Лучевая диагностика дисбарогенных изменений костей скелета у водолазного состава Военно-морского флота

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

В связи с расширением военно-политических и экономических интересов Российской Федерации продолжается активное освоение акватории Мирового океана, что требует значительного увеличения количества водолазных спусков, в том числе глубоководных.

Для выполнения подводных работ на больших глубинах и при экспозиции на грунте более 2 ч проводятся водолазные спуски методом длительного пребывания под повышенным давлением, так как они существенно эффективнее, чем кратковременные. Согласно показателю полезного времени работы, спуски этим методом опережают кратковременные в 10 раз на глубине 100 м, в 30 — на глубине 150 и в несколько сотен раз на глубинах более 300 м. На больших глубинах такие спуски являются практически единственной возможностью проведения водолазных работ. Во время таких спусков акванавты живут при давлении газовой среды, соответствующем заданной глубине, и выполняют работы на грунте до 4 ч в день, при этом для отдыха они возвращаются в барокамеру, а декомпрессия осуществляется однократно по окончании спуска. Продолжительность таких спусков может составлять 1 мес и более [1].

Организм водолаза во время осуществления спуска испытывает неблагоприятное воздействие факторов гипербарической среды: высокое гидростатическое и атмосферное давление, повышенные парциальные давления кислорода и индифферентных газов, плотность и вязкость дыхательных смесей, колебания температуры и влажности, активация условно патогенной микрофлоры и др. При регулярных глубоководных спусках и спусках методом длительного пребывания под повышенным давлением факторы гипербарической среды способствуют формированию в органах и системах необратимых патологических изменений. Таким образом, у водолазов наблюдаются специфические поражения органов и систем, связанные с их профессиональной деятельностью, не характерные для естественных возрастных изменений. К системам, наиболее подверженным действию факторов гипербарической среды, относится опорно-двигательный аппарат. По данным литературных источников, костно-суставная боль — одна из наиболее распространенных жалоб у водолазов-глубоководников и акванавтов после завершения профессиональной деятельности. Различными методами лучевой диагностики у них были выявлены множественные скрытые и прогрессирующие костно-суставные дефекты в виде участков разрежения и уплотнения трабекулярной структуры в плечевых, бедренных и большеберцовых костях и прилежащих крупных суставах [2, 3].

Во время ежегодных медицинских освидетельствований водолазов применяемые рентгенологические методы диагностики не всегда способны выявить дисбарогенные изменения в костях скелета. В связи с вышеуказанным и отсутствием специфичности в клинических проявлениях данной патологии можно предположить, что частота ее встречаемости у водолазов на текущий момент точно не установлена.

Цель — на основании литературных данных сравнить клинико-морфологические и патогенетические аспекты развития дисбарогенных изменений костей скелета, а также оценить возможности современных методов лучевой диагностики по их выявлению.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В научном обзоре проанализированы и использованы данные, опубликованные в открытых отечественных и зарубежных литературных источниках.

ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящее время патогенез дисбарогенных изменений в костях, в том числе наихудшего варианта в виде дисбарического остеонекроза, до конца не изучен, но большинство авторов к основному патогенетическому фактору относят декомпрессионное газообразование (ДГ) в организме водолаза. По имеющимся литературным данным, ДГ приводит к газовой эмболизации пузырьками азота внутрикостных кровеносных сосудов и появлению зон ишемии костной ткани. Также в результате повреждения пузырьками свободного газа клеток эндотелия сосудов развивается их воспаление, происходит активация процессов гиперкоагуляции с тромбозом внутрикостных сосудов и формированием в последующем новых очагов костной ишемии [4, 5].

Кроме этого, ряд авторов отмечают, что пузырьки свободного газа, образующиеся внутри костного мозга, приводят к его механическому повреждению и развитию отека. Формирующаяся при этом компрессия синусоидальной системы способствует развитию венозного стаза, повышению периферического сосудистого сопротивления и в конечном итоге приводит к усилению отека, что еще больше увеличивает внутрикостное давление, вызывая «компартмент-синдром». Таким образом замыкается порочный круг и усиливается ишемия. Также в результате повреждения пузырьками свободного газа адипоцитов кости может развиться жировая эмболия внутрикостных сосудов [6, 7].

