膝骨性關(guān)節(jié)炎患者膝關(guān)節(jié)局部骨密度的差異性研究

楊偉銘 趙彩瓊 潘三元 曹學(xué)偉 林定坤

廣東省中醫(yī)院，廣東 廣州 510120

隨著社會(huì)的老齡化發(fā)展，骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)與骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)已普遍危害到人類的健康并影響生活質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國部分地區(qū)老年人群骨質(zhì)疏松癥的流行病學(xué)調(diào)研結(jié)果表明，60歲以上人群中骨質(zhì)疏松癥患病率達(dá)22.6%，80歲以上人群患病率達(dá)50%[1]。老年性膝關(guān)節(jié)炎患者，常合并有骨質(zhì)疏松癥；同時(shí)隨年齡的增高，膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎合并骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率不斷增高[2]。全世界60%的絕經(jīng)婦女面臨著這兩大疾病的威脅[3]。

骨關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松雖與骨代謝及人體的衰老過程密切相關(guān)，但卻屬于性質(zhì)不同的兩類疾病。盡管目前對于這兩類疾病的病因、病理、診斷和治療已開展了大量的研究，但實(shí)際上我們對于這兩類疾病二者之間的關(guān)系尚不了解。了解兩者之間的發(fā)病關(guān)系有助于闡明OP與OA的發(fā)病過程中的相互關(guān)系。由于膝關(guān)節(jié)由脛骨、股骨、髕骨等結(jié)構(gòu)組成，且膝關(guān)節(jié)為非對稱性結(jié)構(gòu)，當(dāng)OA發(fā)生后產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形、下肢負(fù)重力線的改變會(huì)影響膝關(guān)節(jié)局部的載荷分布，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不同部位應(yīng)力不同，局部骨質(zhì)退變情況也有差異，但不同分區(qū)骨質(zhì)退變規(guī)律如何，目前未見文獻(xiàn)報(bào)道。

傳統(tǒng)評價(jià)骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松嚴(yán)重程度主要依據(jù)X線平片評估，但X線平片無法觀察到骨質(zhì)微小結(jié)構(gòu)變化、無法量化骨質(zhì)的變化等，因此對骨質(zhì)變化的評估欠缺客觀性和精確性。雙能X線骨密度儀具有較以往的觀測方法更安全，精密度和可信度更高的優(yōu)點(diǎn)。一些學(xué)者在觀察前后位腰椎骨密度、髖關(guān)節(jié)假體周圍骨密度的研究中，都發(fā)現(xiàn)雙能X線骨密度儀具有很高的精密度，可以重復(fù)測量[4]。

本研究擬通過對膝骨性關(guān)節(jié)炎患者的膝關(guān)節(jié)局部不同分區(qū)的骨密度進(jìn)行客觀量化研究，結(jié)合腰椎、髖部骨密度情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；以期發(fā)現(xiàn)膝骨關(guān)節(jié)炎患者膝關(guān)節(jié)不同分區(qū)骨密度差異性及其與骨質(zhì)疏松情況的相關(guān)性，為更好的了解膝骨關(guān)節(jié)炎與骨質(zhì)疏松提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2016年3月至7月廣東省中醫(yī)院原發(fā)性膝骨性關(guān)節(jié)炎患者44例，共44膝(左膝22例，右膝22例)；全部為絕經(jīng)女性患者；年齡54～88歲，平均68.6±7.50歲。

診斷標(biāo)準(zhǔn)：①近1個(gè)月內(nèi)反復(fù)膝關(guān)節(jié)疼痛；②X線片(站立或負(fù)重位)示關(guān)節(jié)間隙變窄、軟骨下骨硬化和(或)囊性變、關(guān)節(jié)緣骨贅形成；③關(guān)節(jié)液(至少2次清亮、黏稠，WBC<2 000個(gè)/mL；④中老年患者(≥40歲)；⑤晨僵≤3 min；⑥活動(dòng)時(shí)有骨摩擦音(感)。綜合臨床、實(shí)驗(yàn)室、及X線檢查，符合①+②條或①+③+⑤+⑥條或①+④+⑤+⑥條，即可明確診斷為膝骨性關(guān)節(jié)炎?！豆顷P(guān)節(jié)炎診治指南》(2007版)

