女性青少年性激素水平與跟骨超聲骨參數的關聯研究

李 然,溫志剛,余 擎,3,肖蘇妹*

(1.中山大學公共衛生學院,中國廣東廣州510030；2.江門中心醫院/中山大學附屬江門醫院內分泌科,中國廣東江門529030；3.廈門大學第一附屬醫院腫瘤醫院,中國福建廈門361003)

骨質疏松癥是一種常見的骨代謝性疾病,以骨量降低和骨微結構破壞為特征,導致骨脆性增加,從而增加骨折發生風險[1]。骨質疏松癥的發病率隨著年齡增長而增高[2]。近年來,隨著世界老年人口的不斷增長,骨質疏松癥因其發病率高,影響生活質量,并且給醫療系統帶來沉重的經濟負擔而日益受到臨床和公共衛生界的關注。青春期是骨量積累的重要階段,據估計約40%的峰值骨量在該時期取得[3]。研究顯示,青春期積累骨量的多少與之后骨質流失的速度和老年患骨質疏松癥的風險息息相關[4]。因此,在青春期獲得足夠的骨量是預防骨質疏松的關鍵。

以往的研究表明,性激素是影響骨骼發育的重要因素[5],但是目前以女性青少年為人群的研究數量不多且意見不一。有些報道認為雌二醇(oestradiol,E2)水平與女性青少年骨密度(bone mineral density,BMD)呈正相關[6～7],但有的研究顯示兩者并不相關[8]。同時,睪酮(testosterone,T)作為男性青少年骨骼發育的重要影響因素[9～10],在女性青少年中的數據較少,關聯尚不明確。性類固醇主要通過性激素結合球蛋白(sex hormone-binding globulin,SHBG)和白蛋白在血液中存儲和運輸,由于SHBG與T和E2之間結合緊密,因此對T和E2的生物可利用水平有所影響[11]。SHBG在一些中老年女性的研究中已被證實與骨質流失相關[12],但只有很少的研究調查了SHBG與女性青少年BMD之間的關系,而且得出的結論也不一致,有的研究顯示兩者之間呈負相關[13],有的研究則發現兩者不具有相關性[14]。

目前,相關研究在我國女性青少年人群當中開展更少,數量更加有限。本研究通過探討女性青少年性激素水平與跟骨超聲骨參數的相關性,可為理解性激素對骨骼發育的作用提供幫助,并為女性青少年峰值骨量模型的建立和骨質疏松癥的預防提供參考。

1 對象與方法

1.1 研究對象

采用志愿者形式招募江門市某中學女生(共774人)為調查對象。納入標準:所有簽署知情同意書的12～18歲中學女生；精神或認知正常；自愿報名且家長同意。排除標準:現患或曾患有影響骨代謝或性激素狀況的疾病(如慢性腎臟或肝臟疾病、腫瘤、甲狀腺疾病、甲狀旁腺疾病等)者,過去或現在使用過影響骨代謝的藥物者,以及過去一年內接受過影響性激素狀態的藥物(或治療)者。最終共721例資料完整的學生納入本次研究。所有受試者均自愿參加,其監護人均簽署了知情同意書。

1.2 研究方法

本研究采取橫斷面調查的方法,抽樣方法為方便抽樣。

1.3 問卷調查

問卷調查以班級為單位,由經過統一培訓的調查員面對面輔導學生填寫,收集研究對象的一般人口學資料、既往病史、家族疾病史等信息。采用《兒童休閑活動調查問卷》(Children’s Leisure Activities Study Survey-Chinese edition)[15]調查學生的體力活動和閑暇活動情況,并根據活動類型、持續時間以及每項活動的標準能量消耗計算個體的總體力活動能量代謝當量(metabolic equivalent,MET)。該問卷已被國內外多項同類研究采用,并在我國已經過信度和效度評價,結果顯示信度較好且效度較高[16]。

1.4 體格檢查

由經過嚴格培訓的臨床醫生或研究人員采用統一方法測量身高、體重,并計算體重指數(body mass index,BMI),BMI=體重(kg)/身高(m)的平方。身高的測量讀數精確到0.1 cm,體重的測量讀數精確到0.1 kg。所有指標測量兩次,取平均值。

1.5 生化指標檢測

采集血液之前禁食12 h到14 h,次日早晨保持空腹采集血液約3 mL,分離血清后置于-80℃超低溫冰箱保存。所有已經歷初潮女生的采血工作均在月經周期開始后的2～5 d完成。采用西門子Centaur XP型全自動免疫分析儀(馬薩諸塞州,美國)通過化學發光法測定血清T、E2及SHBG水平,并采用商用試劑盒(富士膠片和光純藥株式會社,日本)通過溴甲酚綠法測定白蛋白水平。基于樣本重測結果(n=20),所有測定變異系數在5%以內。通過Vermeulen公式[17]計算出生物可利用睪酮(bioavailable testosterone,BioT)和生物可利用雌二醇(bioavailable oestradiol,BioE2)水平。

