Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Остеогистогенез костных тканей 15
1.2 Строение метаэпифизарного хряща 16
1.3 Скорость роста костей 18
1.4 Регуляция продольного роста кости 21
1.5 Классификация системных дисплазий скелета 26
1.6 Методы диагностики системных дисплазий скелета 29
1.7 Осевые деформации нижних конечностей у детей с системными дисплазиями скелета 34
1.8 Методы лечения детей с осевыми деформациями нижних конечностей 36
1.9 Методики оценки деформаций нижних конечностей у детей 39
1.10 История развития метода временного блокирования зон роста кости с целью коррекции осевых деформаций нижних конечностей 42
1.11 Резюме 45
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1 Планирование исследования 46
2.2 Общая характеристика клинического материала 50
2.3 Методы исследований 54
2.3.1 Клинический метод 54
2.3.2 Рентгенологическое обследование 56
2.3.3 МРТ-картирование росткового хряща 59
2.3.4 Статистический метод 63
Глава 3. Результаты обследования пациентов с осевыми деформациями нижних конечностей на уровне коленных суставов
3.1 Жалобы пациентов 65
3.2 Клиническая характеристика пациентов 68
3.3 Результаты рентгенологического обследования 72
3.4 Воспроизводимость рентгенометрических показателей, характеризующие осевые деформации нижних конечностей на уровне коленных суставов в прямой проекции 81
3.5 Определение скорости прогрессирования осевых деформаций нижних конечностей у детей с системными дисплазиями скелета 85
3.6 Определение содержания воды в метаэпифизарном хряще с использованием МРТ исследование 89
3.7 Обсуждение полученных результатов 94
Глава 4. Лечение пациентов с осевыми деформациями нижних конечностей во фронтальной плоскости на уровне коленных суставов
4.1 Общие принципы хирургического лечения 98
4.2 Хирургическое лечение детей с системными дисплазиями скелета 99
4.3 Сравнительная оценка эффективности метода управляемого роста у детей с осевыми деформациями нижних конечностей 102
4.4 Сравнительная оценка скорости коррекции осевых деформаций нижних конечностей 112
4.5 Сравнительная оценка эффективности использования метода управляемого роста у детей с осевыми деформациями нижних конечностей в зависимости от длительности гемиэпифизиодеза 117
4.6 Скорость коррекции деформации в зависимости от расположения металлоконструкции 121
4.7 Численное моделирование напряжений в конструкции для временного гемиэпифизиодеза 127
4.8 Приспособление для оптимального подбора конструкции при выполнении временного гемиэпифизиодеза и его клиническая апробация 130
Глава 5. Анализ отдаленных результатов, ошибок и осложнений хирургического лечения
5.1 Отдаленные результаты лечения детей двух клинических групп 134
5.2 Ошибки и осложнения хирургического лечения 139
5.3 Обсуждение полученных результатов 141
Заключение 146
Выводы 153
Практические рекомендации 155
Список сокращений 156
Список литературы 157
- Регуляция продольного роста кости
- Клиническая характеристика пациентов
- Сравнительная оценка эффективности метода управляемого роста у детей с осевыми деформациями нижних конечностей
- Обсуждение полученных результатов
Регуляция продольного роста кости
Наиболее обсуждаемым на сегодняшний день остается вопрос регуляции скорости роста кости. Факторы, контролирующие функцию продольного роста кости, можно разделить на три группы: факторы системной регуляции, факторы местной регуляции и механическая регуляция скорости роста кости (F. Rauch, 2005; Villemure I., I.A. Stokes, 2009).
Системная регуляция функции метаэпифизарного хряща
В детском возрасте продольный рост костей регулируется рядом ключевых гормонов, включая соматотропный гормон, инсулиноподобный фактор роста-1, глюкокортикоиды и гормоны щитовидной железы (Т3 и Т4). Во время полового созревания половые гомоны (андрогены и стероиды) вносят значительный вклад в данный процесс.
