Патогистологическая характеристика головок бедренных костей у пациентов с субкапитальными переломами

Деев Р.В., Исаев А.А., Чирский В.С., Бозо И.Я., Круглов Д.В.

ПАТОГИСТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОЛОВОК БЕДРЕННЫХ КОСТЕЙ У ПАЦИЕНТОВ С СУБКАПИТАЛЬНЫМИ ПЕРЕЛОМАМИ

ПАТОГИСТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОЛОВОК БЕДРЕННЫХ КОСТЕЙ У ПАЦИЕНТОВ С СУБКАПИТАЛЬНЫМИ ПЕРЕЛОМАМИ

Деев Р.В.1, Исаев А.А.1, Чирский В.С.2, Бозо И.Я.1, Круглов Д.В.2 УДК: 616.718.4-001.5-091.8

10АО «Институт стволовых клеток человека», Москва 2 Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург

Резюме

Представлены результаты патогистологического и морфометрического изучения костной ткани головок бедренных костей. Головки бедренных костей получены от 42 пациентов. Возраст пациентов колебался от 39 до 83 лет; средний возраст составил 72,4 ± 11 лет. В исследование включены 12 мужчин (28,6%; - 72,4 ± 8,5) и 30 женщин (71,4%; средний возраст - 73,6 ± 10,2). Установлено, что в костях происходит активная эндостальная резорбция. Оценены объем трабекулярной кости, средняя толщина суб-хондрального слоя кости, средняя толщина трабекул. Определены величины данных показателей при которых реализуется риск развития переломов в проксимальном отделе бедренных костей.

Ключевые слова: гистоморфометрия, костная ткань, остеопороз, бедренная кость.

CHARACTERISTICS PATHOHISTOLOGICAL OF BONE TISSUE OF CAPUT FEMORIS HEADS PATIENTS WITH FEMORAL NECK FRACTURES

Deev R.V., Isaev A.A., Chirsky V.S., Bozo I.J., Kruglov D.V.

The results of pathohistological and morphometric study of bone thigh bone heads. Femoral head obtained from 42 patients. Age of patients ranged from 39 to 83 years, average age was 72,4 ± 11. Total sample of patients were 12 men (28,6%; - 72,4 ± 8,5) and 30 women (71,4%, average age - 73,6 ± 10,2). Established that the bones are active endosteal resorption. We estimated the volume of trabecular bone, the average thickness of the subchondral bone layer, the average thickness of trabeculae. Determined values of these indices in which realized the risk of fractures of the proximal femur.

Keywords: hystomorphometry, bone tissue, osteoporosis, femur.

Несмотря на то, что гистологическое исследование при диагностике остеопороза используется лишь в исключительных случаях - при необходимости проведения дифференциальной диагностики с другими остеопени-ями, в настоящий момент, по образному выражению остеогистоморфометрия претерпевает настоящий «ренессанс» [1, 3, 7]. Изучение состояния костной ткани, ее возрастной утраты, особенно в сопоставлении с данными лучевой диагностики остается важным инструментом анализа и прогноза течения различных заболеваний, в том числе и остеопороза [2].

Известно, что костная ткань в составе костных органов в течение жизни претерпевает несколько фаз развития - активного формирования, пика костной массы и постепенной утраты [8, 11]. В случае возникновения избыточной потери костной ткани при условии сохранения объема и формы костного органа - т. е. собственно остеопороза (в отличие от атрофии кости) риск развития переломов становится чрезвычайно высоким. Однако, клинические и лучевые диагностические алгоритмы не всегда дают полноценную характеристику состояния и микроархитектуры костной ткани у пациентов, которым предстоит выполнение операции тотального эндопроте-зирования тазобедренного сустава. В последнем случае от состояния костной ткани проксимального отдела бедренной кости во много зависит успешность хирургического лечения [2], в том числе после субкапитальных переломов бедренной кости. Однако, патогистологического и гисто-морфометрического исследования состояния костных структур у таких пациентов выполнено не было.

