Результат интеллектуальной деятельности: Способ профилактики и коррекции снижения минеральной плотности костной ткани при состояниях и заболеваниях, приводящих к остеопении и остеопорозу

Изобретение относится к медицине, (травматологии-ортопедии, реабилитации, терапии) а именно к способам профилактики и лечения остеопороза, заболеваний и состояний, связанных со снижением минеральной плотности костной ткани.

Остеопороз - это системное заболевание скелета, характеризующееся снижением костной плотности и нарушением трабекулярной микроархитектоники костной ткани. Постоянно увеличивающаяся хрупкость костей приводит к повышению риска переломов, которые представляют собой один из наиболее значимых клинических аспектов заболевания. Остеопороз и связанные с ним переломы представляют собой большую проблему для системы здравоохранения, так как сопровождаются значительной болезненностью, инвалидностью, снижают качество жизни и приводят к увеличению смертности. Распространенность остеопороза и вызванных им переломов является важным показателем общественного здоровья в конкретной стране. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что для Российской Федерации заболевание и его последствия представляют собой серьезную медицинскую, социальную и экономическую проблему. Каждая третья женщина и каждый четвертый мужчина в возрасте старше 50 лет имеют сниженную костную массу, соответствующую остеопорозу, а 27% женщин и 13% мужчин уже перенесли низкоэнергетические переломы [4]. Остеопоротические компрессионные переломы позвонков регистрируются в среднем у одного из десяти россиян старше 50 лет. Экстраполяция этих данных на все население России дает следующие цифры: 14 млн. пациентов с остеопорозом, 20 млн. людей с остеопенией, и, как результат, 34 млн. человек с высоким риском переломов. Каждую минуту в России происходит 7 переломов позвонков, каждые 5 минут - перелом проксимального отдела бедренной кости. Особую проблему представляет остеопороз в старших возрастных группах. Так, в России у лиц нетрудоспособного возраста отмечается около 112000 переломов проксимального бедра в год, к 2030 г. только за счет старения населения количество переломов бедра в этой группе может вырасти на 23% и составить 144000 в год [3].

С учетом прогнозируемого роста продолжительности жизни в России в ближайшие годы будет наблюдаться рост случаев остеопоротических переломов. Так, по прогнозам российских ученых, в нашей стране к 2035 году У мужчин число случаев перелома проксимального отдела бедренной кости может вырасти на 36%, у женщин - на 43% [3].

Приведенные выше эпидемиологические данные медицинской статистики наглядно подтверждают актуальность и приоритетность поиска новых подходов профилактики этих патологических процессов и лечения, связанных с ними заболеваний.

Одним из подходов в решении этих вопросов является метод криотерапии, разработанный рядом Российских и зарубежных исследователей [5]. Многочисленные исследования эффектов действия низких температур на организм животных и человека, а также обширный опыт применения разработанных методов в практической медицине сформировали к настоящему времени основные подходы в применении холода с лечебными и профилактическими целями [1].

Следует подчеркнуть, что диапазон температурных воздействий, используемый в настоящее время в лечении различных заболеваний чрезвычайно велик - от +10 до -190°С. При этом, вне зависимости от технологий, в итоге любые воздействия холодом оказываются направленными на достижение двух фундаментальных физиологических результатов - торможения и/или повышения активности в различных системах регуляции организма [7].

Известно локальное воздействие низкими температурами. Для этого используют криогенно-криокислородное воздействие на зоны, вовлеченные в патологический процесс в определенной последовательности. Вначале проводят криовоздействие непродолжительными аппликациями с экспозицией 0,3-1 сек, интервалом 1-3 сек, со средней продолжительностью сеанса 2-5 мин на одно поле. Криовоздействие осуществляют криотампоном, пропитанным сжиженным азотом (температура -196°С), состоящим из ватного шарика, завернутого в слой марли. Воздействие осуществляют до появления устойчивой гиперемии кожи в выбранной зоне. Далее, на гиперемированные после криовоздействия области дополнительно оказывают криокислородное воздействие распыляемым под повышенным давлением сжиженным кислородом (температура -183°С), обеспечивающим эффект криооксигенации, однократно с экспозицией 0,5-2 сек. на одно поле воздействия. Способ обеспечивает выраженный хондропротективный, остеопротективный, миопротективный и обезболивающий эффект, не вызывает побочных эффектов, что позволяет широко его использовать и для лечения пациентов с тяжелыми сочетанными и сопутствующими патологиями, в том числе в амбулаторной практике [2]. Вместе с тем, данный способ криотерапевтического воздействия технологически сложен, так как требует дополнительного оборудования с использованием сжиженного кислорода. Также в ходе его применения не учитывается изменения температуры кожных покровов после проведения криотерапевтического воздействия. Для подтверждения остеопротективного действия используется рентгенодиагностика и МРТ, но данные методики не могут в полной мере проследить динамику изменение минеральной плотности костной ткани.

