УДК 612.753:611.82

Н.М. ГРУБЕР, Е.К. ВАЛЕЕВ, А.А. ШУЛЬМАН

Республиканская клиническая больница МЗ РТ, 420064, г. Казань, Оренбургский тракт, д.  138

 Грубер Наталья Матвеевна — кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (843) 237-31-84, e-mail: rkb_nauka@rambler.ru

Валеев Ельгизар Касимович — доктор медицинских наук, главный научный сотрудник, тел. (843) 237-31-84, e-mail: rkb_nauka@rambler.ru

Шульман Анна Алексеевна — старший научный сотрудник, тел. (843) 237-31-84, e-mail: rkb_nauka@rambler.ru

Обследованы 65 пациентов с травмой позвоночника и спинного мозга. Выявлено, что возникающие метаболические расстройства, выражающиеся дефицитом белковых, энергетических и минеральных ресурсов, связаны с тяжестью и уровнем повреждения спинного мозга, обусловлены развивающимися дегенеративными изменениями в нейромоторном аппарате, приводят к искаженной регуляции жизненно важных функций, инициируя замедление костной регенерации.

Ключевые слова: позвоночно-спинальная травма, нарушения метаболизма, костная регенерация.

 

N.M. GRUBER, E.K.VALEEV, A.A. SHULMAN

Republican clinical hospital of the MH of RT, 138 Orenburgskiy Trakt, Kazan, Russian Federation, 420064

Influence of spinal brain damage on the condition of bone regeneration

Gruber N.M. — Cand. Biol. Sc., Leading Researcher, tel. (843)237-31-84, e-mail: rkb_nauka@rambler.ru

Valeev E.K. — D. Med. Sc., Chief Researcher, tel. (843) 237-31-84, e-mail: rkb_nauka@rambler.ru

Shulman A.A. — Senior Researcher, tel. (843) 237-31-84, e-mail: rkb_nauka@rambler.ru

 65 patients with spine and spinal cord trauma were observed. It was revealed that the emerging metabolic disorders, expressed by deficiency of protein, energy and mineral resources, are associated with the severity and level of damage to the spinal cord, caused by developing degenerative changes in the neuromotor apparatus, lead to distorted regulation of vital functions by initiating decreased bone regeneration.

Key words: vertebral spinal injury, metabolic disorders, bone regeneration.

 

Повреждения позвоночника и спинного мозга до настоящего времени являются огромной социальной проблемой из-за значительной распространенности и тяжести медико-экономических последствий. Среди травм позвоночника наиболее часты повреждения нижне-грудного и поясничного отделов (45,2–67,7 %), а поражение структур спинного мозга достигает 70 % [1].

Позвоночник — сложная биомеханическая система, адаптирующаяся к различным физическим нагрузкам, выполняющая не только опорную функцию, но и осуществляющая регулирующее влияние высших отделов ЦНС на вегетативные функции организма.

Позвоночно-спинальные повреждения, сопровождающиеся структурными и нейрохимическими изменениями спинного мозга, приводят к дезинтеграции его деятельности и перестройке функционирования различных органов и систем, а следовательно, к метаболическим сдвигам, усугубляющим последствия первичных поражений в организме пострадавших, способствуя нарушению регенерации не только нервных образований и нервной системы в целом, но и замедлению репаративных процессов, в частности в костной ткани [2].

Цель исследования — изучить влияние тяжести и уровня повреждения спинного мозга на состояние костной регенерации.

Материал и методы. Обследованы 65 пострадавших в возрасте от 20 до 65 лет с острой позвоночно-спинальной травмой, из них мужчин — 38 (58,5 %), женщин — 27 (41,5 %). Преобладали лица трудоспособного возраста — 58 пациентов (89,9 %). У 35 больных имело место повреждение поясничных позвонков; грудных — у 22, шейных — у 7, крестцового отдела — у 1. Степень неврологических нарушений зависела от уровня поражения содержимого позвоночного канала и варьировалась от корешкового болевого синдрома до тетраплегии. При наличии стеноза позвоночного канала и нестабильности позвоночно-двигательного сегмента выполнены оперативные вмешательства: декомпрессивная ламинэктомия со стабилизацией металлоконструкциями. В диагностических целях выполнялись функциональные спондилограммы, компьютерная (КТ) и магнитно-резонансная (МРТ) томография, электронейромиография (ЭНМГ), УЗИ. С учетом 4 стадий травматической болезни [3] изучены метаболические показатели (общий белок, альбумины, уровень мочевины, креатинин, глюкоза) и минеральный обмен (уровень кальция, фосфора, активность щелочной фосфатазы, коэффициент Петерсона). Использованы унифицированные биохимические методики, выполненные на автоматических биохимических анализаторах «Olympus AU-400» и «Leasys», результаты подвергнуты статистической обработке.

