УДК 611.71/.72-073.96-053.2:572.781           

И.В. Акижанова, С.А. Светличная, М.М. Касенова  

Казахский Национальный Медицинский Университет им. С. Д. Асфендиярова,

кафедра лучевой и функциональной диагностики ИПО

В данном пилотном исследовании отражены результаты ультразвукового исследования   опорно-двигательного аппарата (ОДА) : эпифизов плечевых бедренных и большеберцовых костей,    у 125 детей различного возраста  от 1 мес. до 18 лет в норме. Выявлены эхографические особенности  зон роста у  детей различного возраста  с позиций гистологической концепции строения эпиметафизарных зон скелета, даны ультразвуковые характеристики различным слоям зоны роста.

Ключевые слова: ультразвуковое исследование,  зона роста, метаэпифиз

Введение.  Последнее десятилетие ознаменовано проявлением чрезвычайного интереса к новым технологиям  без ионизирующего излучения, таких как ультразвуковое исследование (УЗИ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) для исследования зон роста у детей [1-4].   Изменчивость рентгеновского и ультразвукового  изображений костей и суставов в период постнатального формирования  до  полного   синостозирования эифизарно-диафизарных зон  объясняет отсутствие  возрастных норм ряда как рентгенологических так и ультразвуковых  параметров при оценке зоны роста [5].  В тоже время обменные нарушения, травматические повреждения ростковых зон скелета у детей, а также воспалительно-деструктивные процессы в них имеют клинически значимые негативные  последствия , приводя растущий организм к изменению роста, хроническому болевому синдрому, разновеликим конечностям, стойким нарушениям биомеханики суставов,  и постуральным нарушениям  различной степени. В свою очередь, патологические изменения в эпиметафизарных зонах скелета, могут выступать в качестве самостоятельных маркеров  определенных заболеваний или некорректно проведенных лечебных мероприятий [7,8].  При этом, влияние на дальнейший рост зависит от многих факторов, включающих тип и выраженность повреждения  ростовой зоны, стадию созревания зоны роста на момент  действия повреждающего фактора, а также своевременность диагностики и   тактики лечения[9,10].    Учитывая уникальные потенциальные возможности УЗ – сканирования   опорно-двигательного аппарата (ОДА) : достаточно  высокую специфичность  и чувствительный метода для  верификации многочисленных патологических изменений ОДА  и  возможность сканирования   нескольких суставов  за короткое время, оптимизация и дальнейшая разработка  данного метода с целью визуализации ростковых зон скелета у детей являются актульными .

Цель. Определить эхографические особенности  зон роста у  детей различного возраста  с позиций гистологической концепции строения эпиметафизарных зон скелета.

Материалы и методы: пилотное исследование проведено с учетом норм этического комитета, обеспечивающими  гарантии этичности исследования и его максимальной безопасности для участников, включает  анализ  эхограмм зон роста проксимальных эпифизов плечевых бедренных и большеберцовых костей, а также  дистального  эпифиза бедренной кости, у 125 детей различного возраста  от 1 мес. до 18 лет. Все пациенты были   условно разделены на 5   групп в соответствии со стадиями  оссификации скелета по Садофьевой В.И.[5]:

первая группа  – дети первого года жизни –  35 пациентов

вторая группа – дети в возрасте старше года  и до 5 летнего возраста -28 пациентов

третья группа – возраст детей от 5 до 10 лет – 20 пациентов

четвертая группа – возраст детей от 10 до 15 лет -17 пациентов

пятая  группа – возраст детей от 15 до 18 лет-25 пациентов

Данное пилотное исследование включало  ультрасонографию суставов   в В-режиме линейным датчиком на  УЗ-диагностических системах экспертного класса с доплерографической опцией,  исключение составляло сканирование тазобедренных суставов у детей старших возрастных групп, которое осуществлялось секторным датчиком. В качестве референтного метода в данном исследовании  применялась рентгенография тазобедренных или коленных суставов по стандартным методикам, при этом наличие рентгенограмм без патологических изменений в суставах являлось критерием отбора детей для данного пилотного исследования. На эхограммах оценивались следующие характеристики – эхогенность структур эпиметафизарной зоны прирост размера «модели» эпифиза без учета ядра окостенения,  соотношение  размеров  гиперэхогенного контура эпифиза к размерам «модели» эпифиза, наличие и толщина гипоэхогенного промежутка между эпифизом и метафизом, форма контура эпиметафизарного перехода.

Результаты исследований.

