Рентгеноспектральный микроанализ грудины при воронкообразных деформациях грудной клетки
- Авторы: Шамик В.Б.1
-
Учреждения:
- Ростовский государственный медицинский университет
- Выпуск: Том 100, № 5 (2019)
- Страницы: 757-761
- Тип: Теоретическая и клиническая медицина
- Статья получена: 02.10.2019
- Статья одобрена: 02.10.2019
- Статья опубликована: 14.10.2019
- URL: https://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/16317
- DOI: https://doi.org/10.17816/KMJ2019-757
- ID: 16317
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель. Изучение минерального состава грудины у пациентов с врождёнными воронкообразными деформациями грудной клетки.
Методы. Выполнен рентгеноспектральный микроанализ грудины у 10 пациентов с воронкообразной грудной клеткой в возрасте 14–17 лет (30 зон) на сканирующем электронном микроскопе с ускоряющим напряжением 25 кВ. Контролем служили результаты исследования грудины 3 пациентов 14–16 лет (10 зон), оперированных по поводу других заболеваний.
Результаты. Созданы графические изображения минерализации каждой исследуемой зоны грудины. В результате обработки графических данных системой IBAS-200 получены средние показатели орбиты атома, весового и атомарного процентов, весовой и фоновой интенсивности и их отношения, ошибки интенсивности элементов, входящих в состав минерального матрикса грудины. Структура грудины у основной и контрольной групп не различается. Преобладающие элементы — кислород (O), фосфор (P) и кальций (Ca). Их весовая интенсивность у больных и здоровых детей сопоставимого возраста составила соответственно: 101,16±2,78 и 99,23±1,97 (р <0,001); 402,38±2,23 и 421,28±1,99 (р <0,001); 586,41±2,37 и 601,32±1,99 (р <0,001). Весовая интенсивность фосфора и кальция у здоровых детей выше на 2,5–4,5%, а кислорода — ниже на 1,9%. Важным показателем является соотношение весовой и фоновой интенсивности элементов.
Вывод. Весовая интенсивность фосфора и кальция у здоровых детей выше, в патогенезе возникновения деформации грудной клетки грудина меняет свою форму вторично.
Ключевые слова
Полный текст
Процесс минерализации костной ткани включает значительное количество взаимосвязанных между собой факторов и механизмов, которые можно условно разделить на три основные группы [1]:
а) локальное увеличение содержания ионов кальция и фосфатных ионов до уровня, при котором могла бы произойти спонтанная преципитация минералов;
б) наличие веществ, обеспечивающих сайты для формирования ядер минералов;
в) наличие веществ, препятствующих образованию минералов и их удалению или инактивации для последующего обызвествления.
Главную роль в процессе минерализации кости играют матриксные пузырьки межклеточного вещества. Мембраны этих пузырьков создают особую закрытую среду для аккумуляции ионов кальция и фосфора, которые первоначально превращаются в аморфные фосфаты кальция, а затем в апатиты. Минералы занимают около 35% объёма кости [2]. Почти все минеральные вещества в пластинчатой кости концентрируются внутри коллагеновых фибрилл [3]. Объём минеральных веществ вне фибрилл составляет всего 5–10% [4].
При различных аномалиях развития скелета и диспластических состояниях соединительной ткани происходит нарушение минерализации костной ткани [5]. Предположительно это явление возможно и при врождённой воронкообразной деформации грудной клетки.
Кроме того, при воронкообразной грудной клетке деформации подвержены в той или иной степени и рёбра, и грудина. Существуют различные мнения о влиянии грудины на формирование воронкообразной деформации: одни авторы считают, что деформация грудины — вторичное следствие непропорционального ускоренного роста рёберных хрящей [6–9], другие указывают на участие грудины в формировании деформации за счёт нарушения её эндохондрального роста [10, 11].
Целью настоящего исследования было изучение минерального состава грудины у пациентов с врождёнными воронкообразными деформациями грудной клетки и влияния грудины на формирование деформации грудной клетки.
Выполнен рентгеноспектральный микроанализ (РСМ) резецированных во время хирургического вмешательства фрагментов тела грудины у 10 больных, оперированных по поводу воронкообразной деформации грудной клетки, в возрасте от 14 до 17 лет (рис. 1). РСМ грудины служит научным исследованием, в стандарт обследования больных с деформациями грудной клетки не входит.
