CC BY
20
https://doi.org/10.35401/2541-9897-2022-25-2-51-58
Ц) Check for updates
Минеральный и костный метаболизм у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины
деформации
© Ю.Л. Зейналов1*, Г.В. Дьячкова2, А.В. Бурцев2, И.В. Сутягин2, К.А. Дьячков2
1 Госпиталь Военно-Медицинского Управления Службы Государственной Безопасности Азербайджанской Республики, Баку, Республика Азербайджан
2 Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова, Курган, Россия
*Ю.Л. Зейналов, Госпиталь Военно-Медицинского Управления Службы Государственной Безопасности Азербайджанской Республики, AZ1000, пос. Бадамдар, Сабаильский район, г. Баку, ул. Мектебли, 1, z.l.yusif@rambler.ru Поступила в редакцию 15 февраля 2022 г. Исправлена 28 февраля 2022 г. Принята к печати 5 марта 2022 г. Резюме
Цель работы: Анализ результатов изучения минерального обмена и маркеров костеобразования у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации.
Материал и методы: На основе ретроспективного одноцентрового исследования у 30 больных сколиозом до операции изучали показатели кальциевого обмена (общий и ионизированный кальций, паратгормон, кальций суточной мочи), фосфора, маркеры костеобразования (щелочная фосфатаза, остеокальцин, P1NP в крови), дезоксипиридинолин утренней мочи, уровень в крови 25(OH)D. Все пациенты были разделены на 3 группы: с величиной деформации 25-40° (группа 1), 40-60° (группа 2) и 60-80° (группа 3) (n = 30). Средний возраст во всех группах составил 18,5 ± 4,7 года.
Результаты: У больных идиопатическим сколиозом щелочная фосфатаза и P1NP достоверно превышали нормальные показатели в 1-й группе, что свидетельствовало о более высокооборотном типе костного ремоделирования при дефицитном уровне 25(OH)D. Более высокая экскреция дезоксипиридинолина и снижение показателей фосфора в крови у больных с деформацией 60-80° позволяют предположить нарушение соотношения процессов синтеза и резорбции в костной ткани. Заключение: Изучение минерального обмена и всех основных маркеров костеобразования позволило создать более полную картину состояния обменных процессов в костной ткани, получить достоверные данные о влиянии некоторых из них на характер костного ремоделирования и величину деформации позвоночника. Ключевые слова: идиопатический сколиоз, кальциевый обмен, маркеры костеобразования
Цитировать: Зейналов Ю.Л., Дьячкова Г.В., Бурцев А.В., Сутягин И.В., Дьячков К.А. Минеральный и костный метаболизм у больных идиопатическим сколиозом в зависимости от величины деформации. Инновационная медицина Кубани. 2022;(2):51-58. https://doi.org/10.35401/2541-9897-2022-25-2-51-58
Mineral and bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis depending
on the magnitude of the deformity
© Yusif L. Zeynalov1*, Galina V. Diachkova2, Alexander V. Burtsev2, Ilya V. Sutyagin2, Konstantin A. Diachkov2
1 Hospital of the Military Medical Department of the State Security Service of the Republic of Azerbaijan, Baku, Republic of Azerbaijan
2 National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics, Kurgan, Russian Federation
* Yusif L. Zeynalov, Hospital of the Military Medical Department of the State Security Service of the Republic of Azerbaijan, Baku, Sabail district, Badamdar village, 1, Mektebli str., Azerbaijan, AZ1000, z.l.yusif@rambler.ru Received: February 15,2022. Received in revised form: February 28,2022. Accepted: March 5,2022. Abstract
Objective: Analysis of the results of the study of mineral metabolism and bone formation markers in patients with idiopathic scoliosis, depending on the magnitude of the deformity.
Material and methods: Based on the retrospective single-center study in 30 patients diagnosed with scoliosis the preoperative parameters of calcium metabolism (total and ionized calcium, parathyroid hormone, 24-hour urine calcium), phosphorus, bone formation markers (alkaline phosphatase, osteocalcin, P1NP in the blood), deoxypyridinoline in morning urine, blood levels of 25(OH)D have been analyzed. The patients were divided into 3 groups: with a deformity of 25-40 ° (group 1), 40-60 ° (group 2) and 60-80 ° (group 3) (n = 30). The mean age in all groups was 18.5 ± 4.7.
Results: In patients with idiopathic scoliosis, alkaline phosphatase and P1NP significantly exceeded normal values in the first group, which indicated a more high-turnover type of bone remodeling with a deficient level of 25(OH)D. A higher excretion of deoxypyridinoline and a decrease in phosphorus in blood in patients with a deformity of 60-80 ° suggest a violation of the ratio of the processes of synthesis and resorption in bone tissue.
Conclusion: The study of mineral metabolism and all the main markers of bone formation made it possible to obtain a more complete picture of the state of metabolic processes in bone tissue, to obtain reliable data on the effect of some of them on the nature of bone remodeling and the magnitude of spinal deformity.
Keywords: idiopathic scoliosis, calcium metabolism, markers of bone formation
Cite this article as: Zeynalov Y.L., Diachkova G.V., Burtsev A.V., Sutyagin I.V., Diachkov K.A. Mineral and bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity. Innovative Medicine of Kuban. 2022;(2):51-58. https://doi.org/10.35401/2541-9897-2022-25-2-51-58
Введение
Существует достаточно большое количество исследований по изучению минеральной плотности кости (МПК) для решения вопроса о наличии остеопоро-за у больных идиопатическим сколиозом (ИС) [1-5]. Доказано наличие остеопении у больных ИС, признаки нарушения структуры кости, касающиеся как качества трабекул, так и архитектоники [6-8]. Установлено, что с увеличением степени деформации позвоночника у детей и подростков при ИС увеличивается частота выявления сниженной минеральной плотности костной ткани [1]. В 2016 г. B. H. K. Yip и соавт. выявили, что у пациенток с ИС, имеющих низкую плотность костной ткани, риск прогрессирования увеличивается в зависимости от исходной величины деформации [3]. ^следование X. Sun и соавт. (2013) показало, что у пациенток с углом деформации по методу Кобба 32,3 ± 6,6 ° чаще обнаруживали девочек с остеопенией с более низкой степенью Risser, в сравнении с группой пациенток с меньшим углом деформации (29,1 ± 5,3 °) [9]. Кроме того, проведены исследования уровня остеопротегерина (OPG) и остеокальцина (OST), паратгормона (fs-PTH), витамина D, состояния минерального обмена (кальций, фосфор) [4, 5, 10, 11-13]. В 2015 г. К. Ishida и соавт. изучали минеральную плотность кости и костный метаболизм у пациентов с ИС с использованием маркеров костного метаболизма BAP (Bone Alkaline Phosphatase) и TRAP5b (Tartrate-resistant Acid Phosphatase serum band 5). Пациенты с ИС с высокими значениями TRAP5b имели более низкий Z-критерий, чем пациенты с нормальными значениями этого маркера. Авторы связывают более высокую скорость резорбции кости с низкой плотностью костной ткани у пациентов с ИС [4].
