Влияние величины деформации в грудном отделе позвоночника на морфологическую картину параспинальных мышц у больных с идиопатическим сколиозом тяжелой степени

Сколиоз – это патология позвоночника, грудной клетки и всего организма, характеризующаяся трехмерными изменениями, с боковым отклонением во фронтальной, вращением в поперечной и уменьшенной кривизной в сагиттальной плоскостях. Он присутствует примерно у 0,2–0,6 % населения мира и в 70–90 % случаев имеет идиопатическое происхождение, то есть без какой-либо специфической этиологии [1-4]. Большинство авторов считают это заболевание многофакторным [1, 5–11]. Среди факторов, предложенных в качестве причин заболевания, мышечный фактор является предметом интенсивных исследований и продолжающихся дискуссий [8, 12–16].

Идиопатический сколиоз, помимо того, что характеризуется трехмерными изменениями в позвоночнике, имеет отклонения в позиционировании и биомеха-

нике других сегментов, таких как плечи, лопатки и таз, которые связаны с развитием кривизны и могут свидетельствовать о том, что мускулатура, вовлеченная в работу этих структур, находится под угрозой вследствие компенсаторных изменений, вызванных деформацией, или в результате первоначальных структурных изменений [10, 17–19].

В литературе, посвященной исследованию структурных, морфологических изменений параспинальных мышц при идиопатическом сколиозе, анализируется материал, взятый у больных с величиной деформации в среднем от 48º до 68º (с диапазоном колебания от 28º до 115º) [14, 16, 20–22].

Лечение тяжелых деформаций позвоночника (> 60°) [23, 24] остается серьезной хирургической проблемой [25]. Параспинальные мышцы в грудном отделе у больных с идиопатическим сколиозом по данным ЭМГ показали более низкую, чем в поясничной области, активность после спондилодеза. По всей видимости, это может быть обусловлено явлениями атрофии [26]. Однако исследованию морфологической картины паравертебральных мышц у больных с тяжелой деформацией идиопатической этиологии уделено мало внимания [21, 27].

Целью работы было исследование влияния угла деформации в грудном отделе на морфологическую картину паравертебральных мышц у больных с тяжелыми деформациями позвоночника при идиопатическом сколиозе.

Дизайн исследования . Ретроспективное моноцен-тровое когортное исследование «случай-контроль». Уровень доказательности – 3b (по UK Oxford, версия 2009).

Отбор пациентов осуществлялся в произвольном порядке по следующим критериям включения :

• •    одно учреждение (клиника патологии позвоночника и редких заболеваний РНЦ «ВТО» им. Г.А. Илизарова) и период набора 2015-2017 гг.;

• •    возраст пациентов – от 12 до 30 лет (включительно) к моменту операции;

• •    нозология – грудные формы идиопатического сколиоза (Lenke I-III).

В качестве критериев исключения определены:

• •    случаи деформации позвоночника иной этиологии;

• •    случаи с грудопоясничными (Lenke IV) и поясничными формами идиопатического сколиоза (Lenke V–VI);

• •    отсутствие полного лучевого архива для анализа.

С учетом описанных критериев в произвольном порядке проведено морфологическое исследование паравертебральных мышц 21 пациента.

Методами исследования явились рентгенологический, морфологический. Критерии оценки: величина основной дуги сколиотической деформации грудного отдела по Cobb, особенности гистологической структуры мышечных волокон в зависимости от величины деформации.

Всем пациентам была произведена коррекция деформации с последующей фиксацией сегментов груд-ного/грудопоясничного отдела позвоночника с использованием погружной системы транспедикулярной фиксации. В процессе оперативного вмешательства для морфологического анализа паравертебральных мышц осуществляли инцизионную биопсию фрагментов мышц (multifidus muscle), взятых в проекции вершины деформации (основной дуги) на уровне Th6–Th10 с выпуклой стороны при выполнении доступа к задним отделам позвоночного столба в ходе хирургической коррекции кифосколиоза. Биоптат фиксировали в 10 % нейтральном формалине с последующей гистологической проводкой и заливкой в парафин. Изготовленные срезы окрашивали гематоксилином и эозином, по Ван-Гизону и трихромным методом по Массону. Препараты исследовали и оцифровывали с помощью стереомикроскопа «AxioScope.A1» и цифровой камеры «AxioCam» (Carl Zeiss MicroImaging GmbH, Германия).

