Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

AGE-RELATED CHANGES OF MINERAL DENSITY AND MORPHOMETRIC DATA OF THE SPINAL COLUMN

Турилина Е.В.
Morphometric data and mineral density of the lumbar spine have been studied in healthy people in age-related aspect (5-85 years) of both sexes. In 5-10 years old girls width of vertebrae has being increased up to 1, 4-1, 5% per year. In 12-13 years – 3, 1%, in 14-17 years- 1, 3%. For the period from 5 to 20 years width has being increased at 24, 1%. Height of vertebrae in 5-10 years has being increased at 4, 6%. Maximum increase – 7, 3% was at the age of 13 years. Increase of mineral density (MD) before 11 years was at 3, 0 - 4, 0% per year, at the age 11-12 years – 5, 7%. At the age of 13-14 years – 8 %, then at 1, 4-1, 8%. Width of vertebrae in 5-6 years old boys has being increased at 2, 1%, then before 12 years gradually at 1, 5%, at the age 13-14 years – 3, 4%. At the age of 15-19 years annually increase was at 1, 5%, after 19 years at 1, 0%. Height at the age of 5-9 years has being increased at 5, 5%, then before 12 years annual increase was 3, 8-4, 8%. At the age of 13-15 years it was 7, 1% per year, at the age of 14 years has been noticed maximum size – 8, 3%. Mineral density before 12 years has being increased at 3, 8%. At the age of 13 years – 5, 4%. Maximum increase (7, 9%) was at the age 14-15 years, then became lesser – 1, 1-2, 4%. In adults mineral density in the lumbar spine was noticed at the age from 21 up to 25 years. In women actual reduction of mineral density was noticed at the age of 46-50 years, in men – after 60 years. Loss of minerals was accompanied by increase of width of vertebra because of enlargement of periosteum. Width of vertebrae in men has being increased slowly at any age, in women before 70 years, then decreased.

Изучение минеральной плотности (МП) позвоночника в прямой и боковой проекциях стало возможным после внедрения в клиническую практику костных денситометров, основанных на методе двухфотонной абсорбциометрии [4,5]. Но всесторонняя количественная оценка МП в позвоночнике при ошибке измерения ±2,5%, а также морфометрических параметров позвонков, оказались возможными при использовании только метода рентгеновской двухэнергетической абсорбциометрии [1]. В базе данных импортных денситометров заложены контрольные показатели фирмы-изготовителя («GE/Lunar», США), отражающие возрастные и половые отличия лиц, проживающих в США. Это заставило нас приступить к созданию региональной Уральской базы данных, так как остаются не изученными в том числе и изменения позвоночника у детей и подростков.

Материал и методы

Наблюдения проведены на 2870 практически здоровых людях, в возрасте от 5 до 85 лет, не имевших костной патологии. Они были разбиты на группы с интервалом в один год до 20 лет и через 5 лет до 85 лет. Количество людей в группах определяли в соответствии с «Протоколом установления соотношения клинического материала при определении плотности минеральных веществ в кости» фирмы «Lunar» (США): в 5-20 лет было по 40 людей, в возрасте 21-40 лет - по 50, в 41-60 лет - по 100, в 61-80 - по 75 человек.

Измерения МП поясничного отдела позвоночника проводили на костном денситометре фирмы «General Electric Medical Systems/Lunar» серии DPX, модель NT с программой enCoreTM2002. В качестве инструмента вычислений использован пакет статистического анализа и встроенные формулы расчетов компьютерной программы Microsoft® Excell (Microsoft® Office 1997 - Professional Runtime).

Для включения данных в Уральскую базу цифровые данные здоровых людей были перенесены с денситометра фирмы «GE/Lunar» (США), в память персонального компьютера. Механизм управления базами данных реализован в среде Visual Basic 6.0. Хранение справочников и данных обследуемых пациентов происходил в базе данных Microsoft Access 2000. При вызывании из меню «Анализ данных - составление стандартов» для каждого возрастного периода и пола программой определялись нормативы минеральной плотности костей и автоматически заносились в справочники стандартов.

Результаты обследования

Девочки L1-4

Средний фронтальный размер L1-4 в возрасте 5-10 лет увеличивался на 1,4-1,5% за год. В 12-13 лет зафиксирован максимальный прирост ширины - 3,1%. В 14-17 лет ежегодный прирост уменьшился до 1,3%. За время 5-20 лет ширина позвонков возрастала на 24,1%.

