CC BY
28
ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ПРОГНОЗИРОВАНИИ ОСЛОЖНЕНИЙ ОПЕРАТИВНОГО ЛЕЧЕНИЯ ПОЗВОНОЧНИКА
IMMUNOLOGICAL CRITERIA IN PROGNOSING OF COMPLICATIONS AFTER SURGICAL TREATMENT OF SPINE
Бердюгина О.В. Berdyugina O.V. Бердюгин К.А. Berdyugin K.A.
Уральская государственная медицинская академия, Ural State Medical Academy,
г. Екатеринбург Ekaterinburg
Целью работы стало определение роли иммунологического мониторинга в оценке состояния больных при повреждении позвоночника. Исследование крови проводили у 111 пациентов при двухэтапном оперативном лечении. Оценивали результаты общеклинического исследования крови, фенотипи-рования лимфоцитов, определения функционально-метаболической активности нейтрофилов, уровня циркулирующих иммунных комплексов, иммуноглобулинов, концентрации цитокинов, острофазовых протеинов до операции и в разные сроки до 6 месяцев включительно. При изучении трех групп больных (две из которых имели осложнения послеоперационного периода, одна группа была контрольной) установили, что иммунологический мониторинг в лечении повреждений позвоночника может быть использован для прогнозирования осложнений послеоперационного периода - замедленной консолидации и нарушения формирования костного блока в позвоночном двигательном сегменте. Разработаны критерии прогнозирования осложнений для применения в работе специализированных травматологических, нейрохирургических отделений.
Ключевые слова: иммунологические критерии, перелом позвоночника, прогнозирование.
The main aim was definition of role of immunological monitoring in evaluation of patients status after spine injury. Blood analyses were performed in 111 patients who underwent two-stage surgical treatment of spine injury - 1 stage - external fixation, 2 - anterior fusion. The assessment included general clinical blood test, phenotyping of lymphocytes, functional-metabolic activity neutrophiles, a level of circulating immune complexes, cytokine concentration, and acute phase proteins before operation and in different postoperation terms. We studied 3 groups: 1- normal, 2 - with delayed consolidation, 3 - incomplete fusion. We considered that immunologic monitoring in treatment of spine fractures can be used for forecasting complications before operation and in early postoperative period. Work out criteria of complications may be used in practice of trau-matological, orthopedics and neurosurgery clinics.
Key words: immunological criteria, fractures of spine, prediction.
Повышение эффективности оперативного лечения повреждений позвоночника — одна из наиболее актуальных проблем современной травматологии [1]. Быстрое внедрение современных методов исследования, таких как компьютерная и магнитно-резонансная томография, существенно улучшило диагностику состояния костной ткани, позволило на ранних этапах лечения всесторонне оценить тяжесть нанесенной травмы. Вместе с тем, прогнозирование послеоперационных осложнений и исхода лечения остается важной задачей данной технологии. Свои преимущества в решении данной проблемы показал иммунологический мониторинг, который ранее использовался в других областях медицины [2, 3]. Иммунологический мониторинг является системой сбора, обработки, хранения и распространения информации, позволяющей оценивать состояние пациента в любой момент времени и
обеспечивать прогноз динамики его развития. Рядом авторов была показана возможность использования иммунологических лабораторных тестов для контроля за результатами лечения и развитием осложнений послеоперационного периода у больных с повреждениями опорно-двигательной системы [4, 5].
Целью данной работы стало определение роли иммунологического мониторинга в оценке состояния больных при неосложненных повреждениях позвоночника и возможности использования иммунологических тестов для прогнозирования осложнений послеоперационного периода.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Иммунологическое исследование крови проводили у 111 больных с неосложненными повреждениями грудного и поясничного отделов позвоночника. Всем больным производилась транспедикулярная фиксация поврежденного позвоночного
двигательного сегмента с выполнением, в последующем, спондилоде-за. Наиболее частой локализацией перелома стал L1 — 34 пациента и L2 — 28 пациентов. У всех пациентов переломы по классификации АО относились к группе А1-3. Основными механизмами травмы были падение с высоты (50 %) и автодорожная травма (45 %). Клиническая картина была однородна и представлена классическими симптомами.
