CC BY
74
УДК 611.71/.72-073.96-053.2:572.781
И.В. АКИЖАНОВА, С.А. СВЕТЛИЧНАЯ, М.М. КАСЕНОВА
Казахский Национальный Медицинский Университет им. С. Д. Асфендиярова, кафедра лучевой и функциональной диагностики ИПО
ЭХОГРАФИЧЕСКИЕ ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗОН РОСТА У ДЕТЕЙ С ПОЗИЦИЙ ГИСТОЛОГИЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ
СТРОЕНИЯ ЭПИМЕТАФИЗАРНЫХ ЗОН СКЕЛЕТА
В данном пилотном исследовании отражены результаты ультразвукового исследования опорно-двигательного аппарата (ОДА): эпифизов плечевых бедренных и большеберцовых костей, у 125 детей различного возраста от 1 мес. до 18 лет в норме. Выявлены эхографические особенности зон роста у детей различного возраста с позиций гистологической концепции строения эпиметафизарных зон скелета, даны ультразвуковые характеристики различным слоям зоны роста.
Ключевые слова: ультразвуковое исследование, зона роста, метаэпифиз
Введение. Последнее десятилетие ознаменовано проявлением чрезвычайного интереса к новым технологиям без ионизирующего излучения, таких как ультразвуковое исследование (УЗИ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) для исследования зон роста у детей [1-4]. Изменчивость рентгеновского и ультразвукового изображений костей и суставов в период постнатального формирования до полного синостозирования эифизарно-диафизарных зон объясняет отсутствие возрастных норм ряда как рентгенологических так и ультразвуковых параметров при оценке зоны роста [5]. В тоже время обменные нарушения, травматические повреждения ростковых зон скелета у детей, а также воспалительно-деструктивные процессы в них имеют клинически значимые негативные последствия , приводя растущий организм к изменению роста, хроническому болевому синдрому, разновеликим конечностям, стойким нарушениям биомеханики суставов, и постуральным нарушениям различной степени. В свою очередь, патологические изменения в эпиметафизарных зонах скелета, могут выступать в качестве самостоятельных маркеров определенных заболеваний или некорректно проведенных лечебных мероприятий [7,8]. При этом, влияние на дальнейший рост зависит от многих факторов, включающих тип и выраженность повреждения ростовой зоны, стадию созревания зоны роста на момент действия повреждающего фактора, а также своевременность диагностики и тактики лечения[9,10]. Учитывая уникальные потенциальные возможности УЗ -сканирования опорно-двигательного аппарата (ОДА) : достаточно высокую специфичность и чувствительный метода для верификации многочисленных
патологических изменений ОДА и возможность сканирования нескольких суставов за короткое время, оптимизация и дальнейшая разработка данного метода с целью визуализации ростковых зон скелета у детей являются актульными .
Цель. Определить эхографические особенности зон роста у детей различного возраста с позиций гистологической концепции строения эпиметафизарных зон скелета.
Материалы и методы: пилотное исследование проведено с учетом норм этического комитета, обеспечивающими гарантии этичности исследования и его максимальной безопасности для участников, включает анализ эхограмм зон роста проксимальных эпифизов плечевых бедренных и большеберцовых костей, а также дистального эпифиза бедренной кости, у 125 детей различного возраста от 1 мес. до 18 лет. Все
пациенты были условно разделены на 5 групп в соответствии со стадиями оссификации скелета по Садофьевой В.И.[5]:
первая группа - дети первого года жизни - 35 пациентов вторая группа - дети в возрасте старше года и до 5 летнего возраста -28 пациентов
третья группа - возраст детей от 5 до 10 лет - 20 пациентов
четвертая группа - возраст детей от 10 до 15 лет -17 пациентов
пятая группа - возраст детей от 15 до 18 лет-25 пациентов
Данное пилотное исследование включало ультрасонографию суставов в В-режиме линейным датчиком на УЗ-диагностических системах экспертного класса с доплерографической опцией, исключение составляло сканирование тазобедренных суставов у детей старших возрастных групп, которое осуществлялось секторным датчиком. В качестве референтного метода в данном исследовании применялась рентгенография тазобедренных или коленных суставов по стандартным методикам, при этом наличие рентгенограмм без патологических изменений в суставах являлось критерием отбора детей для данного пилотного исследования. На эхограммах оценивались следующие характеристики - эхогенность структур эпиметафизарной зоны прирост размера «модели» эпифиза без учета ядра окостенения, соотношение размеров гиперэхогенного контура эпифиза к размерам «модели» эпифиза, наличие и толщина гипоэхогенного промежутка между эпифизом и метафизом, форма контура эпиметафизарного перехода. Результаты исследований.
