Рентгеновская абсорбциометрия в анализе минеральной плотности костной ткани у ортопедотравматологических больных

© Группа авторов, 2009

УДК 616.71-007.234:616-073.524]-092.6

Рентгеновская абсорбциометрия в анализе минеральной плотности костной ткани у ортопедотравматологических больных

Т.А. Ларионова, Н.В. Сазонова, Е.Н. Овчинников

Roentgen absorptiometry for analyzing bone tissue mineral density in orthopaedic-and-traumatological patients

T.A. Larionova, N.V. Sazonova, E.N. Ovchinnikov

Федеральное государственное учреждение «Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. академика Г. А. Илизарова Росмедтехнологий», г. Курган

Разработаны способы локального определения минеральной плотности костной ткани методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии при лечении пациентов ортопедотравматологического профиля. За счет низкой лучевой нагрузки на костный мозг и внутренние органы проведены неоднократные обследования скелета пациентов для получения количественных значений и характеристики репаративного регенерата. Ключевые слова: локальный анализ, минеральная плотность кости, костная денситометрия.

The techniques of local determination of bone mineral density by the method of double-energy roentgen absorptiometry have been developed for treatment of orthopaedic-and-traumatological patients. At the expense of low radiation loading bone marrow and viscera repeated examinations of patients' skeleton have been performed to obtain the quantitative values and characteristic of reparative regenerated bone.

Keywords: local analysis, bone mineral density, bone densitometry.

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос улучшения результатов и сокращения сроков оперативного лечения больных с костной патологией различного генеза с помощью внешних фиксаторов остается актуальным в медицинской практике как на современном этапе, так и в перспективе. В ходе проведения лечения встает вопрос оценки качества костной ткани, что требует неоднократного проведения исследований, нередко инвазивных. Актуальным остается вопрос изучения минерализации костного регенерата и при экпериментальных исследованиях по поиску и разработке новых методов удлинения конечностей и способов стимуляции регенераторного процесса. Современные костные денситометры, основанные на методе двухэнергетической рентгеновской аб-сорбциометрии, используются для диагностики остеопороза. Несомненным преимуществом костной денситометрии является низкая лучевая нагрузка на костный мозг и внутренние органы, что позволяет проводить неоднократное обследование скелета пациента. Стандартные (автоматические) программы для денситометров, рекомендованные Международным обществом по клинической ден-ситометрии ISCD, исследуют поясничный отдел

позвоночника, одновременно два проксимальных отдела бедренных костей, композиционный состав тела, латеральную проекцию позвоночника, кости предплечья [5, 6, 7]. На современном этапе способы локальной оценки костной ткани методом двухфотонной рентгеновской абсорбциометрии у больных ортопедотравматологического профиля не разработаны.

Цель исследования: разработать способы локального анализа минеральной плотности костной ткани.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:

1) определить минеральную плотность костного регенерата при удлинении и устранении деформации кости;

2) определить минеральную плотность костного регенерата при лечении травматических повреждений кости;

3) определить степень минерализации крупных суставов у больных с нарушениями их функции;

4) определить минеральную плотность костной ткани (МПКТ) in vitro.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Обследования проведены у 17 ортопедически здоровых людей в возрасте 20-25 лет, увеличивавших свой рост, 28 больных в возрасте 20-57 лет с закрытыми переломами костей верхних конечностей, 29 пациентов в возрасте 40-77 лет с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями крупных суставов нижних конечностей. МПКТ in vitro определяли в участках большеберцовых костей 6 беспородных собак после удлинения конечностей аппаратом накостной фиксации. МПКТ определяли методом двухэнергетической рентгеновской абсорбцио-метрии на костном денситометре Lunar DPX -NT General Electric Medical Systems с программным обеспечением enCoreTM2002. Обследова-

ния проводили по стандартизированной методике для определения МПКТ в костях всего скелета, проксимального отдела бедренных костей, поясничного отдела позвоночника, а также использовали метод локального анализа в интересуемом участке кости1. Результаты исследования обрабатывали методами вариационной статистики. Нормальность выборок определяли с помощью критерия Титьена-Мура. Достоверность различий полученных результатов определяли непараметрическим W-критерием Вил-коксона. Сгруппированные данные представлены в таблицах в виде среднего (М) и стандартного отклонения (с).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

Определение МПКТ с использованием функции локального анализа:

1. Определение МПКТ в проекции длинных трубчатых костей.