Первоначально предполагалось, что сам соматотропный гормон не оказывает непосредственного воздействия на клетки метафизарного хряща, а влияет на регуляцию продольного роста кости через инсулиноподобный фактор роста, который синтезируется в клетках печени. Однако, на сегодняшний день на основании многочисленных проведенных исследований установлено, что соматотроп-ный гормон оказывает непосредственное действие на хондроциты пластинки роста, стимулируя их пролиферацию (van der Eerden B. C. et al., 2003; Yakar S. et al., 2016; Wong S.C. et al., 2016).
Проведенные E.O. Abu с соавторами исследования продемонстрировали, что в метаэпифизарном хряще, особенно в хондроцитах гипертрофической зоны, имеются рецепторы к глюкокортикоидам, что указывает на возможность непосредственного воздействия гормона на пластинку роста (Abu E.O. et al., 2000). Повышение уровня глюкокортикоидов вызывает ингибирование продольного роста кости. Гормоны щитовидной железы являются важными стимуляторами пролиферации хондроцитов. Проведенные эксперименты показали, что Т3 ингибирует пролиферацию хондроцитов и одновременно оказывает стимулирующее действие на их дифференцировку (Robson H. et al., 2000). Кроме этого, Т3 влияет на синтез коллагена I типа, индуцирует действие щелочной фосфатазы, регулирует синтез и секрецию белков внеклеточного матрикса, а также может влиять на резорбцию костной ткани (Okubo Y., Hari R.A.,2003; Wakita R. et al., 1998).
Как сообщалось ранее, на рост кости могут влиять и половые гормоны. Ан-дрогены оказывают стимулирующее воздействие на образование костной ткани, которое осуществляется либо путем непосредственного взаимодействия со своими рецепторами, либо через образование дигидротестостерона (Cassorla F.G. et al., 1984; Zung A. et. al., 1999).
Влияние эстрогенов на органы-мишени осуществляется через рецепторы и (ER и ER). Эти два вида рецепторов, которые рассматриваются как классические лигант-активируемые факторы транскрипции, располагаются в цитозоле.
На основании многочисленных исследований in vitro и in vivo в настоящее время установлено, что хондроциты могут производить эстрогены. Кроме того, локальная выработка эстрогена играет важную роль в пролиферации хондроцитов эпифизарной пластинки, защищая их от спонтанной гибели, и тем самым регулируя продольный рост кости (Emons J. et al., 2011).
Местная регуляция функции метаэпифизарного хряща
Важную роль в формировании костной ткани играет белок, связанный с па-ратиреоидным гормоном (Parathyroid hormone-related protein – PTHrP), и белок под названием Indian hedgehog – Ihh («индийский еж»). Они функционируют в петле обратной связи, контролируя пролиферацию и дифференцировку хондроци-тов в пластинке роста (Stagi S. et al., 2010).
Вовремя остеогенеза Ihh экспрессируется и секретируется гипертрофическими хондроцитами, он стимулирует клеточную пролиферацию и дифференцировку. Ihh диффундирует по всей ростковой зоне и связывается со своим рецептором Patched-1 (Ptch), экспрессируемым хондроцитами спящей зоны. Это приводит к снятию ингибирующего блока Ptch на другой трансмембранный белок, называемый Smoothened (SMO) – «сглаживающее звено», который, в свою очередь, активирует группу факторов транскрипции семейства Gli. Одним из целевых генов сигнального пути Gli является паратгормоноподобный пептид PTHrP, который активируется под воздействием Gli. PTHrP экспрессируется преартикуляр-ными хондроцитами, диффундирует по зоне роста и замедляет дифференциацию хондроцитов. Таким образом, формируется петля обратной связи Ihh/PTHrP, которая контролирует фетальное развитие ростковой зоны (Kronenberg H.M., 2003).
У человека значимость Ihh/PTHrP механизма в регуляции роста костей подтверждается следующими наблюдениями. Инактивирующая мутация в Ihh приводит к возникновению акрокапитофеморальной дисплазии, которая связана с преждевременным закрытием ростковых зон (J. Hellemans et al., 2003), мутации в PTH/PTHrP рецепторах – к остеохондродисплазии Bromstrand (Zhang P., 1998). Также было отмечено, что пациенты с метафизарной хондродистрофией (тип Jansen) имеют точечные мутации в гене, кодирующем PTH/PTHrP рецепторы (Schipani E., 1996).
