引用本文: 何清華, 周曉梅, 朱可, 唐晨, 高學明. 高原建設者骨代謝標志物的分布特點及影響因素分析. 華西醫學, 2017, 32(2): 164-168. doi: 10.7507/1002-0179.201507042 復制
隨著現代醫學發展,一些特異和敏感的骨代謝標志物不僅用于骨質疏松癥及腫瘤骨轉移的早期診斷,還用于抗骨質疏松治療療效判斷及骨量丟失與骨折風險的評估[1]。在高原強紫外線、低氧、寒冷惡劣環境下工作的人群,骨骼需要較強的抗破壞能力和抗變形能力,才能避免骨損害,維護骨健康。骨代謝標志物可以實時反映當前的骨代謝情況及骨轉換率的變化,尤其是骨吸收情況。因此,本研究以高原建設者為對象,探討高原環境下建設者骨代謝標志物的水平及其影響因素。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
2014 年 4 月—5 月,在海拔 2 600~4 450 m[平均海拔(3 586.50±610.85)m]的四川省甘孜州巴塘縣、西藏自治區芒康縣境內,按照海拔高度和施工隊將建設者分組,采用隨機整群抽樣的方式,抽取 650 名建設者作為研究對象。排除有可能引起骨代謝標志物異常的患者,包括服用皮質類固醇激素、抗驚厥藥、肝素和口服避孕藥及患有甲狀腺疾病、糖尿病、肝病、腎功能不全的患者。
1.2 研究方法
1.2.1 問卷調查 按照研究目的,設計問卷調查表,由研究人員通過現場詢問的方式逐一調查并登記。調查的內容包括:既往高原工作情況、本次進入高原時間、戶外工作時間、工種、工作地海拔高度、既往健康狀況,并采集被調查者的身高、體質量、血壓等指標。
1.2.2 血清骨代謝標志物測定 650 名受試者于清晨 07:00—08:00 采集靜脈血 5 mL,1 h 內完成血清分離,裝于凍存管內,保存于–70℃ 冰箱內待檢。應用酶聯免疫吸附試驗檢測血清骨形成標志物骨特異性堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phos-phatase,BALP)和骨吸收標志物Ⅰ型膠原交聯羧基端肽區(type Ⅰ collagen cross-linked C-telopeptide,CTX)、抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)-5b 水平。儀器為美國伯樂公司生產的 BIO-RAD ModeL680 酶標儀和中國海門其林貝爾儀器制造有限公司生產的 SRT-202 滾軸式混合器,試劑由英國 IDSLTD 公司生產。
1.2.3 勞動強度分級 按國家 GB 3869—1983 標準及四川省某公司的企業標準進行勞動強度的分級:測量、架線設備操作等為輕體力,鐵塔地面組裝、架線壓接等為中體力,基坑開挖、高空鐵塔組裝、高空架線等為重體力。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 13.0 軟件進行統計分析。計量資料以均數±標準差表示,采用方差分析方法分析骨代謝標志物隨海拔高度、勞動強度和高原停留時間的變化規律,最后采用多重線性回歸分析方法綜合分析骨代謝標志物的影響因素。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 一般情況
