Study on the Relationship Between OAT1 Expression and Renal Osteodystrophy in Rats with Chronic Renal Failure
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摘要:
目的 研究慢性肾衰竭时导致骨细胞有机阴离子转运蛋白（organic anion transporter，OAT）表达的变化，探讨OAT1表达对骨代谢的影响。 方法 将SD大鼠随机分为对照组（Control，n=6）和模型组（Model，n=6）。模型组采用“单肾切除+腺嘌呤灌胃法”建立大鼠慢性肾衰竭模型，通过血常规分析仪测定大鼠血清的红细胞（red blood cell，RBC）、血红蛋白（hemoglobin，Hb）；通过全自动生化分析仪测定肌酐（creatinine，Cr）、尿素氮（urea nitrogen，BUN）、尿酸（uric acid，UA）、血钙（Ca2+）、血磷（P3+）等指标；对大鼠肾脏进行病理学检查；X线拍片检查大鼠胫骨标本；免疫组化检查骨组织OAT1表达。 结果 模型组大鼠的骨密度低于对照组；模型组大鼠钙磷代谢失调，并且骨组织结合OAT1值远低于对照组，差异具有统计学意义（P=0.0018）。 结论 慢性肾功衰竭影响OAT1在骨组织中的表达，导致钙磷代谢失调，从而加重肾性骨营养不良。 Abstract:Objective To investigate the changes of OAT expression in bone cells in chronic renal failure （CRF）and involved mechanism, and to explore the effect of OAT expression on bone metabolism. Methods Randomly divide the rats into a control group （n=6）and a model group （n=6）.The model group established a rat chronic renal failure model using "single nephrectomy+adenine gavage" method, and the red blood cell （RBC） and hemoglobin （HGB）of the rat body were measured using a blood routine analyzer; Measure indicators such as creatinine （Cr）, urea nitrogen （BUN）, uric acid （UA）, blood calcium （Ca2+）, and blood phosphorus （P3+） using a fully automated biochemical analyzer; Pathological examination of rat kidneys; X-ray examination of rat tibia; Immunohistochemical examination of bone tissue OAT1 level. Results The bone density of the model group rats is lower than that of the control group;The calcium and phosphorus metabolism of rats in the model group was in metabolic disorder, and the OAT1 value of bone tissue binding was much lower than that of the control group（P=0.0018）, which was statistically significant. （P=0.0018） Conclusion Chronic renal failure affected the binding ability of OAT1 in bone tissue, leading to the metabolic disorder for calcium absorption and phosphorus metabolism, thus aggravating renal osteodystrophy （P<0.05）. -
Key words:
- Organic anion transporter /
