骨质疏松椎体变形与骨密度和骨代谢水平的相关性研究

高飞，张宇，王洪伟，乔巨峰，高锋，莫济贤，汤奇

临床研究

骨质疏松椎体变形与骨密度和骨代谢水平的相关性研究

高飞，张宇，王洪伟，乔巨峰，高锋，莫济贤，汤奇

目的探讨骨质疏松患者椎体变形与骨密度（BMD）和骨代谢水平的相关性。方法以GENANT半定量法为标准，按照胸腰椎椎体不同变形程度将883例骨质疏松患者分为GENANT 0级、0.5级、1级、2级、3级共5组，测量各组的BMD、体质量指数以及Ⅰ型前胶原氨基端前肽（PINP）、β胶原降解产物β-crosslaps、N端中分子片段骨钙素（N-MID）等骨代谢指标，分析骨质疏松椎体变形程度与上述指标的相关关系，统计骨质疏松患者年龄、性别以及上述指标与骨折风险的相关性。结果椎体变形等级与BMD、体质量指数呈负相关（P＜0.05），与骨代谢指标呈正相关（P＜0.05）；椎体变形GENANT 3级骨质疏松患者BMD、体质量指数低于其他GENANT等级，GENANT 1～3级患者骨代谢水平高于GENANT 0级、0.5级，GENANT 0级患者骨代谢水平最低（P＜0.05）。骨质疏松性椎体骨折女性患者多于男性，其发生随年龄增加而呈现增大趋势；80岁以上人群BMD、体质量指数和骨代谢水平均低于其他年龄组，且存在椎体变形的比例最高（P＜0.05）。结论骨质疏松患者的椎体变形与BMD、体质量指数以及PINP、β-crosslaps、N-MID等骨代谢指标有一定的相关关系；综合运用性别、年龄、BMD、体质量指数和骨代谢指标能提高骨质疏松椎体变形的诊断准确率，对预测骨质疏松患者椎体变形程度和骨折风险具有重要的指导意义。

骨质疏松；椎体变形；脊柱骨折；骨密度；骨代谢；胶原；骨钙素；年龄因素；性别因素；人体质量指数

骨质疏松导致的椎体变形在老年人群中非常常见，起病较为隐匿，常引起慢性腰背部疼痛及畸形，早期合理的骨质疏松预防和治疗干预可减少椎体畸形及骨折的发生，对提高老年患者生活质量和生存率、减少医疗费用支出具有重要意义［1-2］。双能X线吸收测定法（dual-energyray absorptiometry，DXA）测量骨密度（bone mineral density，BMD）是目前骨质疏松最常用的诊断方法，但单纯使用BMD检查存在漏诊和误诊的可能性［3］，而椎体变形的严重程度事实上也受到BMD之外因素的影响［4-5］。鉴于骨形成和骨吸收过程在维持骨量和骨质量中起到关键作用，以及骨代谢水平可从不同方面反映成骨细胞和破骨细胞在骨建造和骨重建等骨转化过程中的参与程度［6］，骨代谢水平目前已成为独立于BMD及其他骨质疏松评估指标之外的因素［7］。本研究拟探讨椎体变形程度与BMD和骨代谢水平之间的关系，以及年龄、性别、BMD、体质量指数、骨代谢水平等与发生骨折风险的相关性，旨在为提高骨质疏松诊断水平和椎体变形预测能力提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

以2011年11月至2015年3月在本院就诊的患者为筛选对象，采用亚洲人自我筛查工具（Osteoporosis Self-assessment Tool for Asians，OSTA）和国际骨质疏松基金会（International Osteoporosis Foundation，IOF）骨质疏松风险一分钟测试题进行初步筛查，中高风险和测试题结果阳性的患者进入骨质疏松诊断程序；依据中华医学会骨质疏松症和骨矿盐疾病委员会《原发性骨质疏松症诊治指南》明确骨质疏松诊断［8］；椎体侧位X线片检查确定椎体变形程度。病例筛选标准如下：