Наиболее близким к заявляемому является способ локальной, не инвазивной криотерапии с целью усиления остеорепаративных процессов у пациентов с замедленной консолидацией костной ткани при переломах длинных трубчатых костей. Сущность способа заключается в воздействии на зону перелома (отломки находятся в аппарате внешней фиксации), для чего вначале обрабатывают участок кожи в проекции зоны ватным тампоном, смоченным хладагентом, до легкого побеления кожи, а затем проводят криомеханическое воздействие на ту же зону возвратно-поступательными движениями общей продолжительностью 7-10 минут. Продолжительность общего времени сеанса воздействия менее 7 минут недостаточна для появления сосудистой реакции в виде умеренного покраснения кожных покровов, а воздействие длительностью более 10 минут может вызвать излишнюю термическую реакцию тканей, которая может повлечь возникновение стаза в сосудах, тромбоэмболию. Причем в течение первых 3,5-5 минут криомеханическое воздействие проводится в продольном направлении, что способствует повышению кровенаполнения в проекции перелома и созданию благоприятных условий для усиленного притока питательных веществ и преобразования коллагена, в конечном итоге - образованию костной мозоли. Курс криотерапии включает 6-10 сеансов, проводимых ежедневно или через день, в зависимости от индивидуальной переносимости. При этом измеряется температура в области воздействия [6]. (ПРОТОТИП)

Основным недостатком способа-прототипа является то, что в нем регламентируется время проведения сеансов криотерапии и их количество и не учитываются индивидуальные особенности системной физиологической реакции организма пациента на криовоздействие. По мнению авторов способа-прототипа основной эффект усиления остеорепаративных процессов заключается в криомеханическом воздействии только на локальную зону, в которой и происходит усиление остеорепаративных процессов. По нашему мнению, в данном способе не учитываются индивидуальные особенности ответной системной реакции организма, и отсутствует возможность контролировать уровень снижения местной температуры. Хотя именно это является основным пусковым механизмом системной ответной реакции, в результате которой активируются обменные процессы в организме, в том числе в костной ткани, независимо от места проведения локальной криотерапии.

Технический эффект (сущность) заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности профилактики и лечения заболеваний скелета, характеризующихся снижением костной плотности.

Технический эффект (сущность) заявляемого изобретения

достигается благодаря тому, что в период криотерапевтического воздействия жидким азотом, производится измерение поверхностной температуры кожи предплечья методом бесконтактной инфракрасной термометрии. Воздействие заканчивается после снижения температуры до плюс 20÷22°С, что свидетельствует о запуске системной ответной физиологической реакции организма, приводящей, в том числе, к ремоделированию костной ткани и приросту минеральной плотности костной ткани. Причем время криотерапевтического воздействия, строго не регламентируется и определяется индивидуальными физиологическими особенностями организма пациента.

Изобретение может быть реализовано следующим образом.

Способ основан на локальном воздействии низкой температуры жидким азотом с помощью криоаппликатора, выполненного из пористого никелида титана в виде катка, имеющего ширину 30-50 мм, диаметр 15-35 мм. Перед выполнением криотерапевтического воздействия методом бесконтактной инфракрасной термометрии измеряется местная температура кожи предплечья. Валик пористого никелида титана погружается в сосуд Дьюара с жидким азотом на 20-30 секунд, затем без дополнительного прижатия валика по тыльной и внутренней поверхности предплечья, поступательными движениями вперед и назад производят непосредственное воздействие с измерением температуры, до ее снижения до плюс 20÷22°С, не регламентируя строго времени воздействия. Это позволяет за счет активации центральной регуляции запустить механизмы межсистемных и внутрисистемных перестроек функционирования организма, обуславливающие процессы ремоделирования костной ткани. Курс терапии составляет не менее 30 дней.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают повышение эффективности профилактики и лечения заболеваний скелета, характеризующихся снижением костной плотности путем усиления процессов костного ремоделирования и последующего прироста

минеральной плотности костной ткани, благодаря запуску центральных регуляторных механизмов.

Заявленное решение иллюстрируется чертежами, где на фигурах представлены результаты экспериментального исследования

криотерапевтического воздействия на процессы ремоделирования костной ткани, в т.ч. на фигуре 1 схематически показана динамика минеральной плотности костной ткани: А - в предплечье (R - правом, L - в левом), В - в сегменте L1-L4 позвоночника; на фигуре 2 - динамика уровня адаптационных резервов сердечно-сосудистой системы организма; на фигуре 3 - динамика активности симпатического отдела вегетативной нервной системы в организме в процессе локальной криотерапии; на фигуре 4 - динамика активности центральной регуляции в организме в процессе локальной криотерапии; на фигуре 5 - динамика уровня кортизола в крови при локальной криотерапии; на фигуре 6 - динамика общего количества эритроцитов в крови (М±m) при локальной криотерапии; на фигуре 7 - динамика общего количества лейкоцитов в крови (М±m) при локальной криотерапии.

Эффективность заявляемого способа была проверена в экспериментальном исследовании, объектом которого были добровольцы старше 45 лет (n=8) с разной степенью снижения минеральной плотности костной ткани в правом предплечье (R), левом предплечье (L), в сегменте L1-4 позвоночника, подписавшие информированное согласие. Исследования выполнены в стандартных условиях, в первой половине дня, при исключении внешних психогенных факторов. Исследование проводилось в полном соответствии с этическими рекомендациями Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации и «Основами законодательства РФ об охране здоровья граждан (1993 г.).

