血清瘦素及骨轉(zhuǎn)化指標(biāo)與下肢長骨骨折伴急性脊髓損傷患者骨折愈合的關(guān)系

陳游，李斌，戴攜，文妙

(長沙市第四醫(yī)院 神經(jīng)脊柱外科，湖南 長沙 410000)

脊髓損傷(spinal cord iniury，SCI)是目前一個長期而緊迫的公共衛(wèi)生問題，會引起骨代謝的急性改變，造成骨礦化減少和骨骼微結(jié)構(gòu)退化等[1]。例如有文獻(xiàn)[2]報(bào)道，SCI可能導(dǎo)致各種激素分泌紊亂，進(jìn)而增高血清骨誘導(dǎo)因子水平，如骨鈣素和瘦素等。瘦素最初被發(fā)現(xiàn)是一種調(diào)節(jié)食物攝入和能量消耗的因子，是肥胖基因的循環(huán)蛋白產(chǎn)物，由脂肪細(xì)胞合成和分泌[3]。作為一個重要的激素調(diào)節(jié)因子，瘦素不僅影響脂質(zhì)代謝，還會影響骨代謝過程，包括促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化，抑制成骨細(xì)胞的凋亡和破骨細(xì)胞的形成等[4]。在骨折伴SCI患者中，血清瘦素可能是脂肪組織、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和骨系統(tǒng)變化之間的重要聯(lián)系分子。目前，許多研究都支持瘦素對骨折愈合的積極作用[5]。然而關(guān)于瘦素在SCI后骨重塑中的作用一直存有爭議。故本研究通過收集長骨骨折伴急性SCI患者的臨床數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析血清瘦素、骨轉(zhuǎn)化指標(biāo)的變化與骨折愈合的關(guān)系，以探討SCI對骨形成的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年3月至2021年2月我院收治的127例下肢長骨骨折患者為研究對象，SCI的類型和程度由計(jì)算機(jī)軸向斷層掃描和MRI確定，所有患者都通過美國脊髓損傷協(xié)會(Aerican Spinal Injury Association，ASIA)評級進(jìn)行評估。根據(jù)是否伴有SCI分為兩組，其中SCI組67例，男59例，女8例；年齡26～85歲，平均(63.28±14.41)歲；ASIA評級A級∶B級∶C級∶D級=8∶28∶19∶12。不伴有SCI的骨折患者60例作為骨折組，男51例，女9例；年齡31～87歲，平均(61.60±14.23)歲；所有骨折組患者ASIA評級為E級。納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)X線、MRI影像學(xué)檢查等確診為下肢長骨骨折；心、肝、腎等重要臟器功能正常；無脊柱手術(shù)史；臨床資料完整；依從性良好，配合程度高。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并其他骨相關(guān)疾病、先天性脊柱發(fā)育畸形、惡性腫瘤、嚴(yán)重器質(zhì)性疾病、血液系統(tǒng)疾病、急慢性感染、自身免疫性疾病或長期應(yīng)用免疫抑制劑者；有脊髓或顱腦損傷史者。所有患者均為單純股骨或脛骨干骨折，均采用閉合順行擴(kuò)髓髓內(nèi)釘技術(shù)進(jìn)行治療。這些病人在同一個康復(fù)中心接受了隨訪。另外，還納入了同時(shí)期因跌傷或創(chuàng)傷在我院進(jìn)行檢查排除骨折的志愿者60例作為對照組。3組性別、年齡等一般資料比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。參與者年齡均≥18歲，研究獲得當(dāng)?shù)匮芯總惱砦瘑T會的批準(zhǔn)。所有參與者或授權(quán)的家屬均被給予口頭和書面信息，然后遞交書面同意書。

1.2 血清瘦素和骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物水平檢測

分別于術(shù)后1 d、7 d和14 d時(shí)采集受檢者的空腹靜脈血5 ml，靜置30 min后以3 000 r·min-1離心10 min，留取血清于-80 ℃超低溫保存。采用酶聯(lián)免疫吸附法檢測血清瘦素水平，采用電化學(xué)發(fā)光免疫法檢測骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物水平，包括Ⅰ型膠原蛋白C末端交聯(lián)肽(C-terminalcross linked peptide，CTX-1)、骨特異堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，BALP)、1型膠原蛋白氨基端前膠原肽(type-1 procollagen N-terminal，P1NP)、骨鈣素(osteocalcin，OC)。