1. Данные УЗИ  эпифизарнометафизарных  зон скелета у  детей  из первой группы  – дети первого года жизни

Проксимальный эпифиз бедренных костей   у детей первого года жизни,  являющийся  вторичным центром оссификации, а также,  часть метафиза  бедренных костей   у пациентов  на эхограммах выглядели  в виде единого слитного гипоэхогенного образования с четким гиперэхогенным контуром, что отражало его хрящевое строение.

При этом, мелкие червеобразные «эха» на фоне  «эхонегативных» структур соответствовали сосудам гиалинового хряща [9], данный кровоток при доплерографическом исследовании улавливался недостаточно ярко, всвязи с низкоскоростными характеристиками и малым калибром  в отличие от сосудов, огибающий шейку бедра,  питающих крышу вертлужной впадины, и перихондральных артерий, кровоснабжающих фиброзные структуры ростовой зоны (см.рис. 1).

а  б

Рисунок 1 – Васкуляризация головки бедренной кости по данным эхографии ребенка

из первой группы, возраст -1 месяц

С 2005 г. нами используются следующие  ультразвуковые признаки (УЗП), отражающие три последовательные стадии оссификации ГБК, взависимости от выраженности процессов оссификации: УЗП «снега» (1 ст.), «зрачка» (2 ст.), «полумесяца» (3 ст.) для детей этой возрастной категории. УЗП «снег» – при наличии нежных штрихов или пунктиров в гипоэхогенной тени ГБК, которые окружены нежным гиперэхогенным контуром, фактически, это означает отсутствие ядер окостенения ГБК. УЗП «зрачок» – при наличии ядра окостенения в виде гиперэхогенного округлого образования в ГБК, и УЗП «полумесяц» – при получении на УЗИ гиперэхогенного образования формы полумесяца на фоне гипоэхогенной тени ГБК. Последний термин встречается у Р. Графа [9] для описания феномена «полумесяца», из-за которого в некоторых случаях перекрывается маркер, использующийся им для оценки костного угла, и также по смыслу совпадает с наличием выраженного оссифицированного центра ГБК. Указанные признаки хорошо видны на любой ультразвуковой аппаратуре с серошкальным изображением и линейным датчиком (рисунок 2).

Рисунок 2 – Стадии оссификации головки бедренной кости по данным эхографии ребенка  из первой группы

на протяжении первого года жизни

а) возраст -1 месяц, б) возраст- 4месяца, в) возраст- 9 месяцев

Наличие  ядер окостенения в  проксимальном эпифизе плечевых костей, дистальный эпифиз бедренных костей и проксимальном эпифизе большеберцовых костей  в виде гиперэхогенного округлого образования на фоне гипоэхогенной «модели» эпифиза был лоцирован  у всех пациентов (100%), что, как известно, является признаком доношенности плода [5], (рисунок 3).

а         б

Рисунок 3 – Эхограмма эпиметафизарных зон  ребенка из первой группы

а) эхограмма проксимального эпифиза плечевой кости

б) эхограмма дистальный эпифиз бедренной кости и проксимальный эпифиз большеберцовой кости

2. Данные УЗИ  эпифизарнометафизарных  зон скелета у детей  второй группы, дети в возрасте старше года  и до 5 летнего возраста. По полученным эхограммам было установлено, что метафизы бедренных костей  оссифицировались у всех детей (100%) к 5- летнему возрасту,  прогрессивно увеличивались размеры эпифизов, при этом хрящевые модели эпифизов и апофизов, «заполнялись»  костной тканью, т.е. соотношение между толщиной гипоэхогенного контура и размером гиперэхогенного оссифицированного ядра резко изменялось в сторону преобладания последнего, исключением являлся надколенник, который  у детей в возрасте до 4 лет выглядел в виде анэхогенной структуры (рисунок 4).

а  б   в

Рисунок 4 – Рентгенограмма и эхограмма эпиметафизарных зон  ребенка из второй  группы, возраст 1,5 г

По мере роста ребенка эхографически на продольных сканах  гипоэхогенный слой зоны роста проксимального отдела бедра  сужался, и к 5 годам  у детей данной группы выглядел в виде четко очерченного гипоэхогенного треугольника, расположенного верхушкой в медиальном направлении (рисунок 5)

