儿童青少年第二掌骨骨皮质发育的长期趋势

邢艳丽,张绍岩

儿童青少年第二掌骨骨皮质发育的长期趋势

邢艳丽1,张绍岩2

目的:通过研究近20年来儿童少年第二掌骨骨皮质发育状况,研究儿童少年生长发育期间的骨矿物质含量,进一步探讨骨皮质发育规律及长期变化情况,对全面揭示儿童少年的骨发育规律具有重要意义,为儿童少年生长发育研究提供理论依据。方法:以1985年和2005年骨发育调查样本为研究对象,用精确到0.02 mm的游标卡尺在第二掌骨中点部位,测量掌骨干横径和骨髓腔宽度,骨干横径减去骨髓腔宽度即求出两侧皮质厚度,按Barnett公式计算掌骨皮质指数 。结论:1)1985—2005年,儿童少年出现了骨皮质发育逐渐增加的长期趋势。儿童少年骨皮质厚度平均增长值男孩为0.12±0.23 mm,女孩为0.10±0.11 mm;掌骨皮质指数平均增长值男孩为1%±3%,女孩为2%±1%。2)1985—2005年,儿童少年身高、体重与骨皮质厚度、掌骨皮质指数的相关关系变化并不大;多元线性回归分析结果显示,1985—2005年,儿童少年身高、体重对掌骨皮质指数的影响基本上没有发生变化。关键词:儿童;青少年;长期趋势;骨皮质指数;身高;体重

骨骼是人体储存钙、磷等矿物质的主要器官,骨皮质(bone cortical)是骨质中的密质部分,位于骨的表层,对骨骼的形态特点及机能水平具有重要作用,矿物质大部分布于皮质内,它与骨质疏松及骨髓腔有着较清晰的X线影像对比[9]。

近年来,国内、外对骨龄的研究较多,然而,对骨骼形态特点和机能水平的骨皮质发育关注较少[9]。目前,国内的研究已由单纯的骨龄研究趋向包括骨皮质在内的较全面的骨发育研究[4]。

20年来,数次中国学生体质与健康调查揭示了我国学生身高体重明显加速增长的长期趋势,在这期间的骨发育调查样本儿童的身高体重也表现出类似加速生长的长期趋势[4]。随着时间推移,骨皮质发育是否也在提前?为了全面分析骨皮质发育的长期趋势,有必要做进一步的研究。

1 样本与方法

1.1 样本

研究样本为我国1985年和2005年儿童少年骨发育样本,本研究选取河北省标准样本中的5 533例儿童少年,标准样本分为男女两类:男3～19岁,2 551例;女3～19岁,2 982例;每岁一组,分层整群取样。各年龄组儿童均在生日前后15天之内拍摄左手腕后前位X线片,同时测量身高、体重。

1.2 方法

骨皮质厚度(CCT):用精确到0.02 mm的游标卡尺在第二掌骨中点部位,测量掌骨干横径和骨髓腔宽度,骨干横径减去骨髓腔宽度即求出两侧皮质厚度。

掌骨皮质指数(MCI):被测骨中点横切面上皮质厚度/该骨中点的骨横径×100%,即MCI=D-d/ D100%[10]。

图1 第二掌骨皮质厚度的测量D骨干中段横径,d骨髓腔宽度,L骨干长度

2 结果

2.1 儿童少年身高、体重生长的长期趋势

表1所示,与1985年相比,2005年儿童少年身高、体重差异均非常显著,其中3～19岁男孩身高、体重平均增长值分别为4.23±2.66 cm、5.77±3.49 kg;3～19岁女孩身高、体重平均增长值分别为3.76±1.34 cm、4.74± 2.27 kg。

2005年样本男女儿童最终身高(男18岁,女17岁)分别比1985年增长了2.65 cm、4.00 cm;发育成熟时的体重(男18岁,女17岁)分别比1985年增长了5.25 kg、3.95 kg。