1.3 骨密度(BMD)測定

在治療后1 d、7 d和14 d通過美國邁爾思骨密度檢測儀評估BMD。所有掃描均按照標(biāo)準(zhǔn)化程序進(jìn)行，并記錄T值，其中骨質(zhì)疏松定義為T值≤-2.5，骨質(zhì)減少定義為-2.5

1.4 臨床和影像學(xué)隨訪

在術(shù)后3個月時(shí)，對骨折愈合程度進(jìn)行臨床和放射學(xué)評估。在隨訪檢查中，對所有患者拍攝標(biāo)準(zhǔn)的前后位和側(cè)位X光片。此外，由2名未參與研究的放射科醫(yī)師對骨折實(shí)變進(jìn)行評分，并通過Lane-Sandhu評分對骨形成、骨重塑、骨連接進(jìn)行評估。骨折愈合延遲判斷標(biāo)準(zhǔn)：在術(shù)后3個月復(fù)查X射線時(shí)顯示骨痂極少生長或完全不生長，幾乎無愈合傾向，斷端骨質(zhì)部分出現(xiàn)硬化、間隙(0分)；1～4分者則為骨折愈合正常。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS 26.0軟件處理所得數(shù)據(jù)，連續(xù)變量先進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若符合正態(tài)分布，則以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，進(jìn)行單因素方差分析、重復(fù)測量方差分析或t檢驗(yàn)；否則以中位值(四分位值)表示，進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以率(%)表示，采用卡方檢驗(yàn)。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)α=0.05，多組間的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)α由Bonferroni 后測法調(diào)整。經(jīng)Logistic回歸分析模型分析脊柱骨折伴SCI患者骨折愈合的影響因素，并使用Spearman法評估各指標(biāo)之間的相關(guān)性。

2 結(jié) 果

2.1 一般資料比較

3組受試者年齡、性別構(gòu)成、吸煙史、飲酒史、體重指數(shù)等資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，說明3組具有可比性。此外，與骨折組相比，SCI組在SCI部位、受傷原因、損傷至手術(shù)時(shí)間等方面差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 3組一般資料比較Tab 1 Comparisons of the baseline data in three groups

2.2 3組受試者血清瘦素、骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物水平比較

在術(shù)后1、7、14 d時(shí)，骨折組和SCI組血清瘦素水平均高于對照組(P<0.05)；在術(shù)后7 d和14 d時(shí)血清CTX-1、BALP水平以及在術(shù)后1、7 d時(shí)血清P1NP和OC水平均高于對照組(P<0.05)。經(jīng)兩因素重復(fù)測量方差分析，比較骨折組和SCI組患者血清瘦素、CTX-1、P1NP、OC、BALP水平差異：(1)時(shí)間效應(yīng)：2組不同時(shí)間點(diǎn)血清瘦素水平比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F時(shí)間=8.274，P<0.001)；(2)組別效應(yīng)：2組血清瘦素水平比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F組別=105.122，P<0.001)，在術(shù)后1、7、14 d時(shí)SCI組患者血清瘦素水平均高于骨折組(P<0.001)；(3)組別×?xí)r間的交互效應(yīng)：2組血清瘦素水平在術(shù)后1、7、14 d時(shí)的變化趨勢差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F時(shí)間×組別=4.565，P=0.012)。此外，2組不同時(shí)間點(diǎn)血清骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物CTX-1、P1NP、OC、BALP水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F時(shí)間=26.074、245.883、96.349、74.779，P<0.001)，但是2組之間血清CTX-1、P1NP、OC、BALP水平及術(shù)后1、7、14 d時(shí)變化趨勢比較差異則無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F組別=0.800、0.902、0.545、0.849，P>0.05；F時(shí)間×組別=0.719、0.915、2.442、0.947，P>0.05)。見表2。

表2 3組受試者各時(shí)間點(diǎn)血清瘦素和骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物水平比較Tab 2 Comparisons of serum leptin and bone turnover markers at different time points in three groups

2.3 兩組骨折患者術(shù)后3個月Lane- Sandhu評分比較

SCI組和骨折組患者Lane-Sandhu評分分別為3.00(2.00,4.00)和2.00(1.50,3.50)，SCI組患者Lane-Sandhu評分高于骨折組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

2.4 SCI組患者術(shù)后1 d血清瘦素水平與骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物、BMD以及術(shù)后3個月Lane- Sandhu評分的關(guān)系

經(jīng)Spearman法分析，SCI組患者術(shù)后1 d時(shí)血清瘦素水平與股骨頸BMD呈負(fù)相關(guān)性(rs=-0.492，P<0.05)，與Lane-Sandhu評分均呈正相關(guān)性(rs=0.724，P<0.05)。未發(fā)現(xiàn)同一時(shí)間點(diǎn)血清瘦素水平與骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物之間的關(guān)系(P>0.05)。見圖1。

