Биоритмы обменных процессов в костной ткани и диагностическая ценность двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии
- Авторы: Корнилов Н.В.1, Аврунин А.С.1, Синюкова И.В.1, Каземирский В.Е.1
-
Учреждения:
- Российский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
- Выпуск: Том 6, № 4 (1999)
- Страницы: 52-56
- Раздел: Оригинальные исследования
- Статья получена: 19.03.2022
- Статья одобрена: 19.03.2022
- Статья опубликована: 15.11.1999
- URL: https://journals.eco-vector.com/0869-8678/article/view/105132
- DOI: https://doi.org/10.17816/vto105132
- ID: 105132
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Методом двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии обследовано 52 пациента с диспластическим коксартрозом в возрасте от 14 до 23 лет. Выявлен колебательный характер изменения минеральной плотности костной ткани. Проведенный на основании экспериментальных данных вычислительный эксперимент показал, что совпадение направления тренда, полученного путем случайной выборки, с истинной тенденцией, выявленной посредством аппроксимации всего динамического ряда, составило при двукратном исследовании только 58%, при трехкратном — 63% и при пятикратном — 69%. Следовательно, для точной диагностики обменных нарушений в кости и объективного контроля за эффективностью лечения даже пятикратные исследования оказываются недостаточными, их требуется значительно больше.
Полный текст
Для диагностики сдвигов в структуре костной ткани и индивидуального контроля за их динамикой в процессе лечения широко используется двойная фотонная рентгеновская абсорбциометрия. Однако при оценке результатов исследования не учитывается колебательный характер изменения минеральной плотности костной ткани, который может оказать существенное влияние на точность диагностики [1-4, 7, 8].
Целью данной работы было определить диагностическую ценность метода двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии с учетом колебательного характера изменений минеральной плотности костной ткани.
Материал и методы. Обследовано 52 пациента (33 мужского, 19 женского пола) с диспластическим коксартрозом в возрасте от 14 до 23 лет. Больные наблюдались не менее 1 года. Оценку минеральной плотности костной ткани L2-4 позвонков и шеек бедренных костей проводили в динамике от 2 до 6 раз методом двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии на денситометре SOPHOS L—XRA фирмы «Sopha medical».
Экспериментальная часть работы представлена результатами исследований на 179 белых беспородных крысах-самцах массой 180- 220 г с единичной остеотомией правого бедра в средней трети. Операцию выполняли под наркозом (3 мл 1% гексанала внутрибрюшинно). Отломки фиксировали интрамедуллярно металлическим стержнем. Методика операции описана ранее [1]. Всем животным проводили рентгенографию правой большеберцовой кости в стандартной боковой проекции однократно до операции, а затем после нее по скользящему графику таким образом, чтобы получить динамический ряд ежедневных наблюдений в течение 2 мес. Минеральную плотность кортикального слоя интактной правой большеберцовой кости в средней трети определяли методом рентгенографической денситометрии на микрофотометре МФ-4. Результаты стандартизировали по 10-ступенчатому металлическому клину, изображение которого имелось на каждой рентгенограмме, и пересчитывали как удельную оптическую плотность[1]. В связи с тем что изображение на рентгенограмме негативное, результаты измерений преобразовывали по формуле:
где хп — удельная оптическая плотность в n-й день, хо — удельная оптическая плотность до операции.
Рассчитанные по этой формуле результаты были аппроксимированы сглаживающим полиномиальным сплайном четвертого порядка (параметры модели — 0,7; уровень значимости P<0,05), а прямолинейный тренд получен методом наименьших квадратов (уровень значимости P<0,05).
Результаты и обсуждение. При определении диагностической ценности метода двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии мы исходили из следующего:
- изменение минеральной плотности костной ткани протекает в колебательном режиме, причем период колебаний имеет околонедельную или кратную ей длину волны [1—5, 7, 8];
- чувствительность метода достаточна, чтобы уловить эти колебания [6].
На этом основании мы предположили, что:
- величина изменения минеральной плотности при повторном исследовании существенно (P>0,05) не зависит от длительности временного интервала между исследованиями;
- в связи с колебательным характером изменения минеральной плотности костной ткани увеличение и уменьшение этого показателя при повторном исследовании происходит с одинаковой частотой.
Для проверки правильности сформулированных предположений были выделены все возможные варианты парного обследования больных с диспластическим коксартрозом (сроки между первым и повторным исследованием составляли от 4 до 39 сут). Установлено, что независимо от длительности интервала минеральная плотность меняется в среднем на 2- 4%, максимально на 19,6% (рис. 1, табл. 1). Как мы и предполагали, в половине случаев было найдено уменьшение исследуемого показателя, а в другой половине — его увеличение (см. табл. 1). Еще одним подтверждением колебательного характера изменения уровня минерализации костной ткани являются результаты многократного обследования пациентов в динамике (табл. 2).