病例納入標(biāo)準(zhǔn)：符合診斷標(biāo)準(zhǔn)；就診時(shí)疾病處于急性期。排除標(biāo)準(zhǔn)：繼發(fā)于創(chuàng)傷、炎癥、關(guān)節(jié)不穩(wěn)或先天疾病的繼發(fā)性膝骨關(guān)節(jié)炎患者；長期使用激素及所有代謝性骨病病史患者；懷疑或確診骨關(guān)節(jié)結(jié)核或腫瘤患者；嚴(yán)重心、肺、腦疾病患者。

1.2 研究方法及評價(jià)指標(biāo)

1.2.1 膝關(guān)節(jié)感興趣區(qū)劃分：本研究將膝關(guān)節(jié)感興趣區(qū)(ROI)分別在正側(cè)位上劃分，正位分為6個(gè)感興趣區(qū)，分別記為ROI 1-6區(qū)(如圖1)，ROI 1為脛骨平臺內(nèi)側(cè)；ROI 2為脛骨平臺外側(cè)；ROI 3為股骨內(nèi)側(cè)髁；ROI 4為股骨外側(cè)髁；ROI 5為整個(gè)脛骨平臺；ROI 6為整個(gè)股骨髁；側(cè)位分為7個(gè)感興趣，分別記為ROI 1-7區(qū)(如圖2)；ROI 1為股骨髁前1/3；ROI 2為股骨髁中1/3；ROI 3為股骨髁后1/3；ROI 4為整個(gè)股骨髁；ROI 5為脛骨干；ROI 6為股骨干；ROI 7為髕骨。

圖1 正位膝關(guān)節(jié)感興趣區(qū)(ROI 1～6) Fig.1 Regions of interest on the coronal position of knee(ROI 1～6)

圖2 側(cè)位膝關(guān)節(jié)感興趣區(qū)(ROI 1～7)Fig.2 Regions of Interest on the sagittal position of Knee(ROI 1～7)

1.2.2 膝關(guān)節(jié)骨密度測定：測量者利用雙能X射線骨密度儀(DEXA，美國GE LUNAR公司，PRODIGY)進(jìn)行掃描。按照研究設(shè)定的膝關(guān)節(jié)感興趣區(qū)，分別進(jìn)行測量各個(gè)感興趣區(qū)的骨密度；同時(shí)測量腰椎及股骨頸骨密度情況。所有測量者均受統(tǒng)一培訓(xùn)后，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)完成測試。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理與分析：采用SPSS 16.0的統(tǒng)計(jì)軟件(SPSS，美國)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。不同區(qū)間臨床評估參數(shù)采用T檢驗(yàn)或方差分析。檢驗(yàn)水準(zhǔn)a值取雙層0.05。

2 結(jié)果

2.1 腰椎及股骨頸骨密度情況

本研究共納入原發(fā)性膝骨性關(guān)節(jié)炎患者44例，腰椎BMD為0.859±0.156 g/cm2(0.592～1.168 g/cm2)；股骨頸BMD為0.660±0.112 g/cm2(0.436～0.087 g/cm2)。其中骨質(zhì)疏松(T值<-2.5)15例，占34.1%；低骨量(-1.0-1.0)6例，占13.6%(圖3)。

圖3 膝骨關(guān)節(jié)炎患者骨量情況Fig.3 Bone mineral density in patients with knee osteoarthritis

2.2 膝關(guān)節(jié)正側(cè)位感興趣區(qū)骨密度情況

根據(jù)研究方案，分別選取脛骨平臺內(nèi)外側(cè)、脛骨干、股骨前后髁、股骨干、髕骨進(jìn)行骨密度測量，結(jié)果見表1。從表1 BMD測量值比較可以得出，股骨前后髁(側(cè)位ROI 4)、股骨內(nèi)外側(cè)髁(正位ROI 6)、股骨干(側(cè)位ROI 6)的BMD測量值明顯比脛骨平臺內(nèi)外側(cè)(正位ROI 5)、脛骨干(側(cè)位ROI 5)、髕骨高(側(cè)位ROI 7)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01，表1)。

