Развитие тазобедренного сустава у детей и подростков в клинико-анатомо-рентгенологическом аспекте

Актуальность проблемы обусловлена высокой частотой заболеваний тазобедренного сустава у детей среди патологии опорно-двигательного аппарата других локализаций, трудностями диагностики и значительным процентом неудовлетворительных результатов лечения. Это связано с тем, что тазобедренный сустав ребенка по своему строению существенно отличается от такового у взрослого (значительные отделы выполнены хрящевой тканью, низкие показатели стабильности сустава в раннем возрасте и др.), что затрудняет диагностику и выбор оптимальной тактики лечения.

Ряд работ как в отечественной, так и в зарубежной лшературе посвящены особенностям строения тазобедренного сустава в норме и при патологии только у новорожденных (2,30,35,70,71,86,87,98). Исследования более старших возрастных групп основаны, как правило, на описании единичного секционного материала (136). Наибольший интерес представляют работы Е. С. Тихоненкова (88,89,90,91), который на значительном количестве секционного материала описал процесс развития тазобедренного сустава у детей до 12-летнего возраста. Однако, эти исследования касаются, в основном, изучения размеров, формы головки бедра и вертлужной впадины и их пространственных взаимоотношений. Другими авторами процесс формирования тазобедренного сустава описывается лишь на основании рентгенологического метода исследования (14,37,44,54,55,57,67,81,83), при котором не определяются хрящевые и мягкотканные структуры сустава.

В клинической практике для визуализации хрящевых и мягкотканных структур тазобедренного сустава достаточно широко применяется искусственное контрастирование (27,58,69,75,78,85,95,96,108,109,110,144). Однако многими авторами (19,45) полученные данные трактуются неверно из-за отсутствия четкого понимания процесса формирования ТБС у детей и подростков.

Только проведение анатомо-рентгенологических сопоставлений позволяет определить возможности современных методов диагностики в визуализации различных структур тазобедренного сустава. Однако, в литературе мы нашли лишь единичные упоминания проведения таких сопоставлений (70). Кроме того, материал этих исследований касается лишь нескольких показателей состояния тазобедренного сустава и только у новорожденных.

Рядом зарубежных авторов для визуализации костных и хрящевых структур используется компьютерная и магнитно-резонансная томография (107,112,114,115,120,124,128,132 143). Согласно данным С.М. Duffy (2002), именно состояние хрящевых, а не костных структур тазобедренного сустава при дисплазии и врожденном вывихе бедра позволяет прогнозировать дальнейшее развитие сустава.

Таким образом, по данным литературы существует достаточно серьезный пробел по изучению возрастных особенностей тазобедренного сустава у детей и подростков. Во многом остаются неизученными возможности современных методов диагностики в визуализации различных анатомических структур тазобедренного сустава.

Цель исследования:

Целью настоящей работы является изучение динамики развития тазобедренного сустава у детей и подростков путем анатомо-рентгенологических сопоставлений и внедрение полученных данных в клиническую практику.

Задачи исследования:

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

— 51. Изучить динамику анатомических изменений тазобедренного сустава у детей и подростков по данным экспериментальных исследований.

2. На основании анатомо-рентгенологических сопоставлений определить возможности современных методов лучевой диагностики в визуализации различных анатомических структур тазобедренного суставауточнить его рентгенсемиотику.

3. Усовершенствовать методику искусственного контрастирования ТБС при его исследовании с помощью различных методов лучевой диагностики и определить показания к их применению.

4. Провести рентгенометрическое исследование ТБС и выявить динамику изменения показателей в возрастном аспекте.

5. Применить полученные экспериментальные данные в клинической практике при различной патологии ТБС в детском возрасте для определения характера и степени патологических изменений.

Материал н методы исследования:

В основу работы положены результаты исследования 68 секционных комплексов тазобедренных суставов детей и подростков различных возрастных групп, а также 23 суставов взрослых.

Кроме того произведен анализ клинических наблюдений 32 больных с врожденным вывихом бедра в возрасте от 1 до 16 лет. Все больные находились на стационарном лечении в клинике детской ортопедии ГУН ЦИТО им. Н. Н. Приорова с 2000 по 2002гг.

В соответствии с поставленными задачами исследования в работе использовались следующие методы: анатомический, морфометрический, рентгенологический, рентгенометрический, компьютерной томо^афии, магнитно-резонансной томографии.