650 名高原建設者中男 574 人,女 76 人;年齡 18~67 歲,平均(37.77±11.04)歲;體質量指數(body mass index,BMI)17.57~31.25 kg/m2,平均(23.04±2.94)kg/m2;血壓(90~230)/(58~110)mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa),平均(126.53±19.24)/ (84.83±13.88)mm Hg;工作地海拔高度 2 600~4 450 m,平均(3 586.62±610.84)m;高原停留時間≤15 d 者 123 人,16~30 d 者 135 人,31~45 d 者 93 人,46~60 d 者 154 人,61~90 d 者 98 人,≥91 d 者 47 人;每天戶外活動時間<1 h 者 48 人,1~8 h 者 109 人,>8 h 者 493 人;勞動強度為輕體力 200 人,中體力 264 人,重體力 186 人。
2.2 骨代謝標志物隨年齡變化的分布趨勢
對年齡進行分組,每 10 歲分為 1 組,觀察 CTX、TRAP-5b、BALP 隨年齡的變化趨勢。建設者骨代謝標志物 CTX、TRAP-5b、BALP 在 20 歲前處于最高水平,以后隨年齡增長無論是骨吸收指標 CTX 和 TRAP-5b 還是骨形成指標 BALP 均呈下降趨勢,但 CTX 及 BALP 在 40~49 歲達到最低,50 歲后開始升高;而 TRAP-5b 在 30~39 歲達到最低,40 歲后開始升高。見表 1。

2.3 不同海拔高度的骨代謝標志物含量比較
隨著海拔高度增加,骨形成標志物 BALP 和骨吸收標志物 CTX 活性均明顯升高,而 TRAP-5b 水平在海拔<4 400 m 時隨海拔增加而增加,在海拔≥4 400 m 后開始降低。見表 2。

2.4 勞動強度和高原停留時間對骨代謝標志物的影響
在高原環境下,隨著勞動強度增加,無論是骨形成標志物 BALP 還是骨吸收標志物 TRAP-5b 與 CTX 都呈現出增高的趨勢(表 3)。進一步分析不同勞動強度的建設者,隨著高原停留時間延長,骨代謝各標志物變化規律為:無論何種勞動強度,隨著高原停留時間延長,骨形成標志物 BALP 呈先升高后降低的趨勢,而骨吸收標志物 TRAP-5b 呈先降低后升高的趨勢(圖 1)。


2.5 骨代謝標志物影響因素的多重線性回歸分析
由于參與調查的女性只有 76 人且均為輕體力勞動強度,代表性不足,因此分析中未考慮性別因素。結合相關分析結果,分別以 CTX、TRAP-5b 和 BALP 為因變量,以 BMI、海拔高度、年齡、勞動強度和高原停留時間作為自變量,進行多重逐步線性回歸分析。分析結果顯示,BALP 的主要影響因素有年齡、海拔高度、勞動強度和高原停留時間,其中 BALP 與海拔高度、勞動強度和高原停留時間呈正相關,與年齡呈負相關。CTX 的主要影響因素有年齡、海拔高度、BMI、勞動強度、高原停留時間,其中 CTX 與海拔高度、勞動強度、高原停留時間呈正相關,與年齡、BMI 呈負相關。TRAP-5b 的主要影響因素為勞動強度、年齡、BMI、高原停留時間,其中 TRAP-5b 與勞動強度、高原停留時間呈正相關,與年齡、BMI 呈負相關。見表 4~6。



3 討論
骨代謝指標不僅是骨密度變化率的替代指標,還是評估骨質量和未來發生骨折風險的手段[2-4]。在維持骨量和骨質量中,骨形成和骨吸收起了關鍵的作用,成骨細胞調節骨形成過程,增加骨礦物質含量或密度;破骨細胞調節骨吸收過程,減少骨礦物質含量或密度[5]。BALP 主要由成骨細胞分泌,BALP 是總堿性磷酸酶的重要部分,肝功能正常時,肝臟和骨骼來源的堿性磷酸酶各占血液總堿性磷酸酶的一半[6],BALP 是成骨細胞的胞外酶,可排除肝、腎、腸等疾病影響,為反映成骨細胞活性和骨形成的特異及敏感標志物;TRAP-5b 是一種酸性磷酸酶的同工酶,是破骨細胞的標志酶,其水平可以反映體內破骨細胞活性和骨吸收狀態;CTX 中有骨Ⅰ型膠原分子間交聯物的重要區段和近似交聯物的殘基,不被腎臟降解,為理想的穩定的骨吸收標志物。TRAP-5b 與 CTX 都是骨吸收標志物,檢測任何一個指標,都能實時反映破骨細胞活性。
