前言

骨质疏松已经成为全球性的公共卫生问题。2013年，全世界有2亿人、美国有1 000万人受到骨质疏松的折磨¹。在中国，1997年骨质疏松患者为8 390万，到2050年预计增长到2.12亿²。骨质疏松相关的疾病负担沉重，其中，最常见的是骨折。据估计中国髋部骨折的护理费用在2020年将达到850亿元人民币（约130亿美元），到2050年将达到18 000亿人民币（约2 710亿美元）³。峰值骨量是骨质疏松性骨折风险的重要决定因素，高峰值骨量与生命后期的骨质疏松性骨折风险降低相关⁴。一般情况下，个体在20岁左右达到骨量峰值，女性达到骨量峰值的年龄可能更早^5,6。因此，研究儿童骨矿量及其发育具有重要意义。国际临床骨密度测量学会（International Society for Clinical Densitometry, ISCD)推荐双能X线（dual energy x-ray absorptiometry, DXA）技术作为测量骨矿量（bone mineral content, BMC）和骨密度（bone mineral density, BMD）的标准技术。儿童骨质疏松评估中，DXA是应用最广泛的骨密度检测技术⁷。该方法具有精度高、准确性高、检测速度快、辐射暴露低、易用等特点，并与现有的检测方法高度相关^{8,9,10,11,12,13,14}。

儿童骨质疏松以病理性骨折史和低骨密度（或低骨量）为诊断依据¹⁵。虽然60%的峰值骨量由遗传因素决定，但骨量的增长还受饮食中钙和维生素D的摄入、跳跃等负重的体育活动等其他因素的影响¹⁶。由于缺乏有效的儿童参照标准，儿童骨健康评估还存在问题。美国肯尼迪·希里弗国家儿童健康与人类发展研究所开展的儿童骨密度研究已针对卫生保健人员开发了在线的评估软件¹⁷。参考多种诊断检测技术对于确保儿童的正确诊断十分重要，以便开始针对骨质疏松症进行管理和治疗。同时，诊断标准的统一也具有重要的公共卫生意义，只有诊断标准统一，才可以更好地在不同地理区域、种族和社会经济地位的人群进行流行病学研究，以采取适当的预防措施。

对于儿童，DXA可用于测量骨面积（cm²）和BMC（g），进而计算BMD（g/cm²）（即BMC/骨面积），BMC和BMD可用于反映儿童的骨健康状况。实际应用中，这些指标的正确分类尤为重要，这需要参照多个因素，包括性别^18,19,20、实际年龄、身高、体质量、青春期发育和种族等相匹配的参照标准^18,21,22,23。儿童骨健康评估首选的部位是腰椎（L1~L4）和全身去掉头颅部分的骨骼²⁴。头颅不应包括在内，这是因为头颅是构成人体骨质量的一大部分，但随着生长发育、活动或疾病，其变化不大。如果将头颅包括在内，可能掩盖其他骨骼部位的变化²⁵。

儿童青少年期是骨骼生长的关键时期，80%的峰值骨量在这一时期形成。如果在儿童青少年时期对BMD进行评估，发现低BMD的儿童并进行干预，可以提高其峰值骨量，延迟骨质疏松症的发生，降低成年期骨质疏松的风险。一些研究表明，儿童青少年期达到理想的BMC和BMD可以降低几十年后发生骨质疏松性骨折的风险²⁶。目前，尚没有基于中国儿童青少年的骨密度参照标准，国内广泛应用的基于美国国家健康与营养调查（NHANES）的参照标准由于种族、饮食习惯等差异可能不适用于中国儿童人群。因此，建立适用于中国儿童的骨密度参照标准非常紧迫。这些参照标准的建立可以帮助临床工作者根据儿童的年龄和身高，更好地估计其骨密度在正常人群中所处的百分位以决定是否进行干预。

因此，本研究的目的：基于全国范围内的大样本，建立适用于中国儿童青少年性别分类的年龄别/身高别骨密度百分位曲线；同时，与Kelly等²⁷利用美国NHANES数据研制的美国儿童骨密度标准进行对比。

