Neuro-microcirculatory interrelationships in patients with kyphoscoliosis associated with neurological deficits

Full Text

Введение

Естественное течение деформаций позвоночника таких, как кифоз и сколиоз, может приводить к стенозу позвоночного канала и в дальнейшем к компрессии сосудисто-нервных структур, в том числе спинного мозга. Методы визуализации, связанные с лучевой клинико-анатомической диагностикой [2], не дают количественных характеристик степени поражения и восстановления функции спинного мозга, а значит, оценки динамики неврологического статуса. В тоже время при стенозе может меняться весь функциональный спектр диагностических неврологических параметров – как состояния миелинизированных волокон типа А, так и тонких немиелинизированных С волокон. Миелинизированные структуры связаны с выполнением специфических функций – движений и преимущественно глубокой чувствительности. Немиелинизированные симпатические и тонкие сенсорные волокна участвуют в реализации процессов адаптации, трофики, формировании программ пато- и саногенеза, болевых систем.  Симпатическая активность сопутствует дистрофическим процессам, а реализация восстановительных процессов, саногенеза и выздоровления требует усиления функционального вклада сенсорных пептидергических нервных волокон [6].    Для оценки миелинизированных структур, в том числе  при стенозирующих процессах позвоночника, применяются методы электронейромиографии (ЭНМГ) с определением наиболее диагностически значимых показателей – амплитуды потенциалов действия, параметров моторного и сенсорного ответа, скорости проведения импульса и F-волны [7], а также вызванных потенциалов (соматосенсорных, когнитивных и др.) [5]. Однако состояние тонких немиелинизированных и маломиелинизированных волокон практически не изучено; это связано в том числе с тем, что из-за низкой скорости проведения они не доступны для традиционного ЭНМГ-исследования. Тонкие волокна в конечностях представлены симпатическими вегетативными постганглионарными С-волокнами (вазомоторными, в меньшем количестве потовыделительными и др.) и сенсорными А-дельта и С-волокнами болевой и температурной чувствительности (сенсорная функция, а также собственно трофическая функция, связанная с секрецией нейропептидов). Парасимпатическая иннервация практически отсутствует в тканях конечностей. В вертебрологии имеются единичные работы, исследующие функцию тонких нервных волокон. Например, с помощью метода термографии показана диагностическая роль сомато-симпатического рефлекса при дископатиях поясничного отдела позвоночника [10].

Лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ) со спектральным вейвлет-анализом колебаний кровотока является неинвазивным методом оценки микроциркуляции, который получил широкое распространение [1, 3, 4, 6, 9]. В амплитудно-частотном вейвлет-спектре ЛДФ записей микрогемоциркуляторных сигналов выявлено несколько характерных частотных интервалов в диапазоне от 0,005 до 2 Гц, каждый из которых связан со специфическим физиологическим воздействием, модулирующим состояние микроциркуляции кожи. Это обеспечивает уникальные возможности для неинвазивной оценки регуляции микроциркуляторно-тканевых систем. Среди них выделяют активные тонус-формирующие влияния (эндотелиальные, нейрогенные, миогенные) и пассивные, обусловленные изменением давления в микрососудах (кардиальные и дыхательные венулярные) [6, 8]. Благодаря тому, что тонус-формирующие диапазоны 0,02-0,046Гц и 0,047-0,069 Гц связаны, соответственно, с симпатическими вазомоторными адренергическими и сенсорными пептидергическими влияниями на микрососуды, имеется возможность неинвазивной диагностики функционального состояния вазомоторной симпатической и сенсорной пептидергической иннервации [6, 8]. Впервые эта методика предложена в 2004 году [8]. При анализе спектра колебаний перфузии микрососудов учитывают, что симпатические адренергические влияния и сопутствующие им ангиоспастические проявления являются эрготропными, а сенсорные пептидергические, миогенные и эндотелиальные влияния – трофотропными. Доминирование эрготропных факторов связано с дегенеративно-дистрофическими процессами, а преобладание трофотропных компонентов регуляции микроциркуляторно-тканевых систем сопутствует регенерации и восстановительным процессам [6].