В 2020 nA. Herdea и соавт. опубликовали вывод, что положительная корреляция между витамином D и уровнем кальция вместе с отрицательной корреляцией с углом Кобба являются основанием для обязательного изучения уровня витамина D у всех пациентов с ИС [11]. Данные о значимой корреляции угла Кобба с Z-критерием (r = -0,39, p = 0,02) найдены в работе L. Catan и соавт. [5]. В проведенных исследованиях изучены отдельные фрагменты минерального обмена и маркеров костеобразования, не во всех из них четко прослежена взаимосвязь нарушений минерального обмена или минеральной плотности костной ткани с величиной деформации позвоночника, что послужило основанием для выполнения данной работы.
Цель работы
Анализ результатов изучения минерального обмена и маркеров костеобразования у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации.
Материал и методы исследования
Проведено ретроспективное одноцентровое исследование. У 30 больных сколиозом, разделенных на 3 группы: с величиной деформации 25-40 ° (1-я группа), 40-60 ° (2-я группа) и 60-80 ° (3-я группа) (n = 30) до операции изучали показатели кальциевого обмена (общий и ионизированный кальций, паратгормон, кальций суточной мочи), уровень фосфора, маркеры косте-образования (щелочная фосфатаза, остеокальцин, P1NP в крови), дезоксипиридинолин (ДПИД) утренней мочи, уровень в крови 25 (OH)D. Средний возраст больных во всех группах составил 18,5 ± 4,7 года. При отдельном определении среднего возраста в 1-й группе отмечено некоторое отличие от 2-й и 3-й (16,1 ± 2,4 года).
Больные обследованы во время подготовки к операции по устранению идиопатического сколиоза в 2018-2020 гг. в специализированной клинике. Критерии включения в исследование: возраст пациентов на момент обследования от 14 до 20 лет; наличие идиопатического сколиоза грудопоясничного отдела позвоночника; деформация позвоночника в пределах от 25 до 80 ° по Кобба. Критерии исключения: деформация позвоночника < 20 ° и > 80 °, возраст пациентов < 14 и > 20 лет, врожденный или нейромышечный сколиоз. Биохимические исследования проводили на автоматическом биохимическом анализаторе VITROS 5.1FS (Orto Clinical Diagnostics Johnson & Johnson company), исследование гормонов - на автоматических анализаторах VITROS® ECIQ, mini Vidas, автоматизированной системе Cobas E411. Для определения степени деформации все пациенты обследованы методом рентгенографии и компьютерной томографии. Работа осуществлялась в соответствии с этическими нормами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2013 г. Все больные или их законные представители подписали информированное согласие на публикацию данных без идентификации личности. Статистическую обработку проводили с помощью программы AtteStat (64-разрядная ОС) [9]. Проверку нормальности распределения количественных данных выполняли с использованием
критерия Колмогорова-Смирнова. Для выявления различий между группами по количественным показателям применяли критерий Стьюдента с поправкой Бонферрони. Уровень статистической значимости различий при проверке статистических гипотез принимался равным р < 0,05.
Результаты исследования
Определение концентрации кальция и фосфора у больных идиопатическим сколиозом обосновано связью их с обменом паратгормонома, кальцитонина, активной формой витамина D3. Изучение показателей минерального обмена и маркеров костеобразования проведено нами в зависимости от величины деформации, поскольку есть исследования, свидетельствующие о взаимосвязи снижения МПК и прогрессирова-ния деформации, а все перечисленные выше показатели кальциевого обмена и маркеры костеобразования влияют на состояние костной ткани позвонков [1, 4, 6].
При изучении кальция мочи достоверных отличий по группам не выявлено, но во 2-й и 3-й группах его
содержание было несколько ниже нормы. Что касается кальция крови, то в 3-й группе этот показатель был достоверно ниже, чем в первых двух (рис. 1).
Также определен уровень ионизированного кальция, как более информативного показателя, по сравнению с общим кальцием, для диагностики гиперкальци-емических состояний. У пациентов 2-й группы показатель был выше, чем в 1-й и 3-й (рис. 2).
Дополнительно с определением кальция крови изучены показатели фосфора в крови, поскольку концентрация фосфора зависит от реабсорбции фосфатов в канальцах почек, соотношения процессов синтеза и резорбции в костной ткани. В 3-й группе показатель был достоверно ниже (рис. 3).
Исследование маркеров костного формирования показало, что уровень щелочной фосфатазы в 1-й группе был повышен, во 2-й и 3-й укладывался в ре-ференсные значения (рис. 4).
Показатель одного из маркеров костеобразова-ния РШР (К-терминальный пропептид проколлагена 1-го типа) достоверно снижался по мере увеличения
Рисунок 1. Диаграмма содержания кальция крови у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Figure 1. Diagram of the amount of blood calcium in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity
Рисунок 2. Диаграмма содержания ионизированного кальция крови у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Figure 2. Diagram of the amount of ionized blood calcium in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity
деформации позвоночника. В 1-й группе был повышен, что свидетельствовало о нарушенном соотношении разрушения и формирования костного матрикса, увеличении продукции коллагена 1-го типа и, соответственно, РШР, характерного для высокооборотного типа костного ремоделирования. Во 2-й и 3-й группах РШР был в пределах нормы (рис. 5).
Кроме того, было проведено исследование уровня витамина D (25-ОН D3) для выявления вторичного гиперпаратиреоза, маркером которого он является, что сопровождается остеокластической резорбцией кости, снижением ее плотности и изменением архитектоники [14, 16, 23]. По нашим данным, содержание витамина D (25-ОН D3) указывало на дефицит в 1-й и 2-й группах (< 20 нг/мл), было недостоверно выше, но недостаточным в 3-й группе (концентрация 25 (ОНР от 20 до 30 нг/мл) (рис. 6).
Определение остеокальцина (ОК), как наиболее чувствительного маркера метаболизма костной ткани
было продиктовано необходимостью выявления метаболической активности остеобластов костной ткани. Остеокальцин относится к продуктам нового синтеза, а не освобождения его при резорбции кости. ОК является показателем уровня костного метаболизма в целом, а также возможным прогностическим индикатором более тяжелого течения заболевания костей. Во всех 3-х группах ОК был в пределах нормы без достоверных различий (рис. 7).
ДПИД относится к продуктам деградации коллагена костной ткани и является высокоспецифичным маркером резорбции костной ткани. Быстро реагирует на изменения в ремоделировании кости, «информирует» об активности процесса, является ранним диагностическим критерием. В нашем исследовании более высокая экскреция ДПИД выявлена в 3-й группе, что свидетельствует о более высокой скорости резорбции кости у пациентов данной группы (рис. 8).