纳入标准：①确诊为骨质疏松；②年龄在50岁以上；③同意参加本研究，具临床随访条件；④6个月内未服用影响骨代谢的药物。排除标准：①患有椎体转移瘤、多发性骨髓瘤、甲状腺功能亢进、类风湿关节炎、骨质软化症、甲状旁腺功能亢进或其他影响骨代谢的疾病；②6个月内接受过选择性雌激素受体调节剂治疗；③1年内有骨折史；④椎体变形因外伤、病理骨折等其他原因导致。

共883例骨质疏松患者纳入本研究，男267例，女616例；年龄50～103岁，平均年龄（69±10）岁；平均身高（154±8）cm；平均体质量（55±10）kg；平均体质量指数（23±4）kg/m2。

1.2 椎体变形程度分级及检测指标

以GENANT半定量法为标准［9］，根据侧位X线片上椎体的形态、大小、压缩程度，将患者分为0～3级：0级：正常，椎体无骨折；0.5级：“边界线”：椎体轻微变形，但没有达到Ⅰ度骨折；1级：椎体轻度变形或Ⅰ度骨折，与相邻椎体比较，椎体前、中和（或）后椎体高度减少20%～25%，椎体投照面积减少10%～20%；2级：椎体中度变形或Ⅱ度骨折，椎体高度减少25%～40%，面积减少20%～40%；3级：椎体严重变形或Ⅲ度骨折，椎体高度及面积减少＞40%。

采用MEDIX 90双能X线骨密度测量仪（法国MEDILINK公司）测量腰椎BMD，运用瑞士罗氏公司全自动电化学发光免疫分析仪及试剂盒检测骨代谢指标（8：00—9：00抽取患者禁食12 h后肘静脉血4 mL）。各骨代谢指标参考值为：Ⅰ型前胶原氨基端前肽（procollagen typeⅠaminoterminal propeptide，PINP）：9.06～76.24 ng/mL；β胶原降解产物β-crosslaps：43～783 pg/mL；N端中分子片段骨钙素（N-terminal mid-fragment of osteocalcin，N-MID）：6.00～24.66 mg/mL。

1.3 统计学方法

应用SPSS 19.0统计软件进行分析，满足正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，偏态分布者采用中位数或四分位数间距（M，Q）表示；满足正态分布和方差齐性的计量资料比较采用两独立样本Z检验和完全随机设计方差分析，否则采用两独立样本秩和检验（近似Z检验）和Kruskal-Wallis H检验，多组间两两比较采用LSD-t检验；计数资料以百分数或率表示，采用卡方检验进行比较；双变量相关分析采用秩相关。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同年龄组患者一般资料

本研究共分为50～59岁、60～69岁、70～79岁、80岁以上4个年龄组。各年龄组一般资料分布情况见表1。

2.2 不同性别、年龄组GENANT椎体变形级别及椎体骨折分布情况

不同性别、年龄组GENANT椎体变形级别见表2。如前所述，GENANT 0.5级、1级、2级、3级均可视为椎体骨折，883例患者中椎体骨折565例（64.0%）。女性组发生率65.7%（405/616），男性组59.9%（160/267），两组比较，差异无统计学意义（χ2=2.740，P=0.098）。80岁以上骨质疏松人群发生椎体骨折比例最高（123/155，79.4%），其中男性76.8%（53/69）、女性81.4%（70/86）；70～79岁组为79.1%（197/249），其中男性78.7%（59/75）、女性79.3%（138/174）；60～69岁组为63.6%（194/305），其中男性62.0%（44/71）、女性64.1%（150/234）；50～59岁组最低，为29.3%（51/174），其中男性7.7%（4/52）、女性38.5%（47/122）。

表1 4个年龄组性别、身高、体质量、体质量指数分布情况（±s，n=883）

表1 4个年龄组性别、身高、体质量、体质量指数分布情况（±s，n=883）

组别性别50～59岁组60～69岁组70～79岁组80岁以上组男女男女男女男女合计例数52 122 71 234 75 174 69 86 883身高/cm 165±6 152±6 163±6 152±6 161±6 151±6 159±8 148±6 154±8体质量/kg 64±11 54±8 59±10 55±10 55±10 53±10 52±9 50±10 55±10体质量指数/kg/m223±4 23±3 22±3 24±4 21±4 23±4 21±3 23±4 23±4