Кранио-каудальный размер сегмента в 5-10 лет ежегодно увеличивался на 4,6%. В 12-14 лет - 6,4% за год, при этом в 13 лет отмечена наибольшая величина - 7,3%. В дальнейшем увеличение размера составляло в среднем на 1,2% ежегодно. За время 5-20 лет позвонки увеличивались в высоту на 78,6%.

Общая площадь сегмента возрастала в 5-11 лет на 44,8%, что составляло 6,3% за год. В 12 лет этот показатель был равен 8,9%. С 12 до 13 лет скорость роста достигала пика - 10,6% за год. В дальнейшем наблюдалось постепенное снижение интенсивности прироста площади позвонков до 1,5%. За период 18-20 лет - еще на 3,0%. В возрасте двадцати лет размер L1-4 увеличивался на 121,7% по сравнению с таковым в 5 лет.

Прирост МП в 11 лет (по сравнению с 5-ю годами) составил 22,1%, увеличиваясь ежегодно на 3,5%, что составило 0,024 г/см². В 11-12 лет процесс минерализации возрос на 5,7%. Наиболее существенный годовой прирост наблюдался с 13 до 14 лет - и составлял 8,0%, затем постепенно уменьшался до 1,4-1,8% в 19-20 лет. Прирост МП L1-4 к 20 годам увеличивался (по сравнению с 5-ю годами) на 85,3%.

Суммарное количество минералов в 5-11 лет ежегодно увеличивалось на 1,878 г. (9,9%). Прирост в 11 лет по сравнению с 5-ю годами составил 76,9%. Наибольшая годовая прибавка минералов была в 12-15 лет - 15,7%, что соответствует 5,291 г за год. В 16-17 лет годовой прирост минералов уменьшался до 7,2%. В 18-20 лет он был равен соответственно 4,1% и 2,0% или 1,790 г в год. В итоге, минеральная масса сегмента увеличивалась в 20 лет (по сравнению с 5-ю годами) на 310,9% или 46,971 г. (табл. 1).

Таблица 1. Возрастные изменения ширины, высоты, минеральной плотности (МП) и суммарного количества минералов поясничных позвонков (L1-4) у лиц женского пола 5-20 лет (M±SD)

Воз-

раст

n

Ширина

(см)

 Высота (см)

МП (г/см2)

Минералы (г)

5

40

3,15±0,16

7,39±0,43

0,649±0,037

15,108±0,754

6

40

3,20±0,17

7,75±0,45

0,675±0,040

16,740±0,844

7

40

3,25±0,17

8,10±0,41

0,698±0,041

18,357±0,925

8

40

3,30±0,18

8,47±0,50

0,721±0,042

20,153±1,008

9

40

3,35±0,18

8,85±0,52

0,743±0,043

22,028±1,098

10

40

3,40±0,19

9,26±0,53

0,766±0,045

24,117±1,200

11

45

3,47±0,20

9,72±0,56

0,793±0,046

26,737±1,316

12

45

3,55±0,20

10,35±0,61

0,838±0,049

30,790±1,518

13

48

3,66±0,20

11,11±0,65

0,899±0,053

36,556±1,804

14

55

3,73±0,21

11,72±0,69

0,971±0,057

42,448±2,114

15

55

3,77±0,21

12,30±0,72

1,033±0,061

47,901±2,391

16

65

3,81±0,22

12,76±0,74

1,088±0,064

52,894±2,643

17

75

3,85±0,22

13,00±0,76

1,133±0,067

56,707±2,834

18

90

3,87±0,23

13,11±0,77

1,164±0,067

59,056±2,956

19

92

3,89±0,24

13,18±0,78

1,186±0,069

60,806±3,041

20

120

3,91±0,24

13,20±0,79

1,203±0,071

62,079±3,101

Женщины L1-4

В 46-50 лет ширина L1-4 больше (по сравнению с 21-25-ю годами) на 3,0%. В дальнейшем, до 76 лет продолжалось постепенное увеличение ширины за каждые 5 лет на 1,3%. В возрастной группе 56-60 лет прирост площади был наибольший (на 1,7%), а в 71-75 лет уменьшался до 0,6%. После 76 лет достоверных изменений показателей не обнаружено. В итоге в 81-85 лет позвонки были шире на 10,7% (по сравнению с возрастом 21-25 лет).

Снижение высоты сегмента (на 2,7%) происходило в 51-55 лет. После 55 лет в каждой возрастной группе высота уменьшалась на 0,7-0,9%. В 81-85 величина снижения высоты L1-4 составляло 7,8%.

