脊髓损伤后骨代谢形态改变的髂骨形态计量学分析

作者：李全义，刘时璋，罗振群，弓立群，王茁，马战胜，徐洪海，凌鸣

【摘要】 目的：观察和分析脊髓损伤引起骨质疏松患者骨组织形态计量学（骨结构与骨转换）参数特征，进一步探明发生骨质疏松的机制. 方法：选择脊髓损伤截瘫患者30（男19，女11）例；颈脊髓伤16例，胸脊髓损伤14例. 伤后24 h内取髂骨标本设为对照组，伤后1，6，12 mo取髂骨标本设为实验组. 每位患者均采用自制微创活检器于同一部位获取2 cm长的髂骨组织，进行骨组织形态计量学观察与分析. 结果：实验组患者髂骨结构参数中骨小梁密度（Tb.N），骨小梁厚度（Tb.Th），结点末端比（NTR）均低于对照组（P&<0.05），而骨小梁间距（Tb.Sp）则高于对照组（P&<0.05）；骨转换参数中平均类骨质宽度（Os.Th），类骨质体积（OV/BV），平均骨壁厚度（W.Th）均较对照组低，其中两组间比较骨壁厚度（W.Th）差异有统计学意义（P&<0.05）；骨吸收表面（ES/BS）则高于对照组. 结论：脊髓损伤后患者由于神经功能缺失和废用因素，引起骨转换出现特异性改变，呈高转换率状态，骨形成与骨吸收严重失衡，导致髂骨代谢显微结构发生明显退变，骨组织力学性能下降，是发生骨质疏松的重要因素.
【关键词】 脊髓损伤；骨和骨组织/代谢；骨组织形态计量学
　　0引言
　　脊髓损伤(spinal cord injury， SCI)后，大鼠骨代谢发生改变，骨吸收明显增强，损伤平面以下骨密度（BMD）降低，叶超群等［1］研究认为，脊髓损伤后6 mo，骨量骨结构和生物力学性能均已发生疏松改变，原因是破骨吸收增强所致. 为探讨脊髓损伤截瘫患者损伤平面以下骨代谢改变的特点，我们选择脊髓损伤截瘫患者30例，通过1，6，12 mo不同时期的髂骨形态计量学研究与分析，了解脊髓损伤继发骨质疏松在骨显微结构改变上的特点，探讨骨质疏松发生的机制和特征.
　　1对象和方法
　　1.1对象选择
　　2000／2006收治的脊髓损伤截瘫患者30例，年龄36～71（平均60.5）岁. 伤后24 h内取髂骨标本，能真实反映脊髓损伤前骨代谢状态，设为对照组B；选择此实验组患者伤后1，6，12 mo不同时期取髂骨标本，设为实验组A，其中男19例，为实验A1组，女11例为实验A2组，本组均为脊髓损伤引起截瘫，其中颈椎截瘫16例，胸椎损伤14例. 伤后6～12 mo，有17例截瘫未恢复，13例有不同程度恢复. 根据术前检查血清钙、磷，影像学资料和骨密度测定，确诊损伤当时有骨质疏松者9例，为实验A3组；无骨质疏松者21例，为实验A4组.
　　1.2方法
　　1.2.1标本的采集与制备采用自制微创活检器于髂前上棘后方2～2.5 cm处获取2 cm长的髂骨组织，生理盐水反复冲洗后，立即置入Millonigs中固定24 h，流水冲洗过夜，乙醇逐级脱水，二甲苯透明，甲基丙烯酸甲酯包埋，包埋块经修整后用Leica硬组织切片机制备5 μm厚的不脱钙切片，置于已上胶的载玻片上，48℃烘箱中过夜，置入37℃乙二醇乙醚乙酸酯中50 min，乙醇逐级水化，甲苯氨蓝染色10 min，枸橼酸缓冲液（pH=3.7）冲洗2次，正丁醇脱水，甲苯透明，中性树脂封片.
　　1.2.2骨组织形态计量学观察与分析每一标本取2张切片置于计算机图像分析系统下进行观察与分析. 在放大率为4倍的Olympus BH2型显微镜下，以相同的间隔移动切片，所有的显微视野均经数码照相机（科达DCS420型）输入自动图像处理系统，以Freepius软件获取和存储图像，以Freemax3.0进行图像分析. 每一图像中均划定兴趣区（Region of interest， ROI），ROI中应除外有明显骨组织碎裂的区域，所有测量均在ROI中进行，测定以下参数用于骨组织形态计量学分析. ROI面积：实际上为ROI内骨小梁和髓腔面积之和. Tb.Ar：为ROI内所有的骨小梁面积之和. 皮质骨宽度（Ct.WI）：沿皮质骨的内侧和外侧缘分别以Trace命令描记，然后以Thick命令得出内外缘间的平均距离，即为皮质骨宽度. 总骨小梁表面长度（Tb.Pm）：为该视野中所有的骨小梁边缘的长度之和. 结点数（T b.n）：结点为3条或4条骨小梁交汇处. 骨小梁游离末端数（FET）：游离末端为与其他任何骨小梁不连接的骨小梁末端. 类骨质长度：甲苯氨蓝染色的切片上，类骨质位于骨小梁表面的成骨细胞层和矿化骨之间，呈浅蓝色，矿化骨呈深蓝色. 类骨质宽度（Os.Th）： 沿类骨质层的上下缘，以Trace命令画出两条线，以Thick命令测定两线之间的平均距离，即为类骨质宽度. Os.Ar：类骨质面积；吸收表面长度：吸收表面为骨小梁上可观察到破骨细胞，或虽然看不到破骨细胞，但表面已经形成程度不等的吸收凹陷，而无成骨细胞或类骨质覆盖者. 骨壁厚度（W.Th）：为从粘合线到骨表面的距离.
　　
