Способ выявления структурно-метаболических изменений субхондральной кости у пациентов с 0 и I стадиями первичного остеоартроза Российский патент 2024 года по МПК G01N33/68 G01N33/49 G01N33/52 G01N33/543 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, ревматологии и клинической лабораторной диагностике. Данное техническое решение может быть использовано при выявлении структурно-метаболических изменений субхондральной кости, характерных для ранних проявлений первичного остеоартроза.

Остеоартроз крупных суставов является полиэтиологической группой заболеваний опорно-двигательной системы, приводящих к потере трудоспособности вследствие утраты опороспособности конечности и возникновения выраженного болевого синдрома. Наиболее распространенным вариантом является остеоартроз коленных суставов, что обусловлено особенностями распределения биомеханической осевой нагрузки в организме человека, гиподинамией и избыточной массой тела, изменениями гормонального фона и другими факторами. Высокая распространенность данной патологии, ограниченность используемых методов инструментальной диагностики с точки зрения выявления ранних стадий заболевания, поздняя манифестация клинической симптоматики остеоартроза приводят к низкой эффективности проводимых терапевтических мероприятий и быстрому прогрессированию воспалительно-деструктивного процесса.

Стандартным на сегодняшний день методом визуализации выявления симптомов остеоартроза коленных суставов является рентгенологическое обследование, включающее рентгенографию двух коленных суставов в прямой проекции (в положении стоя с полусогнутыми коленными суставами) и дополнительно в боковой проекции, наряду с оценкой жалоб и анамнестических данных пациентов, а также объективных клинических признаков патологии коленного сустава и оценочных функциональных шкал [Клинические рекомендации по диагностике и лечению остеоартроза, утв. 05.10.2013 г. Пленумом Ассоциации Ревматологов России (Association of Rheumatologists of Russia) - (APP) совместно с профильной комиссией М3 РФ по специальности «ревматология», Электронный ресурс: https://cyberleninka.ru/article/n/validatsiya-russkoyazychnoy-shkaly-oprosnika-urovnya-boli-v-plechevom-sustave-dlya-vyyavleniya-patsientov-s-subakromialnymimpidzhment/pdf].

Однако рентгенологические методы обладают ограниченными разрешающими способностями при выявлении ранних стадий структурно-метаболических изменений костной ткани коленного сустава, которые обнаруживаются позднее, чем появляются жалобы пациентов на боль, хруст, ограничение функции и т.п, при этом рентгенологические признаки при 0-1 стадии остеоартроза расцениваются как сомнительные, что не позволяет объективизировать состояние субхондральной кости с достаточной достоверностью и специфичностью.

Известен более чувствительный и специфичный способ фрактальной оценки состояния субхондральной кости [патент RU на изобретение № 2644542], основанный на использовании цифровой обработки полученных сканов изображений, позволяющих с большей прецизионностью выявлять минимальные изменения структуры костной ткани коленного сустава и количественно их оценивать. Способ предполагает применение специального программного обеспечения для выполнения оценочных действий при описании участков патологической перестройки. Рентгенограмму оцифровывают, выбирают зону интереса в области субхондральной кости медиального большеберцового плато, которое переводят в бинарный вид, рассчитывают фрактальный размер методом квадратов.

Однако оценка взаимосвязи фрактальной размерности и показателей текстуры субхондральной кости позволяет определять по матрице совпадений градации серого только главные рентгенологические критерии остеоартроза коленных суставов и не учитывает зависимость факта возникновения костных изменений от системных иммунологических параметров, характеризующих ремоделирование опорных соединительных тканей, а также имеет ограниченное применение для диагностики 0-1 стадии остеоартроза коленных суставов.

Известны также эхографические способы, используемые в качестве метода диагностики морфологических проявлений патологических процессов в хряще и поверхностях костных структур, образующих суставы [Клементьева В.И., Чернышева Т.В., Сарычева Ю.А. Оценка состояния хряща и субхондральной костной ткани у больных на ранних стадиях гонартроза // Современные проблемы науки и образования. - 2016. - № 4], позволяющие оценивать степень деградации гиалинового хряща с учетом изменений его толщины, контуров эхогенности; толщины и контура субхондрального слоя бедренной и большеберцовой костей; наличие и размеры остеофитов; изменение эхогенности менисков, а также признаков воспалительных изменений в суставах (наличие синовита и периартрита).