Известно, что микроциркуляторно-тканевые системы одними из первых реагируют на начало саногенеза, в связи с чем использование показателей ЛДФ с вейвлет-анализом колебаний кровотока до и после операций на позвоночнике перспективно для раннего выявления вектора функциональной динамики  [6, 9]. Целью работы явилось исследование особенностей нейро-микроциркуляторных взаимосвязей у пациентов с кифосколиозом, ассоциированным с неврологическим дефицитом, до и после оперативного лечения.

Материалы и методы

В НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова были обследованы с использованием метода ЛДФ и прооперированы 20 пациентов с деформациями позвоночника, ассоциированными с неврологическим дефицитом различной степени выраженности.

Из них 17 пациентов до 18 лет (13,9 ± 2,6 лет), взрослые – 3 пациента. В группе детского возраста: 10 случаев с идиопатическим кифосколиозом 4 ст. с неврологическим статусом Frankel C (7 пациента) и D (3 пациента); 7 пациентов с кифозом грудопоясничного отдела позвоночника, развившимся на фоне гипоплазии тел Th12-L1 позвонков. У данной группы пациентов присутствовал стеноз позвоночного канала 54,1 % ± 19,1 %, оцениваемый по данным КТ-миелографии вершины деформации в сагиттальной плоскости. Пациенты взрослого возраста наблюдались с кифотической деформацией грудного и грудопоясничного отдела позвоночника. По данным обследований выявлен стеноз позвоночного канала 53,3% ± 16,4. В неврологическом статусе - Frankel C (2 пациента) и Frankel D.

Инструментальная коррекция и фиксация деформации без прямой декомпрессии позвоночного канала проведена у 7 пациентов. Двухэтапное оперативное лечение проведено у 10 пациентов в объеме дорсальной стабилизации деформации позвоночника и передней декомпрессии позвоночного канала. Заднебоковая декомпрессия позвоночного канала выполнена у 3 пациентов.

Обследование пациентов проводилось до операции, через 1-2 недели после операции после регресса острого послеоперационного болевого синдрома, через 3-6 месяцев, 6-12 месяцев, более года после операции. Объем исследования включал в себя: общий осмотр с подробной оценкой неврологического статуса, лучевую диагностику (постуральные рентгенограммы позвоночника, КТ и МРТ позвоночника с оценкой стеноза позвоночного канала). Пациентам с грубыми кифосколиотическими деформациями проводилась КТ-миелография с последующим проектированием индивидуальных полноразмерных 3D моделей позвоночника и миелорадикулярных структур из пластика.  На всех сроках обследования была проведена ЛДФ с вейвлет-анализом (Рис. 1,2 и 3).

Исследование перфузии с определением среднего показателя микроциркуляции (М, в перфузионных единицах, п.е.) проводилось на уровне подушечки  дистальной фаланги большого пальца стопы с использованием двухканального аппарата ЛАКК-02 с полупроводниковым лазером (зондирование в красном КР и инфракрасном ИК-каналах) [6, 9]. Полученные результаты ЛДФ обрабатывались методом спектрального амплитудно-частотного вейвлет-анализа для характеристики факторов регуляции микроциркуляции в диапазонах симпатической адренергической регуляции (0,02-0,046 Гц), сенсорных пептидергических влияний (0,047-0,069 Гц), миогенных осцилляций (0,07-0,145 Гц). Определялась нормированная по среднеквадратичному отклонению (σ) максимальная средняя амплитуда осцилляций в каждом из диапазонов по формуле А/σ, где А – величина амплитуды в п.е. согласно ранее описанной методике [6, 9]. (Рис. 1,2 и 3).