　　每一张切片均在4倍放大率物镜下获取20～30个视野的图像， 每一视野经图像处理后获取的数据在Excel1 97中通过算术加权取得平均值， 进行推算1 骨结构参数［2］： 平均骨小梁厚度（Tb.Th）=（2000/1.199）×（Tb.Ar/Tb.Pm）； 平均骨小梁密度（Tb.N）=（1.199/2）×（Tb.Pm /T.Ar）；平均骨小梁间距（Tb.Sp）=（2000/1.199）×（Ma.Ar/Tb.Pm），其Ma.Ar=T.Ar-Tb.Ar；结点末端比(NTR)=Tb.n/FET. 2 骨转换参数：类骨质体积(OV/BV)为类骨质体积占松质骨体积的百分比，以﹪表示；平均(Os.Th)所有视野中类骨质宽度经算术加权后取得平均值，单位为μm；类骨质表面(Os.Ar) 为总类骨质长度与总的骨小梁表面长度之比，以﹪表示；平均骨壁厚度（W.Th） 数个视野所测骨壁厚度经算术加权后取得平均值， 单位为μm； 骨吸收表面（ES/BS） 为总骨吸收表面的长度与总的骨小梁表面长度， 以%表示.
　　统计学处理：数据采用x±s表示，各组间比较用SPSS7统计软件进行方差分析及Dunnettt检验， P&<0.05为差异有统计学意义.
　　2结果
　　2.1骨结构参数实验组患者髂骨骨结构参数中骨小梁密度（Tb.N），骨小梁厚度（Tb.Th），结点末端比(NTR)，均明显低于对照组（P&<0.05），而骨小梁间距（Tb.Sp）则高于对照组（P&<0.05，表1）.表1不同时间骨结构参数测量(略)
　　2.2骨转换参数实验组患者髂骨骨转换参数中平均类骨质宽度（Os.Th）、类骨质体积(OV.BV)、平均骨壁厚度（W.Th）均较对照组低，其中，两组相比较平均骨壁厚度（W.Th）差异有统计学意义（P&<0.05）；骨吸收表面（ES/BS）则高于对照组（表2）.表2不同时间骨转换参数测量(略) 　　3讨论
　　脊髓损伤后患者处于卧床，损伤平面以下肢体自主活动丧失，神经血管改变，影响骨质代谢，骨钙磷代谢明显改变，血清钙与磷浓度增加［3］，同时脊髓损伤后肾脏排钙减退，高钙血症促使骨吸收加剧，出现骨质疏松. 我们研究中观察到， 脊髓损伤后1 mo， 髂骨结构参数中骨小梁密度，厚度均明显低于对照组（P&<0.05）， 而骨小梁间距则明显高于对照组（P&<0.05），说明患者伤后1 mo骨组织的显微结构已明显变化，且以骨吸收为主，从而在组织形态学上证明脊髓损伤后早期即已出现骨骼骨质疏松性改变， 表明脊髓损伤后骨质疏松并非单纯的废用性骨松［4］，骨吸收过分活跃的结果一方面可造成骨小梁变细或是板层小梁变薄，另一方面，若吸收陷窝加深将导致板状小梁的穿孔或棒状小梁的中断.且这种改变是不可逆的.因而骨转换状态的改变(骨吸收&>骨形成)可致骨量丢失以及骨组织显微结构的改变，这就是脊髓损伤患者发生骨质疏松的骨组织形态计量学原因.
　　绝经后骨质疏松症由于雌激素减少而诱发的骨吸收亢进所致， 老年性骨质疏松症由于成骨细胞功能降低骨形成减少而致. 据报道［5］脊髓损伤致截瘫6 wk左右即可在常规X线平片上观察到明显的骨质疏松. Dauty等［6］在对7名脊髓损伤后3 mo男性患者的研究中发现，血清与尿Ⅰ型胶原C端肽CTX浓度及血清骨钙蛋白浓度显著高于对照组，说明脊髓损伤后早期骨转换增加，并有重建负平衡. 一般损伤后1～2 a后， 种脱偶联状态可消除， 形成新的偶联平衡.
　　我们的研究中发现脊髓损伤后骨质疏松则似乎发生更早且速度更快， 以骨吸收增强为主要特点，早期可能有骨形成降低，随后则伴有或不伴有轻度骨形成降低，再后则伴有或不伴有轻度骨形成增强.脊髓损伤后1， 6， 12 mo髂骨结构参数比较:1 mo和6 mo差距较大，而6 mo和12 mo差距较小，表明6 mo为骨吸收达高峰，以后则相对稳定.同时参数测量结果中还可看出，伤后1 mo男女出现骨骼参数改变差距不大，而伤前有骨质疏松患者(即A3组)骨改变较无骨质疏松患者(A4组)改变大: 骨小梁厚度Tb Tn A3组为91.61±9.25， A4组为102.13±18.23，说明脊髓损伤患者发生骨质疏松可能还有更为复杂的因素，有待进一步研究.因而，在某种意义上，骨质疏松症骨结构的改变较骨量的降低更为重要，它决定着骨组织的力学强度［7］，也是骨质疏松性骨折发生的最重要的内部因素. 因此，对于骨质疏松性骨折的预测与观察，除骨量因素外，更应重视骨结构的检测，从而更好地指导临床防治.
　　通过对SCI后不同时间髂骨形态计量学参数的研究，我们发现：脊髓损伤后患者由于神经功能缺失和废用因素，以骨吸收为主，引起骨转换出现特异性改变，呈高转换率状态，骨形成与骨吸收严重失衡，导致髂骨代谢显微结构发生明显退变，骨组织力学性能下降，是发生骨质疏松的重要因素.

参考文献

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