Площадь позвонков увеличивалась в 61-65 лет на 3,1%, затем постепенно снижалась. В 81-85 лет площадь сегмента была на 1,1% меньше, чем в 61-65 лет. Несмотря на уменьшение площади она оставалась большей, чем нормативные данные в возрасте 21-25 лет, на 2,0%.

За время 41-45 лет снижение МП составило 2,7%, в 46-50 лет - 4,8% при сравнении с 21-25 годами. Деминерализация в возрасте 51-65 лет была равна 4,2% за каждые пять лет. После 65 лет интенсивность убыли минералов снижалась до 2,0-2,9%. В целом, в 81-85 лет МП L1-4 деминерализация составляла 24,7%. Суммарное количество минералов в 41-45 лет уменьшилось на 2,2%. В возрасте 51-65 лет, потеря минералов составила 2,172 г (3,6%). В дальнейшем уменьшение составило 1,519 г (2,8%). В 81-85 лет масса минералов L1-4 позвонков уменьшилась на 15,027 г или 23,2%.

В возрасте 51-55 лет Т-критерий составлял -1,0SD и соответствовал норме. В 56-60 лет выявлена остеопения - Т-критерий -1,5SD. В 76-80 его величина была равна -2,7SD, что указывало на развитие остеопороза (табл. 2).

Таблица 2. Возрастные изменения ширины, высоты, минеральной плотности (МП) и суммарного количества минералов поясничных позвонков (L1-4) у женщин в возрасте 21-80 лет (M±SD)

Воз-

раст

n

Ширина (см)

Высота

(см)

МП (г/см2)

Минералы (г)

Т-кри-

терий

 

21-25

127

3,93±0,24

13,04±0,82

1,230±0,103

64,774±3,899

-

26-30

117

3,93±0,24

13,38±0,82

1,229±0,102

64,599±3,886

-

31-35

100

3,95±0,24

13,34±0,80

1,222±0,099

64,378±3,873

-

36-40

156

3,97±0,25

13,27±0,80

1,211±0,098

63,811±3,839

- 0,1

41-45

200

4,00±0,25

13,23±0,79

1,197±0,097

63,358±3,811

- 0,3

46-50

240

4,05±0,25

13,16±0,79

1,171±0,094

62,338±3,750

- 0,5

51-55

270

4,11±0,26

13,04±0,78

1,121±0,091

60,003±3,612

- 1,0

56-60

140

4,18±0,26

12,92±0,77

1,071*±0,087

57,826±3,480

- 1,5

61-65

210

4,25±0,26

12,79±0,77

0,028*±0,082

55,822±3,359

- 1,9

66-70

107

4,29±0,26

12,67±0,76

0,998*±0,080

54,176±3,261

- 2,2

71-75

100

4,32±0,27

12,55±0,75

0,969*±0,078

52,453±3,148

- 2,4

76-80

75

4,34±0,27

12,44±0,75

0,944*±0,076

50,953±3,057

- 2,7

81-85

75

4,35±0,27

12,35±0,74

0,925*±0,074

49,747±2,981

- 2,9

Примечание: знак * означает, что p<0,05.

Полученные нами данные свидетельствовали о том, что морфометрические параметры позвонков у женщин в возрасте до 36-40 лет оставались неизменными. В дальнейшем прослеживалась тенденция к снижению высоты позвонков при одновременном увеличении ширины.

Наиболее рано (36-40 лет) и интенсивно процесс роста фронтального размера происходил в первом поясничном позвонке (13,2%). Во всех позвонках была тенденция к увеличению ширины до 70 лет. Высота L1-4 начинала снижаться в 46-50 лет, L2 и L3 - в 51-55 лет. Размер площади зависел от колеблющихся величин высоты и ширины. Максимальное увеличение площади (3,9%) наблюдалось в первом и третьем позвонках в 66-70 лет. Площадь четвертого позвонка от 21-25 до 81-85 лет только уменьшалась.

Мальчики L1-4

Ширина позвонков в 5-6 лет увеличивалась на 2,1%, затем до 12 лет на одинаковую величину - 1,5% за год. В 13-14 лет зафиксирован максимальный прирост ширины - 3,4%. В 15-19 лет ежегодное увеличение ширины происходило на 1,5%, После 19 лет - на 1,0%. В итоге за 5-20 лет ширина L1-4 увеличивалась на 28,6%.