- Chronic renal failure /
- Osteodystrophy
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尽管人工全髋关节置换术治疗终末期股骨头坏死已相对成熟，但仍有很大部分患者因为经济问题或是各种不同的原因而不愿行手术治疗。股骨头塌陷、关节面破坏导致的疼痛以及髋关节骨性关节炎势必会带来髋关节活动度降低、跛行和下肢肌肉萎缩，且股骨头缺血性坏死的患者大多伴有脂代谢调节异常和骨代谢紊乱，骨量减少和骨质。
疏松使这些患者成为了骨折的高危人群。当这类患者发生股骨转子下骨折而不得不进行手术时，分期手术会给患者带来更多的经济负担和二次手术的痛苦，因此有学者建议同时行骨折复位内固定和关节置换治疗[1-2]。
随着人工髋关节假体的不断改良，可供选择的股骨柄假体种类也越来越多，例如生物型加长股骨柄，加长、防旋防下沉及迎合股骨前弓的设计使其用途广泛。此次研究使用生物型加长股骨柄对转子下骨折合并股骨头缺血性坏死的患者进行I期全髋关节置换手术治疗，探讨其可行性及临床疗效。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
实验组选取自2016年1月至2020年1月收治的30例转子下骨折合并股骨头坏死患者，股骨头坏死ARCO分期均为IV期[3]，均因不愿行关节置换而长期保守治疗，因外伤暴力导致股骨转子下骨折而住院，Russell-Taylor分型[4]：Ia型8例，Ib型22例。PFNA组选取自2016年1月至2020年1月收治的单纯转子下骨折患者20例，Russell-Taylor分型：Ia型6例，Ib型14例，均行PFNA内固定治疗。关节置换组选取自2016年1月至2020年1月收治的股骨头坏死患者32例，ARCO分期III-IV期，均行人工全髋关节置换术治疗。
3组患者之间性别、年龄、侧别之间无显著性差异（P > 0.05），实验组与PFNA组骨折分型无显著性差异（P > 0.05），实验组与关节置换组股骨头坏死ARCO分期无显著性差异（P > 0.05），具有可比性，见表1。
表 1 一般资料比较（n）Table 1. Comparsion of general data （n）一般情况 实验组 PFNA组 关节置换组 年龄（岁） 69.43 ± 5.32 71.05 ± 8.47 68.16 ± 6.25 侧别（左） 18 12 20 （右） 12 8 12 骨折分型（RUSSELL-TAYLOR IA型） 6 6 （RUSSELL-TAYLOR IB型） 24 14 股骨头坏死分期（ARCO III期） 0 8 （ARCO IV期） 30 24 1.2 术前准备
实验组及PFNA组所有患者均有外伤史，入院后给予患肢固定及皮牵引，止痛消肿、预防感染、补液以及肝素抗凝等对症处理。关节置换组患者按照《髋、膝关节置换围术期管理策略专家共识》[5]进行相关术前准备。
1.3 假体的选择
实验组均采用生物型加长柄股骨假体以及其配套的人工全髋关节假体。PFNA组均采用股骨近端髓内钉系统。关节置换组均采用普通矩形股骨柄假体以及其配套的人工全髋关节假体。
1.4 手术方法
所有手术均由昆明医科大学第一附属医院骨科关节组同1名经验丰富的主任医师完成。
实验组患者取侧卧位后外侧入路，股骨颈处截骨取出股骨头，常规打磨髋臼后安放臼杯及衬垫。复位骨折处后使用持骨钳或钢丝临时固定，后进行髓腔远端扩髓及近端塑形，安放股骨柄，根据骨折骨块稳定情况可选择是否进行钢丝捆扎，选取适合型号的陶瓷球头，复位髋关节后完成手术。
PNFA组：使用牵引床固定患者双下肢，根据骨折处复位情况选择是否切开复位，C臂透视下骨折复位满意后，大粗隆上端开口插入导针，扩髓，打入主钉，透视确定位置正确后打入股骨颈加压螺钉、远端锁定钉。
关节置换组：与实验组相同取侧卧位后外侧入路，按照臼杯-衬垫-股骨柄-球头的安放顺序依次完成手术。
1.5 术后处理
3组患者术后常规给予预防感染、消肿、止痛及抗凝处理，同时鼓励患者行踝泵、股四头肌等长收缩等肢体功能锻炼和肺功能锻炼。关节置换组术后2 d开始逐渐健侧负重拄拐下床活动，实验组术后能自主直腿抬高后健侧负重拄拐下床活动，PFNA组术后1周后，能完成直腿抬高后健侧负重拄拐下床活动。
1.6 主要观察指标
记录并比较3组患者的手术时间、术中出血量、术后下地活动时间及住院天数，实验组与PFNA组的骨折愈合天数，实验组与关节置换组术后1，3，6月和末次随访的髋关节Harris评分。
1.7 统计学处理
采用 SPSS 26.0 统计软件进行数据分析。计量资料采用（
$\bar x \pm s $ ）表示，3组数据组间比较，服从正态分布者使用单因素方差分析检验，不服从正态分布者采用多个样本秩和检验，检验结果有差异则进一步两两比较；2组数据组间比较采用两样本秩和检验和两样本t检验，检验水平α = 0.05。2. 结果