Рис. 1. Зона исследования с помощью рентгеноспектрального микроанализа грудины у пациента с воронкообразной деформацией грудной клетки
Контролем служили результаты РСМ фрагментов грудины 3 пациентов 14–16 лет, полученных во время операционного доступа с использованием стернотомии. Этих больных оперировали по поводу заболеваний, не связанных с патологией опорно-двигательного аппарата (пациенты страдали заболеваниями сердца). Были взяты небольшие фрагменты грудины объёмом несколько миллиметров, не влияющие на процесс сращения грудины в послеоперационном периоде.
В основной и контрольной группах исследования проведены в соответствии с этическими стандартами Хельсинской декларации и одобрены локальным независимым этическим комитетом ФГБОУ ВО «Ростовский государственный медицинский университет» Минздрава России. Все пациенты, которых госпитализируют в университетскую клинику, подписывают согласие на участие в клинических исследованиях, организованных на её базе.
Исследуемых зон грудины у больных детей было 30, в контрольной группе — 10.
Исследования выполнены на сканирующем электронном микроскопе XL-30 (Philips). Образцы фиксировали в 2,5% глутаровом альдегиде на фосфатном буфере (рН=7,2), промывали, проводили через спирты восходящей концентрации и ацетон, высушивали в сушке критической точки. Образцы монтировали на алюминиевые столики с помощью адгезивных проводящих прокладок, из углеродного цемента создавали мостики на столик для предотвращения накопления заряда на образцах. Затем напыляли углерод.
Для РСМ использовали ускоряющее напряжение 25 кВ. Анализ проводили на детекторе EDAX с Li/Be ультратонким окном. Морфометрические исследования осуществляли с помощью системы обработки графических данных IBAS-200. РСМ выполнялся на базе Ростовского областного патологоанатомического бюро (главный врач — к.м.н. Г.А. Резникова).
Приводим пример результатов обработки одной зоны фрагмента грудины у больного К. 15 лет с воронкообразной деформацией грудной клетки (табл. 1).
Таблица 1. Результаты обработки графических данных одной зоны исследуемого объекта с помощью системы IBAS-200 (пациент К. 15 лет)
D:\DX4\EDS\USR\BONES\KURASH1.SPC Current Time: 18:10:11 Date : 15-Feb- 7 | kV: 25.00 Tilt: 0.00 Take-off: 35.77 Tc: 40 Det Type: UTW, Sapphire Res: 138.21 Lsec: 168 |
Element Wt % At % O 53.55 70.71 Na 4.13 3.80 Mg 0.55 0.48 Si 0.53 0.40 P 18.26 12.46 S 0.33 0.22 Cl 0.07 0.04 K 0.30 0.16 Ca 22.26 11.73 Total 100.00 100.00 | Element Net Inten. Backgrd Int. Error P/B O 81.83 1.63 0.86 50.11 Na 28.78 14.71 1.77 1.96 Mg 6.09 20.64 6.55 0.29 Si 10.62 24.93 4.33 0.43 P 392.44 23.45 0.40 16.74 S 6.34 21.31 6.40 0.30 Cl 1.51 18.84 22.96 0.08 K 6.64 15.77 5.49 0.42 Ca 464.26 13.81 0.36 33.61 |
Примечание: Wt % — весовой процент; At % — атомарный процент; Net Inten. — весовая интенсивность; Backgrd — фон; Int. Error — ошибка интенсивности; P/B — отношение весовой и фоновой интенсивности; Sapphire Res — величина разрешения; kV — величина напряжения; Element — обозначение химических элементов согласно таблице Д.И. Менделеева.
Получены также графические изображения минерализации каждой исследуемой зоны. Приводим примеры зоны РСМ у пациента с воронкообразной деформацией грудной клетки (больной К. 15 лет, рис. 2) и наблюдения контрольной группы (исследуемая Г. 16 лет, рис. 3).
Рис. 2. Графическое изображение минерализации грудины при воронкообразной деформации грудной клетки
Рис. 3. Графическое изображение минерализации грудины в норме
Результаты обработки графических данных системой IBAS-200 30 зон грудины больных детей и 10 зон в контрольной группе сведены в таблицы (табл. 2, 3) с выведением средних показателей (M±m) представленных выше параметров.
