定量CT對2型糖尿病性骨質疏松的診斷意義

譚璐 閆彩鳳

1. 中南大學湘雅二醫院，湖南 長沙 410000 2. 江蘇省蘇北人民醫院，江蘇 揚州 225001

2001年美國國立衛生研究院(National Institutes of Health, NIH)提出骨質疏松是以骨強度下降、骨折風險性增加為特征的骨骼系統疾病，而骨強度包含骨骼的兩個主要方面，即骨密度(bone mineral density, BMD)和骨質量[1]。顯然，骨密度不能完全反應骨強度。一項Meta分析表明，T2DM患者DXA測量的BMD值和健康對照組比較，可能高、低、或者正常[2]。這些針對骨密度測量結果出現不一致，表明BMD并不能較好解釋2型糖尿病患者持續升高的骨折風險[3]。2013年，美國放射學會(American College of Radiology, ACR)和兒科放射學會(Society for Pediatric Radiology, SPR)、骨骼放射學學會(Society of Skeletal Radiology, SSR)合作修訂的指南中，重點介紹了QCT在骨密度測量的重要作用，并推薦其在骨折和骨質疏松的預測、診斷、治療監測和骨折預防上的重大作用[4]。本篇綜述總結近幾年QCT在T2DM患者的骨質疏松診治中的作用，見圖1。

圖1 QCT對2型糖尿病骨質疏松的診斷意義Fig.1 The significance of QCT in the diagnosis of osteoporosis with type 2 diabetes

1 QCT在骨質疏松癥的診斷價值

骨密度測量的方法包括DXA、QCT、定量超聲(quantitative ultrasound, QUS)、MRI、放射吸收法(radiographic absorptiometry, RA)等方法。QCT是最先定量測量骨骼肌肉層面圖像的定量成像技術[5]。

DXA是公認測量BMD的金標準，它提供目標區域附近的面積骨密度(aBMD)[6]，具有快速、便宜、易操作、低輻射(5～20mSV)的優點[7]，但aBMD結果會受到骨骼幾何形狀的影響[8]。DXA提供的aBMD單位是g/cm2，而QCT測量BMD為體積骨密度(vBMD)，其單位為g/cm3或mg/cm3。vBMD又稱為真實骨密度，在任意骨骼部位三維測量真實的骨密度，基本不受脊柱退行性改變的影響，對骨量細微改變具有高度的敏感性[9]。此外，QCT是目前公認的能有效區分松質骨和皮質骨的骨密度測定方法，能有效地評估皮質孔隙度的多孔性結構[10]，發現骨微結構的改變。同時QCT能測定骨骼的大體幾何結構，盡可能減少復雜幾何形態的影響，又是一種無創傷的檢查方法，測量結果誤差小，精確性高[8]。QCT在低體質指數值、超重等因素影響下一樣精確，即對軟組織改變敏感度低[8, 11]。Yu 等[11]的研究發現：在改變了測量部位周圍的脂肪層后，比較兩種BMD測量方法對脂肪層的敏感程度，結果表明DXA測量的aBMD值與測量的脊柱平面周圍脂肪層增加成直線正相關，但是QCT測量的vBMD只稍有變動。

2 QCT對2型糖尿病患者骨質疏松的檢測

2.1 2型糖尿病骨折風險增加的原因

T2DM患者的骨折風險明顯增高[3]，相關機制主要為：長期高血糖導致的氧化應激、炎癥反應、活性氧簇的增加，胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor, IGF-1)和晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products, AGEs)的蓄積[12]，以及一些其他的機制例如：新生血管形成的減少，間充質干細胞(mesenchymal stem cell，MSC)傾向分化成脂肪細胞而非成骨細胞，AGEs的累積減少了基質的機械物理性能[12]等。

臨床上可增加T2DM患者骨折風險的因素有以下幾點：①血糖控制不佳[3]和糖尿病長病程[13]導致長期高血糖狀態，會干擾成骨細胞的信號傳導，影響破骨細胞的募集、分化和活化[14]。長期高血糖促進AGEs的累積，AGEs會損害骨膠原的特性，增加骨髓的脂肪富集，影響骨骼生物學功能[15]。②降糖藥使用：噻唑烷二酮類藥物可激活過氧化物酶增殖物激活受體γ(PPAR-γ)，使骨髓MSC向脂肪細胞分化，降低骨強度[16]；鈉-葡萄糖協同轉運蛋白-2 (sodium-dependent glucosetransporters 2, SGLT-2)抑制劑影響鈣磷代謝平衡，升高甲狀旁腺素水平，導致骨量丟失增加[16]。③胰島素的使用：胰島素可促進MSC向成骨細胞分化，成骨細胞能分泌骨鈣素，促進胰島β細胞增殖和增加骨骼肌胰島素敏感性[17]，同時它能直接激活IGF-1通路，促進胰島素和胰島素受體結合[18]，增加胰島素敏感性，但是這些作用都可能被胰島素導致低血糖的高發生率抵消。另一方面，T2DM患者胰島素抵抗下出現高胰島素血癥、IGF-1的累積，激活Sema3A/IGF-1/β-catenin途徑，引起骨量丟失[19]。總之，T2DM患者的骨骼代謝異常，骨折風險明顯增高，DXA測定的aBMD對2型糖尿病性骨質疏松診斷價值有限，需要更關注該類患者骨微結構和骨材料特性的改變。

