关节液IL-1、NO、CXCL12水平对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的预测价值

苏晨晨，常睿，谢斌

1.延安市中医医院运动医学科，陕西 延安 716000；2.延安大学附属医院高压氧科，陕西 延安 716000；3.延安市人民医院骨三科，陕西 延安 716000

踝关节骨折是常见的骨关节骨折类型之一，临床主要表现为踝关节肿胀、疼痛、畸形等，在成人骨折中的占比为7.6%[1]。目前，临床主要采用内固定术治疗踝关节骨折[2]，可最大限度恢复患者踝关节功能，但部分患者术后可并发创伤性关节炎，不利于患者预后。有研究指出，炎性因子与创伤性关节炎的发生、发展具有一定相关性[3]。白细胞介素1(IL-1)是参与关节软骨退化及降解的重要炎症因子，其可通过抑制基质大分子的合成而造成软骨的破坏与吸收[4]，可能参与创伤性关节炎的发生。一氧化氮(NO)是一种小分子自由基，正常情况下可发挥防御作用，有研究表明，创伤性关节炎患者NO 水平与骨损伤程度密切相关，其水平越高骨损伤越严重[5]。趋化因子-12(CXCL12)是趋化因子超家族的一员，在关节组织中主要由滑膜细胞表达，当机体存在炎症反应时其异常表达。相关研究指出，CXCL12 可通过激活NF-κB 信号传导促进关节炎症的发生[6]。以上研究表明关节液IL-1、NO、CXCL12 水平变化均与关节炎症的发生相关，但其对踝关节骨折内固定术后创伤性关节炎是否具有良好的预测价值尚有待研究。鉴于此，本研究将探讨关节液IL-1、NO、CXCL12 水平联合检测对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的预测价值，以期为临床治疗提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2019 年1 月至2021 年1 月在延安市中医医院行内固定术治疗的158例踝关节骨折患者为研究对象。纳入标准：(1)经X 线或CT 检查确诊为踝关节骨折[8]，且均拟进行内固定手术治疗；(2)既往无踝关节骨折史；(3)临床资料完整。排除标准：(1)非创伤性骨折、粉碎性骨折者；(2)风湿性疾病及其他特异性关节炎；(3)凝血功能障碍；(4)感染性关节炎；(5)肝肾功能不全者；(6)合并心脑血管疾病及恶性肿瘤者；(7)糖尿病患者；(8)合并呼吸系统疾病者。158例患者中男性81例，女性77例；年龄55～79岁，平均(65.01±5.30)岁；Danis-weber 分型[7]：A 型67 例，B 型71 例，C型20例；体质量指数(BMI)18.35～25.46 kg/m2，平均(23.04±2.19)kg/m2。本研究已通过延安市中医医院医学伦理委员会批准，且受试者及其家属均知晓情况并签署知情同意书。

1.2 踝关节骨折内固定术 取患者平卧位进行硬膜外麻醉，对患者踝关节骨折部位进行消毒、清创，做切口(切口位置：内踝骨折于内踝后侧，外踝骨折于腓骨后缘，后踝骨折于踝管外后侧)。复位固定的顺序为外踝、后踝、内踝。踝关节骨折复位后，后踝骨折选用半螺纹空心螺钉固定，外踝骨折用解剖型钢板固定，内踝骨折用选用解剖型锁定钢板固定，然后在C型臂X线机透视下确认骨折复位固定情况，随后逐层缝合伤口。术后24 h 给予头孢菌素等抗生素预防感染。此外，术后随访12 个月，根据骨折愈合情况取出固定物。

1.3 检测方法 于术中抽取纳入研究患者关节液2 mL 置于抗凝试管中，设置离心速度为3 000 r/min，4℃下离心10 min，收集上清液以待使用。采用酶联免疫吸附法检测关节液IL-1、CXCL12水平；采用硝酸还原酶法检测关节液NO水平。

1.4 创伤性关节炎的判定标准[9]关节酸痛、运动后产生僵硬感，体力劳动后酸痛加重；关节间隙逐渐狭窄，关节边缘形成不同程度的骨刺；关节软骨凋亡或坏死。

1.5 观察指标 术后随访12 个月期间，根据上述判定标准，将158 例踝关节骨折患者中并发创伤性关节炎者纳入并发组，未并发创伤性关节炎者纳入未并发组。比较两组患者关节液中的IL-1、NO、CXCL12 水平，同时分析关节液IL-1、NO、CXCL12 水平单项及联合对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的预测价值(联合预测阳性以任一指标预测阳性为准)。

