Спосіб визначення структурно-функціонального стану кісткової тканини за умов впливу загальної вібрації

Реферат: Спосіб визначення стану кісткової тканини включає проведення денситометрії. За умов впливу загальної вібрації проводять комп'ютерну томографію з денситометрією поперекового відділу хребта та визначають у плазмі крові рівень маркерів кісткового метаболізму - остеокальцину та вільної фракції оксипроліну і при отриманні результатів денситометрії мінеральної щільності 3 кісткової тканини нижче 285 мг/см , остеокальцину - вище 70,80 нг/мл та вільної фракції оксипроліну - вище 9,09 мкг/мл стверджують про розвиток структурно-функціональних змін кісткової тканини. UA 121912 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ ЗА УМОВ ВПЛИВУ ЗАГАЛЬНОЇ ВІБРАЦІЇ UA 121912 U UA 121912 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області медицини, а саме до нормальної фізіології, патологічної фізіології, гігієни та професійної патології, і може бути застосована для визначення втрати мінеральної щільності кісткової тканини (МЩКТ) під впливом екстремальних факторів як у лабораторних експериментальних тварин, так і в умовах сучасної клініки. Вивчення впливу різних екстремальних екзогенних чинників на метаболізм кісткової тканини є актуальним питанням, оскільки в усьому світі з кожним роком зростає кількість людей, які працюють в несприятливих мікрокліматичних умовах, контактуючи з вібрацією, шумом та впливом інших стресових чинників. Серед фізичних факторів, здатних впливати на кісткову тканину, визначальна роль належить загальній вібрації. Вібраційні коливання здатні виступати в ролі провокуючого фактора, який прискорює інволюційні процеси та призводить до передчасного старіння кістково-суглобового апарату. Вплив вібрації може змінювати будову та функціональний стан кістки, а адаптація організму до дії цих екстремальних факторів пов'язана з перебудовою діяльності його регуляторних систем, що набувають форми патофізіологічних реакцій [Paschold H.W., Mayton A.G. Whole-body vibration: Building Awareness in SH&E // American Society of Safety Engineers. Occupation Hazards. - 2011. - Vol. 54, № 4. - P. 30-35]. Відомо, що з віком щільність кісткової тканини зменшується як у людей, так і у тварин, прискорюється в умовах виробничої діяльності та є відповіддю на дані стресові фактори. Мікротравматизація тканин, дистрофічні та дегенеративні процеси можуть змінювати структуру клітин кісткової тканини, надаючи їм антигенних властивостей. Втрата МЩКТ під дією вібрації пов'язана з гіперпродукцією прозапальних та недостатнім синтезом протизапальних цитокінів, що своєю чергою, призводить до активації остеокластогенезу та підвищення резорбції кістки. Це призводить до дисбалансу іонного складу рідин організму і порушує транспорт електролітів та їх обмін між позаклітинним середовищем та клітинами організму [Frequency-dependent effects of vibration on physiological systems: experimental with animals and other human surrogates. K. Krainak, D. Riley, J. Wu, T. McDowell [at al.] // Industrial health. - 2012. - Vol. 50 (5). - P. 343-353.]. Одним з відомих способів оцінки стану кісткової тканини є визначення щільності кісткової тканини у малих за розміром тварин, що включає вилучення стегнової кістки у піддослідної тварини, очищення від м'яких тканин, знежирення та висушування у сушильній шафі до сухої маси. Суть способу полягає у здійсненні механічним способом отворів з протилежних кінців кістки та вимиванні кісткового мозку з кістковомозкової порожнини дистильованою водою. Отримані зразки знежирюють гексаном і поміщають у сушильну шафу при температурі 105°С. Далі їх зважують, отримуючи, таким чином, суху масу кісток. Не зважаючи на простоту виконання, запропонований спосіб не дозволяє оцінити структурний стан кістки, оцінити мінеральну щільність окремо кортикального та трабекулярного шарів. Розрахований вміст мінерального компонента не висвітлює процесів ремоделювання кістки [Патент України на корисну модель № 11956, МПК А61В 6/00; опубл. 