Таблица 2. Показатели минерализации костной ткани грудины у пациентов с воронкообразной деформацией грудной клетки (M±m) на основании данных рентгеноспектрального микроанализа* (n=30)
Element | Wt % | At % | Net Inten. | Backgrd | Int. Error | P/B |
O | 56,01±3,47 | 73,17±4,78 | 101,16±2,78 | 7,49±1,86 | 1,64±0,02 | 13,50±1,49 |
Na | 3,33±0,21 | 3,03±0,87 | 26,73±1,96 | 18,23±1,87 | 3,99±1,07 | 1,47±1,05 |
Mg | 0,08±0,023 | 0,07±0,023 | 0,99±0,035 | 22,84±1,09 | 78,66±3,78 | 0,04±0,032 |
Si | 0,49±0,06 | 0,37±0,23 | 11,62±1,47 | 23,95±1,54 | 8,17±0,97 | 0,49±0,95 |
P | 15,75±1,98 | 10,63±0,12 | 402,38±2,23 | 23,24±1,96 | 0,82 ±0,034 | 17,31±1,14 |
S | 0,35±0,032 | 0,23±0,034 | 8,30±1,21 | 22,00±1,53 | 10,55±1,23 | 0,38±0,79 |
Cl | 0,09±0,012 | 0,05±0,003 | 2,18±0,67 | 18,03±1,98 | 32,85±1,23 | 0,12±0,34 |
K | 0,42±0,12 | 0,23±0,056 | 11,24±1,03 | 14,96±2,39 | 7,25±1,47 | 0,75±0,43 |
Ca | 23,47±1,17 | 12,24±0,32 | 586,41±2,37 | 13,42±1,32 | 0,66±0,023 | 43,70±1,79 |
Примечание: *достоверность различий между показателями (р <0,01); Wt % — весовой процент; At % — атомарный процент; Net Inten. — весовая интенсивность; Backgrd — фон; Int. Error — ошибка интенсивности; P/B — отношение весовой и фоновой интенсивности; Element — обозначение химических элементов согласно таблице Д.И. Менделеева.
Таблица 3. Показатели минерализации костной ткани грудины у здоровых детей (M±m) на основании данных рентгеноспектрального микроанализа* (n=10)
Element | Wt % | At % | Net Inte. | Backgrd | Int. Error | P/B |
O | 58,09±2,14 | 69,32±2,18 | 99,23±1,97 | 6,54±0,96 | 1,32±0,04 | 15,17±2,05 |
Na | 3,12±0,34 | 2,97±0,72 | 27,13±1,32 | 19,56±1,51 | 3,13±0,78 | 1,38±0,87 |
Mg | 0,09±0,029 | 0,06±0,019 | 0,87±0,029 | 24,67±1,23 | 67,59±4,18 | 0,035±0,023 |
Si | 0,54±0,09 | 0,35±0,13 | 12,11±1,32 | 25,19±1,39 | 9,59±0,86 | 0,48±0,949 |
P | 17,31±1,23 | 12,17±0,22 | 421,28±1,99 | 17,98±1,34 | 0,62±0,079 | 23,43±1,485 |
S | 0,39±0,024 | 0,31±0,022 | 7,43±1,11 | 21,24±1,29 | 11,15±1,67 | 0,349±0,86 |
Cl | 0,09±0,023 | 0,06±0,002 | 2,56±0,39 | 16,05±1,35 | 30,11±1,69 | 0,159±0,28 |
K | 0,34±0,41 | 0,19±0,067 | 10,34±1,19 | 15,16±1,79 | 8,02±1,12 | 0,68±0,66 |
Ca | 25,17±1,32 | 13,15±0,28 | 601,32±1,99 | 14,12±1,78 | 0,79±0,012 | 42,58±1,117 |
Примечание: *достоверность различий между показателями (р <0,01); Wt % — весовой процент; At % — атомарный процент; Net Inten. — весовая интенсивность; Backgrd — фон; Int. Error — ошибка интенсивности; P/B — отношение весовой и фоновой интенсивности; Element — обозначение химических элементов согласно таблице Д.И. Менделеева.
