Динамика ремоделирования кости у больных ахондроплазией после удлинения нижних конечностей по данным МСКТ

Болезнь Парро-Мари (хондродистрофия, ахондроплазия) – довольно редкое заболевание, оставившее в течение ряда предыдущих столетий более глубокий след в искусстве, чем в науке. После разработанного профессором Г.А. Илизаровым метода удлинения конечностей количество больных ахондроплазией (АХП), ставших пациентами и обращающихся в ортопедические клиники, постоянно растет [1, 11]. В РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова за все время его существования было прооперировано 850 больных ахондроплазией. Процесс лечения больных АХП занимает несколько лет, и особенностям оперативных вмешательств у данных больных посвящено множество научных работ [1, 7, 8, 9, 10, 11, 16]. Одним из интересных аспектов данной проблемы является изучение ремоделирования длинных костей на различных этапах дистракционного остеогенеза [3, 4, 6, 12, 15, 17]. Ремоделирование кости в процессе ее удлинения – сложный и достаточно длительный процесс, который, как показал анализ литературы и наши данные, аналогичен процессу перестройки кости в процессе естественного роста [3, 16, 19]. Не менее важной проблемой является определение качества кости после удлинения, однако таких работ практически нет, а небольшое их количество посвящено общим вопросам качества кости [9, 14, 21].

Процесс формирования дистракционного регенерата при удлинении кости, в основе которого лежит принцип «напряжения – растяжения», сформулированный профессором Г.А. Илизаровым, после окончания дистракции проходит длительный и многоэтапный процесс перестройки (ремоделирования) кости в зоне дистракционного регенерата [4, 5, 15]. Анализ литературы, касающейся естественного роста кости и формирования различных ее отделов, в частности корковой пластинки, показал, что формирование ее происходит постепенно из трабекулярной кости путем постепенной резорбции костных трабекул, прилежащих к эндостальной поверхности [18, 19, 20].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Изучение ремоделирования большеберцовых костей после их удлинения у 47 больных ахондроплазией (АХП) в возрасте от 14 до 20 лет (188 сегментов конечностей) проводили методом полипозиционной рентгенографии, компьютерной (КТ) и мультисрезо-вой компьютерной томографии (МСКТ). Рентгенографию всем больным на различных этапах лечения выполняли на рентгеновских аппаратах Bucki Diagnost,

Clinomat и др. Компьютерная томография (КТ) проведена на компьютерном томографе Siemens Somatom AR-HP, мультисрезовая компьютерная томография (МСКТ) – на компьютерных томографах GE Lihgt Speed VCT и Toshiba Aquilion-64. Компьютерную томографию проводили в положении больного лёжа на спине. Исследование начинали с топограммы (обзорной цифровой рентгенограммы) сегмента. По топо-грамме выделяли области (диапазоны) сканирования, которые соответствовали зоне дистракционного регенерата и прилежащих участков материнской кости. По аксиальным и реконструированным изображениям производили измерения рентгеновской плотности в унифицированных единицах Хаунсфилда. Нами был предложен способ обработки данных КТ с помощью специальных фильтров рабочей станции, позволяющий визуализировать некоторые детали в структуре кости, которые невозможно было изучить на обычных срезах или реконструкциях. Применение указанного способа, заключающегося в реформатировании в режиме мультипланарной, 3D VRT реконструкции, полу

РЕЗУЛЬТАТЫ И

Дистракционный регенерат в начале периода фиксации представлен трабекулярной костью с продольно ориентированными костными трабекулами. «Зона роста» новообразованной кости в зоне оссификации представлена мелкотрабекулярной структурой. По мере перестройки эта зона приобретает трабекулярное строение, характерное для метафизарного отдела конкретной кости, формируя силовые линии по оси нагрузки (продольно ориентированные трабекулы в дистракционном регенерате формируются под влиянием сил растяжения, ориентированных вдоль оси кости) (рис. 1).

Во время фиксации конечности в аппарате, в ближайшее время после демонтажа аппарата Илизарова корковая пластинка во всех группах больных имела неоднородное строение с зонами резорбции различной величины, формы и плотности. Минимальные значения плотности корковой пластинки после демонтажа аппарата отмечены на границе с регенератом, во внутренних и наружных отделах коркового слоя. Критическими являются значения в 300-350 HU. Локальная плотность корковой пластинки в остеонном слое максимальна.

Нами предложен «Способ диагностики зрелости дистракционного костного регенерата» (патент РФ № 2425635), по которому площадь зоны неперестроившей-ся части новообразованной кости для регенерата «хорошего качества» должна составлять в конце периода фиксации или через 2-4 дня после демонтажа аппарата не более 30 % от общей площади дистракционного регенерата.

Органотипическая перестройка кости завершалась через 1-1,5 года. Плотность корковой пластинки соответствовала плотности кости пациентов соответствующего возраста с колебаниями в зависимости биомеханических изменений и функции конечности. Плотность наружного, остеонного и внутреннего слоев корковой пластинки большеберцовой кости у больных ахондроплазией в отдаленном периоде после удлинения составила 1527±176 HU; 1860±211 HU; 1190±345 HU соответственно (рис. 2).