Рисунок 3. Диаграмма содержания фосфора крови у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины
деформации
Прим.: (* -р < 0,05)
Figure 3. Diagram ofthe amount of blood phosphorus in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude ofthe deformity Notes: (* -p < 0.05)
Рисунок 4. Диаграмма показателей щелочной фосфатазы у пациентов трех групп Прим.: * - достоверные различия в 1-й группе от 2-й и 3-й (р < 0,05) Figure 4. Diagram of alkaline phosphatase indices in patients of three groups Notes: * - significant differences in the first group from the second and third (p < 0.05)
Рисунок 5. Гистограмма показателей P1NPу больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации Figure 5. Histogram ofP1NP parameters in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity Прим.: * - достоверные различия в первой группе от второй и третьей (р < 0,05) Notes: * - significant differences in the first group from the second and third (p < 0.05)
Рисунок 6. Гистограмма, отражающая содержание витамина D (25-OH D3) у больных идеопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации сколиотической дуги. Группы 1 и 2— дефицит, группа 3 — недостаточность (*— р < 0,05) Figure 6. Histogram showing the amount of vitamin D (25-OH D3) in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the scoliotic curve deformity. Groups 1 and 2 — deficiency, group 3 — insufficiency (*— p < 0.05)
Определение паратиреоидного гормона было обусловлено тем, что он относится к одному из основных регуляторов кальциевого обмена в организме. Снижает выделение кальция и увеличивает выделение фосфора из организма с мочой, действуя на канальцы почек. Способствует поступлению кальция и фосфата из костей в кровь, угнетая активность остеобластов; активируя остеоциты и остеокласты, способствует увеличению пула остеокластов. В обследованных группах больных уровень ПТГ достоверно не различался (рис. 9).
Обсуждение результатов
Результаты работы показали, что у больных идиопатическим сколиозом щелочная фосфатаза и РШР достоверно превышали нормальные показатели в 1-й группе, тогда как во 2-й и 3-й они были в пределах нормы. Это свидетельствует о более высокооборотном типе костного ремоделирования у больных данной группы и необходимости дополнительных предоперационных обследований, в частности, изучения минеральной
плотности позвонков. Следует заметить, что в 1-й группе средний возраст был несколько ниже, чем во 2-й и 3-й, чем можно объяснить полученные данные в работе Е. Н. Бахтиной и соавт. (2016), где указано, что у всех детей с ИС уровень 25 (ОН^ был снижен до дефицита [14]. Учитывая, что уровень в крови 25 (ОН^ был дефицитным в 1-й группе и недостаточным во 2-й и 3-й, у всех пациентов может иметь место вторичный гипер-паратиреоз, приводящий к остеокластической резорбции кости, снижению ее плотности и изменению архитектоники. Возможно, в данной ситуации требуется коррекция содержания витамина D, однако это должно быть объектом специального исследования. В работе А. НеМеа и соавт. (2020), изучение уровня витамина D и кальция проведено у 101 пациента с ИС (средний возраст 11,61 ± 2,33) Средний угол Кобба составил 26,21 ± 12,37 °. Уровень витамина D - 24 нг/мл ± 9,64. Значения кальция были в пределах нормы, в среднем 9,82 мг/дл ± 0,42. Группа мужчин показала более низкие уровни витамина D по сравнению с группой женщин
Рисунок 7. Гистограмма, отражающая содержание остеокальцина у больных идеопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Figure 7. Histogram showing the amount of osteocalcin in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity
Рисунок 8. Гистограмма, отражающая содержание ДПИД у больных идеопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации. Показатели достоверно повышаются в группах 1 и 3, коррелируя с тяжестью сколиоза Figure 8. Histogram showing the amount of DPD in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity. The indicators significantly increase in groups 1 and 3, correlating with the severity of scoliosis
Рисунок 9. Уровень паратиреоидного гормона у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Figure 9. The level ofparathyroid hormone in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity
(19,6 против 25,45 нг/мл) (р = 0,02). Уровень витамина D положительно коррелировал с уровнем кальция (р = 0,01, г = 0,973), а также с возрастом пациента (р < 0,001, г = 0,158). Угол Кобба отрицательно коррелировал с уровнем витамина D в сыворотке (р < 0,01, г = -0,472), что совпадает с нашими данными. Авторы считают,
что положительная корреляция между уровнем витамина D и кальцием вместе с отрицательной корреляцией с углом Кобба является еще одним доказательством того, что пациентов с ИС следует регулярно обследовать на содержание витамина D, которые могут влиять на прогрессирование сколиотической дуги [11].
Таблица
Показатели минерального обмена и некоторых маркеров костного метаболизма у больных идиопатическим
сколиозом, в зависимости от величины деформации
Table
Indicators of mineral metabolism and some markers of bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis depending
on the magnitude of the deformity
Показатель Величина деформации (n = 30)
25-40 ° 40-60 ° Больше 60 °
Кальций мочи норма Ниже нормы
Кальций крови (общий) норма норма концентрация достоверно ниже, чем в 1-й и 2-й группах
Кальций ионизированный норма концентрация достоверно выше, чем в 1-й и 2-й группах норма
Фосфор норма норма концентрация достоверно ниже, чем в 1-й и 2-й группах
Щелочная фосфатаза выше нормы 1 норма норма
Остеокальцин норма норма норма
РШР выше нормы 2 норма норма
ДПИД норма показатели достоверно повышаются, коррелируя с тяжестью сколиоза
25 (ОН)Б дефицит3 недостаточно недостаточно
Паратгормон норма норма норма
1,2 - достоверные отличия от нормы (р < 0,01); 3 - дефицит в сравнении с референсными данными 12 - significant difference from the norm (p < 0.01); 3 - deficit compared to reference data
Аналогичная связь продемонстрирована в статье L. Catan и соавт., где указано, что пациенты с ИС имели значительно более низкие уровни витамина D, кальция и значения Z-критерия, чем здоровые лица, выявлена значительная корреляция угла Кобба с Z-критерием (г = -0,39, p = 0,02) [5]. Изучение остеокальцина и receptor activator of nuclear factor-kB ligand (RANKL) у больных ИС показало их более высокие значения, чем в контрольной группе [15]. Интенсивная экскреция ДПИД выявлена в 3-й группе, что свидетельствует о более высокой скорости резорбции кости у пациентов данной группы. Показатели фосфора в крови также были снижены в 3-й группе, что подтверждает нарушение соотношения процессов синтеза и резорбции в костной ткани с выраженной деформацией позвоночника (60-80 °). Показатели паратгормона не имели достоверных различий в группах с нормой, что совпадает с мнением A. Gozdzialska и соавт. (2016) [13].
Заключение
Изучение минерального обмена и всех основных маркеров костеобразования позволили получить более полную картину состояния обменных процессов в костной ткани у больных ИС и достоверные данные о влиянии некоторых из них на характер костного ре-моделирования и величину деформации позвоночника, что должно учитываться в определении объема диагностических исследований, предоперационной подготовке и реабилитационно-восстановительных мероприятиях после лечения. Это свидетельствует о практической значимости работы, которая заключается
в необходимости дополнительных обследований пациентов идиопатическим сколиозом до операции, учитывая нарушение минерального обмена и изменение маркеров костеобразования для коррекции содержания витамина 25(ОН^ и контроля за состоянием минеральной плотности кости, которые являются важными предикторами для оценки качества кости и профилактики резорбтивных изменений в области имплантов.