Результаты и обсуждение. Исследования показали, что уровень общего белка был снижен у больных в трех стадиях травматической болезни (катаболической, анаболической, стадии минерализации) — на 0,3 — 11,9 % с постепенным восстановлением к IV стадии — образования вторичной костной мозоли. При этом изменения были наиболее выраженными при позвоночно-спинальном повреждении грудного отдела. Гипопротеинемия сопровождалась уменьшением количества альбуминов в 1,3–1,4 раза, в среднем на 20 % по сравнению с нормой, с наибольшей выраженностью при травме шейного отдела.

Изучение низкомолекулярных азотистых соединений показало повышение уровня мочевины, наиболее выраженное при травме шейного отдела (в 1,5 раза выше нормы), что коррелировало с повышением креатинина в среднем на 13,5 %.

Позвоночно-спинальная травма вызывала повышение уровня глюкозы в 1,3–1,4 раза, сохранявшееся во всех стадиях травматической болезни при повреждении различных сегментов позвоночника (шейном, грудном, поясничном и крестцовом отделах). Гипергликемия была наиболее выражена при травме грудного отдела позвоночника и составляла от 32 до 44,8 % по сравнению с нормой.

Кроме указанных метаболических показателей, при позвоночно-спинальной травме были изучены особенности минерального обмена, которые оценивались по уровню активности щелочной фосфатазы, изменению количества остеотропных минералов (кальция и фосфора) и их соотношению (коэффициенту Петерсона). Выявлено снижение уровня кальция при травме всех сегментов позвоночника во всех стадиях травматической болезни более чем в 2 раза (48–53,6 %), которое коррелировало с увеличением уровня фосфора в 1,4 раза.

Активность щелочной фосфатазы была особенно резко снижена при травме грудного и поясничного отделов в 2–2,5 раза (51,8–59,2 %) на первых трех стадиях травматической болезни, с повышением в 1,2–2,4 раза в IV стадии — образования вторичной костной мозоли.

Вычисление коэффициента Петерсона показало его низкий уровень на всех этапах травматической болезни от 28,5 до 44,0 %.

В первичном и раннем периодах (1–10-е сутки) травматической болезни у пациентов с позвоночно-спинальной травмой различной степени тяжести электромиографические параметры ответов мышц нижних конечностей значительно не изменялись. Позднее (III–IV стадии), на 11–30-е сутки посттравматического периода снижение моторных ответов мышц нижних конечностей зависело от степени и уровня повреждения спинного мозга.

Травматическая болезнь спинного мозга приводит к нарушению регулирующего влияния высших отделов ЦНС на вегетативные функции организма. Это обуславливает изменение функций внутренних органов, что является причиной различных осложнений, связанных с дискоординацией деятельности вегетативно-висцеральных систем. Функциональные изменения внутренних органов зависят не только от тяжести повреждения спинного мозга, но от уровня его травматизации [4]. Обнаруженная гипопротеинемия и гипоальбуминемия свидетельствуют о глубине метаболических расстройств [5], связанных с усилением катаболических процессов из-за активации гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы и выработкой адренокортикотропного гормона в ответ на повреждение, что приводит к замедлению синтеза белков в печени [6, 7]. Кроме того, нарушения кровообращения, обусловленные травмой спинного мозга и проявляющиеся повреждением мелких сосудов, их спазмом, гиперемией, способствуют переходу воды и белка во внесосудистое пространство. Так как альбумины имеют низкий молекулярный вес и являются мелкодисперсными белками, они легко выходят из кровяного русла в интерстиций, что приводит к гипоальбуминемии.

Результатом гипопротеинемии является недостаток ядерного и белкового материала, необходимого для реутилизации в ходе новообразования разрушенных тканей, что в конечном счете приводит к замедлению процессов репарации [8].

Повышение уровня низкомолекулярных соединений свидетельствует о развитии почечной недостаточности, наблюдающейся в трех стадиях травматической болезни (катаболической, анаболической и стадии минерализации) при повреждении шейного, грудного и поясничного отделов позвоночника, но наиболее выражено при травме шейного отдела.