表1 膝關(guān)節(jié)正側(cè)位感興趣區(qū)骨密度情況±s)Table 1 BMD at different ROIs of coronal and sagittal ±s)

2.3 膝關(guān)節(jié)正位感興趣區(qū)骨密度情況對比

根據(jù)測量結(jié)果，筆者將不同分區(qū)BMD測量值分別進(jìn)行兩兩間比較，結(jié)果見表2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ROI 1、ROI 2、ROI 3、ROI 4，四個(gè)分區(qū)相互間BMD測量值比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；其中BMD測量值ROI 4> ROI 3> ROI 1> ROI 2。ROI 1、ROI 2兩者和ROI 5分區(qū)之間BMD測量值比較無明顯差異(P>0.05)。ROI 3、ROI 4兩者和ROI 6分區(qū)之間BMD測量值比較無明顯差異(P>0.05)。即正位脛骨平臺內(nèi)側(cè)ROI 1 BMD測量值比脛骨平臺外側(cè)ROI 2高，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；正位股骨外側(cè)髁ROI 4 BMD測量值比股骨內(nèi)側(cè)髁ROI 3高，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。

表2 膝關(guān)節(jié)正位感興趣區(qū)骨密度情況對比±s)Table 2 Comparison of BMD at different ROIs of coronal position of knee(±s)

注：感興趣區(qū)之間相互比較的P值，用“*”、“**”、“#”表示；“*”:P<0.05，“**”：P<0.01，“#”：P>0.05

Note: Comparison between ROIs, *:P<0.05，**：P<0.01，#：P>0.05

2.4 膝關(guān)節(jié)側(cè)位感興趣區(qū)骨密度情況對比

根據(jù)測量結(jié)果，筆者將不同分區(qū)BMD測量值分別進(jìn)行兩兩間比較，結(jié)果見表3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ROI 1與ROI 2、ROI 3、 ROI 4的BMD測量值比較有統(tǒng)計(jì)

表3 膝關(guān)節(jié)側(cè)位感興趣區(qū)骨密度情況對比±s)Table 3 Comparison of BMD at different ROIs of sagittal position of knee(±s)

注：感興趣區(qū)之間相互比較的P值，用“*”、“**”、“#”表示；“*”:P<0.05，“**”：P<0.01，“#”：P>0.05

Note: Comparison between ROIs, *:P<0.05，**：P<0.01，#：P>0.05

學(xué)差異(P<0.05)；ROI 1BMD測量值最小。ROI 4、ROI 6分別與ROI 5、ROI 7的BMD測量值比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；ROI 4、ROI 6的BMD測量值大于ROI 5、ROI 7的BMD測量值。即側(cè)位股骨前髁ROI 1 BMD測量值在整個(gè)股骨髁ROI 4中最低；股骨髁ROI 4和股骨干ROI 6的BMD測量值比脛骨干ROI 5和髕骨ROI 7的BMD測量值高。