Высота позвонков в 5-6 лет увеличивалась на 5,5%, затем до 12 лет ежегодный прирост высоты составлял 4,3%. После 12 лет прирост высоты позвонков составлял 6%, в 13 лет - 7,1%, в 14 лет 8,3%. В дальнейшем рост в высоту составлял 1,0% ежегодно. За период 5-20 лет позвонки увеличивались в высоту на 87,2%.

В 5-6 лет площадь сегмента увеличивалась на 7,7%, в 6-12 лет - по 6% ежегодно. В 13 лет этот показатель был ранен 9,4%. С 13 до 14 лет площадь увеличилась на 12,0% ежегодно. В дальнейшем темп прироста снижался на 1,6% каждый год. В 19-20 лет площадь увеличивалась всего лишь на 1,1%. За время 5-20 лет площадь L1-4 увеличивалась на 140,7%.

МП позвонков до 12 лет возрастала ежегодно на 3,8%. В 13 лет процент минерализации составлял 5,4. Наиболее высоким (7,9%) прирост был в 14-15 лет, затем постепенно уменьшался до 1,8%. За время 5-20 лет МП увеличивалась на 87,7%.

Суммарное количество минералов от 5 до 13 лет ежегодно увеличивалось на 2,225 г. Наибольшая годовая прибавка минералов происходила в возрасте 14-17 лет 6,576 г за каждый год или на 15,2%. Прирост массы минералов в 19 лет был равен 4,760 г (4,4%), а в 20 лет 2,380 г (2,2%). В итоге, минеральная масса увеличивалась на 351,8% по сравнению с 5-ю годами (табл. 3).

Таблица 3. Возрастные изменения ширины, высоты, минеральной плотности (МП) и суммарного количества минералов поясничных позвонков (L1-4) у лиц мужского пола 5-20 лет (M±SD)

Воз-

раст

 n

Ширина (см)

Высота

(см)

МП (г/см2)

Минералы (г)

5

40

3,32±0,20

7,54±0,42

0,659±0,040

16,505±0,989

6

40

3,39±0,20

7,96±0,46

0,688±0,041

18,572±1,112

7

40

3,44±0,21

8,35±0,49

0,713±0,043

20,490±1,225

8

40

3,50±0,21

8,74±0,52

0,736±0,044

22,522±1,350

9

40

3,55±0,21

9,09±0,53

0,760±0,046

24,533±1,473

10

40

3,61±0,22

9,43±0,55

0,784±0,047

26,698±1,602

11

44

3,66±0,23

9,79±0,57

0,810±0,049

29,023±1,731

12

47

3,72±0,24

10,30±0,61

0,837±0,050

32,080±1,925

13

49

3,81±0,24

11,01±0,65

0,883±0,053

37,019±2,221

14

52

3,94±0,25

11,93±0,69

0,945±0,057

44,434±2,664

15

51

4,04±0,25

12,67±0,72

1,020±0,061

52,147±3,123

16

58

4,12±0,26

13,18±0,74

1,090±0,065

59,202±3,542

17

70

4,17±0,26

13,60±0,76

1,146±0,069

64,964±3,895

18

82

4,21±0,26

13,89±0,79

1,194±0,073

69,817±4,089

19

90

4,25±0,27

14,03±0,81

1,223±0,074

72,910±4,275

20

115

4,27±0,27

14,12±0,84

1,237±0,075

74,577±4,375

Мужчины L1-4

В 51-55 лет ширина L1-4 позвонков больше на 3,4% (по сравнению с возрастом 21-25 лет). В дальнейшем, до 71-75 лет продолжалось постепенное увеличение ширины в среднем на 1,2% каждые 5 лет. После 75 лет показатели возрастали еще на 1,0%. В 81-85 лет позвонки были шире на 9,8%.

Высота L1-4 после 55 лет в каждой возрастной группе уменьшилась на 1,0%, в 61-65 лет - на 3,0%, В 71-76 лет - на 1,3%. В итоге 81-85 лет (по сравнению с 21-25 годами) высота L1-4 была меньше 7,2%.

Площадь позвонков увеличивалась до 66-70 лет на 3,3%, затем постепенно снижалась. В 81-85 лет размер сегмента на 0,6% меньше, чем в 66-70 лет. В целом, площадь позвонков увеличивалась на 2,0% по сравнению с возрастом 21-25 лет.