Развивающаяся при позвоночно-спинальной травме почечная недостаточность приводит к тканевой гипоксии и метаболическому ацидозу, не только угнетающему минерализацию костной ткани, но и выработку эндогенного гепарина. Инактивация гепарина вызывает опасность возникновения тромбо-геморрагических осложнений, а введение экзогенного гепарина в качестве антикоагулянта вызывает угнетение биосинтеза коллагена [9] и оказывает отрицательное воздействие на процессы консолидации [10], т. е. приводит к замедлению процессов репарации.

Изучение уровня глюкозы при позвоночно-спинальном повреждении выявило стойкую гипергликемию на всех стадиях травматической болезни. Это в первую очередь связано с посттравматическим повышением уровня катехоламинов, при этом причиной гипергликемии является снижение транспорта глюкозы внутрь клетки. Во-вторых, уровень глюкозы повышается из-за усиленного перехода гликогена в сахар и увеличения таким образом его содержания в крови. Но если в ранних стадиях травматической болезни это повышение является адаптационным, то в последующем, при усугублении гипоксии, утилизация глюкозы происходит анаэробным путем с образованием молочной кислоты, что вызывает сдвиг кислотно-щелочного равновесия в сторону ацидоза, угнетающего минерализацию костной ткани и замедляющего процессы репарации [11]. Кроме того, нарушение углеводного метаболизма влияет на выработку составной части основного вещества соединительной ткани — гиалуроновой кислоты [12], дефицит которой приводит к нарушению основ костеобразования.

Кроме указанных метаболических показателей при позвоночно-спинальной травме были изучены особенности минерального обмена. Обнаруженная генерализованная гипокальциемия в сочетании с повышением уровня фосфатов в крови связана в первую очередь с развивающейся почечной недостаточностью. Нарушения клубочковой фильтрации сопровождаются уменьшением выведения фосфатов, при этом гиперфосфатемия стимулирует выход кальция из костей, но повышения его в крови не наблюдается. Причинами гипокальциемии являются несколько факторов: усиление выделения тиреокальцитонина и развивающийся дефицит витамина Д [13], а также образование гепарино-кальциевых комплексов, быстро выводящихся из организма [14].

Известно, что остеотропные минералы — кальций и фосфор участвуют в оссификации коллагена и построении решетки гидроксиапатита [15]. Таким образом, нарушения минерального обмена при полисегментарных позвоночно-спинальных повреждениях приводят к замедлению образования вторичной костной мозоли.

Резкое снижение активности щелочной фосфатазы в I–Ш стадиях травматической болезни связано со сдвигом кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону из-за почечной недостаточности, а также из-за инактивации этого фермента мочевиной [16]. Повышение активности щелочной фосфатазы в IV периоде спинно-мозгового повреждения (образования вторичной костной мозоли) связано с усилением активности остеобластов, продуцирующих коллаген.

Коэффициент Петерсона, т. е. отношение уровня кальция к фосфору, по которому судят о степени консолидации, был низким на всех этапах травматической болезни, что свидетельствует о значительном снижении резервов для новообразования костной ткани при позвоночно-спинальной травме.

При сравнении ЭНМГ показателей по уровню локализации повреждения спинного мозга выявлено, что признаки функциональной недостаточности в до- и послеоперационном периодах были более выражены в III–IV стадиях травматической болезни у больных с повреждениями D9-D12 позвонков. Этот уровень топологически соответствовал локализации сегментарных нейронных популяций, формирующих спинальные моторные центры контроля произвольной и рефлекторной активности мышц нижних конечностей, что согласуется с литературными данными [17].

Выводы.