Выводы
1. Достоверное превышение нормальных показателей щелочной фосфатазы и РШР у больных идио-патическим сколиозом в 1-й группе свидетельствует о более высокооборотном типе костного ремодели-рования и необходимости дополнительных предоперационных обследований, в частности, изучения минеральной плотности позвонков для предотвращения осложнений после введения имплантов.
2. Учитывая, что уровень в крови 25(ОН^ был дефицитным в 1-й группе и недостаточным во 2-й и 3-й, приводящий к остеокластической резорбцией кости, снижению ее плотности и изменению архитектоники, возможно, требуется коррекция содержания витамина D с одновременным контролем паратгормона.
3. Более высокая экскреция ДПИД, наряду со снижением показателей фосфора крови в 3-й группе, свидетельствуют о нарушении соотношения процессов синтеза и резорбции костной ткани и должны сопровождаться рекомендацией о проведении денситоме-трии для определения минеральной плотности кости.
Литература/References
1. Матюшин А.Ф., Умарходжаев Ф.Р., Искандаров М.М. Характерные показатели минеральной плотности костной ткани в зависимости от тяжести течения идиопатического сколиоза у детей. Евразийский вестник педиатрии. 2019;3(3):150-154.
Matyushin AF, Umarkhodzhaev FR, Iskandarov MM. Characteristic indices of bone tissue mineral density depending on the severity of idiopathic scoliosis in children. Eurasian Bulletin of Pediatrics. 2019;3(3):150-154. (In Russ.).
2. Almomen FA, Altaweel AM, Abunadi AK, et al. Determining the correlation between Cobb angle severity and bone mineral density in women with adolescent idiopathic scoliosis. J Taibah Univ Med Sci. 2021;16(3):365-368. PMID: 34140863. PMCID: PMC8178678. http://doi.org/10.1016/j.jtumed.2020.12.019
3. Yip BHK, Yu FWP, Wang Z, et al. Prognostic Value of Bone Mineral Density on Curve Progression: A Longitudinal Cohort Study of 513 Girls with Adolescent Idiopathic Scoliosis. Sci Rep. 2016;6:39220. PMID: 27991528. PMCID: PMC5171643. http:// doi.org/10.1038/srep39220
4. Ishida K, Aota Y, Mitsugi N, et al. Relationship between bone density and bone metabolism in adolescent idiopathic scoliosis. Scoliosis. 2015;10:9. PMID: 25949272. PMCID: PMC4422325. http://doi.org/10.1186/s13013-015-0033-z
5. Catan L, Cerbu S, Amaricai E, et al. Assessment of Static Plantar Pressure, Stabilometry, Vitamin D and Bone Mineral Density in Female Adolescents with Moderate Idiopathic Scoliosis. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(6):2167. PMID: 32214036. PMCID: PMC7143889. http://doi.org/10.3390/ijerph17062167
6. Chen H, Zhang J, Wang Y, et al. Abnormal lacuno-canalicular network and negative correlation between serum osteocalcin and Cobb angle indicate abnormal osteocyte function in adolescent idiopathic scoliosis. FASEB J. 2019;33(12):13882-13892. PMID: 31626573. PMCID: PMC6894095. http://doi.org/10.1096/fj.201901227R
7. Tam EM, Yu FW, Hung VW, et al. Are volumetric bone mineral density and bone micro-architecture associated with leptin and soluble leptin receptor levels in adolescent idiopathic scoliosis? - A case-control study. PLoS One. 2014;9(2):e87939. PMID: 24516571. PMCID: PMC3916359. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0087939
8. Wang ZW, Lee WY, Lam TP, et al. Defining the bone mor-phometry, micro-architecture and volumetric density profile in osteopenic vs non-osteopenic adolescent idiopathic scoliosis. Eur Spine J. 2017;26(6):1586-1594. PMID: 26846315. http://doi. org/10.1007/s00586-016-4422-7
9. Sun X, Wu T, Liu Z, et al. Osteopenia predicts curve progression of adolescent idiopathic scoliosis in girls treated with brace treatment. J Pediatr Orthop. 2013;33(4):366-371. PMID: 23653023. http://doi.org/10.1097/BP0.0b013e31827b7b5f
10. Ng SY, Bettany-Saltikov J, Cheung IYK, et al. The role of Vitamin D in the pathogenesis of adolescent idiopathic scoliosis. Asian Spine J. 2018;12:1127-1145. PMID: 30322242. PMCID: PMC6284127. http://doi.org/10.31616/asj.2018.12.6.1127
11. Herdea A, Charkaoui A, Ulici A. Prevalence of 25-OH-Vitamin D and Calcium Deficiency in Adolescent Idiopathic Scoliosis. Journal of Medicine and Life. 2020;13(2):260-264. PMID: 32728404. PMCID: PMC7378343. http://doi.org/10.25122/ jml-2020-0101
12. Beling A, Hresko MT, DeWitt L, et al. Vitamin D levels and pain outcomes in adolescent idiopathic scoliosis patients undergoing spine fusion. Spine Deform. 2021;9(4):997-1004. PMID: 33683641. http://doi.org/10.1007/s43390-021-00313-7
13. Gozdzialska A, Jaskiewicz J, Knapik-Czajka M, et al. Association of Calcium and Phosphate Balance, Vitamin D, PTH, and Calcitonin in Patients with Adolescent Idiopathic Scoliosis.
Spine (Phila Pa 1976). 2016;41(8):693-697. PMID: 27064335. http://doi.org/10.1097/BRS.0000000000001286
14. Бахтина Е.Н., Родионова С.С., Кулешов А.А., и др. Особенности костного метаболизма у больных с идиопатическим сколиозом (предварительное сообщение). Остеопороз и остеопатии. 2016;19(2):71. http://doi.org/10.14341/osteo2016271-71
Bakhtina EN, Rodionova SS, Kuleshov AA, et al. Features of bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis (preliminary report). Osteoporosis and osteopathy. 2016;19(2):71. (In Russ.). http://doi.org/10.14341/osteo2016271-71
15. Chiru M. Adolescent idiopathic scoliosis and osteopenia). Maedica (Bucur). 2011;6(1):17-22. PMID: 21977185. PMCID: PMC3150025.