2.2 QCT對2型糖尿病性骨質疏松診斷意義

在非T2DM患者中，DXA在髖骨和腰椎的骨密度測定對骨折風險評估有很好的作用[20]，但對T2DM患者而言并不足夠敏感。日本一項2型糖尿病骨質疏松的研究采用DXA法測定椎骨aBMD，發現糖尿病組比非糖尿病組明顯升高[21-22]；另一項Meta分析也顯示T2DM患者髖骨部位aBMD也明顯高于非糖尿病患者[23]，均與2型糖尿病的高骨折發生率相悖。

QCT對T2DM患者椎骨、髖骨骨密度的測定具有更高的敏感性。Chalhoub等[9]運用QCT對T2DM患者腰椎vBMD進行研究的結果顯示：骨小梁處vBMD每下降一個標準差會增加3～7倍的骨折發生風險。運用QCT對股骨進行三維檢測時，可以檢測出股骨的軸向剛度和彎曲剛度，這兩者綜合了骨的幾何信息和材料信息，可以有效地反映骨強度和髖部骨折風險[24]。

QCT能區分松質骨和皮質骨。Ohlsson等[10]在調整年齡、BMI、股骨aBMD、FRAX量表的危險因子建立預測骨質疏松模型后，發現松質骨的相關參數較早發生明顯的變化。與皮質骨比較，松質骨表面積和體積比值增加，代謝轉化率較皮質骨可高達8倍，因此，骨量丟失最早發生在松質骨部位[25]。有文獻證實T2DM較非糖尿病患者的皮質孔隙度增加，皮質間隔骨質丟失，皮質骨骨密度降低[26]。因此，QCT選擇性測量松質骨的骨密度可較早的反應骨礦物含量以及骨微結構的變化，從而提高骨質疏松診斷的敏感性。

3 QCT結合有限元分析法評估2型糖尿病患者的骨折風險

國際臨床骨密度測量學會(ISCD)在總結了QCT關于成人骨密度和形態學參數在骨折預測、骨質疏松診斷、治療方案制定及年齡和療效監控方面應用的基礎上提出了基于QCT 的有限元分析法(quantitative computed tomography-based finite element method, QCT-based FEM)在骨強度計算中的臨床價值[27]。

有限元分析法(finite element method, FEM)在工程科學技術中廣泛應用，可計算剛度、強度以及受外力影響的復雜結構的內部應變和應力[28]，90年代開始應用于生物力學，現已被證明是一種評估人體腰椎多種結構-功能關系的可行方法[29]。在適宜的邊界和負荷條件下，FEM能很好的評估骨強度[30]。QCT-based FEM是基于力學的基本原理，結合患者的個體情況和通用特性，計算出臨床相關負荷下的骨力學性能，脊柱和髖關節的FEM分別用于判斷椎體或股骨強度[28]。體外研究表明，通過比較單用DXA法或基于QCT的FEM法或基于雙平面雙能(bi-planar dual energy, BP2E)X射線吸收的FEM法三種方法檢測人群椎骨強度，最終證實基于QCT的有限元模型法得出的椎骨強度是最佳指標[31]。

骨強度主要由骨密度和骨質量構成，還受較多其他因素影響，內源因素如骨形態學、骨礦物質和骨組織的多孔性等，外源因素如邊界條件和負荷條件等[30]。由于骨骼內AGEs和IGF-1的蓄積等因素，使T2DM患者骨強度顯著降低[15]，骨脆性增加。因此需要運用新的評估工具來綜合評估該類患者復雜的骨骼脆性[32]。運用QCT-based FEM通過評估骨密度和骨組織結構同時分析骨負荷條件來評價T2DM患者骨強度有望成為評估該類患者骨折風險的新方法。因為QCT-based FEM可以評估整體骨強度，也突出強調骨骼的獨立幾何和密度不均勻性例如骨骼形態，骨小梁結構和骨骼礦化[32]。Kiyohara等[32]已運用該方法計算T2DM患者椎體強度指數(vertebral strength index)來評估該類患者的骨折風險。現已證實QCT-based FEM評估脊椎或股骨強度，結合相關臨床風險因素，可以用于決策藥物治療，有可能成為骨強度測量的金標準[28]。

綜上所述，T2DM患者骨折風險明顯增高，為預防骨折發生，可運用QCT早期檢測vBMD，并進行定期隨訪和藥物療效監測。QCT-based FEM可評估骨強度，對T2DM患者骨折風險的預測更有價值。