骨关节病变及骨折患者围术期骨代谢标志物检测及骨密度变化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.35.018

摘要/Abstract

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文题释义：

骨代谢标志物：骨具有新陈代谢的活性，这一过程即为破骨细胞吸收旧骨和成骨细胞形成新骨的过程，二者紧密关联构成骨重建或称骨转换。骨代谢标志物是骨转换过程产生的一些代谢物，主要包括骨形成标志物和骨吸收标志物，可用来进行骨丢失速率监测、骨折风险预测、疗效评估及治疗方案调整、代谢性骨病的鉴别。

骨密度：定义为单位面积骨的矿物质平均浓度。骨密度可反映机体骨量水平，测定骨密度有着非常重要的意义。目前测定骨密度的方法有双能X射线吸收测量法(DXA)，单能X线吸收法(SXA)，定量CT(QCT)，放射线吸收光度法，此外，还可通过定量超声利用声波来测定与骨密度及骨强度相关的骨质特点。其中双能X射线吸收测量法被认为是骨密度测量的“金标准”。

摘要

背景：骨密度反映的是相对长时间内的骨量情况，是一个静态参数，如果要了解骨代谢的动态变化过程，需评估骨代谢标志物。

目的：探讨脊柱和关节退变以及骨质疏松性骨折患者围术期骨代谢标志物及骨密度变化。

方法：应用计算机检索PubMed数据库和万方数据库，中文检索词为“骨代谢标志物；骨密度；血液；尿液”英文检索词为“bone metabolic markers；Bone mineral density；Serum；urine”，纳入文献时间限定为2005至2016年，按纳入排除标准选择29篇文献进行分析。

结果与结论：目前临床常用的骨形成标志物主要包括骨碱性磷酸酶、骨钙素、Ⅰ型前胶原N末端前肽、Ⅰ型前胶原C末端前肽等，骨吸收标志物主要包括抗酒石酸酸性磷酸酶、Ⅰ型胶原N端交联肽、Ⅰ型胶原C端交联肽、脱氧吡啶啉、吡啶啉、羟脯氨酸等。脊柱和关节退变以及骨质疏松性骨折患者围术期骨密度变化不大，骨吸收标志物水平增高，提示骨吸收过程活跃；而骨形成标志物在骨折患者围术期增高，说明骨折围术期存在新骨形成；在骨退行性变患者围术期骨形成标志物降低，骨形成过程受抑制。综合看，骨关节病变及骨折患者围术期的骨吸收过程加剧更为明显，可能进一步加重患者骨质疏松程度，应进行正规的抗骨质疏松治疗。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

ORCID:0000-0002-8047-4710(李士红)

关键词: 骨科植入物, 骨植入物, 骨代谢标志物, 骨折, 骨质疏松, 骨密度, 血液, 尿液

Abstract:

BACKGROUND: The bone mineral density is a static parameter that reflects the bone mass in a relatively long time. If you want to know the dynamic changes of bone metabolism, bone metabolism markers should be evaluated.

OBJECTIVE: To explore changes of bone metabolism markers and bone mineral density during perioperative period in patients with spine and joint degeneration and osteoporotic fractures.

METHODS: We retrieved PubMed and Wanfang database for articles published from 2005 to 2016. The key words were “bone metabolic markers, bone mineral density, serum, urine”. Twenty-nine articles were analyzed according to inclusion and exclusion criteria.

RESULTS AND CONCLUSION: At present, bone formation markers commonly used in clinic mainly included bone alkaline phosphatase, osteocalcin, procollagen type I N-terminal peptide, and procollagen type I C-terminal peptide. Bone resorption markers included tartrate resistant acid phosphatase, collagen type I N-terminal telopeptide, collagen type I C-terminal telopeptide, deoxidation pyridinoline, pyridinoline, and hydroxyproline. Bone mineral density had little change, and bone resorption markers were elevated in patients with spine and joint degeneration and osteoporotic fractures, indicating active resorption. Increased bone formation markers in patients with fracture during perioperative period suggested that new bone formed in perioperative period of fracture. In the perioperative period, bone formation markers reduced and bone formation was inhibited in patients with bone degeneration. Increased bone resorption is more obvious in perioperative period in patients with bone and joint disease and fractures, which probably further aggravated the degree of osteoporosis, and should be treated by regular anti-osteoporosis therapy.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Osteoporosis, Osteoporotic Fractures, Bone Density, Osteocalcin

中图分类号:

R318

李士红，刘阳. 骨关节病变及骨折患者围术期骨代谢标志物检测及骨密度变化[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(35): 5290-5295.

