骨代谢指标与关节软骨损伤Outerbridge分级的相关性研究

doi:10.3877/cma.j.issn.1674-134X.2025.04.004

目的

以膝关节镜下直观观测到的膝关节软骨损伤程度为因变量，探讨骨代谢指标与膝关节软骨损伤程度的相关性，以期为早期识别膝骨关节炎（KOA）的高危人群，制定个体化KOA防治策略提供临床理论依据。

方法

回顾性分析了2021年1月至2023年12月在中国医科大学附属盛京医院脊柱关节外科需行膝关节镜手术的患者，排除伴有炎性关节病、既往膝关节手术史、既往膝关节外伤史等混杂因素的患者，最终纳入156例。通过镜下观测到的膝关节软骨损伤程度进行Outerbridge分级，将研究对象按照Ⅰ至Ⅳ级损伤分为4组，将骨代谢指标25-羟基维生素D（25-OH-VD）、甲状旁腺激素（PTH）、β-胶原降解产物（β-CTX）、N端骨钙素（N-MID）、总Ⅰ型胶原氨基端延长肽（TP1NP）以及性别、年龄、身体质量指数（BMI）、骨密度、半月板损伤、十字韧带损伤等指标纳入分析，先进行一般资料差异分析，将具有统计学意义的变量逐个纳入单因素有序多分类logistic回归模型，进一步筛选出有统计学意义的指标纳入多因素有序多分类logistic回归模型进行分析。

结果

一般资料差异分析中，年龄、BMI、骨密度T值、25-OH-VD、β-CTX、N-MID、TP1NP和有无半月板损伤差异存在统计学意义（均为P<0.05）。多因素有序多分类logistic分析显示年龄增长[比值比（OR）=1.067，P<0.01]、BMI增加（OR=1.198，P<0.05）和半月板损伤（OR=3.697，P<0.05）是膝关节软骨损伤的独立危险因素（均P<0.05），较大的骨密度T值（OR=0.252，P<0.001）及较高水平的25-OH-VD（OR=0.937，P<0.05）和N-MID（OR=0.881，P<0.001）是膝关节软骨损伤的独立保护因素。

结论

较高水平的25-OH-VD和N-MID以及良好的骨密度对膝关节软骨具有一定保护作用，维持骨量正常和25-OH-VD、N-MID的水平正常有助于保护膝关节软骨从而延缓KOA的进展。而膝关节软骨损伤随着年龄增长和BMI的增加而有逐渐加重的趋势，半月板损伤是膝关节软骨损伤的独立危险因素。

关键词: 骨, 生物指标, 软骨，关节的, 创伤和损伤, 骨关节炎，膝, 骨密度

Objective

To investigate the correlation between the degree of knee cartilage damage observed by knee arthroscopy and bone metabolism markers, in order to provide a clinical theoretical basis for early identification of high-risk groups for knee osteoarthritis (KOA) and the formulation of individualized KOA prevention and treatment strategies.

Methods

A total of 156 patients who needed arthroscopic knee surgery at the department of spinal joint surgery, Shengjing Hospital Affiliated with China Medical University were analyzed retrospectively from January 2021 to December 2023, exclusion criteria comprised inflammatory arthropathies, history of knee surgery and significant knee trauma. According to the Outerbridge classification of the degree of knee cartilage injury observed in knee arthroscopy, the subjects were divided into four groups according to the grade of injuries. Various factors, including bone metabolism markers such as 25-hydroxyvitamin D (25-OH-VD), parathyroid hormone (PTH), β-collagen degradation products (β-CTX), N-terminal osteocalcin (N-MID), total type I collagen amino-terminal extension peptide (TP1NP), as well as gender, age, body mass index (BMI), bone mineral density, meniscus injury, and cruciate ligament injury were analyzed. The general data difference analysis was carried out and the statistically significant variables were included in the univariate multivariate ordered logistic regression model one by one. The indicators with statistically significant differences were further selected and included in the multivariable ordinal logistic regression model for analysis, so as to explore the correlation between each factor and the degree of knee cartilage injury.

Results

The results of the analysis of the differences in general data showed that there were statistical differences in age, BMI, T value of bone density, 25-OH-VD, β-CTX, N-MID, TP1NP and whether there was meniscus injury or not in the four groups (all P<0.05). The results of multifactorial orderly and multiclassified logistic regression analysis showed that age increase [odds ratio (OR)=1.067, P<0.01], BMI increase (OR=1.198, P<0.05) and meniscus injury (OR=3.697, P<0.05) are Independent risk factors for the degree of knee cartilage injury (P< 0.05), while large bone density T value (OR=0.252, P<0.001) 、higher levels of 25-OH-VD (OR=0.937, P<0.05) and N-MID (OR=0.881, P<0.001) are independent protective factors for the degree of knee cartilage injury.