Проведение данного исследования было одобрено комитетом по этике ФГБУ «РНЦ «ВТО» имени академика Г.А. Илизарова» Минздрава России. Оно осуществлялось в соответствии с этическими стандартами, изложенными в Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации. Пациенты, достигшие 18 лет, а также родители детей или их законные представители подписали информированное добровольное согласие на проведение диагностических исследований и публикацию данных без идентификации личности.

Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета для анализа данных Microsoft Exсel 2010 с надстройкой Attestat. Рассчитывали среднее арифметическое значение показателей (M) и стандартную ошибку средней (m). При нормальном распределении для парных сравнений применяли t-критерий Стьюдента, в остальных случаях использовали непараметрические методы. Принятый уровень значимости – 0,00066.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В процессе анализа полученных результатов обследу- в основной дуге (грудной отдел) колебался от 60º до 145º, емые были разделены на две группы: основную и группу в группе сравнения от 35º до 55º. Между этими группами сравнения (табл. 1). В основной группе угол деформации не было достоверных отличий по возрасту и полу.

Таблица 1

Величины основной и компенсаторной дуг деформации позвоночника у больных с идиопатическим сколиозом, M ± m, n = 21

Показатель		Группы пациентов
		основная группа (n = 11)	группа сравнения (n = 10)
Возраст (годы)		19,2 ± 1,4 (диапазон 14–27)	16,5 ± 0,9 (диапазон 12–20)
Пол	мужчины	4	3
	женщины	7	7
Величина основной дуги (уровень – Th6–Th10 позвонки) (0)		97,3 ± 7,9* (диапазон 60–145)	47,4 ± 3,6 (диапазон 35–55)
Величина компенсаторной дуги (уровень – L1–L3 позвонки) (0)		47,3 ± 9,7 (диапазон15–135)	27,1 ± 5,1 (диапазон 15–43)

Примечание: * – достоверность отличия показателей основной группы от группы сравнения: р = 0,00066.

Анализ морфологической картины параспинальных мышц у больных с идиопатическим сколиозом при величине деформации в грудном отделе < 60º (35–550) (группа сравнения) показал, что в парафиновых срезах интраоперационных биоптатов преобладали поля зрения с незначительным фиброзом эндо- и перимизиального пространства, мышечные волокна иногда сохраняли полиго-нальность профилей, тем не менее, вариативность их диаметров была повышена (рис. 1, а). Отмечались мышечные волокна с признаками дегенерации различной степени.

Сосуды артериального типа имели признаки несущественного фиброза адвентициальной оболочки, гладкомышечные клетки средней оболочки не имели характерной циркулярной ориентации, но не наблюдалось фиброзирования или облитерации (рис. 1, б), внутримышечные нервные проводники, как правило, имели признаки нормальной гистоструктуры с сохраненными миелиновыми нервными волокнами (рис. 1, в).

При морфологическом исследовании паравертебральных мышц больных с идиопатическим сколиозом при наличии тяжелой деформации (≥ 600) были отмечены выраженные в различной степени явления атрофии и дистрофии мышечных волокон. Встречались безъядерные участки и гомогенизированные фрагменты мышечных волокон. Соединительнотканные прослойки почти во всех препаратах были отечными и разволокненными с множеством фибробластов. Стенки сосудов артериального звена, как правило, были фиброзированы.

