成都华西华科研究所分析骨关节炎病因与QCT骨密度软件体模检测

骨关节炎与骨矿代谢异常

骨关节炎（osteoarthritis, 〇A)是影响人类健康最常见 的关节疾患之一，没有明M的种族和地域差异。在超过 50岁以上人群中，骨关节炎在导致长期残疾的疾病中仅 次于心血管疾病棑名第二。基于此项调査，骨关节炎 致残比例在人群中约占2%〜6%。根据1994年统计，在 美国，骨关节炎的消耗为155亿关元，约为类风湿关节炎 的3倍，其中一半以上消耗缘于工作丧失W。骨关节炎 较其他疾病更易于影响老年患者的行走、上下楼梯和其 他下肢功能。因此，骨关节炎是导致50岁以上人群功能 残疾、造成经济损失和影响社会发展的主要疾病之一。

骨关节炎的特点是进行性关节软骨丧失、新骨形成、 软骨下骨小梁与生长板硬化、骨赘形成、基质降解使软骨 丢失和基质修复间失去平衡。关节内常常可以见到继发 于骨性改变的滑膜炎性病变。

骨关节炎和许多疾病一样，具有多重定义。临床上， 骨关节炎包括关节症状和结构改变（通常在X线上描 述）；在病理学上，骨关节炎以严重的、局限性软骨破坏， 深达骨质为特点。在流行病学研究中，OA主要通过影俅 学来了解关节的生物状态，包括软骨损伤程度和骨性改 变。按照骨关节炎的不同定义，会在人群中得出不冋的 结论。膝关节疼痛的人群可能与具有骨关节炎X线表现 的人群并不一致，而许多具有骨关节炎X线表现的人并 没有症状。从疾病预防的角度出发，最好将骨关节炎定 义为既有临床症状又有相应的彩像学表现。骨关节炎的 流行病学研究重点在于发现生物学危险因索。1995年， 国际骨关节炎专题委员会对骨关节炎的进行明确定义， 即骨关节炎是在力学因索和生物学因素的共同作用下， 软骨细胞、细胞外基质（ECM)和软骨下骨三者之间分解 和合成代谢失衡的结果。

第一节骨关节炎病因

围绕骨关节炎疾病发生与发展的病理牛理过程，一 直存在许多假说。例如，有人认为，骨关节炎是随着人体 老化而出现的不可避免的疾病，是造成机体轻度残疾的 良性病变，即使在确诊的情况下，仍然缺乏有效的治疗手 段。但是，进一步的研究表明，机体老化过程与骨关节炎 存在明显不同。虽然骨关节炎多发生在老年人，但仅仅 把它归结为关节软骨因磨损和断裂而崩解的后面病理过 程是错误的。同样，那种认为骨关节炎是同头发变白、肌肤老化一样，随着年龄增长而出现的不可避免的疾病的 观点也是片面的、错误的。骨关节炎在老年群体中发病 比率增高、严重程度增加51能与长期病程密切相关。

骨关节炎疾病发生与发展过程中既有全身性因索的 参与，又有局部因素作用。全身因素包括患者的年龄、性 别、遗传易感性等。全身性的因素使软骨更易于受损伤， 不M修复。这一过程涵盖许多机制，包括生长因子和细 胞因子对软骨细胞的作用以及对软骨基质合成的影响。 其他的全身因素可能加速基质的酶性降解过程，骨源性 因子对软骨和骨的修复能力产生影响。

在全身因索存在的情况下，局部致病因素就会在关 节破坏中发挥作用。局部致病因素包括反复的关节损 伤、关节变形导致关节保护作用减弱、肥胖和肌肉无力 等。即使在患有家族遗传性骨关节炎的年轻患者中，以 上因素之间的相互作用也很明显。在这些笏感的家庭成 员中，受累关节并不相同，这说明局部的生物力学因素发 挥巷重要作用。