На основании ретроспективного клинико-рентгенологического анализа, включая КТ (компьютерная томография) и МРТ (магнитно-резонансная томография), все больные были разделены на три группы: с нормальной консолидацией, с замедленной консолидацией и с незавершенным формированием костного блока в позвоночном двигательном сегменте. Под нормальной консолидацией по данным рентгенологического, КТ и МРТ исследований понимается наличие
ПОЛИТРАВМА
признаков перестройки аутотран-сплантата в зоне спондилодеза в срок 4,7-5 месяцев, в зависимости от того, на уровне одного или двух сегментов был произведен спонди-лодез; под замедленной консолидацией — срок, превышающий вышеуказанные показатели не более чем в 2 раза [6]. Незавершенное формирование костного блока характеризовалось отсутствием перестройки костного аутотрансплантата и/или его лизированием. Клиническая характеристика обследованных больных представлена в таблице 1.
Лабораторные исследования проводили при поступлении больного в клинику и в динамике после обеих операций на 3-и, 10-е сутки, 1 месяц, а также после переднего спондилодеза через 2, 5 и 6 месяцев. Протокол испытаний соответствовал стандартам, определенным Хельсинкской декларацией Всемирной ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2000 г. и «Правилам клинической практики в Российской Федерации», утвержденным Приказом Минздрава РФ от 19.06.2003 г. № 266, он был одобрен этическим комитетом ГОУ ВПО «УГМА Росздрава».
Иммунный статус оценивали с использованием стандартного унифицированного комплекса тестов, рекомендованного Институтом Иммунологии ФМБА. Для определения количества и соотношения основных популяций лейкоцитов проводили общий анализ крови с вычислением основных лейкоцитарных индексов: ЯИН (ядерный индекс нейтрофилов), ЛИИ (лейкоцитарный индекс интоксикации), ИЛ СОЭ (индекс соотношения
лейкоцитов и скорости оседания эритроцитов) и ЛИА (лейкоцитарный индекс аллергизации).
Иммунологический анализ включал: фенотипирование лимфоцитов с помощью ФИТЦ-меченых ан-ra-CD3 и CD19-моноклональных антител методом иммунофлюо-ресцентной микроскопии; оценку функционально-метаболической активности нейтрофилов по концентрации лактоферрина (методом иммуноферментного анализа — ИФА), активности катионных белков (КБ) и миелопероксидазы (МП) цитохимическим методом; определение уровня циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК), иммуноглобулинов (Ig) классов A, M, G методом простой радиальной иммунодиффузии, концентрации цитокинов IL-1a, IL-ip, IL-1ra, IL-8, TNF-a методом ИФА. Дополнительно оценивали острофазовую реакцию по изменению концентрации нескольких белков — С-реак-тивного белка (СРБ), фибриногена, гаптоглобина, церулоплазмина, что было обусловлено неоднозначностью их динамики.
Статистические методы исследования выполнены с использованием компьютерной программы «STATISTICA» (ver. 6.0), они включали базовые статистики и теорию Байеса [7]. Для каждого из выделенных прогностических критериев установлено пороговое значение, норма, рассчитана диагностическая чувствительность, диагностическая специфичность, а также ожидаемая ценность использования.
РЕЗУЛЬТАТЫ
И ОБСУЖДЕНИЕ
Прежде всего, рассматривали иммунологические реакции при нор-
мальной консолидации повреждений позвоночника.
1. Особенности иммунологических реакций у больных при нормальной консолидации повреждений позвоночника
У больных этой группы до операции обнаруживались признаки наличия воспалительной реакции (увеличение СРБ, активности МП нейтрофилов, снижение ИЛ СОЭ и активности КБ). Относительное количество CD3+ и CD19+ клеток превышало верхнюю границу нормы [8], отмечалось увеличение уровня ^А. Все эти изменения, по всей видимости, были реакцией на полученную травму.
