《Translational Research》：Hierarchical Multimodal Structural And Material Analysis of Bone In Diabetes
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糖尿病周围神经病变合并Charcot神经关节病患者的足骨在纳米至微观尺度呈现显著结构异常和力学性能下降，主要表现为骨小梁厚度减少、矿化-基质比率降低及弹性模量下降。
阿舒·拉斯托吉（Ashu Rastogi）|拉维娜·辛格（Raveena Singh）|萨罗杰·库马尔（Saroj Kumar）|斯里尼瓦斯·塞沙巴塔鲁（Srinivas Seshabhattaru）|拉杰什·凯萨万（Rajesh Kesavan）|乌塔姆·昌德·萨伊尼（Uttam Chand Saini）|纳文·库马尔（Navin Kumar）|桑杰·库马尔·巴达达（Sanjay Kumar Bhadada）
印度昌迪加尔PGIMER内分泌学与代谢科，邮编160012
摘要
目的
糖尿病神经病变和夏科神经关节病（Charcot neuroarthropathy, CN）可能损害下肢骨骼的完整性。本研究在纳米、介观和微观尺度上对足部骨骼进行了全面的比较分析。
研究设计与方法
研究样本包括：夏科神经关节病患者（A组，n=12人）、糖尿病神经病变患者（B组，n=21人）以及健康对照组（C组，n=18人）。通过微计算机断层扫描（micro-CT）评估骨小梁微结构，通过单轴压缩测试骨的机械强度，利用红外光谱（FTIR）分析生化成分，通过X射线衍射（XRD）测定晶体尺寸，通过纳米压痕技术研究组织层面的机械性能，并通过热重分析（TGA）测定骨基质的有机和矿物质含量。
结果
与C组相比，A组的骨小梁厚度降低了35.9%（0.25±0.11毫米 vs 0.39±0.14毫米，p=0.016），最大载荷耐受性降低了57%（218.85±18.84牛顿 vs 508.15±100.98牛顿，p<0.001），硬度降低了55%（51.62±4.89牛顿/毫米 vs 114.63±13.74牛顿/毫米，p<0.001）。A组的矿物质与基质比例（3.17±0.68 vs 4.75±1.47，p<0.001）、胶原成熟度指数（1.25±0.29 vs 1.74±0.50，p<0.001）以及有机成分比例（44.95±5.15% vs 50.91±4.85%，p=0.005）也均低于C组。A组的弹性模量（8.13±1.57吉帕 vs 18.12±1.96吉帕）和硬度（0.34±0.07吉帕 vs 0.71±0.13吉帕）也显著降低（p<0.001），这表明夏科神经关节病患者的足部骨骼在组织层面存在力学性能受损。B组的骨样本值介于A组和C组之间。
结论
足部夏科神经关节病的特点是骨骼结构、成分和机械功能的严重多尺度损伤，这增加了骨骼的脆弱性，强调了针对骨骼质量进行干预的必要性。
引言
夏科神经关节病（CN）通常发生在感觉神经病变中，目前糖尿病神经病变是最常见的病因。糖尿病患者的足部夏科神经关节病表现为足部骨折、畸形、反复溃疡，甚至肢体截肢。CN与骨转换标志物（如P1NP、ALP）和吸收标志物（如CTx、脱氧吡啶啉）以及炎症细胞因子（如IL-6、TNF-α）的增加有关，这些都与临床表现一致。
研究参与者
所有因足部夏科神经关节病或神经性糖尿病足溃疡（neuropathic DFU）而就诊的患者均被纳入研究。研究纳入了接受足部重建手术或因肢体无法挽救而接受膝下截肢（BKA）的患者，这些决策由骨科医生、外科医生和内分泌科医生组成的多学科团队共同作出。另一组为无糖尿病史的健康对照组，他们因其他原因接受了膝下截肢。
患者特征
表1列出了研究参与者的基本人口统计学和实验室数据。大多数糖尿病患者（A组和B组）伴有并发症，包括高血压（61.5%）、肥胖（46.2%）和冠状动脉疾病（19.2%）。
微观结构参数
各组之间的骨微结构存在显著差异。A组的骨小梁体积分数（%）显著低于B组（12.21±1.51 vs 14.70±3.50，p<...）。
讨论
这是首次对夏科神经关节病患者与糖尿病足溃疡（DFU）患者及非糖尿病对照组的人类跟骨在结构、生物力学、材料和成分方面的进行全面分析的研究。研究发现，夏科神经关节病患者的骨小梁微结构严重退化，导致机械性能下降，表现为硬度、屈服应力、韧性和强度降低。此外，研究还发现骨强度下降的原因是...
结论
本研究比较了不同患者组的足部骨骼，加深了我们对夏科神经关节病对足部骨骼影响的理解。研究结果表明，糖尿病合并足部夏科神经关节病的患者骨骼在结构、机械性能和成分方面存在缺陷，使他们更容易发生骨折、畸形和截肢。此外，夏科神经关节病和糖尿病足溃疡患者的骨骼特征类似于低密度复合材料。
作者贡献
阿舒·拉斯托吉（AR）负责研究构思、制定研究方案、提供临床护理，并撰写和编辑了手稿。SK和RS负责所有实验工作，包括样本制备、微CT成像、XRD、FTIR、TGA分析、压缩测试和纳米压痕实验；数据分析、绘制图表和表格的编制；NK负责最终手稿的编辑。UCS、SS、RK和SKB也参与了样本采集和临床护理工作。
作者贡献声明
阿舒·拉斯托吉（Ashu Rastogi）：撰写、审阅与编辑、数据可视化、验证、项目监督、资源协调、方法设计、研究实施、资金筹集、数据管理、概念构思。
拉维娜·辛格（Raveena Singh）：撰写初稿、数据可视化、验证、软件使用、项目协调、方法设计、数据分析。
萨罗杰·库马尔（Saroj Kumar）：数据可视化、验证、软件使用、资源协调、项目协调、方法设计。
斯里尼瓦斯·塞沙巴塔鲁（Srinivas Seshabhattaru）：资源协调。
利益冲突声明
所有作者均无需要声明的利益冲突。
致谢
我们感谢新德里的
SERB-DST机构，该机构以研究资助编号CRG/2021/000680资助了本研究（资助对象为阿舒·拉斯托吉博士）。所有作者均已阅读并同意作者署名协议，且手稿已获得所有署名作者的审阅和批准。所有作者均无需要披露的相关财务或非财务利益关系。