В случаях наличия деформации в грудном отделе 60–650, гистоструктура мышц имела наименьшие отклонения от нормы (рис. 2). В большинстве полей зрения диаметры мышечных волокон были относительно единообразны, эндомизиальные прослойки между во- локнами несущественны. Наблюдались также волокна малого диаметра наряду с гигантскими гипертрофированными (рис. 2, а), дегенерирующие волокна и волокна в состоянии контрактур (рис. 2, б), картина эндомизиального фиброза и геморрагии (рис. 2, в), со суды перимизия характеризовались нормальной структурой.

При увеличении угла деформации до 100–110º преобладали поля зрения с некоторым фиброзом интер-стиция, иногда полигональными профилями волокон с инактивированными немногочисленными ядрами (рис. 3, а). Также были характерны гистологические картины с волокнами очень маленького диаметра округлых профилей, что свойственно для мышцы в состоянии структурной адаптации, отмечались волокна с внутренними ядрами, что могло свидетельствовать, в том числе, о вторжении макрофагов (рис. 3, б). Сосуды перимизия имели в основном нормальную гистоструктуру, наблюдались также артериальные сосуды с массивными t. media и t. adventicia и почти полной облитерацией просвета (рис. 3, в). Сосуды венозного русла отличались тонкостенностью, полнокровием, что могло обусловливать множественные геморрагии.

При максимальной деформации грудного отдела (угол 145°) в обследуемой выборке параспинальные мышцы имели наибольшее количество признаков дегенерации. Фактическое отсутствие нормальной мышечной ткани, замещение мышечных волокон полями адипоцитов и фиброза (рис. 4, а). Сосуды перимизия имели существенно утолщенные оболочки (рис. 4, б), в нервных проводниках наблюдались признаки аксо-нопатии и липоматоза, разрастание фиброзной ткани (рис. 4, в).

Рис. 1. Фрагменты парафиновых срезов биоптатов паравертебральных мышц на вершине деформации у больных идиопатическим сколиозом с углом дуги в грудном отделе 40°: а – незначительный фиброз эндомизиального пространства, сохранена полигональность профилей части мышечных волокон; б – сосуды артериального русла с признаками несущественного фиброза адвентициальной оболочки, средняя оболочка без увеличения объема, гладко-мышечные клетки лишены циркулярной ориентации; в – сохранена нормальная гистоструктура нервного проводника. Окраска: а – гематоксилином и эозином, б, в – по Масону; увеличение – 200×

Рис. 2. Фрагменты парафиновых срезов биоптатов паравертебральных мышц на вершине деформации у больных идиопатическим сколиозом с углом дуги в грудном отделе 60°: а – вариации диаметров мышечных волокон от гипертрофированных (стрелка) до мелких атрофичных (короткая стрелка); б – контрактурно измененное волокно (стрелка) в начальной стадии дегенерации (короткая стрелка); в – участок фиброза интерстициального пространства, геморрагии. Окраска: а, б – гематоксилином и эозином; в – по Масону; увеличение – 200×

Рис. 3. Фрагменты парафиновых срезов биоптатов параспинальных мышц на вершине деформации у больных идиопатическим сколиозом с углом дуги 110°: а – профили многих волокон сохраняют полигональность, фиброз интерстициального пространства; б – округлые профили волокон мелких диаметров, волокно с множественными внутренними ядрами (стрелка); в – артерия с сильным фиброзом и полной облитерацией просвета. Окраска: гематоксилином и эозином; увеличение – 200×

Рис. 4. Фрагменты парафиновых срезов биоптатов паравертебральных мышц на вершине деформации у больных идиопатическим сколиозом с углом дуги 145°: а – жировая дегенерация мышечных волокон, фиброз интерстициального пространства; б – сильный фиброз оболочек артерии, дезориентация гладкомышечных волокон; в – разрастание фиброзной ткани, признаки аксонопатии в нервном проводнике. Парафиновые срезы, окраска: а, в – по Ван-Гизону, б – гематоксилином и эозином; увеличение – 200×

ОБСУЖДЕНИЕ

Дисбаланс мышц туловища является одним из наиболее важных факторов в начальных стадиях и при прогрессировании идиопатического сколиоза [28]. C. Wong et al. сформулировали теорию балансировки/ настройки мышц для объяснения механизма мышечного дисбаланса, вызывающего прогрессирование деформации [29]. Кроме того, есть интересные результаты генетических исследований, которые показали, что некоторые локусы риска идиопатического сколиоза сформировались в зонах, располагающихся около или внутри генов. связанных с биогенезом мышцы [30, 31].