В некоторых исследованиях было продемонстрировано, что ДГ оказывает существенное влияние на механизмы свертывания крови. В процессе проведения научных экспериментов у обследуемых лиц были выявлены повышение вязкости крови и сокращение времени свертывания, а также образование фибриновых сгустков при развитии аэроэмболии. В постдекомпрессионный период также отмечаются повышенная активность тромбина, сниженный уровень тромбопластина и увеличение тромбинового времени. На основании результатов научных исследований, проведенных отечественными и зарубежными специалистами, была доказана возможность профилактики и лечения декомпрессионной болезни при помощи антикоагулянтов [8, 9].

По одной из гипотез, регулярное воздействие на организм декомпрессионного газообразования при профессиональной деятельности водолазов может запускать процессы, аналогичные механизму развития синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания. Известно, что при водолазном спуске и в ближайшее время после его окончания происходят изменения, связанные с существенным нарушением гемостаза в организме водолазов. Однако не всегда развитие ДГ сопровождается локальным стазом, а в случае его появления не каждое нарушение микроциркуляции является необратимым [10].

Головки трубчатых костей в основном состоят из губчатого костного вещества, характеризующегося порами разного размера, содержащими участки с различным соотношением воды и жира. По данным научных исследований, проведенных с помощью магнитно-резонансной спектроскопии группой ученых во главе с Tsung-Tai Lin, в губчатой костной ткани молекулы воды существуют в трех различных формах: свободная вода в порах, связанная вода в коллагеновой сети (включая границу раздела коллаген–минерал) и прочно связанная вода в минеральных образованиях кости. Свободная вода более распространена в пограничных зонах, тогда как жир занимает преимущественно центральную зону каждой поры. Взаимодействия между свободными молекулами воды и жиром в норме не существует из-за их раздельного расположения в головках бедренных костей, тогда как при дисбарогенных изменениях вода перераспределяется к центральной зоне пор и взаимодействует с функциональными группами жировой ткани. Зарубежные авторы в своем исследовании предполагают, что боль в тазобедренных суставах у водолазов может возникать на фоне внутрикостной гипертензии, когда кровь под давлением поступает из артерий в расширенные и емкие венозные синусоиды. В дальнейшем это приводит к снижению скорости кровотока, увеличению вязкости крови, а также к венозному застою, тромбозу и, наконец, к развитию венозной ишемии в костной ткани [11].

По результатам исследований H. Bolte можно утверждать, что дисбарический (асептический) остеонекроз как терминальная стадия развития дисбарогенных изменений в костях является одним из профессиональных заболеваний водолазов, которое в перспективе существенно влияет на качество жизни. Частота встречаемости дисбарического остеонекроза в разных странах мира значительно отличается, что предположительно связано не только с различными физическими условиями и использованием небезопасных методов выполнения водолазных спусков, но и с диагностическими возможностями медицины. Наиболее высокие показатели встречаемости были зарегистрированы у японских и турецких профессиональных дайверов (до 71 %). По другим данным, распространенность дисбарического остеонекроза в западных странах составляет от 2 до 5 % у военных водолазов, от 25 до 35 % у кессонных рабочих, от 16 до 55 % у коммерческих дайверов и от 50 до 65 % у дайверов-рыбаков, что в целом коррелирует с другими имеющимися статистическими данными [5, 12].

Боли при дисбарическом остеонекрозе, как и при декомпрессионной болезни, чаще локализуются в тех отделах костно-суставной системы, на которые приходилась наиболее интенсивная физическая нагрузка в период выполнения работ под повышенным давлением [2].

На основании литературных данных было установлено, что дисбарический остеонекроз наиболее часто поражает головку бедренной кости, а также нередко может встречаться в головке плечевой кости и костях, образующих коленный сустав. Кроме этого, дисбарический остеонекроз у глубоководных водолазов характеризуется поражением не только участков костей, находящихся рядом с суставной поверхностью, но и более удаленных участков: проксимальных метафизов и эпиметафизов бедренной, плечевой и большеберцовой костей, а также диафизов длинных трубчатых костей. Поражения диафизов длинных трубчатых костей являются редкими диагностическими находками в связи с незначительными клиническими проявлениями или вовсе бессимптомным течением. Поражения головок костей могут иметь классический вид серповидной полоски под суставным хрящом или быть неправильной округлой или вытянутой формы, окруженной со всех сторон костной тканью. В последующем сформированные очаги субхондрального некроза кости могут способствовать разрывам суставного хряща и в определенных случаях приводить к субхондральным переломам суставных поверхностей костей [5, 13].