Li Shi-hong, Liu Yang. Measurement of bone metabolism markers and changes of bone mineral density in patients with bone and joint disease and fractures in perioperative period[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(35): 5290-5295.

图/表（结果） 3

2.1 常用的骨代谢标志物介绍 骨代谢标志物的检测已经在临床被广泛应用于骨质疏松、Paget’s病、骨关节病等的诊断、治疗和评定中。近年来，随着研究的深入，一些更敏感、更特异的骨代谢指标相继被发现。临床常用的骨代谢标志物可分为骨形成标志物(表1)、骨吸收标志物(表2)、骨转换标志物[主要包括25-羟维生素D3、甲状旁腺激素(PTH)]等^[11-24]。此外，还有一些骨质疏松相关的激素类标志物，如雌激素、睾酮、性激素结合球蛋白(SHBG)；以及传统的骨代谢指标如血钙、血磷、羟脯氨酸、羟赖氨酸糖苷等，但均存在敏感性低、特异性差、容易受其他因素干扰等缺点。

2.2 骨折手术患者围术期骨代谢标志物及骨密度的变化 骨折后局部骨量减少、骨转换增加，骨折患者围术期骨代谢的变化有其特点：①骨折后的疼痛及骨折围术期制动造成患者骨量的进一步丢失，使骨分解的生化标志物增加；②骨折同时启动骨愈合机制，因此在成骨活跃期血中骨形成标志物水平即会产生变化；③骨折围术期坏死骨的清除又使骨吸收性标志物水平变化。

刘伟等^[25]的研究纳入了40 例女性股骨转子间骨折患者，年龄61-93岁，均为跌倒所致骨折，排除了类风湿性炎节炎、强直性脊柱炎、骨肿瘤或或甲旁亢等影响骨代谢的疾病。在患者入院后次日及术后3个月抽血，测定Ⅰ型前胶原N末端前肽、Ⅰ型胶原C端交联肽、骨钙素、甲状旁腺激素、25-羟基维生素D等骨代谢指标，同时行髋关节骨密度、髋关节骨强度测定。结果发现，术后3个月时，骨形成标志物Ⅰ型前胶原N末端前肽较术前明显增高，甲状旁腺激素较术前降低，差异有显著性意义(P < 0.05)；而股骨颈、大转子及转子间的骨密度及骨强度与术前相比轻度下降，但差异无显著性意义(P > 0.05)。结果说明股骨转子间骨折围术期骨代谢旺盛，成骨加强，而甲状旁腺激素水平提示至术后3个月骨转换已经下降，但此时骨强度并无明显改善，因此需注意防护，加强抗骨质疏松治疗，避免发生再次骨折。张旭等^[26]的临床回顾性研究与刘伟等相似，观察了47例女性股骨转子间骨折患者术前及术后3个月的血骨代谢指标变化，2个研究所得结果一致(图2)，治疗前和治疗后3个月比较，骨密度变化不大，Ⅰ型前胶原N末端前肽增高，甲状旁腺激素降低(P < 0.05)。

石磊等^[27]为了解骨科手术患者围手术期骨代谢变化特点，纳入了113例50岁以上的中老年骨科手术患者，其中49例是髋部骨折患者。此49例患者术后1周的骨吸收标志物Ⅰ型胶原交联C端肽为(0.66±0.40) μg/L，较术前(0.36±0.25) μg/L明显上升(P < 0.05)，提示骨折患者术后骨吸收加快；骨形成标志物骨钙素术后1周与术前比差异不显著[(13.94±7.33)，(14.43±7.84) μg/L，P > 0.05]，作者认为骨钙素未降低是骨折引起成骨活跃抵消了骨钙素降低的结果。

2.3 骨关节病手术患者围术期骨代谢标志物及骨密度的变化 脊柱和关节退变需手术治疗患者中骨质疏松、骨量减少的发生率较高，且体内维生素D缺乏情况较普遍，围手术期更容易出现骨量丢失、骨代谢紊乱。因此在骨关节退行性病手术患者围术期监测骨代谢标志物，有助于骨质疏松的防治及骨折风险预测。