2.1 结果分析
其中3组手术时间不全相等，差异有统计学意义，进一步两两比较采用Bonferroni法，实验组高于PFNA组及关节置换组，PFNA组与关节置换组无差异。3组围术期出血量、术后下地活动时间不全相等，进一步两两比较采用Bonferroni法，各组间比较均有差异；住院天数差异无统计学意义；骨折愈合时间采用两样本秩和检验，Z值为-0.031，P = 0.975，差异无统计学意义（P > 0.05），见表2。
表 2 临床疗效比较Table 2. Comparsion of clinical outcomes组别 手术时间（min） 术中出血量（mL） 术后下地活动时间（d） 住院天数（d） 骨折愈合时间（d） 实验组 92.97 ± 11.75 198.13 ± 31.74 4.53 ± 1.41 8.20 ± 1.49 12.23 ± 1.26 PFNA组 67.95 ± 14.00 152.25 ± 13.65 12.80 ± 2.02 8.25 ± 1.83 12.25 ± 1.25 关节置换组 64.63 ± 9.07 100.78 ± 22.83 2.41 ± 0.56 8.19 ± 1.80 H/F 61.098 277.314 67.266 0.063 P < 0.001* < 0.001* < 0.001* 0.969 0.975 *P < 0.05。 2.2 随访结果及疗效分析
经术后9～30个月随访，实验组30例患者及PFNA组20例患者，3～6个月DR示所有患者骨折均已愈合。实验组及关节置换组患者均获得较好的髋关节功能，见表3。
表 3 随访资料比较（分）Table 3. Comparsion of follow-up data （scores）组别 术后1月Harris评分 术后3月Harris评分 术后6月Harris评分 末次随访Harris评分 实验组 78.53 ± 4.754 80.23 ± 4.739 83.90 ± 4.020 86.83 ± 3.788 关节置换组 77.45 ± 5.549 79.75 ± 6.060 85.30 ± 4.857 88.05 ± 4.524 T 0.715 0.301 −1.068 −0.993 P 0.479 0.766 0.293 0.327 所有患者术后未出现假体松动、脱位、内固定物失效及内置物感染等并发症。术后发生肺部感染10例，经治疗后得到控制；深静脉血栓形成19例，使用皮下注射低分子肝素抗凝治疗，待7～14 d溶栓或血栓机化后再出院，典型病例见图1。
2.3 典型病例（图1）
图 1 生物型加长柄治疗转子下骨折合并股骨头坏死A：患者1，患SLE，长期服用激素导致股骨头坏死，受伤后导致股骨转子下骨折；B：术后1月；C：术后3月；D：患者2，酒精性股骨头坏死，受伤后导致股骨转子下骨折；E：术后1月；F：术后3月。Figure 1. Treatment of subtrochanteric fracture with necrosis of femoral head with lengthened biological stem3. 讨论
股骨转子下骨折通常指小转子下5cm范围内的骨折，该区域为股骨应力集中区域，骨折发生率高，且此区域为转子间松质骨到股骨干皮质骨的交界移行区，骨折延迟愈合和骨不连的发生率高。股骨转子间区域还是多束肌肉附着点，大粗隆处有臀中肌及旋后肌群附着，小转子处有髂肌和腰大肌附着，股骨转子下骨折多是不稳定的骨折，因此手术治疗是股骨转子下骨折的首选治疗方法[6-8]，早期手术可以使患者下床活动，减少并发症以及降低死亡率[9-11]。股骨髓内钉固定由于其手术时间短，创伤小，符合人体长骨生物力学等因素，成为临床中治疗的首选。髓内固定可以分散骨折处应力，减少应力遮挡，降低骨折不愈合发生率[12-14]。
当股骨头坏死患者发生转子下骨折时，使用生物型加长股骨柄行人工髋关节置换同时髓内固定骨折处，可以一次性解决骨折及股骨头坏死两个问题，使患者可以尽早下床活动，提高生存质量，患者也更愿意接受这种手术方式。当然这种手术方式对术者要求相对较高，不仅需要考虑股骨柄安放的初始稳定，还要保证骨折断端的复位满意。
本研究对手术时间、术中出血量作比较，实验组均显著多于PFNA组和关节置换组。这可能是由于实验组术中需要固定骨折断端和安放假体，且手术切口较长，而PFNA术和关节置换术是较为成熟的术式，手术时间与术中出血量较为固定。PFNA组术中出血量多于关节置换组，这可能是由于骨折患者处于应激状态，凝血功能异常，以及该术式术中难以充分止血等原因。