Однако характеристики ультразвукового сигнала, полученные от поверхности хряща и других мягкотканых компонентов коленного сустава не позволяют получить информацию об их микроструктуре, особенно о состоянии коллагеновой архитектуры суставного хряща, и имеет ограниченное применение при оценке структуры костной ткани.

Наряду с известными способами локальной оценки ремоделирования костной ткани при ранних проявлениях остеоартроза существуют методы определения системных параметров данного патологического процесса, основанные на изучении концентрации в периферической крови биохимических маркеров остеорезорбтивных и репаративных процессов, а также показателей системного воспалительного ответа и клеточного иммунитета [Гладкова Е.В., Ульянов В.Ю., Агафонова Н.Ю. Особенности механизмов репаративной регенерации костной ткани и информативность маркеров субхондрального ремоделирования при ранних проявлениях первичного гонартроза // Клиническая лабораторная диагностика. - 2022. -Т.67,№ 8. - С. 433-439.].

Однако на сегодняшний день известно несколько молекулярных подтипов остеоартроза, что не позволяет однозначно трактовать изменения ряда биохимических маркеров в пользу того или иного подтипа.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является представленная в базе данных совокупность количественных характеристик биохимических маркеров субхондрального ремоделирования и показателей минеральной плотности костной ткани [свидетельство о регистрации БД № 2022620595], позволяющая отразить степень выраженности структурно-метаболических изменений в костной ткани с позиции основных патогенетических механизмов прогрессирования воспалительно-дегенеративных процессов в суставных тканях при первичном остеоартрозе. В качестве информативных параметров, используемых в качестве критериев оценки, применяются остеокальцин, костный изофермент щелочной фосфатазы, показатель костной резорбции: продукты деструкции коллагена I типа (SerumCrossLaps), величины Т-критерия в зонах измерения минеральной плотности костной ткани.

Однако данные параметры отражают текущие метаболические особенности ремоделирования костной ткани и величины ее минеральной плотности в поясничном отделе позвоночника и головках бедренных костей, что является малоинформативным способом объективизации структурных особенностей субхондральной кости коленных суставов при ранних проявлениях остеоартроза.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности выявления вовлеченности в патологический процесс субхондральной костной ткани на 0 и I стадиях остеоартроза коленного сустава при увеличении чувствительности и специфичности диагностики, а также прогностической значимости оценки ремоделирования анатомических структур коленного сустава.

Сущность заявляемого способа выявления структурно-метаболических изменений субхондральной кости у пациентов с 0 и I стадиями первичного остеоартроза характеризуется тем, что осуществляют взятие образцов цельной венозной крови из периферической вены, получают сыворотку крови и определяют в ней посредством иммуноферментного анализа концентрации биохимических маркеров: фактор некроза опухоли альфа ФНОα, интерлейкины ИЛ1-бета и ИЛ10, методом иммунотурбидиметрии определяют уровень С3, С4 компонентов комплемента, в образцах цельной венозной крови методом проточной цитометрии - концентрации клеток, несущих маркеры дифференцировки Т клеток: CD3+, CD3+CD8+, затем оценивают коэффициент структурно-метаболических изменений субхондральной кости Р по формуле:

при полученном значении Р меньше 0,5 выявляют отсутствие структурно-метаболических изменений субхондральной кости, при Р равном или более 0,5 выявляют наличие структурно-метаболических изменений субхондральной кости.

Технический результат заявляемого изобретения

Повышение точности выявления вовлеченности в патологический процесс костной ткани на 0 и I стадиях остеоартроза коленного сустава достигается за счет использования комбинации определяемых параметров системного воспалительного ответа и клеточного иммунитета на системном уровне, объективизирующей структурно-метаболические изменения костной ткани в контексте иммунного ответа, сопровождающего низкоуровневым хроническим воспалением.

Технология применения уточняющих коэффициентов для каждого определяемого параметра системного воспалительного ответа и клеточного иммунитета позволяет значительно увеличить чувствительность и специфичность диагностики структурных изменений субхондральной кости.

Определение спектра наиболее информативных количественных переменных, отражающих наличие или отсутствие структурных изменений в субхондральной кости позволяет повысить прогностическую значимость оценки ремоделирования анатомических структур коленного сустава.