一、局部生物力学因素

(一）关节损伤与OA

理论上，关节软骨可能因两种形式损伤而破坏，一种 是突发性创伤，另一种为反复性活动超出了关节周围肌 肉和韧带的承受能力，造成关节软骨的损伤。

反复市复单一动作的工人和运动员，关节损伤较为 常见，主要体现在手关节上。例如，纺棉工人手上祕于发 现Heberden结节W，因工作霈要而长期蹲着或者跪者的 工人膝关节骨关节炎的发生较商。关节的反复应用与髋 关节付关节炎的发生也冇关，典型例子是农民，经常站 立、弯腰，在不平整的土地上长钜离行走，搬运重物。与 髋、膝关节OA发生密切相关职业还包括矿工，易于发生 膝关节和脊柱骨关节炎。

运动员的活动往往既有大的关节创伤，又有反复的 关节应用造成的损伤。随着年龄的增加，运动员更易发 生负重关节的骨关节炎，而长跑运动员易发生髋、膝关节 骨关节炎。没有证据表明散步导致骨关节炎的发生。

.(二）体重与骨关节炎

超取的人更易患膝关节骨关节炎。体歌变化较体重 增加更容易影响0A的进展。在Framingham的研究中， Felson等发现女性体重滅少111磅，骨关节炎形成的风 险相应减少50%Framingham纵向资料研究证实，8 年的体重变化与影像学上OA的形成密切相关^[5]。在膝 关节OA的病史研究中，肥胖增加影像学〇A的风险，但

是与疼痛的恶化和活动受限并无明显相关。体茧增加可 能通过两种机制促进OA发生。首先，超®增加了承重 关节的负荷，促进软#破坏。步行过程中，髋、膝关节的 作用力约为体重的2〜3倍◊其次，肥胖可能通过代谢过 程的中间产物诱发OA。

(三）  先天性发育异常与髋关节OA

三种少见的发育异常，包括发育异常、先天性脱位和 Legg - Calve - Perthes病，与股骨头骨瓶滑脱，最终将导 致髋关节骨关节炎的发生。

(四）   肌肉无力和背关节炎

在彩像学上确诊膝关节OA的患者不管有无症状， 与非OA患者比较，股四头肌肌力减弱。加强肌力可以 使失稳的膝关节增加稳定性，分敗负荷，喊少突发冲击负 荷作用关节。纵向研究显示，下肢肌力练习可以降低膝 关节OA的风险，并且减缓疾病进展。在近来的临床实 验中，抗阻实验（有氧练习）可以中等程度的减少膝关节 OA的发生。关节软骨所承受的主要力里不仅来&于体 重，而且来自于为了维持关节稳定和活动的肌肉收缩力。 在正常的步行过程中（反复冲击负荷的典型例子〉，膝关 节承受负荷为体重的4〜5倍，而在跪位时，承受负荷约 达体重的10倍。正常个体肌肉回路存在微小的不协调， 神经-肌肉控制的傲小不协调性是否为骨关节炎发生的 危险因索仍待进一步确定。

目前，关节在生理情况的冲击负荷下防止发生损伤 的机制引起研究者很大关注，因为关节软骨过薄.很难有 效吸收震荡。减少关节受力的主要因索是关节活动，在 张力下相关肌肉拉长.软骨下骨变形。一些看来很小的 冲击负荷，例如误迈一节台阶，都被宥作是关节原发性退 变的主要病原因素。一个冲击负荷的神经肌肉反射弧时 间约为75ms，意外的跌倒0.03m时，机体没有时间建立 保护性的反射。此时，负荷可能传递到关节结构。m是， 如果跌落很大一个高度，能M可以被关节周围拉长的肌 肉和关节运动而吸收/很明显，造成肌肉疲劳的因素，例 如疾病或由于离齡造成的肌肉萎缩，也可以损害这种赛 荡吸收机制。

二、全身因素与骨关节炎

(一）年龄与性别

骨关节炎的发生与年龄密切相关。50岁之前，男性 OA发病率离于女性，50岁以后，女性吒于男性。女性的 总体发生率高于男性。在80岁以后，两性背关节炎的发 病率和忠病率都趋于平缓或有所降低。

骨关节炎的发病率随着年龄增加而增加，这种趋势 可能是一些生物因素随曹年龄增加而改变的结果，包括 软骨细胞对促进修复的生长因子反应性降低；关节韧带 的松弛度增加，造成关节的相对不稳，易于受到损伤；随 着年龄增加，关节展荡吸收和保护功能成弱，包括保护关 节肌力逐渐减弱和周围神经反应的减慢％。而且，关节 老化还反应在分离钙化带和非钙化带的潮线进行自我复

制.向关节面方向移动。非钙化软骨边缘变细增加了软 骨基底层的剪切力，因此增加软骨的易损性（vulnerabili­ty)。

(二）   遗传易感性

全身性OA，常见于老年女性，累及手关节，包括远端 指间关节、近端指间关节和第一腕掌关节、颈椎和睢椎关 节、膝关节与髋关节。一个关节OA往往与其他关节骨 关节炎的发生相关联。手的不同关节（例如远端指间关 节和腕竿关节）同时发生骨关节炎较手和膝关节同时发 生史为常见，后者较手和髋关节同时发生常见。而且，手 关节钟关节炎的发生意味着髋、膝关节发生骨关节炎的 危险性增加，所以手骨关节炎患者应该是预防的重点。 对高比例早发性严重性骨关节炎的家系研究发现,OA的 发生与D甩前胶原的常染色体M性突变有关^[7]。但是， 在人群总体中，n項胶原的异常和骨关节炎发生的关系 尚不淸楚。

50%以上手的骨关节炎发生与遗传有关，而膝关节 骨关节炎的发生与遗传的相关性要小得多。这可能因为 膝关节骨关节炎的发生更多的情况下是反复机械性损伤 的结果.或者与生活方式有关，而遗传因素作用不大。另 外，女性骨关节炎的遗传场感性较男性高。

(三）   雌激素与骨关节炎

钟关节炎往往在超过50岁的妇女中发病较卨，而这 个年龄段恰恰是绝经期，一些女性患上"绝经期关节炎", 即在绝经期患上快速迸展的手骨关节炎。这种与性别和 年龄相关的关节炎与绝经后雌激素缺乏，增加骨关节炎 的发病风险有关。流行病学资料M示，雌激素枰代疗法 (ERT)可以显著减少髋、膝OA的发生^[8]。

(四）   营养因素与骨关节炎

在Framingham骨关节炎研究表明，维生索C摄入ft 低的人发生膝关节#关节炎的风险是高摄人组人群的3 倍^:9]。维生索D也影响着骨关节炎的发生与发展。维生 索D在伢中主要以活性形式存在，骨的改建对于OA的 疾病稳定至关重要。骺板处的软骨对维生索D发生反 应，而潮线附近肥大层的软#细胞在维生索D的作用下 维生素D受体的表达增高。在Framingham骨关节炎研 究中，发现血淸中25-羟维生素丨〕的水平对骨关节炎的 发生没有明显影响。但是在影像学定义的OA研究中， 水平过低的血淸25-羟维生素D比高水平者更容易导 致影像学上OA的尚比率发生。

(五）   骨质疏松症与骨关节炎

骨质疏松和骨关节炎都是随着年龄增长逐渐出现的 致残性疾病,尤其容易发生在绝经后妇女，二者之间存 在一定程度拮抗。大规模流行病学调査显示，经过体重 校正后全身骨关节病患者的脊柱和外周骨密度均商于同 年龄和同性别的正常人以^]。Radin等研究表明，在关节 承受冲击负荷过程中，软骨下骨发生变形来保护关节软 骨免受损伤，所以易于发生骨变形的人不易患骨关节 炎^Ul1。1985年，Dequeker等人发现原发性骨质疏松和骨关节炎很少同时发生在同一患者身上。后来，这一发现 被很多人观察证实。Iltequeker等人近来发现，在67项相 关研究中，53项证实骨质疏松和骨关节炎成负相关¹ 骨质疏松的患者，骨关节炎的发生比例较低。

在大多数情况下，原发性骨质疏松和原发性骨关节 炎成反相关。但是，临床上偶尔也可见到#质疏松和骨 关节炎共存的情况。通过对同时患有骨质疏松和骨关节 炎患者进行分析，来探讨二者负相关可能具有的病理生 理意义。

骨关节炎可能推迟骨质疏松进展。支持这一假设的 证据在于当患者同时患有两种疾病时，尽管#质疏松发 生的高危因素存在，如体铟小、体重低、未经产妇（nulli­parity)、吸烟和离 PTH 水平等，但是骨质疏松性椎体压 缩#折较单纯毋质疏松患荞发生时间晚，往往在绝经后 很长一段时间。虽然理论上存在可能，但是实际上#关 节炎患者不可能因为活动受限而导致椎体压缩性骨折。 当然，如果合并场部反射性交感神经营养不良是另外一 种情况，而且在骨关节炎患者中广泛存在者反射性交感 神经营养不良。

当骨关节炎和骨质疏松共存时，前臂及其他部位骨 折(包括椎体）比单纯椎体骨成琉松者发生率低，这进一 步表明#关节炎或相关因素可以防止椎体#质疏松的发 生。骨质疏松和骨关节炎贝存者往往体态较小，这不仅 仅是脊柱骨关节炎和椎体骨质疏松的综合作用，而且也 是峰值#置降低的结果。

脊柱侧弯的发生比例在单纯患存骨质疏松或#关节 炎患者都比较高。Healey研究显示，骨质疏松患荞 (58%)比骨关节炎患者（18%)更容易发生脊柱侧弯¹¹³¹。 在骨质疏松和骨关节炎共存患者中，脊柱侧弯的发生率 更高。

脊椎骨关节炎和骨质疏松共存的患者发生手部小关 节骨关节炎改变的比率较高，而发生髋关节骨关节炎的 比例较单纯#关节炎组低，体重和身商较低可能发挥保 护作用。Healey研究证实，骨质疏松不能完全防止外周 #关节炎的发展，但是骨关节炎确实可以延缓骨质疏松 的进展，可以作为一种负相关的危险因素。

骨关节炎如何延缓骨质疏松的进展目前还不淸楚。 可能的机制包括：高的峰值骨贵、高龄导致的骨丢失缓 慢、绝经延迟、调节钙代谢的内分泌系统不同、种质M差 异，活性成骨细胞和破骨细胞数目不同、骨吸收降低等。 但是，目前尚无证据表明，峰值骨童在骨质疏松-骨关节 炎共存患者中更卨_〇原发性种关节炎较骨质疏松者骨丢 失发生的速度慢，这可能因为患者体甫较大，皮下脂肪丰 寓，导致绝经后一段时间内还能维持雌激素分泌"⁴³。但 是在同时患有骨关节炎和骨庾疏松者就解释不通了，闪 为这类患者最多见外胚层体型。骨质疏松患者、骨关节 炎患者或者同时患有两种疾病的患者绝经的年龄并没存 明显区別，所以绝经的年龄不足以成为骨关节患者延缓 骨质疏松发生的原因。

原发性骨关节炎和原发性骨质疏松患者的内分泌系

统没有明显的差异，血淸Ca、P. Vit.D和PTH都在正常 水平。但是，与骨质癔松患者相比较，骨关节炎患者禁食 后生长激索水平和低血糖诱发的生长潋素水平明显升 商„生长激素对肌肉、骨和软骨具有正向促进作用，可能 是钟关节炎和骨质疏松间的主要差异。而且，生长激素 剌激丨GF-1和Somatomedin的产生，后者是发挥局部作 用的主要调节因子。Somatomediri促进成#细胞的复制， 增加合成基质的成#细胞数里。通过髂嵴活检、股骨头 生化分析和髂嵴蛋白的定馕研究发现，骨质疏松和骨关 节炎患荠的成骨细胞、破骨细胞在功能和生化上存在很 大差异。

这些发现在理论和临床上具有重要意义。首先，骨 关节炎是骨质疏松的负危险因素，这有助于决定嗛些绝 经期妇女适合预防性丹质疏松的治疗。其次，原发性骨 关节炎和骨质疏松在生化、生物学上的差异表明两种疾 病过程中都有全身性和代谢性因素的参与，而不仅仅是 年龄老化的结果。成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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