Цель исследования - провести качественно-количественную оценку состояния костной ткани головок бедренных костей у пациентов с субкапитальными переломами.

Материал и методы

Материалом исследования послужили 42 головки бедренных костей, удаленные в ходе операций тотального эндопротезирования тазобедренного сустава у пациентов с субкапитальными переломами. Возраст пациентов колебался от 39 до 83 лет; средний возраст составил 72,4 ± 11 (90% пациентов старше 60 лет). В исследование включены 12 мужчин (28,6%; - 72,4 ± 8,5) и 30 женщин (71,4%; средний возраст - 73,6 ± 10,2). Все пациенты проходили лечение в ФБГУ «Российский научно-исследовательсткий институт травматологии и ортопедии Р.Р. Вредена Росмедтехноло-гий» (Санкт-Петербург), директор - д.м.н. профессор Р.М. Тихилов (лечащие врачи Д.Г. Плиев, И.И. Шубняков).

Полученные макропрепараты проксимального отдела кости распиливали во фронтальной плоскости через ямку головки бедренной кости, проводили макроскопическое изучение. В дальнейшем выпиливали пластинку толщиной 0,5 см и разделяли ее на 3 сектора - согласно зонам распределения нагрузки на костные трабекулы. При анализе препаратов данные по каждой зоне для каждого пациента рассматривали в виде среднего, так как статистической значимости различий между ними не было. Гистологические препараты изготавливали по стандартному алгоритму.

Полученные гистологические срезы, окрашенные гематоксилином и эозином, изучали в световом микроскопе, а также проводили морфометрические подсчеты для каждого из трех секторов головки бедренной кости. Анализ препаратов проводили при помощи микроскопа, снабженного видеовыходом и персонального компьютера, применена программа «Видеотест-Морфология.3».

Для анализа использованы следующие морфометри-ческие показатели.

Деев Р.В., Исаев А.А., Чирский В.С., Бозо И.Я., Круглов Д.В. ПАТОГИСТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОЛОВОК БЕДРЕННЫХ КОСТЕЙ У ПАЦИЕНТОВ С СУБКАПИТАЛЬНЫМИ ПЕРЕЛОМАМИ

Объем трабекулярной кости (объемная плотность губчатого вещества кости; ОТК, %), представляющая собой долю площади трабекул губчатого вещества от общей площади всего гистологического среза, вошедшего в поле зрения (количество полей зрения - 30 на каждый срез). Средняя толщина трабекул (СТТ, мкм); средняя толщина субхондральной кости (ТСК, мкм).

Статистическую обработку данных выполняли с учетом разделения пациентов по полу, а также на импровизированные возрастные группы (n=11) с шагом в 5 лет (табл. 1), так как существующая возрастная периодизация для целей выявления динамики состояния костной ткани неудобна - подавляющее большинство пациентов в соответствии с ней входят всего в две возрастные групы (Симпозиум по возрастной периодизации, Москва, 1965; Одесса, 1975). Полученные данные обрабатывали с использованием программы STATISTICA 5,5 (StatSoft Inc., США), показатели оценивали с определением средних значений и средних квадратических отклонений с визуализацией в виде столбчатых диаграмм. С учетом несоблюдения нормального закона распределения всех трех показателей, для оценки корреляции количественных показателей попарно в каждой возрастной группе отдельно для мужчин и женщин использовали непараметрические

Табл. 1. Распределение пациентов по возрастным группам

№ возрастной группы Возрастной период, лет Мужчины, n Женщины, n Всего, n

1 35-40 0 1 1

2 41-45 0 0 0

3 46-50 0 0 0

4 51-55 1 1 2

5 56-60 0 4 4

6 61-65 1 1 2

7 66-70 3 6 9

8 71-75 1 2 3

9 76-80 4 7 13

10 81-85 1 4 5

11 86-90 1 4 5

Всего 12 30 42

методы, а именно, ранговую корреляцию по Спирмену. При анализе связи показателей, коэффициент Спир-мена (г) считали не равным нулю и интерпретировали как г < 0,25 - слабую, 0,25 < г < 0,75 - среднюю, г > 0,75 - сильную корреляцию при значении р<0,05.

