Напредналата възраст – независим от костната плътност рисков фактор за счупване на бедрената шийка



01/02/2006
Независимо от остеопорозата, с напредването на възрастта бедрената шийка претърпява структурни промени, които биха могли да обуславят механизми, водещи до по-голям риск от вътреставни счупвания, показаха резултатите от проучване на д-р Paul Mayhew и сътр., публикувани през 2005 в Lancet (1). Тези изследователи предоставят убедителни доказателства, че тънкият кортикалис в горната част на бедрената шийка изтънява значително с нормалното напредване на възрастта. В сравнение със средните стойности на 60-годишна възраст, дебелината на кортекса при жените и критичният стрес намаляват съответно с 6.4% (p<0.0001) и 13.2% (р=0.004) за всяко десетилетие в задногорния октант, компресиран най-силно при странично падане. Горният октант показва намаление в дебелината с 4.2% (p=0.002), а задният – с 10.2% (р=0,0001) за десетилетие. Подобен, но по-слабо изразен ефект, се наблюдава и при мъжете - само задният октант показва значително намаление на кортикакната дебелина с 4.2% (р=0.004) за десетилетие, в сравнение със средната стойност на 60-годишна възраст. Данните са от изследвания на трупен материал от проксилни фемури на хора на възраст от 20-95 години (в параграфите „Методика“ и „Обсъждане“, по-надолу в статията е публикувана допълнителна информация). Тъй като с напредване на възрастта, горнолатералният кортекс на шийката придобива геометрични характеристики, които го правят структурно нестабилен, необходими са мерки за укрепване на костта в тази зона, например с подходяща физическа активност, е основният извод от това проучване. „Намаляващата с напредване на възрастта костна минерална плътност (bone mineral density - ВМD) не може напълно да обясни експоненциалното увеличение на риска от счупване на бедрената шийка в напреднала възраст. Стареенето увеличава този риск, независимо от динамиката в стойностите на BMD, което предполага наличието на други важни възрастово-обусловени промени в бедрената шийка, които трябва да се вземат под внимание при преценка на риска“, коментира проф. Charles Turner в придружаваща статия в същия брой на Lancet (2). Рискът от счупване на бедрената шийка се увеличава от 100 до 1000 пъти след 60-годишна възраст или десетократно с всеки 20 години. Разбира се, вероятността за падане при старите хора е по-голяма. Това би следвало да обуслови по-висок риск за счупване, от една страна. От друга, стареенето обуславя промени в структурата на проксималния фемур, които водят до увеличаваща се асиметрия. Това повишава риска от вътреставно счупване на бедрената шийка при падане настрани върху големия трохантер. Възрастовите промени водят до намаление както на SF (safety index) - показател за здравината на кортекса на бедрената шийка при ходене, така и на FI (fall index) - показател за здравината на бедрената шийка при падане, при двата пола. Загубата на костно вещество възниква избирателно в горната част на бедрената шийка, бе доказано с помощта на двойно енергийна рентгенова абсорбциометрия (Dual-Energy X-ray Absorptiometry - DEXA) от Yoshikawa и сътр. преди повече от 10 години. Този район на шийката е подложен на минимален механичен стрес по време на ходене, докато падане върху големия трохантер променя начина на действие на силите и в същата горна част на бедрената шийка се осъществява силна компресия (фиг.1). Страничните падания, водещи до фрактура на бедрената шийка, компресират задната част на горнолатералния кортекс. „Следователно, възрастово-обусловената загуба на костно вещество се локализира специфично в мястото, подложено на най-голямо натоварване при странично падане“, обобщава Turner. Според Mayhew и сътр., загубата на костно вещество в горната част на бедрената шийка би могла да направи костта податлива на счупване чрез локална деформация или еластична нестабилност. Те оприличават тънката кортикална обвивка на шийката с алуминиева консервна кутия. Когато човек стъпи върху такава кутия, нейните тънки стени колабират изведнъж под тежестта на тялото. Предполага се, че този механизъм, наречен „деформация на черупката“, възниква в горната част на бедрената шийка, под действието на големи сили на натиск, възникващи при падане. Както при случаите на фрактури на бедрената шийка, така и при съответстващите им по възраст и пол контроли, минерализацията на кортекса е по-висока в долните (подложени на компресия) части на шийката в сравнение с горните (подложени на тракция) части, доказват в хистологично проучване Loveridge и сътр. Известно е, че костите се адаптират към локалното натоварване, което се упражнява върху тях. Предполага се, че човешката походка на два крака причинява незначително механично натоварване на горнолатералната част на бедрената шийка, което води до изтъняване на нейния кортикален слой. Изтъняването на въпросния участък на шийния кортекс намалява капацитета на фемура за абсорбиране на енергията, независимо от остеопорозните промени. Когато дългите тръбести кости са подложени на огъване, те често се фрактурират поради механично поддаване, започващо в кортекса, подложен на тракция. Ако стените на тръбестата кост