Научная новизна:

Впервые на обширном количестве секционного материала различных возрастных групп с помощью методики приготовления серий пироговских срезов изучена возрастная динамика линейных и угловых показателей вертлужной впадины и проксимального отдела бедра как по костным, так и по хрящевым (мягкотканным) ориентирам.

Выявлено, что оссификация головки бедренной кости осуществляется из двух источниковза счет ядра окостенения эпифиза головки бедра, а также распространения процесса костеобразования со стороны зоны оссификации шейки в проксимальном направлении.

Впервые установлено, что взаимоотношения эпифиза головки бедра и шейки имеют сложный характер (ось эпифиза отклонена относительно оси шейки кзади и кверху), который меняется с ростом ребенка.

Впервые изучена корреляционная связь между данными анатомических исследований тазобедренного сустава у детей и подростков различных возрастных групп с данными их исследования с помощью различных методов лучевой диагностики.

Экспериментальным путем определены и обоснованы оптимальные методики искуственного контрастирования полости ТБС для различных методов лучевой диагностики.

Впервые выработаны показатели оценки состояния тазобедренного сустава у детей и подростков по данным компьютерной томографии.

Впервые разработана программа оценки состояния различных структур тазобедренного сустава в норме и при патологии у детей и подростков в возрастном аспекте.

Практическая значимость:

Определена возрастная динамика показателей развития тазобедренного сустава у детей и подростков в различных возрастных группах.

Определены возможности современных методов диагностики (рентгенография, компьютерная томография, магнитно-резонансная томография) в визуализации различных анатомических структур тазобедренного сустава.

Установлено, что наибольшей информативностью при артрографии и компьютерной томографии обладает методика двойного контрастирования. При проведении магнитно-резонансной томографии требуется тугое наполнение сустава контрастным веществом.

Усовершенствованы методики, применяемые при искуственном контрастировании полости ТБС, определены объемы и соотношения вводимых контрастных веществ и кислорода в различных возрастных группах.

Выработаны критерии оценки состояния различных структур тазобедренного сустава по данным различных методов исследования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Во всех возрастных группах ось эпифиза головки бедренной кости отклонена кверху и кзади относительно оси шейки. С ростом ребенка изменяется положение оси эпифиза относительно шейки бедра, что является компенсаторным механизмом, увеличивающим стабильность тазобедренного сустава.

2. Искусственное контрастирование полости ТБС у детей и подростков существенно расширяет возможности различных методов лучевой диагностики в визуализации его хрящевых и мягкотканных структур, что позволяет более точно оценить состояние всего сустава в целом.

АПРОБАЦИЯ:

Основные положения диссертации доложены: на научно-практической конференции: Заболевания и повреждения тазобедренного сустава, Рязань, 15 сентября 2000 г. на конференции детских травматологов-ортопедов России «Актуальные вопросы детской травматологии и ортопедии», Москва, 6 июня 2001 г. на 13-й научно-практической конференции Я1СОТ, С. Петербург, 25 мая 2002 г. на проблемной комиссии ГУН ЦИТО им. Н. Н. Приорова «Ортопедия» 25 ноября 2002 г. Диссертация рекомендована к защите на Ученом Совете ГУН ЦИТО им. Н. Н. Приорова.

Публикации:

По материалам работы опубликовано 12 научных работ.

Объем и структура работы:

Материал работы изложен на 165 страницах машинописного текста, иллюстрирован 14 таблицами, 134 рисунками. Состоит из 4 глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 145 источников, из них 105 отечественных, 40 иностранных.

I.:

ВЫВОДЫ:

1. Тазобедренный сустав ребенка представляет собой динамически развивающуюся структуру, которая проходит в своем развитии ряд стадий, требующих соответствующей интерпретации при его обследовании с помощью различных методов лучевой диагностики. Это касается как изменения размеров, формы, пространственной ориентации компонентов ТБС, так и степени их оссификации.

2. Рост верглужной впадины наиболее активно происходит на первом году жизни и в предпубертатном периоде, причем увеличение ее диаметра происходит за счет Y-образного хряща, а глубиныза счет хрящевых краев впадины и ацетабулярной губы.

3. Рост головки бедренной кости происходит синхронно с ростом вертлужной впадины, что не совпадает с активностью процессов костеобразования. Наиболее активно оссификация головки бедра протекает с 1 до 5 лет.

4. На основании Пироговских срезов выявлено, что с возрастом меняются взаимоотношения эпифиза головки и шейки бедренной кости, при этом происходит отклонение оси эпифиза в обратном направлении изменения положения оси шейки бедра, что является компенсаторным механизмом, увеличивающим стабильность тазобедренного сустава.