Многие авторы при исследовании паравертебральных мышц у больных с идиопатическим сколиозом акцентировали внимание на различных изменениях электромиографической активности [19, 22, 32–35], гистологической картины [14, 21, 27, 36], структуры (по результатам МРТ и ультрасонографии) [16, 37, 38].

По мнению M. Wajchenberg et al., лучшим способом оценки патологических изменений мышц является биопсия, выполненная во время хирургического вмешательства. Исследования, проведенные с помощью чрескожной биопсии или посредством электромиографии, не могут надлежащим образом исследовать мышечные волокна [21].

С начала 70-х годов прошлого века, были проведены исследования, характеризующие морфологические, морфометрические и ультраструктурные особенности параспинальных мышц при идиопатическом сколиозе. С помощью метода световой и электронной микроскопии выявили широкий спектр патологических изменений и нарушений нормального распределения типов волокон в большинстве мышц. Изменения были преимущественно неспецифическими [36]. В некоторых миоцитах отмеча- лись гипертрофия, атрофия, централизация ядер, нарушение работы саркотубулярного аппарата [39, 40], нарушение миофиламентов, субсарколеммальное накопление гликогена, липидов и митохондрий, обладающих атипичной ультраструктурой [41]. Были определены волокна с признаками миопатии, некроза, фиброза и жировой инволюции, гиалиновые волокна [21]. Немногочисленные патологические изменения были обнаружены преимущественно в случаях наиболее тяжелого сколиоза [27].

В 50 % гистологических исследований были выявлены умеренные морфологические изменения, которые считались вариациями нормы. Некроз, фагоцитоз, гипертрофия и регенерация волокон наблюдались только в нескольких образцах. Чаще они встречались на выпуклой стороне [14]. Локализация (вогнутая или выпуклая сторона кривой деформации) наибольших патогистологических изменений параспинальных мышц у больных с идиопатическим сколиозом до конца не определена. По мнению M. Wajchenberg с соавторами, мышцы спины вогнутой стороны вершины сколиоза имели значительно больший фиброз и жировую инволюцию. Однако с обеих сторон имелись признаки миопатии, мышечной атрофии, некроза, наличие гиалиновых волокон [21]. Yarom R. и Khosla S. считают, что максимальные морфологические изменения паравертебральных мышц определяются также на вогнутой стороне деформации у данной категории больных [39, 40]. По данным Paz A.C.D., морфологические изменения чаще встречались на выпуклой стороне [14]. По мнению Slager U.T., не было никаких предпочтений ни для одной из сторон деформации [40].

Нет также единого мнения по поводу объема мышц (по данным МРТ) относительно стороны деформации.

Одни авторы утверждают, что больший объем мышц регистрируется чаще на вогнутой стороне [37], по данным Jiang J. et al. [16], больший объем наблюдается, наоборот, на выпуклой стороне сколиотической кривой.

В литературе, посвященной исследованию структурных, морфологических изменений параспинальных мышц при идиопатическом сколиозе, анализируется материал, взятый у больных с величиной деформации в среднем от 48º до 68º градусов (с диапазоном варьирования от 28º до 115º) [14, 15, 16, 20, 22].

Лечение тяжелых деформаций позвоночника (> 60° градусов) [23, 24] остается серьезной хирургической проблемой [25]. Параспинальные мышцы в грудном отделе показали более низкую активность после спондилодеза позвоночника, обусловленную, по всей видимости, атрофией [26]. Однако исследованию морфологической картины паравертебральных мышц у больных с тяжелой деформацией идиопатической этиологии уделено мало внимания.