Сведения об авторах
Зейналов Юсиф Латифович, к. м. н., ортопед-вертебро-лог, Госпиталь Военно-Медицинского Управления Службы Государственной Безопасности Азербайджанской Республики (Баку, Республика Азербайджан). http://orcid.org/0000-0002-6390-0423
Дьячкова Галина Викторовна, д. м. н., профессор, заведующая лабораторией, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0003-1973-4680
Бурцев Александр Владимирович, д. м. н., исполняющий обязанности директора, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0001-8968-6528
Сутягин Илья Вячеславович, врач-ординатор, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0002-3998-6781
Дьячков Константин Александрович, д. м. н., ведущий научный сотрудник, заведующий рентгеновским отделением, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0002-5105-3378
Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author credentials
Yusif L. Zeynalov, Cand. Sci. (Med.), orthopedist-vertebro-logist, Hospital of the Military Medical Department of the State Security Service of the Republic of Azerbaijan (Baku, Republic of Azerbaijan). http://orcid.org/0000-0002-6390-0423
Galina V. Diachkova, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of Laboratory, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0003-1973-4680
Alexander V. Burtsev, Dr. Sci. (Med.), Acting Director, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0001-8968-6528
Ilya V. Sutyagin, Resident doctor, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0002-3998-6781
Konstantin A. Diachkov, Dr. Sci. (Med.), Leading Researcher, Head of Radiology Department, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0002-8490-3052
Conflict of interest: none declared.
https://doi.org/10.35401/2541-9897-2022-25-2-51-58
Ц) Check for updates
Mineral and bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis depending
on the magnitude of the deformity
© Yusif L. Zeynalov1*, Galina V. Diachkova2, Alexander V. Burtsev2, Ilya V. Sutyagin2, Konstantin A. Diachkov2
1 Hospital of the Military Medical Department of the State Security Service of the Republic of Azerbaijan, Baku, Republic of Azerbaijan
2 National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics, Kurgan, Russian Federation
* Yusif L. Zeynalov, Hospital of the Military Medical Department of the State Security Service of the Republic of Azerbaijan, Baku, Sabail district, Badamdar village, 1, Mektebli str., Azerbaijan, AZ1000, z.l.yusif@rambler.ru Received: February 15,2022. Received in revised form: February 28,2022. Accepted: March 5,2022. Abstract
Objective: Analysis of the results of the study of mineral metabolism and bone formation markers in patients with idiopathic scoliosis, depending on the magnitude of the deformity.
Material and methods: Based on the retrospective single-center study in 30 patients diagnosed with scoliosis the preoperative parameters of calcium metabolism (total and ionized calcium, parathyroid hormone, 24-hour urine calcium), phosphorus, bone formation markers (alkaline phosphatase, osteocalcin, P1NP in the blood), deoxypyridinoline in morning urine, blood levels of 25(OH)D have been analyzed. The patients were divided into 3 groups: with a deformity of 25-40 ° (group 1), 40-60 ° (group 2) and 60-80 ° (group 3) (n = 30). The mean age in all groups was 18.5 ± 4.7.
Results: In patients with idiopathic scoliosis, alkaline phosphatase and P1NP significantly exceeded normal values in the first group, which indicated a more high-turnover type of bone remodeling with a deficient level of 25(OH)D. A higher excretion of deoxypyridinoline and a decrease in phosphorus in blood in patients with a deformity of 60-80 ° suggest a violation of the ratio of the processes of synthesis and resorption in bone tissue.
Conclusion: The study of mineral metabolism and all the main markers of bone formation made it possible to obtain a more complete picture of the state of metabolic processes in bone tissue, to obtain reliable data on the effect of some of them on the nature of bone remodeling and the magnitude of spinal deformity.
Keywords: idiopathic scoliosis, calcium metabolism, markers of bone formation
Cite this article as: Zeynalov Y.L., Diachkova G.V., Burtsev A.V., Sutyagin I.V., Diachkov K.A. Mineral and bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity. Innovative Medicine of Kuban. 2022;(2):51-58. https://doi.org/10.35401/2541-9897-2022-25-2-51-58
Минеральный и костный метаболизм у больных идиопатическим сколиозом в зависимости от величины
деформации
© Ю.Л. Зейналов1*, Г.В. Дьячкова2, А.В. Бурцев2, И.В. Сутягин2, К.А. Дьячков2
1 Госпиталь Военно-Медицинского Управления Службы Государственной Безопасности Азербайджанской Республики, Баку, Республика Азербайджан
2 Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова, Курган, Россия
*Ю.Л. Зейналов, Госпиталь Военно-Медицинского Управления Службы Государственной Безопасности Азербайджанской Республики, А71000, пос. Бадамдар, Сабаильский район, г. Баку, ул. Мектебли, 1, z.l.yusif@rambler.ru Поступила в редакцию 15 февраля 2022 г. Исправлена 28 февраля 2022 г. Принята к печати 5 марта 2022 г. Резюме
Цель работы: Анализ результатов изучения минерального обмена и маркеров костеобразования у больных идиопатическим сколиозом в зависимости от величины деформации.
Материал и методы: На основе ретроспективного одноцентрового исследования у 30 больных сколиозом до операции изучали показатели кальциевого обмена (общий и ионизированный кальций, паратгормон, кальций суточной мочи), фосфора, маркеры костеобразования (щелочная фосфатаза, остеокальцин, РЮТ в крови), дезоксипиридинолин утренней мочи, уровень в крови 25(ОН)Б. Все пациенты были разделены на 3 группы: с величиной деформации 25-40° (группа 1), 40-60° (группа 2) и 60-80° (группа 3) (п = 30). Средний возраст во всех группах составил 18,5 ± 4,7 года.
Результаты: У больных идиопатическим сколиозом щелочная фосфатаза и РЮТ достоверно превышали нормальные показатели в 1-й группе, что свидетельствовало о более высокооборотном типе костного ремоделирования при дефицитном уровне 25(ОН)Б. Более высокая экскреция дезоксипиридинолина и снижение показателей фосфора в крови у больных с деформацией 60-80° позволяют предположить нарушение соотношения процессов синтеза и резорбции в костной ткани.
Заключение: Изучение минерального обмена и всех основных маркеров костеобразования позволило создать более полную картину состояния обменных процессов в костной ткани, получить достоверные данные о влиянии некоторых из них на характер костного ремоделирования и величину деформации позвоночника. Ключевые слова: идиопатический сколиоз, кальциевый обмен, маркеры костеобразования
Цитировать: Зейналов Ю.Л., Дьячкова Г.В., Бурцев А.В., Сутягин И.В., Дьячков К.А. Минеральный и костный метаболизм у больных идиопатическим сколиозом в зависимости от величины деформации. Инновационная медицина Кубани. 2022;(2):51-58. https://doi.org/10.35401/2541-9897-2022-25-2-51-58
Introduction
There is a fairly large number of studies on bone mineral density (BMD) to address the issue of the presence of osteoporosis in patients with idiopathic scoliosis (IS) [1-5]. The presence of osteopenia in patients with IS has been proven, as well as signs of the bone structure infraction, concerning both the quality of trabeculae and architectonics [6-8]. It has been established that with the spinal deformity degree increase in children and adolescents with IS, the frequency of detection of reduced bone mineral density increases [1]. In 2016 B.H.K. Yip et al. found that in patients with IS that have low bone density, progression risk increases depending on the initial magnitude of deformity [3]. Research carried out by X. Sun et al. (2013) showed, that in patients with a deformity angle 32.3 ± 6.6 ° according to the Cobb method, girls with os-teopenia with a lower Risser stage were found more often than in a group of patients with a smaller deformity angle (29.1 ± 5.3 °) [9]. In addition, the level of osteoprotegerin (OPG) and osteocalcin (OST), parathyroid hormone (fs-PTH), vitamin D, and the state of mineral metabolism (calcium, phosphorus) have been also studied [4, 5, 10, 11-13]. In 2015 K. Ishida et al. studied bone mineral density and bone metabolism in patients with IS using the markers of bone metabolism - BAP (bone alkaline phosphatase) and TRAP5b (tartrate-resistant acid phosphatase serum band 5). Patients with IS that showed high TRAP5b levels had lower Z-score than patients with normal levels of TRAP5b. The authors attribute a higher rate of bone resorption to low bone density in patients with IS [4].