При поступлении пациента в стационар проводили обследование в режиме Total Body (все тело) с целью получения значений в предполагаемой области оперативного вмешательства. Методом локального анализа определяли МПКТ в проекции проксимального, дистального и сре-

динного уровней плечевой, бедренной кости, костях предплечья и голени.

Повторное обследование проводили в период дистракции и фиксации для динамического наблюдения за процессами формирования регенерата (рис. 1, 2). Обследование в отдаленном периоде после снятия аппарата наружной фиксации проводили для выявления различий в показателях в сравнении с исходными значениями МПКТ.

а б

Рис. 1. Денситограмма пациента С., 22 лет, при било-кальном удлинении костей голени: а - скелет

а б

Рис. 2. Денситограмма пациента К., 32 лет, с закрытым переломом плечевой кости в процессе фиксации

1 Удостоверение № 9/2005 на рац. предложение. Способ локального определения минеральной плотности костной ткани в костях конечностей методом двуфотонной рентгеновской абсорбциометрии при переломах/ А.А.Свешников, Т.А. Ларионова, Е.Н. Овчинников, Р.В. Степанов; ФГУН «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Росздрава»

2. Определение МПКТ в проекции локтевого сустава.

Исследование проводили в режиме Total Body (все тело). Методом локального анализа определяли МПКТ в проекции ямки локтевого отростка, венечной ямки и дистального мета-диафиза плечевой кости (рис. 3). Анализ проводили путем сравнения показателей МПКТ в поврежденной и интактной конечности [4].

а б

Рис. 3. Денситограмма пациента Р., 27 лет, с посттравматической сгибательной контрактурой левого локтевого сустава: а - скелет (Total Body), б -локальный анализ (Custom): 1 - проекция дисталь-ного метадиафиза; 2 - проекция ямки локтевого отростка, венечной ямки

3. Определение МПКТ в проекции коленного сустава.

Исследование проводили во фронтальной проекции в режиме Total Body (все тело). Для обеспечения внутренней ротации голени нижние конечности пациента фиксировали элементом укладки трапециевидной формы с наклоном стороны, равным 15°. Методом локального анализа определяли МПКТ в проекции дистального метадиафиза и латерального мыщелка бедренной кости, проксимального метадиафиза, медиального и латерального мыщелков большеберцовой кости (рис. 4).

В анализ не входила проекция медиального мыщелка бедренной кости по причине суперпозиции костной ткани надколенника в данную область и соответственно необъективному увеличению МПКТ.

4. Определение МПКТ в проекции тазобедренного сустава.

Исследование до оперативного вмешательства проводили в режиме Dual Femur (одновременно два проксимальных отдела бедренных костей). Методом локального анализа определяли МПКТ в проекции надацетабулярной области, головки бедренной кости, большого вертела и диафиза (рис. 5). После тотального эндопротезирования

обследование проводили в режиме Orthopedic Hip (ортопедическая программа). Определение МПКТ проводили в проекции надацетабулярной области методом локального анализа и автоматически в 7 зонах по Gruen (рис. 6).

а б

Рис. 4. Денситограмма пациентки А., 41 года, с двусторонним гонартрозом II ст.: а - скелет

Рис. 5. Денситограмма проксимальной трети бедренной кости пациента Д., 73 лет, с левосторонним коксартрозом III ст.

а б

Рис. 6. Денситограмма проксимальной трети бедренной кости пациента Д., 73 лет, после тотального эндопроте-зирования левого тазобедренного сустава: а - анализ МПКТ в 7 зонах по Gruen; б - локальный анализ МПКТ (Custom) в надацетабулярной области

5. Определение МПКТ in vitro.

