林上進(jìn) 楊豐建 林偉龍 潘依瀟 許樂洋 李現(xiàn)龍 范永前

(復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院骨科 上海 200040)

隨著人口老齡化發(fā)展,骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率日愈上升,以絕經(jīng)后女性人群的發(fā)病率最高[1]。骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量減少和骨微結(jié)構(gòu)改變?yōu)樘卣鞯娜硐到y(tǒng)性骨骼系統(tǒng)疾病,表現(xiàn)為骨的脆性增加,其最嚴(yán)重并發(fā)癥是脆性骨折[2]。眾所周知,骨量的多少與年齡有一定的相關(guān)性。正常成人的骨量在30歲左右達(dá)到峰值,之后骨量會隨著年齡增加而不斷丟失。金屬微量元素不僅可以影響骨礦化和鈣鹽沉積,還能影響骨有機(jī)膠原纖維合成與交聯(lián),其含量的不足或過剩均能產(chǎn)生不同程度的骨代謝性疾病[3]。

本研究旨在探討老年股骨粗隆間骨折患者骨組織鈣、磷及金屬微量元素相對含量的年齡差異性,以進(jìn)一步明確年齡的分布差異是否與骨組織無機(jī)元素相對含量相關(guān)。

資 料 和 方 法

研究對象對2015年9月至2016年9月在復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院骨科因股骨粗隆間骨折接受手術(shù)治療的62例老年患者骨組織進(jìn)行取材并收集其臨床資料,平均年齡為(83.82±9.03)歲,本臨床研究取得所有患者知情同意,獲得復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(編號2014K40)。為了比較不同年齡組骨組織鈣、磷及金屬元素的相對含量差異,以85歲為界,將患者分成2組:高齡組(<85歲)和超高齡組(≥85歲)。入組標(biāo)準(zhǔn):(1)因跌倒、滑倒等低能量損傷原因造成的股骨粗隆間骨折接受PFNA-Ⅱ內(nèi)固定植入術(shù)治療且年齡≥65歲的老年患者;(2)入院前6個月未經(jīng)過雌激素、降鈣素、雙磷酸鹽等抗骨質(zhì)疏松治療;(3)不合并慢性肝腎疾病、代謝性疾病、免疫性疾病、感染、腫瘤等;(4)無長期服用糖皮質(zhì)激素等藥物史;(5)圍手術(shù)期間無并發(fā)墜積性肺炎或心衰等系統(tǒng)性疾病。

主要材料和儀器全自動電化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)(E170,瑞士Roche公司),雙能X線骨密度儀(美國Hologic公司),空心股骨近端螺旋槳釘改進(jìn)鉆頭(自制);多聚甲醛固定液,液氮,100%丙酮溶液,甲基丙烯酸甲酯(有機(jī)玻璃);EXAKT 510脫水儀、EXAKT 520光固化包埋機(jī)、EXAKT300 CP切片機(jī)、EXAKT 400 CS磨片機(jī)(德國艾卡特公司),X線聚焦熒光能譜儀(美國Ametek公司)。

試驗方法

血清骨代謝及血生化指標(biāo)檢測 所有的入組患者在入院第2天清晨空腹采取靜脈血10 mL,2 h內(nèi)完成血清分離,當(dāng)日檢測。應(yīng)用自動電子發(fā)光免疫分析儀檢測血清Ⅰ型原膠原氨基端延長肽(N-terminalpropeptides of type Ⅰ procollagen,PINP)、Ⅰ型膠原C端肽β降解產(chǎn)物(C-terminaltelopeptide of type Ⅰ collagen,β-CTX)、骨鈣素(osteocalcin,OC)、25-羥維生素D3(25-hydroxy vitamin D3,25-OH-D3)以及甲狀旁腺素(parathyroid hormone,PTH)等骨代謝指標(biāo)。酶動力法檢測血清白蛋白、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、血清鈣和磷水平等血化驗指標(biāo)。