In 2020 A. Herdea et al. published a conclusion that a positive correlation between vitamin D and calcium along with a negative correlation to Cobb angle is the basis for compulsory study of vitamin D levels in all patients with IS [11]. Data on measuring the correlation of the Cobb angle to the Z-score (r = - 0.39, p = 0.02) were found in the work of L. Catan et al. [5]. In the conducted studies individual fragments of mineral metabolism and bone formation markers were studied. Not all of them clearly stated the correlation between mineral metabolism disorders or bone mineral density and the degree of spinal deformity which became the basis for this research.
Objective
Analysis of the results of the study of mineral metabolism and bone formation markers in patients with idio-pathic scoliosis, depending on the magnitude of the deformity. Mean age in all groups was 18.5 ± 4.7 years.
Material and Methods
A retrospective single-center study has been carried out. In 30 patients with scoliosis, divided into three groups: with a deformity of 25-40 ° (Group 1), 40-60 ° (Group 2) and 60-80 ° (Group 3) (n = 30) calcium metabolism indicators were studied before surgery (total and ionized calcium, parathormone, 24-hour urine calcium), phosphorus, bone formation markers (alkaline phospha-tase, osteocalcin, P1NP in the blood), deoxypyridinoline (DPD) in morning urine, blood levels of 25(OH)D. Mean age of patients in all groups was 18.5 ± 4.7. During a separate determination of the mean age in the 1st group a slight difference from the 2nd and 3rd groups appeared (16.1 ± 2.4 years). The patients were examined during preparation for elimination of idiopathic scoliosis surgery in 2018-2020 in a specialized clinic. Criteria for inclusion in the study: patients' age at the time of examination from 14 to 20 years; thoracolumbar spine idiopathic scoliosis; spinal deformity from 25 to 80 ° according to Cobb angle. Exclusion criteria: spine deformity less than 20 ° and more than 80 °, patients' age less than 14 and more than 20, congenital or neuromuscular scoliosis. Biochemical studies were carried out on an automatic analyzer VITROS 5.1FS (Orto Clinical Diagnostics Johnson & Johnson company), hormones study - on automatic analyzers VITROS® ECIQ, mini Vidas, automated system Cobas E 411. To determine the deformity magnitude all patients were examined by radiography and computed tomography. The work was carried out in accordance with the ethical standards of the Declaration of Helsinki of the World Medical Association "Ethical principles for conducting scientific medical research involving humans" as amended in 2013. All patients or their legal representatives signed an informed consent for the publication of data without personal identification. Statistical processing was performed using the AtteStat program (64-bit OS) [9]. The normality check of the quantitative data distribution was performed using the Kolmogorov-Smirnov test. To identify differences between groups in terms of quantitative indicators, Student's t-test with Bonferroni correction was used. Statistical significance level of differences when testing statistical hypotheses equaled p < 0.05.
Results
Calcium and phosphorus concentration determination in patients with idiopathic scoliosis is justified by their connection with the exchange of parathyroid hormone, calcitonin, and the active form of vitamin D3.
Mineral metabolism and markers of bone formation indicators study was carried out by us depending on the magnitude of the deformity, since there are studies indicating that a decrease in BMD affects the progression of deformity, and all the mentioned above indicators of calcium metabolism and markers of bone formation affect the state of the bone tissue of the vertebrae [1, 4, 6].
No significant differences were found between groups during the examination of urine calcium, but in the 2nd and 3rd groups its level was slightly below the norm. As for blood calcium, in the 3rd group this indicator was significantly lower than in the first two (figure 1).
Ionized calcium level was also determined as a more informative indicator, in comparison to the examination of total calcium for diagnosis of hypercalcemia conditions. Patients in the 2nd group showed a higher level than in group 1 and 3 (figure 2).
Along with the determination of blood calcium levels, indicators of phosphorus in the blood were studied, since phosphorus concentration depends on the reabsorption
of phosphates in renal tubules, the ratio of the synthesis processes and resorption in bone tissue (figure 3).
Bone formation markers study showed that the level of alkaline phosphatase in the 1st group was increased, while in the 2nd and 3rd groups it was within the reference values (figure 4).
One of the bone formation marker indicators - P1NP (procollagen type 1 N-terminal propeptide) significantly decreased as spinal deformity increased. The levels in the 1st group were higher than the norm, which indicated a disturbed ratio of destruction and formation of bone matrix, an increase of the type 1 collagen production, and therefore, of P1NP, which is characteristic for a highturnover type of bone formation. In the 2nd and 3rd groups its level was within the normal range (figure 5).
In addition, the study of the level of vitamin D (25-OH D3) was carried out to identify secondary hyperparathyroid-ism, which is accompanied by osteoclastic bone resorption, its density decrease and architectonics change [14]. According to our data, the amount of vitamin D (25-OH D3)
Figure 1. Diagram of the amount of blood calcium in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity
Рисунок 1. Диаграмма содержания кальция крови у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Figure 2. Diagram of the amount of ionized blood calcium in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity
Рисунок 2. Диаграмма содержания ионизированного кальция крови у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
indicated a deficiency in the 1st and 2nd groups (< 20 ng/ml, deficiency), it was unreliably higher, but insufficient in the 3rd group (levels of 25(OH)D from 20 to 30 ng/ml) (figure 6).
The definition of osteocalcin (OC), as the most sensitive marker of bone tissue metabolism was due to the need of identification of the metabolic activity of bone tissue osteoblasts. Osteocalcin is a product of new synthesis, not of the release during the bone resorption. OC is an indicator of the bone metabolism level in general, as well as a possible prognostic indicator of more severe bone disease. In all 3 groups osteocalcin was within the normal range without significant differences (figure 7).
Deoxypyridinoline (DPD) is a product of degradation of bone tissue collagen and is a highly specific marker of bone tissue resorption. It quickly responds to changes in bone remodeling, informs about the process activity, is an early diagnostic criterion. A higher excretion of DPD was
revealed in the 3rd group, which indicated a higher rate of bone resorption in patients of this group (figure 8).
The indication of parathyroid hormone was due to the fact that it is one of the main regulators of calcium metabolism in the body. It reduces calcium excretion and increases excretion of phosphorus from the body through the urine, affecting renal tubules. It contributes to the flow of calcium and phosphate from the bones into the blood, inhibiting osteoblasts activity; it helps to increase the pool of osteoclasts by activating osteocytes and osteoclasts. In the examined groups of patients, the PTH level did not differ sufficiently (figure 9).