表2 不同性别、年龄组GENANT椎体变形级别（例，n=883）

2.3 不同年龄、性别、椎体骨折与否、各GENANT等级组BMD、体质量指数和骨代谢指标比较

各组资料方差不齐，使用非参检验，去除34例，对余下的849例患者进行分析。如表3所示，不同年龄组间BMD无统计学差异（P＞0.05）；男性组BMD高于女性组，椎体非骨折组BMD高于骨折组（均P＜0.05）；GENANT各等级组之间BMD有统计学差异，其中GENANT 3级BMD最低；体质量指数、PINP、β-crosslaps、N-MID在各年龄组、性别组、椎体骨折与未骨折组以及GENANT各级别组之间均有显著性差异（均P＜0.05）。两两比较：80岁以上组体质量指数、PINP、βcrosslaps、N-MID均低于其他3个年龄组，60～69组及70～79组PINP、β-crosslaps、N-MID高于50～59组和80岁以上组（均P＜0.05）；GENANT 3级BMD、体质量指数均低于其他4组，GENANT 0级PINP、β-crosslaps、N-MID低于其他4组，GENANT 0.5级PINP、β-crosslaps低于GENANT 1～3级（均P＜0.05），而GENANT 1、2、3级之间PINP、β-crosslaps无显著性差异（P＞0.05）。

2.4 不同性别间GENANT等级与BMD、体质量指数、骨代谢指标间秩相关分析结果

如表4所示，椎体变形GENANT等级与BMD、体质量指数呈负相关（P＜0.05），其中女性人群椎体变形GENANT等级与BMD、体质量指数呈负相关（P＜0.05），而男性人群椎体变形GENANT等级与BMD相关性不显著（P＞0.05），与体质量指数呈负相关（P＜0.05）；椎体变形GENANT等级与PINP、β-crosslaps、N-MID呈正相关（P＜0.05），女性和男性人群均呈现相似的相关关系。

3 讨论

骨质疏松最早导致脊柱松质骨骨强度的改变，故其发生椎体变形非常常见。调查显示，老年死亡人群中骨质疏松性椎体压缩性骨折发生率为30%，而伴有胸腰椎严重变形的呼吸系统病症患者每出现一节骨质疏松性骨折椎体，生命预测值就将减少9%［10］，因此预防骨质疏松椎体变形，尤其是重度椎体畸形，对改善老年患者的生存率有重要意义。据报道，目前仅有1/4椎体脆性骨折患者得到确诊［11］。DXA BMD检测做为骨质疏松诊断标准已广泛应用于临床，但BMD只是对总体骨折风险的一种预测，并不能预测个体的绝对风险，椎体变形的严重程度尽管与骨质疏松的严重程度相关，但其椎体变形发生率与致畸率也并不完全依赖于骨量的减少［12］。本组883例骨质疏松患者中174例椎体BMD结果正常（40例）或呈低骨量（134例），诊断不一致率为19.7%，其中男性60例，女性114例，107例（61.5%）椎体BMD正常或低骨量患者存在椎体压缩骨折，可见如果单纯以BMD为标准诊断骨质疏松，则将会有相当一部分患者被漏诊，也就是说，在诊断骨质疏松时单纯凭BMD检查下结论会影响诊断的准确率。究其原因，BMD仅提供了有限的骨强度信息［13］，而骨强度受BMD和骨质量共同影响，BMD值并不能完全替代对骨强度的评估；此外，老龄患者常合并骨质增生、终板硬化、小关节退变或硬化、椎间盘狭窄、主动脉钙化等退行性病变，易导致骨折椎体硬化，此类患者T值可维持正常；空气伪影套叠亦可影响BMD的准确测量，造成诊断误差。