16.01.2006, Бюл. № 1]. Поряд із вищезазначеним способом, використовують метод діагностики структурного стану кісткової тканини шляхом визначенням МЩКТ за якісними показниками шкали Хаунсфільда (HU). Спосіб включає проведення комп'ютерної томографії, виділення зрізів у тій чи іншій площині, шляхом сканування скелета, та проведення денситометричного дослідження, за результатами якого проводиться діагностика стану кісткової тканини. Згідно з корисною моделлю, при скануванні лицевого скелета виділяють серії аксіальних зрізів паралельно франкфуртській горизонталі та фронтальні реконструкції у ділянці від нижнього краю лівої очниці до підборіддя з інтервалом між зрізами 2,0-3,0 мм, із подальшим їх переформатуванням у межах до 1,0 мм. Денситометричні дослідження проводять із використанням програми Dicom Work, результати яких переносять в тривимірну сцену комп'ютерної програми 3D Studio max 3 і 1, з утворенням каркасної тривимірної реконструкції, на якій позначають зони підвищеної та зниженої МЩКТ. Вказаний метод дозволяє проводити якісну оцінку вмісту мінерального компонента кісткової тканини, проте його практичне використання має ряд недоліків, зокрема є неможливою кількісна оцінка кісткової тканини, що значно обмежує інформативність діагностики та ефективність подальшого антирезорбтивного лікування. Метод дозволяє виміряти перепади рентгенпрозорості скану, а оскільки щільність тканин, зокрема кістки, є ширшим за доволі вузькі рамки шкали Хаунсфільда (HU), то достовірність результатів залежить від обраного лікаремрентгенологом «вікна зображення». Результати можуть коливатися в залежності від технічних параметрів конкретного комп'ютерного томографа та стану його рентгенівської трубки [Патент України на корисну модель № 21345, МПК А61В 6/14; опубл. 15.03.2007, Бюл. № 3]. Найбільш близьким до запропонованого способу є визначення МЩКТ щелепи щурів в експерименті для оцінки втрати її мінеральної маси. Спосіб дозволяє денситометрично визначати щільність кісткової тканини міжальвеолярної, міжкореневої перегородок та тіла щелепи з використанням світлового мікроскопа, обладнаного відеокамерою. Отримані цифрові 1 UA 121912 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зображення рентгенограми аналізують за допомогою програмного забезпечення "ВидеоТестМастер Морфология". Проте відомий спосіб визначення стану кісткової тканини не дає точної оцінки структурно-функціонального стану кісткової тканини, що унеможливлює діагностику остеопорозу на доклінічному етапі. В цьому способі не враховується вплив екстремальних факторів, зокрема загальної вібрації на кісткове ремоделювання [Патент України на корисну модель № 53729, МПК А61В 6/00; опубл. 11.10.2010, Бюл. № 19]. В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача створити спосіб визначення МЩКТ за умов впливу загальної вібрації шляхом використання комп'ютерної томографії з денситометрією (КТ-денситометрії) поперекового відділу хребта та маркерів кісткового ремоделювання - остеокальцину і вільного оксипроліну, що дозволить підвищити точність визначення мінеральної маси кісткової тканини та отримати повноцінну інформацію не тільки про морфологію кістки, а і про її метаболічно-функціональний стан. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення стану кісткової тканини, що включає проведення денситометрії, згідно з корисною моделлю, за умов впливу загальної вібрації проводять КТ-денситометрію поперекового відділу хребта та визначають у плазмі крові рівень маркерів кісткового метаболізму - остеокальцину та вільної фракції оксипроліну і при 3 отриманні результатів денситометрії МЩКТ нижче 285 мг/см , остеокальцину - вище 70,80 нг/мл та вільної фракції оксипроліну - вище 9,09 мкг/мл стверджують про розвиток структурнофункціональних змін кісткової тканини. У запропонованому способі, поряд з КТ-денситометрією поперекового відділу хребта, додатково використовують визначення маркерів кісткового метаболізму - остеокальцину та вільної фракції оксипроліну у плазмі крові. Підвищення рівня вільної фракції