Статистическую обработку проводили с помощью программы “Biostat 4.03”, для сравнения двух выборок использовали критерий Манна– Уитни. Количественные данные представлялись как среднее значение ± стандартное отклонение.

Результаты

После проведенного оперативного лечения у пациентов после операции относительная величина стеноза позвоночного канала составила 27,5 % ± 14,7 % (до операции 54,1 % ± 19,1 %).  В динамике у 8 пациентов с неврологическим статусом Frankel С – в виде нижнего смешанного глубокого парапареза, выявлена положительная динамика до Frankel D. Из 12 пациентов с дооперационным неврологическим статусом Frankel D, у 7 пациентов динамики неврологического дефицита не выявлено; у 5 пациентов отмечался регресс неврологических расстройств до Frankel E. Результаты хирургического лечения пациентов расценены как хорошие. У 13 пациентов (65%) выявлен регресс неврологического дефицита в период наблюдения 3-6 месяцев после операции. Дельта коррекции деформации у данной группы пациентов составила 29,3 % ± 12,1 %.

Результаты исследования методом ЛДФ представлены на гистограмме 1 и в таблице 1.

Гистограмма 1. Частота представленности (в %) активности симпатической адренергической (Н) и сенсорной пептидергической (СП) регуляции микрососудов в вейвлет-спектре колебаний кровотока.

Таблица 1.  Показатели ЛДФ до и после оперативного лечения.

Интервал обследования	Ан./σ КР	Ан./σ ИК	Асп./σ КР	Асп./σ ИК	Ам./σ КР	Ам./σ ИК	М, п.е. КР	М, п.е. ИК
До операции	0,45± 0,12	0,53±0,11	___	0,38±0,08	0,38±0,04	0,24±0,03	1,1±0,07	11,7±1,1
1-2 недели после операции	0,4±0,2	0,64±0,04*	0,57±0,12*	0,53±0,05*	0,41±0,09	0,3±0,08	2,3±0,05*	10±1,5
3-6 месяцев после операции	0,6±0,1	0,65±0,06*	0,41±0,08*	0,54±0,04*	0,39±0,07	0,19±0,1	2,34±0,04*	13±1,4
6-12 месяцев после операции	0,37±0,07*	0,44±0,06*	0,47±0,11*	0,43±0,04*	0,43±0,03*	0,28±0,05	5,4±0,09*	13±2,3
Более 1 года после операции	0,45±0,15	0,5±0,12	0,32±0,07*	0,54±0,12*	0,35±0,1	0,34±0,04*	7,2±1,1*	18,7±1,5*
Контроль (n=20)	0,4±0,09	0,48±0,1	0,27±0,1	0,29±0,1	0,45±0,07	0,4±0,03	5,1±0,09	11,8±1,3

* р <0,05 для данных в динамике после операции по сравнению с результатами до операции.

Примеры записи вейвлет-спектра колебаний кровотока представлены на рисунках 1 -3.

   

Рис.1. Пример записи вейвлет-спектра колебаний кровотока по данным ЛДФ до операции. По горизонтали частотные диапазоны в Гц- э (эндотелиальные), н (нейрогенные), м (миогенные), д (дыхательные венулярные), с (сердечные).  По вертикали амплитуда колебаний кровотока в перфузионных единицах. Красная стрелка – активация осцилляций в диапазоне симпатической адренергической регуляции микрососудов в ИК канале. Сенсорная пептидергическая активность не зарегистрирована.

 

Рис.2. Пример записи вейвлет-спектра колебаний кровотока по данным ЛДФ через 8 месяцев после операции. По горизонтали частотные диапазоны в Гц- э (эндотелиальные), н (нейрогенные), м (миогенные), д (дыхательные венулярные), с (сердечные).  По вертикали амплитуда колебаний кровотока в перфузионных единицах. Красная стрелка – отсутствие симпатической адренергической активности в ИК канале и выраженное ее снижение в КР канале записи. Синяя стрелка – выраженная активность сенсорной пептидергической регуляции в ИК канале записи.