方法

研究对象

美国心脏协会2010年定义 "理想的心血管健康（CardioVascular Health，CVH）" ²⁸包括4个健康行为（不吸烟、活跃的体力活动、正常的体质指数和健康饮食）和3个健康因素（正常的血压、正常的总胆固醇和正常的空腹血糖）。基于这7个健康行为和因素，CVH的构建综合了Framingham心脏研究提出的传统风险因素以及生活习惯，强调总体策略的重要性，以实现最佳的CVH。本研究的数据来自于中国儿童青少年心血管健康（China Child and Adolescent Cardiovascular Health，CCACH)研究，这是一项大型的、全国性的、正在进行的旨在调查中国汉族3~18岁儿童青少年（图1）的CVH、BMD、体成分及每日钠盐摄入量的研究。本研究覆盖了北纬29.6°到北纬41.7°的中国华北、华东、东北、西北、西南地区7个省、自治区、直辖市，采用分层整群随机抽样的方法，在每个中心的每个年龄组抽取100人（男女各50人），形成本研究的样本人群（在线附图1，见网站bmjopen.bmj.com）。排除标准：（1）未签署知情同意书；（2）服用任何已知会影响骨健康的药物；（3）体内存在影响骨密度的不可移除物体（例如假体、植入物等）；（4）体质量或身高超出仪器检测范围者，即体重大于204 kg或身高高于197.5 cm；（5）过去一年曾参与电离辐射研究；（6）有骨折史；（7）患慢性疾病；（8）妊娠。在15 548名样本人群中，11 457人同意参与并签署书面知情同意书。排除回族儿童（400人）、肾病或甲状腺疾病及其他急慢性疾病（109人）和过度肥胖/消瘦儿童（130人，以超出BMI的3倍标准差以外计），10 818人（男：5 509人；女：5 309人）纳入本研究。

图1　研究对象选择流程图，中国儿童青少年心血管健康研究（the China Child and Adolescent Cardiovascular Health study，CCACH）

本研究得到了首都儿科研究所伦理委员会的批准。儿童书面知情同意书由其父母或监护人提交。

DXA检测和质量控制

全身扫描使用Hologic Discovery（A,W和Wi）型骨密度仪（Hologic，Bedford，Massachusetts，USA），研究中使用的3台仪器的总体变异系数（CV%）分别为0.471%、0.302%和0.358%。按照ISCD的要求，在数据收集和扫描分析中始终执行严格的质量控制：（1）仪器质量控制：每日检测开始前扫描标准体模，对仪器进行校准；（2）操作者培训：7个检测中心的操作人员通过了由ISCD认证的统一技术人员的培训，培训材料包括ISCD官方技术人员培训教程和厂家手册；（3）操作者质量控制：每名操作人员需对15名志愿者进行3次腰椎和髋关节扫描，每次扫描后，志愿者均需要下床并重新上床进行摆位。所有操作人员均通过了ISCD要求的精确度质量控制：腰椎、髋关节和股骨颈的CV%分别在1.9%、1.8%和2.5%以内（表1）；（4）要求所有受试者着轻薄衣服，并摘去所有可能影响骨密度的饰物。采用Hologic Apex 4.0软件按照厂家的说明书，进行骨密度分析。

统计分析

分别以年龄、身高作为自变量，以DXA检测指标作为因变量构建曲线平滑模型。采用LMS统计方法（LMS ChartMaker Pro 2.54）^29,30,使用曲线拟合程序分别构建年龄别、身高别的BMD和体成分的平滑百分位曲线。LMS方法对Box-Cox变换中的3个参数进行估计：中位数曲线（M），变异系数曲线（S）和Box-Cox转换幂（L）。并通过这3个参数描述因变量在每个自变量分组下的分布，采用3次样条函数对L、M、S 3条曲线进行拟合，通过惩罚似然函数法对其进行选择并使其达到平滑。这3个参数作为完全描述参考数据随自变量变化而变化的函数，一旦取值确定，就可以根据给定的公式来构建百分位曲线^10,21。为了避免曲线的过度拟合，当拟合优度相似时，宜选用简单的模型而不选择复杂的模型。曲线拟合后，观察Z值的分布，并删除3倍标准差以外的异常值以确保所有值在生理范围内。使用SAS 9.4进行统计分析。Z值通过以下公式计算：