При гистологическом исследовании поврежденных участков костей были обнаружены пустые остеоцитарные лакуны, что соответствует остеонекрозу. На ранней стадии остеонекроза было отмечено отсутствие окрашивания ядер клеток костного мозга, а также появление в них больших жиросодержащих образований овальной формы [14].

Несмотря на то, что на сегодняшний день не существует золотого стандарта в лечении дисбарического остеонекроза, некоторые хирургические и консервативные методы лечения доказали свою эффективность на разных стадиях заболевания. Консервативные методы лечения ранних стадий дисбарического остеонекроза включают снижение нагрузки на пораженную конечность при помощи ортопедических устройств, лечебную физкультуру для укрепления мышечно-связочного аппарата и пероральную терапию бисфосфонатами. К основным хирургическим методам относят внутрикостную декомпрессию, которую целесообразно производить на ранних стадиях, а также оперативные вмешательства с применением костных аутотрансплантантов и эндопротезирование поврежденных суставов [15].

По имеющимся в литературе данным, в настоящее время перспективной альтернативой костным ауто- и аллотрансплантатам являются синтетические биорезорбируемые материалы. Благодаря их химическому сходству с составом костной ткани они представляют собой структурные аналоги минерального компонента костного вещества. Особый интерес представляют синтетические биорезорбируемые материалы для замещения костей, изготовленные на основе β-трикальций фосфата, фосфата кальция и кальций-дефицитного гидроксиапатита. Эти материалы отличаются высокой биосовместимостью и специфичностью по отношению к костной ткани, а также обладают высокими прочностными характеристиками после застывания. Кроме того, наличие цементных форм этих материалов обеспечивает отличные условия для их применения и полноценного заполнения образовавшихся в результате остеонекроза костных дефектов. Комбинирование классических методов лечения асептического остеонекроза с последующей пластикой костных дефектов с помощью биорезорбируемых материалов, проводимых на ранних стадиях развития патологического процесса, позволяет эффективно купировать болевой синдром и восстанавливать функцию пораженных суставов [16].

На основании результатов научных исследований отечественных ученых совместное использование замещающих зону очага остеонекроза трансплантатов и обогащенной тромбоцитами плазмы, при проведении органосохраняющих операций представляется эффективным способом отсрочки операции тотального эндопротезирования тазобедренного сустава не только на ранних, но и на более поздних стадиях [17].

Своевременное лечение остеонекроза может способствовать практически полному выздоровлению. При позднем лечении или его отсутствии остеонекроз нередко приводит к внутрисуставным переломам костей, потере функции суставов и неблагоприятному исходу в виде тотального эндопротезирования. Поэтому своевременное выявление остеонекроза имеет большое значение. Для его ранней диагностики исследователями были опробованы разные методы лучевой диагностики: рентгенография, компьютерная рентгеновская томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), однофотонная эмиссионная томография, цифровая субтракционная ангиография и лазерная допплерография [18].

К основным требованиям, предъявляемым к диагностическим методам обнаружения дисбарогенных изменений костей скелета, относятся: получение ранней информации о точной локализации места поражения, его формы и стадии патологического процесса.

В связи с неинвазивностью, простотой и доступностью метод рентгенографического исследования получил наибольшую распространенность в диагностике патологии костно-суставного аппарата. Рентгенография позволяет уточнить структуру кости, выявить очаговые зоны разрежения или уплотнения костной ткани, ее контуры, провести рентгенометрические исследования, определить анатомическое соотношение суставных поверхностей и оценить ширину суставной щели [19].

С помощью рентгенографии на стадии формирования необратимого остеонекроза в субхондральной области эпифиза будет определяться участок повышенной плотности серповидной формы различных размеров, что соответствует развитию остеосклероза. В дальнейшем на рентгенограммах между участком остеонекроза и эпифизом кости будут определяться полоски просветвления (остеопороза) с последующим полным отделением фрагмента от кости и формированием секвестра овальной или дисковидной формы. Кроме этого, поздние стадии остеонекроза характеризуются рентгенологической картиной вдавленных субхондральных переломов с отделением некротизированных фрагментов от кости, а при соответствующей локализации некрозу может подвергаться почти вся суставная поверхность. Стадия исхода рентгенологически характеризуется отсутствием некротического секвестра, изменением формы эпифиза в области участка некроза, наличием остеофитов и субхондрального остеосклероза суставных поверхностей [20].