Таким образом, нормальное развитие и формирование костной ткани контролируется сложным комплексом взаимосвязанных механизмов. Однако, многочисленные мутагенные факторы обладают способностью нарушить организацию и функцию метаэпифизарного хряща (Geister K.A., Camper S.A., 2015), что приводит к возникновению разнообразных форм системных дисплазий скелета (Warman M.L. et al., 2010; Baldridge D., et al., 2010).
Механическая регуляция продольного роста кости
Изучение вопроса влияния механической нагрузки на продольный рост кости имеет продолжительную историю. Еще в 1815 году J. Howship высказал предположение, что «механическое давление» является основным фактором в возникновении структурных изменений в растущей кости (J. Howship, 1815). Позже, в 1844 году, T.W. King отметил, что «давление и напряжение оказывают влияние на развитие всех частей скелета, и едва ли это требует доказательств в наше время» (King T.W, 1844).
В дальнейшем изучение данного вопроса нашло свое отражение в работах C. Hueter (1862) и R. Volkmann (1862), которые в своих исследованиях независимо друг от друга описали принципы роста кости от приложенных к ней механических напряжений. Согласно закону, Hueter-Volkmann скорость роста кости замедляется под действием избыточной механической нагрузки и увеличивается при ее уменьшении.
Теория C. Hueter и R. Volkmann получила поддержку в работах L.J. Strobino (1956), R.W. Porter (1978), J Wilson-MacDonald (1990), A.G. Robling (2001). Однако, по мере накопления данных, стало очевидно, что этот закон не учитывает все факторы, которые могут оказывать влияние на восприимчивость кости к механической нагрузке – длительность компрессии, характер нагрузки (статическая или циклическая), толщину метаэпифизарного хряща и скорость его роста (Niehoff A. et al., 2004, Villemure I., I.A. Stokes, 2009).
Так, A. Niehoff (2004) в своем эксперименте на крысах, где животные подвергались трем разным уровням физической активности, установил, что избыточная физическая нагрузка не вызывает изменений в механических свойствах мета-эпифизарного хряща и не оказывает влияние на продольный рост кости (Niehoff A.et al., 2004).
K.J. Noonan с коллегами в 2004 году опубликовали результаты исследования, целью которого было определить влияние физической активности на скорость роста кости. Авторы, используя микротранзисторы, имплантированные в большеберцовую кость ягнят, каждые 167 секунд в течение 21-25 дней производили измерения длины костей у животных. В ходе проведенной работы установлено, что около 90% удлинения костей происходило во время отдыха животных (в горизонтальном положении), когда нагрузка на пластинку роста минимальна по сравнению с нагрузкой в фазы физической активности (Noonan K.J. et al., 2004).
Также, основываясь на теоретическом расчете, F.Rauch (2005) показал, что не во всех случаях рост кости осуществляется по закону Hueter-Volkmann. По сообщению автора, при физиологической варусной деформации нижних конечностей, которая имеется в норме у детей до 2 лет, наблюдается избыточная компрессия медиального участка пластинки роста по сравнению с латеральной ее частью. Согласно закону Hueter-Volkmann, медиальная часть метафизарного хряща будет расти медленнее, чем латеральная. Данная ситуация приведет к прогрессирова-нию варусной деформации и, как следствие, к формированию порочного круга. Следовательно, если любая величина компрессии замедляет скорость роста, то процесс образования костной ткани был бы крайне неустойчивым. Любое незначительное отклонение от нормального распределения механической нагрузки на нижние конечности приводило бы к формированию катастрофических деформаций. Однако, этого не происходит. Это объясняется тем, что при незначительной степени деформации происходит ее самокоррекция благодаря наличию механической регуляции продольного роста кости. То есть, умеренная компрессия пластинки роста приводит к ускорению, а не замедлению скорости роста. Таким образом, при незначительной степени варусной деформации нижних конечностей происходит форсирование роста медиальной части метафизарного хряща, и как следствие, коррекция деформации. Однако, при наличии деформации, величина которой находится за пределами самовостановительных сил организма, происходит угнетение скорости продольного роста кости согласно закону Hueter-Volkmann (F.Rauch, 2005).
Клиническая характеристика пациентов
Как показывают данные, представленные в таблице 3.3, пациенты основной группы закономерно характеризовались низкими антропометрическими показателями, которые являлись отражением основного заболевания.
