Остеопороз: сучасні методи діагностики

Антропометричне дослідження

Важливе місце в діагностиці постменопаузального остеопорозу займає антропометрія (В.В.Поворознюк, О.П.Дмитренко, 2002). У даної категорії пацієнтів вона передбачає вимірювання зросту, вираженості грудного кіфозу за допомогою кіфометра. Виражений кіфоз, при якому збільшується відстань від потиличного горба до стіни й меншає відстань від XII ребра до гребеня здухвинної кістки, у поєднанні із втратою зросту більше 4 см, свідчить про наявність остеопоротичного перелому як мінімум одного хребця. Для визначення темпів втрати зросту використовують наступну методику: вимірюють зріст за допомогою звичайного ростоміра, відстань між кінчиками III пальців розведених рук (величина попереднього росту) та порівнюють обидві величини. Для точного вимірювання зросту користуються електронними ростомірами. Зменшення зросту в динаміці на 6 мм може вказувати на появу нового компресійного перелому хребта. Крім вимірювання зросту, в клінічній діагностиці вертебрального остеопорозу використовують визначення та порівняння між собою відстаней від верхівки тімені до лобкового симфізу та від симфізу до ступень, які в нормі однакові. Зменшення першого показника порівняно з другим більш ніж на 5 см свідчить про наявність остеопорозу.

Серед багатьох чинників, що мають значення в розвитку порушень  структурно-функціонального стану кісткової тканини й розвитку остеопорозу, важливе місце відводиться особливостям будови тіла людини.

За результатами дослідження, у жінок віком 50—89 років, які мали порушення структурно-функціонального стану кісткової тканини (остеопенія, остеопороз), були вірогідно зменшені такі антропометричні показники, як зріст, довжина голови (тільки у віковій групі 70 — 89 років), плечовий діаметр, обхват грудної клітки (В.В.Поворознюк, О.П.Дмитренко, 2001). Зменшення довжини лопатки та збільшення довжини шиї спостерігалося в групі 50 — 89 років та 50 — 69 років. Крім того, в цих групах у жінок з нормальним структурно-функціональним станом кісткової тканини спостерігали зменшення антропометричних показників, які характеризують  особливості жирового обміну (товщина складки на спині, товщина складки на плечі, товщина складки на животі, товщина складки на стегні, товщина складки на гомілці). Такі показники, як довжина стегна, довжина гомілки, обхват плеча, ширина плеча, обхват широкої частини передпліччя, діаметр гомілки, ширина ступні, поперечний діаметр грудної клітки, тазовий діаметр, мали тенденцію до зниження у хворих з остеопорозом.

Таким чином, за результатами наших досліджень, для жінок віком 50 років і старших, які мають остеопороз чи остеопенію, характерний астенічний або стенопластичний тип конституції. У групі жінок з нормальною кістковою тканиною переважає еуропластичний або субатлетичний тип. Для вікової групи 50—69 років характерний зв’язок з показниками жирового обміну (товщина складок тіла), що пов’язано з тим, що після настання менопаузи ризик розвитку остеопорозу знижується зі збільшенням ІМТ, внаслідок трансформації андрогенів в естрогени в жировій тканині, тоді як для вікової групи 70 — 89 років ця залежність не характерна.

Проведено аналіз антропометричних показників у жінок у постменопаузальному періоді залежно від наявності остеопоротичних переломів. Для пацієнток з остеопоротичними переломами порівняно з пацієнтками без них характерним було вірогідне зниження таких антропометричних показників, як довжина стегна, обхват кисті, обхват вузької частини гомілки,  висоти обличчя.

Рентгенографічні та рентгеноморфометричні методи

Найбільш простим, дешевим та доступним методом діагностики остеопорозу є рентгенографічний метод. Трабекулярна резорбція тіл хребців на рентгенограмах виявляється потоншенням поперечних трабекул аж до їх повного зникнення та потовщенням поздовжніх трабекул, орієнтованих по лініях навантаження. Це призводить до виникнення картини «смугастої» кістки. Саме ця ознака відрізняє рентгенологічну картину остеопорозу від остеомаляції. Втрата губчастої кістки спричиняє також посилення контурів замикаючих пластинок, що нагадує картину «порожньої коробки» або  «віконної рами».