表1 不同年代各年龄组身高、体重第50百分位数一览表

2.2 儿童少年第二掌骨骨皮质发育的长期趋势

在生长发育期间,第二掌骨皮质厚度是反映儿童骨矿化水平的良好指标,表2为不同年代各年龄组儿童第二掌骨皮质厚度及掌骨皮质指数第50百分位数之差。

2.2.1 不同年代儿童少年骨皮质厚度的比较

表2所示,与1985年相比,2005年3～19岁男女儿童少年骨皮质厚度平均增长值分别为0.12±0.23 mm、0.10 ±0.11 mm。男孩骨皮质厚度进入青春期后(11～19岁)均具有显著性差异,11岁开始骨皮质厚度差值逐渐增大,到14岁时达到最大值,相差0.44 mm,此后差值逐渐减小;女孩骨皮质厚度第50百分位数则较接近,进入青春期后,仅12岁具有显著性差异(P<0.001),13岁、16岁组骨皮质厚度低于1985年,其余年龄组不存在显著性差异,到17岁时,仅差0.02 mm。

2005年男女儿童少年发育成熟时的骨皮质厚度(男18岁,女17岁)分别比1985年增长了0.26 mm、0.02 mm,且男18岁、19岁组也具有显著性差异。

表2 不同年代各年龄组儿童骨皮质厚度第50百分位数之差一览表 (mm)

2.2.2 不同年代儿童少年掌骨皮质指数的比较

表3所示,与1985年相比,2005年3～19岁男女儿童少年掌骨皮质指数平均增长值分别为1%±3%、2%± 1%。大部分年龄组掌骨皮质指数第50百分位数较接近,男孩14岁后差异非常明显(P<0.001),到17岁时达到最大值,相差8%,女孩大部分年龄组差异具有显著性,仅有5～6岁、11岁、13岁、15～16岁不存在显著性差异,其余年龄组均存在显著性差异,到19岁时达到最大值,相差6%。

2005年男、女儿童少年发育成熟时的掌骨皮质指数(男18岁,女17岁)比1985年分别增长了7%、3%,且均具有显著性差异。

上述结果表明,和身高、体重的长期变化一样,近20年来我国儿童少年在整体的生长发育过程中也出现了骨皮质发育逐渐增加的长期趋势。

2.2.3 不同年代儿童少年骨外径的比较

表4为不同年代各年龄组儿童骨外径第50百分位数之差。与1985年相比,2005年男性7～13岁组骨外径相对较高,且具有显著性差异,16岁后骨外径低于1985年;女孩4岁、6～8岁、12岁组骨外径高于1985年,其余年龄组骨外径均低于1985年,14岁后差值逐渐增大,且具有显著性差异,到19岁达到最大值,相差0.46 mm。

2.2.4 不同年代儿童少年骨内径的比较

表5为不同年代各年龄组儿童骨内径第50百分位数之差。与1985年相比,2005年男性7～12岁组骨内径相对较高,且具有显著性差异,13岁后骨内径低于1985年;女性大部分年龄组骨内径低于1985年,14岁后差值逐渐增大,到19岁达到最大值,相差0.67 mm。

表3 不同年代各年龄组儿童掌骨皮质指数第50百分位数之差一览表

表4 不同年代各年龄组儿童骨外径第50百分位数之差一览表 (mm)

表5 不同年代各年龄组儿童骨内径第50百分位数之差一览表 (mm)

2.3 儿童少年身高、体重与CCT、MCI的关系

2.3.1 身高、体重与CCT、MCI相关分析结果

将身高和体重作为代表发育程度的指标与CCT、MCI进行相关分析,结果显示,在整个生长发育过程中CCT、MCI与身高和体重存在一定的相关关系。CCT与身高和体重的密切程度大于MCI与身高和体重的密切程度。