5. Методом выбора в визуализации основных и дополнительных ядер окостенения является компьютерная томографияв визуализации хрящевых и мягкотканных структур ТБС методом выбора является магнитно-резонансная томография, однако применение ее у детей раннего возраста ограничено некоторыми техническими сложностями.

6. Альтернативным методом МРТ является обзорная рентгенография и компьютерная томография с использованием методики двойного контрастирования, так как позволяет визуализировать хрящевые и мягкотканные структуры ТБС.

Предложенный алгоритм исследования тазобедренного сустава на основании клинико-анатомо-рентгенологических сопоставлений и рентгенометрии в процессе роста позволяет объективно оценить состояние костных и мягкотканных структур, выявить патологические изменения и разработать адекватную тактику лечения.

— 142-ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проблема заболеваемости тазобедренного сустава у детей и подростков до настоящего времени остается актуальной, что обусловлено высоким удельным весом среди патологии опорно-двигательного аппарата других локализаций. Во многом возникновение тех или иных заболеваний ТБС обусловлено особенностями строения на различных этапах развития. С другой стороны, незнание возрастных особенностей строения тазобедренного сустава зачастую приводит к неправильной трактовке данных различных методов диагностики, а следовательно и к неадекватной оценке состояния ТБС. В результате это может привести либо к несвоевременной постановке диагноза, либо к постановке неправильного диагноза со всеми вытекающими отсюда последствиями.

По данным как отечественной, так и зарубежной литературы возрастные особенности тазобедренного сустава у детей и подростков уз учены недостаточно. Наиболее полно изучены особенности строения тазобедренного сустава у новорожденных (2,30,35,70,71,86,87,98), что обусловлено с одной стороны актуальностью проблемы дисплазии тазобедренного сустава и врожденного вывиха бедра, и доступностью секционного материала для проведения научных исследований с другой. Особенности строения ТБС более старших возрастных групп изучены либо на единичных примерах (136), либо по данным рентгенологического исследования и сводятся к указанию сроков появления основных и дополнительных ядер окостенения области тазобедренного сустава (14,37,44,54,55,57,67,81,83). Наибольший интерес представляют работы Е. С. Тихоненкова (88,89,90,91), который на значительном количестве секционного материала описал возрастные особенности ТБС. Однако данные исследования касаются изучения лишь формы и размеров вертлужной впадины и проксимального отдела бедра и их пространственного положения. На наш взгляд, это дает представление, так сказать, о внешней форме компонентов тазобедренного сустава и не отражает сути процессов, происходящих в вертлужной впадине и проксимальном отделе бедра.

Вместе с тем, в настоящее время существуют современные методы диагностики (рентгенография, компьютерная томография, магнитно-резонансная томография), которые позволяют визуализировать те или иные анатомические структуры тазобедренного сустава. Однако диагностические возможности данных методов в свете особенностей строения тазобедренного сустава у детей и подростков в визуализации этих структур в настоящее время изучены недостаточно, что также определяет актуальность настоящего исследования.

Наша работа основана на изучении 68 секционных комплексов детей и подростков тазобедренных суставов различных возрастных групп, а также 23 суставов взрослых. Забор секционных комплексов осуществлялся в виде целого таза с проксимальными отделами бедер с сохранением всех мягких тканей. На первом этапе все секционные комплексы исследовались с помощью различных методов лучевой диагностики. Производилась рентгенография, компьютерная томография и магнитно-резонансная томография. На втором этапе секционный материал фиксировался в 10% растворе формалина, после чего изготавливались серии пироговских срезов в различных плоскостях с последующей морфометрией и обработкой полученных данных.

Поскольку возможности обзорной рентгенографии и компьютерной томографии в визуализации хрящевых и мягкотканных структур ограничены, производилось искуственное контрастирование полости ТБС.

Проведенные исследования показали, что наибольшей информативностью обладает методика двойного контрастирования, которая подразумевает введение в полость сустава контрастного вещества и кислорода (воздуха). Большинство авторов предлагает вводить в полость тазобедренного сустава контрастное вещество и кислород в равных пропорциях одним шприцем (88,89). Однако наличие большого количества контрастного вещества в полости сустава затрудняет визуализацию его суставных поверхностей и внутрисуставных структур по данным артрографии и вызывает эффект искажения при проведении компьютерной томографии, так как хрящевые и мягкотканыые структуры выглядят меньше своих истинных размеров на 15−25%.