Z=[(X/M)^L-1]/(LS),L≠0

Z=ln(X/M)/S,L=0

其中，X为TBLH BMD,L为转换幂，M为中位数，S为标准差。百分位值可以通过Z值计算得到，如Z值为-2、-1.645、-1.282、-1、0、1、1.282、1.645和2分别对应第2.28、5、10、15.87、50、84.13、90、95和97.72百分位。

结果

分布于中国不同地理区划的7个中心的10 818名儿童纳入本研究，北京地区儿童占比最大（16.1%），宁夏地区儿童占比最小（12.2%）（表2）。7个中心的性别年龄别TBLH BMD有显著差异，东北地区儿童的TBLH BMD最高，而华东地区山东省的最低（表2）。

年龄别/身高别TBLH BMD参照标准见表3。总体上，男童TBLH BMD高于女童。不论男女童，TBLH BMD均随年龄增加而增加，例如，男童从3岁时的0.412 g/cm²增加至18岁时的0.948 g/cm²，女童从3岁时的0.399 g/cm²增加至18岁时的0.853 g/cm²。同样，不论男女童，TBLH BMD也随身高的增加而增加。

中美儿童的TBLH BMD对比见图2。两国儿童的TBLH BMD均随年龄增加而增加,男童均高于女童，美国儿童高于中国儿童。中美儿童之间的年龄别TBLH BMD的第3、50和97百分位间差异均衡，随着年龄的增长,到14岁后，差异越来越大，18岁时达到最高。

图2　中美儿童年龄别/身高别去头骨密度（TBLH BMD）百分位比较

在中美两国儿童中，TBLH BMD随着身高的升高而增加,男童高于女童，美国儿童高于中国儿童，美国儿童在身高155~175 cm时有明显的TBLH BMD突增。在身高较矮的女童中（如<135 cm），美国儿童第3百分位TBLH BMD值与中国儿童中位数相近。相比于美国女童在身高150~165 cm处，TBLH BMD增速明显，中国女孩身高在145~155 cm处增速明显。在身高>155 cm时，TBLH BMD的差异开始变得更大,身高达到180 cm时，美国儿童第3百分位和中位TBLH BMD接近于中国儿童的中位数和第97百分位。

按性别，年龄别拟合的体脂百分比（fat mass percentage,FMP）、脂肪质量指数（fat mass index,FMI）和去脂肪质量指数（free fat mass index,FFMI）参照百分位见在线附表1~10（见bmjopen.bmj.com）。

讨论

在本研究中，采用Hologic Discovery DXA骨密度仪，基于全国范围的3~18岁儿童青少年建立了性别/身高别TBLH BMD参照标准。同时，将本研究的结果与基于NHANES数据的美国标准进行比较，发现中国儿童的TBLH BMD低于美国儿童。本研究是首次基于大型全国儿童青少年人群建立的中国儿童青少年TBLH BMD参照标准，并将其与其他标准进行比较。

中国地域广阔，人口众多，生活方式、社会经济地位、肥胖和代谢异常的不同均会导致儿童青少年骨密度差异。因此，迫切需要建立统一的全国儿童青少年TBLH BMD参照标准，以更好地评估其生长发育状况。此外，年轻时期足够的峰值骨量与终生健康呈正相关（如老年期骨质疏松）^31,32。因此，准确评估骨密度对干预措施的提出至关重要，以减少骨质疏松症的疾病负担和经济负担。

儿童BMD的差异可能是由于其不同的饮食习惯造成。中国儿童的传统饮食主要以植物性蛋白质、纤维含量高，胆固醇、脂肪含量低的蔬菜和谷物饮食为主，而西方国家的儿童可能摄入更多肉类和牛奶，他们的饮食能量密度、脂肪和蛋白质均较中国儿童高³³。另外，遗传因素可能也是造成中国和美国儿童BMD差异的原因。本研究利用DXA技术的检测数据建立性别、年龄别和身高别BMD的百分位曲线，填补了中国没有基于大样本儿童人群的BMD参照标准的空白，便于儿童骨健康的科学研究以及儿科临床疾病及疗效的辅助诊断。