3 討論

3.1 骨質(zhì)疏松與骨關(guān)節(jié)炎的病理基礎(chǔ)及影響因素

骨質(zhì)疏松癥是一種系統(tǒng)性全身性骨骼疾病，主要表現(xiàn)以骨量減少、骨組織微細(xì)結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致骨骼脆性增加、骨折危險(xiǎn)性增大為特征的疾病。由于中老年人免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能退化和紊亂，以及骨細(xì)胞局部細(xì)胞因子的相互作用等多種綜合因素導(dǎo)致骨吸收與骨形成失平衡，骨吸收大于骨形成，從而導(dǎo)致骨量丟失[5]。骨關(guān)節(jié)炎是一種長期慢性的病理過程，是由于長期負(fù)重，關(guān)節(jié)磨損導(dǎo)致軟骨變性破壞的疾病，是以關(guān)節(jié)面軟骨退變?yōu)橹饕卣鞯募膊?。關(guān)節(jié)局部可反應(yīng)性的出現(xiàn)骨質(zhì)增生，關(guān)節(jié)表面硬化；同時(shí)可出現(xiàn)軟骨下骨壞死、囊性變、骨密度改變，并伴有骨贅形成的一種非特異性炎癥。骨關(guān)節(jié)炎可分為原發(fā)性及繼發(fā)性兩類，其中原發(fā)性O(shè)A可能與年齡、職業(yè)、肥胖、絕經(jīng)有關(guān)；繼發(fā)性O(shè)A則可能與局部解剖結(jié)構(gòu)異常、炎癥性疾病、內(nèi)分泌異常以及代謝異常有關(guān)。骨關(guān)節(jié)炎與骨質(zhì)疏松存在明顯聯(lián)系[6,7]。

3.2 骨質(zhì)疏松與骨關(guān)節(jié)炎呈正相關(guān)

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為OA 與OP 具有密切關(guān)系。臨床研究發(fā)現(xiàn)，OP 患者發(fā)生OA 的機(jī)率較高；觀察OP患者與OA患者的骨密度、血鈣水平、胰島素樣生長因子等指標(biāo)的變化情況，可以發(fā)現(xiàn)OA 的發(fā)生常早于OP；而OP 患者更容易引起OA 的發(fā)生。同時(shí)骨質(zhì)疏松的程度逐漸加重，骨關(guān)節(jié)炎的程度也逐漸加重；骨質(zhì)疏松能加速骨關(guān)節(jié)炎的病變，OA 和OP兩者相互聯(lián)系，相互影響[8,9]。Papaloucas 等[10]發(fā)現(xiàn)，OA 患者的軟骨下骨微結(jié)構(gòu)改變與OP 患者軟骨下骨微結(jié)構(gòu)改變相似，且髖關(guān)節(jié)OA 患者常伴有OP，認(rèn)為局部OP 是OA 的一個(gè)重要特征。李軍等[11]從臨床證候和影像學(xué)方面分析得出OA 和OP 呈正相關(guān)。本研究結(jié)果也支持骨質(zhì)疏松與骨關(guān)節(jié)炎呈正相關(guān)的關(guān)系，在本研究納入44例絕經(jīng)婦女并患有膝骨關(guān)節(jié)炎的患者；只有6例患者屬于骨質(zhì)量正常，其余86.4%的患者均有不同程度的低骨量及骨質(zhì)疏松。50%以上的絕經(jīng)后婦女可同時(shí)出現(xiàn)OP與OA，可能隨著年齡的增長， 在全身BMD下降的同時(shí)，部分關(guān)節(jié)軟骨下骨BMD也下降；當(dāng)軟骨下骨出現(xiàn)微骨折后，減弱了軟骨下骨吸收壓力負(fù)荷的能力，使關(guān)節(jié)軟骨的應(yīng)力增加，加速其退變和骨贅形成。而OA的形成使患者疼痛加重，活動(dòng)量減少，從而又進(jìn)一步加重了OP，形成惡性循環(huán)，這反映了老齡化疾病的共同生理特征與關(guān)聯(lián)，提示OP與OA在一定程度上互為因果。

3.3 骨質(zhì)疏松與骨關(guān)節(jié)炎呈負(fù)相關(guān)