1. Данные УЗИ эпифизарнометафизарных зон скелета у детей из первой группы - дети первого года жизни
Проксимальный эпифиз бедренных костей у детей первого года жизни, являющийся вторичным центром оссификации, а также, часть метафиза бедренных костей у пациентов на эхограммах выглядели в виде единого слитного гипоэхогенного образования с четким гиперэхогенным контуром, что отражало его хрящевое строение.
При этом, мелкие червеобразные «эха» на фоне «эхонегативных» структур соответствовали сосудам гиалинового хряща [9], данный кровоток при доплерографическом исследовании улавливался недостаточно ярко, всвязи с низкоскоростными характеристиками и малым калибром в отличие от сосудов, огибающий шейку бедра, питающих крышу вертлужной впадины, и перихондральных артерий,
кровоснабжающих фиброзные структуры ростовой зоны
(см.рис. 1).
13.00 - 5.00 Ру^г 100 9 СП -2 СЗ / М7 РЗ / Е2 5К| II 2
Ршг 100 й
еп о.б
Ргч т!<1 Оиа1 погт WMF |0Ш2 Р1!Р О.ЭкНг
13.00 - 5.00 Р\УГ 100 а I. _Гвп -2 "—-С« , М7 РЗ Е2
Ртег 93 %
вп 1.6 Р^ т|<1 Оиа1 погт №МР IоV/1 Р1*Р О^кНг
1б1
Рисунок 1 - Васкуляризация головки бедренной кости по данным эхографии ребенка из первой группы, возраст -1 месяц
С 2005 г. нами используются следующие ультразвуковые признаки (УЗП), отражающие три последовательные стадии оссификации ГБК, взависимости от выраженности процессов оссификации: УЗП «снега» (1 ст.), «зрачка» (2 ст.), «полумесяца» (3 ст.) для детей этой возрастной категории. УЗП «снег» - при наличии нежных штрихов или пунктиров в гипоэхогенной тени ГБК, которые окружены нежным гиперэхогенным контуром, фактически, это означает отсутствие ядер окостенения ГБК. УЗП «зрачок» - при наличии ядра окостенения в виде гиперэхогенного округлого образования в ГБК, и
УЗП «полумесяц» - при получении на УЗИ гиперэхогенного образования формы полумесяца на фоне гипоэхогенной тени ГБК. Последний термин встречается у Р. Графа [9] для описания феномена «полумесяца», из-за которого в некоторых случаях перекрывается маркер, использующийся им для оценки костного угла, и также по смыслу совпадает с наличием выраженного оссифицированного центра ГБК. Указанные признаки хорошо видны на любой ультразвуковой аппаратуре с серошкальным изображением и линейным датчиком (рисунок 2).
а
6
Рисунок 2 - Стадии оссификации головки бедренной кости по данным эхографии ребенка из первой группы
на протяжении первого года жизни а) возраст -1 месяц, б) возраст- 4месяца, в) возраст- 9 месяцев
Наличие ядер окостенения в проксимальном эпифизе плечевых костей, дистальный эпифиз бедренных костей и проксимальном эпифизе большеберцовых костей в виде гиперэхогенного округлого образования на фоне
гипоэхогенной «модели» эпифиза был лоцирован у всех пациентов (100%), что, как известно, является признаком доношенности плода [5], (рисунок 3).