са достатъчно тънки, костта може да се счупи вследствие на локална деформация на кортекса, подложен на компресия. Способността на костта да противодейства на силите на огъване се измерва с коефициента на напречното сечение (Z). Той се поддържа с цената на по-малко костен материал чрез увеличаване на диаметъра. При това, липсата на увеличено количество костно вещество в определени зони, прави локалната деформация възможна в по-голяма степен. Има изследвания, които показват, че загубата на резистентност към огъване в бедрената шийка намалява незначително с напредване на възрастта. При жените, Z остава непроменен до 50-годишна възраст и след това намалява по-бавно от BMD, a при мъжете Z намалява незначително до петото десетилетие и след това остава почти непроменен. Малко вероятно е стареенето да повиши риска за счупване при огъване на бедрената шийка, тъй като дебелият кортекс в долно-медиалната й част поема голяма част от тракционното натоварване при падане. Поради увеличаващата се асиметрия във вътрешната структура на проксималния фемур, горният шиен кортекс на фемура може да загуби до голяма степен устойчивостта си на смачкване при компресия или да демонстрира тенденция за развитие на локална деформация или еластична нестабилност. Предшестващи хистологични проучвания доказват, че при фрактури с изтъняване в посока от долнопредния към задногорния шиен кортекс е налице увеличение на порьозността на кортикалната кост, дължаща се на развитието на гигантски Хаверсови канали и сложни остеонни системи. Това явление се нарича още трабекуларизация на кортекса. Методика: Чрез количествена компютърна томография и двойно енергийна рентгенова абсорбциометрия (DЕХА) е измерено разпределението на костното вещество в средната част на бедрената шийка на 77 проксимални фемура на внезапно починали хора, на възраст от 20 до 95 години (35 женски и 42 мъжки проксимални фемура от трупни донори, без белези на коксартроза). Определят се шийно-диафизарните ъгли и разстоянието от бедрената глава до средата на шийката. С помощта на компютър томографен скенер (Deniscan 100; Scanco Medical Ag, Zurich, Switzerland и софтуерна програма (Pixotec Slicer Dicer 4) се изработват триизмерни реконструкции и образи на напречното сечение на средната част на бедрената шийка. Измерената по този начин локална дебелина на шийния кортекс съответства на микроскопично измерената на хистологични срезове от същите зони на бедрената шийка. Поради асиметрията, напречното сечение на средната част на шийката се разделя на 16 сектора, всеки от които съдържа равни участъци от окръжност, описана около центъра на сечението (фиг.2). Изчислени са средната дебелина на кортекса, плътност, извивката на периостеалната повърхност и отстояние от центроида (центъра на гравитация в напречното сечение на костта) за всеки кортикален сектор. На базата на геометричните характеристики и дебелината на кортикалната зона, най-силно натоварена при странично падане, се изчислява критичният стрес, служещ за праг на еластичната нестабилност. Силата, действаща върху големия трохантер при падане, се разлага на вектори на компресия и дистракция и товарът, който се поема от горния кортекс се определя чрез лъчева теория. Пренебрегва се спонгиозната кост в този участък, тъй като авторите смятат, че тази анизотропна структура допринася малко за устойчивостта на компресия, действаща перпендикулярно на обичайната им ос на натоварване. Те се позовават и на резултати от изследвания, показващи слабо изразени до липсващи рентгенологично костни гредички в горната част на бедрената шийка. Прави се оценка дали интересуващата ни област позволява развитието на еластична нестабилност или локална деформация. Ако това е налице, критичният стрес не би трябвало да превишава значително прага на достигане на пластична дефромация на кортикалната кост (около 185 Мра). За да се определи възрастовата зависимост на локалната кортикална дебелина, данните се обработват чрез МANOVA статистически анализ, взимащ под внимание и антропометрични показатели като тегло, височина и пол. За да се докаже репрезентативността на получените резултати, те се сравняват с обработените по подобен начин данни от базата данни US NHANES 3 DXA, създадена при изследването на 2903 бели жени с DEXA. Разстоянието от центроида до кортекса се увеличава с 20% за горните два сектора за възрастовия интервал от 20 до 80-годишна възраст. За по-голямата част от кортекса, при жените е наблюдавано изтъняване с 40-75%, докато противоположно на това е наблюдавано задебеляване в долния кортекс, най-силно натоварен при ходене. Компресивният стрес в горнолатералния кортекс не показва значимо увеличение с възрастта, със стойности близки до прага на пластична деформация на кортикалната кост при компресия. При достигането на този праг, при положение че няма локална деформация, костта е способна да абсорбира допълнителна енергия, благодарение на механичната си якост. Данните сочат, че еластичната стабилност на горнолатералния кортекс е от критично значение за избягване на фрактура, а дебелината на кортикалния слой е ключова за поддържането на еластичната стабилност. Обсъждане В изследването са приети