Анализируя полученные цифровые и графические данные степени минерализации костной ткани грудины у детей с воронкообразной деформацией грудной клетки и сравнивая их с таковыми у здоровых детей (см. рис. 2 и 3; табл. 2 и 3), мы пришли к выводу, что элементная качественная и количественная структура грудины у основной и контрольной групп практически не различается. Преобладают кислород (O), фосфор (P) и кальций (Ca). Их весовая интенсивность у больных и здоровых детей соответствующего возраста составила соответственно: 101,16±2,78 и 99,23±1,97 (р <0,001); 402,38±2,23 и 421,28±1,99 (р <0,001); 586,41±2,37 и 601,32±1,99 (р <0,001).
Важным показателем считаем соотношение весовой и фоновой интенсивности элементов [12]. Графическое сравнение этих показателей (рис. 4) позволило получить столбцы, соответствующие по высоте друг другу со статистически незначительными количественными отклонениями.
Рис. 4. Сравнение минерализации грудины в норме и при воронкообразной деформации грудной клетки в виде диаграммы. Элементы обозначены согласно таблице химических элементов Д.И. Менделеева; ВДГК — воронкообразная деформация грудной клетки
Вывод
1. На основании проведённых исследований с помощью сканирующей электронной микроскопии грудины с рентгеноспектральным микроанализом элементного состава у детей с воронкообразной деформацией грудной клетки можно достоверно утверждать, что весовая интенсивность фосфора и кальция у здоровых детей выше на 2,5–4,5%, а кислорода — ниже на 1,9%.
2. В патогенезе возникновения врождённой деформации грудной клетки грудина меняет свою форму вторично вследствие непропорционального ускоренного роста рёберных хрящей.
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.
Об авторах
Виктор Борисович Шамик
Ростовский государственный медицинский университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: prof.shamik@gmail.com
SPIN-код: 2977-6446
Россия, г. Ростов-на-Дону, Россия
Список литературы
- Anderson H.C. Matrix vesicle calcification. Introduction. Fed. Proc. 1976; 35: 105–108. doi: 10.1016/b978-0-12-119204-4.50011-9.
- Лаврищева Г.И., Оноприенко Г.А. Морфологические и клинические аспекты репаративной регенерации опорных органов и тканей. М.: Медицина. 1996; 208 с.
- Glimcher M.J. Composition, structure and organization of bone and other mineralized tissues and the mechanism of calcification. In: Handbook of physiology-endocrinology VII. Ed. G.D. Aurbach. Baltimore: Williams and Wilkins. 1976; 25–116. doi: 10.1136/bmj.2.6038.761-a.
- Boyde A. Scanning electron microscope studies of bone. In: The biochemistry and physiology of bone. Ed. G.H. Bourne. 2nd edn. New York: Academic. 1972; 1: 259–310. doi: 10.1016/c2013-0-12533-0.
- Ревелл П.А. Патология кости. Пер. с англ. М.: Медицина. 1993; 368 с.
- Bentz M.L., Futrell J.W. Improved chest wall fixation for correction of pectus excavatum. British J. Plastic Surg. 1992; 45 (5): 367–370. doi: 10.1016/0007-1226(92)90006-j.
- Дольницкий О.В., Дирдовская Л.Н. Врождённые деформации грудной клетки у детей. К.: Здоровье. 1978; 117 с.
- Raichura N., Entwisle J., Leverment J., Beardsmore C.S. Breath-hold MRI in evaluating patients with pectus excavatum. Br. J. Radiol. 2001; 74: 701–708. doi: 10.1259/bjr.74.884.740701.
- Sadler T.W. Embryology of the sternum. Chest Surg. Clin. N. Amer. 2000; 10 (2): 237–244.
- Баиров Г.А., Фокин А.А. Килевидная деформация грудной клетки. Вестн. хир. 1983; (2): 89–94.
- Haje S.A., Harcke H.T., Bowen J.R. Growth disturbance of the sternum and pectus deformities: imaging studies and clinical correlation. Pediatr. Radiol. 1999; 29 (5): 334–341. doi: 10.1007/s002470050602.
- Физические основы рентгеноспектрального микроанализа. СПб.: ЦКП «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» при ФТИ им. А.Ф. Иоффе. 2010; 27 с.
Дополнительные файлы