По сравнению с рентгенографией КТ является более чувствительным методом, обладающим большей информативностью, высоким пространственным разрешением, позволяющим получить более детальные изображения костей и костной патологии. На полученных с помощью КТ изображениях остеонекроз может визуализироваться практически на всех стадиях развития в виде измененных костных трабекул, участков склероза эпифизов костей, субхондральных переломов и деформаций суставных поверхностей. На основании проведенных исследований по сравнению эффективности КТ и МРТ в диагностике остеонекроза отмечается, что в выявлении сформировавшихся структурных изменений в кости КТ оказалась более информативным методом. При этом чувствительность КТ в диагностике ранних проявлений остеонекроза составила всего 38,7 %, что доказывает целесообразность применения этого метода на поздних стадиях патологического процесса [2, 21].

Также многие исследователи отмечают, что метод КТ позволяет выявлять участки субхондральных переломов, которые могут не визуализироваться на МРТ. Кроме того, КТ может использоваться для более детальной оценки эффективности лечения и динамического наблюдения за изменениями в пораженных участках костей [22].

КТ также показала свою эффективность при ранней диагностике декомпрессионной болезни водолазов и дайверов. Так, с помощью этого метода в различных тканях организма, включая интрамедуллярное пространство костей и полости крупных суставов, был обнаружен свободный газ, образовавшийся в результате декомпрессионного газообразования [23, 24].

Недостатком рентгенографии и КТ является длительное «дорентгеновское» течение ранней стадии асептического остеонекроза, при котором рентгенологические изменения обычно отсутствуют, что значительно осложняет диагностику. Только в случае образования обширной зоны костной ишемии в области эпифизов, сопровождающейся выраженной воспалительной реакцией, на рентгенограммах могут определяться полосы разрежения костной ткани, возникающие в результате локального остеопороза [19].

Анализ результатов научных исследований позволяет утверждать, что МРТ обладает большей информативностью в выявлении дисбарогенных изменений костей по сравнению с другими лучевыми методами диагностики и считается золотым стандартом визуализации для ранней стадии остеонекроза. По некоторым данным, частота обнаружения остеонекроза при использовании МРТ составила 97,7 %, а чувствительность диагностики ранней стадии остеонекроза достигла 94,7 % [25].

Исследование, проведенное в Японии группой ученых, включало анализ результатов МРТ и рентгенографии крупных суставов у водолазов. В ходе исследования ученые выявили очаги остеонекроза в проксимальных отделах плечевых и бедренных костей, а также в областях дистального метаэпифиза бедренной кости и проксимального метаэпифиза большеберцовой кости. Отмечено, что проксимальный отдел плечевой кости чаще подвергается поражению у водолазов, погружающихся на большие глубины. В связи с этим авторы считают обязательным регулярное проведение МРТ плечевых суставов для водолазов-глубоководников. Кроме того, в данном исследовании было отмечено, что нередко дисбарогенные ишемические поражения костей имели мультифокальное распределение. В связи с этим пациентам с диагностированным дисбарическим остеонекрозом костей, формирующих плечевые и коленные суставы, рекомендуется проведение МРТ области тазобедренных суставов с целью выявления очагов остеонекроза головок бедренных костей [26].

МРТ, зарекомендовавшая себя как неинвазивный и высокоспецифичный метод лучевой диагностики, при наличии соответствующего анамнеза и клинических проявлений является диагностическим методом выбора в определении зон костной ишемии и участков остеонекроза. Этот метод позволяет уточнить локализацию, размеры и структуру костных дефектов, а также изучить функциональные характеристики и представить результаты в виде трехмерной модели. С помощью МРТ возможно обнаруживать субкортикальные кисты, участки остеосклероза и остеопороза, последствия инфарктов метадиафизов и диафизов, а также отек костного мозга в виде области МР-сигнала низкой интенсивности на Т1-взвешенных изображениях и высокой интенсивности на изображениях в Т2-взвешенных последовательностях [18, 22].