由此可见,与1985年相比,2005年身高、体重与CCT、MCI的相关关系变化并不大。

表6 身高、体重与CCT、MCI的相关关系一览表

2.3.2 不同性别、各年龄组CCT与身高及体重的相关分析结果

表7所示,1985年男孩身高、体重与CCT相关关系最密切的阶段均出现在14岁,相关系数分别为0.536、0.492;女孩身高、体重与CCT相关关系最密切的阶段均出现在12岁,相关系数分别为0.482、0.500,均具有显著性(P<0.01),随后持续下降,17岁后二者关系呈负相关。

表7 1985年不同性别各年龄组身高、体重与CCT的相关系数一览表

表8所示,2005年男孩中身高和骨皮质厚度最密切的阶段出现在13岁(r=0.529,P<0.01),女孩中身高和骨皮质厚度最密切的阶段出现在11岁(r=0.489,P< 0.01),随后开始下降。男孩体重和骨皮质厚度最密切的阶段出现在18岁(r=0.409,P<0.01),女孩则出现在8岁(r=0.430,P<0.01),随后维持在相对较高水平。

2.3.3 不同性别、各年龄组MCI与身高、体重的相关分析结果

表9所示,1985年儿童少年男孩身高与掌骨骨皮质指数相关系数仅在13岁、14岁组存在差异,相关系数分别为0.257、0.263(P<0.05)。体重与掌骨骨皮质指数相关系数仅在14岁、15岁组存在差异,相关系数分别为0.237、0.245(P<0.05)。女孩身高、体重与掌骨骨皮质指数相关系数仅在12岁组存在差异,相关系数分别为0.295、0.240(P<0.01)。

表10所示,2005年儿童少年男孩身高与掌骨骨皮质指数相关系数仅在12岁、13岁组存在差异,相关系数分别为0.316(P<0.01)、0.293(P<0.05)。体重与掌骨骨皮质指数相关系数仅在15岁、18岁、19岁组存在差异,相关系数分别为0.339、0.259、0.212(P<0.05)。女孩身高与掌骨骨皮质指数相关系数仅在11岁组存在差异,相关系数为0.252(P<0.01)。体重与掌骨骨皮质指数相关系数仅在6岁组存在差异,相关系数分别为0.299(P< 0.05)。

表8 2005年不同性别各年龄组身高、体重与CCT的相关系数一览表

表9 1985年不同性别各年龄组身高、体重与MCI的相关系数一览表

表10 2005年不同性别各年龄组身高、体重与MCI的相关系数一览表

2.3.4 身高、体重与CCT、MCI多元线性回归分析结果

表11所示,1985年男女孩体重的回归系数均大于身高的回归系数。2005年男女孩身高的回归系数均大于体重的回归系数。

表12所示,除1985年男孩体重的回归系数均大于身高的回归系数外,身高的回归系数均大于体重的回归系数。

由此可见,与1985年相比,身高、体重对MCI的影响基本上没有发生变化。

3 讨论

3.1 儿童少年生长发育的长期趋势

生长的长期趋势,是指最近一二百年以来,在发达国家中儿童青少年生长发育的普遍加快现象,也是当代最引人注目的生物现象之一,在欧美各国,该趋势已持续了好几代,而以第二次世界大战后表现得最为明显。在建国后的新中国,这一趋势也已出现,并开始对社会生活的各个方面产生影响。所谓长期趋势,实际上是一组复杂生物现象的综合体现,表现为各年龄儿童身高体重值的提高、生长速度的增加、青春发育期的提早出现和结束,以及更高大的成人体型等等,国内外儿童的长期趋势表现大致相同。

2.2对两组患者治疗后不良反应发生情况进行对比,结果显示,观察组不良反应发生率为12.19%,对照组不良反应发生率为36.58%,两组患者组间差异显著,具有差异统计学意义(p<0.05),具体情况如表2所示:

20年来,数次中国学生体质与健康调查揭示了我国学生身高体重明显加速增长的长期趋势,在这期间的骨发育调查样本中,儿童的身高体重也表现出类似加速生长的长期趋势[32]。