Исследование резекционного материала длинных трубчатых костей экспериментального животного проводили по стандартизированной методике калибровки по фантому поясничного отдела позвоночника (AP Spine). Для создания эквивалентного мягким тканям ослабления энергии гамма-квантов контейнер с резекционным материалом заполняли дистиллированной водой (рис. 7). Методом локального анализа определяли МПКТ в срединном, проксимальном, дистальном участке дистракционного регенерата, проксимальном и дистальном метадиафизах (рис. 8). Получаемые результаты интерпретировали в процентном соотношении к проекции с максимальными значениями МПКТ [3].

Рис. 7. Положение контейнера с резекционным материалом на столе прибора

Рис. 8. Денситограмма участка большеберцовой кости экспериментального животного (собака N° 4551): 1 - проекция проксимального метадиафиза; 2 - проекция проксимального участка дистракционного регенерата; 3 - проекция срединного участка дистракци-онного регенерата; 4 - проекция дистального участка ди-стракционного регенерата; 5 - проекция дистального ме-тадиафиза

По результатам обследования пациентов, увеличивавших свой рост, отмечено динамичное увеличение показателей МПКТ в период фиксации (60-80 дней) по сравнению со значениями в период дистракции. Через 1,5 года после снятия аппарата достоверно значимых различий МПКТ в проекции проксимального метадиафиза большебер-цовой кости не выявлено, что свидетельствует о восстановлении структурно-функциональных характеристик костного регенерата (табл. 1).

Таблица 1

Значения МПКТ

Время обследования Значение МПКТ

Проксимальный метадиафиз большеберцовой кости До операции 1,150±0Д1

Проекция регенерата Дистракция 60 дней 0,511±0,09*

Фиксация 60-80 дней 0,786±0,20*

Проксимальный метадиафиз больше-берцовой кости После снятия аппарата 1,5 года 1,171±0,132

Примечание:* - p < 0,05

Аналогичная динамика значений костной плотности отмечена по результатам обследования больных с множественными закрытыми переломами верхней конечности. В начале фиксации (6 дней) МПКТ в области перелома составляла: в плечевой кости 0,67±0,11 г/см2, в костях предплечья - 0,63±0,19 г/см2. К 25 -му дню фиксации в травмированном плече минеральная плотность

составляла

0,85±0,06

г/см.

предплечье

0,77±0,11 г/см2. Ко 2-3 -му месяцу фиксации в поврежденных сегментах значения МПКТ среди всей выборки больных составляли: плечевая кость 1,10±0,07 г/см2, кости предплечья -1,03±0,12 г/см2. К моменту окончания фиксации степень минерализации регенерата приближалась к показателям здоровой конечности и составляла в разных группах - 74-102 % (для плеча) и 94-96 % (для предплечья) [1].

МПКТ у больных с последствиями травм локтевого сустава на интактной (здоровой) конечности в проекции ямки локтевого отростка и венечной ямки имела довольно широкий диапазон колебаний, что объяснялось вариабельностью толщины костной перегородки между ямкой локтевого отростка и венечной ямкой. Через 2 года после проведенного оперативного лечения значения МПКТ в дистальном метадиафизе остаются несколько сниженными в поврежденной конечности, однако достоверных различий между исследуемыми значениями выявлено не было (р>0,4) (табл. 2).

Таблица 2

Значения МПКТ

Проекция ямки локтевого отростка и венечной ямки Проекция дистального метадиафиза плечевой кости

Поврежденная конечность 0,637±0,105 1,031±0,313

Интактная конечность 0,752±0,307 1,183±0,353

МПКТ у пациентов с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями коленных суставов отмечены максимальные показатели в проекции латерального мыщелка бедренной кости и проксимального метадиафиза большеберцовой

кости. Минимальные значения МПКТ нами выявлены в проекции латерального мыщелка больше-берцовой кости и дистального метадиафиза бедренной кости во всех возрастных группах, что, вероятно, связано с особенностями формирующегося при остеоартрозе стереотипа движения в коленном суставе. В возрастном аспекте значимых различий во всех исследуемых областях выявить не удалось. Достоверных отличий между значениями правой и левой нижних конечностей нами также не обнаружено.