Conclusions

Higher levels of 25-OH-VD and N-MID, as well as better bone density have a certain protective effect on knee articular cartilage, thus maintaining normal bone mass and normal levels of 25-OH-VD and N-MID can help protecting the articular cartilage of knee and postpone the occurrence and development of KOA. Knee cartilage injury tends to gradually worsen with the increase of age and BMI, and meniscus injury is an independent risk factor for knee cartilage injury.

Key words: Bone and bones, Biomarkers, Cartilage, articular, Wounds and injuries, Osteoarthritis, knee, Bone density

图1 关节镜下膝关节软骨损伤Outerbridge分级标准示意图。图A为OuterbridgeⅠ级，表面轻度的水疱（软化和肿胀）；图B为OuterbridgeⅡ级，直径小于l cm的毛糙，或者是浅表溃疡；图C为OuterbridgeⅢ级，直径大于l cm的深溃疡，无软骨下骨暴露；图D为OuterbridgeⅣ级，全厚撕裂合并软骨下骨暴露注：图中上方为股骨髁面，下方为胫骨平台，中间为半月板结构

Figure 1 Schematic diagrams of Outerbridge classification criteria for knee cartilage injury under arthroscope. A is Outerbridgegrade Ⅰwith mild surface blisters (softening and swelling); B is OuterbridgegradeⅡ, showing roughness or superficial ulceration with a diameter less than one centimeter; C is OuterbridgegradeⅢ, showing deep ulceration with a diameter greater than one centimeter without exposure of subchondral bone; D is OuterbridgegradeⅣ, showing full-thickness tear with exposure of subchondral boneNote: the upper part of the image is femoral condyle, the bottom part is tibial plateau, and the center part is meniscus

表1 两名医师软骨损伤Outerbridge分级结果的一致性分析

Table 1 Consistency analysis of the Outerbridge grading results for cartilage injury between two physicians

评级结果Grading results	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Kappa值	P值
Ⅰ	39	0	0	0
Ⅱ	0	61	2	0	0.973	<0.001
Ⅲ	0	1	36	0	0.973	<0.001
Ⅳ	0	0	0	17

表1 两名医师软骨损伤Outerbridge分级结果的一致性分析

Table 1 Consistency analysis of the Outerbridge grading results for cartilage injury between two physicians

评级结果Grading results	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Kappa值	P值
Ⅰ	39	0	0	0
Ⅱ	0	61	2	0	0.973	<0.001
Ⅲ	0	1	36	0	0.973	<0.001
Ⅳ	0	0	0	17

表2 不同程度膝关节软骨损伤患者基线与差异分析

Table 2 Baseline and difference analysis of patients with different degrees of knee cartilage injury