редица опростяващи фактори. Не е взето предвид предхождащо медикаментозно лечение и профилактика на остеопорозата както и уточняване на степента на физическа активност. Понастоящем е доказано, че диаметърът на бедрената шийка нараства с напредване на възрастта. Този ефект обяснява как минералната костна плътност може да намалее без да намалява устойчивостта на костта на огъване. BMD е обратнопропорциоална на диаметъра на шийката, докато устойчивостта на огъване е правопропорционална на същата величина. Увеличаването на диаметъра става за сметка на субпериостално разрастване на кортикална кост и показва пряка положителна зависимост със степента на физическото натоварване. Налице е значителна загуба на еластична стабилност в шийката на фемура с напредване на възрастта и това се дължи главно на изтъняване на горнолатералния кортекс. Тази закономерност може би представлява естествена тенденция на организма да поддържа стойности на коефициента на напречното сечение, отговарящи на степента на упражняваното физическо натоварване. В подкрепа на това може да послужи фактът, че в повечето страни на Африка, фрактурите на бедрената шийка са редки, дори след 65-годишна възраст, когато повечето от жените имат остеопороза. Това би могло да е следствие от вида на физическа активност, включваща изправяне от седнало положение или земеделска работа в клекнало положение, които оказват значително натоварване на горнозадната част на бедрената шийка. Загубата на еластична стабилност води до намаляване на костната якост – способността на костта да абсорбира енергията чрез микроскопични увреди. Ако кортикалната структура стане еластично нестабилна около прага на поддаване, отместването на тъканта е твърде голямо за да се задействат механизмите на костна якост и е възможно енергията на падането да предизвика комплетно счупване. Ефектите на остеопорозата и на промените при стареене върху бедрената шийка са различни: остеопорозата засяга устойчивостта на огъване и кортикалната стабилност в еднаква степен, докато стареенето има по-силен ефект върху кортикалната геометрия и дебелина, като повлиява слабо устойчивостта на огъване. Sugiyama и сътр. уточняват, че въпросното атрофично изтъняване на горнолатералния кортекс може да бъде свързано единствено с вътреставните счупвания на бедрената шийка. В подкрепа на това са и резултаите на Duboeuf и сътр., които доказват че стойността на BMD е по-показателна за трохантерните счупвания, докато BMD за долната част на бедрената шийка не обяснява увеличения риск за счупване в тази област. От биомеханична гледна точка, не само физическата активност, но и геометрията на бедрената шийка като шийно-диафизарен ъгъл, ъглите на антеверзия и дължината на шийната ос би трябвало да са свързани с дебелината на шийния кортекс, тъй като напрежението в костта, генерирано от механичното натоварване, е един от основните фактори, контролиращи костната маса. По-големият шийно-диафизарен и антеверзионен ъгъл биха могли да обусловят по-тънкия горен и заден кортикалис на бедрената шийка, вследствие на по-малко натоварване в тези зони. Същият ефект би имала и по-късата шийна ос, поради по-малко костно напрежение. Рискът за фрактура на бедрената шийка трябва да бъде определян по различен начин за вътреставните и за трохантерните счупвания. Така например носенето на външни бедрени протектори би било ефективна мярка за намаляване на честотата и на двата вида счупвания на бедрената шийка, докато ефектите на лекарствата, прилагани при остеопороза, са неясно разграничими за двата случая. Теорията на Mayhew и сътр. за локалната деформация се приема от някои автори като „твърде опростена“. Turner смята, че фемуралната шийка не може да се разглежда като „черупка“, а трябва да се възприема като комплексна структура, съставена от кортекс, спонгиозна кост, ориентирана по силите на натоварването, и костен мозък. Спонгиозата и костният мозък играят определена механична роля, която укрепва кортикалната кост и намалява възможността за локална деформация. (МЗ) Изводи с практическа насоченост: 1. Рутинното клинично изследване на костна минерална плътност, което понастоящем се извършва чрез DEXA, може да се окаже ненапълно достатъчно за определяне на риска от счупване на бедрената шийка. Внедряването на рутинен биомеханичен анализ и количествена компютърна томография би прецизирало определянето на рисковите контингенти за фрактура на бедрената шийка. 2. Стереотипното натоварване на проксималния фемур при ходене може да запази устойчивостта на огъване и въпреки това да позволява еластична нестабилност. За да се запази кортикалната стабилност са необходими системни натоварвания на горнолатералния кортекс, каквито са налице при изправяне на бедрото в тазобедрената става от сгънато положение. Клякането, колоезденето, плуването и други таргетни физически упражнения могат да имат благоприятен ефект за запазване на кортикалната стабилност. Използвани източници: 1. Mayhew P., Thomas C., Clement J. et al. Relation between age, femoral neck cortical stability, and hip fracture risk. Lancet 2005, 366: 129-135www.thelancet.com 2. Turner C. The biomechanics of hip fracture. Lancet 2005, 366: 98-99