В проекции тазобедренного сустава у больных коксартрозом до операции тотального эндопроте-зирования выявлены половые различия МПКТ (р<0,05) в проекции надацетабулярной области. Значения составили у женщин 1,62±0,317г/см2, у мужчин - 2,06±0,498г/см2. В послеоперационном периоде отмечено уменьшение МПКТ в первые 13-15 дней до 25-30 % (р<0,05). При последующем анализе МПКТ в период до 1 года отмечено дина-

Таблица 3

Значения МПКТ в проксимальной трети бедренной кости через 1 мес. после операции тотального эндопротезирова-

ния тазобедренного сустава

мическое увеличение значении как у женщин, так и мужчин. При определении МПКТ в 7-ми зонах по Gruen максимальные значения нами выявлены в зонах 3 и 5, что связано с преобладанием в данных областях компактной костной ткани. Минимальные - в области большого и малого вертела, причем костная плотность достоверно ниже в области большого вертела, что может свидетельствовать об изменении стереотипа движения после операции (табл. 3) [2].

При анализе МПКТ участков большеберцовых костей in vitro максимальные значения отмечены в проекции проксимального метадиафиза. Костная плотность в проекции проксимального участка регенерата составляла 67,2 % (р>0,05), в проекции срединного участка регенерата 59 % (р<0,05). В проекции дистального метадиафиза МПКТ составляла 96,6 % (р>0,05). Сравнение проводили относительно максимальных значений.

Зоны анализа МПКТ по Gruen

1 2 3 4 5 6 7

Женщины 0,73*±0,057 1,64±0,095 2,04±0,074 1,89±0,103 2,02±0,094 1,60±0,114 1,11±0,063

Мужчины 0,74*±0,039 1,72±0,056 2,05±0,059 1,92±0,105 2,13±0,074 1,49±0,064 0,98±0,075

Примечание:* - p < 0,05

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Предложенный способ локального анализа минеральной плотности костной ткани при мониторинге эффектов терапии при травмах, удлинениях длинных трубчатых костей и заболеваниях крупных суставов, при исследовании in vitro, осуществляемый на основе двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии, позволяет количест-

венно оценивать костный регенерат, выявлять очаги повышенной и пониженной костной плотности. Получаемые в ходе исследования значения, значительно повышают информативность данного метода, что, несомненно, позволяет объективнее судить о протекающих в условиях репаративной регенерации биологических процессах.

1. Ларионова Т. А., Овчинников Е. Н., Самусенко Д. В. Минеральная плотность костной ткани и содержание остеотропных гормонов в крови в процессе лечения множественных закрытых переломов верхней конечности // Вестн. травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. 2008. № 1. С. 89-91.

2. О взаимосвязи минеральной плотности и биохимических показателей костной ткани при коксартрозе / С. Н. Лунева [и др.] // Травматология и ортопедия России. 2008. N° 1. С. 49-53.

3. Определение минеральной плотности костной ткани in vitro методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии / Е. Н. Овчинников [и др.] // Радиология-практика. 2008. № 2. C. 33-35.

1. Способ диагностики контрактуры локтевого сустава : пат. 2136208 Рос. Федерация. № 96123682 ; заявл. 16.12.96 ; опубл. 10.09.99, Бюл. № 25.

2. Чернова Т. О. В помощь практическому врачу: методы неинвазивной количественной оценки минеральной плотности костной ткани // Остеопороз и остеопатии. 2002. № 2. С. 31-37.

3. Dual-energy x-ray absorptiometry (DEXA) / R. B. Mazess [et al.] // Presented at NASA Meeting on Immobilization and Bone. San Francisco, 1992. P. 23-29.

4. Precision assessment and radiation safety for dual-energy X-ray absorptiometry : position paper of the International Society for Clinical Densitometry / S. Baim [et al.] // J. Clin. Densitom. 2005. Vol. 8, No 4. P. 371-378.

Рукопись поступила 18.12.08.

Сведения об авторах:

1. Ларионова Татьяна Адиславовна - ведущий научный сотрудник отдела рентгеновских, ультразвуковых и радионуклидных методов диагностики, к.м.н.;

2. Сазонова Наталья Владимировна - зам. главного врача по поликлинической работе, к.м.н.;

3. Овчинников Е.Н. - старший научный сотрудник отдела рентгеновских, ультразвуковых и радионуклидных методов диагностики, к.б.н.