«Улюбленими» локалізаціями остеопоротичних деформацій є так звані перехідні зони, тобто місця переходу більш рухомого відділу хребта в менш рухомий та навпаки. Двовгнуті деформації часто спостерігаються у хребтових рухових сегментах Th4—Th8 та L3—L4, клиноподібні  —  в сегментах Th5—Th7, Th11—L1; компресійні переломи —   в сегментах Th12—L1.

Проте рентгенографія є досить неточним методом оцінки втрати кісткової тканини хребта. Тому для визначення остеопоротичних деформацій краще застосовувати метод рентгеноморфометрії, який передбачає вимірювання трьох висот і довжини тіла хребця, а також визначення їх співвідношення у вигляді морфометричних індексів. Найпоширенішим методом діагностики вертебрального остеопорозу є методика McCloskey, яка передбачає вимірювання передньої, середньої й задньої висот тіл хребців від Th4 до L5 та порівняння даних показників з такими ж у молодих здорових людей (В.В.Поворознюк, Т.В.Орлик, 2002). Стандартне відхилення висот тіла хребця від 0 до -1 SD вважається нормою, від -1 SD до -2,5 SD свідчить про остеопенію та менше за -2,5 SD — вказує на остеопороз.

Серед морфометричних індексів у діагностиці остеопорозу широко використовуються індекси рентгенограм кистей та хребців. Найбільш поширені з них — індекси Barnett — Nordin, Exton, Рохліна, «остеопоротичний індекс» (Є. П.Подрушняк, 1987) та ін.

Індекс Barnett—Nordin, або метакарпальний індекс, запропонований авторами в 1960 р., розраховують за рентгенограмами кистей. На другій метакарпальній кістці у найвужчому місці медулярної порожнини (або посередині кістки) вимірюють загальну ширину (діаметр) та ширину (діаметр) медулярної порожнини. Індекс обчислюють спеціально за формулою.

Рентгеноденситометричні методи

Для діагностики остеопорозу також використовується еталонна денситометрія. Цей метод базується на оцінці поглинання рентгенівських променів кісткою при проведенні рентгенографії з використанням стандартизованої плівки. Стандартом денситометричних значень є алюмінієвий клин, що складається з  8—10 сходинок, кожна по 0,5 мм. Застосування високочутливих комп’ютеризованих пристроїв для обробки зображення зробило можливим швидкий аналіз серійних рентгенограм кістки. Після сканування рентгенівського зображення комп’ютер оцінює щільність кортикальної та трабекулярної кістки та трансформує отримані значення в одиниці відносної оптичної щільності. За еталонною денситометричною шкалою (щільність сходинок алюмінієвого клина) реєструються справжні значення щільності кістки, яка досліджується.  Застосування денситометричного еталона дало змогу мінімізувати варіації при визначеннях щільності кортикальної та трабекулярної КТ.

Застосування сучасної обчислювальної техніки для кількісної оцінки кісткової структури за рентгенограмами — найбільш перспективний напрям у рентгенологічній остеології. Введення за допомогою TV-камери або сканера в пам’ять комп’ютера рентгенівського зображення дає змогу за створеним алгоритмом оцінити наступні параметри кісткових трабекул: кількість, ширину, висоту, площу й щільність. Програма індивідуально оцінює параметри кожної кісткової структури та міру їх відхилення від фізіологічної вікової норми, що підвищує ефективність клінічної діагностики стану скелета.

У відділі клінічної фізіології та патології опорно-рухового апарату Інституту геронтології та Українському науково-медичному центрі проблем остеопорозу розроблено новий метод оцінки структурно-функціонального стану кісткової тканини: «Спосіб оцінки стану кісткової тканини та пристрій для його виконання» (Патент № 200101102115 від 11.01.2001; автори: В.В.Поворознюк, В.О.Шалаєв, В.О.Чабанний, О.П.Дмитренко) та створено АРМ «Остеолог».