Наиболее оптимально проводить методику двойного контрастирования следующим образом. Сначала в полость тазобедренного сустава вводится небольшое количество контрастного вещества, а затем после его равномерного распределения в полости сустава с помощью ряда пассивных движений вводится большее количество кислорода в 4−5 раз. При тугом наполнении полости сустава кислородом головка бедренной кости отходит от впадины на 3−9 мм., что позволяет хорошо визуализировать суставные поверхности и внутрисуставные структуры (связка головки бедра, ацетабулярная губа и т. д.) как по данным артрографии, так и компьютерной томографии. Использование методики двойного контрастирования позволило оценить состояние и костных и хрящевых структур тазобедренного сустава в различных возрастных группах с помощью методов лучевой диагностики.

При этом было выявлено, что пик роста головки бедренной кости приходится на первый год жизни и подростковый период, а наибольшие темпы ее оссификации наблюдаются с 1 года до 3-летнего возраста. Увеличение размеров вертлужной впадины происходит синхронно с ростом головеки бедра, однако ее углубление наиболее активно происходит с 2 до 3 лет и после 5-летнего возраста. Пространственное положение вертлужной впадины в вертикальной плоскости не меняется, так как по хрящевым ориентирам угол вертикального наклона остается величиной постоянной. В горизонтальной плоскости разворот вертлужной впадины кпереди увеличивается в раннем возрасте с 2 до 14°.

Проведете компьютерной томографии в дополнительных косых укладках выявило, что взаимотоношения эпифиза головки бедра и шейки достаточно сложные. По данным литературы, ось эпифиза головки бедра совпадает с осью шейки бедренной кости (88,89). Крюк, А С. с соавт.(51) допускает отклонение оси эпифиза относительно оси шейки в сторону ге^оувтею на 4−20°. По нашим данным, во всех возрастных группах во фронтальной плоскости ось эпифиза отклонена относительно оси шейки кверху на 12−20° и в горизонтальной плоскости кзади на 20−35°. Такое положение эпифиза головки бедра объясняет характерное смещение последнего при юношеском эпифизеолизе. В норме же данное отклонение оси эпифиза относительно центральной оси шейки бедра существенно увеличивает стабильность тазобедренного сустава, особенно в горизонтальной плоскости.

С ростом ребенка наступает варизация шейки бедренной кости и уменьшение ее антеверсии. Кроме того, с возрастом изменяется положение эпифиза бедренной кости относительно шейки. Если шейка в связи с варизацией наклоняется книзу, то ось эпифиза отклоняется относительно оси шейки кверху. В горизонтальной плоскости, если уменьшается разворот шейки кпереди, то ось эпифиза отклоняется в противоположном направлении. Такое изменение положения эпифиза головки бедра относительно шейки мы склонны рассматривать как компенсаторный механизм, увеличивающий стабильность в тазобедренном суставе.

Данные наблюдения в дальнейшем были подтверждены анатомическими исследованиями. Серии пироговских срезов приготавливались во фронтальной, горизонтальной и дополнительных косых плоскостях, что позволило нам произвести сопоставления данных лучевых методов диагностики с морфометрией.

Полученные результаты в корне отрицают точку зрения некоторых авторов относительно механизмов изменения пространственной ориентации проксимального отдела бедра. Так по данным Е. С. Тихоненкова (88,89) варизация шейки бедренной кости происходит в результате преобладания роста ее верхнего отдела на нижним, а уменьшение ее антеверсии в результате преобладания роста переднего отдела над задним. В связи с тем, что рост шейки бедра в длину возможен лишь в области зоны роста, то усиленный рост ее верхнего отдела приводил бы к отклонению оси эпифиза головки бедра относительно оси шейки кнутри. В действительности же наблюдается обратный процесс. Кроме того, до сих пор непонятна роль прослоек хрящевой ткани в верхнем и заднем отделах шейки бедра, которые сохраняются в ней до подросткового периода. Если бы усиленный рост этих отделов шейки бедра происходил бы за счет хрящевой ткани, то помимо варизации антеверсия шейки бы увеличивалась, а она уменьшается.

На наш взгляд, процессы формирования проксимального отдела бедренной кости имеют более сложный характер и требуют дальнейшего изучения.