В процессе проведения клинического обследования нами определялась частота встречаемости осевых деформаций нижних конечностей на уровне коленных суставов у пациентов основной группы и группы сравнения (таблица 3.4). В связи, с чем все пациенты в анализируемых группах были разделены на подгруппы, в зависимости от их возраста согласно возрастной периодизации, предложенной профессором В.А. Доскиным (Кучма В.Р., 2012):
1. Группа – пациенты в возрасте от 3 лет до 6 лет
2. Группа – пациенты в возрасте от 7 лет до 11 лет
3. Группа – пациенты в возрасте от 12 лет до 15 лет (средний возраст пациентов в этой группе составил 12,9±0,8мес)
Как видно из данных, представленных в таблице 3.4, наиболее часто у пациентов основной группы и группы сравнения наблюдалась вальгусная деформация нижних конечностей – в 72,5% и 66,3% случаев соответственно. Однако, варусная деформация в обеих группах чаще наблюдалась в младшем возрасте (с 3 до 7 лет) по сравнению с частотой встречаемости вальгусной деформации (с 7 до 12 лет). Отмеченная нами частота встречаемости осевых деформаций нижних конечностей отражает особенности основных этапов развития нижних конечностей у детей: до 2,5 лет у детей наблюдается физиологическая варусная деформация, а с 3 лет до 5-7 лет – физиологическая вальгусная деформация. Таким образом, независимо от причин возникновения деформации, нами отмечена общая тенденция, заключающаяся в том, что у детей более младшего возраста (с 3 до 6 лет) варусная деформация встречалась чаще по сравнению с другими возрастными группами. Вальгусная деформация, напротив, чаще встречалась у пациентов в более старшем возрасте (с 7 до 11 лет).
Для выявления особенностей формирования типа осевой деформации от клинико-рентгенологического типа заболевания у пациентов основной группы нами проведен анализ частоты встречаемости вальгусных или варусных деформаций в соответствующих подгруппах (таблица 3.5.).
Согласно полученным данным, в целом отсутствовала строгая закономерность в формировании вальгусной и варусной деформаций в зависимости от клинико-рентгенологического типа заболевания: варусная и вальгусная деформация нижних конечностей наблюдалась при всех трех основных вариантах. При заболеваниях с преимущественным поражением метафизов наблюдалось некоторое превалирование варусной деформации нижних конечностей по сравнению с заболеваниями с поражением эпифизов или эпифизов и метафизов кости, однако, указанные данные не имели статистически значимых различий.
Сравнительная оценка эффективности метода управляемого роста у детей с осевыми деформациями нижних конечностей
Основываясь на данных исследований, полученных в 3 главе, при оценке эффективности метода управляемого роста мы определяли девиацию механической оси нижней конечности (по Stevens), а также процент девиации (по Cho T-J.) на момент завершения лечения.
В рамках данной исследовательской работы под завершением этапа лечения мы подразумевали:
Достижение коррекции деформации конечности (ДМО 0; ± I зона)
Удаление металлоконструкции по поводу незапланированной гиперкоррекции деформации или на фоне возникновения инфекционных осложнений
Прекращение коррекции в связи с возрастным закрытием пластинки роста или отсутствием/ частичной коррекции деформации в течение 2 лет
По данным литературы, из-за возможного риска преждевременного закрытия зоны роста кости, длительность эпифизиодеза не должна превышать 2 лет (24 месяца). На основании этого, указанный срок считался нами критическим для оценки эффективности проведенного лечения.
Об эффективности использованного метода лечения делали вывод на основании степени коррекции деформации. В связи с чем, в зависимости от достигнутой степени коррекции, полученные результаты были разделены на три группы:
Коррекция деформации (ДМО 0; ± I зона)
Частичная коррекция (ДМО II зона/ коррекция ДМО на 50% и более)
Отсутствие коррекции (коррекция ДМО менее 25%)
Для оценки эффективности использования метода управляемого роста с целью коррекции осевых деформаций у пациентов обеих групп нами был проведен сравнительный анализ полученных данных (рисунок 4.5).