На першому етапі пацієнту в положенні сидячи виконують рентгенографію кисті. Кисть пацієнта розміщують впритул до пластикової опори пересувного фіксатора та фіксують за допомогою манжети із застібкою, в результаті чого метакарпальний відділ кисті розміщується чітко над віконцем пристрою, паралельно ступінчастому клин-еталону.

Отримане зображення на стандартизованій рентгенограмі за допомогою слайд-сканера серійного виробництва з оптичною розподільчою здатністю не нижче 10 ліній на 1 мм перекодовується у цифрове зображення для подальшої математичної обробки та визначення оптичної щільності кісткової тканини за допомогою програми фотоденситометрії «OSTIM+».

У стандартних, побудованих у напівавтоматичному режимі оператором ПЕОМ ділянках проекції епіфізів III п’ясткової кістки  та діафізів II, III, IV, V кісток,  ведуться розрахунки відносної щільності кісткової тканини, автоматично виконуються розрахунки індексу Barnett — Nordin для кожної трубчастої ділянки кістки й у таблицю заносяться середні значення інтегральних параметрів. Вимірювання оптичної щільності кісткової тканини проводять у стандартних, побудованих пропорційно розмірам кістки, ділянках рентгенограми, які визначаються за заданою схемою відповідно до анатомічних орієнтирів (зони в центрах обох епіфізів та посередині між виростками дистального епіфіза III п’ясткової кістки) на сканованому зображенні кісткової основи. Діаметр кістки та діаметр медулярної кісткової порожнини розраховують автоматично після визначення  зони сканування (посередині відстані між найбільш віддаленими краями епіфізів кісток). Разом з тим в інтерактивному режимі визначають оптичну щільність сходинок алюмінієвого еталона на його проекції за допомогою заданих віртуальних вимірювальних рамок; за отриманими даними будується графік залежності оптичної щільності еталона від його товщини й визначаються коефіцієнти розрахунків в умовних одиницях. Математична обробка проводиться за допомогою запропонованої комп’ютерної програми «ОSTIM+» з алгоритмом розрахунку щільності кісткової тканини в умовних одиницях відповідно до каліброваних значень еталона. Отримані результати подаються у вигляді таблиці й заносяться до звітної форми карти обстеження пацієнта.

 На підставі обстежень жінок віком 20—85 років отримано регресійну криву, яка характеризує зміну показників інтегрального кортикального індексу залежно від віку в представниць української популяції (В.В.Поворознюк зі співавт., 2001). Після комплексної оцінки стандартизованих рентгеноденситограм периферичних кісток скелета з використанням системи алгоритмічних обрахунків на програмно-апаратному комплексі розроблено протокол рентгеноденситометричного обстеження, що містить показники кортикальних індексів, інтегральний кортикальний індекс, індекс маси тіла, показник біологічного віку кісткової системи та ступеня постаріння кісткової тканини.

Проведені дослідження (В.В.Поворознюк, О.П.Дмитренко, 2002) довели можливість використання запропонованого методу для виявлення пацієнток з ризиком остеопоротичних переломів. Денситометричні показники були вірогідно нижчими у хворих з наявністю остеопоротичних переломів  в анамнезі в порівнянні з пацієнтками контрольної групи (без переломів).

Для кількісної оцінки мінеральної щільності кісткової тканини використовуються радіонуклідні методи — одно- або двофотонна абсорбціометрія, моно- або двохенергетична рентгенівська  денситометрія, кількісна комп’ютерна томографія, кількісна ультразвукова денситометрія.

Кісткова маса за ступенем втрати поділена ВООЗ на категорії порівняно з референтною групою дорослих молодого віку. Ці категорії базуються на «T-шкалі» пацієнта, що належить до числа середньоквадратичних відхилень, на які щільність його кісткової тканини відрізняється від такої у молодих здорових людей. Використовуючи ці критерії, остеопороз можна визначити, якщо мінеральна щільність або мінеральна насиченість кісткової тканини більш як на 2,5 середньоквадратичного відхилення (< - 2,5 SD ) нижча, ніж у молодої здорової людини. Якщо пацієнт до того ж має один або більше остеопоротичних переломів, він має «визначений» остеопороз. «Т-рахунок» між -1 і -2,5 (мінеральна щільність або насиченість на 1—2,5 SD нижче середнього показника у молодих здорових людей) має категорію «низька кісткова маса», або «остеопенія».

