Відносний вміст різних тканин у паравертебральних м’язах поперекового відділу хребта за умов дегенеративних захворювань та у здорових залежно від віку

г. Харьков, ул. Лермонтовская, 27
(066) 924-43-61, (057) 704-35-35, (057) 704-24-44

В. О. Радченко, А. Г. Скіданов, Д. В. Морозенко, Ю. А. Змієнко, Л. П. Міщенко, М. М. Нессонова
ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М. І. Ситенка НАМН України», Харків
ООО "МДЦ-LUX", Харків. Україна
Національний фармацевтичний університет, Харків. Україна

Вступ.

Тіло людини містить понад 600 скелетних м’язів, загальна маса яких становить від 28 до 55 % від маси тіла. Приблизно 20 % загальної маси скелетних м’язів припадає на м’язи тулуба [1]. Сьогодні накопичено значний досвід щодо механізмів змін міжхребцевих дисків, дуговідросткових суглобів, тіл хребців за умов дегенеративних захворювань хребта [2, 3]. Через багатофакторність дегенеративних захворювань поперекового відділу хребта підвищується увага до паравертебральних м’язів завдяки їх терапевтичному, діагностичному та прогностичному потенціалу,але досліджень у цьому напряму набагато менше[4, 5].

Загально прийнята думка, що зменшення маси і сили м’язів є частиною процесу старіння організму [4, 6–8], проте помічена значна варіабельність темпів втрат між людьми [9]. Дослідники дійшли висновку про можливість скорочення тривалості життя за умов певних вікових змін м’язової системи [6, 7]. У зв’язку з цим в Європі було створено групу з вивчення саркопенії у літніх людей (European Working Group on Sarcopenia in Older People — EWGSOP), до якої увійшли представники чотирьох організацій — Європейського медичного геріатричного суспільства (European Geriatric Medicine Society), Європейського товариства клінічного харчування та обміну речовин (European Society for Clinical Nutrition and Metabolism), Міжнародної асоціації геронтології та геріатрії (International Association of Gerontology and Geriatrics) і Міжнародної асоціації з питань харчування і старіння (International Association of Nutrition and Aging) [8].

На сьогодні термін «саркопенія» використовують для опису вікових змін у скелетних м’язах (вікова саркопенія), що відображає не лише зниження загальної м’язової маси, а й супутнє зниження сили та функції м’язів [7, 10, 21, 22].

Відомості про характер вікових змін площі поперечного перерізу паравертебральних м’язів за допомогою комп’ютерної (КТ) або магнітно-резонансної томографії (МРТ) відображені в поодиноких публікаціях. Зокрема відзначено, що в дорослих із віком м’язова маса зменшується[11–13].

Дегенеративні зміни м’язової тканини супроводжуються зміною її рентгенощільності [14]. М’язова щільність виражає ступінь дегенерації м’яза, відображає кількість м’язових волокон, їх площу, а також об’єм скорочувального матеріалу [14], водночас площу поперечного перерізу, зазвичай, визначають кількістю м’язових волокон і меншою мірою їх розміром [15].

Нами виявлено лише дві публікації щодо КТ-оцінювання статевих відмінностей щільності паравертебральних м’язів та їхніх вікових змін [11, 16]. L. Kalichman і співавт. [11] виконали дослідження КТ-щільності м’язів (багатороздільного та випрямляча хребта) у зв’язку з віком, статтю, індексом маси тіла. Узяли до уваги також ступінь звуження міжтілового проміжку, спондилоартроз, спондилоліз, спондилолістез і стеноз хребтового каналу. У результаті встановлено більшу щільність м’язів у чоловіків порівняно з жінками, у молодих порівняно з особами старшого віку, у худих порівняно з гладкими. Автори визначили значущий зв’язок між спондилоартрозом і щільністю m. multifidus і m. erector spinae. Виявлено також зв’язок між щільністю випрямляча хребта
і зменшенням міжтілового проміжку, щільністю багатороздільного м’яза і спондилолістезом [11].