表11 身高、体重对CCT的多元回归分析结果一览表

表12 身高、体重对MCI的多元回归分析结果一览表

3.1.1 国外儿童生长发育的长期趋势

据文献报道,英国、北美、西欧及斯堪的纳维亚诸国的学龄儿童在1880—1950年的70年中,5～9岁者平均每10年身高增加1 cm,体重增加0.5 kg;青春期阶段则平均每10年身高增加2.5 cm,体重增加2.5 kg左右;当青少年达到成人身高时,其身高平均值每10年增加1 cm[2,6,11]。Cole归纳的欧美各国1880—1998年期间长期趋势,5～7岁身高、体重增速分别为每10年1 cm和0.3 kg,8～11岁身高、体重增速为每10年1.3 cm、0.5 kg;12～15岁生长突增阶段男、女身高增速为每10年2.5 cm、2.1 cm,体重为每10年2.0 kg、1.5 kg;18岁成年身高每10年男0.6～1.1 cm、女0.4～0.8 cm[29]。日本1960—1985年期间出现的长期趋势,(男14岁、女12岁)身高增速均达每10年增长2.5 cm,被欧、美学者誉为“人类生物史上的奇迹[37]。本研究结果显示,我国同年龄儿童少年身高增速分别达到每10年增长3.7 cm和2 cm;男孩超过日本当时水平,说明我国大城市儿童少年的身高、体重出现了加速生长的长期趋势[7]。

3.1.2 国内儿童生长发育的长期趋势

近20年来,国家有关部门共组织了4次(1985、1991、1995、2000年)全国学生体质监测,检测结果表明,随着国家政治和社会的稳定,经济建设和教育事业不断发展,人民生活水平不断提高,学校体育卫生工作逐步得到加强,我国学生体质健康水平有了较明显的提高。1985—2000年,7～17岁城市男中小学生平均身高增长6.20 cm,各年龄组的增长幅度在4.20～9.09 cm之间,平均每10年增长2.95 cm;7～17岁女中小学生身高平均增长4.79 cm,各年龄组平均增长幅度在2.51～6.65 cm之间,平均每10年增长2.28 cm。7～17岁城市中小学男孩体重平均增长8.19kg,各年龄组增长幅度在4.35～11.3 kg;7～17岁中小学女孩体重平均增长5.14 kg[20]。

与全国学生体质健康监测数据相比,1985—2005年,河北省儿童少年3～19岁男、女身高平均增长值分别为4.23±2.66 cm、3.76±1.34 cm;体重平均增长值分别为5.77±3.49 kg、4.74±2.27 kg,略高于全国水平。

河北省儿童少年身高、体重出现了加速生长的长期趋势,与全国学生的生长趋势相一致。

3.2 骨皮质发育的长期趋势

在生长发育期间,第二掌骨皮质厚度是反应儿童骨矿化水平的良好指标,为了确切反映人体骨容量的高低,许多研究引用了由Barnett提出的掌骨皮质指数概念,用掌骨皮质指数表达骨皮质发育程度,消除了骨干粗细因素的影响,使判定结果更具有客观性[25,40]。

2005年各观察组在身高发育水平高于1985年的情况下,2005年男孩16岁后骨横径低于1985年;女孩大部分年龄组骨横径低于1985年,14岁后差值逐渐增大,且具有显著性差异,到19岁达到最大值,相差0.46 mm。与1985年相比,2005年男孩7～12岁组骨内径相对较高,且具有显著性差异,13岁后骨内径低于1985年;女孩大部分年龄组骨内径低于1985年,14岁后差值逐渐增大,到19岁达到最大值,相差0.67 mm。2005年儿童少年的掌骨横径已小于1985年,尽管它是小长骨的形态变化,但从全身发育协调的一致性分析,2005年骨骺成熟过程似有管状骨细长化的趋势,即随着年代推移掌骨变得细些,似乎同我国城市少年体型有细长化倾向相联系,对此有待进一步观察证实。