оксипроліну вказує на прискорення ремоделювання, що супроводжується розпадом колагену та втратою мінеральної маси кістки. У відповідь на це збільшується активність остеобластів, про що свідчить ріст у крові остеокальцину. Для створення способу та підтвердження його ефективності були проведені експериментальні дослідження. Дослідження проводилось на 60 статевозрілих білих нелінійних щурах-самцях. Тварини були розділені на п'ять груп по 12 особин в кожній. Чотири дослідні групи склали щурі, які протягом 28-ми днів піддавалися впливу загальної вібрації з частотою 15, 25, 50 та 75 Гц відповідно, амплітудою 2 мм, 2 рази на день по 20 хв. Група контролю - щури, яких не піддавали жодному впливу екстремальних факторів. У плазмі крові тварин визначали маркери ремоделювання кістки - остеокальцин та вільну фракцію оксипроліну з наступним КТскануванням поперекового відділу хребта. Експеримент проводився з дотриманням міжнародних вимог щодо проведення дослідів. Вертикальні вібраційні коливання моделювали з використанням вібраційного насосу АРС Rain-60, до штока якого прикріплена вібраційна платформа з контейнером, в якому перебувала дослідна група щурів. Амплітуда коливань контролювалася силою струму з використанням лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) моделі АОСН-2. В усіх випадках вона дорівнювала 2 мм. Рівень віброприскорення визначали за формулою: 2 а=F , 2 де а - рівень віброприскорення, мс ;  - амплітуда коливань, мм; F - частота, Гц. Для дослідних груп рівень віброприскорення становив: 0,05 g для І групи; 0,13 g - для II групи; 0, 51 g та 1,15 g - для III та IV груп відповідно. Дослідження мінеральної щільності кісткової тканини трабекулярного шару поперекових хребців (L1-L6) проводили методом комп'ютерної томографії на апараті Toshiba TSX-101 A, Aquilion 16 (TOSHIBA Medical Sistems Corporation, Японія). При КТ-денситометрії встановлено втрату мінеральної маси трабекулярного шару кістки у щурів, яких піддавали впливу вібрації вже з частотою 25 Гц та вище (більше 0,13 g). При 3 отриманні результатів КТ-денситометрії МЩКТ нижче 285 мг/см , остеокальцину - вище 70,80 нг/мл та вільної фракції оксипроліну - вище 9,09 мкг/мл судили про розвиток структурнофункціональних змін кісткової тканини. Результати експериментального дослідження представлено у таблиці. 2 UA 121912 U Таблиця Мінеральна щільність трабекулярного шару поперекових хребців, рівні остеокальцину та вільної фракції оксипроліну у плазмі крові дослідних щурів Дослідна група Контроль І II III IV 5 МЩКТ, мг/см 324,25±7,37 313,38±5,18 300,10±6,80 285,02±5,81 279,67±8,80 3 Рівень остеокальцину, нг/мл 39,52±0,78 48,55±1,31 59,60±1,21 70,80±1,79 85,75±1,92 Рівень вільної фракції оксипроліну, мкг/мл 5,50±0,20 5,84±0,14 6,56±0,35 9,09±0,19 11,04±0,39 Таким чином, КТ-денситометрія у поєднанні з маркерами кісткового ремоделювання остеокальцином та оксипроліном, підвищує точність визначення втрати МЩКТ та розвитку остеопорозу у осіб, що піддаються впливу екстремальних факторів, зокрема загальної вібрації різної частоти, амплітуди та віброприскорення. Запропонований спосіб має високу точність, є неінвазивним, дозволяє моніторити кістковий метаболізм та ефективність антирезорбційної терапії. Завдяки цьому є можливість своєчасно діагностувати втрату МЩКТ у людей, які працюють в екстремальних умовах. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб визначення стану кісткової тканини, що включає проведення денситометрії, який відрізняється тим, що за умов впливу загальної вібрації проводять комп'ютерну томографію з денситометрією поперекового відділу хребта та визначають у плазмі крові рівень маркерів кісткового метаболізму - остеокальцину та вільної фракції оксипроліну і при отриманні 3 результатів денситометрії мінеральної щільності кісткової тканини нижче 285 мг/см , остеокальцину - вище 70,80 нг/мл та вільної фракції оксипроліну - вище 9,09 мкг/мл стверджують про розвиток структурно-функціональних змін кісткової тканини. 20 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3