а
б
Рисунок 3 - Эхограмма эпиметафизарных зон ребенка из первой группы а) эхограмма проксимального эпифиза плечевой кости б) эхограмма дистальный эпифиз бедренной кости и проксимальный эпифиз большеберцовой кости
2. Данные УЗИ эпифизарнометафизарных зон скелета у детей второй группы, дети в возрасте старше года и до 5 летнего возраста. По полученным эхограммам было установлено, что метафизы бедренных костей оссифицировались у всех детей (100%) к 5- летнему возрасту, прогрессивно увеличивались размеры эпифизов, при этом хрящевые модели эпифизов и
апофизов, «заполнялись» костной тканью, т.е. соотношение между толщиной гипоэхогенного контура и размером гиперэхогенного оссифицированного ядра резко изменялось в сторону преобладания последнего, исключением являлся надколенник, который у детей в возрасте до 4 лет выглядел в виде анэхогенной структуры (рисунок 4).
Рисунок 4 - Рентгенограмма и эхограмма эпиметафизарных зон ребенка из второй группы, возраст 1,5 г
По мере роста ребенка эхографически на продольных сканах гипоэхогенный слой зоны роста проксимального отдела бедра сужался, и к 5 годам у детей данной
группы выглядел в виде четко очерченного гипоэхогенного треугольника, расположенного верхушкой в медиальном направлении (рисунок 5)
а
а
в
// i!i I
\| I
V' J
16
Рисунок 5 - Эпиметафизы бедренной кости ребенка 4, 5 года а) эхограмма проксимального эпифиза бедренной кости б) эхограмма дистального эпифиза бедренной кости
В дистальном эпиметафизе процессы оссификации отражены также в динамическом сужении гипоэхогенного пространства между эпифизом и метафизом. При этом на продольных срединных передних сканах коленных суставов лоцировались формирующееся ядра окостенения в надколеннике в виде гиперэхогенного образования в центре надколенника округлой формы. При этом, это ядро, с точки зрения эхогенности, являлось пропускающим ультразвук, что явилось характерной чертой всех детей данной группы. Полученные данные соответствует данным Садофьевой [5], что во время второго этапа постнатального формирования костно-суставной системы полностью оссифицируются метафизы
трубчатых костей, исключая, расположенные на них апофизы, таким образом, резко сокращается ренгеннегативный просвет между метафизом и эпифизом, но все еще сохраняется значительный промежуток между диафизом и апофизом. 3. Данные УЗИ эпифизарнометафизарных зон скелета у детей из третьей группы -возраст детей от 5 до 10 лет . По данным полученных эхограмм — это период перехода к полному окостенению хрящевых моделей эпифизов трубчатых костей. Гипоэхогенными к концу третьего этапа постнатального формирования костно-суставной системы остаются апофизы и метаэпифизарные ростковые зоны (рисунок 6).
а ■ «
Рисунок 6 - Эхограмма и рентгенограмма эпиметафиза бедренной кости ребенка 8 лет а) эхограмма дистального эпиметафиза бедренной кости, б) рентгенограмма эпиметафиза бедренной кости этого ребенка
4 . Данные УЗИ эпифизарнометафизарных зон скелета у детей из четвертой группы - возраст детей от 10 до 15 лет
этап постнатального формирования костно-суставной системы — окостенение апофизов и бугристостей длинных трубчатых костей (рисунок 7).