PFNA组术后下地活动时间显著高于实验组及关节置换组，可能是由于担心因骨质疏松引起螺钉对股骨头切割，造成内固定失效，要求患者卧床1周，下肢肌力恢复正常后再进行下床活动，加之患者自身恐惧感，导致术后下地活动时间较长。实验组要求患者能独立完成患肢直腿抬高则可以下地活动，关节置换组常规要求术后第2天下地活动。
实验组骨折愈合时间与PFNA组无统计学差异，术后1，3，6月及末次随访Harris评分与关节置换组无统计学差异，证明该术式在临床中是可行的。
关于假体的选择：髋关节假体主要分为骨水泥型与生物型，骨水泥型假体固然可以获得更好的初始稳定，但安放假体时骨水泥会进入骨折处导致骨折不愈合，且骨水泥毒性反应以及更高的假体松动率也应考虑，因此个人认为骨水泥型假体不适合在这类患者中使用。生物型假体具有手术时间短，心肺相关并发症发生率低，术后早期死亡率低的优势[15-18]，单一接触界面和全涂层骨长入可以降低假体无菌性松动率。而生物型加长柄可以通过假体远端与髓腔的贴合获得初始稳定，不像矩形柄需要通过股骨近端粗隆部三点式压配获得初始稳定，并且生物型加长柄的防旋脊可以避免骨折断端旋转移位，因此适用于转子下骨折合并股骨头坏死中的I期行人工髋关节关节置换术。蒋垚等[19]通过关节置换治疗转子下骨折合并股骨头坏死，证明其在临床治疗中的可行性，作者认为在综合评估患者骨折处及全身情况后，对于非复杂转子下骨折合并股骨头坏死，且评估仍有一定生存周期的患者，通过使用生物型加长柄行关节置换治疗是一种有效的治疗手段。
不足与小结：本次研究为回顾性分析，纳入的样本量较少，且随访时间较短，仍需长期观察临床疗效。实验组的患者均为I型的股骨转子下骨折，而II型的股骨转子下骨折更加复杂，能否I期关节置换手术需要具体情况具体分析，并且由于假体类型特殊，不同关节假体生产厂家的差异也需要考虑进去。
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图 1 左侧单肾切除过程
A：消毒备皮；B：暴露左侧肾脏；C：结扎输尿管；D：结扎肾动/静脉；E：结扎完成；F：切除后缝合伤口。
Figure 1. Left side single kidney resection process diagram
图 2 大鼠的一般情况
A：大鼠体重变化；B：大鼠单侧肾重占比；C：大鼠饮水量变化；D：大鼠饮食量变化。
Figure 2. General situation of rats
图 6 OAT1 对骨营养不良的影响（$ \bar x \pm s $，n=6）
A：大鼠骨组织中OAT1免疫组化；B：OAT1表达阳性面积统计学分析。与对照组比较，**P<0.05。
Figure 6. The effect of OAT1 on bone malnutrition（$ \bar x \pm s $，n=6）
表 1 不同组间大鼠的肾功能指标比较（$ \bar x \pm s $，n=6）
Table 1. Comparison of renal function indicators among different groups of rats（$\bar x \pm s$，n=6）
组别 n 红细胞（RBC，×1012/L） 血红蛋白（Hb，g/L） 尿素氮（BUN，mmol/L） 肌酐（Cr，µmol/L） 模型组 6 6.742±0.480 119±7.457 142.8±25.85** 374.2±51.97** 对照组 6 7.763±2.488 146.2±52.53 17.86±1.063 40.81±0.593 t − 0.987 1.254 11.83 15.71 P − 0.3456 0.0649 <0.001** <0.001** 与对照组比较，*P<0.05，**P<0.01。 
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表 2 不同组间大鼠的尿酸、钙和磷水平（$ \bar x \pm s $，n=6）
Table 2. Uric acid，calcium，and phosphorus levels in rats of different groups（$ \bar x \pm s $，n=6）
组别 n 尿酸（UA，µmol/L） Ca2+ （mmol/L） P3+ （mmol/L） 模型组 6 162.8±46.92** 2.290±0.179** 5.535±1.433** 对照组 6 72.04±11.45 2.006±0.050 2.181±0.232 t − 4.604 3.752 5.661 P − 0.001** 0.0038** 0.0002** 与对照组比较，*P<0.05，**P<0.01。
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