骨密度檢測 所有試驗對象在入院后第2天運(yùn)用雙能X線骨密度儀檢測健側(cè)髖部和股骨頸骨密度,儀器由專業(yè)的骨質(zhì)疏松科技師操作,骨密度儀每天常規(guī)進(jìn)行質(zhì)量控制。儀器重復(fù)測定變異系數(shù):股骨頸為1.86%,髖部為0.95%。WHO定義髖部或脊柱的骨密度檢測為診斷骨質(zhì)疏松癥的金標(biāo)準(zhǔn):T值≥-1.0 SD為正常;T值在-1.0 ～-2.5 SD為骨量減低,T值≤-2.5 SD為骨質(zhì)疏松癥[4]。

股骨粗隆間骨組織標(biāo)本的取材、固定、塑料包埋及無機(jī)元素測定 所有研究對象均接受股骨粗隆間髓內(nèi)釘PFNA-Ⅱ植入術(shù)治療,術(shù)中在打入近端螺旋刀片前運(yùn)用改進(jìn)的空心鉆頭對股骨進(jìn)行皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的圓柱形整體取材(圖1)。取材的骨組織標(biāo)本立即放入多聚甲醛固定液固定48 h,再經(jīng)沖洗、脫水等步驟對骨組織標(biāo)本行塑料包埋,包埋結(jié)束后將骨組織標(biāo)本的塑料包塊吸附于切片機(jī)夾具上,用金剛鋸條切割暴露標(biāo)本表面,最后對標(biāo)本表面進(jìn)行拋光。將拋光后塑料包塊置入X線聚焦熒光能譜儀的真空樣品室,要求標(biāo)本拋光表面平行于XYZ軸馬達(dá)臺,設(shè)置加速電壓為40 kV,對標(biāo)本進(jìn)行聚焦清晰后,選擇皮質(zhì)骨區(qū)域、松質(zhì)骨區(qū)域以及兩者交界處區(qū)域分別進(jìn)行Ca、P、Fe、Mn、Zn、Cu等6種元素成分定量分析,每個區(qū)域隨機(jī)選擇2個部位采集,元素成分定量分析結(jié)果取平均值,6種元素比重百分比之和為100%。

圖1 改進(jìn)的空心股骨近端螺旋槳釘鉆頭及取材的標(biāo)本Fig 1 Improved hollow propeller nail drill bits of proximal femur and specimens

統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。運(yùn)用獨(dú)立樣本t檢驗觀察比較超高齡組與高齡組的患者臨床資料及骨組織無機(jī)元素之間的差異性;運(yùn)用Pearson相關(guān)分析研究年齡、BMI、白蛋白及血電解質(zhì)指標(biāo)與骨無機(jī)元素之間的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

超高齡組和高齡組患者的臨床資料以及骨代謝、骨密度指標(biāo)情況比較超高齡組的平均年齡為(90.33±3.87)歲,高齡組的平均年齡為(77.72±8.17)歲,兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。在血骨代謝水平上,超高齡組的PINP值[(44.22±21.69)ng/mL]較高齡組[(55.75±28.61)ng/mL]明顯減少,同時超高齡組的25-OH-D3值也小于高齡組,但差異性均無統(tǒng)計學(xué)意義。兩組的骨密度指標(biāo)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。具體詳見表1。

Clinical dataSuper age group (n=30)Advanced age group (n=32)tPAge (y)90.33±3.8777.72±8.177.84<0.01BMI (kg/m2)20.89±2.0119.70±2.480.950.36ALB (g/L)36.68±5.1337.16±3.29-0.440.67Serum Ca (mmol/L)2.16±0.152.18±0.11-0.560.57Serum P (mmol/L)1.05±0.181.01±0.161.210.23ALP (U/L)79.97±30.8675.66±25.920.590.55β-CTX (pg/mL)616.65±351.93672.01±262.92-0.560.58OC (ng/mL)14.99±7.2418.88±7.91-1.630.11PINP (ng/mL)44.22±21.6955.75±28.61-1.450.16PTH (pg/mL)49.49±17.8547.23±21.790.360.7225-OH-D3 (ng/mL)14.38±6.3418.17±9.86-1.430.16Neck BMD (g/cm2)0.47±0.120.54±0.17-1.160.26Troch BMD (g/cm2)0.45±0.150.43±0.110.330.75Inter BMD (g/cm2)0.67±0.220.66±0.170.010.99Total Hip BMD (g/cm2)0.58±0.180.57±0.150.050.96