а
[20] У85/85дБ/УК8/Дав.90/ИПС 1
б
Рисунок 7 - Продольные эхограммы ребенка из 4-ой группы, возраст 14 лет а) проксимальный эпиметафиз бедренной кости, б) дистальный эпиметафиз бедренной кости
а
Гипоэхогенный слой зоны роста проксимального и дистального отделов бедренной кости, проксимального эпиметафиза большеберцовой кости прогрессивно сужается, и к 14 годам у детей данной группы выглядит в виде невыраженной «канавки» на уровне ростковой пластины, расположенной верхушкой вглубь ростковой пластины.
5. Пятая группа - возраст детей от 15 до 18 лет
По данным эхограмм было установлено, что на этом этапе постнатального формирования костно-суставной системы происходит синостозирование
метаэпифизарных и апофизарных ростковых зон с вариантами по срокам взависимости от конституциональных особенностей. Показателем начала синостозирования ростковых зон, а, следовательно, и наступающего прекращения роста костей, является синостоз ростковой зоны в виде отсутствия какого-либо гипоэхогенного промежутка между эпифизом и
метафизом, а также между апофизом. Размеры и форма их полностью соответствуют анатомическим критериям взрослых. Данным эхограммам соответствовало
практически полное слияние смежных поверхностей эпифиза и метафиза на рентгенограммах, сохраняющимися замыкательными пластинками. После завершения синостозирования эпифиз и метафиз представляют единое целое, на месте бывшей ростковой зоны на рентгенограммах прослеживается только узкая горизонтальная полоска склероза —
физиологическая костная мозоль, по определению Д. Г. Рохлина.
Показателями окончания энхондрального
костеобразования является синостозирование метаэпифизарных и апофизарных ростковых зон по данным ультразвукового и рентгенологического методов[5,9 ] (рисунок 8).
а
Рисунок 8 - Сравнительные эхограммы тазобедренных суставов детей из первой и пятой групп. а -эпиметафиз ребенка из первой группы б- эпифизарношеечный отдел бедренной кости у ребенка из 5-ой группы
Обсуждение. На всех эхограммах обследованных плечевых, тазобедренных и коленных суставов во всех возрастных группах неизменными по - эхогенности, и пропускающими ультразвук были следующие структуры:
волокнистый хрящ, капсула суставов, перихондрий, межмышечные фасции, связки. Напротив, эпифизы с прилегающими к ним метафизами являлись зонами с меняющимися эхохарактеристиками не только между
пятью предложенными группами, но и
непосредственно «внутри» возрастных групп. С позиций гистологической концепции, по которой зона роста состоит из фиброзного, хрящевого и костного компонентов, и , несмотря на утвердившееся стандартное определение, что к зоне роста относится исключительно рентгеннегативный диастаз между эпифизом и диафизом на рентгенограммах, мы относим к зоне роста более емкое понятие - всю зону роста, включая эпифиз и ростковую пластину. Это означает, что рентгеннегативный диастаз между эпифизом и диафизом различной толщины в зависимости от возраста ребенка, который на эхограммах выглядит в виде гипоэхогенной или анэхогенной неровной полоски является только частью зоны роста. Но к комплексу -«зона роста» как мы считаем, следует относить и вторичный центр оссификации, и окружающий его эпифизарный хрящ, и также и слой ростковой пластины,
где созревает и ремоделируется растущая кость. Этот костный компонент ростовой пластины непосредственно примыкает к хрящевой зоне, в этой области хрящевые клетки трансформируются в кость. Общеизвестно, метафиз начинается от последней интактной поперечной перегородки хрящевой части зоны роста, в этой зоне, образуются первичные спикулы из аморфного фосфата кальция, которые затем замещаются вторичными, состоящими из кристаллов гидроксиапатита. По мере созревания, трабекулярная костная ткань метафиза замещается костным мозгом и сливается с диафизом, остеокласты уменьшают и изменяют наружный контур метафиза, который сливается с диафизом. По мере взросления ребенка при ультразвуковом мониторинге ремоделирование - динамические процессы созревания метафизарной трабекулярной ткани - оценивается по периостальному контуру метадиафизарных сегментов.