1. Позвоночно-спинальная травма вызывает в организме пострадавших глубокие метаболические расстройства, проявляющиеся дефицитом белковых, энергетических и минеральных ресурсов, выраженность которых связана с уровнем и тяжестью повреждения спинного мозга.
2. Повышение активности щелочной фосфатазы только в IV стадии травматической болезни и выявленный дефицит остеотропных минералов, в частности, генерализованная декальцинация во всех стадиях травматической болезни, свидетельствуют не только о замедлении образования органического матрикса кости, но и о задержке минерализации.
3. Позвоночно-спинальная травма, сопровождающаяся «сбоем» метаболизма, приводит к искаженной регуляции жизненно важных функций, что может инициировать замедление репарации при костных повреждениях.
4. Изменение параметров моторных ответов при спинно-мозговой травме может быть связано с дегенеративными изменениями в нейромоторном аппарате и зависит от уровня повреждения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Афаунов А.А. Транспедикулярная фиксация при повреждениях грудного и поясничного отделов позвоночника, сопровождающихся травматическим стенозом позвоночного канала / А.А. Афаунов, А.В. Кузьменко // Хирургия позвоночника. — 2011. — № 4. — С. 8–17.
2. Цивьян Я.Л. Повреждения позвоночника / Я.Л. Цивьян. — М.: Медицина, 1971. — 312 с.
3. Селезнев С.А. Травматическая болезнь / С.А. Селезнев, Г.С. Худайберенов. — Ашхабад: ЫЛЫМ, 1984. — 223 с.

4. Бабиченко Н.Е. Нарушение взаимосвязи систем свертывания и фибринолиза у больных с различным уровнем травмы спинного мозга: тезисы / Н.Е. Бабиченко // Мат-лы Всес. конф. «Физиология вегетативной нервной системы». — Куйбышев, 1979. — С. 25–26.
5. Стогов М.В. Биохимические показатели в оценке тяжести травматического воздействия / М.В. Стогов, С.Н. Лунева // Клин. лаб. диагн. — 2008. — № 11. — С. 15–17.

6. Смоличев Е.П. Регуляция белкового состава плазмы в условиях патологии: тезисы / Е.П. Смоличев // Мат-лы конф. патофизиологов. — М., 2010. — С. 157.
7. Ткачук Е.А. Биохимические основы адаптации человека к скелетной травме / Е.А. Ткачук, С.Н. Лунева, М.В. Стогов // Физиологические мех-мы адаптации человека: мат-лы междунар. научно-практ. конф. — Тюмень, 2010. — С. 140–141.
8. Ткачук Е.А. Биохимические показатели сыворотки крови как маркеры осложнений при закрытых переломах костей голени / Е.А. Ткачук, С.Н. Лунева, М.В. Стогов // Клин. лаб.диагн. — 2011. — № 10. — С. 43.
9. Effects of heparin on wound healing / R.C. Thompson, R.M. Ludewig, S.L. Wandengennsteen, L.M. Rudolf // Surg. Gynec. Obstet. — 1972. — V. 134. — P. 22.
10. Flamark A.L. Fracture union in the presence of delayed blood coagulation / A. L. Flamark // Acta. Chir. Scand. — 1964. — Suppl. 344. — P. 1–4.
11. Минченко Б.И. Биохимические показатели метаболических нарушений костной ткани / Б.И. Минченко // Клин. лаб. диагн. — 1999. — № 1. — С. 8–15.
12. Лабори А. Регуляция обменных процессов / А. Лабори. — М., 1970. — 383 с.
13. Гатиятуллин Н.Р. Коррекция минерально-костных нарушений у больной с хронической болезнью почек 5 стадии методом программного гемодиализа (клин. наблюдение) / Н.Р. Гатиятуллин, Р. Давхале, Л.И. Фахрутдинова // Практ. медицина. — 2016. — № 4 (96). — Т. 1. — С. 71–73.
14. Heparin und Osteoporose / U. Schmidt, G. Porusche, H. Jung (e. а.) // Dtsch. Gesundheitswes. — 1973. — Bd. 28. — S. 630–638.
15. Скальный А.А. Эколого-физиологическое обоснование эффективности макро- и микроэлементов при нарушениях гомеостаза у обследуемых из разных климато-географических регионов: автореф. дис. докт. мед. наук / А.А. Скальный. — М., 2000. — 43 с.
16. Клинико-диагностическое значение лабораторных показателей / В. Долгов, В. Морозова, Р. Марцишевская (и др.). — М.: Центр, 1995. — 215 с.
17. Шеин А.П. Влияние уровня повреждения спинного мозга на выраженность и динамику электронейромиографических характеристик тяжести сенсомоторных расстройств / А.П. Шеин, Г.А. Криворучко // Хирургия позвоночника. — 2013. — № 2. — С. 45–51.