DXA是骨密度体成分检测广泛采用的技术，不仅能提供骨密度的数据，还能够提供全身和局部的脂肪和肌肉量。在成人研究中³⁰，脂肪和肌肉量及其分布可预测健康相关结局指标²⁷。同时，DXA技术具有辐射剂量极低³⁴，可精准分析体成分，并且能够检测身体成分的微小变化等不可替代的优势。然而，由于校准和骨骼边缘检测算法的差异，来自不同制造商的DXA设备的结果不具有可比性³⁵。因此，为了得到可靠的结果，应该使用同品牌同系列的DXA进行数据采集。美国NHANES采用Hologic（Hologic，Bedford，Massachusetts）和GE-Lunar两个主要生产商的DXA设备，尽管生产商使用了相同的DXA技术，但由于所使用的专有技术、计算BMD的算法的差别，实际测量区域的BMD和体成分的结果可能存在差异⁸。本研究统一使用Hologic Discovery系列进行数据采集，并把其结果与采用同型号设备的美国标准进行比较²⁷。

相比于本研究，在中国南方儿童中开展的另一研究³⁶，在样本分布、大小和年龄范围方面均不相同。其样本人群主要来自广州（900人，5~19岁）和浙江（600人，14~19岁），研究的地域覆盖较窄，年龄跨度较小，且两研究中所用设备不同（其设备是GE Lunar）。因此，其结果与本研究不具有可比性。

本研究的优势：首先，本研究得出了基于全国范围的儿童青少年经DXA检测的性别、年龄别和性别、身高别TBLH BMD参照标准。第二，大样本数据使本研究构建的参考曲线更稳定，本研究将研究对象扩展到了3岁，研制出了学龄前人群的参照标准。第三，本研究严格按照ISCD的要求，对儿童骨密度的评估采用TBLH BMD。

同时，本研究也存在一些缺陷，虽然本研究的样本基于地理分布在全国抽样，但并未包括汉族以外儿童，不具有全国代表性，因此，该结果不能应用到全国儿童人群。例如，虽然宁夏有很多回族儿童，但是其代表西北地区，我们主要收集汉族儿童数据。因此，本研究的结果仅适用于中国汉族儿童青少年。另外，本参照标准不能单独作为诊断儿童骨质疏松症的临床依据：（1）低骨量仅反映骨质疏松症负担的一部分；（2）骨密度不能完全反映骨强度，儿童骨质疏松症的诊断应结合临床。本研究具有重要的公共卫生意义：首先，BMD百分位可用于精确评估儿童青少年的骨生长发育状况，并帮助高危儿童获得更好的干预措施。第二，儿童肥胖在全国流行，评估骨密度可以促进身体成分（如脂肪和肌肉）与骨骼健康之间的关联研究，以更好地确定肥胖个体的健康状况。此外，也可以用于评估儿童运动干预的有效性。本研究标准具有显著的临床意义：第一，儿童肾脏疾病、风湿免疫疾病以及骨关节疾病可直接或间接影响骨骼生长发育的疾病严重程度评估；第二，BMD检测可以评估这些疾病及其治疗对个体健康的不良后果。第三，儿科疾病（如癫痫、血液病、呼吸系统疾病）的激素类药物治疗可以影响成骨作用，BMD参照标准可用于评估对骨健康有影响的儿科疾病的临床治疗效果和副作用。

结论

本研究是首个基于中国3~18岁大样本儿童青少年人群，采用DXA（Hologic Discovery）方法采集数据，建立TBLH BMD参照标准的研究。所建标准可用于指导临床工作者，改善中国儿童BMD结果的解释和评估。作为儿童生长发育的评价标准，推荐以TBLH BMD低于平均水平0~1倍标准差（相当于第51百分位~第15.9百分位）和1~2倍标准差（相当于第15.8百分位~第2.3百分位）作为骨量发育不足和骨量发育严重不足的评价标准，不足者可通过生活方式和饮食干预；以低于2倍标准差（相当于低于第2.2百分位）作为骨量发育异常的评价标准，骨量发育异常者需结合临床进行干预。临床骨质疏松诊断界值的确定还有待于与骨折史及相关代谢指标（如血压、血脂、钙-磷代谢、甲状旁腺激素及维生素D等）相结合进一步研究。