分层Stratification	总计Total	Ⅰ级Grade Ⅰ	Ⅱ级Grade Ⅱ	Ⅲ级Grade Ⅲ	Ⅳ级Grade Ⅳ	统计值Statistic values	P值
例数Nmuber of cases		39	63	37	17
性别Gender [n（%）]
男Male	76（48.70）	23（59.00）	32（50.80）	16（43.20）	5（29.40）	χ²=4.731	>0.05
女Female	80（51.30）	16（41.00）	31（49.20）	21（56.80）	12（70.60）
年龄[岁，（±s）]Age （years）	49.18±11.20	39.03±8.35	48.43±9.65	55.84±7.18	60.76±8.66	F=35.236	<0.001
BMI [kg/m²，（±s）]	25.91±3.75	22.97±2.59	25.20±2.72	27.98±3.17	30.82±3.24	F=38.229	<0.001
骨密度T值（±s）Bone mineral density T value	-1.30（-1.98，-0.50）	0（-0.90，0.70）	-1.30（-1.60，-0.70）	-2.10（-2.60，-1.60）	-2.90（-3.35，-2.50）	H=85.562	<0.001
25-OH-VD[nmol/L，（±s）]	21.28（16.54，26.48）	28.65（22.96，31.51）	21.28（18.63，24.85）	18.66（14.57，22.66）	13.45（12.07，19.24）	H=41.236	<0.001
PTH[ng/L，（±s）]	35.61±10.39	32.99±8.82	36.75±9.71	36.10 ±12.08	36.28 ±12.01	F=1.134	>0.05
β-CTX[μg/L，（±s）]	0.59（0.46，0.67）	0.45（0.33，0.60）	0.56（0.50，0.63）	0.65（0.52，0.73）	0.69（0.63，0.72）	H=34.733	<0.001
N-MID[μg/L，（±s）]	20.97（17.10，27.75）	29.46（23.79，32.91）	21.13（18.69，25.46）	17.49（13.75，20.70）	11.91（11.26，14.14）	H=64.929	<0.001
TP1NP[μg/L，（±s）]	48.15（40.48，54.92）	52.41（47.37，56.83）	48.37（41.48，53.83）	43.82（37.79，55.24）	32.74（28.51,40.82）	H=29.613	<0.001
半月板损伤[n（%）]Meniscus injury
无No	46（29.50）	28（71.80）	16（25.40）	2（5.40）	0	χ²=51.510	<0.001
有Yes	110（70.50）	11（28.20）	47（74.60）	35（94.60）	17（100.00）
十字韧带损伤[n（%）] Cruciate ligament injury
无No	72（46.20）	11（28.20）	35（55.60）	17（45.90）	9（52.90）	χ²=7.612	>0.05
有Yes	84（53.80）	28（71.80）	28（44.40）	20（54.10）	8（47.10）
本次有无急性损伤[n（%）] Acute injury in this episode
无No	65（41.70）	12（30.80）	27（42.90）	17（45.90）	9（52.90）	χ²=3.110	>0.05
有Yes	91（58.30）	27（69.20）	36（57.10）	20（54.10）	8（47.10）

表2 不同程度膝关节软骨损伤患者基线与差异分析

Table 2 Baseline and difference analysis of patients with different degrees of knee cartilage injury

分层Stratification	总计Total	Ⅰ级Grade Ⅰ	Ⅱ级Grade Ⅱ	Ⅲ级Grade Ⅲ	Ⅳ级Grade Ⅳ	统计值Statistic values	P值
例数Nmuber of cases		39	63	37	17
性别Gender [n（%）]
男Male	76（48.70）	23（59.00）	32（50.80）	16（43.20）	5（29.40）	χ²=4.731	>0.05
女Female	80（51.30）	16（41.00）	31（49.20）	21（56.80）	12（70.60）
年龄[岁，（±s）]Age （years）	49.18±11.20	39.03±8.35	48.43±9.65	55.84±7.18	60.76±8.66	F=35.236	<0.001
BMI [kg/m²，（±s）]	25.91±3.75	22.97±2.59	25.20±2.72	27.98±3.17	30.82±3.24	F=38.229	<0.001
骨密度T值（±s）Bone mineral density T value	-1.30（-1.98，-0.50）	0（-0.90，0.70）	-1.30（-1.60，-0.70）	-2.10（-2.60，-1.60）	-2.90（-3.35，-2.50）	H=85.562	<0.001
25-OH-VD[nmol/L，（±s）]	21.28（16.54，26.48）	28.65（22.96，31.51）	21.28（18.63，24.85）	18.66（14.57，22.66）	13.45（12.07，19.24）	H=41.236	<0.001
PTH[ng/L，（±s）]	35.61±10.39	32.99±8.82	36.75±9.71	36.10 ±12.08	36.28 ±12.01	F=1.134	>0.05
β-CTX[μg/L，（±s）]	0.59（0.46，0.67）	0.45（0.33，0.60）	0.56（0.50，0.63）	0.65（0.52，0.73）	0.69（0.63，0.72）	H=34.733	<0.001
N-MID[μg/L，（±s）]	20.97（17.10，27.75）	29.46（23.79，32.91）	21.13（18.69，25.46）	17.49（13.75，20.70）	11.91（11.26，14.14）	H=64.929	<0.001
TP1NP[μg/L，（±s）]	48.15（40.48，54.92）	52.41（47.37，56.83）	48.37（41.48，53.83）	43.82（37.79，55.24）	32.74（28.51,40.82）	H=29.613	<0.001
半月板损伤[n（%）]Meniscus injury
无No	46（29.50）	28（71.80）	16（25.40）	2（5.40）	0	χ²=51.510	<0.001
有Yes	110（70.50）	11（28.20）	47（74.60）	35（94.60）	17（100.00）
十字韧带损伤[n（%）] Cruciate ligament injury
无No	72（46.20）	11（28.20）	35（55.60）	17（45.90）	9（52.90）	χ²=7.612	>0.05
有Yes	84（53.80）	28（71.80）	28（44.40）	20（54.10）	8（47.10）
本次有无急性损伤[n（%）] Acute injury in this episode
无No	65（41.70）	12（30.80）	27（42.90）	17（45.90）	9（52.90）	χ²=3.110	>0.05
有Yes	91（58.30）	27（69.20）	36（57.10）	20（54.10）	8（47.10）