Таким образом, можно утверждать, что изменение минеральной плотности имеет колебательный характер, что соответствует общепринятым представлениям о структуре пространственно-временной организации функции в организме[2], и чувствительность метода двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии достаточна, чтобы уловить эти колебания. В результате может возникнуть неконтролируемая ошибка, ведущая к неадекватной терапии и к неправильной оценке эффективности лечения. Следствием этого могут явиться осложнения, связанные с высокой биологической активностью ряда медикаментозных препаратов (например гормонсодержащих лекарств).
Экспериментальные исследования (рис. 2) показали, что минеральная плотность интактной большеберцовой кости меняется в колебательном режиме с периодом Тср=3,7 сут (σ=1,4; Тmах=7 сут; Tmin=2 сут) и амплитудой Аср=14,7% (σ=6,2; Аmax=33%; Аmin=8%).
Рассмотрим на этой математической модели колебательного процесса, каким образом формируется ошибка в зависимости от длительности временного интервала при двукратном исследовании. При повторном определении минеральной плотности через 12 сут (по отношению к дооперационному) мы выявим ее снижение на 6,8%, через 18 сут — увеличение на 9,5%, через 28 сут — снижение на 9,0%, через 31 сут — увеличение на 9,1% и т.д. (см. рис. 2). В то же время истинная динамика (основная тенденция процесса) по тренду характеризуется снижением в эти же сроки на 1,7, 2,6, 4,5% соответственно.
В связи с представленными результатами клинических и экспериментальных исследований возникает вопрос: какое минимальное число исследований в динамике необходимо про-
Рис. 1. Средняя разница (по модулю) между показателями первого и второго исследования минеральной плотности костной ткани у пациентов с диспластическим коксартрозом при различной длительности временного интервала между исследованиями.
По вертикали — разница между показателями (в % к исходной величине), по горизонтали — длительность временного интервала между первым и вторым исследованием (в сут).
А, Б, Е, 3, К — женщины; В, Г, Д, Ж, И — мужчины: А, В — шейка левой, Б, Г — шейка правой бедренной кости; Д, Е — L2 позвонок, Ж, 3 — L3 позвонок, И, К — L4 позвонок.
вести, чтобы определить с высокой степенью достоверности основную тенденцию процесса и минимизировать влияние колебаний показателя? Ответ на него дает вычислительный эксперимент, для чего весь динамический ряд (результаты ежедневных двухмесячных наблюдений) был аппроксимирован полиномом второго порядка:
y(t)=y0 + vt, где y(t) — значение показателя в момент времени t; уо — начальная величина показателя; ѵ — скорость его изменения.
Таблица 1
Разница в показателях минеральной плотности костной ткани при двукратном исследовании
Зона исследования | п | Разница, % | Снижение — показателя, % больных | |||
М | σ | max | min | |||
Мужчины | ||||||
Позвонок L2 | 152 | 2,1 | 2,2 | 11,2 | 0,0 | 42,8 |
Позвонок L3 | 150 | 2,0 | 2,2 | 11,2 | 0,0 | 46,0 |
Позвонок L4 | 149 | 2,3 | 2,7 | 10,9 | 0,0 | 45,0 |
Шейка левой бедренной кости | 142 | 4,0 | 3,8 | 19,6 | 0,0 | 42,3 |
Шейка правой бедренной кости | 138 | 3,3 | 2,6 | 11,4 | 0,1 | 51,4 |
Женщины | ||||||
Позвонок L2 | 88 | 2,8 | 2,7 | 13,4 | 0,0 | 40,9 |
Позвонок L3 | 89 | 2,7 | 2,1 | 11,6 | 0,0 | 40,4 |
Позвонок L4 | 89 | 2,8 | 2,2 | 8,2 | 0,0 | 49,4 |
Шейка левой бедренной кости | 83 | 4,0 | 3,5 | 14,1 | 0,0 | 47,0 |
Шейка правой бедренной кости | 80 | 1,5 | 2,2 | 8,9 | 0,0 | 48,8 |
Таблица 2
Результаты 5-кратного исследования минеральной плотности костной ткани у больного К.
Исследования в динамике | Разница, % | |||||
вариант | интервал, сут | шейка левой бедренной кости | шейка правой бедренной кости | позвонок L2 | позвонок L3 | позвонок L4 |
1-2-е | 7 | -3,70 | -1,10 | 0,22 | 1,89 | -0,40 |
1-3-е | 14 | -4,20 | -2,80 | 1,88 | -0,21 | -1,30 |
1-4-е | 26 | 3,90 | -1,40 | -1,66 | 1,68 | 0,00 |
1-5-е | 33 | -2,40 | -3,20 | 0,22 | 3,25 | 1,20 |
2-3-е | 7 | -0,50 | -1,70 | 1,66 | -2,06 | -0,91 |
2-4-е | 19 | 7,60 | -0,30 | -1,88 | 0,21 | 0,40 |
2-5-е | 26 | 1,30 | -2,10 | 0,00 | 1,34 | 1,61 |
3-4-е | 12 | 8,10 | 1,40 | -3,48 | 1,89 | 1,32 |
3-5-е | 19 | 1,80 | -0,40 | 1,63 | 3,47 | 2,54 |
4-5-е | 7 | -6,30 | -1,80 | 1,91 | 1,55 | 1,20 |
Рис. 2. Динамика минеральной плотности интактной правой большеберцовой кости крыс при остеотомии правой бедренной кости.
По оси абсцисс — время от момента операции (в сут), по оси ординат — минеральная плотность кости (в % к дооперационному уровню); а — тренд (аппроксимация полиномом второго порядка), б — сглаживающий сплайн (параметры математической модели Р=0,7), в — полуширина доверительной полосы (1,96 о).
Это позволило выявить истинную тенденцию изменения минеральной плотности костной ткани в исследуемой зоне. Затем аналогичная аппроксимация была проведена по случайным выборкам, содержавшим от 2 до 55 результатов исследования. Случайную выборку для каждого из этих вариантов воспроизводили 100 000 раз (табл. 3)
Таблица 3
Частота совпадений направления тренда минеральной плотности костной ткани, рассчитанной по случайной выборке, с основной тенденцией этого показателя, выявленной по данным всего динамического ряда
Объем случайной выборки | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 |
Частота совпадений, % | 69 | 80 | 87 | 92 | 96 | 98 | 99 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Совпадение направления тренда, полученного путем случайной выборки, с истинной тенденцией, выявленной посредством аппроксимации всего динамического ряда, составляло при двукратном исследовании только 58%, при трехкратном — 63% и при пятикратном — 69%. Исходя из этого, для точной диагностики обменных нарушений в кости и объективного контроля за эффективностью лечения даже пятикратные исследования оказываются недостаточными, их требуется значительно больше.
Заключение
Представленные данные позволяют утверждать, что недостаточное внимание при разработке алгоритмов лабораторной диагностики к колебательному характеру изменения величины параметров организма (в частности, характеризующих обменные процессы в костной ткани) приводит к снижению ценности используемых методов. Высокая вероятность неправильной оценки эффективности лечения предполагает аналогичную вероятность неадекватного изменения терапии, что может вызвать негативные последствия при использовании медикаментозных средств, обладающих высокой биологической активностью.
[1] Удельную оптическую плотность определяли делением оптической плотности на толщину кортикального слоя.
[2] Сущность понятия пространственно-временной организации функций связана с тем, что все элементы организма разделены пространственно, соответственно чему дифференцированы и их функции. При этом их взаимодействие меняется во времени. Таким образом, рассматриваемое понятие включает в себя законы, обеспечивающие не только целостность организма, но и изменение характера межфункциональных связей во времени.
Об авторах
Н. В. Корнилов
Российский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
Автор, ответственный за переписку.
Email: info@eco-vector.com
Россия, Санкт-Петербург
А. С. Аврунин
Российский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
Email: info@eco-vector.com
Россия, Санкт-Петербург
И. В. Синюкова
Российский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
Email: info@eco-vector.com
Россия, Санкт-Петербург
В. Е. Каземирский
Российский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
Email: info@eco-vector.com
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Аврунин А.С. Механизм развития адаптационного ответа организма на нарушение целостности костей и пути превентивной профилактики послеоперационных осложнений: Автореф. дис.... д-ра мед. наук. — Самара, 1998.
- Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Смирнов А.М. //Травматол. ортопед. России. — 1994. — N 2. — С. 111-121.
- Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Суханов А.В. //Травматол. ортопед. России. — 1995. — N 4. — С. 46-52.
- Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Суханов А.В., Емельянов В.Г. Формирование остеопоротических сдвигов в структуре костной ткани (костные органы, структура костной ткани и ее ремоделирование, концепция патогенеза остеопороза, его диагностики и лечения). — СПб., 1998.
- Комаров Ф.И., Романов Ю.А., Моисеева Н.И. //Хронобиология и хрономедицина. — М., 1989. — С. 5-17.
- Насонов Е.Л., Скритникова В.А., Насонова В.А. Проблема остеопороза в травматологии. — М., 1997.
- Паршин В.А. Изолированная и множественная травма. Хронобиологические характеристики асимметрии адаптивной реакции: Автореф. дис.... канд. мед. наук. — СПб., 1998.
- Суханов А.В. Хронобиологические характеристики метаболизма костной ткани интактных и поврежденных костей (экспериментальное исследование): Автореф. дис.... канд. мед. наук. — СПб., 1998.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)