由此不难看出,和身高、体重的长期变化一样,1985—2005年,儿童少年出现了骨皮质发育逐渐增加的长期趋势,CCT在男孩11～19岁增长0.15～0.44 mm(P< 0.05);女孩7～12岁增长0.05～0.28 mm(P<0.05); MCI男孩在14～19岁增长3%～8%(P<0.05),女孩7～19岁增长1%～6%(P<0.05)。

3.3 骨皮质发育长期趋势的原因

骨发育是儿童少年生长发育的一个方面。因此,骨的发育过程也是生长发育期中遗传和环境因素不断相互作用的结果。影响儿童的骨密度的因素很多,总体可分为遗传因素和环境因素,大多数文献认为骨密度是受两者的共同影响。然而,哪种影响更大,如何影响,各学者认识不一。但遗传因素是不受人工控制的,基因的抑制也远落后于环境因素的确认,而环境因素的确认对提高骨密度,达到更高水平的骨峰值和预防骨质疏松提供了更有经济效益且确切可行的干预措施和方法。第二掌骨的发育也受遗传因素和环境因素的影响[15]。对于我国城市汉族儿童,环境条件则是影响骨发育的主要因素。

改革开放以来,我国经济在高速发展的同时,区域之间的经济差距呈不断扩大趋势,河北省内区域的情况也是如此,这引起了社会各界的广泛关注。

此外,在儿童少年时期,低蛋白质和钙的摄入也是影响骨皮质发育的重要因素,低蛋白饮食是通过降低胰岛素样生长因子(IGF-1)的产生而影响骨骼的完整性,因为IGF-1刺激骨髓板软骨细胞的增殖与分化,促进皮质骨及松质骨的形成。低钙摄入则导致继发性甲状旁腺功能亢进而致骨质吸收,骨钙动员入血,维持血钙水平[16]。雄性激素、雌性激素、生长激素也是影响骨皮质发育的重要因素[21]。超重与肥胖率的增长反映了儿童营养的改善,生活方式和饮食的改善反映了社会文化的改变。20年来,我国儿童体重增长显著,男女青春期的平均体重分别增长10.05 kg和7.70 kg,超重与肥胖率显著增长。因此,脂肪组织的增多,激素水平的升高可能是我国儿童青春期骨发育显著提前的一个重要因素。

3.4 身高、体重与骨皮质发育的关系

儿童青少年生长发育时期,骨骼的生长发育曲线和其他身体形态指标如身高、体重相似,有研究者调查骨皮质的生长是否受身高、体重的影响,结果发现儿童青少年骨皮质厚度与年龄、身高的相关系数具有统计学意义[41]。刘宝林[11]等报道,骨龄、骨皮质厚度、身高、体重等生长发育指标会随着年龄的增长而增长,它们之间存在正相关。黄东[5]等对广西壮族女童手腕骨的研究表明,第二掌骨皮质厚度的发育与身高、体重以及第二掌骨横径呈正相关,与第二掌骨内径呈负相关,表明广西壮族女童的骨皮质发育同样随身高、体重增加而增加,第二掌骨横径越大、内径越小,骨皮质越厚。

国内、外许多研究表明了体重或瘦体重对骨量的增加有促进作用[26,36,40]。体重增加对提高BMD的作用可能是承重性外力对骨骼的作用。但青春发育期肥胖不是对骨量有促进作用,相反,体脂含量过高对骨量有负作用。研究结果显示,肥胖与男女全身BMC显著负相关[3]。Boot报道[27]不论男童女童,骨密度都与年龄、身高、体重呈正相关,青春期高于青春前期,女童骨密度的增加开始于11岁,男童开始于13岁。荫士安等[17]对0～16岁的城乡儿童骨矿物含量及影响因素的研究结果也表明,身高是骨骼矿物质含量的主要决定因素。Koemmicb等[31]的研究也表明,血清瘦素浓度不是骨矿物质含量的预测因子。但也有研究表明,体重对骨量的作用是由其他原因引起的。