Результаты и обсуждение

В большинстве случаев вне зависимости от возраста пациента установлены признаки рассасывания костной ткани, причем лишь в одном случае при этом было констатировано резкое усиление остеокластической резорбции (жен. 56 лет). Данная пациентка страдает ревматоидным артритом и длительное время получает гормональную иммуносупресивную терапию. В дальнейшем из совокупного статистического анализа она была исключена. В остальных случаях уменьшение количества костной ткани реализовывалось, очевидно, через иные механизмы. Среди патоморфологических феноменов наиболее значимыми были: усиление эндостальной резорбции, что проявлялось резким истончением как субхондрального слоя кости, так и компактного вещества шейки бедренной кости; формирование «свободных трабекул».

Усиление эндостальной резорбции проявлялось как уменьшение до 3-4 костных пластинок субхондрального слоя и, как следствие, исчезновение из него питающих сосудов, приобретение костными трабекулами арочной конфигурации (рис. 1). У некоторых пациентов данный процесс был выражен настолько, что субхондральный слой полностью отсутствовал на большом протяжении. При этом значимые по площади участки суставного хряща оказывались и без подлежащей трофики ввиду отсутствия сосудов, и без механической опоры (рис. 2). Последнее обстоятельство, вероятно, вызывало постоянную механическую деформацию хрящевой ткани при ходьбе, что могло быть провоцирующим фактором дегенеративно-дистрофических изменений хрящевой ткани. Гистологически над такими участками межклеточное вещество хряща характеризовалось нарушением тинкоториальных свойств и признаками разволокнения.

Установлено, что статистически значимых различий в толщине субхондральной кости среди всех групп паци-

Рис. 1. Гипотетическая схема развития истончения субхондрального слоя кости при активации эндостальной резорбции: А - схема, серым отмечены вероятные зоны активной резорбции; Б - субхондральный слой кости головки бедренной кости, муж. 80 лет

Деев Р.В., Исаев А.А., Чирский В.С., Бозо И.Я., Круглов Д.В.

ПАТОГИСТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОЛОВОК БЕДРЕННЫХ КОСТЕЙ У ПАЦИЕНТОВ С СУБКАПИТАЛЬНЫМИ ПЕРЕЛОМАМИ

Рис. 2. Субхондральная зона головки бедренной кости, жен. 56 лет

ентов, а также между полами нет (рис. 3). Средняя ТСК колебалась в группах от 59,1±4,5 до 134,3±58 мкм.

У большинства пациентов был выражен феномен «свободных трабекул», представляющий собой образование в губчатом веществе кости из-за интенсивной резорбции обособленных фрагментов костных трабекул, не связанных с близлежащими и не несущими опорную

функцию (рис. 4). Как правило, межтрабекулярное пространство в этих случаях было заполнено жировым костным мозгом. Механическая каркасная функция балочной системы головки бедренной кости при таких изменениях сведена к минимуму.

Нельзя исключить, что подобное усиление эндо-стальной резорбции и описанный ее частный случай - трабекулярная резорбция, распространяется на весь проксимальный отдел бедренной кости, что создает предпосылки к развитию переломов, в том числе и от незначительных нагрузок. Более того, на животных (собаках) показано, что морфометрические характеристики костной ткани головки существенно превосходят таковые в шейке [9], еще большее их уменьшение при остеопении создает дополнительные предпосылки к развитию переломов. Этому также способствует и общее истончение трабекул. Так, из морфометрических данных следует, что средняя толщина трабекул в препаратах колебалась от 110,3±3,1 до 132,9±11,2 мкм. При этом статистически значимых межполовых и межгрупповых различий не выявлено. Полученные показатели значимо ниже СТТ, определенной по секционному материалу зарубежными исследователями: у мужчин - 325 ± 100-656 ± 228 мкм и у женщин - 253 ± 47-620 ± 125 мкм [10].

Интегральным гистоморфометрическим показателем, характеризующим состояние костной ткани, считается ОТК [11]. Его величины продемонстрировали ту же тенденцию

мкм 250.