Ще один спосіб вивчення паравертебральних м’язів — гістографічний аналіз, який є досить ефективним для оцінювання ступеня їхніх дегенеративних змін. L. A. Danneels і співавт. [17] використали для аналізу паравертебральних м’язів, зокрема вмісту в них жирової тканини, гістографічний метод за допомогою КТ. Серед усіх паравертебральних м’язів найбільші зміни визначені в m. multifidus [4].

Р. Kjaerі і співавт. [18] за допомогою МРТ візуально оцінили жирову інфільтрацію m. multifidus як відсутню, слабку або важку (рис. 1). Дослідники дійшли висновку, що жирова інфільтрація в m. multifidus тісно асоціюється з біллю в поперековому відділі хребта у дорослих. Проте необхідно дати кількісну оцінку змін m. multifidus та продовжувати дослідження в поздовжньому напрямку для того, щоб визначити, чи є причиною болі у поперековому відділі хребта зміна м’язів або навпаки. Незважаючи на загальноприйнятий пріоритет МРТ для обстеження м’яких тканин, сучасна КТ також дає змогу досить точно їх оцінити. Для цього використовують псевдокольорову техніку, що дозволяє визначати кількісний вміст у м’язах жирової тканини, яка має яскравіше світіння в пікселях і забарвлена в червоний колір, її відсотковий вміст у м’язах наводять у вигляді гістограми.


Рис. 1. Оцінка жирової інфільтрації m. multifidus за P. Kjaeratal (2007): Grade 0 (none) (а); Grade 1 (slight) (б); Grade 2 (severe) (в)

У цьому дослідженні в середньому кількість жиру становила 41 і 16 % у пацієнтів і осіб контрольної групи відповідно. У хворих визначили заміщення близько 25 % м’язової тканини жировою.

У процесі аналізу наукової літератури ми не зустріли інформації стосовно змін складу сполучної тканини у паравертебральних м’язах із віком.

Мета роботи: визначити характер вікових змін у паравертебральних м’язах у здорових волонтерів та пацієнтів із дегенеративними захворю ваннями поперекового відділу хребта на підставі аналізу результатів комп’ютерної томографії.

Матеріали та методи.

Матеріалом дослідження стали результати обстеження 129 пацієнтів (53 чоловіки і 76 жінок), яких прооперували через хворобу дегенеративних захворювань поперекового відділу хребта, а також 11 здорових добровольців. Додатково використані результати КТ, виконаної 93 особам віком від 6 до 21 року. Дизайн дослідження схвалений на засіданні комітету з біоетики ДУ «ІПХС ім. проф. М. І. Ситенка НАМН» (протокол № 101 від 14.05.2012).

Відносний вміст жирової, м’язової та сполучної тканин у паравертебральних м’язах поперекового відділу хребта визначали за допомогою створеної комп’ютерної програми [19] з точністю 87,85 % [20] на підставі виявлення рентгенощільності тканин в одиницях Хаунсфілда (НU) на аксіальних зрізах комп’ютерних томограм (рис. 2).


Рис. 2. Приклад визначення типу тканин у виділених на аксіальних зрізах комп’ютерних томограмах хребта ділянках м’язів. Газ — чорний колір, жирова тканина — жовтий, сполучна — синій, м’язова — червоний, кісткова — білий

Обстеження проводили на спіральному комп’ютерному томографі SOMATOM Emotion (виробництво «Siemens», Німеччина) з покроковою комп’ютерною томографією (130 kV, 225 mAs), товщиною зрізу 3 мм, крок подавання стола 3 мм у площині, паралельній міжхребцевим дискам. У разі спірального режимусканування товщина зрізу становила 3 мм, індекс стола (pitch) — 4,5 мм, індекс реконструкції — 1,5 мм. Оцінювання зображень проводили в діапазонах: ширина вікна 350 HU, центр вікна 40 HU. Вивчали зрізи на трьох рівнях: LIII–LIV, LIV–LV, LV–SI.