Как видно из данных, представленных на рисунке 4.5, коррекция деформаций нижних конечностей при использовании метода управляемого роста была получена у большинства пациентов обеих групп: в 72,2% случаев у пациентов основной группы и в 90,9% случаев у пациентов в группе сравнения, а частичная коррекция и отсутствие коррекции деформаций наблюдались чаще в основной группе по сравнению с группой сравения (в 18,8% случаев и в 9,0% случаев соответственно, p 0,05). Данная особенность объясняется тем, что у пациентов с системными дисплазиями скелета имеется первичное нарушение роста кости. Основным фактором, обуславливающим коррекцию деформации методом управляемого роста, является функциональное состояние ростковой зоны. Сравнительно низкие показатели темпов и величины коррекции деформаций нижних конечностей у пациентов основной группы отражают сниженную функцию ростковых зон, что является характерной особенностью данной группы заболеваний.
Для оценки эффективности использования метода управляемого роста в зависимости от клинико-рентгенологического типа заболевания нами проведен сравнительный анализ данных, которые представлены в таблице 4.1.
Как видно из таблицы 4.1, наибольшее количество случаев коррекции деформации наблюдалось в подгруппах с преимущественным поражением эпифизов и с преимущественным поражением метафизов (87,0% и 78,6% случаев), по сравнению с пациентами с поражением эпифизов и метафизов кости, где коррекция деформации встречались только в 50,0% случаев. Нами также было отмечено, что в данной подгруппе наблюдалось наибольшее количество случаев частичной коррекции и отсутствия коррекции от использования метода управляемого роста (31,3% и 18,7% случаев).
На момент поступления в клинику ФГБУ «НИДОИ им. Г.И. Турнера» пациент и его родители предъявляли жалобы на деформацию нижних конечностей и боль в области коленных суставов после непродолжительной ходьбы.
Рентгенологическая картина при поступлении: вальгусное отклонение механической оси нижних конечностей: слева – III зона, справа – II зона (рисунок 4.6Б).
С целью коррекции осевых деформаций нижних конечностей во фронтальной плоскости пациенту выполнено оперативное вмешательство (17.08.16г) – временный гемиэпифизиодез дистальной зоны роста бедренной и проксимальной зоны роста большеберцовой костей (рисунок 4.7).
Как видно из таблицы 4.2, наибольшее количество случаев коррекции деформации было получено у пациентов основной группы в возрасте от 3 до 6 лет (в 86,4% случаев). Отсутствие коррекции в данной возрастной группе наблюдалось в 3 случаях (5,1% случаев) – у пациентов с вальгусной деформацией нижних конечностей, у которых имелся вывих надколенника. Данным пациентам с целью коррекции девиации механической оси был использован метод управляемого роста, однако при динамическом наблюдении (в течение 1,5 лет), деформация была корригирована лишь частично, стабилизации феморо-пателлярного сочленения нами отмечено не было. В связи, с чем принято решение о выполнении остеотомии и открытого вправления надколенника данным пациентам. Полученные данные были расценены как отсутствие коррекции ввиду незначительной коррекции деформации, а также персистирования вывиха надколенника.
У пациентов основной группы в возрасте 7-11 лет, у которых наблюдались частичная коррекция и отсутствие коррекции деформации, на момент выполнения хирургического вмешательства, отмечалась выраженная степень деформации нижних конечностей (ДМО III зона), в дальнейшем, при динамическом наблюдении в течение 2 лет полной коррекции деформации у данных пациентов нами отмечено не было. В связи этим, мы считаем, что детям с выраженной степенью деформации (ДМО III зона) оперативное лечение следует выполнять в более раннем возрасте (после 3 лет).
Отсутствие коррекции деформации, которые наблюдались у пациентов с системными дисплазиями скелета после 12 лет, мы связываем с увеличением скорости прогрессирования деформации (обусловлено преимущественно формированием пластической деформации кости на основании закона Вольфа, а не асимметричным функционированием зон роста) в данном возрасте и также с оставшимся низким потенциалом роста пациента. В целом, достоверные различия в степени коррекции деформаций у пациентов основной группы по сравнению с группой сравнения отражают нарушение функции зон роста у детей с системными дисплазиями скелета, что является одним из основных проявлений данной группы заболеваний.