По имеющимся литературным данным определенные последовательности МРТ показали свою эффективность в количественном определении жира и воды в тканях, в том числе костных. Все существующие в МРТ методики по определению количественной информации о водно-жировом составе исследуемой ткани сводятся в конечном итоге к разделению МР-сигналов, идущих от протонов, входящих в состав воды и жира. При воздействии внешнего магнитного поля, протоны, находящиеся в жировой ткани и воде, генерируют МР-сигналы с различными резонансными частотами. Это обусловлено изменениями в возникающих локальных магнитных полях из-за различия в химическом строении молекул. Разница между резонансными частотами МР-сигналов от молекул воды и жира создает фазовый сдвиг между регистрируемыми сигналами этих двух спектральных компонент, который является гармонической функцией времени эха. В методике МРТ, кодированной по химическому сдвигу — Chemical Shift Encoded Magnetic Resonance Imaging, с помощью выборки МР-сигналов с различным временем эхо-сигнала) можно количественно оценить сигналы, исходящие от жира и воды [27].

Группа зарубежных ученых, используя в своих исследованиях количественную МРТ, обнаружила у водолазов с болью в тазобедренных суставах увеличение содержания воды и ненасыщенных липидов, а также снижение общей липидной фракции в головках обоих бедренных костей, при этом другие проявления дисбарического остеонекроза не наблюдались. Выявленное более высокое содержание молекул воды в головке бедра у водолазов с болевым симптомом предполагает прямую связь между болью в тазобедренном суставе и увеличением количества воды в губчатой костной ткани в результате отека. Кроме этого, на фоне указанных изменений учеными было выявлено снижение общего количества жира. Полученные результаты соответствуют патогенетическим аспектам развития ранней дисбарической ишемии, соответственно применение методов количественной МРТ может быть эффективным диагностическим инструментом в раннем выявлении дисбарического остеонекроза и дисбарогенных изменений в костях [11].

В результате научных исследований, выполненных в Военно-медицинской академии, у завершивших свою профессиональную деятельность акванавтов с помощью МРТ были выявлены множественные прогрессирующие, скрытые и клинически значимые костно-суставные дефекты. В связи с этим можно утверждать, что костно-суставное ремоделирование у водолазов-глубоководников продолжается и в период отдаленного последействия глубоководных насыщенных спусков, что требует проведения регулярных обследований данной категории пациентов с помощью МРТ [2].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании анализа литературных данных можно предположить, что в настоящее время отсутствуют полноценные научные исследования о возможностях современных методик лучевой диагностики при выявлении дисбарогенных дегенеративных и некротических изменений костных тканей у специалистов, работа которых связана с пребыванием в условиях повышенного давления окружающей среды, в том числе у действующих водолазов Военно-морского флота. В частности, не разработана общепринятая методика МРТ по выявлению и морфологической оценке дисбарогенных изменений костей скелета у отдельных групп водолазов. Недостаточно изучены возможности методов количественной МРТ и МР-спектроскопии в ранней (экспресс) диагностике предполагаемых дисбарогенных изменений костей.

Имеется необходимость в установлении связи дисбарогенных изменений костей скелета с воздействием неблагоприятных факторов водолазного труда, количеством и глубиной водолазных спусков, возрастом, продолжительностью водолазного стажа и имеющейся в анамнезе водолазной патологии посредством проведения лучевых исследований представителей различных категорий военных водолазов. Углубленное исследование методических подходов в лучевой диагностике дисбарогенных изменений костей скелета может помочь в усовершенствовании системы профилактики и лечения данной патологии, а также реабилитации соответствующих специалистов Военно-морского флота.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Финансирование. Поисково-аналитическая работа проведена на личные средства авторского коллектива.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Этическая экспертиза. Проведение этической экспертизы не требуется, так как статья носит обзорный характер и не содержит каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов изучения.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Об авторах

Виль Венерович Димиев

Военно-медицинская академия

Автор, ответственный за переписку.
Email: vmeda-nio@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-4049-2861
SPIN-код: 8385-3547
Россия, Санкт-Петербург

Игорь Сергеевич Железняк

Военно-медицинская академия

Email: vmeda-nio@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7383-512X
SPIN-код: 1450-5053

докт. мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Елена Борисовна Киреева

Военно-медицинская академия

Email: vmeda-nio@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-4526-9802
SPIN-код: 8954-1927

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Мария Николаевна Можина

Военно-медицинская академия

Email: vmeda-nio@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-1440-0503
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы