Введение
Боль в нижней части спины — одна из наиболее распространенных проблем здоровья населения в индустриально развитых странах мира [1, 2]. Болевой синдром в нижней части спины также является причиной значительных экономических затрат практического здравоохранения. Так, в странах Западной Европы экономические потери здравоохранения при лечении пациентов с этим патологическим состоянием составляют в среднем 0,6—2,3% валового национального продукта [3].
Бесспорно, основной причиной развития боли в нижней части спины выступает дегенерация межпозвонковых дисков [4]. За последние десятилетия медицинской наукой подробно изучены особенности дегенеративно-дистрофического процесса в межпозвонковых дисках. Описаны молекулярно-генетические, клеточные и инструментальные особенности дегенерации дисков, определены факторы риска развития дистрофических изменений пульпозного ядра (ПЯ) и фиброзного кольца [5, 6]. Все это послужило основой для разработки и внедрения в широкую клиническую практику новых методов терапевтического воздействия на дегенеративные процессы межпозвонковых дисков, имеющие клинико-неврологические проявления, что принято называть дегенеративным заболеванием межпозвонковых дисков [7].
Как известно, выбор тактики лечения пациентов с дегенеративным заболеванием дисков зависит как от клинической картины, так и от изменений структуры ПЯ и фиброзного кольца. Золотым стандартом диагностики дегенеративных изменений структурных компонентов диска является магнитно-резонансная томография (МРТ) [8]. МРТ, имея высокую степень чувствительности к содержанию воды в тканях организма, стала доступным методом инструментальной диагностики дегенерации межпозвонковых дисков [8]. Диагностика степени дегенерации дисков основана на получении рутинных Т2-взвешенных изображений (ВИ) с подавлением сигнала от окружающей жировой ткани. Изменения сигнала от межпозвонкового диска на Т2-ВИ, четкость границы между ПЯ и фиброзным кольцом, а также высота диска легли в основу классификации степеней дегенерации по Pfirrmann и соавт. [9]. К сожалению, эта классификация имеет ряд недостатков, которые не позволяют количественно оценить состояние ПЯ и фиброзного кольца межпозвонкового диска и визуализировать ранние признаки дегенерации.
Усовершенствование методики МРТ-исследования позволило открыть возможность количественной оценки степени дегенерации межпозвонкового диска. Так, диффузионно-взвешенная (ДВ) МРТ позволяет изучать состояние структурных компонентов диска путем отслеживания движения свободных молекул воды на уровне клетки [10]. Важно подчеркнуть, что степень диффузии молекул воды можно оценить с помощью специального количественного параметра — измеряемого коэффициента диффузии (ИКД). Множество значений ИКД для изучаемой структуры представляет собой функциональную карту диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ). При этом карта ДВИ позволяет выявить незначительные изменения в ткани, которые не обнаруживаются на стандартных изображениях МРТ [10]. По мнению авторов настоящего исследования, разработка и внедрение в клиническую практику новой классификации классов дегенерации межпозвонковых дисков, основанной на построении карт ДВИ, выступает перспективной научной идеей.
Цель исследования — разработать новую валидизированную классификацию классов дегенерации межпозвонковых дисков.
Материал и методы
Дизайн исследования
Выполнено ретроспективное наблюдательное одноцентровое исследование в соответствии с международными рекомендациями по проведению и представлению результатов наблюдательных исследований (The Strengthening the Reporting of Observational Studies in Epidemiology, STROBE) [11].
Критерии соответствия
В исследование включены медицинские карты пациентов с подтвержденными признаками (клиническими, инструментальными и морфологическими) дегенеративного заболевания поясничных межпозвонковых дисков и без указанных признаков. Критериями включения в исследование являлись: 1) возраст респондентов от 18 до 70 лет; 2) продолжительность болевого синдрома в нижней части спины и/или нижних конечностях менее 3 мес; 3) уровень качества жизни пациентов по Oswestry Disability Index (ODI) более 30%; 4) выраженность болевого синдрома по визуальной аналоговой шкале не менее 5 см при наличии инструментальных признаков дегенерации поясничных межпозвонковых дисков.
К критериям исключения медицинских карт из исследования относились: 1) наличие оперативных вмешательств на позвоночнике в анамнезе; 2) перенесенные травмы позвоночного столба в анамнезе; 3) наличие активного инфекционного процесса; 4) подтвержденное онкологическое заболевание; 5) беременность; 6) отсутствие полного спектра клинико-инструментальных и морфологических данных исследований респондентов.
Условия проведения
Исследование выполнено на базе Центра малоинвазивной хирургии Харлампиевской клиники и отделения нейрохирургии Иркутского научного центра хирургии и травматологии.
Продолжительность исследования
Исследование проводилось в период с марта по сентябрь 2021 г.
Описание медицинского вмешательства
МРТ-исследование в Т1- и Т2-ВИ, а также в режиме диффузии с построением карт ДВИ выполняли с помощью аппарата Philips Achieva 1,5 Т (Philips, Нидерланды). При исследовании в Т1-ВИ использовали следующие параметры: матрица 384×387, TR (время повторения) 650, TE (время эхо) 9,6, NEX (число возбуждений) 1, толщина среза 4 мм, FOV (поле зрения) 30×30. Для Т2-ВИ: матрица 384×288, TR 4000, TE 43, NEX 1, толщина среза 4 мм, FOV 30×30. Для получения карт ДВИ использовали следующий набор параметров опции ДВ МРТ с SE-эхопланарным изображением (EPI): матрица 160×128, TR 7500, TE 83, NEX 6, толщина среза 4 мм, FOV 30×30. Использованы следующие значения b: 400 и 800 с/мм2, время сканирования составило 6 мин 30 с. ИКД вычисляли на Т2-ВИ с помощью программы Radiant DICOM Viewer (Medixant, Польша) и полученные значения переносили на карты ДВИ. Полученные Т1-, Т2-ВИ и карты ДВИ использованы для определения степени дегенерации по классификации Pfirrmann и соавт. [9] и подсчета значений ИКД дисков в группах пациентов с дегенеративным заболеванием межпозвонковых дисков пояснично-крестцового отдела позвоночника и без такового.
Результаты
У исследуемой группы пациентов оценивали инструментальные параметры: 1) интенсивность сигнала от диска по данным Т2-ВИ; 2) четкость границы между ПЯ и фиброзным кольцом; 3) высоту межпозвонкового диска; 4) степень дегенерации диска по классификации Pfirrmann и соавт. [9]; 5) средние значения ИКД ПЯ; 6) ПЯ, мм2/с; 7) средние значения ИКД межпозвонкового диска в целом, мм2/с.
При морфологическом исследовании межпозвонковых дисков оценивали распределение клеток ПЯ и фиброзного кольца, наличие изогенных групп, состояние внеклеточного матрикса, а также распределение коллагенов различных типов.
Методы регистрации исходов
Полученные интервальные значения ИКД межпозвонковых дисков сгруппированы в классы дегенерации. Выполнен корреляционный анализ между полученными интервальными значениями ИКД, которые соответствуют классам дегенерации межпозвонковых дисков, и степенями дегенерации дисков по классификации Pfirrmann и соавт. [9]. Степень дегенерации и подсчет средних значений ИКД межпозвонковых дисков пояснично-крестцового отдела позвоночника независимо выполнили 3 врача-рентгенолога и 2 врача-нейрохирурга. При возникновении разногласий степень дегенерации и подсчет ИКД дисков выполнялся строго коллегиально.
Морфологическое исследование межпозвонковых дисков выполняли при использовании стандартной окраски гематоксилином и эозином, а также при помощи специальных иммуногистохимических красителей — связанных с первичными антителами (Abcam, США).
Этическая экспертиза
Все пациенты, включенные в настоящее исследование, предоставили письменные добровольные информированные согласия на выполнение медицинского вмешательства. Протокол исследования одобрен этическими комитетами Иркутского государственного медицинского университета и Иркутского научного центра хирургии и травматологии, что соответствует основным положениям Хельсинкской декларации [12].
Статистический анализ данных
С целью проведения корреляционного анализа между интервальными значениями ИКД, соответствующим классам дегенерации и степенями дегенерации дисков применялся непараметрический тест Спирмена. Степень согласованности между заключениями специалистов оценивали с помощью внутриклассового коэффициента корреляции. При значении внутриклассового коэффициента корреляции 0,4—0,75 степень согласованности оценивали как «хорошую» и при значении коэффициента 0,75 включительно и более — как «отличную». Клинико-инструментальное соответствие новой валидизированной классификации классов дегенерации межпозвонковых дисков пояснично-крестцового отдела позвоночника и классификации степеней дегенерации по Pfirrmann и соавт. [9] оценено по методу Bland и Altman [13]. Статистическую обработку данных проводили с помощью программных обеспечений Microsoft Excel 2016 (Microsoft Corp., США) и SPSS 22.0 (IBM Corp., США). Порог значимости p выбран равным 0,05.
Результаты
Согласно критериям соответствия в ретроспективное наблюдательное одноцентровое клиническое исследование включены медицинские карты 100 пациентов с подтвержденными признаками (клиническими, инструментальными и морфологическими) дегенеративного заболевания поясничных межпозвонковых дисков и без указанных признаков. Всем пациентам с признаками дегенеративного заболевания межпозвонковых дисков выполнены оперативные вмешательства на пояснично-крестцовом отделе позвоночника в различном объеме. Общая характеристика пациентов, включенных в настоящее исследование, представлена в табл. 1.
Таблица 1. Общая характеристика респондентов, включенных в исследование
| Параметры | Значение (%) |
| Число пациентов, всего | 100 |
| Пол: | |
| мужской | 89 (89) |
| женский | 11 (11) |
| Возраст, лет | 42,6±10,4 |
| Общее количество исследованных дисков | 494 |
| Общее количество исследованных дисков с построением карт ДВИ | 452 |
| Показания к оперативным вмешательствам: | |
| грыжа межпозвонкового диска | 114 (23) |
| спондилолистез | 14 (3) |
| поясничный стеноз: | 17 (3) |
| центральный | 13 (6) |
| фораминальный | 4 (4) |
| Тип грыжи диска: | |
| протрузионный | 67 (59) |
| экструзионный | 34 (30) |
| секвестрированный | 13 (11) |
| Локализация грыжи диска: | |
| медианная | 30 (26) |
| левосторонняя | 64 (56) |
| правосторонняя | 19 (17) |
| экстрафораминальная | 1 (1) |
| Уровень расположения грыжи диска: | 1 (1) |
| LI—LII | 1 (1) |
| LII—LIII | 2 (2) |
| LIII—LIV | 15 (13) |
| LIV—LV | 44 (39) |
| LV—SI | 52 (46) |
Примечание. М — среднее значение, SD — стандартное отклонение.
Карты ИКД построены для всех респондентов, включенных в исследование. Среднее значение ИКД цереброспинальной жидкости составило (2752±333)×10–6 мм2/с. МРТ-граммы в режиме диффузии получены для нижнепоясничного отдела позвоночника (LIII—SI) у всех пациентов, для уровня LII—LIII — у 93 (93%), для уровня LI—LII — у 59 (59%). Всего в анализ данных включено 452 изображения в режиме ДВ МРТ. Восемь изображений исключены из исследования из-за наличия множественных артефактов. Установленные металлоконструкции (межтеловые кейджи, плат-кейджи, винтовые траспедикулярные стабилизирующие системы и межостистые имплантаты) также выступали причиной наличия артефактов на МРТ-граммах в режиме диффузии, что позволило исключить указанные позвоночно-двигательные сегменты из анализа (рис. 1).
Рис. 1. МРТ-изображения пояснично-крестцового отдела позвоночника в сагиттальном срезе у пациента с ранее установленным межостистым стабилизатором на уровне LIV—LV.
а — МРТ-грамма в режиме диффузии; б — Т2-ВИ; в — наложение МРТ-граммы в режиме диффузии и Т2-ВИ (конец стрелки указывает на искажение полученного сигнала, стрелка — на изменение интенсивности сигнала от межостистого имплантата).
Верифицированные по данным МРТ-исследования пояснично-крестцового отдела позвоночника грыжи межпозвонковых дисков классифицированы по трем типам. В 114 случаях грыжи дисков отнесены к протрузионному типу, в 34 — к экструзионному, в 13 — к секвестрированному. Полученные МРТ-изображения в режиме диффузии в отличие от Т2-ВИ, позволяли лучше дифференцировать структурные компоненты дисков и их дефекты (рис. 2).
Рис. 2. МРТ-изображения в сагиттальном срезе пояснично-крестцового отдела позвоночника у пациента с экструзионным типом грыжи диска LV—SI.
а — МРТ-грамма в режиме диффузии (гиперинтенсивный сигнал от пульпозного пролабирующего через дефект гипоинтесивного фиброзного кольца); б — Т2-ВИ; в — наложение МРТ-граммы в режиме диффузии и Т2-ВИ.
Важно отметить, что экструзионный тип грыж межпозвонковых дисков отчетливо визуализируется как на МРТ-изображениях в режиме диффузии, так и на МРТ-граммах в Т2-ВИ. Подсчет значений ИКД экструзионных типов грыж межпозвонковых дисков и ПЯ дисков без признаков дегенерации показал, что средние значения ИКД статистически значимо превышают таковые показатели ПЯ неизмененных межпозвонковых дисков — (1665±381)×10–6 и (1449±273)×10–6 мм2/с соответственно) (см. рис. 2). В то же время достоверных различий в значениях ИКД между типами, локализациями и расположением грыж поясничных межпозвонковых дисков не выявлено (p=0,13, p=0,74, p=0,77 соответственно).
Грыжи Шморля верифицированы в 28 (28%) случаях (50 поясничных дисков). Статистический анализ данных наглядно показал, что достоверных различий в значениях ИКД межпозвонковых дисков с грыжей Шморля и без таковой не отмечено (p=0,92). Кроме того, статистически значимых различий в значениях ИКД дисков с грыжей Шморля и без таковой в зависимости от типа, локализации и уровня собственно грыж межпозвонковых дисков также не отмечено (p=0,94, p=0,57, p=0,95 соответственно).
Количественный анализ полученных данных показал значительную корреляционную зависимость средних значений ИКД со степенями дегенерации дисков пояснично-крестцового отдела позвоночника по классификации Pfirrmann и соавт. [9] (рис. 3).
Рис. 3. МРТ-изображения различных степеней дегенерации межпозвонковых дисков по классификации Pfirrmann и соавт. [9] (Т2-ВИ, МРТ-грамма в режиме диффузии, их наложение и сравнение средних значений ИКД для каждой степени дегенерации).
Объяснение в тексте.
Визуализация степеней дегенерации дисков по данным построенных карт ДВИ осложнялась выраженной неоднородностью ПЯ и фиброзного кольца. Так, поясничные межпозвонковые диски 3—4-й степеней дегенерации по Pfirrmann и соавт. [9] являлись менее однородными в отличие от дисков 2—3-й степеней дегенерации. Среди межпозвонковых дисков 4-й степени дегенерации средние значения ИКД были статистически значимо выше при наличии грыж (p=0,01). И наоборот, для межпозвонковых дисков 3-й степени дегенерации средние значения ИКД были достоверно выше при отсутствии грыж (p=0,04). Важно подчеркнуть, что грыжи дисков 3—4-й степеней дегенерации продемонстрировали значительно большую неоднородность по данным карт ДВИ по сравнению с межпозвонковыми дисками тех же степеней дегенерации при отсутствии грыж (p=0,01, p=0,03 соответственно).
Проведенные морфологический и иммуногистохимический анализы удаленных поясничных межпозвонковых дисков продемонстрировали наличие начальных признаков дегенерации (потеря протеогликанов, меняется их взаимная ориентация, происходит их фрагментация с последующей утратой фрагментов гликозаминогликанов) фиброзного кольца и ПЯ при 2—3-й степенях дегенерации по классификации Pfirrmann и соавт. [9] и выраженных признаков (снижение содержания аггреканов в ПЯ, снижение гидратации последнего с нарушением механической функции) при 3—4-й степенях дегенерации (рис. 4).
Рис. 4. Визуализация клеток дегенерированного пульпозного ядра (ПЯ) в альгинатной микросфере и ткани межпозвонкового диска.
а — изображение распределения клеток ПЯ в альгинатной микросфере, полученное с использованием лазерной сканирующей микроскопии, окраска на F-актин (Alexa Fluor 633 phalloidin — красный) и ядра (DAPI — синий); б — микрофотография гистологического исследования области ПЯ, окраска гематоксилином и эозином.
Выполненные инструментальное и патогистологическое исследования позволили определить основные МР-семиотические (включая Т1-, Т2-взвешенные изображения и ДВ МРТ-изображения), морфологические и иммуногистохимические признаки дегенерации межпозвонковых дисков в зависимости от степени последней по классификации Pfirrmann и соавт. [9]. Объединение полученных данных представлено в виде оригинальной классификации классов дегенерации межпозвонковых дисков пояснично-крестцового отдела позвоночника, основанной на подсчете средних значений ИКД с помощью методики ДВ МРТ (табл. 2). Среднее значение внутриклассового коэффициента корреляции составило 0,82, что соответствовало «отличной» степени согласованности между экспертами. Сопоставление классификаций продемонстрировало наличие высокой степени клинико-инструментального соответствия.