1.6 统计学方法 应用SPSS20.0 软件进行数据统计学分析。计数资料组间比较采用χ2检验；经正态性检验，不符合正态分布的计量资料采用M(Q1，Q3)描述，组间比较采用Mann-Whitney U 检验，符合正态分布的计量资料以均数±标准差(±s)表示，组间比较采用独立样本t检验；采用多因素Logistic回归分析法分析踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的影响因素；绘制受试者工作特征曲线(ROC)评价关节液IL-1、NO、CXCL12 水平对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的预测价值，曲线下面积(AUC)比较采用Z检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者关节液IL-1、NO、CXCL12 水平及随访情况 158 例踝关节骨折患者关节液IL-1、NO、CXCL12 平均水平分别为22.36(19.55，26.30)pg/mL、7.50(6.08，10.98)μmol/L、4.30(3.48，6.18)ng/mL；经内固定术治疗后随访12 个月，有43 例患者并发创伤性关节炎，并发率为27.22%(43/158)。

2.2 并发组与未并发组患者关节液IL-1、NO、CXCL12 水平比较 并发组患者的关节液IL-1、NO、CXCL12 水平明显高于为并发组，差异均有统计学意义(P＜0.05)，见表1。

表1 并发组与未并发组患者的关节液IL-1、NO、CXCL12 水平比较[M(Q1，Q3)]Table 1 Comparison of IL-1, NO, and CXCL12 levels in joint fluid between concurrent group and non-concurrent group[M(Q1，Q3)]

2.3 踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的影响因素 并发组患者的年龄＞65岁、后踝骨折、受伤至手术时间≥7 d占比明显高于未并发组，差异均有统计学意义(P＜0.05)，见表2。将年龄(≤65 岁=0，＞65 岁=1)、性别(女=0，男=1)、Danis—weber分型(A=0、B=1、C=2)、BMI(实测值)、骨折类型(非后踝=0，后踝=1)、手术时机(受伤至手术时间＜7 d=0，受伤至手术时间≥7 d=1)、IL-1 水平(实测值)、NO 水平(实测值)、CXCL12 水平(实测值)记为自变量，创伤性关节炎并发情况记为因变量(未并发=0，并发=1)，纳入多因素Logistic 回归分析中，结果显示，年龄＞65岁、后踝骨折、受伤至手术时间≥7 d和关节液IL-1、NO、CXCL12水平高表达是踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的危险因素(P＜0.05)，见表3。

表2 并发组与未并发组患者的一般资料比较[±s，例(%)]Table 2 Comparison of general data between concurrent group and non-concurrent group[±s,n(%)]

表2 并发组与未并发组患者的一般资料比较[±s，例(%)]Table 2 Comparison of general data between concurrent group and non-concurrent group[±s,n(%)]

指标年龄(岁)≤65＞65性别男女Danis—weber分型A型B型C型BMI(kg/m2)骨折类型后踝非后踝手术时机受伤至手术时间＜7 d受伤至手术时间≥7 d并发组(n=43)25(58.14)18(41.86)26(60.47)17(39.53)19(44.19)20(46.51)4(9.30)21.75±2.13 23(53.49)20(46.61)17(39.53)26(60.47)未并发组(n=115)35(30.43)80(69.57)55(47.83)60(52.17)48(41.74)51(44.35)16(13.91)22.16±2.21 39(33.91)76(66.09)68(59.13)47(40.87)t/χ2值10.199 2.001 0.778 1.048 5.030 4.835 P值0.001 0.157 0.941 0.296 0.025 0.028

表3 影响踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎因素的多因素Logistic回归分析Table 3 Logistic regression analysis of traumatic arthritis after internal fixation of ankle fracture

2.4 关节液IL-1、NO、CXCL12 水平对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的预测价值 关节液IL-1、NO、CXCL12 水平联合预测踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的灵敏度高于单独预测(χ2=8.532，P=0.003；χ2=7.340，P=0.007；χ2=5.108，P=0.024)，AUC 高于单独预测(Z=2.409，P=0.016；Z=2.598，P=0.001；Z=2.231，P=0.025)，特异度与单独预测比较差异无统计学意义(χ2=1.186，P=0.276；χ2=0.504，P=0.478；χ2=0.121，P=0.728)，见表4和图1。

表4 关节液IL-1、NO、CXCL12水平对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的预测价值Table 4 Predictive value of levels of IL-1,NO,and CXCL12 in joint fluid for traumatic arthritis after internal fixation of ankle fracture

图1 关节液IL-1、NO、CXCL12单项及联合检测对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的ROCFigure 1 ROC of joint fluid IL-1,NO,and CXCL12 for traumaticarthritis after internal fixation of ankle fracture

3 讨论

踝关节骨折多因剧烈运动不当、突然摔倒等间接暴力导致，近年来其发生率有日益升高的趋势[10]。内固定术是目前治疗踝关节骨折的有效方法，有研究表明，与非手术治疗相比，内固定术可显著改善患者预后[11]。但因踝关节囊前后较薄且长期负重较大，踝关节骨折患者术后易并发创伤性关节炎，出现关节疼痛、僵硬等问题，严重者可造成关节软骨退化、增生，不利于患者日常生活。李飞等[12]研究中报道，踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的发生率为27.54%，本研究的发生率(27.22%)与其相符，进一步表明踝关节骨折内固定术后创伤性关节炎的发生概率较高。因此，早期评估踝关节骨折患者内固定术后并发创伤性关节炎的可能性以指导临床尽早采取防控措施具有重要意义。但目前临床尚缺乏预测踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的有效手段，而相关研究表明炎症因子可能参与关节炎的发病过程[13]。

本研究结果显示，并发组关节液的IL-1、NO、CXCL12水平高于为并发组，且经Logistic回归分析发现关节液IL-1、NO、CXCL12 水平高表达均是踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎的危险因素。分析原因可能为，IL-1 是促炎症因子，可通过作用于软骨细胞来抑制蛋白多糖等基质大分子的合成而破坏关节软骨，造成关节疼痛及活动障碍[14]，同时其可通过刺激关节滑膜细胞分泌基质金属蛋白酶等而抑制Ⅱ型胶原的形成，造成关节软骨病变。冯文涛等[15]研究结果显示，关节液IL-1水平升高时更易发生创伤性关节炎，且其水平越高，创伤性关节炎越严重，本研究结果与此相似。NO是小分子氧自由基，既往研究显示，过量的NO 可与超氧自由基反应生成亚硝酸根离子，引发各种炎症反应，从而损伤滑膜组织，增加血管壁通透性，加重炎性介质对关节软骨的降解，使关节滑膜不断肿胀甚至充血，最终导致关节炎的发生[16]。CXCL12 是一类小蛋白细胞因子，参与细胞内多种炎症反应过程，可通过刺激炎症应答反应，募集大量炎症因子及白细胞，促使创伤性关节炎的形成，同时其可诱导基质金属蛋白酶的释放从而促进Ⅰ型胶原蛋白的产生，造成软骨细胞的凋亡及关节病变[17]。有研究表明，创伤性关节炎患者的关节液CXCL12 水平高于健康人群，且关节液CXCL12 的表达量与关节病变的严重程度成正相关[18]，此进一步表明了关节液CXCL12水平异常升高可能与踝关节骨折内固定术后创伤性关节炎的发生相关。

ROC 结果显示，关节液IL-1、NO、CXCL12 水平均对踝关节骨折内固定术后创伤性关节炎的发生具有一定的预测价值，但三者联合预测的灵敏度和AUC均高于单独预测，特异度则与单独预测相比相当，表明三者联合预测更具临床应用价值。将关节液IL-1、NO、CXCL12水平联合应用于预测踝关节骨折内固定术后创伤性关节炎并发风险，对病情的指示更为全面、客观，则评估的准确性更高。因此，可通过监测踝关节骨折患者关节液IL-1、NO、CXCL12水平，指导临床工作者判断踝关节骨折患者内固定术后创伤性关节炎的发生情况，以便及时采取相应干预措施，进而降低踝关节骨折内固定术后创伤性关节炎的并发率。此外，本研究结果显示，年龄＞65 岁、后踝骨折、受伤至手术时间≥7 d 均是踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎影响因素。分析原因为，年龄＞65 岁的患者机体免疫力较低，通常存在骨质疏松等情况，术后更易发生骨折愈合不良等情况，从而影响踝关节面的愈合，导致创伤性关节炎。后踝骨折的复位固定最具有难度，可能因为复位不理想影响关节面平整度，导致创伤性关节炎的发生。受伤至手术时间≥7 d，机化组织形成较多[19]，获得解剖复位的可能性较小，易导致内固定术后并发创伤性关节炎。

综上所述，关节液IL-1、NO、CXCL12水平均对踝关节骨折内固定术后并发创伤性关节炎具有一定预测价值，但三者联合预测价值更高。