В послеоперационном периоде нейтрофильный лейкоцитоз и реакция лейкоцитарных индексов (ЛИИ, ИЛ СОЭ) были выражены, что обусловлено большой тяжестью повреждения. Были выявлены некоторые признаки послеоперационной иммунодепрессии: достоверное снижение числа лимфоцитов с появлением их активированных форм до 3 % от общего числа этой популяции клеток, понижение уровня ^ М и ЦИК (р < 0,05). Отмечалась активация фагоцитарных реакций. Воспалительная реакция, по данным острофазовых протеинов, развивалась стереотипным образом.
После спондилодеза лейкоцитарная реакция была сохранена, но менее выражена, отмечалось снижение числа лимфоцитов с изменением соотношения CD3+ и CD19+ клеток, регистрировалось угнетение гуморального звена иммунной системы (снижение уровня ^М, IgG, ЦИК), повышалась функционально-метаболическая активность нейтрофилов.
Таблица 1
Клиническая характеристика обследованных больных
Группа Количество больных Возраст (лет) Пол Сопутствующая патология
Больные с повреждениями позвоночника, из них: 111
- нормальная консолидация 81 (73 %) 30,5 ± 1,1 (15-56 лет) м - 51 (63 %) ж - 30 (37 %) 49 (60,5 %)
- замедленная консолидация 16 (14,4 %) 37,3 ± 3,2 (18-62 лет) м - 12 (75 %) ж - 4 (25 %) 11 (68,8 %)
- незавершенный костный блок в позвоночном двигательном сегменте 14 (12,6 %) 30,6 ± 2,7 (17-47 лет) м - 7 (50 %) ж - 7 (50 %) 8 (57,1 %)
55
№ 3 [сентябрь] 2009
Трансформации сопровождались изменением цитокинового профиля — более выраженные реакции были характерны для TNF-a. Кроме того, были выявлены признаки пролонгированной воспалительной реакции (по данным острофазовых белков), которая нами связывалась с бульшей травматичностью переднего спондилодеза.
Через 2 месяца после спонди-лодеза отмечалось увеличение относительного числа моноцитов (р < 0,05) и встречались их ваку-олизированные формы. Возрастало количество фагоцитов, при этом снижалась роль кислородзависи-мых реакций (МП) и повышалась роль кислороднезависимых (КБ). Как установлено, все изменения сопровождались повышением
уровня цитокинов ^-1р и TNF-a (р < 0,05). К концу наблюдения бульшая часть изученных параметров нормализовалась.
2. Особенности иммунологических реакций у больных при замедленной консолидации повреждений позвоночника
На основании клинико-рентге-нологического анализа было показано, что у больных двух других групп в разное время развивалось воспаление мягких тканей в области стержней аппарата внешней фиксации. Во избежание возникновения остеомиелита стержни аппарата, вокруг которых возникало воспаление, во всех случаях были удалены. Болевой синдром, сопровождавший воспаление, приводил к нарушению гемодинамики и, следовательно, трофики окружающих тканей. Воспалительная реакция местных тканей могла стать причиной нарушения костеобразования в виде замедления регенераторных процессов за счет вовлечения в воспаление клеток и гуморальных факторов, принимающих активное участие в остеогенезе [9]. Иммунологические исследования, включенные в данную работу, были проведены до наступления воспаления мягких тканей и костных структур. Итак, у 16 человек, что составило 14,4 % от всех больных с повреждениями позвоночника, нагноение в области стержней аппарата было выявлено в среднем через 19 ± 3 суток после остеосинтеза аппара-
том. Это приводило к замедленной консолидации костной ткани в области повреждения, которая наступала через 5,5 ± 0,5 месяцев, что на 30 % позднее, чем при нормальной консолидации, которая регистрировалась через 4,2 ± 0,3 месяца (р < 0,05).