аб

Рисунок 5 – Эпиметафизы бедренной кости  ребенка 4, 5 года

а) эхограмма проксимального эпифиза бедренной кости

б) эхограмма дистального  эпифиза бедренной кости

В дистальном эпиметафизе процессы оссификации отражены также в динамическом сужении гипоэхогенного пространства  между эпифизом и метафизом. При этом на продольных срединных передних сканах коленных суставов лоцировались  формирующееся ядра окостенения в надколеннике в виде гиперэхогенного образования  в центре надколенника округлой формы. При этом, это ядро, с точки зрения эхогенности,  являлось пропускающим ультразвук, что явилось характерной чертой всех детей данной группы. Полученные данные  соответствует данным  Садофьевой [5], что во время второго этапа  постнатального формирования костно-суставной системы  полностью оссифицируются метафизы трубчатых костей, исключая,  расположенные на них апофизы, таким образом, резко сокращается ренгеннегативный просвет между  метафизом и эпифизом, но все еще сохраняется значительный промежуток между диафизом и апофизом.

3. Данные УЗИ  эпифизарнометафизарных  зон скелета у  детей из третьей группы –возраст детей от 5 до 10 лет . По данным полученных эхограмм  — это период перехода к полному окостенению хрящевых моделей эпифизов трубчатых костей. Гипоэхогенными  к концу третьего этапа постнатального формирования костно-суставной системы остаются  апофизы  и метаэпифизарные ростковые зоны (рисунок 6).

а   б

Рисунок 6 – Эхограмма и рентгенограмма  эпиметафиза бедренной кости  ребенка 8 лет

а) эхограмма дистального эпиметафиза бедренной кости,

б) рентгенограмма эпиметафиза бедренной кости этого ребенка

4 . Данные УЗИ  эпифизарнометафизарных  зон скелета у  детей из четвертой группы – возраст детей от 10 до 15 лет

этап постнатального формирования костно-суставной системы — окостенение апофизов и бугристостей длинных трубчатых костей (рисунок 7).

а     б

Рисунок 7 –  Продольные эхограммы ребенка из 4-ой  группы, возраст 14 лет

а) проксимальный эпиметафиз бедренной кости,

б) дистальный эпиметафиз бедренной кости

Гипоэхогенный слой зоны роста проксимального и дистального отделов бедренной кости, проксимального эпиметафиза большеберцовой кости  прогрессивно сужается, и к 14 годам  у детей данной группы выглядит в виде невыраженной «канавки» на уровне ростковой пластины, расположенной верхушкой вглубь ростковой пластины.

5. Пятая группа – возраст детей от 15 до 18 лет

По данным эхограмм было установлено, что на этом этапе   постнатального формирования костно-суставной системы происходит синостозирование метаэпифизарных и апофизарных ростковых зон с вариантами по срокам взависимости от конституциональных особенностей. Показателем начала синостозирования ростковых зон, а, следовательно, и наступающего прекращения роста костей, является синостоз ростковой зоны  в виде отсутствия какого-либо гипоэхогенного промежутка между эпифизом и метафизом, а также между апофизом. Размеры и форма их полностью соответствуют анатомическим критериям взрослых. Данным эхограммам соответствовало

практически полное  слияние  смежных поверхностей эпифиза и метафиза на рентгенограммах,   сохраняющимися замыкательными  пластинками. После завершения синостозирования эпифиз и метафиз представляют единое целое, на месте бывшей ростко-вой зоны на рентгенограммах прослеживается только узкая горизонтальная полоска склероза  — физиологическая костная мозоль, по определению Д. Г. Рохлина.

Показателями окончания энхондрального костеобразования является синостозирование метаэпифизарных и апофизарных ростковых зон по данным ультразвукового и рентгенологического методов[5,9 ] (рисунок 8).

а     б

Рисунок 8 – Сравнительные эхограммы тазобедренных суставов детей из первой и пятой групп.