Таблица 2. Новая валидизированная классификация классов дегенерации поясничных межпозвонковых дисков
| Степень дегенерации диска по Pfirrmann и соавт. [9] | Средние значения ИКД, мм2/с | Класс дегенерации диска в зависимости от полученных интервальных значений ИКД |
| 2 | ≥1600 | A |
| 3 | 1200—1599 | B |
| 4 | 900—1999 | C |
| 5 | 900—1999 | D |
Обсуждение
Ранняя диагностика дегенерации межпозвонкового диска представляет собой актуальную проблему современной медицинской науки [7]. Диагностика начальных дегенеративно-дистрофических изменений дисков позволяет определить наиболее рациональную тактику ведения пациентов. К сожалению, ранние стадии дегенерации межпозвонкового диска, как правило, не имеют клинико-неврологических проявлений. В связи с этим большинство пациентов обращаются за специализированной медицинской помощью лишь на поздних стадиях дегенерации диска, когда процесс переходит в так называемое дегенеративное заболевание межпозвонкового диска с соответствующим симптомокомплексом [14].
Нередко пациенты с дегенеративным заболеванием межпозвонковых дисков имеют признаки компрессии невральных структур, что требует выполнения оперативного вмешательства [14]. Вид планируемого хирургического лечения таких пациентов зависит от множества факторов. Среди этого множества особую роль в выборе тактики хирургического лечения отводят клинической картине заболевания и инструментальным данным.
Как известно, МРТ-исследование представляет собой золотой стандарт диагностики дегенерации межпозвонковых дисков [6]. В повседневной клинической практике наибольшей популярностью пользуется классификация степеней дегенерации межпозвонковых дисков по Pfirrmann и соавт. [9], основанная на изучении структуры ПЯ и фиброзного кольца по данным Т2-ВИ. Однако у этой классификации есть ряд недостатков, о чем указано выше. Так, эта классификация не позволяет количественно определить степень дегенерации диска и верифицировать стадии дегенеративно-дистрофического процесса ПЯ и фиброзного кольца. В то же время методика ДВ МРТ объективно оценивает состояние структур межпозвонкового диска с верификацией дегенерации последних на ранних стадиях путем построения карт ДВИ и подсчета значений ИКД [15]. Именно количественное определение степени дегенерации диска, по нашему мнению, является основополагающим в выборе тактики лечения пациентов с соответствующими клинико-неврологическими проявлениями.
Детальное изучение значений ИКД межпозвонкового диска в различных его отделах позволило определить интервальные значения ИКД в неразрывной связи со степенями дегенерации по классификации Pfirrmann и соавт., что и легло в основу новой классификации классов дегенерации межпозвонковых дисков [9]. Высокая степень валидности разработанной классификации подтверждена проведенным корреляционным анализом полученных данных.
Ограничения исследования
Настоящее исследование имеет ряд недостатков, которые необходимо обозначить. Во-первых, исследование имеет ретроспективный характер, включает в себя незначительное количество респондентов и изучает лишь поясничные межпозвонковые диски. Во-вторых, в работе не учитывали морфологические и иммуногистохимические особенности межпозвонковых дисков у пациентов без признаков дегенеративного заболевания. И в-третьих, определение классов дегенерации дисков выполнено в отрыве от морфологических классификаций дегенеративно-дистрофических изменений ПЯ и фиброзного кольца.
Заключение
Проведенное исследование наглядно показало, что новая валидизированная классификация классов дегенерации межпозвонковых дисков позволяет достоверно оценить состояние его структур в зависимости от полученных значений ИКД. Разработанная классификация может быть рекомендована для применения в широкой клинической практике врачей-рентгенологов, неврологов и нейрохирургов. Безусловно, для более объективной оценки валидности разработанной классификации классов дегенерации межпозвонковых дисков необходимо проведение крупных мультицентровых проспективных исследований с включением большего числа пациентов.
Исследование не имело финансовой поддержки.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Авторы выражают благодарность за помощь в выполнении работы руководству Иркутского государственного университета в лице ректора, д-ра мед. наук, проф. И.В. Малова и проректора по научной работе, д-ра мед. наук, проф. И.Ж. Семинского, а также руководству Харлампиевской клиники в лице директора С.А. Егорычева.