王旭等^[28]收集139例脊柱退行性疾病手术治疗患者，分析骨代谢指标与骨密度之间的关系，并进一步探讨合并2型糖尿病对骨代谢和骨密度的影响。结果139例患者中骨量正常者仅为16.0%，87%体内维生素D缺乏(25-羟基维生素D<50 nmol/L)，说明此类患者普遍存在骨质疏松、骨量减少和维生素D缺乏的状况；多因素线性回归分析结果提示年龄、Ⅰ型前胶原N末端前肽是决定脊柱退行性疾病需手术患者骨密度变化的主要影响因素，这提示伴Ⅰ型前胶原N末端前肽升高的老龄患者，骨密度降低及骨质疏松的发病风险更大；糖尿病组患者的血Ⅰ型前胶原N末端前肽、β-胶原特殊序列及骨钙素水平均低于肥糖尿病组，说明合并2型糖尿病的患者处于一种低骨转换状态。

石磊等^[27]报告的113例50岁以上的中老年骨科手术患者中包括脊柱和关节退变者64例，应用电化学发光免疫方法测定术前及术后1周血骨钙素及Ⅰ型胶原交联C端肽水平。此64例患者术后1周的骨吸收标志物Ⅰ型胶原交联C端肽为(0.52±0.30) μg/L，较术前(0.39±0.32) μg/L明显上升(P < 0.05)，提示骨折患者术后骨吸收加快；骨形成标志物骨钙素术后1周低于术前[(12.37±8.66)，(16.70±11.45) μg/L，P < 0.05]，提示经手术干预后，骨形成过程受到抑制。在以上研究的基础上，石磊等^[29]进一步观察了抗骨质疏松治疗对骨科手术患者围术期骨代谢的影响，他们纳入了90例老年骨科手术患者，其中脊柱和关节退变患者55例，骨折患者35例。90例患者被随机分为2组，对照组术后常规口服碳酸钙片和活性维生素D，治疗组在对照组基础上应用鲑鱼降钙素肌内注射或喷鼻，分别于术前、术后1周、术后3个月测定血骨钙素及β-胶原特殊序列水平，于术前、术后3个月采用DEXA双能X线骨密度仪测定患者腰椎及髋部骨密度。结果发现老年患者接受骨科手术前后骨代谢发生改变，手术后1周骨吸收过程活跃，骨形成过程受抑制；术后应用抗骨吸收类药物鲑鱼降钙素3个月抗骨质疏松治疗能有效抑制骨吸收，但对促进骨形成无明显影响(表3)。

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引言

随着社会老龄化的快速进展，脊柱和关节退变以及骨质疏松性骨折逐年增多，为尽早恢复功能，部分患者需要接受手术治疗。然而此类患者在围手术期因卧床、手术应激、营养状况不佳等因素会出现短时间内快速骨量丢失，骨转换加速，骨代谢紊乱，进而增加骨质疏松的发病风险或加重骨质疏松的程度，造成人工关节假体或椎弓根钉内固定物松动，有可能导致手术失败，因此在围手术期关注骨愈合过程中的骨转换状态，监测骨代谢变化是非常必要的。

骨密度是诊断骨质疏松症的“金标准”，但骨密度提供的只是静态参数，反映的是相对长时间内的骨量情况，如果要了解骨代谢的动态变化过程，需评估骨代谢标志物。
骨代谢标志物是骨转换过程产生的一些代谢物，主要包括骨形成标志物和骨吸收标志物，可用来进行骨丢失速率监测、骨折风险预测、疗效评估及治疗方案调整、代谢性骨病的鉴别^[1-6]。

检测血液和尿液中的骨代谢标志物具有无创伤性、快速、灵敏和动态地反映骨转换的变化等优点，为评价和监测骨代谢提供了有效的手段。近年来对骨代谢标志物的研究集中在骨形成与骨吸收过程中骨基质合成和分解的一些特异性产物以及成骨细胞和破骨细胞成熟过程中合成释放的一些酶类。骨基质中Ⅰ型胶原足矿化骨中唯一的一种胶原，其合成分解产物Ⅰ型前胶原N末端前肽、Ⅰ型前胶原C末端前肽、Ⅰ型胶原N端交联肽、Ⅰ型胶原c端交联肽、吡啶啉和脱氧吡啶啉等，因其具有特异性好、不易受其他因素的干扰等优点越来越受到重视^[7-8]。但任何一种骨代谢标志物都不具有完全的特异性，都会受到诸如昼夜规律、性别、年龄、饮食以及肝、肾功能等因素的影响^[9-10]。

文章探讨脊柱和关节退变疾病以及骨质疏松性骨折患者围术期骨代谢标志物及骨密度变化，检测血液和尿液中骨代谢标志物水平可为临床治疗提供参考。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程