Иммунологические реакции при замедленной консолидации протекали следующим образом. До операции отмечалось снижение количества моноцитов, фагоцитоз не был активирован. Уровень ^М и IgG, в сравнении с нормальной консолидацией, был достоверно снижен, а содержание ЦИК превышало нормальные значения. Кроме того, отмечалось повышение концентрации медленно реагирующих белков острой фазы (фибриногена, гаптоглобина), что указывало на наличие подострого воспалительного процесса.
В послеоперационном периоде на фоне воспалительной реакции (нейтрофильный лейкоцитоз, повышение ИЛ СОЭ) с низким уровнем быстро реагирующих белков (СРБ) и высоким уровнем медленно реагирующих белков (фибриноген, гаптоглобин), отмечалось чередование участия двух популяций иммунокомпетентных клеток (CD-3+ и CD19+). Антителопродукция ^А и IgG была снижена, ^М — повышена, уровень ЦИК сохранялся высоким, цитокиновый статус был без особенностей.
3. Особенности иммунологических реакций у больных с незавершенным формированием костного блока в позвоночном двигательном сегменте
У больных третьей группы (14 человек, что составило 12,6 % от всех больных с повреждениями позвоночника) воспаление мягких тканей в области стержней аппарата внешней фиксации возникало в среднем через 58,2 ± 5,7 суток после переднего спондилодеза. Во избежание возникновения остеомиелита стержни аппарата также были удалены. Сращение костной ткани в позвоночном сегменте в положенные сроки (4-5,5 месяцев) и далее (до 7 месяцев наблюдения) не наступило. В этой группе иммунологические реакции рассматривали подробнее.
До операции фиксировались реактивные изменения лейкопоэза: прежде всего, это нейтрофильная реакция, где значения выходили за пределы верхней границы нормы [8], а также увеличение ЛИИ, ИЛ СОЭ и снижение ЛИА. Было отмечено снижение относительного количества лимфоцитов и эозино-филов в сравнении с нормальной консолидацией позвоночника. Среди показателей, характеризующих гуморальные реакции, стоило отметить изменение уровня ЦИК, превышавшего значения нормы (р < 0,05), и снижение ^М в сравнении с нормальной консолидацией костной ткани.
Послеоперационный период характеризовался угнетением иммунных реакций: отмечалось снижение числа фагоцитов, моноцитов и эозинофилов (р < 0,05). Понижалась продукция иммуноглобулинов — ^А на 3-и сутки, ^М через 1 месяц после операции. Менее выраженной была динамика острофазовых реакций (ЛИИ, ^-1р, СРБ, церулоплазмина).
Результаты исследования после переднего спондилодеза показали следующее. Отмечался выраженный нейтрофильный лейкоцитоз с увеличением ЛИИ и ИЛ СОЭ. Признаки угнетения иммунной системы появлялись вновь. На 3-и сутки после спондилодеза наблюдалось снижение CD19+ клеток. Начиная с 10-х суток, постепенно снижалось количество CD3+ клеток и индекса CD3+/CD19+. Увеличение числа фагоцитов на 3-и сутки после спон-дилодеза сменялось последующим снижением их количества, при этом, очевидно компенсаторно, с 10-х суток повышалась функционально-метаболическая активность клеток. Динамика воспалительной реакции была снижена. Ко второму месяцу наблюдения после переднего спондилодеза, то есть к моменту обнаружения нагноения в области стержней аппарата, отмечалось снижение иммунологической реактивности в целом.
Важно отметить, что через месяц после спондилодеза прослеживалось увеличение числа эозинофи-лов, лимфоцитов и повышение ЛИА (все выше нормы) [8, 10], что, возможно, отражало развитие
аллергической реакции на использованные для металлоостеосинтеза конструкции, подобно как было описано для других типов конструкций (эндопротезов крупных суставов) [11].