骨代謝標志物受年齡影響情況,各研究結果不一致。楊春云等[7] 對膠東半島健康成年人群骨代謝生物化學指標發現,不同年齡男性 TRAP-5b、CTX 及 BALP 值無明顯差異,女性絕經前各年齡間無差異,但絕經前后差異明顯。但 Martínez 等[8] 將 168 例(男 68 例,女 100 例)分成不同年齡組,取自身膝關節或髖關節體外培養成骨細胞的研究顯示,血清堿性磷酸酶隨年齡增長而增高。Garner 等[9] 發現 40 歲后骨轉換水平迅速下降,55~60 歲降至最低,60 歲后骨形成基本穩定,骨吸收水平在部分老年男性中隨增齡輕度升高。Delmas 等[10] 發現 BALP 在各年齡組無明顯差異,與年齡無相關關系。而本研究結果顯示,骨代謝標志物 CTX、TRAP-5b、BALP 在 20 歲前處于最高水平,后隨年齡增長無論是反映骨吸收指標 CTX、TRAP-5b 還是反映骨形成指標 BALP 均呈下降趨勢,CTX 及 BALP 在 40~49 歲年齡組達到最低,50 歲后開始升高;而 TRAP-5b 在 30~39 歲年齡組達到最低,40 歲后開始升高。這表明在青年時期骨代謝活躍,骨吸收與骨形成均處于較高水平,骨礦化與骨沉積達高峰,以后隨年齡增長破骨細胞與成骨細胞功能下降,骨的代謝轉換率逐漸降低,骨吸收與骨形成逐漸減少,達到一定年齡時,骨形成小于骨吸收,導致骨量丟失。
高原環境對骨代謝標志物影響研究,目前報道較少。張紅品等[11] 模擬高原訓練,研究常氧運動和高住低練(白天在平原條件下訓練,夜間在低氧艙睡眠)對生長期大鼠骨代謝標志物的影響,發現低氧刺激可使血清堿性磷酸酶升高,低氧大、中負荷組 TRAP 活性高于常氧大、中負荷組,其機制尚不清。本研究發現從平原地區到高原地區工作的建設者,隨著海拔高度增加,反映骨形成標志物血清 BALP 和骨吸收標志物 CTX 活性均明顯升高,而血清 TRAP-5b 在海拔 4 400 m 以下也隨海拔增加而增加。不同海拔高度的建設者,工作強度、入住時間、年齡分布無明顯差異,但他們的骨代謝指標卻隨海拔高度的變化而變化,導致這一現象的具體機制目前不清楚,這是否與海拔升高、氣壓降低、人體缺氧有關,尚需更多的研究證明。
運動對骨代謝指標的影響觀點不一,一種認為體育運動有助于骨代謝,另一種則認為體育鍛煉對任何部位的骨丟失均無效果。Eliakim 等[12] 研究發現 2 h/d、5 d/周、持續 5 周的游泳運動與對照組相比,骨形成標志物 BALP 顯著升高,而骨吸收標志物 CTX 顯著下降。Fujimura 等[13] 的研究發現 3 次/周、持續 4 個月的負重抗阻運動,在運動開始后第 1 個月血清骨鈣素和 BALP 活性就顯著增加,并一直保持于整個訓練階段。Etherington 等[14] 通過對男子陸軍新兵 10 周基礎訓練,發現血清骨鈣素和 BALP 顯著降低,而血漿 TRAP-5b 也降低,但差異無統計學意義。付蕾等[15] 發現低強度運動對骨骼基本不起作用,而過度運動對骨骼有害,可導致應力性骨折,只有把握適當的訓練強度才會對骨形成和骨吸收產生積極影響。
而本研究結果顯示,隨著勞動強度增加,無論是反映骨形成的標志物 BALP 還是反映骨吸收的標志物 TRAP-5b 與 CTX 都呈現出增高的趨勢,這表明勞動強度越強,骨代謝越活躍。進一步分析不同勞動強度的建設者,隨著高原停留時間延長,骨代謝各標志物變化情況顯示,無論何種勞動強度,隨著高原停留時間延長,反映骨形成的標志物 BALP 呈先升高后降低的趨勢,而反映骨吸收的標志物 TRAP-5b 呈先降低后升高的趨勢。