Проведенные анатомические исследования позволили нам заключить, что рост вертлужной впадины происходит как за счет У-образного хряща, так и за счет хрящевых краев впадины. При чем, если за счет У-образного хряща увеличивается диаметр впадины, то за счет роста ее хрящевых краев увеличивается ее глубина. Увеличение глубины впадины также происходит за счет ее физиологической протрузии после 5-летнего возраста, о чем говорит уменьшение толщины дна впадины. Более того, У-образный хрящ мы склонны рассматривать как аналог метаэпифизарной зоны роста трубчатой кости. Преждевременное его закрытие, например при гематогенном остеомиелите, приводит к грубому недоразвитию как самой впадины, так и всей тазовой кости.

Помимо традиционных показателей состояния вертлужной впадины (угол вертикального наклона, угол фронтальной инклинации) нами использовались такие новые показатели, как передний, задний и осевой ацетабулярный индекс, которые отражают состояние как отдельных структур вертлужной впадины, так и всей впадины вцелом. Нами была прослежена их возрастная динамика по костным и хрящевым ориентирам, прежде всего на основании КТ-метрии.

Кроме того, следует заметить, что компьютерная томография является методом выбора в выявлении дополнительных ядер окостенения, которые появляются в 10−12-летнем возрасте как в области крыши и хрящевых краях впадины, так и в различных отделах Y-образного хряща.

Магнитно-резонансная томография является методом выбора в визуализации хрящевых и мягкотканных структур тазобедренного сустава. Особую ценность данный метод получает так как МРТ-томографы нового поколения позволяют получать серии срезов в любых плоскостях, что в свою очередь дает возможность детальной визуализации тех или иных анатомических структур тазобедренного сустава. Кроме того, информативность метода увеличивается при искуственном контрастировании полости ТБС. При проведении МР-артрографии требуется тугое наполнение полости ТБС контрастным веществом.

Однако, применение магнитно-резонансной томографии у детей раннего возраста ограничивается с одной стороны длительностью процедуры, а также сложногтью оказания анестезиологического пособия при ее проведении.

Применение методики двойного контрастирования при рентгенографии и компьютерной томографии позволяет визуализировать хрящевые и внутрисуставные структуры тазобедренного сустава практически также, как и МРТ.

Данные, получ. тдные при экспериментальных исследованиях, позволили усовершенствовать методику двойного контрастирования и поднять на новый уровень диагностику при проведении обследования пациентов с различной патологией тазобедренного сустава. В большей степени именно состояние хрящевых структур тазобедренного сустава позволяет прогнозировать его дальнейшее развитие.

32 больным с врожденным вывихом бедра, находившимся на лечении к клинике детской ортопедии ЦИТО, произведена артрография и компьютерная томография с использованием методики двойного контрастирования. Проведение клинико-рентгенологических сопоставлений позволило более точно оценить степень патологических изменений, а следовательно и выбрать оптимальную тактику лечения.

Проведенный анализ показал, что обзорная рентгенография во многом не дает информацию о истинном состоянии тазобедренного сустава. Согласно данным Фищенко П. Я. с соавт.(96) нарушение процессов роста хрящевых структур ТБС при врожденном вывихе бедра свидетельствует о более тяжелой степени дисплазии, чем когда имеется только задержка их оссификации.

Мы согласны с данным мнением, так как именно хрящевые структуры дают основу для образования костной ткани. Так у ряда больных с врожденным вывихом бедра было выявлено, что хрящевая часть крыши развита согласно возрастной нормы при замедлении сроков ее оссификации. В таких случаях это позволило нам отказаться от хирургической коррекции тазового компонена ТБС и ограничиться лишь коррекцией бедренного компонента при наличии соответствующих патологических изменений (соха уа1§ а, наличие патологической антеверсии). У других пациентов контрастные методы исследования позволили выявить тяжелую степень дисплазии, проявляющуюся в резком недоразвитии как костной, так и хрящевой части крыши вертлужной впадины. Учитывая в таких случаях неблагоприятный прогноз дальнейшего развития тазобедренного сустава, больным была выполнена ранняя хирургическая коррекция (остеотомия таза по Солтеру).

Таким образом, проведенное исследование привело нас к более глубокому пониманию процессов, происходящих в тазобедренном суставе в процессе роста ребенка, что дает нам возможность судить о состоянии тех или иных его анатомических структур на различных этапах развития. Проведение клинико-анатомо-рентгенологических сопоставлений позволяет более точно оценить состояние тазобедренного сустава и дифференцировать крайние варианты нормы от уже имеющейся патологии.