 

 Рис.3 Пример записи вейвлет-спектра колебаний кровотока по данным ЛДФ через 1,5 года после операции. По горизонтали частотные диапазоны в Гц- э (эндотелиальные), н (нейрогенные), м (миогенные), д (дыхательные венулярные), с (сердечные).  По вертикали амплитуда колебаний кровотока в перфузионных единицах. Красная стрелка – отсутствие симпатической адренергической активности в КР и ИК каналах записи. Синяя стрелка – активация сенсорной пептидергической  регуляции в ИК канале записи. Двойная синяя стрелка – синхронизация по частоте миогенной активности в КР и ИК каналах.  

 

Как следует из представленных данных, в процессе послеоперационного восстановления отмечалась отчетливая динамика функционального состояния тонких нервных волокон (гистограмма 1). В условиях физиологического покоя у здоровых лиц (контрольная группа) преобладала представленность симпатической адренергической регуляции, тогда как трофотропная сенсорная пептидергическая активность обнаруживалась в вейвлет-спектре не более чем в 30% случаев. У пациентов в дооперационном периоде это распределение сохранялось, но в прекапиллярных микрососудах (записи КР канала) сенсорная пептидергическая регуляция не была выявлена в вейвлет-спектре. После операции отмечалась прогрессирующая в динамике смена вектора нервного контроля микроцирокуляторно-тканевых систем - отчетливое возрастание вклада трофотропной сенсорной пептидергической иннервации на фоне снижения представленности эрготропного симпатического адренергического канала регуляции. Наибольший трофотропный вклад наблюдался во временной промежуток 6-12 месяцев после операции, что позволяет расценивать его как наиболее активный восстановительный период.

Интерес представляют количественные показатели состояния микроциркуляции и ее регуляции (таблица 1). Для дооперационного периода были характерны низкие величины перфузии (М, п.е.) микрососудистого русла в КР канале записи, отражающем преимущественно нутритивный кровоток; отсутствие трофотропных сенсорных пептидергических осцилляций в этом же канале записи; относительно низкие значения амплитуд миогенных колебаний кровотока, связанных с капиллярной перфузией. После операции выявлялась положительная динамика микрососудистых показателей. Значительный прирост демонстрировала величина М, особенно в КР канале записи. Возрастала и поддерживалась активность сенсорных пептидергических нервных волокон, начиная с раннего послеоперационного периода. Симпатическая адренергическая активность достоверно снижалась в период 6-12 месяцев после операции.   

Обсуждение

В работе для оценки тонких немиелинизированных нервных волокон использовался метод лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ). ЛДФ широко применяется в современной фундаментальной и клинической медицине для оценки микроциркуляторно-тканевых систем. Например, только одна информационная база PubMed насчитывает около 12000 публикаций по этой тематике в самых разных областях медицины. Преимуществами метода являются неинвазивность, абсолютная безвредность исследований, возможность неограниченного контроля в динамике, а для российских приборов серии ЛАКК  - еще и компьютерный количественный анализ записей с применением спектрального вейвлет-анализа колебаний кровотока. Количественный подход позволяет оценить факторы регуляции микроциркуляции, в том числе функциональное состояние участвующих в иннервации микрососудов тонких немиелинизированных нервных волокон – вазомоторных симпатических и сенсорных пептидергических. Это особенно ценно для травматологии и ортопедии, т.к. результаты ЛДФ характеризуют не только чисто сосудистый компонент трофики тканей, реализуемый на уровне микроциркуляции, но и состояние нервного компонента трофики, осуществляемого посредством тонких нервных волокон [6, 9].  Подобная возможность приобретает еще большую значимость в настоящее время в связи с тем, что нейрофизиологическая диагностика в травматологии и ортопедии, в том числе в вертебрологии, основана на электрофизиологическом подходе с оценкой проводимости по миелинизированным нервным волокнам. Однако этот подход не эффективен для диагностики немиелинизированной иннервации.   