表3 不同程度膝关节软骨损伤的单因素有序多分类logistic回归分析

Table 3 Univariate ordinal multinomial logistic regression analysis of different degrees of knee cartilage injury

自变量Independent variable		β值	SE值	P值	OR（95%CI）
年龄Age		0.141	0.018	<0.001	1.152（1.112，1.193）
BMI		0.441	0.055	<0.001	1.555（1.397，1.730）
骨密度T值Bone mineral density T-score		-2.036	0.229	<0.001	0.131（0.083，0.206）
25-OH-VD		-0.128	0.023	<0.001	0.880（0.838，0.923）
β-CTX		3.720	0.851	<0.001	41.282（7.414，229.853）
N-MID		-0.220	0.029	<0.001	0.802（0.757，0.850）
半月板损伤Meniscus injury	有Yes	2.722	0.411	<0.001	15.213（6.823，33.921）
半月板损伤Meniscus injury	无No	0			1

表3 不同程度膝关节软骨损伤的单因素有序多分类logistic回归分析

Table 3 Univariate ordinal multinomial logistic regression analysis of different degrees of knee cartilage injury

自变量Independent variable		β值	SE值	P值	OR（95%CI）
年龄Age		0.141	0.018	<0.001	1.152（1.112，1.193）
BMI		0.441	0.055	<0.001	1.555（1.397，1.730）
骨密度T值Bone mineral density T-score		-2.036	0.229	<0.001	0.131（0.083，0.206）
25-OH-VD		-0.128	0.023	<0.001	0.880（0.838，0.923）
β-CTX		3.720	0.851	<0.001	41.282（7.414，229.853）
N-MID		-0.220	0.029	<0.001	0.802（0.757，0.850）
半月板损伤Meniscus injury	有Yes	2.722	0.411	<0.001	15.213（6.823，33.921）
半月板损伤Meniscus injury	无No	0			1

表4 不同程度膝关节软骨损伤的多因素有序多分类logistic回归分析

Table 4 Multivariate ordinal multinomial logistic regression analysis of different degrees of knee cartilage injury

自变量Independent variables		β值	SE值	P值	OR（95%CI）
年龄Age		0.065	0.023	<0.01	1.067（1.019，1.118）
BMI		0.180	0.070	<0.05	1.198（1.044，1.373）
骨密度T值Bone mineral density T value		-1.378	0.266	<0.001	0.252（0.148，0.429）
25-OH-VD		-0.066	0.027	<0.05	0.937（0.888，0.988）
β-CTX		0.492	1.083	0.650	1.636（0.203，13.161）
N-MID		-0.127	0.035	<0.001	0.881（0.822，0.943）
半月板损伤Meniscus injury	有Yes	1.307	0.521	<0.05	3.697（1.335，10.237）
半月板损伤Meniscus injury	无No	0			1

表4 不同程度膝关节软骨损伤的多因素有序多分类logistic回归分析

Table 4 Multivariate ordinal multinomial logistic regression analysis of different degrees of knee cartilage injury

自变量Independent variables		β值	SE值	P值	OR（95%CI）
年龄Age		0.065	0.023	<0.01	1.067（1.019，1.118）
BMI		0.180	0.070	<0.05	1.198（1.044，1.373）
骨密度T值Bone mineral density T value		-1.378	0.266	<0.001	0.252（0.148，0.429）
25-OH-VD		-0.066	0.027	<0.05	0.937（0.888，0.988）
β-CTX		0.492	1.083	0.650	1.636（0.203，13.161）
N-MID		-0.127	0.035	<0.001	0.881（0.822，0.943）
半月板损伤Meniscus injury	有Yes	1.307	0.521	<0.05	3.697（1.335，10.237）
半月板损伤Meniscus injury	无No	0			1

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Correlation study between bone metabolic markers and the Outerbridge classification of articular cartilage injuries

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