Методи фотонної денситометрії засновані на поглинанні кістковою тканиною енергії фотонів радіонуклідів, направлених вузьким пучком через каліматор, і реєстрації  «піків накопичення» сцинтиляційним детектором. З цією метою найчастіше застосовують g-випромінювання радіонуклідів 125I, 241Аm, 163Gd. Ці методи пояснюють приблизно 60—80% змін у міцності КТ. Двофотонна абсорбціометрія застосовується для вимірювання кісткової маси поперекових хребців та проксимальної ділянки стегна. Точність методу варіює в межах 2—4%. Двофотонна абсорбціометрія дає можливість визначати мінеральну щільність поперекових хребців. Дослідження хребта проводиться в передньо-задній проекції. Недоліком методу є збільшення відсотка похибки за наявності остеофітів та кальцинозу аорти в осіб літнього та старечого віку.

Рентгенівська денситометрія

За останні роки дві найбільш відомі компанії з виробництва діагностичного обладнання для остеології  — Lunar Corp. і Hologic Inc. — почали випускати двохенергетичні рентгенівські денситометри (Dual Energy X-Ray Absorptiometry —  DXA). На сьогодні рентгенівська денситометрія є золотим стандартом для визначення мінеральної щільності кісткової тканини (МЩКТ) хребта, ділянки стегна й усього скелета. DXA-денситометри забезпечують надзвичайну швидкість та високу точність вимірювань. Застосування рентгенівських денситометрів надало можливість оцінювати розвиток остеопорозу протягом кількох місяців, що відкрило нові перспективи для клінічних спостережень за ефективністю методів його лікування.

Основним стимулом для розвитку даного методу стала необхідність у технології вимірювання центральної губчастої кісткової структури. Оскільки в постменопаузальному періоді втрата губчастої кісткової тканини відбувається швидше, ніж компактної речовини, стан губчастої кістки має основне значення. Можливість вимірювання зазначеної анатомічної ділянки надзвичайно важлива тому, що:

ступінь втрати кісткової маси може визначити ризик переломів незалежно від величини кісткової маси;

виявлення підвищеної швидкості втрати кісткової маси допомагає узгодити рішення про необхідність проведення лікування;

у ранньому постменопаузальному періоді спостерігається більша втрата губчастої кісткової тканини в порівнянні з кортикальною, і це може сприяти ширшому призначенню замісної гормональної терапії;

можливість оцінки швидкості втрати кісткової маси може привести до кращого контролю за відповіддю на лікування антирезорбентами та стимуляторами формування КТ у коротші проміжки часу,  в той час як вимірювання самої кісткової маси можуть проводитися через триваліші проміжки часу.

У клінічній практиці вимірювання кісткової маси проводиться з метою діагностики її зниження, запобігання переломам кісток та тривалого контролю. ДРА володіє якостями, необхідними для розв’язання зазначених завдань. Розвиток більш швидких технологій ДРА-сканування з використанням віялоподібного та точкового пучків дає змогу скоротити час і вартість багаторазових вимірювань різних ділянок скелета.

Слід зазначити, що останні модифікації рентгенівських денситометрів  уможливлюють проведення точної морфометрії хребців грудного та  поперекового відділів хребта. Доза радіаційного навантаження при скануванні всього хребта при цьому в 5 разів нижча за дозу опромінення, що отримується при звичайній рентгенографії. Рентгенівський денситометр дає змогу досягти якості зображення, близької до радіографічної. Це зумовлює легкість ідентифікації структури хребців: склерозовані суглобові поверхні, остеофіти, замикаючі пластинки.