Для оцінювання значущості та сили впливу віку на відсоток вмісту м’язової, сполучної та жирової тканин виконано кореляційний аналіз цих показників.

Обчислювали рангові кореляції Спірмена віку зі змінними, які відображають відсотковий вміст вказаних трьох типів тканин у досліджуваних м’язах і на різних рівнях. Кореляційний аналіз проводили як із врахуванням даних про всіх пацієнтів і здорових осіб, так і за окремими підгрупами: здорових осіб молодшого і зрілого віку, хворих із різними діагнозами внаслідок дегенеративних порушень функції хребта. Якісно силу зв’язку оцінювали на основі значень коефіцієнта кореляції відповідно до шкали Чеддока.

Результати та їх обговорення

Результати кореляційного аналізу відсоткового вмісту сполучної, жирової і м’язової тканин із віком для різних досліджуваних груп наведено в табл. 1. Зважаючи на отримані показники у всіх досліджуваних без розподілу на хворих та здорових, а також без урахування діагнозу визначено значні негативні кореляції відсоткового вмісту м’язової тканини з віком у всіх м’язах. Тобто виявлено значне зменшення з віком відсоткового вмісту в м’язах безпосередньо м’язової тканини (рис. 3).

При цьому практично у всіх м’язах відзначено суттєве збільшення з віком відсоткового вмісту жирової тканини (рис. 4, табл. 1).

Вміст сполучної тканини також значно зростав із віком, але з меншою швидкістю порівняно з жировою тканиною (рис. 5, табл. 1).


Рис. 3. Діаграма змін відсоткового вмісту м’язової тканини у паравертебральних м’язах із віком


Рис. 4. Діаграма змін відсоткового вмісту жирової тканини у паравертебральних м’язах із віком


Рис. 5. Діаграма змін відсоткового вмісту сполучної тканини у паравертебральних м’язах із віком

Загалом, за результатами КТ, із віком відмічено доволі швидке зменшення вмісту м’язової тканини на фоні підвищення сполучної та жирової.

В осіб до 21 року, на відміну від старших, у паравертебральних м’язах виявлено незначне зниження відсоткового вмісту м’язової тканини зі збільшенням віку, яке супроводжувалось більшою мірою підвищенням відсоткового вмісту сполучної тканини та меншою — жирової (табл. 2). При цьому вік більше впливав на баготороздільний та м’яз–випрямляч хребта (рис. 6).

У пацієнтів із дегенеративними захворюваннями поперекового відділу хребта можна спостерігати помірне зменшення вмісту м’язової та збільшення жирової тканини з віком у всіх м’язах (табл. 3).

Але дегенеративні зміни в різних м’язах розвиваються за різними сценаріями. Зменшення відсоткового вмісту м’язової тканини більшим чином виявлено у випрямлячі хребта. Збільшення відсоткового вмісту жирової тканини спостерігали більше в поперековому м’язі. Вміст сполучної тканини незначно збільшувався в поперековому м’язі.

Таким чином, для пацієнтів із дегенеративними захворюваннями поперекового відділу хребта притаманне значне зменшення з віком відсоткового вмісту м’язової тканини, яке, зазвичай, супроводжується таким самим помірним наростанням жирової тканини (рис. 7). Лише в поперековому м’язі встановлено підвищення вмісту сполучної тканини, але ця тенденція значно слабша, ніж для жирової в інших м’язах.


Рис. 6. Аксіальні зрізи комп’ютерних томограм на рівні LIV–LV у віці 5 (а), 15 (б), 20 (в) років


Рис. 7. Аксіальні зрізи комп’ютерних томограм пацієнтів із дегенеративними захворюваннями віком 20 (а), 40 (б) і 60 (в) років

У групі осіб до 21 року встановлено, що вікові зміни відбуваються дещо по-іншому, ніж у старший групі. Вміст м’язових тканин із віком значно не змінюється, але зростає відсоток сполучної тканини у всіх м’язах, більше в багатороздільному та м’язі-випрямлячі хребта. Іншими словами розвивається огрубіння м’язів.