表4 不同性别间GENANT等级与BMD、体质量指数、骨代谢指标秩相关分析结果

如前所述，骨质量是影响骨强度的重要因素之一，其特性是由骨微细结构、钙化程度、微损伤积累、骨转换率以及包括胶原蛋白和其它骨特异性蛋白在内的骨基质蛋白特性共同决定的［14］。其中，骨转换率和骨基质蛋白性质在患者的每一个临床阶段均可通过测量血清和尿液中的骨代谢指标和骨基质标志物而得到评估［15］，这些指标（PINP、β-crosslaps、N-MID等）的测量有助于我们更好地了解骨质疏松的发病机制，评估患者全身骨转换增加与未来骨丢失的关系，从而更加准确地预测未来发生骨折的风险；此外，BMD值的变化可能也是由骨吸收及骨形成的比例变化来决定的［16］。一项前瞻性流行病学研究报道高水平的骨生化指标与骨质疏松伴随的相关骨折（如椎体骨折、股骨颈骨折）风险增加有关，高水平的骨吸收指标亦提示患者未来有很高的骨折风险［17-18］。由此可见，骨生化指标反映了个体患者的骨丢失状态和趋势，从这方面来讲，它可以弥补BMD仅显示个体目前已形成的骨量状态的不足，因此，联合应用BMD和骨生化指标可提高骨质疏松诊断的准确性，并可用于预测未来骨质疏松的发生和发展。

3.1 骨质疏松人群性别、年龄分布及其与BMD、骨代谢水平的相关性

本研究中骨质疏松患者女性明显多与男性，60～70岁组及70～79岁组人数较多。男性人群平均BMD值高于女性，而骨代谢水平低于女性；60～69岁组及70～79岁组中骨代谢维持较高水平，而80岁以上年龄组骨代谢维持低水平。这些流行病学特点与国内外相关报道一致［1，19］。原因可能是由于女性基础BMD本就低于男性，而绝经后雌激素下降导致骨代谢活跃程度及BMD快速下降［20］；而女性相应腰背痛、脊柱畸形等发生率的提升也增加了女性人群就诊的机会。

3.2 椎体变形与BMD、体质量指数及骨代谢水平的相关性

本研究结果表明，对于存在骨质疏松椎体骨折的患者（GENANT 0.5～3级），其BMD和体质量指数均低于非骨折患者，而骨代谢指标则高于非骨折组；相关分析结果还证实椎体变形等级与BMD、体质量指数呈负相关，与骨代谢指标（PINP、β-crosslaps、N-MID）呈正相关，表明低体质量指数、低BMD和高骨代谢水平患者其椎体变形的发生率较高。这与朱锐等［21］的报道结果相一致。研究表明，体质量指数所反映的营养状态对骨重建有重要影响；高体重所造成的机械应力可刺激骨形成，抑制骨吸收，较多的体内脂肪也使经由肾上腺皮质和卵巢皮质间质细胞分泌转化而来的雌激素水平增加，而这对于雌激素下降的绝经后妇女尤为重要。骨代谢水平反映了患者体内骨转换率的高低，骨转换率越高，骨破坏越活跃，骨形成水平因而下降，造成BMD减少和椎体骨折发生率的增加［22］。

但对于80岁以上人群而言，尽管存在椎体变形的比例最高，BMD、体质量指数水平最低，但其骨代谢水平亦低于其他年龄组，提示80岁以上老年人群低代谢水平、低体质量指数和低BMD者发生椎体变形的机会较高，推测可能与骨强度、骨转化参与的骨重建活动的倒U形偶联失衡有关［23］。80岁以上人群虽处于低代谢的骨转化水平，但其器官功能、体内激素水平、营养状况均明显下降，低水平的骨重建与骨破坏过程也导致骨质量和骨强度的下降，从而增加了椎体骨折的发生风险。