В данном исследовании было проанализировано влияние величины угла деформации позвоночника в грудном отделе на морфологическую картину паравертебральных мышц на выпуклой стороне деформации при идиопатическом сколиозе в зависимости от тяжести искривления.

Известно, что чем больше угол деформации, тем больше изменений электромиографической активности (угол деформации от 10º до 40º) [33]. По данным A.C.D. Paz et al., диаметры волокон значительно коррелировали с величиной угла Кобба (угол деформации от 45º до 90º, в среднем 64º). Статистический анализ показал обратную зависимость: диаметр волокон па-распинальных мышц как I типа, так и II типа на вогнутой стороне уменьшался с увеличением угла Кобба [14]. Чем больше угол Кобба (угол деформации от 32º до 73º, в среднем 51º), тем больше разница в количестве мышечных волокон между выпуклой и вогнутой сторонами [22].

Результаты нашего исследования показали, что у больных с идиопатическим сколиозом с тяжелой деформацией (≥ 60º) были отмечены выраженные в различной степени проявления атрофии и дистрофии волокон. В случаях наличия деформации в грудном отделе 60–65º было определено, что гистоструктура мышц имеет минимальные отклонения от нормы. Наряду с атрофией наблюдались явления гипертрофии, отмеченные другими авторами при величине деформации от 28–45º до 90º (в среднем 56º) [14, 16, 39, 40].

При увеличении угла деформации до 100–110º градусов преобладали поля зрения с полигональными профилями волокон и умеренно выраженной интерстициальной тканью. Также наблюдалось наличие мышечных волокон очень мелкого диаметра, что свойственно для мышцы, находящейся в состоянии структурной адаптации. Скопление внутренних ядер в волокнах можно объяснить, в том числе, явлением миофагии (вторжение макрофагов) либо пикнотическими ядер-ными скоплениями при миодистрофиях [42]. Наблюдаемый фиброз эндо- и перимизия, поля адипоцитов и множественные геморагии согласуются с данными литературы. Так, при гистологическом исследовании паравертебральных мышц больных с деформацией позвоночника от 46º до 115º (в среднем 68º) наблюдали фиброз интерстициального пространства, признаки миопатии, некроза и жировой инволюции [15]. Чаще эти изменения встречались на выпуклой стороне [14].

Разные авторы подчеркивали, что больные с идиопатическим сколиозом, нуждающиеся в хирургическом лечении, могут иметь более тяжелую деформацию, которая приводит к значительным патогистологическим изменениям параспинальных мышц [15, 21]. Однако в доступной литературе не было обнаружено описание морфологической картины мышц спины у больных при величине деформации > 120º.

В настоящем исследовании при максимальной деформации грудного отдела (145°) параспинальные мышцы имели наибольшее количество признаков дегенерации. Наблюдалась фактическая деградация мышечной ткани как структуры с замещением волокон жировой и соединительной тканью. Мышечные волокна были фрагментированы, сосуды перимизия имели утолщенные оболочки, в нервных проводниках наблюдались признаки аксонопатии и липоматоза, отмечалось замещение нервных волокон фиброзной тканью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Величина угла деформации у пациентов с грудным типом идиопатического сколиоза значительно влияет на морфологическую картину параспинальных мышц. Диапазон варьирования структурных изменений колебался от минимальных отклонений от нормы (при величине деформации до 60º) до деградации мышечной ткани как структуры с замещением волокон жировой и соединительной тканью (при величине деформации 145º).

При тяжелой деформации отмечены выраженные в различной степени явления атрофии и дистрофии мышечных волокон, фибробластная экспансия соединительнотканных прослоек и стенок сосудов артериального звена.

Полученные результаты необходимо учитывать как при хирургической коррекции кифосколиоза, так и при планировании лечебно-реабилитационных мероприятий. Следует больше внимания уделять сосудистой и нейротропной терапии в послеоперационном периоде для консолидации раны и снижения количества раневых осложнений.