У контрольній групі здорових осіб також встановлено значуще зменшення відсоткового вмісту м’язової тканини залежно від віку на фоні зростання, насамперед, жирової, а також сполучної тканин (табл. 4, рис. 8–10). Ці тенденції є найбільш вираженими у m. erector spinae.


Рис. 8. Діаграма змін відсоткового вмісту м’язової тканини в паравертебральних м’язах здорових осіб контрольної групи з віком


Рис. 9. Діаграма змін відсоткового вмісту жирової тканини в паравертебральних м’язах здорових осіб контрольної групи з віком


Рис. 10. Діаграма змін відсоткового вмісту сполучної тканини в паравертебральних м’язах здорових осіб контрольної групи з віком

У всіх спостереженнях після закінчення росту виявлено зменшення вмісту м’язової тканини з віком та на цьому фоні помітно зростає відсоток жирової. Вплив віку на вміст сполучної тканини виражений менше.

Висновки:

За допомогою розробленої комп’ютерної програми встановлено, що з віком у паравертебральних м’язах відбувається зменшення м’язової тканини на фоні збільшення сполучної та жирової. До закінчення росту людини вміст м’язової тканини з віком значно не змінюється, але підвищується відсоток сполучної тканини у всіх м’язах, але по закінченні росту вікові зміни перебігають по-іншому. У дорослих виявлено зменшення вмісту м’язової тканини з віком та на цьому фоні помітне збільшення відсотка жирової. Вік менше впливає на вміст сполучної тканини. Так само, як і до закінчення росту, в дорослих зміни більш виражені у випрямлячі хребта та багатораздільному м’язах.