Discussion
The results of the study showed that in patients with IS alkaline phosphatase and P1NP significantly exceeded normal values in the 1st group, while in the 2nd and the 3rd were within the norm range. This indicates a higher
Figure 3. Diagram ofthe amount of blood phosphorus in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude ofthe deformity Note: (* - p < 0.05)
Рисунок 3. Диаграмма содержания фосфора крови у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины
деформации
Прим.: (* - р < 0,05)
Figure 4. Diagram of alkaline phosphatase indices in patients of three groups Note: * - significant differences in the first group from the second and third (p < 0.05) Рисунок 4. Диаграмма показателей щелочной фосфатазы у пациентов трех групп Прим.: * - достоверные отличия в первой группе от второй и третьей (р < 0,05)
Figure 5. Histogram ofP1NP parameters in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity Note: * - significant differences in the first group from the second and third (p < 0.05)
Рисунок 5. Гистограмма показателей P1NP у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Прим.: * - достоверные отличия в первой группе от второй и третьей (р < 0,05)
Figure 6. Histogram showing the amount of vitamin D (25-OH D3) in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the scoliotic curve deformity. Groups 1 and 2 - deficiency, group 3 - insufficiency (* - p < 0.05) Рисунок 6. Гистограмма, отражающая содержание витамина D (25-OH D3) у больных идеопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации сколиотической дуги. Группы 1 и 2 - дефицит, группа 3 - недостаточность (*-р < 0,05)
turnover in patients of this group and shows the need for additional preoperative examinations, in particular, the study of the mineral density of the vertebrae. It should be mentioned that in the 1st group the mean age was lower than in the 2nd and the 3rd, which could explain the data obtained, since in E.N. Bakhtina et al. (2016) work, it was also stated that in all children with IS the level of 25(OH)D was reduced to a deficiency [14]. Considering the fact that the level of 25(OH)D in the blood was deficient in the 1st group and insufficient in the 2nd and 3rd, secondary hyperparathyroidism can occur in all patients, which could lead to osteoclastic bone resorption, its density decrease and architectonics change. There might be a necessity to correct the amount of vitamin D, but this should be the object of a special study. In the work of A. Herdea et al. (2020), vitamin D and calcium levels were studied in 101 patients with IS (mean age 11.61 ± 2.33). The mean Cobb angle was 26.21 ° ± 12.37 °. Vitamin D level - 24 ng/ml
± 9.64. Calcium levels were in the norm range, average numbers - 9.82 mg/dl ± 0.42. Vitamin D levels in the group of men were lower than in the group of women (19.6 to 25.45 ng/ml) (p = 0.02). Vitamin D levels positively correlated with calcium levels (p = 0.01, r = 0.973), as well as the patients age (p < 0.001, r = 0.158). Cobb angle negatively correlated with vitamin D level in serum (p < 0.01, r = - 0.472), which matches our data. The authors believe that the positive correlation between vitamin D levels and calcium, along with the negative correlation with Cobb angle can be further evidence that patients with IS should regularly be examined for vitamin D levels, that could affect the progression of the scoliotic curve [11].
A similar correlation was demonstrated in the work of L. Catan et al, where it is stated that patients with IS had significantly lower vitamin D levels, calcium and Z-score indicators, than healthy individuals, a significant correlation of the Cobb angle with the Z-score was found
Figure 7. Histogram showing the amount of osteocalcin in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity
Рисунок 7. Гистограмма, отражающая содержание остеокальцина у больных идеопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Figure 8. Histogram showing the amount of DPD in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity. The indicators significantly increase in groups 1 and 3, correlating with the severity of scoliosis
Рисунок 8. Гистограмма, отражающая содержание ДПИД у больных идеопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации. Показатели достоверно повышаются в группах 1 и 3, коррелируя с тяжестью сколиоза
Figure 9. The level ofparathyroid hormone in patients with idiopathic scoliosis depending on the magnitude of the deformity Рисунок 9. Уровень паратиреоидного гормона у больных идиопатическим сколиозом, в зависимости от величины деформации
Table
Indicators of mineral metabolism and some markers of bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis depending
on the magnitude of the deformity (n = 30)
Таблица
Показатели минерального обмена и некоторых маркеров костного метаболизма у больных идиопатическим
сколиозом, в зависимости от величины деформации (n = 30)
Indicator Magnitude of deformity
25-40 ° 40-60° More than 60 °
Urine calcium Norm Below the norm range
Blood calcium (general) Norm Norm Concentration is significantly higher, than in the 1st and 2nd groups
Ionized calcium Norm Concentration is significantly higher, than in the 1st and 2nd groups Norm
Phosphorus Norm Norm Concentration is significantly lower, than in the 1st and 2nd groups
Alkaline phosphatase Above the norm range1 Norm Norm
Osteocalcin Norm Norm Norm
P1NP Above the norm range2 Norm Norm
DPD Norm Indicators significantly increase, correlating with the scoliosis severity
25(OH)D Deficiency3 Insufficient Insufficient
PTH Norm Norm Norm
12 - significant difference from the norm (p < 0.01);
3 - deficit compared to reference data
1,2 - достоверные отличия от нормы (р < 0,01);
3 - дефицит в сравнении с референсными данными
(r = - 0.39, p = 0.02) [5]. The study of osteocalcine and receptor activator of nuclear factor-kB ligand (RANKL) in IS patients showed their higher values, than in the control group [15]. A higher excretion of DPD was found in the 3rd group, which indicates a higher rate of bone resorption in patients of this group. Phosphorus levels in the blood were also reduced in the 3rd group, which confirms the ratio disturbance of the processes of synthesis and resorption in bone tissue with severe spinal deformity (60-80 °). The parameters of PTH did not have significant differences with the norm in the groups, which coincides with the opinion of A. Gozdzialska et al (2016) [13].
The study of mineral metabolism and all the main bone formation markers made it possible to obtain a more complete picture of the state of metabolic processes in bone tissue in patients with IS and reliable data on the ways some of them affect the nature of bone remodeling and the magnitude of spinal deformity, which should be taken into consideration during the determination of the scope of diagnostic studies, preoperative preparation and rehabilitation and recovery activities after treatment process. This indicates the practical significance of this work, which shows the necessity of additional preoperative examinations of patients with idiopathic scoliosis, considering the mineral metabolism disorders
and bone formation markers change for the amount of vitamin D correction and control of bone mineral density, which is an important predictor for assessing bone quality and prevention of resorptive changes in the implants area.
Conclusions
1. A significant excess of norm values of alkaline phosphatase and P1NP in patients with idiopathic scoliosis in the 1st group indicates a more high-turnover type of bone remodeling and the necessity of additional preoperative examinations, in particular vertebrae mineral density study to prevent complication after the implant insertion.
2. Considering the fact, that the level of 25(OH)D in the blood was deficient in the 1st group and insufficient in the 2nd and 3rd, leading to osteoclastic bone resorption, its density decrease and architectonics change it might be necessary to correct the amount of vitamin D with simultaneous control of parathyroid hormone levels.