Способ выявления структурно-метаболических изменений субхондральной кости у пациентов с ранними стадиями первичного остеоартроза используют следующим образом.

Пациентам с 0 и I стадией остеоартроза коленных суставов из локтевой вены осуществляют взятие образцов крови, часть из которых помещают в одноразовые вакуэты с активатором образования сгустка. Получают образцы сыворотки крови путем центрифугирования в течение 15 минут при 1500 оборотов в минуту. Затем определяют методом иммунотурбидиметрии уровни С3, С4 компонентов комплемента, методом иммуноферментного анализа - фактор некроза опухоли альфа ФНОα, интерлейкины ИЛ 1-бета, 10. Оставшуюся часть образца цельной венозной крови помещают в вакуумные пробирки с литиевым гепарином в качестве стабилизатора. В данных образцах методом проточной цитометрии определяют концентрации клеток, несущих маркеров дифференцировки Т клеток: CD3+, CD3+CD8+. Затем определяют коэффициент структурно-метаболических изменений субхондральной кости по формуле:

При полученном значении Р<0,5 прогнозируется отсутствие структурно-метаболических изменений субхондральной кости, при Р≥0,5 -их наличие.

Пример 1. Пациент П, 45 лет, в течение 10 лет профессионально занимался тяжелой атлетикой. Жалоб на заболевания коленных суставов не предъявлял. При осмотре ортопеда был верифицирован диагноз: остеоартроз правого коленного сустава I стадии. Пациенту утром натощак осуществили взятие образцов крови из периферической вены. По заявляемому способу в образцах крови определили концентрации следующих параметров: CD3=1139 μL; CD3+CD8+=399,8 μL; С3=131 мг/дл; С4=25 мг/дл; ФНОα=7,3пг/мл; ИЛ10=9,9 пг/мл; ИЛ1-бета=4,3 пг/мл. Затем вычислили коэффициент структурно-метаболических изменений субхондральной кости по формуле:

Полученное значение 0,91 превышает 0,5, что соответствует наличию структурно-метаболических изменений субхондральной кости. Было проведено рентгенологическое исследование, выявлены изменения по шкале Kellgren-Lawrence, соответствующие наличию сомнительных признаков остеоартроза. При МРТ визуализации обнаружены небольшие субхондральные кисты.

Таким образом, результат лабораторных исследований, полученный по заявляемому способу, соответствует результатам инструментальной визуализации структурно-метаболических изменений субхондральной кости по данным лучевых методов.

Пример 2. Пациентка Е., 51 год, находящаяся в состоянии естественной менопаузы, индекс массы тела равен 29. При осмотре ортопеда был верифицирован диагноз: остеоартроз левого коленного сустава 0 стадии. Пациентке утром натощак осуществили взятие образцов крови из периферической вены. По заявляемому способу в образцах крови определили концентрации следующих параметров: CD3=1227μL; CD3+CD8+=417,9μL; C3=l37 мг/дл; С4=25 мг/дл; ФНОα=6,96 пг/мл; ИЛ10=8,61 пг/мл; ИЛ1- бета=6,25пг/мл. Затем вычислили коэффициент структурно-метаболических изменений субхондральной кости по формуле:

Полученное значение равно 0,5, что соответствует наличию структурно-метаболических изменений субхондральной кости. На рентгенограмме признаков остеоартроза не выявлено. При МРТ визуализации обнаружены единичные остеофиты.

Таким образом, результат лабораторных исследований, полученный по заявляемому способу, соответствует результатам инструментальной визуализации структурно-метаболических изменений субхондральной кости по данным лучевых методов.

Пример 3. Пациентка Н., 39 лет, индекс массы тела равен 28,7, в анамнезе сахарный диабет II типа. При осмотре ортопеда был верифицирован диагноз: остеоартроз левого коленного сустава 0 стадии. Пациентке утром натощак осуществили взятие образцов крови из периферической вены. По заявляемому способу в образцах крови определили концентрации следующих параметров: CD3=1178,5μL; CD3+CD8+=549,82μL; С3=146 мг/дл; С4=29 мг/дл; ФНОα=б,79 пг/мл; ИЛ10=7,36 пг/мл; ИЛ1-бета=6,18 пг/мл. Затем вычислили коэффициент структурно-метаболических изменений субхондральной кости по формуле:

Полученное значение 0,35 меньше 0,5, что соответствует отсутствию структурно-метаболических изменений субхондральной кости. На рентгенограмме и при МРТ визуализации признаков структурно-метаболических изменений субхондральной кости не выявлено.