REFERENCES

1. Afaunov A.A., Kuz’menko A.V. Transpedicular fixation for lesions of thoracic and lumbar spine, accompanied by traumatic stenosis of the spinal canal. Khirurgiya pozvonochnika, 2011, no. 4, pp. 8–17 (in Russ.).
2. Tsiv’yan Ya.L. Povrezhdeniya pozvonochnika [Damage to the spine]. Moscow: Meditsina, 1971. 312 p.
3. Seleznev S.A., Khudayberenov G.S. Travmaticheskaya bolezn’ [Traumatic illness ]. Ashkhabad: YLYM, 1984. 223 p.
4. Babichenko N.E. Narushenie vzaimosvyazi sistem svertyvaniya i fibrinoliza u bol’nykh s razlichnym urovnem travmy spinnogo mozga: tezisy. Mat-ly Vses. konf. “Fiziologiya vegetativnoy nervnoy sistemy” [Infringement of interrelation of systems of coagulation and fibrinolysis at patients with various level of a trauma of a spinal cord: theses. Materials All. Conf. “Physiology of the autonomic nervous system”]. Kuybyshev, 1979. Pp. 25–26.
5. Stogov M.V., Luneva S.N. Biochemical indicators in assessing the severity of traumatic effects. Klin. lab. diagn, 2008, no. 11, pp. 15–17 (in Russ.).
6. Smolichev E.P. Regulyatsiya belkovogo sostava plazmy v usloviyakh patologii: tezisy. Mat-ly konf. Patofiziologov [Regulation of the protein composition of plasma in pathological conditions: theses. Materials conf. pathophysiologists]. Moscow, 2010. P. 157.

6. Tkachuk E.A., Luneva S.N.,  Stogov M.V. Biokhimicheskie osnovy adaptatsii cheloveka k skeletnoy travme. Fiziologicheskie mekh-my adaptatsii cheloveka: mat-ly mezhdunar. nauchno-prakt. konf. [Biochemical basis of human adaptation to skeletal trauma. Physiological mechanisms of human adaptation: materials of the international. scientific and practical work. Conf]. Tyumen, 2010. Pp. 140–141.
7. Tkachuk E.A., Luneva S.N., Stogov M.V. Biochemical parameters of blood serum as markers of complications in closed fractures of the shin bones. Klin. lab. diagn, 2011, no. 10, p. 43 (in Russ.).
8. Thompson R.C., Ludewig R.M., S.L. Wandengennsteen, L.M. Rudolf Effects of heparin on wound healing. Surg. Gynec. Obstet, 1972, vol. 134, p. 22.
9. Flamark A.L. Fracture union in the presence of delayed blood coagulation. Acta. Chir. Scand, 1964, suppl. 344, pp. 1–4.
10. Minchenko B.I. Biochemical indices of metabolic disturbances of bone tissue. Klin. lab. diagn, 1999, no. 1, pp. 8–15 (in Russ.).
11. Labori A. Regulyatsiya obmennykh protsessov [Regulation of metabolic processes]. Moscow, 1970. 383 p.
12. Gatiyatullin N.R., Davkhale R., Fakhrutdinova L.I. Correction of mineral-bone disorders in a patient with chronic kidney disease of the 5th stage by software hemodialysis (wedge observation). Prakt. meditsina, 2016, no. 4 (96), vol. 1, pp. 71–73 (in Russ.).
13. Schmidt U., Porusche G., Jung H. (e. a.) Heparin und Osteoporose. Dtsch. Gesundheitswes, 1973, bd. 28, pp. 630–638.
14. Skal’nyy A.A. Ekologo-fiziologicheskoe obosnovanie effektivnosti makro- i mikroelementov pri narusheniyakh gomeostaza u obsleduemykh iz raznykh klimato-geograficheskikh regionov: avtoref. dis. dokt. med. nauk [Ecological and physiological substantiation of the effectiveness of macro- and microelements in cases of homeostasis disturbances in the subjects from different climatic and geographical regions. Synopsis of dis. Dr sciences]. Moscow, 2000. 43 p.
15. Dolgov V., Morozova V., Martsishevskaya R. et al. Kliniko-diagnosticheskoe znachenie laboratornykh pokazateley [Clinical and diagnostic significance of laboratory indicators ]. Moscow: Tsentr, 1995. 215 p.
16. Shein A.P., Krivoruchko G.A. Influence of spinal cord injury level on the severity and dynamics of electroneuromyographic characteristics of the severity of sensorimotor disorders. Khirurgiya pozvonochnika, 2013, no. 2, pp. 45–51 (in Russ.).