*
1Г.
X >
w «ц ,
01 о
N 1Л_
Q Q
CN 0-
.Г
д
4
✓ ч
щш
1 - \\J
1г ЛЛ
Рисунок 9 - Компоненты эпиметафиза а) схематическое изображение: 1 - суставной хрящ, 2 - эпифизарный хрящ, 3 - вторичный центр оссификации, 4 - ростовая пластина, 5 - фиброзный компонент эпифизарной пластины, 6 - метафиз, 7-диафиз. б) эхограмма эпиметафиза большеберцовой кости ребенка 4- х лет.
Полученные эхограммы позволяют визуализировать все компоненты эпиметафиза(см.рис.9), при этом гистологическое различие хрящевых компонентов зон роста, включая резервную, пролиферативную и гипертрофическую зоны имеют соответственно различные эхографические характеристики: резервный слой, предоставляющий хондроциты для
пролиферативной зоны и пролиферативная зона, формирующая интрацеллюлярный матрикс и
обеспечивающий клеточную пролиферацию являются на эхограммах гипо - или ан - эхогенными. А гипертрофическая зона, подразделяющаяся на зоны созревания, дегенерации и предварительной кальцификации - зона метаплазии, представляет собой костно-хрящевую границу, и выглядит в виде гиперэхогенного контура, позади которой в «звуковой тени без эха» располагается метафиз в растущей кости. Опция энергетической доплерографии позволяет продемонстрировать васкуляризацию зоны роста, с определенными техническими сложностями. Однако на эхограммах была проведена визуализация эпифизарных артерий мелкого калибра, которые осуществляют кровоток через множественные ветви, расположенные в
зоне роста, обеспечивая васкуляризацию пролиферативной зоны. Напротив, гипертрофическая зона на эхограммах выглядит без доплеровских сигналов, что согласовывается с гистологическими представлениями об аваскулярности этой зоны. Хрящевые модели по мере роста ребенка на эхограммах полностью выполняются гиперэхогенной костной тканью за исключением гиалиновых хрящей суставных поверхностей, и в дальнейшем рост и оссификация протекают синхронно, соответственно, степень оссификации хрящевых «моделей» эпиметафизарных зон определяет размер «ультразвукового окна» и служат абсолютными маркерами костного возраста. Выводы: по данным ультразвукового исследования важным критерием наступления половой зрелости является наступление синостозов в эпиметафизарных и апофизарных ростковых зонах, при этом , эпифиз, включая ядро окостенения эпифизарный хрящ и ростковую пластину в течении длительного периода с рождения и до полного окостенения является «зоной роста», и его рост происходит за счет двух зон: 1) васкуляризированной зоны хряща, которая отвечает за рост эпифиза в сторону сустава, и 2) эпифизарной
пластины, которая отвечает за рост кости в длину. Эта принципиально новая концепция визуализации без лучевой нагрузки эпиметафизарной зоны, где гипертрофическая зона хрящевого компонента является
самой уязвимой частью зоны роста, имеет клинически неоспоримое значение. В связи с чем, считаем оправданным и многообещающим проведение дальнейших исследований в данной области.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Sanchez TR, Jadhav SP, Swischuk LE, MR imaging of pediatric trauma.Magn Reson Imaging Clin N Am. 2009 Aug;17(3):439-50, v. doi: 10.1016/j.mric. - 2009. - 03. - 007.
2 Ahn JM, El-Khoury GY. Role of magnetic resonance imaging in musculoskeletal trauma. Top Magn Reson Imaging. 2007 Jun;18(3):155-68. Review. PubMed PMID. - 17762380
3 3.Rosenbaum AJ, DiPreta JA, Uhl RL , Review of distal tibial epiphyseal transitional fractures, Orthopedics. 2012 Dec;35(12):1046-9. doi: 10.3928/01477447-20121120-07.