綜上所述,高原地區人群的骨代謝標志物的影響因素眾多,除年齡、BMI、血壓和運動強度因素外,高原停留時間及海拔高度對骨代謝標志物也有顯著影響。因此,高原環境下,人們要維護健康的骨骼,須進行適當的運動,維持正常的體質量和血壓。
隨著現代醫學發展,一些特異和敏感的骨代謝標志物不僅用于骨質疏松癥及腫瘤骨轉移的早期診斷,還用于抗骨質疏松治療療效判斷及骨量丟失與骨折風險的評估[1]。在高原強紫外線、低氧、寒冷惡劣環境下工作的人群,骨骼需要較強的抗破壞能力和抗變形能力,才能避免骨損害,維護骨健康。骨代謝標志物可以實時反映當前的骨代謝情況及骨轉換率的變化,尤其是骨吸收情況。因此,本研究以高原建設者為對象,探討高原環境下建設者骨代謝標志物的水平及其影響因素。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
2014 年 4 月—5 月,在海拔 2 600~4 450 m[平均海拔(3 586.50±610.85)m]的四川省甘孜州巴塘縣、西藏自治區芒康縣境內,按照海拔高度和施工隊將建設者分組,采用隨機整群抽樣的方式,抽取 650 名建設者作為研究對象。排除有可能引起骨代謝標志物異常的患者,包括服用皮質類固醇激素、抗驚厥藥、肝素和口服避孕藥及患有甲狀腺疾病、糖尿病、肝病、腎功能不全的患者。
1.2 研究方法
1.2.1 問卷調查 按照研究目的,設計問卷調查表,由研究人員通過現場詢問的方式逐一調查并登記。調查的內容包括:既往高原工作情況、本次進入高原時間、戶外工作時間、工種、工作地海拔高度、既往健康狀況,并采集被調查者的身高、體質量、血壓等指標。
1.2.2 血清骨代謝標志物測定 650 名受試者于清晨 07:00—08:00 采集靜脈血 5 mL,1 h 內完成血清分離,裝于凍存管內,保存于–70℃ 冰箱內待檢。應用酶聯免疫吸附試驗檢測血清骨形成標志物骨特異性堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phos-phatase,BALP)和骨吸收標志物Ⅰ型膠原交聯羧基端肽區(type Ⅰ collagen cross-linked C-telopeptide,CTX)、抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)-5b 水平。儀器為美國伯樂公司生產的 BIO-RAD ModeL680 酶標儀和中國海門其林貝爾儀器制造有限公司生產的 SRT-202 滾軸式混合器,試劑由英國 IDSLTD 公司生產。
1.2.3 勞動強度分級 按國家 GB 3869—1983 標準及四川省某公司的企業標準進行勞動強度的分級:測量、架線設備操作等為輕體力,鐵塔地面組裝、架線壓接等為中體力,基坑開挖、高空鐵塔組裝、高空架線等為重體力。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 13.0 軟件進行統計分析。計量資料以均數±標準差表示,采用方差分析方法分析骨代謝標志物隨海拔高度、勞動強度和高原停留時間的變化規律,最后采用多重線性回歸分析方法綜合分析骨代謝標志物的影響因素。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 一般情況
650 名高原建設者中男 574 人,女 76 人;年齡 18~67 歲,平均(37.77±11.04)歲;體質量指數(body mass index,BMI)17.57~31.25 kg/m2,平均(23.04±2.94)kg/m2;血壓(90~230)/(58~110)mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa),平均(126.53±19.24)/ (84.83±13.88)mm Hg;工作地海拔高度 2 600~4 450 m,平均(3 586.62±610.84)m;高原停留時間≤15 d 者 123 人,16~30 d 者 135 人,31~45 d 者 93 人,46~60 d 者 154 人,61~90 d 者 98 人,≥91 d 者 47 人;每天戶外活動時間<1 h 者 48 人,1~8 h 者 109 人,>8 h 者 493 人;勞動強度為輕體力 200 人,中體力 264 人,重體力 186 人。
2.2 骨代謝標志物隨年齡變化的分布趨勢
對年齡進行分組,每 10 歲分為 1 組,觀察 CTX、TRAP-5b、BALP 隨年齡的變化趨勢。建設者骨代謝標志物 CTX、TRAP-5b、BALP 在 20 歲前處于最高水平,以后隨年齡增長無論是骨吸收指標 CTX 和 TRAP-5b 還是骨形成指標 BALP 均呈下降趨勢,但 CTX 及 BALP 在 40~49 歲達到最低,50 歲后開始升高;而 TRAP-5b 在 30~39 歲達到最低,40 歲后開始升高。見表 1。

2.3 不同海拔高度的骨代謝標志物含量比較
隨著海拔高度增加,骨形成標志物 BALP 和骨吸收標志物 CTX 活性均明顯升高,而 TRAP-5b 水平在海拔<4 400 m 時隨海拔增加而增加,在海拔≥4 400 m 后開始降低。見表 2。

2.4 勞動強度和高原停留時間對骨代謝標志物的影響
在高原環境下,隨著勞動強度增加,無論是骨形成標志物 BALP 還是骨吸收標志物 TRAP-5b 與 CTX 都呈現出增高的趨勢(表 3)。進一步分析不同勞動強度的建設者,隨著高原停留時間延長,骨代謝各標志物變化規律為:無論何種勞動強度,隨著高原停留時間延長,骨形成標志物 BALP 呈先升高后降低的趨勢,而骨吸收標志物 TRAP-5b 呈先降低后升高的趨勢(圖 1)。


2.5 骨代謝標志物影響因素的多重線性回歸分析
由于參與調查的女性只有 76 人且均為輕體力勞動強度,代表性不足,因此分析中未考慮性別因素。結合相關分析結果,分別以 CTX、TRAP-5b 和 BALP 為因變量,以 BMI、海拔高度、年齡、勞動強度和高原停留時間作為自變量,進行多重逐步線性回歸分析。分析結果顯示,BALP 的主要影響因素有年齡、海拔高度、勞動強度和高原停留時間,其中 BALP 與海拔高度、勞動強度和高原停留時間呈正相關,與年齡呈負相關。CTX 的主要影響因素有年齡、海拔高度、BMI、勞動強度、高原停留時間,其中 CTX 與海拔高度、勞動強度、高原停留時間呈正相關,與年齡、BMI 呈負相關。TRAP-5b 的主要影響因素為勞動強度、年齡、BMI、高原停留時間,其中 TRAP-5b 與勞動強度、高原停留時間呈正相關,與年齡、BMI 呈負相關。見表 4~6。



3 討論
骨代謝指標不僅是骨密度變化率的替代指標,還是評估骨質量和未來發生骨折風險的手段[2-4]。在維持骨量和骨質量中,骨形成和骨吸收起了關鍵的作用,成骨細胞調節骨形成過程,增加骨礦物質含量或密度;破骨細胞調節骨吸收過程,減少骨礦物質含量或密度[5]。BALP 主要由成骨細胞分泌,BALP 是總堿性磷酸酶的重要部分,肝功能正常時,肝臟和骨骼來源的堿性磷酸酶各占血液總堿性磷酸酶的一半[6],BALP 是成骨細胞的胞外酶,可排除肝、腎、腸等疾病影響,為反映成骨細胞活性和骨形成的特異及敏感標志物;TRAP-5b 是一種酸性磷酸酶的同工酶,是破骨細胞的標志酶,其水平可以反映體內破骨細胞活性和骨吸收狀態;CTX 中有骨Ⅰ型膠原分子間交聯物的重要區段和近似交聯物的殘基,不被腎臟降解,為理想的穩定的骨吸收標志物。TRAP-5b 與 CTX 都是骨吸收標志物,檢測任何一個指標,都能實時反映破骨細胞活性。