200.

150.

100_

50 _

0

4 5 6 А I  СТТ

7 8 9 I  ТСК

10

мкм

160_ 140 _ 120 _ 100_ 80 _ 60 _ 40 _ 20 _ 0^

1 23456789 10 11

мкм 160 140 _ 120. 100. 80 _ 60 _ 40 _ 20 _ 0_

1 23456789 10 11

Рис. 3. Величины средней толщины трабекул (СТТ) и толщины субхондрального слоя кости (ТСК) у пациентов различных групп сравнения: А - у мужчин; Б - у женщин; В - средние данные. Ось ОХ - толщина, мкм; ось ОУ - возрастная группа

Рис. 4. Гипотетическая схема развития феномена «свободных трабекул»: А - схема, серым цветом отмечены вероятные зоны активной резорбции; Б - микрофотография губчато вещества на момент исследования и вероятностная реконструкция предсуществовавшей микроархитектуры костных трабекул, жен. 84 лет. Окраска: гематоксилин и эозин; ув. х100

rv-ji-^ • Ш ' • V" '^P-V-'-^^-W  v-^ J

Г > I- - ЛЯ. * г1-,- '- ЧУ"  '". - ' ЛЛ. '

Деев Р.В., Исаев А.А., Чирский В.С., Бозо И.Я., Круглов Д.В. ПАТОГИСТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОЛОВОК БЕДРЕННЫХ КОСТЕЙ У ПАЦИЕНТОВ С СУБКАПИТАЛЬНЫМИ ПЕРЕЛОМАМИ

- нахождение в коридоре от 18,43 ± 1,15 до 26,4 ± 5% без статистически значимой разницы в группах (табл. 2).

Полученные нами данные так же отличаются в меньшую сторону от показанных ранее для головок бедренных костей у умерших от причин, не связанных с поражением скелета: у мужчин - 21,2 ± 8,1-32,9 ± 7,4 и у женщин - 17,8 ± 5,7-32,3 ± 5,1[10].

К сожалению, сопоставление остеогистоморфоме-трических данных остается весьма сложной задачей, поскольку в качестве диагностической процедуры рекомендовано исследование стандартного биоптата из крыла подвздошной кости, губчатое вещество которого характеризуется более тонкими трабекулами - 100-213 мкм и меньшим объемом трабекулярной кости - 15-25% [3, 4]. Данные относительно корреляционной связи между характеристиками костной ткани в подвздошной и бедренной костях противоречивы. Так, N.L. Fazzalari показали, что такая связь либо отсутствует, либо весьма сомнительна [10].

Следует отметить, что при выявлении корреляционных связей между оцененными морфометрическими показателями установлено, что сильные и средние корреляционные связи существуют между ОТК и СТТ, что представляется вполне оправданным с учетом особенностей определения ОТК (табл. 3).

Табл. 2. Величины ОТК в группах пациентов

№ возрастной группы Возрастной период, лет Мужчины Женщины Среднее

1 35-40 - 18,43±1,15 18,43±1,15

2 41-45 - - -

3 46-50 - - -

4 51-55 20,28±5,14 19,65±3,79 19,97±0,45

5 56-60 - 21,22±4,43 21,22±4,43

6 61-65 25,54±3,39 26,37±4,79 25,96±0,5

7 66-70 24,44±5,65 19,37±4,14 21,06±5,01

8 71-75 18,89±3,36 24,20±8,25 22,43±6,5

9 76-80 20,43±3,69 22,05±2,78 21,36±3,21

10 81-85 20,58±6,54 21,28±4,93 21,14±4,2

11 86-90 20,27±4,52 24,51±2,23 24,51±2,23

Табл. 3. Ранговая корреляция морфометрических показателей

Сравниваемые показатели р r Трактовка

Мужчины

ОТК и СТТ р=0,04 r=0,76 сильная корреляция

СТТ и ТСК р=0,93 - корреляции нет

ОТК и ТСК р=0,86 - корреляции нет

Женщины

ОТК и СТТ р=0,03 r=0,4 умеренная корреляция

СТТ и ТСК р=0,051 - корреляции нет

ОТК и ТСК р=0,03 r=0,4 умеренная корреляция

Общее

ОТК и СТТ р=0,0041 r=0,44 умеренная корреляция

СТТ и ТСК р=0,29 - корреляции нет

ОТК и ТСК р=0,22 - корреляции нет

Следовательно, для пациентов, включенных в наше исследование, был характерен преимущественной эн-достальный тип резорбции, что весьма характерено для постменопаузального и сенильного остеопороза [6].