年齡對骨鈣、磷及金屬元素的影響比較超高齡組及高齡組的骨組織鈣、磷及金屬元素含量比重,超高齡組骨鐵相對含量在皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨交界區(qū)域為0.22%±0.20%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高齡組(0.08%±0.06%),兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.018);另外在交界區(qū)域,超高齡組骨錳含量比重為0.05%±0.04%,明顯低于高齡組(0.13%±0.10%),差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.058),同時超高齡組骨銅含量比重(0.04%±0.03%)也較高齡組(0.09%±0.07%)明顯減小。在松質(zhì)骨與皮質(zhì)骨區(qū)域,兩組各元素含量比重未見明顯差異。具體詳見表2。

ElementsSuper age group(n=30)Advanced age group(n=32)tPCortical bone zone (%) Ca 63.74±4.0463.07±4.060.550.59 P 36.08±4.0936.77±4.07-0.560.58 Mn 0.04±0.030.03±0.021.160.25 Fe 0.04±0.030.04±0.02-0.350.73 Cu0.03±0.020.02±0.011.190.24 Zn0.07±0.040.06±0.020.730.47Cancellous bone zone (%) Ca 54.69±22.3459.08±25.52-0.610.55 P 37.97±21.7632.72±21.560.810.43 Mn 1.69±0.581.71±0.76-0.030.97 Fe3.61±1.622.95±1.760.270.39 Cu 0.77±0.571.42±0.91-0.860.17 Zn 1.29±0.682.12±1.07-1.510.14Interfacing zone (%) Ca 59.16±8.4161.38±9.06-0.730.47 P40.43±8.3738.04±9.210.830.41 Mn 0.05±0.040.13±0.10-1.960.06 Fe0.22±0.200.08±0.06-2.530.02 Cu 0.04±0.030.09±0.07-1.840.08 Zn 0.09±0.070.16±0.13-1.570.13

年齡、BMI、白蛋白及血電解質(zhì)與骨鈣、磷及金屬元素含量比重之間的相關(guān)性年齡與骨無機(jī)元素含量比重的相關(guān)性分析結(jié)果僅提示年齡與皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨交界區(qū)域的骨鐵含量比重呈顯著正相關(guān)性(r=0.30,P=0.049)。另外還發(fā)現(xiàn)血白蛋白水平與松質(zhì)骨區(qū)域骨組織的錳和鐵元素含量比重呈顯著性負(fù)相關(guān)(r=-0.34、-0.30,P=0.024、0.048)。在松質(zhì)骨區(qū)域,血鈣水平與骨錳和鐵元素含量比重均存在顯著相關(guān)性(r=-0.35、-0.39,P=0.020、0.009);而血磷水平骨銅元素含量比重呈負(fù)相關(guān)性(r=-0.30,P=0.047)。具體詳見表3。

表3 年齡、BMI等臨床指標(biāo)與骨鈣、磷及金屬元素的相關(guān)性Tab 3 The correlation between clinical markers and bone calcium,phosphate and metallic elements contents

aP<0.05.