Кількісна комп’ютерна томографія

Кількісна комп’ютерна томографія може визначити в трьох вимірюваннях справжню об’ємну щільність (мг/см3) губчастої або компактної кістки в будь-якій частині скелета. При ККТ отримують зображення тонкого поперечного зрізу тіла хребця, що дає змогу визначити об’ємну щільність мінеральних речовин кістки (г/см3) порівняно з еталоном, незалежно від навколишнього кортикального шару та наявності кальцинозу аорти. Таким чином, кількісна комп’ютерна томографія дає змогу визначити щільність тільки губчастої тканини тіл хребців, що привертає все більшу увагу дослідників до методу, це ще використовується для визначення щільності губчастої кісткової тканини центральної частини хребта. ККТ також використовувалася для оцінки ризику переломів хребта, вимірювання втрати кісткової маси з віком і спостереження за перебігом остеопорозу та інших метаболічних захворювань кісток.

Звичайно при інтерпретації результатів ККТ помилка відтворюваності та помилка точності становлять відповідно 2—4% і 5—15%. Проте завдяки здатності вибіркової оцінки метаболічно активної й структурно важливої кісткової тканини в центрі хребта, ККТ має унікальні можливості для оцінки ризику переломів хребців і багаторазових вимірювань втрати кісткової маси. Причому цей метод має вищу чутливість порівняно із проекційними методами, зокрема ДРА або ДФА. Втрата губчастої кісткової маси в постменопаузальному періоді, виміряна за допомогою ККТ, у 2—3 рази перевищувала інтегральні показники втрати кісткової маси, отримані з допомогою ДРА.

Інтенсивно ведеться пошук нових методів, які можуть бути корисними в оцінці скелетного статусу. Ідеальний інструмент для скринінгу повинен бути недорогим, виявляти крихкість КТ будь-якого походження, а не тільки внаслідок зменшення МЩКТ. При цьому наявність будь-якого ризику або дискомфорту при дослідженні має бути мінімальною для пацієнта. Можливо, поєднання інформації про еластичність, структуру та щільність кісткової тканини при визначенні ризику перелому забезпечить більшу чутливість, ніж методи, які відображають  тільки її щільність.

У зв’язку з цим значний інтерес викликають методи оцінки структурно-функціонального стану КТ та діагностики остеопорозу, в яких не використовується джерело іонізуючого випромінювання. Передусім це ультразвукова денситометрія кісткової тканини.

Ультразвукова денситометрія

Кількісні ультразвукові (КУЗ) методи було розроблено та запропоновано в останні роки для оцінки стану скелета. Дослідники, які вивчають остеопороз за допомогою КУЗ-методів, повідомили про позитивні результати, і в останні роки фірми-виробники випустили значну кількість різноманітних комерційних апаратів для КУЗ оцінки стану периферичного скелета.

Сьогодні ультразвукова денситометрія, або ультрасонометрія, — загальноприйнятий метод оцінки кісткової тканини in vivo,  який клінічно еквівалентний аксіальній рентгеноденситометрії і ліпший за периферичну денситометрію. На початок 1999 року в усьому світі нараховувалось близько 5000 ультрасонометрів, які використовують для вимірювання трабекулярної кісткової тканини  п’яткову кістку. Інші 1000 приладів застосовують для вимірювання швидкості поширення ультразвуку  (ШПУ) компактну великогомілкову кістку, фалангу пальця та передпліччя.

Основні переваги ультразвукової денситометрії порівняно з іншими методами оцінки стану кісткової тканини: ультразвукова оцінка може бути проведена неінвазивним шляхом; пацієнт при цьому не зазнає іонізуючого опромінення, що збільшує його бажання брати участь у дослідженні; ультразвукова апаратура дешевша порівняно з приладами для рентгенівської денситометрії; розроблені пристрої портативні. Тому ультразвукова діагностика має ширше застосування, ніж звичайна рентгенівська денситометрія, й може використовуватися в епідеміологічних дослідженнях; відсутність іонізуючого випромінювання полегшує розміщення, ліцензування та використання обладнання в зв’язку з меншою кількістю необхідних інструкцій для персоналу та особливого приміщення для розміщення апарата. Проте мають бути забезпечені відповідне навчання персоналу й необхідні заходи щодо гарантії якості.