Величины морфометрических показателей у обследованных показателей не демонстрировали регрессионную динамику. По видимости это связано с тем, что у всех пациентов проксимальный эпифиз бедренной кости был скомпроментирован избыточной резорбцией, доведшей количественные показатели до критического уровня, при котором возникает опасность переломов. Аналогичная тенденция показана и для биоптатов из подвздошной кости. При уменьшении объема трабекулярной кости до уровня 11% и ниже возникает реальная угроза переломов [12].

Таким образом, качественно-количественный анализ состояния костной ткани в головках бедренных костей после субкапитальных переломов показал усиление у таких пациентов признаков преимущественно эндостальной резорбции - уменьшения субхондрального слоя кости, истончения трабекул, уменьшения объема трабекулярной кости, что характерно для первичного (постменопаузаль-ного и сенильного остеопороза). Гистоморфометрическое исследование позволило определить пороговый коридор количественных характеристик костной ткани в головке бедренной кости при котором реализуется риск развития переломов от незначительной нагрузки.

Литература

1. Осипенкова Т.К. Морфология остеопороза // Российский биомедицинский журнал Medline.ru. - 2003. - Т. 4. - С. 79-80.

2. Плиев Д.Г., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. и др. Возможность оценки качества костной ткани при переломах шейки бедренной кости рентгенометрическим методом // Травматология и ортопедия России. - 2009. - Т. 2, № 52. - С. 102-106.

3. Родионова С.С. Гистоморфометрия в диагностике остеопороза. В кн.: Руководство по остеопорозу / Под ред. Л.И. Беневоленской. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. - С. 182-193.

4. Франке Ю., Рунге Г. Остеопороз. - М.: Медицина, 1995. - 304 с.

5. Цыган Е.Н., Деев Р.В. Морфофункциональные основы остеопороза. - СПб.: ВМедА, 2005. - 116 с.

6. Brown J., Delmas P.D., Malaval L. et al. Active bone turnover of the cortico-endocteal envelope in postmenopausal osteoporosis. // J. Clin. Endocrinol. Metab.

- 1987. - Vol. 64. - P. 954-959.

7. Compston J. Bone Histomorphometry - The Renaissance? // BoneKEy-Osteovision.

- 2004. - Vol. 5, №1. - Р. 9-12.

8. Dempster D.W. Ремоделирование кости. В кн.: Остеопороз. - M., СПб.: БИНОМ. Невский диалект, 2000. - С. 85-108.

9. Edinger D.T., Hayashi К., Hongyu Y. Histomorphometric analysis of the proximal portion of the femur in healthy dogs // Am. J. Veterinary Res. - 2000. - Vol. 61, № 3.

- Р. 268-274.

10. Fazzalari N.L., Moore R.J., Manthey B.A., Vernon-Roberts B. Comparative study of iliac crest and proximal femur histomorphometry in normal patients. // J. Clin. Pathol. - 1989. - Vol. 42. - P. 745-748.

11. Meunier P.J. Гистоморфометрия кости. В кн.: Остеопороз. - M., СПб.: Бином, Невский диалект, 2000. - С. 321-344.

12. Winter K., Wessel G., Abendroth K. Efahrungen mit morphometrischen Normwerten aus Sektionsmaterial. In: Abendroth K. Secunden colloquim um osteologicun Jenerse. Wiss. Beitr. d. Friedrich-Shiller: Jena, 1984. - P. 158-163.

Контактная информация

Деев Роман Вадимович e-mail: romdey@gmail.com