3.4 不同分區(qū)骨質(zhì)量退變規(guī)律

由于膝關(guān)節(jié)由脛骨、股骨、髕骨等結(jié)構(gòu)組成，且膝關(guān)節(jié)為非對稱性結(jié)構(gòu)，當(dāng)OA發(fā)生后產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形、下肢負(fù)重力線的改變會(huì)影響膝關(guān)節(jié)局部的載荷分布，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不同部位應(yīng)力不同，局部骨質(zhì)退變情況也有差異，但不同分區(qū)骨質(zhì)量退變規(guī)律如何，未見文獻(xiàn)報(bào)道。當(dāng)發(fā)生任何下肢負(fù)重力線的改變都會(huì)影響膝關(guān)節(jié)載荷的分布，進(jìn)而引發(fā)膝關(guān)節(jié)OA的產(chǎn)生[14]。當(dāng)膝關(guān)節(jié)發(fā)生內(nèi)翻畸形時(shí)，負(fù)重力線的改變，將導(dǎo)致內(nèi)側(cè)間室載荷的增加，脛骨平臺內(nèi)側(cè)的壓力加重和內(nèi)側(cè)間室關(guān)節(jié)軟骨磨損的加速。關(guān)節(jié)軟骨能否維持健康狀態(tài)與軟骨下骨床所承受的機(jī)械應(yīng)力有關(guān)；當(dāng)軟骨下骨質(zhì)處于正常狀態(tài)，則來自軟骨層的異常載荷將很快被吸收，從而有利于保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨，避免關(guān)節(jié)軟骨因過度負(fù)載而加速退變。當(dāng)軟骨下骨的硬度異常增加，則關(guān)節(jié)軟骨的載荷必然增加，從而加速關(guān)節(jié)軟骨的退變。相反，當(dāng)軟骨下骨質(zhì)異常疏松，產(chǎn)生骨小梁變細(xì)、萎縮和病理性骨折，同樣容易失去對關(guān)節(jié)軟骨的保護(hù)作用。

結(jié)合本研究結(jié)果，筆者發(fā)現(xiàn)正位脛骨平臺內(nèi)側(cè)ROI 1 BMD測量值比脛骨平臺外側(cè)ROI 2高，正位股骨外側(cè)髁ROI 4 BMD測量值比股骨內(nèi)側(cè)髁ROI 3高。出現(xiàn)該情況，可能與下肢力線內(nèi)移，局部長期負(fù)重，骨質(zhì)增生硬化相關(guān)，從而出現(xiàn)正位脛骨平臺內(nèi)側(cè)ROI 1 BMD測量值比脛骨平臺外側(cè)ROI 2高；同時(shí)反應(yīng)性的引起股骨內(nèi)外側(cè)髁BMD改變的差異。在側(cè)位上本研究發(fā)現(xiàn)股骨髁、股骨干較脛骨平臺、脛骨干、髕骨BMD測量值高，這可能與解剖結(jié)構(gòu)差異相關(guān)。股骨干為細(xì)小圓柱形，皮質(zhì)骨多；脛骨干為漏斗狀，松質(zhì)骨多，從而導(dǎo)致出現(xiàn)BMD測量值的差異。Behrens等[15]證實(shí)骨小梁的壓縮強(qiáng)度與膝關(guān)節(jié)BMD呈相關(guān)性，骨質(zhì)疏松容易導(dǎo)致脛骨內(nèi)側(cè)軟骨下骨小梁的微骨折，出現(xiàn)關(guān)節(jié)面塌陷壓縮，后者又可引起脛骨內(nèi)側(cè)載荷和軟骨下骨的BMD不斷增加，使該區(qū)域的出現(xiàn)骨質(zhì)硬化，從而加速膝骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

綜上所述，本研究結(jié)果提示膝骨關(guān)節(jié)炎患者大部分合并有骨質(zhì)疏松。膝骨關(guān)節(jié)炎與骨質(zhì)疏松，相互影響，相互聯(lián)系，導(dǎo)致疾病的不斷發(fā)展。在全身BMD下降的同時(shí)，容易出現(xiàn)軟骨下骨微骨折，從而使關(guān)節(jié)軟骨的應(yīng)力增加，加速OA的進(jìn)展。而OA的形成又進(jìn)一步加重了OP。由于應(yīng)力及解剖差異的特點(diǎn)，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不同部位的應(yīng)力不同，膝關(guān)節(jié)不同分區(qū)骨質(zhì)退變情況不同，脛骨平臺內(nèi)側(cè)BMD測量值比脛骨平臺外側(cè)高，股骨外側(cè)髁BMD測量值比股骨內(nèi)側(cè)髁高；同時(shí)股骨髁、股骨干較脛骨平臺、脛骨干、髕骨BMD測量值高。