Для діагностики остеопорозу фірма LUNAR Corp. (США) запропонувала ультразвуковий кістковий денситометр  «Achilles». Дослідження проводять на структурі п’яткової кістки, яка на 95% складається із трабекулярної КТ.  «Achilles» вимірює час проходження ультразвукової хвилі через п’яткову кістку. Щільність та стан трабекулярної структури кістки впливають на швидкість ультразвукової хвилі. Методика дає змогу вимірювати наступні параметри:

швидкість поширення ультразвуку (ШПУ) — тобто швидкість проходження ультразвуку крізь кістку, виражається в м/с і залежить від еластичності та щільності кістки;

шиpокосмугове ослаблення ультразвуку (ШОУ) — показник, що характеризує втрату інтенсивності ультразвуку в середовищі його поширення, виражається в дБ/МГц і відбиває не тільки кісткову щільність, але й кількість, розміри і просторову орієнтацію трабекулярної кісткової тканини;

індекс міцності кісткової тканини (ІМ, %), який вираховується на основі показників ШПУ та ШОУ і відображає структурно-функціональний стан кісткової тканини ГКТ обстежуваного стосовно категорії дорослих людей у віці 20 років.

 Перевагами цих приладів є неінвазивність, висока точність (1,5%), швидкий час сканування (5 хвилин), легкість в обслуговуванні, неіонізуюче випромінювання, компактність та портативність, що дуже важливо для епідеміологічних досліджень.

Показання для проведення денситометричних досліджень у жінок:

Наявність виражених факторів ризику:
дефіцит естрогенів;
рання  менопауза ( < 45 років);
тривала вторинна аменорея (> 1 року);
первинний гіпогонадизм;
терапія кортикостероїдами (> 7,5 мг на день протягом  року й більше);
перелом шийки стегна в матері;
низький індекс маси тіла (< 19 кг/м2).
Інші захворювання, які впливають на метаболізм кісткової тканини:
анорексія;
мальабсорбція;
первинний гіперпаратиреоз;
трансплантація органів;
хронічна ниркова недостатність;
гіпертиреоз;
тривала іммобілізація;
синдром Іценка — Кушинга.

Дані рентгенографічного обстеження щодо наявності остеопенії та/або деформацій хребців.

Наявність переломів в анамнезі, особливо стегна, хребців чи зап’ястка.

Зменшення зросту, наявність грудного кіфозу.

Біохімічні маркери метаболізму кісткової тканини

Стан скелета може бути оцінений різноманітними методами,  включаючи гістоморфометрію та різні види денситометрії (однофотонна й двофотонна абсорбціометрія, двохенергетична рентгенівська абсорбціометрія, кількісна комп’ютерна томографія,  ультразвукова денситометрія). Гістоморфометрія є інвазивною методикою, що має значну вартість, тривалий цикл обробки та обмежена  єдиною ділянкою скелета (гребінь здухвинної кістки). Денситометрія — точний і атравматичний метод, надзвичайно необхідний для оцінки структурно-функціонального стану КТ та діагностики остеопорозу, оцінки ефективності лікувально-профілактичних заходів, але потребує певного часу для того, щоб виявити зміни в КТ при впливі на неї різних лікарських засобів.

Біохімічні методи дослідження застосовуються в діагностиці різних захворювань кісткової системи. Визначення вмісту паратиреоїдного гормону, кальцію, фосфору, 25(OH)D3 в сироватці, рівня екскреції кальцію та фосфору із сечею дає можливість проводити диференціальну діагностику між метаболічними захворюваннями. Біохімічні маркери ремоделювання, які визначають у крові та сечі,  доповнюють  неінвазивні методи діагностики або забезпечують безпосередньою інформацією про структурно-функціональний стан кісткової тканини. Маркери метаболізму реагують швидше порівняно з денситометричними показниками на вплив різних факторів на кісткову тканину.

Владислав Поворознюк,
президент Української асоціації остеопорозу,
доктор медичних наук, професор.

Джерело