Ремоделирование кости в зоне дистракционного регенерата происходило в несколько стадий, начиная с резорбции продольно ориентированных костных тра- чении интересующей области с помощью функции cut outside or inside region и последующей обработки аксиального среза на рабочей станции с помощью фильтра CT Transparent Skull в функции VR Presets, позволило выявить зональное строение корковой пластинки, визуализировать наружный и внутренний слой общих пластинок и средний, остеонный слой, для детального изучения структуры корковой пластинки.

Обработку результатов исследования проводили с помощью программы Attestat [2], встроенной в Microsoft Excel. Для подтверждения выводов о различиях между полученными количественными результатами исследований в случаях с нормальным распределением использовали t-критерий Стьюдента. В том случае, когда распределение отличалось от нормального, использовали непараметрические критерии (критерий Вилкок-сона). Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимался равным р<0,05, где р – уровень значимости этих критериев. Все результаты представлены в виде M±σ, где М – выборочное среднее, σ – выборочное стандартное отклонение.

ОБСУЖДЕНИЕ бекул в направлении от материнской кости к «зоне роста», а также в направлении от эндостальной поверхности к центру регенерата (рис. 3).

В отдаленном периоде корковая пластинка сформирована полностью. Плотность ее соответствует доопе-рационным значениям (рис. 4.)

Применение комплекса программ рабочей станции для обработки данных позволило получить исчерпывающую картину о состоянии кости как в зоне удлинения, так и на протяжении. При VRT (a) зона новообразованной кости не отличается от материнской, изучение внутренней поверхности с помощью программы «Навигация» показывает ровную поверхность со стороны эндоста (б), корковая пластинка на уровне удлинения имеет четкое зональное строение (в) (рис. 5).

Полученные результаты позволили проследить динамику ремоделирования кости в зоне удлинения для решения вопроса о качестве новообразованной кости, показать, используя современные методы лучевой диагностики, возможность прижизненного динамического определения стадий ремоделирования, которое происходит аналогично процессу роста кости. В процессе роста формирование выраженной корковой пластинки и костномозгового канала, как структур диафиза, из трабекулярной кости происходит путем резорбции трабекул со стороны эндостальной поверхности, уплотнения и утолщения корковой пластинки [19]. Как показали наши данные, ремоделирование трабекулярной кости дистракционного регенерата происходит аналогично естественному росту. Механическую нагрузку не все считают прямым стимулом для костного ремоделирования, а скорее стимулом, который определяет проявление биохимических сигнальных молекул. При превышении определенного порога происходит местное ремоделирование кости. Авторы пришли к выводу, что слияние метафизарных трабекул под пластиной роста в корковой пластинке, вероятно, регулируется механическим раздражителем. Кроме того, развитие коркового слоя диафиза можно объяснить как форму трабекулярной адаптации костной ткани, без необходимости различных регулирующих механизмов для корковой и губча- той кости [19]. После того, как заканчивалось формирование дистракционного регенерата, увеличивалась нагрузка на новообразованную кость c соответствующими биомеханическими и биохимическими изменениями, происходила трабекулярная адаптация костной ткани, межтрабекулярное пространство заполнялось костью, формируя корковую пластинку с одновременным резорбированием трабекул в области будущего костномозгового канала, начиная со стороны проксимального и дистального фрагментов материнской кости.

Рис. 1. КТ голеней больного (а) в периоде фиксации, топограмма; МСКТ голеней больного ахондроплазией, программа «Навигация» (б)

Рис. 2. МСКТ голеней больного М., 16 лет, MPR во фронтальной плоскости, фрагмент корковой пластинки. Измерение плотности остеонного слоя, наружных и внутренних слоев корковой пластинки. В правом верхнем углу рисунков – строение корковой пластинки, визуализируемое с помощью фильтра Hardware Enhancend (МСКТ, обработка на рабочей станции): а – плотность корковой пластинки в точке, располагающейся по внутренней поверхности (измерение № 34), составляет 1483 HU; б – плотность корковой пластинки в точке, располагающейся в остеонной зоне (измерение № 32), составляет 1906 HU; в – плотность корковой пластинки в точке, располагающейся по наружной поверхности (измерение № 33), составляет 1268 HU

Рис. 3. МСКТ голеней больного Б., 10 лет. Ахондроплазия. Удлинение голеней на 7 см: а – аксиальный срез, ColorMap; б – MPR, фильтр; в – вид изнутри в зоне новообразованной кости (навигация)

Рис. 4. КТ голеней больной Н., ахондроплазия, 1 год 2 месяца после снятия аппарата. Удлинение голени на 8 см. MPR зоны дистракционного регенерата и прилежащих участков материнской кости в отдаленном периоде

Рис. 5. МСКТ голеней больного М., 16 лет. Ахондроплазия. Удлинение голени в верхней трети на 8 см, 1 год 6 месяцев после демонтажа аппарата Илизарова: а – VRT, фрагмент большеберцовой кости; б – навигация, вид изнутри; в– VRT, фильтр Hardware Enhancend

ВЫВОДЫ

• 1.    Ремоделирование кости в зоне дистракционного регенерата происходит в несколько стадий, заключается в формировании продольно ориентированных костных трабекул с последующей их резорбцией в области костномозгового канала до полной органотипической перестройки, аналогичной структуре диафиза, которая завершается через 1-1,5 года.

• 2.    Алгоритм изучения качества кости должен включать усовершенствованные методики обработки данных МСКТ.

• 3.    Изучение качества корковой пластинки должно сопровождаться измерением ее общей и локальной плотности.