1.6 定量超聲法測量骨參數

采用美國Hologic公司生產的Sahara Clinical Bone Sonometer測量調查對象右腳跟骨骨參數,結果指標包括振幅超聲衰減系數(broadband ultrasound attenuation,BUA)和超聲速度(speed of sound,SOS)。BUA能很好地反映骨骼的礦物質含量,且與雙能X射線骨密度儀(Dual Energy X-ray Absorptiometry,DEXA)測定的BMD關聯性強,而SOS反映了骨骼的彈性和微觀結構[18]。根據以上兩種指標計算硬度指數(stiffness index,SI),SI=(0.67×BUA+0.28×SOS)-420。所有測量均由經過嚴格培訓的技術人員統一執行。BUA和SOS的變異系數分別為2.3%和 0.2%(n=20)。

1.7 統計分析

采用SPSS 23.0軟件進行統計學分析。正態分布資料用均值±標準差(±s)描述,偏態分布資料用中位數和四分位間距描述。采用兩種線性回歸模型分析性激素水平對骨參數的影響。模型1包括所研究的性激素水平；模型2包括所研究的性激素水平和各項混雜因素。模型2中調整的混雜因素包括年齡、身高、體重、是否初潮和體力活動。采用雙側檢驗,檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 一般情況

本研究通過招募來自江門市某中學的女性學生,共收集774例樣本資料。剔除不符合納入標準的、資料不完整的和生化指標缺失的樣本后,共721例完整樣本納入本次研究。研究對象的基本情況如表1所示,平均年齡14.98±1.46歲,BMI為19.18±2.89 kg/m2,體力活動中位數(四分位間距)為16.73(12.13,24.74)MET·h/d。生化指標方面,T與BioT的平均水平分別為0.49±0.29 ng/mL與0.20±0.16 ng/mL,E2與BioE2的平均水平分別為 70.15±41.55 pg/mL 與 48.26±31.68 pg/mL,SHBG的平均水平為44.76±19.45 nmol/L。骨參數方面,BUA、SOS與SI的平均水平分別為70.98±18.08 dB/MHz、1 562.84±25.71 m/s與 65.15±17.70。

表1 研究對象的一般情況Table 1 Basic characteristics of studied subjects (n=721)

2.2 性激素水平與骨參數的關聯分析

采用兩種線性回歸模型分析性激素水平與骨參數的關聯,模型2中調整的混雜因素包括年齡、身高、體重、是否初潮和體力活動,結果見表2。模型1中,隨著總睪酮(total testosterone,TT)水平的增高,BUA和SI呈增加趨勢,sβ分別為0.101和0.098(P＜0.01)；隨著BioT 水平的增高,BUA、SOS、SI均呈增加趨勢,sβ分別為0.123、0.084和0.118(P＜0.05)；SHBG 與 BUA、SOS、SI均呈負相關,sβ分別為-0.111、-0.077 和-0.107(P＜0.05)。模型 2中,隨著TT水平的增高,BUA和SI也均呈增加趨勢,sβ分別為 0.078 和 0.083(P＜0.05)；BioT 水平也與 BUA、SOS、SI均呈正相關,sβ分別為 0.092、0.091和0.100(P＜0.05)；而SHBG只與SOS呈負相關(sβ=-0.079,P＜0.05)。

2.3 初潮前后性激素水平與骨參數的關聯

以是否經歷初潮進行分層,進一步研究女性青少年性激素水平與骨參數的關聯。

針對初潮前的113名女性青少年的性激素水平與骨參數關聯度的線性回歸分析結果見表3。模型1中,隨著TT水平的增高,BUA、SOS、SI均呈增加趨勢,sβ 分別為 0.300、0.218 和 0.296(P＜0.05)；BioT水平亦與BUA、SOS、SI均呈正相關,sβ分別為 0.322、0.245 和 0.321(P＜0.05)；而 SHBG 只與 SI呈負相關(sβ=-0.203,P＜0.05)。模型2 中,TT 水平與BUA、SOS、SI均為正關聯,sβ 分別為 0.250、0.206和0.255(P＜0.05)；BioT水平同樣與3項指標為正關聯,sβ 依次為 0.271、0.238 和 0.282(P＜0.05)；而SHBG與BUA、SOS、SI的關聯均無統計學意義(P＞0.05)。

針對初潮后的女性青少年的關聯分析結果見表4,只有SHBG在模型1中與BUA和SI呈負相關,sβ分別為-0.091和-0.087(P＜0.05),其他性激素水平與BUA、SOS、SI的關聯均無統計學意義(P＞0.05)。

3 討論

本研究分析了女性青少年中各項性激素水平與骨參數之間的關聯,并以是否經歷初潮對研究對象進行了分層,進一步分析女性青少年中性激素水平對骨參數的影響在初潮前后的差異。結果顯示在女性青少年中,T與BioT水平與高骨參數相關,SHBG與骨參數負相關,但在校正混雜因素后SHBG只與SOS負相關。分層分析顯示,在女性青少年中,T在初潮前對骨形成有很強的促進作用,在初潮后則未顯示出顯著關聯。

表2 性激素水平與骨參數的關聯分析結果Table 2 Association results between sex hormones and bone parameters (n=721)