а –эпиметафиз ребенка из первой группы

б- эпифизарношеечный отдел бедренной кости у ребенка из 5-ой группы

Обсуждение. На всех эхограммах обследованных плечевых, тазобедренных и коленных суставов во всех возрастных группах  неизменными по – эхогенности, и пропускающими ультразвук были следующие структуры: волокнистый хрящ, капсула суставов, перихондрий, межмышечные фасции, связки. Напротив, эпифизы с прилегающими к ним метафизами являлись зонами  с меняющимися  эхохарактеристиками не только между пятью   предложенными группами, но и непосредственно  «внутри»  возрастных групп. С позиций гистологической концепции, по которой   зона роста состоит из фиброзного, хрящевого и костного компонентов,   и , несмотря на утвердившееся стандартное определение, что  к зоне роста относится  исключительно рентгеннегативный  диастаз между эпифизом и диафизом на рентгенограммах,   мы относим к зоне роста  более емкое понятие – всю зону роста, включая  эпифиз и  ростковую пластину. Это означает, что рентгеннегативный  диастаз между эпифизом и диафизом различной толщины в зависимости от возраста ребенка, который  на эхограммах выглядит в виде  гипоэхогенной или анэхогенной неровной полоски является только частью зоны роста. Но  к комплексу –«зона роста» как мы считаем, следует относить и  вторичный центр оссификации, и окружающий его эпифизарный хрящ, и  также и слой ростковой пластины, где созревает и  ремоделируется  растущая кость. Этот костный компонент ростовой пластины непосредственно примыкает к хрящевой зоне, в этой области хрящевые клетки трансформируются в кость. Общеизвестно,   метафиз начинается от последней интактной поперечной перегородки хрящевой части зоны роста, в  этой зоне, образуются первичные спикулы из аморфного фосфата кальция, которые затем замещаются вторичными, состоящими из кристаллов гидроксиапатита.  По мере созревания, трабекулярная костная ткань метафиза замещается костным мозгом и сливается с диафизом, остеокласты  уменьшают и изменяют наружный контур метафиза, который сливается с диафизом. По мере взросления ребенка при ультразвуковом мониторинге  ремоделирование – динамические процессы  созревания  метафизарной трабекулярной ткани –  оценивается   по периостальному контуру метадиафизарных сегментов.

Рисунок  9 – Компоненты эпиметафиза

а) схематическое изображение: 1 – суставной хрящ, 2 – эпифизарный хрящ, 3 – вторичный центр оссификации, 4 – ростовая пластина, 5 – фиброзный компонент эпифизарной пластины, 6 – метафиз, 7-диафиз.

б) эхограмма эпиметафиза большеберцовой кости  ребенка 4- х лет.

Полученные эхограммы позволяют визуализировать все  компоненты эпиметафиза(см.рис.9), при этом  гистологическое различие хрящевых  компонентов зон роста, включая  резервную, пролиферативную и гипертрофическую зоны имеют  соответственно различные эхографические характеристики:  резервный слой, предоставляющий хондроциты  для пролиферативной зоны и  пролиферативная  зона, формирующая  интрацеллюлярный матрикс и обеспечивающий  клеточную пролиферацию являются на эхограммах гипо – или ан – эхогенными. А гипертрофическая зона, подразделяющаяся  на зоны созревания, дегенерации и предварительной кальцификации – зона метаплазии,  представляет собой  костно-хрящевую  границу,  и выглядит в виде гиперэхогенного контура,  позади которой  в «звуковой тени без эха»  располагается  метафиз в растущей кости.   Опция  энергетической доплерографии позволяет продемонстрировать васкуляризацию зоны роста,  с определенными техническими сложностями. Однако на эхограммах была проведена визуализация эпифизарных артерий мелкого калибра, которые   осуществляют кровоток через множественные ветви, расположенные в зоне роста, обеспечивая васкуляризацию пролиферативной зоны. Напротив,   гипертрофическая  зона  на эхограммах выглядит без доплеровских сигналов, что согласовывается с гистологическими представлениями об  аваскулярности этой зоны.

Хрящевые модели по мере роста ребенка на эхограммах полностью выполняются гиперэхогенной костной тканью за исключением гиалиновых хрящей суставных поверхностей, и в дальнейшем рост и оссификация протекают синхронно, соответственно,  степень оссификации  хрящевых «моделей» эпиметафизарных зон  определяет размер «ультразвукового окна» и служат абсолютными маркерами костного возраста.

Выводы: по данным ультразвукового исследования важным критерием наступления половой зрелости является наступление синостозов в эпиметафизарных и  апофизарных ростковых зонах, при этом , эпифиз, включая ядро окостенения эпифизарный хрящ и ростковую пластину   в течении длительного периода с рождения и до полного окостенения  является «зоной роста», и его рост  происходит за счет двух зон: 1) васкуляризированной зоны хряща, которая отвечает за рост эпифиза в сторону сустава, и 2) эпифизарной пластины, которая отвечает за рост кости в длину. Эта принципиально новая концепция визуализации без лучевой нагрузки эпиметафизарной зоны, где гипертрофическая зона хрящевого компонента является самой уязвимой частью зоны роста, имеет клинически неоспоримое значение. В связи с чем, считаем  оправданным  и многообещающим проведение дальнейших исследований в данной области.