Выбор в качестве зоны регистрации ЛДФ кожи подошвенной поверхности большого пальца стопы был обусловлен высокой плотностью немиелинизированных волокон, в том числе периваскулярно, в коже   подошвенных   и ладонных поверхностей у человека [9].

Согласно полученным результатам нарастание вклада трофотропной сенсорной пептидергической регуляции начинает увеличиваться, начиная с 3-6 месяцев после операции, достигает максимума в сроки 6-12 месяцев и несколько снижается, но сохраняется через год и более после хирургического вмешательства. На этом фоне на всех этапах сохраняется участие эрготропного канала регуляции, связанного с симпатическими волокнами, однако их вклад в контроль микроциркуляторно-тканевых систем отчетливо снижался, начиная с 6 месяцев после операции, достигая минимума в период 6-12 месяцев.

Среди количественных параметров микроциркуляции отчетливое прогрессирование в динамике после операции демонстрировала величина средней перфузии М. В количественном выражении для случаев представленности в вейвлет-спектре активность трофотропного  сенсорного пептидергического канала регуляции  (величины нормированных амплитуд колебаний кровотока соответствующего генеза) достоверно возрастала после операции, а эрготропного симпатического канала (величины амплитуд осцилляций симпатического адренергического генеза) достоверно снижалась только в сроки 6-12 месяцев после операции.

В целом, полученные данные свидетельствуют о достоверном участии тонких нервных волокон в восстановительных процессах после декомпрессивных операций в зоне позвоночного канала и создания анатомических условий для нейрофизиологической репарации на уровне спинного мозга.

Заключение

Использование метода ЛДФ со спектральным вейвлет-анализом колебаний кровотока позволяет объективизировать динамику состояния тонких немиелинизированных нервных волокон и восстановительных процессов у пациентов с кифосколиотическими деформациями позвоночника, ассоциированными с компрессией спинного мозга. После операции возрастала и поддерживалась активность трофотропных сенсорных пептидергических нервных волокон, величины перфузии микроциркуляторного русла, начиная с раннего послеоперационного периода. Эрготропная симпатическая адренергическая активность достоверно снижалась в период 6-12 месяцев после операции. Максимальная мобилизация трофотропных нейрогенных механизмов саногенеза отмечалась в период 6-12 месяцев после операции.   

About the authors

Anton G. Nazarenko

Priorov National Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics

Email: nazarenkoag@cito-priorov.ru
ORCID iD: 0000-0003-1314-2887
SPIN-code: 1402-5186

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor of the RAS

Russian Federation, Moscow

Alexander I. Krupatkin

Priorov National Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics

Email: krup.61@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5582-5200
SPIN-code: 3671-5540

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Neurologist

Russian Federation, Moscow

Alexander A. Kuleshov

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: cito-spine@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9526-8274
SPIN-code: 7052-0220

PhD

Russian Federation, 10 Priorova str., Moscow, 127299

Igor M. Militsa

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова. ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова» Минздрава России

Author for correspondence.
Email: igor.milica@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-9832-316X
Russian Federation

Marchel S. Vetrile

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: vetrilams@cito-priorov.ru
ORCID iD: 0000-0001-6689-5220
SPIN-code: 9690-5117

traumatologist-orthopedist

Russian Federation, 10 Priorova str., Moscow, 127299

Igor N. Lisyansky

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: lisigornik@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-2479-4381
SPIN-code: 9845-1251

traumatologist-orthopedist

Russian Federation, 10 Priorova str., Moscow, 127299

Sergey N. Makarov

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: moscow.makarov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0406-1997
SPIN-code: 2767-2429

PhD, traumatologist-orthopedist

Russian Federation, 10 Priorova str., Moscow, 127299

References

Supplementary files