表3 初潮前研究對象性激素水平與骨參數的關聯分析結果Table 3 Association results between sex hormones and bone parameters in subjects before menarche (n=113)

表4 初潮后研究對象性激素水平與骨參數的關聯分析結果Table 4 Association results between sex hormones and bone parameters in subjects after menarche (n=608)

3.1 女性青少年T水平與骨表型的關系

既往研究表明T水平與骨量相關,但多數是在男性人群中進行的研究[5]。目前,在女性青少年中的研究結果并不一致,部分研究報道了正相關[6,19],而一些研究認為兩者之間沒有聯系[7,10],也有研究提出T與骨總橫截面積、骨膜周長呈正相關,而與BMD呈負相關[14]。本研究結果顯示,在女性青少年中BioT水平與BUA、SOS、SI均呈正相關,TT水平與BUA、SI均呈正關聯(表2)。Xu等[19]在相同年齡段的女性人群的研究中發現,T對骨骼發育具有重要的促進作用。這些結果提示T不只是在男性中有作用,在女性青少年中也同樣能夠影響骨骼發育,提高骨量水平。既往研究認為,T能通過受體作用于軟骨細胞和骨細胞并產生相應的生物學效應[10],同時T也對人體破骨細胞的形成和骨吸收有直接和間接的抑制作用[20]。

在以往的研究當中,T水平與骨量的正關聯往往是在青春期早期的女性中發現的。Csakvary等[6]在133名女性青少年中發現T水平與總BMD和腰椎BMD呈正相關,但該現象發現于TannerⅠ期,處于TannerⅡ～Ⅳ期的研究對象中并無此關聯。本研究發現在初潮前的青少年女性當中,T水平與骨參數呈現顯著的正相關,而在初潮后未發現T水平與任何結果指標相關。這些結果表明T對女性青少年骨骼的影響可能是非線性的,以初潮時間為分界線,T在青春期早期對女性骨量積累有顯著的促進作用,在青春期晚期則沒有這種影響。可能原因為在初潮后,T促進骨骼生長的作用被雌激素誘導的骺板閉合[21]所抑制,盡管如此,T對青少年女性的骨骼發育和生長情況仍起到很大的作用[19]。

3.2 女性青少年E2水平與骨表型的關系

在成年女性中,關于性激素與骨量之間的研究較多[11,22],這些研究結果表明高水平的E2與中老年女性骨量呈正相關,并且是骨質疏松性骨折的保護因素。但是,在女性青少年人群里E2對骨量影響的研究相對較少。一項關于9～15歲青少年女性肌量、激素水平與BMD關系的研究顯示,E2水平與BMD不相關[8]。本研究亦未發現青少年女性E2水平與骨參數相關。在此之前,多項在老年人群中的研究顯示,E2對BMD的作用存在一個閾值水平,E2對BMD的顯著作用只存在于閾值上下的其中一側[23～24],研究還提示同樣的現象可能也在青少年人群中存在。遺憾的是,在本研究的人群中未能發現類似現象,考慮到與以往的一些研究相比,我們的研究人群E2水平相對較高,推測可能是因為本研究大部分研究對象的E2水平處于閾值之上,所以觀察不到E2水平與骨參數的關聯。

3.3 女性青少年SHBG水平與骨表型的關系

SHBG是一種由肝臟產生并釋放的具有高親和力的結合蛋白,是運輸性激素的載體之一。本研究發現SHBG與青少年女性的骨參數呈負相關,但在校正混雜因素之后只與SOS負相關(表2)。以往研究認為SHBG可以調節性激素的代謝和生物可利用水平,從而間接對骨骼產生影響[6]。因此,SHBG與骨參數負相關的可能原因是,SHBG水平的升高會限制T的生物活性[25],這也與本研究中比起TT水平,BioT水平與骨參數關聯更加顯著的結果相符合。另外,SOS是可以反映骨骼結構的指標[18]。Wang等[7,14]在258名青少年女性當中發現SHBG與骨皮質比例以及厚度呈負相關。這些結果提示SHBG對青春期女性骨骼結構的改變有所影響。

本研究同時存在一些缺點和不足。第一,本研究中骨參數的測量采用的是定量超聲法而非金標準DEXA。然而,既往在不同人群中的許多研究顯示,這兩種測量方法的結果具有很強的相關性[26～27]。其中,在青少年人群中的相關性約為70%[28～29]。此外,定量超聲法具有無輻射和便攜性的優點,更適宜在健康青少年人群的現場調查中使用；第二,本研究僅采用了超聲骨參數作為測量指標,并未檢測血清中相關骨代謝指標。其實,既往一些血清性激素與骨代謝指標的關聯研究也支持了本研究結果,例如:Hannemann等[30]報道TT水平與骨形成指標骨鈣素呈正關聯,Chapurlat等[31]發現SHBG水平與骨吸收指標血清I型膠原C-末端肽呈正相關；第三,本研究為橫斷面研究,不能提供因果關聯信息。本研究提示在探討女性青少年骨骼發育影響因素時,要重視對性激素尤其是T水平的評估。但如果要為我國女性青少年峰值骨量模型的建立提供更為確切的依據,還需要在未來進行更多的前瞻性研究。