Клинический пример коррекции осевых деформаций нижних конечностей у пациента с преимущественным поражением эпифизов кости.
Пациент Г., 2012 г.р., история болезни №17/1154, диагноз: множественная эпифизарная дисплазия. Вальгусная деформация нижних конечностей во фронтальной плоскости (рисунок 4.9А).
Обсуждение полученных результатов
Проведенный сравнительный анализ эффективности использования метода управляемого роста у пациентов основной группы и группы сравнения с учетом их возраста, клинико-рентгенологического типа заболевания, характера и степени выраженности деформации позволил разработать дифференцированный алгоритм лечения детей с системными дисплазиями скелета, у которых имеются осевые деформации нижних конечностей на уровне коленных суставов методом управляемого роста.
Основным критерием при выборе тактики лечения у пациентов с системными дисплазиями скелета является определение степени деформации нижних конечностей (рисунок 5.3).
Пациенты, у которых степень деформации не превышает границы зоны II, нуждаются в динамическом наблюдении. Лечение пациентов, у которых степень деформации нижних конечностей превышает зону II, зависит от типа осевой деформации.
Алгоритм выбора тактики лечения пациентов с варусными деформациями представлен на рисунке 5.4.
При наличии варусной деформации нижних конечностей у пациента в возрасте до 3 лет рекомендовано динамическое наблюдение. Динамическое наблюдение (до 5-7 лет) также рекомендовано у пациентов с метафизарной дисплазией, тип Шмида, ввиду возможной самокоррекции варусной деформации. Пациентам в возрасте от 3 лет, на основании увеличения скорости прогрессирования деформации в данном возрасте, мы рекомендуем использовать метод управляемого роста кости с целью коррекции осевой деформации.
Алгоритм выбора метода коррекции вальгусной деформации на уровне коленных суставов у детей с системными дисплазиями скелета приведен на рисунке 5.5.
При наличии вывиха надколенника у пациентов в любом возрасте ввиду неэффективности метода управляемого роста мы рекомендуем с целью коррекции осевой деформации выполнять остеотомию и открытое вправление надколенника.
При наличии вальгусной деформации нижних конечностей у пациентов в возрасте до 3 лет рекомендовано динамическое наблюдение. Пациентам в возрасте с 3 до 5 лет при выраженной степени деформации (зона III) мы рекомендуем с целью коррекции осевой деформации использовать метод управляемого роста кости.
На основании проведенного исследования мы считаем, что оптимальным возрастным диапазоном для использования метода временного блокирования зоны роста для коррекции как варусных, так и вальгусных деформаций у детей с системными дисплазиями скелета является интервал с 3 до 12 лет. В старшем возрасте при наличии выраженной деформации метод управляемого роста менее эффективен в связи с увеличением скорости прогрессирования деформации в данном возрасте, а также с оставшимся низким потенциалом роста пациента.
Основываясь на полученных результатах лечения детей с системными дисплазиями скелета, мы сформировали алгоритм использования метода управляемого роста у данной группы пациентов (рисунок 5.6).
Для восстановления механической оси нижних конечностей всем пациентам с остеохондродисплазиями выполняется временный гемиэпифизиодез с использованием 8-образных пластин (длительность гемиэпифизиодеза не более 2 лет). В дальнейшем производится оценка полученных результатов лечения: при коррекции деформации осуществляется удаление металлоконструкций; при отсутствии коррекции мы рекомендуем производить удаление 8-образных пластин через 24 месяца и выполнять корригирующую остеотомию кости с целью коррекции остаточной деформации; в случае частичной коррекции, у данной группы пациентов целесообразно продлить время эпифизиодеза на 12 месяцев (после проведенного анализа возможной степени коррекции деформации при увеличении длительности гемиэпифизиодеза еще на 1 год).
Разработанный нами алгоритм выбора тактики оперативного лечения объединяет в себе все критерии, необходимые при планировании операции у пациентов с осевыми деформациями нижних конечностей на фоне системных дисплазий скелета.
Таким образом, предложенный нами алгоритм позволяет стандартизировать выбор тактики хирургического лечения пациентов с данной патологией с учетом возраста пациентов, характера и степени выраженности деформации.