圖1 術(shù)后1 d血清瘦素水平與股骨頸BMD、術(shù)后3個月Lane-Sandhu評分的關(guān)系Fig 1 Relationship between serum leptin level and femoral neck BMD on the 1st day after operation and Lane-Sandhu score at 3 months after operation

2.5 單因素和多因素Logistic回歸分析影響患者骨折愈合的臨床因素

術(shù)后3個月X線復(fù)查有42例患者Lane-Sandhu評分依然為0分，視為愈合延遲，其中骨折組有24例，SCI組有18例。將術(shù)后3個月復(fù)查時(shí)是否發(fā)生骨折愈合作為因變量(骨折愈合延遲=1)，將年齡、性別、吸煙史、血清待測指標(biāo)等作為自變量納入Logistic回歸模型，經(jīng)單因素分析，伴有SCI損傷、術(shù)后1 d時(shí)股骨頸BMD和血清瘦素水平及術(shù)后3 d時(shí)的瘦素水平都是影響術(shù)后骨折愈合的臨床因素(P<0.05)。由于術(shù)后1 d和術(shù)后3 d時(shí)血清瘦素水平存在一定的關(guān)聯(lián)，因此我們僅納入術(shù)后1 d時(shí)的血清瘦素水平，經(jīng)多因素Logistic回歸分析，術(shù)后1 d時(shí)股骨頸BMD和血清瘦素水平升高是影響術(shù)后骨折愈合的獨(dú)立保護(hù)因素(P<0.05)。見表3。

表3 單因素和多因素Logistic回歸分析影響患者骨折愈合的臨床因素Tab 3 Univariate and multivariate Logistic regression analysis of clinical factors influencing fracture healing

3 討 論

隨著社會現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，交通和建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國骨折發(fā)病率不斷增加[6]，而5.6%～44.3%患者會伴發(fā)急性SCI[7]。先前有研究[8]表明，SCI可能導(dǎo)致各種激素升高，這些激素顯著增加血清骨誘導(dǎo)因子，如骨鈣素和瘦素。瘦素是一種肽類激素，主要由脂肪細(xì)胞產(chǎn)生并作用于下丘腦，由肥胖基因編碼。本研究中我們發(fā)現(xiàn)，骨折組和SCI組患者術(shù)后血清瘦素、骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物水平普遍高于對照組，而且SCI組患者血清瘦素水平升高更明顯，且在術(shù)后14 d內(nèi)一直保持較高水平；而對于骨折組患者，隨著術(shù)后恢復(fù)時(shí)間的延長血清瘦素水平呈下降趨勢，在術(shù)后7 d時(shí)部分患者血清瘦素水平甚至降低至正常水平。此外無論是骨折組還是SCI組患者，術(shù)后血清CTX-1、P1NP、OC、BALP水平變化趨勢和變化程度基本一致，在術(shù)后7 d時(shí)升高達(dá)峰值，但隨后逐漸降低。

骨折愈合是一個多樣而復(fù)雜的過程，它涉及一系列有序而復(fù)雜的事件，從炎癥開始，然后是纖維組織和軟骨分化，最后是軟骨內(nèi)和膜內(nèi)骨化[9]。該過程涉及多種因素，例如生長激素、轉(zhuǎn)化生長因子和由骨骼生長和發(fā)育的傷口愈合過程組成的細(xì)胞外基質(zhì)[10]。因此，骨愈合歸因于骨折部位骨痂的形成和穩(wěn)定骨折部位的礦化兩個主要因素。近年來，大量的體內(nèi)外研究表明，瘦素通過下丘腦和交感神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)骨量，促進(jìn)骨礦化，在骨代謝中發(fā)揮重要作用[11]。瘦素由脂肪細(xì)胞合成和分泌，最初發(fā)現(xiàn)作為飽腹感因子調(diào)節(jié)食物攝入和能量消耗[12]。作為一個重要的激素調(diào)節(jié)因子，瘦素不僅影響脂質(zhì)代謝而且還可以調(diào)節(jié)骨量和促進(jìn)骨礦化從而調(diào)節(jié)骨代謝。瘦素對骨骼系統(tǒng)的作用是復(fù)雜的，它至少參與2種不同的骨骼控制機(jī)制，對骨骼生長有直接刺激作用，通過交感神經(jīng)系統(tǒng)下丘腦對骨骼形成有間接抑制作用，還能通過作用于下丘腦并增加交感神經(jīng)輸出和成骨細(xì)胞表面的β2-腎上腺素能受體，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮抗成骨作用，阻斷瘦素的中樞效應(yīng)刺激骨形成來增加骨量。在本研究中，SCI組患者術(shù)后1 d 時(shí)血清瘦素水平與股骨頸BMD呈負(fù)相關(guān)性，說明患者血清瘦素水平在一定程度上反映了BMD。有研究證實(shí)，瘦素可限制骨的高轉(zhuǎn)換(骨吸收大于骨形成)而導(dǎo)致的骨丟失，而骨丟失則是影響骨折風(fēng)險(xiǎn)和骨折愈合延遲的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[13]。