討 論

目前測量骨無機(jī)元素含量的方法主要有原子吸收光譜分析法、電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法以及X射線聚焦熒光光譜分析法。前兩種方法所測量的骨樣本均為不完全的骨組織,因為需要通過燃燒成灰或溶劑溶解等步驟對骨樣本進(jìn)行膠原蛋白、脂肪、骨髓等成分的去除[5-6],而這一步驟可能會引起一些微量元素的丟失,故本研究采用X射線聚焦熒光光譜分析法對獲取的骨組織進(jìn)行不同區(qū)域的無機(jī)元素相對含量測定,明確不同年齡的股骨粗隆間骨折患者骨組織不同區(qū)域無機(jī)元素相對含量的差異性。

比較超高齡組及高齡組的骨組織鈣、磷及金屬元素含量比重,發(fā)現(xiàn)在皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨交界區(qū)域,超高齡組骨鐵含量比重(0.22%±0.20%)與高齡組(0.08%±0.06%)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.018),且相關(guān)性分析也提示年齡與皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨交界區(qū)域的骨鐵含量比重呈顯著正相關(guān)性(r=0.30,P=0.049),說明皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨區(qū)域的鐵元素含量比重可能會隨著年齡增長而不斷蓄積在骨組織。張偉等[7]對156例行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的絕經(jīng)后女性患者的骨組織行骨鐵含量檢測,檢測結(jié)果顯示骨組織鐵含量隨著年齡增加而升高,并且骨鐵含量在81～90歲年齡段達(dá)到高峰,與本研究結(jié)果相一致。王兵等[8]對10例因脆性骨折而行人工髖關(guān)節(jié)置換的絕經(jīng)后女性患者和6例因暴力創(chuàng)傷引起骨折的年輕女性患者進(jìn)行骨組織取材以測量骨鐵含量,發(fā)現(xiàn)絕經(jīng)后女性患者的骨鐵含量明顯高于年輕女性,因此認(rèn)為骨鐵含量增高可能是導(dǎo)致絕經(jīng)后女性發(fā)生骨質(zhì)疏松癥的潛在危險因子。但Zaichick等[9]對80例尸體進(jìn)行肋骨組織活檢,運(yùn)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測量骨組織鐵元素含量,發(fā)現(xiàn)男性尸體的肋骨鐵元素含量會隨著年齡增加而增加,與本研究結(jié)果相反。Zaichick等[9]的研究對象的年齡段在15～55歲,而本試驗研究對象為老年患者,骨鐵含量在不同年齡段的變化趨勢可能不同。另外超高齡組骨錳含量比重(0.05%±0.04%)明顯低于高齡組(0.13%±0.10%),差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.058),超高齡組骨銅含量比重(0.04%±0.03%)也較高齡組(0.09%±0.07%)明顯減小(P=0.076),說明隨著年齡增加,骨組織的銅和錳元素可能會逐漸丟失,而銅和錳元素作為體內(nèi)多種生物酶輔酶因子和活性中心,是骨骼發(fā)育和修復(fù)必不可少的礦物元素,不僅能促進(jìn)骨有機(jī)基質(zhì)形成,還能促進(jìn)新骨形成,增加骨礦化作用,故銅和錳元素的丟失可能為“為什么骨量隨年齡增加而逐漸丟失”這一共識提供一個理論依據(jù)。

本研究結(jié)果還提示在松質(zhì)骨區(qū)域,血鈣水平與骨錳和鐵元素含量比重均存在顯著負(fù)相關(guān)性(r=-0.35、-0.39,P=0.020、0.009),這可能與錳和鐵元素能促進(jìn)骨礦化活動和新骨形成有關(guān)。錳的超氧化物歧化酶能清除破骨細(xì)胞分泌的自由基來保護(hù)成骨細(xì)胞的活性,進(jìn)而抑制骨鈣溶解釋放并促進(jìn)鈣鹽沉積[10],鐵元素能促進(jìn)新骨形成和骨礦化活動,最終導(dǎo)致鈣鹽釋放減少以促進(jìn)羥基磷灰石的合成[11]。

綜上所述,骨鐵元素含量會隨著年齡增長而不斷蓄積,提示鐵元素在體內(nèi)的蓄積可能與骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生有一定的關(guān)系。另外,超高齡組的骨銅和錳相對含量較高齡組明顯下降,提示超高齡組的骨密度下降可能與微量元素銅和錳的丟失有關(guān)。