本研究将身高和体重作为代表发育程度的指标与CCT、MCI进行相关分析,结果显示,在整个生长发育过程中CCT、MCI与身高和体重存在一定的相关关系,CCT与身高和体重的密切程度大于MCI与身高和体重的密切程度,不同年代CCT、MCI与身高和体重的相关系数变化并不大。

为了消除生活年龄的影响,本研究进一步分析了各性别年龄组身高、体重与CCT、MCI的相关关系,结果显示,儿童少年身高、体重与CCT的相关系数均随年龄的增长达到最大值后开始下降,且这种相关性在青春期稍明显,但无论男女,大部分年龄组中身高、体重与掌骨骨皮质指数MCI相关系数不具有显著性。

为了进一步分析不同年代身高、体重对骨皮质发育的影响,以身高和体重为自变量,以CCT、MCI为因变量,进行多元线性回归分析,结果显示,除1985年男孩体重的回归系数均大于身高的回归系数外,其余的身高回归系数均大于体重的回归系数,与文献的报道基本一致。不同的是,与1985年相比,2005年3～19岁儿童少年身高、体重对CCT的影响发生了变化,对此有待进一步观察研究。

所以,我们结合二者对MCI的相关关系及多元回归分析结果初步认为,与1985年相比,2005年3～19岁儿童少年身高、体重对MCI的影响并没有发生变化,身高与MCI的回归系数大于体重与MCI的回归系数。

4 结论

1.1985 —2005年,儿童少年出现了骨皮质发育逐渐增加的长期趋势。儿童少年骨皮质厚度平均增长值男生为0.12±0.23 mm,女生为0.10±0.11 mm;掌骨皮质指数平均增长值男生为1%±3%,女生为2%±1%。

2.1985 —2005年,儿童少年身高、体重与骨皮质厚度、掌骨皮质指数的相关关系变化并不大;多元线性回归分析结果显示,1985—2005年,儿童少年身高、体重对掌骨皮质指数的影响基本上没有发生变化。

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The Long-term Trends of the Second Metacarpals Bone Cortical Development in Children and Adolescents

XIN G Yan-li1,ZHANG Shao-yan2

Objectives:The development of second metacarpal cortical was investigated in children and adolescents in recent 20 years.It makes further discussion on law and long-term trends of the bone cortical development and may have significant implication for revealing the law of bone development in children and adolescents,thus provides theoretical basis for subsequent research on the growth and development of children and adolescents.Methods:The subjects were the children from two skeletal development surveys in the year of 1985 and 2005.With precisely to 0.02mm vernier caliper in the second metacarpal bone center point spot,the palm backbone transverse diameter and the medullary cavity of bones width was surveyed,the diameter of the combined cortical thickness was obtained by subtracting the value of the marrow cavity from that of the bone transverse diameter according to Barnett formula computation metacarpal cortical index.Conclusions:1)1985—2005,children and adolescents had the bone cortical growth long-term trend.Bone cortical thickness average growth for boy was 0.12m±0.23mm,and fort girl was 0.10±0.11mm Metacarpal cortical index average growth for boy was 1%± 3%,for girl was 2%±1%.2)1985—2005,the different age children and adolescent’s height,weight and CCT,MCI correlative relationship had no obviously change;1985—2005, the result of multiple regression analysis showed that the influence of children and adolescents body height and weight had no change to MCI.

children and adolescents;long-term trends;metacarpal cortical index;height;weight

G804.49 文献标识码:A

1000-677X(2010)05-0081-08

2010-03-10;

2010-04-04

邢艳丽(1983-),女,河北衡水人,助教,在读硕士研究生,研究方向为运动生理学原理及应用,E-mail:yanlixing1983@163.com;张绍岩(1946-),男,河北石家庄人,研究员,研究方向为运动生理学原理及应用,Tel: (0311)85266842,E-mail:zhangshaoyan@vip.sina.com。

1.衡水学院,河北衡水053000;2.河北省体育科学研究所,河北石家庄050011 1.HengshuiUniversity,Hengshui053000,China; 2.HebeiResearchInstitute ofSportScience,Shijiazhuang 050011,China.