4 Xian CJ, Zhou FH, McCarty RC, Foster BK. Intramembranous ossification mechanism for bone bridge formation at the growth plate cartilage injury site. J .Orthop Res. 2004 Mar;22(2):417-26. PubMed PMID: 15013105.
5 Садофьева В. И. Нормальная рентгеноанатомия костно-суставной системы детей. - Ленинград: «МЕДИЦИНА» Ленинградское отделение, 1990. - C 3-6. - C 16 -18. - C. 32-40
6 Savino A, Carinci S, Bucci I, Sabatino G, Chiarelli F, Tumini S. Bone maturity and thyroidal status at birth: role of the ultrasonographic evaluation of the distal femoral epiphysis. Ultraschall Med. 2011 Dec;32 Suppl 2:E129-33. doi: 10.1055/s-0031-1281972. Epub 2011 Dec 22. PubMed PMID: 22194047.
7 Nemec U, Nemec SF, Weber M, Brugger PC, Kasprian G, Bettelheim D, Rimoin DL,Lachman RS, Malinger G, Prayer D. Human long bone development in vivo: analysis of the distal femoral epimetaphysis on MR images of fetuses. Radiology. 2013 May;267(2):570-80. doi: 10.1148/radiol.13112441. Epub 2013 Feb 7. PubMed PMID:23392423.
8 Fette A, Mayr J. Slipped distal humerus epiphysis in tiny infants easily detected and followed-up by ultrasound Ultraschall Med. 2012 Dec;33(7):E361-3. doi: 10.1055/s-0031-1281660. Epub 2012 Jan 24.PMID: 22274908 [PubMed - indexed for MEDLINE]
9 Graf R. The use of ultrasonography in developmental dysplasia of the Ыр // Acta Orthop. Traumatol. - 2007. - Vol. 41, suppl 1. - P. 6-13.
10 Schulz R, Schiborr M, Pfeiffer H, Schmidt S, Schmeling A. [Sonographic examination on the time frame of ossification of the distal fibula epiphysis]. Arch Kriminol. 2013 May-Jun;231(5-6):156-65. German. PubMed PMID: 23878894.
Туйш: Осы пилоттык жобада ^рек-козгалыс аппаратыныц ультрадыбыстык зерттеу нэтижеа керсеттген: иы; сан жэне ортан жЫктщ эпифиз^ 1 айдан 18 жаска дежнп эртYPлi жастагы 125 балаларда калыпты. ^авданыц эпиметафиздт аймагыныц калыптасуыныц гистологиялык тужырымдамасы т^ргысында TYPлi жастагы балаларда есу аймагыныц эхографиялык ерекшелiктерi аныкталды, есу аймагыныц TYPлi топтарыныц ультрадыбыстык сипаттамалары бертдГ ТYЙiндi со дер: ультрадыбыстык зерттеу, есу аймагы, метаэпифиз
IRINA AKIZHANOVA, MADINA KASSENOVA, SNEZHANNA SVETLICHNAYA
S.D.Asfendiyarov Kazakh national Medical University, Department of radiological and functional diagnostics
of the Post-Diplomal Education Institute
ECHOGRAPHIC AGE PECULIARITIES OF THE GROWING ZONES OF LIMBS IN CHILDREN FROM POSITION OF HISTOLOGICAL CONCEPT OF THE STRUCTURE OF EPIMETAPHYSEALS AREAS OF THE SKELETON
Resume: This pilot study reflects the results of the ultrasound examination of the musculoskeletal system (MSS): the epiphyses of the shoulder, hip, and tibias of healthy 125 children of various age from 1 month to 18 years. Echographic features of the growing zones of limbs in children of different age from position of histological concept of the structure of epimetaphyseal areas of the skeleton are identified, and ultrasound characteristics of the different layers of the growth zones are given. Keywords: ultrasound examination, epimetaphyseal, the growing zones of limbs