Список літератури

  1. Синельников Р. Д. Атлас анатомии человека : учебное пособие в 4 т. Т. 1 / Р. Д. Синельников, Я. Р. Синельников. — 2-е изд. –– М. : Медицина, 1996. — 344 с.
  2. Radchenko V. Lumbar facet syndrome / V. Radchenko, N. Dedukh, S. Malyshkina // Modern techniques in spine surgery / ed. A. Bhave. — New Delhi-London-Philadelphia-Panama: The Health Sciences Publisher, 2014. — P. 175–191.
  3. Localized intervertebral disc injury leads to organ level changes in structure, cellularity, and biosynthesis / J. C. Iatridis, A. J. Michalek, D. Purmessur, C. L. Korecki // Cell Mol. Bioeng. — 2009. — Vol. 2 (3). — Р. 437–447. — DOI: 10.1007/s12195-009-0072-8.
  4. Rate of lumbar paravertebral muscle fat infiltration versus spinal degeneration in asymptomatic populations: an age aggregated cross-sectional simulation study / R. J. Crawford, T. Volken, S. Valentin [et al.] // Scoliosis Spinal Disord. — 2016. —
    Vol. 11. — Article 21. —DOI: 10.1186/s13013-016-0080-0.
  5. Радченко В. О. Формування заднього спондилодезу залежно від різної фізичної активності у тварин / В. О. Радченко, А. Г. Скіданов, Н. О. Ашукіна // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2016. — № 2. — С. 55–59.
  6. Sarcopenia: designing phase II B trials / W. C. Chumlea, M. Cesari, W. J. Evans [et al.] // J. Nutr. Health Aging. — 2011. — Vol. 15 (6). — P. 450–455.
  7. Burton L. A. Optimal management of sarcopenia / L. A. Burton, D. Sumukadas // Clin. Interv. Aging. — 2010. — Vol. 5. — P. 217–228.
  8. Sarcopenia: European consensus on definition and diagnosis / A. J. Cruz-Jentoft, J. P. Baeyens, J. M. Bauer [et al.] // Age and ageing. — 2010. — Vol. 39 (4). — P. 412–423. — DOI: 10.1093/ageing/afq034.
  9. Prevention and optimal management of sarcopenia: a review of combined exercise and nutrition interventions to improve muscle outcomes in older people / H. J. Denison, C. Cooper, A. A. Sayer, S. M. Robinson // Clin. Interv. Aging. — 2015. —
    Vol. 10. — P. 859–869. — DOI: 10.2147/CIA.S55842.
  10. Поворознюк В. В. Захворювання кістково-м’язової системи в людей різного віку (вибрані лекціі, огляди, статті). У 3 т. // В. В. Поворознюк. — Київ, 2009. — 664 с.
  11. Changes in paraspinal muscles and their association with low back pain and spinal degeneration: CT study / L. Kalichman, P. Hodges, L. Li [et al.] // Eur. Spine J. — 2010. — Vol. 19 (7). — P. 1136–1144. — DOI: 10.1007/s00586-009-1257-5.
  12. Magnetic resonance imaging assessment of trunk muscles during prolonged bed rest / J. A. Hides, D. L. Belavý, W. Stanton [et al.] // Spine. — 2007. — Vol. 32 (15). — Р. 1687–1692. — DOI: 10.1097/BRS.0b013e318074c386.
  13. Parkkola R. Magnetic resonance imaging of the discs and trunk muscles in patients with chronic low back pain and healthy control subjects / R. Parkkola, U. Rytokoski, M. Kormano // Spine. — 1993. — Vol. 18 (7). — P. 830–836.
  14. Jones D. A. Physiological changes in skeletal muscle as a result of strength training / D. A. Jones, O. M. Rutherford, D. F. Parker // Q. J. Exp. Physiol. — 1989. — Vol. 74. — P. 233–256.
  15. Lexell J. Human aging, muscle mass, and fiber type composition / J. Lexell // J. Gerontol A Biol. Sci. Med. Sci. — 1995. — Vol. 50. — P. 11–16.
  16. Computed tomography of the human skeletal muscular system / J. A. Bulcke, J. L. Termote, Y. Palmers, D. Crolla // Neuroradiology. — 1979. — Vol. 17 (3). — P. 127–136.
  17. CT imaging of trunk muscles in chronic low back pain patients and healthy control subject / L. A. Danneels, G. G. Vanderstraeten, D. C. Cambier [et al.] // Eur Spine J. — 2000. — Vol. 9 (4). — P. 266–272.
  18. Are MRI-defined fat infiltrations in the multifidus muscles associated with low back pain? / P. Kjaer, T. Bendix, J. S. Sorensen [et al.] // BMC Med. — 2007. —Vol. 5. — Article 2. — DOI: 10.1186/1741-7015-5-2.
  19. Оцінювання паравертебральних м’яких тканин за допомогою комп’ютерної томографії / А. Г. Скіданов, О. Г. Аврунін, М. Ю. Тимковіч [та ін.] // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2015. — № 3 — С. 61–65. — DOI: 10.15674/0030-59872015361-64.
  20. Пат. 111269 UA, МПК A61B 6/03, G06T 7/40, G06F 15/18. Спосіб визначення структури паравертебральних м’язів за допомогою комп’ютерної томографії / В. О. Радченко, А. Г. Скіданов, О. Г. Аврунін [та ін.]. — № а201410285; заявл. 19.09.14.; опубл. 10.02.15., Бюл. № 3.
  21. Дзерович Н. І. Саркопенія та остеопороз у жінок старших вікових груп: механізми розвитку, діагностика, профілактика та лікування : дис. … д-ра мед.наук / Н. І. Дзерович. — Київ, 2016. — 273 с.
  22. Стан скелетної м’язової тканини в українських жінок постменопаузального віку / В. В. Поворознюк, Н. І. Дзерович, А. С. Белінська, А. А. Паламарчук // Травма. — 2015. — Т. 16, № 3. — С. 28–32.
Публикации: