用力，使骨组织内微损伤逐渐累积，骨骼损伤超过了骨骼的自然重塑过程，导致薄弱点的压力反应［1］。应力性骨折好发于身体的承重部位，其中跖骨应力性骨折的发生率高达25%，常见于第二和第三跖骨［2］。临床上，跖骨应力性骨折发病隐匿，缺乏早期诊断的有效方法，误诊和漏诊率高，一旦延误治疗时机，对患者的预后影响较大［3］。既往研究发现，皮质厚度较薄和骨内膜适应性扩张会导致骨骼具有脆性倾向，但其是否会增加应力性骨折的风险尚未明晰［4］。同时，Spross等［5］研究提出，在肩部手术领域，三角肌粗隆指数（皮质厚度/骨内膜厚度）可用作评估局部骨质量的工具。因此，我们提出新的放射学指标跖骨皮质指数（MCI），即皮质直径与骨内膜直径的比值，并探究其是否可以用于预测跖骨应力性骨折的存在，协助临床医生在更早的时间点诊断出跖骨应力性骨折，从而指导临床医生制定合理的治疗方案。

资料与方法

1、研究对象

选取2019 年1 月至2021 年10 月期间于咸宁市中心医院进行治疗的41 例跖骨应力性骨折患者作为试验组，其中男26 例，女15 例，年龄（36.2±8.9）岁；选取同时期 41 例健康人作为对照组，男25 例，女16 例，年龄（34.9±9.7）岁。试验组和对照组性别和年龄差异均无统计学意义。采用配对设计对两组患者相关数据进行比较分析。纳入标准：（1）过去6 个月参加高强度训练者；（2）影像学和临床症状符合跖骨应力性骨折的诊断标准［6］；（3）年龄≥18 岁。排除标准：（1）既往骨科手术史者；（2）过去3 个月口服糖皮质激素或补钙剂者；（3）伴随神经血管病变者；（4）合并心、肝、脾、肾等重要脏器病变者；（5）合并骨肿瘤或骨髓炎者；（6）暴力型骨折者。本研究开展前经咸宁市中心医院医学伦理委员会审批通过，研究开展前已与所有患者或其家属签订知情同意书。

2、研究方法

2.1、基础资料收集 收集所有研究对象基础临床资料，包括年龄、性别、体质量指数（BMI）、骨密度（BMD）、足弓指数、足外展度数、遗传、文化程度、训练时间、训练强度主观感受、训练鞋舒适程度。

2.2、骨代谢指标检测 所有研究对象均于清晨抽取肘静脉血，离心后采用酶联免疫吸附法检测血浆I型氨基端延长肽（PINP，广东固康生物科技有限公司）、Ⅰ型胶原交联羧基末端肽（CTX-I，上海莼试生物技术有限公司）和25-羟维生素D［25-（OH）D，上海雅吉生物科技有限公司］水平。

2.3、放射线检查指标 所有研究对象均进行X 放射学检查，使用Xeroviewer 医学成像软件的数字标尺测量参数（精确到1.0 mm）。MCI 为一种新型放射性参数，即外皮质边界和骨内膜直径之间的比率，为计算MCI，需将跖骨分为3等份，分别于近端到中间1/3（近端）、中间1/3（中间）、中间到远端1/3（远端）3个位置测量从皮质外缘到骨内膜直径交界处的宽度，若测量水平存在愈合组织形成，则排除该测量。MCI=（A/B近端+A/B中间+A/B远端）/3，A定义为外皮质边界，B定义为骨内膜直径。

3、统计学方法

所有数据均采用SPSS 22.0 软件进行统计分析，计数资料用率（%）表示，使用χ2检验进行比较；计量资料用均数±标准差（）表示，使用t检验进行比较；在本研究中，经正态性检验，两组人群BMI、BMD、足弓指数、足外展度数、PINP、CTX-I、25-（OH）D 和 MCI 均符合正态分布；采用Spearman 相关分析探讨MCI 与跖骨应力性骨折的相关性；应用logistic 回归分析跖骨应力性骨折的危险因素；通过受试者工作特征曲线（ROC）分析MCI 对跖骨应力性骨折的诊断价值。P＜0.05表示差异有统计学意义。

结 果

1、基础资料比较

试验组和对照组BMI、足弓指数、足外展度数、遗传倾向、每天训练时间、文化程度、训练强度主观感受、训练鞋舒适程度比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）；试验组BMD小于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 跖骨应力性骨折患者与健康对照人群基础资料比较

2、骨代谢相关指标比较

试验组CTX-Ⅰ水平高于对照组，PINP 和25（OH）D 水平均低于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表2。

表2 跖骨应力性骨折患者与健康对照人群骨代谢相关指标比较(μg/L，)

表2 跖骨应力性骨折患者与健康对照人群骨代谢相关指标比较(μg/L，)

注：试验组为跖骨应力性骨折患者，对照组为健康人群；CTX-Ⅰ为Ⅰ型胶原交联羧基末端肽，PINP 为I 型氨基端延长肽，25(OH)D为25-羟维生素D

25（OH）D 44.17±10.09 49.19±11.75-2.075 0.041组别试验组对照组t值P值例数41 41 CTX-Ⅰ0.37±0.12 0.29±0.08 3.670＜0.001 PINP 49.62±11.64 55.20±11.73-2.164 0.033

3、跖骨皮质指数比较

试验组每个跖骨的MCI 均小于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表3。

表3 跖骨应力性骨折患者与健康对照人群每个跖骨的跖骨皮质指数比较(%，)

表3 跖骨应力性骨折患者与健康对照人群每个跖骨的跖骨皮质指数比较(%，)

注：试验组为跖骨应力性骨折患者，对照组为健康人群；MCIⅠ为第一脚跖骨MCI，MCI Ⅱ为第二脚跖骨MCI，MCI Ⅲ为第三脚跖骨MCI，MCI Ⅳ为第四脚跖骨MCI，MCI V为第五脚跖骨MCI

MCI Ⅴ1.47±0.20 1.59±0.31-2.083 0.040组别试验组对照组t值P值例数41 41 MCI Ⅰ1.23±0.16 1.31±0.19-2.062 0.042 MCI Ⅱ1.71±0.16 1.82±0.31-2.019 0.047 MCI Ⅲ1.68±0.35 1.84±0.37-2.012 0.048 MCI Ⅳ1.53±0.31 1.96±0.35-5.889＜0.001

4、跖骨皮质指数与跖骨应力性骨折的相关性分析

Spearman相关性分析结果显示，第一脚跖骨MCI（MCI Ⅰ，r=0.236，P=0.033）、第二脚跖骨 MCI（MCI Ⅱ，r=0.270，P=0.049）、第三脚跖骨MCI（MCI Ⅲ，r=0.258，P=0.019）、第四脚跖骨MCI（MCI Ⅳ，r=0.807，P＜0.001）、第五脚跖骨MCI（MCI Ⅴ，r=0.222，P=0.045）与跖骨应力性骨折均呈正相关。

5、跖骨应力性骨折相关危险因素的多因素logistic回归分析

上述单因素分析可见，试验组和对照组BMD、PINP、CTX-Ⅰ、25（OH）D，以及每个跖骨的MCI 差异均有统计学意义，为进一步明确跖骨应力性骨折的相关危险因素，我们对上述指标进行多因素logistic 回归分析，结果显示，CTX-I为跖骨应力性骨折的独立危险因素（OR=6 065.508，P=0.021），而MCI Ⅳ为跖骨应力性骨折的保护性因素（OR=0.011，P=0.001），见表4。

6、CTX-I 和跖骨皮质指数（MCI Ⅳ）诊断跖骨应力性骨折的ROC分析

由表4可知，CTX-I和MCI Ⅳ对跖骨应力性骨折具有临床诊断价值，绘制ROC，结果显示，CTX-I 和MCI Ⅳ诊断跖骨应力性骨折的ROC、曲线下面积（AUC）分别为0.825（95%CI0.735～0.914）和0.869（95%CI0.793～0.945），CTX-I 和MCI Ⅳ的最佳截点值（cutoff 值）分别为0.34 μg/L和1.7%，CTX-I和MCI Ⅳ的诊断敏感度分别为66%和81%，CTX-I 和MCI Ⅳ的诊断特异度分别为83% 和85%。见图1。

表4 影响跖骨应力性骨折相关危险因素的多因素logistic回归分析

图1 CTX-I和跖骨皮质指数MCI Ⅳ诊断跖骨应力性骨折的ROC

讨 论

跖骨应力性骨折是运动中较为严重的损伤之一，发生此类损伤后，若及时发现并去除骨骼的应力负荷，骨形成和骨吸收逐渐恢复平衡状态，骨损伤得以修复至完全愈合［7］。Robertson 和 Wood 等［8］研究提出，若跖骨应力性骨折因漏诊未得到及时的休息，骨折部位在相对稳定的环境下逐渐愈合，但在外力作用下会再次出现骨折，反复损伤会导致骨折延迟愈合或不愈合。而临床中，通常先行X 线检查进行筛查，但跖骨应力性骨折的“灰色骨皮质征”不典型，导致漏诊［9］。Endo 等［10］对 44 名股骨疲劳性骨折影响因素研究发现，放射学指标股骨皮质厚度指数与股骨疲劳性骨折具有较强的相关性。因此，笔者提出MCI，探究MCI 对跖骨应力性骨折的诊断价值，以期为临床提供理论指导。

骨密度是反应骨量多少的重要指标，骨密度下降表示骨量减少，反应骨细胞外基质和骨矿物质的含量降低，表现为骨小梁的变稀、变细，难以承受原来的负荷，在较小的外力作用下即可发生骨折。Zendeli 等［11］研究发现 26 例胫骨应力性骨折患者的骨密度低于62 例健康对照组，但Loud等［12］对168 名青年女性应力性骨折危险因素研究发现，168 例应力性骨折女性骨密度与336 例健康女性骨密度差异无统计学意义。本研究结果与Loud 等［12］研究结果趋于一致，分析原因可能由于参选的患者多数为健康青年，骨密度测定多数在正常范围，变化区间相对较窄，无法影响骨骼脆性，另外骨密度还受到骨横截面积大小影响，因此骨密度不能成为诊断跖骨应力性骨折的指标。

人体的骨吸收、骨形成和骨平衡这3 种状态相互交织，处于一种动态平衡状态，共同构成骨的重建过程。Mauntel等［13］通过对45 例军人组成的病例研究显示，血清PINP 与CTX-I 的含量与应力性骨折具有相关性，然而，本研究与其并不完全一致。在本研究中，我们发现PINP 不是影响跖骨应力性骨折的危险因素，但CTX-I 为跖骨应力性骨折的独立危险因素（OR=6 065.508，P=0.021），且 ROC 分析显示CTX-I 对跖骨应力性骨折具有临床辅助诊断价值。分析原因为应力性骨折是由于骨吸收和骨形成的平衡被打破，骨吸收速度加快，大于骨形成的速度，导致骨强度降低，损伤不断积累最终导致骨折，因此，骨吸收是跖骨应力性骨折的危险因素。另外，本研究中骨代谢标志物水平仅反应了一个时间点的含量，而跖骨应力性骨折是一个发展变化的动态过程，一次检测不能反应全部变化特征，可能会影响研究结果。此外，国外一项为期32 周的皇家海军陆战队训练计划中对51 名男性进行调查发现，患有应力性骨折的新兵的25（OH）D浓度较低，但另一项研究没有发现这种相关性，同时本研究也发现25（OH）D 不是跖骨应力性骨折的危险因素［14-15］。另外，相关研究发现血清 25（OH）D 水平低于30 μg/L 时增加了第五跖骨应力性骨折的风险，尽管关于25（OH）D 的适当水平仍存在争议，但研究表明最低水平为32 μg/L［16-17］。因此，跖骨应力性骨折风险可能与25（OH）D水平低于特定阈值有关，而本研究发现25（OH）D 不是跖骨应力性骨折的影响因素，可能由于纳入患者血清25（OH）D水平均高于既往研究中25（OH）特定阈值，导致研究结果偏倚［16-17］。

应力性骨折的发生与潜在的代谢性骨病、较薄的皮质和局部骨密度降低等因素有关，而重复的负荷导致骨骼完整性的丧失，诱发应力性骨折。该理论已在肩部外科领域确立，三角肌结节指数被用作评估局部骨质量的工具［5］。在本研究中，logistic 回归分析结果显示，MCI Ⅳ为跖骨应力性骨折的保护性因素（OR=0.011，P=0.001），通过应用ROC评估MCI 对跖骨应力性骨折的诊断价值，结果显示MCI IV对应力性骨折具有临床辅助诊断价值。Opsomer等［18］表明，接受拇外翻手术的患者内侧皮质骨显著减少，MCI II 的髓腔显著增加。然而，他们没有观察到MCI IV 的显著变化。因此，与MCI I、MCI II、MCI III 和MCI V 相比，MCI IV 似乎不太容易发生应力分布和重新分布，故MCI IV 是跖骨应力性骨折的独立危险因素，Lenz 等［19］的研究也得出了与本研究一致的结果。

然而，本研究还存在一些不足之处，首先样本量较少且来源较单一，会在一定程度上影响研究结果；另外，由于时间和经费的限制，本研究未对患者各个跖骨应力分布进行分析，因此后期我们将进行大样本、多中心的深入研究。综上所述，CTX-I 和MCI IV 为应力性骨折的影响因素，CTX-I和MCI IV可作为诊断跖骨应力性骨折的重要指标。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突