3. A higher DPD excretion, along with the decrease of phosphorus in blood in patients of the 3rd group, indicates a ratio disturbance in the processes of synthesis and resorption of bone tissue and should be accompanied by a recommendation to conduct densitometry to determine bone mineral density.
References/Литература
1. Matyushin AF, Umarkhodzhaev FR, Iskandarov MM. Characteristic indices of bone tissue mineral density depending on the severity of idiopathic scoliosis in children. Eurasian Bulletin of Pediatrics. 2019ДО):150-154. (In Russ.).
Матюшин А.Ф., Умарходжаев Ф.Р., Искандаров М.М. Характерные показатели минеральной плотности костной ткани в зависимости от тяжести течения идиопатического сколиоза у детей. Евразийский вестник педиатрии. 2019;3(3):150-154.
2. Almomen FA, Altaweel AM, Abunadi AK, et al. Determining the correlation between Cobb angle severity and bone mineral density in women with adolescent idiopathic scoliosis. J Taibah Univ Med Sci. 2021;16(3):365-368. PMID: 34140863. PMCID: PMC8178678. http://doi.org/10.1016/j.jtumed.2020.12.019
3. Yip BHK, Yu FWP, Wang Z, et al. Prognostic Value of Bone Mineral Density on Curve Progression: A Longitudinal Cohort Study of 513 Girls with Adolescent Idiopathic Scoliosis. Sci Rep. 2016;6:39220. PMID: 27991528. PMCID: PMC5171643. http:// doi.org/10.1038/srep39220
4. Ishida K, Aota Y, Mitsugi N, et al. Relationship between bone density and bone metabolism in adolescent idiopathic scoliosis. Scoliosis. 2015;10:9. PMID: 25949272. PMCID: PMC4422325. http://doi.org/10.1186/s13013-015-0033-z
5. Catan L, Cerbu S, Amaricai E, et al. Assessment of Static Plantar Pressure, Stabilometry, Vitamin D and Bone Mineral Density in Female Adolescents with Moderate Idiopathic Scoliosis. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(6):2167. PMID: 32214036. PMCID: PMC7143889. http://doi.org/10.3390/ijerph17062167
6. Chen H, Zhang J, Wang Y, et al. Abnormal lacuno-canalic-ular network and negative correlation between serum osteocalcin and Cobb angle indicate abnormal osteocyte function in adolescent idiopathic scoliosis. FASEB J. 2019;33(12):13882-13892. PMID: 31626573. PMCID: PMC6894095. http://doi.org/10.1096/ fj.201901227R
7. Tam EM, Yu FW, Hung VW, et al. Are volumetric bone mineral density and bone micro-architecture associated with leptin and soluble leptin receptor levels in adolescent idiopathic scoliosis? - A case-control study. PLoS One. 2014;9(2):e87939. PMID: 24516571. PMCID: PMC3916359. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0087939
8. Wang ZW, Lee WY, Lam TP, et al. Defining the bone mor-phometry, micro-architecture and volumetric density profile in osteopenic vs non-osteopenic adolescent idiopathic scoliosis. Eur Spine J. 2017;26(6):1586-1594. PMID: 26846315. http://doi. org/10.1007/s00586-016-4422-7
9. Sun X, Wu T, Liu Z, et al. Osteopenia predicts curve progression of adolescent idiopathic scoliosis in girls treated with brace treatment. J Pediatr Orthop. 2013;33(4):366-371. PMID: 23653023. http://doi.org/10.1097/BP0.0b013e31827b7b5f
10. Ng SY, Bettany-Saltikov J, Cheung IYK, et al. The role of Vitamin D in the pathogenesis of adolescent idiopathic scoliosis. Asian Spine J. 2018;12:1127-1145. PMID: 30322242. PMCID: PMC6284127. http://doi.org/10.31616/asj.2018.12.6.1127
11. Herdea A, Charkaoui A, Ulici A. Prevalence of 25-OH-Vitamin D and Calcium Deficiency in Adolescent Idiopathic Scoliosis. Journal of Medicine and Life. 2020;13(2):260-264. PMID: 32728404. PMCID: PMC7378343. http://doi.org/10.25122/ jml-2020-0101
12. Beling A, Hresko MT, DeWitt L, et al. Vitamin D levels and pain outcomes in adolescent idiopathic scoliosis patients undergoing spine fusion. Spine Deform. 2021;9(4):997-1004. PMID: 33683641. http://doi.org/10.1007/s43390-021-00313-7
13. Gozdzialska A, Jaskiewicz J, Knapik-Czajka M, et al. Association of Calcium and Phosphate Balance, Vitamin D, PTH,
and Calcitonin in Patients with Adolescent Idiopathic Scoliosis. Spine (Phila Pa 1976). 2016;41(8):693-697. PMID: 27064335. http://doi.org/10.1097/BRS.0000000000001286
14. Bakhtina EN, Rodionova SS, Kuleshov AA, et al. Features of bone metabolism in patients with idiopathic scoliosis (preliminary report). Osteoporosis and osteopathy. 2016;19(2):71. (In Russ.). http://doi.org/10.14341/osteo2016271-71
Бахтина Е.Н., Родионова С.С., Кулешов А.А., и др. Особенности костного метаболизма у больных с идиопатическим сколиозом (предварительное сообщение). Остеопороз и остеопатии. 2016;19(2):71. http://doi.org/10.14341/osteo2016271-71
15. Chiru M. Adolescent idiopathic scoliosis and osteopenia). Maedica (Bucur). 2011;6(1):17-22. PMID: 21977185. PMCID: PMC3150025.
Author credentials
Yusif L. Zeynalov, Cand. Sci. (Med.), orthopedist-vertebro-logist, Hospital of the Military Medical Department of the State Security Service of the Republic of Azerbaijan (Baku, Republic of Azerbaijan). http://orcid.org/0000-0002-6390-0423
Galina V. Diachkova, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of Laboratory, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0003-1973-4680
Alexander V. Burtsev, Dr. Sci. (Med.), Acting Director, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0001-8968-6528
Ilya V. Sutyagin, Resident doctor, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0002-3998-6781
Konstantin A. Diachkov, Dr. Sci. (Med.), Leading Researcher, Head of Radiology Department, National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Orthopedics (Kurgan, Russian Federation). http://orcid.org/0000-0002-5105-3378
Conflict of interest: none declared.
Сведения об авторах
Зейналов Юсиф Латифович, к. м. н., ортопед-вертебро-лог, Госпиталь Военно-Медицинского Управления Службы Государственной Безопасности Азербайджанской Республики (Баку, Республика Азербайджан). http://orcid.org/0000-0002-6390-0423
Дьячкова Галина Викторовна, д. м. н., профессор, заведующая лабораторией, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0003-1973-4680
Бурцев Александр Владимирович, д. м. н., исполняющий обязанности директора, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0001-8968-6528
Сутягин Илья Вячеславович, врач-ординатор, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0002-3998-6781
Дьячков Константин Александрович, д. м. н., ведущий научный сотрудник, заведующий рентгеновским отделением, Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. акад. Г.А. Илизарова (Курган, Россия). http://orcid.org/0000-0002-5105-3378
Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