МП В 56-60 лет была снижена на 4,6%, в 61-65 лет на 7,1% (р<0,05) при сравнении с 21-25 годами. В дальнейшем величина снижения составляли 2,9% в каждой возрастной группе. В 81-85 лет МП L1-4 была снижена на 18,1% .

В возрасте от 56-60 лет, величина потери минералов была равна 1,969 г (3,0%). Суммарное количество минералов в 61- 66 лет уменьшилось на 4,6%. В 81-85 лет на 12,775 г (6,5%, р<0,05) В возрасте 66-70 лет Т-критерий составлял -1,2SD, что указывало на развитие остеопении. В 81-85 лет остеопения была более выражена (Т-критерий -2,2 SD; табл. 4).

Таблица 4. Возрастные изменения ширины, высоты, минеральной плотности (МП) и суммарного количества минералов поясничных позвонков (L1-4) у мужчин в возрасте 21-85 лет (M±SD)

Воз-раст

 

Ширина (см)

Высота

(см)

МП (г/см2)

Минералы (г)

Т-кри-

терий

21-25

102

4,35±0,26

14,22±0,85

1,249±0,104

77,259±4,898

-

26-30

159

4,36±0,26

14,22±0,85

1,248±0,104

77,375±4,881

-

31-35

153

4,37±0,27

14,19±0,85

1,244±0,101

77,141±4,863

-

36-40

155

4,39±0,27

14,16±0,84

1,239±0,098

77,019±4,839

-

41-45

109

4,41±0,28

14,10±0,84

1,232±0,097

76,607±4,810

- 0,1

46-50

105

4,45±0,28

14,05±0,83

1,225±0,095

76,590±4,749

- 0,2

51-55

101

4,50±0,28

13,99±0,83

1,212±0,093

76,301±4,612

- 0,4

56-60

108

4,55±0,29

13,89±0,82

1,191±0,092

75,271±4,480

- 0,5

61-65

105

4,61±0,29

13,78±0,82

1,161±0,090

73,690*±4,359

- 0,8

66-70

102

4,68±0,30

13,66±0,81

1,122±0,088

71,728*±4,261

- 1,2

71-75

76

4,72±0,30

13,48±0,80

1,084±0,086

68,970*±4,148

- 1,6

76-80

77

4,76±0,31

13,34±0,79

1,050±0,084

66,673*±4,057

- 1,9

81-85

75

4,78±0,32

13,20±0,78

1,022±0,083

64,484*±3,981

- 2,2

Примечание: знак * означает, что р<0,05.

Обсуждение результатов

Метод рентгеновской двухэнергетической абсорбциометрии существенно расширил спектр изучения всех характеристик позвоночника. Появилась возможность при минимальной ошибке исследовать ширину, высоту, МП и суммарное количество минеральных веществ в каждом отдельно взятом позвонке, так и при их сочетании, что крайне важно для практики.

Высокая точность измерения позволила изучить морфометрические показатели и минеральную плотность в динамике.

Обнаружено также, что при возрастной потере минералов компенсаторно увеличивалась ширина позвонка. В связи с этим растет площадь его поперечного сечения и это рассматривается как компенсация механической прочности, снижающейся в связи с убылью минералов [2, 4, 6].

Сведения о суммарном количестве минералов в позвонке являются наиболее достоверными показателями его прочности, а пространственная плотность лишь дополняла эти данные. Нами установлено, что снижение минеральных веществ у женщин начиналось в предменопаузном периоде (46-50 лет), у мужчин - после 60 лет. В 70-80 лет более глубокие изменения происходили у женщин [3, 5].

Представленные материалы расширяют возможности организации ранней диагностики и профилактики остеопении и остеопороза. Полученные нами данные включены в Уральскую базу данных, которая заложена в компьютер и по отношению к ним анализируются результаты у больных.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 07-04-96033.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Свешников А.А. // Ортопед. травматол. 1988. № 11. С. 51.
  2. Шевцов В.И., Свешников А.А. // Гений ортопедии. 2001. № 4. С. 76.
  3. Шевцов В.И., Свешников А.А. // Гений ортопедии. 2004. № 1. С. 129.
  4. Mazess, R.B. // The osteoporotic syndrome: prevetion and treatment . - N.Y.: JRL Pres. 1983. P. 15.
  5. Riggs B.L., Wahner H.W., Dunn W.L. // J. Clin. Invest. 1981. v. 67. P. 328
  6. Wahner H.W., Dunn W.L., Riggs B.L. // Sem. Nucl. Med. 1983. v. 13. P. 282.