Особенности динамики иммунологических показателей при оперативном лечении повреждений позвоночника позволили, на основании теории Байеса, выделить критерии прогнозирования замедленной консолидации (табл. 2) и незавершенного формирования костного блока в позвоночном двигательном сегменте (табл. 3) при остеосинтезе повреждений позвоночника аппаратом внешней фиксации и переднем спондилодезе. Для каждого из предложенных критериев установлены пороговое значение, диагностическая специфичность, диагностическая чувствительность и ожидаемая ценность.
Их использование в клинической практике позволяет прогнозировать осложнения остеогенеза на разных этапах лечения (до опера-
ции, на 3-и или 10-е сутки после операции) и дает возможность корректировать тактику ведения больного. Для адекватного прогноза достаточно использования одного из предложенных тестов, проведение которого необходимо в выше указанные сроки, то есть до или после операции. При использовании одновременно двух и более прогностических критериев точность прогноза возрастает на 3-5 %. В распоряжении врача находятся исследования, относящиеся как к «рутинным методам», так и к узкоспециализированным (иммунологическим) методикам, что позволяет медицинским учреждениям любого уровня — от районных больниц до ведущих научных центров — подобрать спектр наиболее информативных показателей для проведения мониторинга консолидации повреждений позвоночника.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Иммунологический мониторинг позволяет оценивать пластиче-
ские процессы на уровне поврежденного позвоночного двигательного сегмента с учетом скорости возникновения индуцированного костного блока. Он может быть использован для прогнозирования осложнений послеоперационного периода — замедленной консолидации и нарушения формирования костного блока в позвоночном двигательном сегменте. Выбор тестов может осуществляться с учетом возможностей лабораторной службы, что позволяет использовать выделенные критерии в медицинских клиниках различного уровня (от крупных центров до небольших стационаров).
Прогнозирование можно реализовать на разных сроках ведения больного — 3-и, 10-е сутки, в том числе и на дооперационном этапе наблюдения, что позволяет проводить предоперационную коррекцию состояния с учетом выявленных отклонений и оптимизировать тактику лечения пациента.
Таблица 2
Критерии прогнозирования замедленной консолидации в лечении повреждений позвоночника
Прогностический Осложненное Нормальное Чувствительность, Специфичность, Ожидаемая
критерий течение течение % % ценность, %
До операции
Моноциты, 109/л 4 0,40 0,51-0,90 80,0 92,1 82,4
Ig M, г/л t 2,4 0,9-2,3 85,4 94,6 87,3
СРБ, мг/л 4 5,0 6,0-17,0 79,2 81,2 83,2
3 сутки
Лейкоциты, 109/л t 6,9 4,0-6,8 92,3 80,1 93,1
Нейтрофилы, 109/л t 6,5 2,5-6,4 75,2 93,1 78,3
ЯИН t 0,07 0,02-0,06 88,4 90,7 89,8
ЛИИ t 2,4 0,5-2,3 91,4 94,6 96,4
CD3+, % 4 45,0 46,0-70,0 90,4 92,3 91,7
Лактоферрин, нг/мл 4 499 500-1500 81,3 88,4 86,2
^-1а, пг/мл t 51,0 0-50,0 87,2 88,4 92,3
^-1га, пг/мл t 99,0 0-98,0 74,2 82,4 90,4
^-8, пг/мл t 81,0 0-80,0 77,1 89,6 84,2
Т^-а, пг/мл t 51,0 0-50,0 92,0 90,9 94,1
10 сутки
ИЛ СОЭ t 1,9 1,1-1,8 81,3 92,7 94,1
CD19+, % 4 4,0 5,0-12,0 77,3 81,4 79,9
Ig M, г/л t 2,7 0,9-2,6 87,7 88,3 89,5
Примечание: 1д - иммуноглобулины, СРБ - С-реактивный белок, ЯИН - ядерный индекс нейтрофилов, ЛИИ - лейкоцитарный
индекс интоксикации, CD - кластер дифференцировки, IL - интерлейкин, IL-ra - растворимый рецептор интрерлейкина, TNF
- фактор некроза опухолей, ИЛ СОЭ - индекс соотношения лейкоцитов и скорости оседания эритроцитов.