Таким образом, результат лабораторных исследований, полученный по заявляемому способу, соответствует результатам инструментальной визуализации структурно-метаболических изменений субхондральной кости Пример 4. При оценке диагностической значимости показателей метаболизма костной ткани принимали во внимание показатели чувствительности и специфичности, определенные методом ROC-анализа. Достоверным считали результаты при р<0,05, что соответствует требованиям, предъявляемым к медико-биологическим исследованиям.

Учитывая отсутствие достоверных различий в группах пациентов с наличием или отсутствием структурно-метаболических изменений субхондральной кости по уровням стандартных биохимических показателей для оценки чувствительности и специфичности методом ROC-анализа использовали концентрации следующих параметров: С3, С4 компонентов комплемента, ФНОα, ИЛ 1-бета, 4, 6, 10, концентрации клеток, несущих маркеров дифференцировки Т, В, NK клеток: CD3+CD4+, CD3+CD8+, CD16+CD56+, CD19+, CD45+(таблица 1).

С целью определения эффективности изученных маркеров были определены порог, чувствительность и специфичность методов (таблица 2).

Для исследуемых параметров с высокими показателями чувствительности в среднем более 80% и специфичности в среднем более 94%, позволило диагностировать наличие структурно-метаболических изменений субхондральной кости в группе пациентов с ранними стадиями остеоартроза по сравнению с лицами, не имеющими таковых изменений.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, ревматологии и клинической лабораторной диагностике, и может быть использовано для выявления структурно-метаболических изменений субхондральной кости у пациентов с 0 и I стадиями первичного остеоартроза. Осуществляют взятие образцов цельной венозной крови. Получают сыворотку крови и определяют в ней посредством иммуноферментного анализа концентрации фактора некроза опухоли альфа ФНОα и интерлейкинов ИЛ1-бета и ИЛ10. Методом иммунотурбидиметрии определяют уровень С3, С4 компонентов комплемента. В образцах цельной венозной крови методом проточной цитометрии определяют концентрации Т-клеток CD3+ и CD3+CD8+. Оценивают коэффициент структурно-метаболических изменений субхондральной кости Р. При Р меньше 0,5 выявляют отсутствие структурно-метаболических изменений субхондральной кости. При Р равном или более 0,5 выявляют наличие структурно-метаболических изменений субхондральной кости. Способ обеспечивает повышение точности выявления структурно-метаболических изменений субхондральной кости у пациентов с 0 и I стадиями первичного остеоартроза за счет использования комбинации маркеров системного воспалительного ответа и клеточного иммунитета. 2 табл., 4 пр.

Способ выявления структурно-метаболических изменений субхондральной кости у пациентов с 0 и I стадиями первичного остеоартроза, характеризующийся тем, что осуществляют взятие образцов цельной венозной крови из периферической вены, получают сыворотку крови и определяют в ней посредством иммуноферментного анализа концентрации биохимических маркеров: фактор некроза опухоли альфа ФНОα, интерлейкины ИЛ1-бета и ИЛ10, методом иммунотурбидиметрии определяют уровень С3, С4 компонентов комплемента, в образцах цельной венозной крови методом проточной цитометрии - концентрации клеток, несущих маркеры дифференцировки Т клеток: CD3+, CD3+CD8+, затем оценивают коэффициент структурно-метаболических изменений субхондральной кости Р по формуле:

P = 1 – 1 / (1 + exp(6,373 - 0,0047 ∙ (CD3+) - 0,0056 ∙ (CD3+CD8+) - 0,06223 ∙ C3 + 0,252 ∙ C4 + 0,3604 ∙ ФНОα + 0,4389 ∙ ИЛ10 - 0,376 ∙ ИЛ1-бета)),

при полученном значении Р меньше 0,5 выявляют отсутствие структурно-метаболических изменений субхондральной кости, при Р равном или более 0,5 выявляют наличие структурно-метаболических изменений субхондральной кости.