3.3 椎体骨折的风险预测

本研究中女性椎体变形发生率较高，且椎体骨折发生率呈现随年龄增加而增大的趋势，80岁以上年龄组女性骨质疏松人群发生椎体骨折比例最高，70～79岁组女性次之，而50～59岁男性组最低，提示女性、高龄是发生骨质疏松及椎体变形的风险因素，与彭莉红等［24］的研究结果相类似。进一步的GENANT分级亦提示，GENANT 3级的BMD和体质量指数低于其它GENANT等级，GENANT 1级、2级、3级的骨代谢水平高于GENANT 0级、0.5级，GENANT 0级骨代谢水平最低，提示低BMD、低体质量指数和高骨代谢水平发生严重椎体变形的机会较大，这些特点将为早期诊断骨质疏松及预测椎体变形程度提供一定的指导依据。

综上所述，骨质疏松患者的诊断和预测除了BMD，还应参考性别、年龄、体质量指数、脊椎侧位X线片、骨代谢指标等进行综合分析，椎体变形与BMD、体质量指数呈负相关，与骨代谢水平（PINP、β-crosslaps、N-MID）呈正相关；80岁以上人群、女性群体、低体质量指数和低BMD、高骨代谢水平提示出现椎体变形机会较大，低BMD、低体质量指数和高骨代谢水平对椎体变形的严重程度有一定的预测意义。

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Correlations of osteoporotic vertebral deformation to bone mineral density and bone metabolic levels

GAO Fei*，ZHANG Yu，WANG Hongwei，QIAO Jufeng，GAO Feng，MO Jixian，TANG Qi.*Department of Orthopaedics，Donghua Hospital Affiliated to Sun Yat-sen University，Dongguan，Guangdong 523110，China

ZHANG Yu，E-mail：gz_zhangyu1980cmu@126.com

Objective To investigate the correlations of vertebral deformation to bone mineral density （BMD）and bone metabolic levels for osteoporotic patients.Methods According to GENANT semi-quantitative method，a total of 883 patients with osteoporosis were divided into 5 groups for different degrees of deformationof lumbar vertebrae（GENANT 0，0.5，1，2，3）.BMD，body mass index（BMI），procollagen typeⅠamino-terminalpropeptide（PINP），typeIcollagendegradationfragment（β-crosslaps）andN-terminal mid-fragment of osteocalcin（N-MID）were measured in each group.Relationships of osteoporotic vertebral deformation and the above parameters were analyzed，and the correlations of fracture risks to age，gender and the above parameters were also observed.Results Vertebral deformation grade was negatively correlated with BMD and BMI（P＜0.05），while positively related with levels of the bone turnover markers（P＜0.05）；BMD and BMI in GENANT 3 group were lower than those in the other groups，while the levels of bone turnover markers in GENANT 1，2，3 groups were higher than those of GENANT 0 or 0.5 group，that meant the lowest level was in GENANT 0 group（P＜0.05）.As for osteoporotic vertebral fractures，the incidence in female patients was higher than that in male patients，which showed increase tendency with age.For patients in group of 80 years old and over，BMD，BMI and levels of bone turnover markers were lowest，with the highest proportion of the vertebral body deformation（P＜0.05）.Conclusions Osteoporotic vertebral deformation is related to BMD，BMI and bone turnover markers such as PINP，β-crosslaps and N-MID.The comprehensive application of age，gender，BMD，BMI and bone turnover markers would improve the accuracy of the assessment of vertebral deformation，which could provide guidance to predict the degree of vertebral deformation and fracture risk for osteoporotic patients.

Osteoporosis；Vertebral deformation；Spinal fractures；Bone density；Bone metabolism；Collagen；Osteocalcin；Age factors；Sex factors；Body mass index

R681.4，R682.3，R336

A

1674-666X（2015）03-133-08

2015-02-28；

2015-04-04）

（本文编辑：白朝晖）

10.3969/j.issn.1674-666X.2015.03.001

广东省医学科研基金（B2013429）

523110广东东莞，中山大学附属东华医院骨科（高飞，王洪伟，乔巨峰，高锋，莫济贤，汤奇）；510010广州军区广州总医院骨科医院（张宇）

张宇，E-mail：gz_zhangyu1980cmu@126.com