№ 3 [сентябрь] 2009
Литература:
1. Полищук, Н.Е. Повреждения позвоночника и спинного мозга /Н.Е. Полищук, Н.А. Корж, В.Я. Фищенко. - Киев: Книга плюс, 2001.
2. Пхакадзе, Т.Я. Организация и проведение микробиологического мониторинга в травматологии и ортопедии /Т.Я. Пхакадзе, Г.Г. Окропиридзе, Н.К. Вабищевич //Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2005. - № 3. - С. 77-83.
3. Quantitative molecular monitoring of residual tumor cells in chronic lymphocytic leukemia /T. Pfitzner, M. Reiser, S. Barth [et al.] //J. Ann. Hematol. - 2002. - Vol. 81. - P. 258-266.
4. Прогностическая ценность лабораторных показателей при эндопротезировании тазобедренного сустава /С.А. Божкова, Е.Г. Мамаева, Е.М. Еропкина [и др.] //Клиническая лабораторная диагностика. - 2000. - № 10. - С. 30.
5. Иммунологические критерии прогнозирования развития гнойно-воспалительных осложнений у детей с множественными и соче-танными травмами опорно-двигательного аппарата /Е.Г. Плиги-на, В.М. Розинов, А.П. Продеус [и др.] //Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2000. - № 2. - С. 49-55.
6. Лавруков, А.М. Остеосинтез аппаратом внешней фиксации у больных с повреждениями и заболеваниями позвоночника /А.М. Лавруков, А.Б. Томилов. - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2002.
7. Реброва, О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA /О.Ю. Реброва. - М.: МедиаСфера, 2006.
8. Лившиц, В.М. Лабораторные тесты у здоровых людей (референтные пределы) /В.М. Лившиц, В.И. Сидельникова. - М.: Триада, 2004.
9. Шубич, М.Г. Медиаторные аспекты воспалительного процесса /М.Г. Шубич, М.Г. Авдеева //Архив патологии. - 1997. - Т. 59, № 2. - С. 3-8.
10. Солдатов, А.А. Расчетный индекс лейкоцитов в оценке аллергического процесса /А.А. Солдатов, А.В. Соболев, М.В. Берензон //Клиническая лабораторная диагностика. - 1997. - № 11. - С. 35-36.
11. Milavec, P.V. Sensitivity to metals in 40 patients with failed Ыр endoprosthesis /P.V. Milavec, D. Orlic, A. Marusic //J. Arch. Ortl^. Trauma Surg. - 1998. - Vol. 117, N 6-7. - P. 383-386.
Сведения об авторах:
Бердюгина О.В., д.б.н., ведущий научный сотрудник Центральной научно-исследовательской лаборатории, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральская государственная медицинская академия Росздрава», г. Екатеринбург, Россия.
Бердюгин К.А., к.м.н., доцент кафедры травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральская государственная медицинская академия Росздрава», Екатеринбург, Россия.
Адрес для переписки:
Бердюгина О.В., ул. Татищева 77-310, Екатеринбург, 620131
Тел. моб. 89049884382, Е-таИ:Ьего1да73@гатЫег.ш
Information about authors:
Berdyugina O.V., PhD, head researcher of central scientific research laboratory, State High Professional Educational Institution «Ural State Medical Academy by Roszdrav», Ekaterinburg, Russia.
Berdyugin K.A., MD, assistant professor of traumatology, orthopedics and military surgery chair, State High Professional Educational Institution «Ural State Medical Academy by Roszdrav», Ekaterinburg, Russia.
Address for correspondence: Berdyugina O.V., Tatitseva st., 77-310, Ekaterinburg, Russia, 620131, Mobile phone: 89049884382 E-mail: [email protected]
m
58
ПОЛИТРАВМА