除此以外，在SCI后通過激活內(nèi)源性瘦素分泌可導(dǎo)致外周血清瘦素水平迅速升高，并且血清瘦素會維持較長一段時(shí)間的高水平，而升高的血清瘦素可誘導(dǎo)骨髓前體細(xì)胞分化和成骨細(xì)胞增殖，并加速骨折部位骨的礦化。Wang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，瘦素對大鼠股骨骨折愈合有積極作用。本研究中SCI組患者術(shù)后3個月時(shí)Lane-Sandhu評分高于骨折組，說明伴有急性SCI的下肢長骨骨折患者骨愈合能力高于單純骨折組，而且SCI組患者術(shù)后血清瘦素一直處于較高水平，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于骨折組，經(jīng)Spearman法分析，SCI組患者術(shù)后血清瘦素水平與Lane-Sandhu評分保持正相關(guān)性，而且經(jīng)單因素和多因素分析，術(shù)后1 d時(shí)的血清瘦素水平升高與患者術(shù)后骨折愈合呈獨(dú)立正相關(guān)性，且不受SCI的影響；說明無論是否伴有SCI，瘦素都是影響骨折愈合的獨(dú)立保護(hù)因素。這可能是由于SCI會導(dǎo)致彌漫性軸索損傷、挫傷、顱內(nèi)血腫等直接損傷，進(jìn)而影響下丘腦功能。腎上腺素通過刺激脂肪細(xì)胞合成并分泌瘦素，導(dǎo)致SCI組患者在急性期即可觀察到血清瘦素水平升高。

骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物是反映身體內(nèi)骨轉(zhuǎn)化情況的指標(biāo)，在體液中的改變相對于BMD而言更早，可以及時(shí)反映全身骨骼骨吸收與骨形成的動態(tài)變化情況。OC和PINP可作為骨形成標(biāo)志物，而CTX和TRAP可作為骨吸收的標(biāo)志物[15]。骨重塑過程中骨代謝標(biāo)志物的變化已被用于評估骨折愈合情況[16]。OC由成骨細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞和肥大軟骨細(xì)胞合成，它是成骨細(xì)胞活性和骨轉(zhuǎn)換的高度特異性標(biāo)志物。PINP是一種在肝臟代謝并在Ⅰ型原膠原合成膠原蛋白期間釋放的蛋白質(zhì)，PINP水平直接反映了成骨細(xì)胞中膠原蛋白合成的過程和動態(tài)。值得強(qiáng)調(diào)的是，PINP被認(rèn)為是早期成骨細(xì)胞的標(biāo)志物，當(dāng)這些骨細(xì)胞已經(jīng)成熟并完全分化時(shí)，更好的標(biāo)志物是OC[17]。本研究中骨折組和SCI組患者在術(shù)后7 d時(shí)血清CTX-1、P1NP、OC、BALP水平均較對照組普遍升高，但2組之間比較差異則無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而且隨著術(shù)后恢復(fù)時(shí)間的延長，2組患者血清骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物水平下降趨勢一致，說明SCI在急性期時(shí)對于骨代謝指標(biāo)的影響可能不顯著。

綜上所述，對于伴有急性SCI的下肢長骨骨折患者，在術(shù)后14 d內(nèi)血清瘦素一直保持較高水平，這可能是加速SCI組患者骨折愈合速度的主要因素之一。此外血清CTX-1、P1NP水平較低也與SCI組患者骨折愈合延遲有關(guān)，提示伴有急性SCI的下肢長骨骨折患者骨折愈合不僅受BMD、機(jī)械外力等影響，也受較高的血清瘦素、CTX-1、P1NP水平影響。本研究仍存在一定的局限性，例如病例數(shù)較少和SCI患者的多樣性，仍需要更多的臨床研究來進(jìn)一步證實(shí)。