骨代謝標志物受年齡影響情況,各研究結果不一致。楊春云等[7] 對膠東半島健康成年人群骨代謝生物化學指標發現,不同年齡男性 TRAP-5b、CTX 及 BALP 值無明顯差異,女性絕經前各年齡間無差異,但絕經前后差異明顯。但 Martínez 等[8] 將 168 例(男 68 例,女 100 例)分成不同年齡組,取自身膝關節或髖關節體外培養成骨細胞的研究顯示,血清堿性磷酸酶隨年齡增長而增高。Garner 等[9] 發現 40 歲后骨轉換水平迅速下降,55~60 歲降至最低,60 歲后骨形成基本穩定,骨吸收水平在部分老年男性中隨增齡輕度升高。Delmas 等[10] 發現 BALP 在各年齡組無明顯差異,與年齡無相關關系。而本研究結果顯示,骨代謝標志物 CTX、TRAP-5b、BALP 在 20 歲前處于最高水平,后隨年齡增長無論是反映骨吸收指標 CTX、TRAP-5b 還是反映骨形成指標 BALP 均呈下降趨勢,CTX 及 BALP 在 40~49 歲年齡組達到最低,50 歲后開始升高;而 TRAP-5b 在 30~39 歲年齡組達到最低,40 歲后開始升高。這表明在青年時期骨代謝活躍,骨吸收與骨形成均處于較高水平,骨礦化與骨沉積達高峰,以后隨年齡增長破骨細胞與成骨細胞功能下降,骨的代謝轉換率逐漸降低,骨吸收與骨形成逐漸減少,達到一定年齡時,骨形成小于骨吸收,導致骨量丟失。
高原環境對骨代謝標志物影響研究,目前報道較少。張紅品等[11] 模擬高原訓練,研究常氧運動和高住低練(白天在平原條件下訓練,夜間在低氧艙睡眠)對生長期大鼠骨代謝標志物的影響,發現低氧刺激可使血清堿性磷酸酶升高,低氧大、中負荷組 TRAP 活性高于常氧大、中負荷組,其機制尚不清。本研究發現從平原地區到高原地區工作的建設者,隨著海拔高度增加,反映骨形成標志物血清 BALP 和骨吸收標志物 CTX 活性均明顯升高,而血清 TRAP-5b 在海拔 4 400 m 以下也隨海拔增加而增加。不同海拔高度的建設者,工作強度、入住時間、年齡分布無明顯差異,但他們的骨代謝指標卻隨海拔高度的變化而變化,導致這一現象的具體機制目前不清楚,這是否與海拔升高、氣壓降低、人體缺氧有關,尚需更多的研究證明。
運動對骨代謝指標的影響觀點不一,一種認為體育運動有助于骨代謝,另一種則認為體育鍛煉對任何部位的骨丟失均無效果。Eliakim 等[12] 研究發現 2 h/d、5 d/周、持續 5 周的游泳運動與對照組相比,骨形成標志物 BALP 顯著升高,而骨吸收標志物 CTX 顯著下降。Fujimura 等[13] 的研究發現 3 次/周、持續 4 個月的負重抗阻運動,在運動開始后第 1 個月血清骨鈣素和 BALP 活性就顯著增加,并一直保持于整個訓練階段。Etherington 等[14] 通過對男子陸軍新兵 10 周基礎訓練,發現血清骨鈣素和 BALP 顯著降低,而血漿 TRAP-5b 也降低,但差異無統計學意義。付蕾等[15] 發現低強度運動對骨骼基本不起作用,而過度運動對骨骼有害,可導致應力性骨折,只有把握適當的訓練強度才會對骨形成和骨吸收產生積極影響。
而本研究結果顯示,隨著勞動強度增加,無論是反映骨形成的標志物 BALP 還是反映骨吸收的標志物 TRAP-5b 與 CTX 都呈現出增高的趨勢,這表明勞動強度越強,骨代謝越活躍。進一步分析不同勞動強度的建設者,隨著高原停留時間延長,骨代謝各標志物變化情況顯示,無論何種勞動強度,隨著高原停留時間延長,反映骨形成的標志物 BALP 呈先升高后降低的趨勢,而反映骨吸收的標志物 TRAP-5b 呈先降低后升高的趨勢。
綜上所述,高原地區人群的骨代謝標志物的影響因素眾多,除年齡、BMI、血壓和運動強度因素外,高原停留時間及海拔高度對骨代謝標志物也有顯著影響。因此,高原環境下,人們要維護健康的骨骼,須進行適當的運動,維持正常的體質量和血壓。