Минеральную плотность костной ткани в правом предплечье (R), левом предплечье (L), позвоночника в области сегментов L1-L4 измеряли методом денситометрии, на рентгеновском аксиальном денситометре GE Lunar iDXA (США) используя стандартные программы, в течении 3 раз: до эксперимента, на 28 день эксперимента, спустя 67 дней от начала эксперимента.

Полученные результаты свидетельствуют об активации системных регуляторных физиологических механизмов организма человека, так как, несмотря на то, что криотерапевтическое воздействие осуществлялось в области правого предплечья, изменения минеральной плотности костной ткани регистрировались не только в области предплечий (см. фиг. 1А), но и в области поясничного отдела позвоночника L1-L4 (см. фиг. 1В). На фиг. 1В видно, что минеральная плотность костной ткани увеличилась на 0,04 мг/см².

Так как измерение минеральной плотности костной ткани (МПКТ) в области лучевой кости предплечья проводится на не доминантной конечности, для криотерапевтического воздействия было выбрано доминантное предплечье (правое). При измерении МПКТ до эксперимента в правом предплечье (0,7865 мг/см²) показатели были ниже, чем в левом (0,7975 мг/см²). После криотерапевтического воздействия, как видно на фигуре 1А, происходит эффект «нормализации и выравнивания» показателей, причем более выраженный прирост на стороне воздействия (правое предплечье) на 0,0125 мг/см² от начального показателя.

В лонгитюдном исследовании проведено четырехкратное (до начала эксперимента, на 13, 19 и 34 дни эксперимента) измерение следующих параметров организма:

1. состояния регуляторных систем организма (центральной и вегетативной нервных систем), адаптационных резервов организма, методом кардиоинтервалографии на аппаратно-программном комплексе «ВНС-Микро» компании Нейрософт;

2. в крови уровня гормона коркового слоя надпочечников - кортизола, методом иммуноферментного анализа на анализаторе Stat Fax 3200 (США);

3. общий анализ крови на гематологическом анализаторе ADVIA 2120 (Германия).

Повышение минерализации костной ткани в группе обследуемых происходит на фоне повышения на 12, 13% уровня адаптационных резервов сердечнососудистой системы (см. фиг. 2) и активации регуляторных систем организма (см. фиг. 3 и 4): центральной регуляции (гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы) и симпатического отдела вегетативной нервной системы.

В период экспериментальных исследований выявлено повышение более, чем на 13% активности симпатического отдела вегетативной нервной системы, которая, являясь системой «тревоги», запуская работу компенсаторно-приспособительных систем организма, активирует обменные процессы за счет функциональных внутрисистемных перестроек организма (фиг. 3).

В последующем, при продолжении криотерапевтических воздействий, активация обменных процессов в организме происходит также и за счет межсистемных перестроек организма в результате активации (более, чем на 7%) центральной регуляции (гипаталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы; фиг. 4).

Активация центральных регуляторных механизмов функционирования организма подтверждается также и тем, что в данный период достоверно повышается (р≤0,05) уровень кортизола в крови обследуемых (см. фиг. 5).

Свидетельством того, что снижение температуры кожных покровов до плюс 20÷22°С независимо от времени криовоздействия, запускает системную ответную реакцию организма, приводящую также и к ремоделированию костной ткани, является также повышение общего количества эритроцитов в крови, обеспечивающих усиленное снабжение кислородом тканей, в которых происходят активные обменные процессы (см. фиг. 6) и повышение общего количества лейкоцитов, обеспечивающих усиление защитных систем организма (см. фиг. 7).

Таким образом полученные результаты подтверждают наличие порогового уровня температуры кожных покровов в месте локального криовоздействия - плюс 20÷22°С, при достижении которого запускается системный физиологический ответ организма, сопровождающийся, в том числе, усилением процессов костного ремоделирования и приростом минеральной плотности костной ткани не только в месте криовоздействия, но и в целом в костной ткани.

Источники:

1. Баранов А.Ю., Кидалов В.Н. Лечение холодом (Криомедицина). - СПб.: Атон, 1999. - 272 с.

2. Григорьев А.Г. Способ лечения воспалительных, дегенеративно-дистрофических заболеваний позвоночника или суставов конечностей // Патент RU 2565741 от 20.10.2015, приоритет от 28.07.2014.

3. Лесняк О.М. Аудит состояния проблемы остеопороза в странах Восточной Европы и Центральной Азии - 2010 // Остеопороз и остеопатии. 2011. №2. С. 3-6.

4. Михайлов Е.Е., Беневоленская Л.И. Руководство по остеопорозу. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. С. 10-55.

5. Панченко О.А. Криотерапия: безопасные технологии применения: сборник научных работ/ Под общ. ред. проф. О.А. Панченко. - Киев: КВИЦ, 2012. - 188 с.

6. Чугуй Е.В., Мельник Д.Д. (RU), Способ лечения переломов длинных трубчатых костей // Патент RU 2311155 от 27.11.2007, приоритет от 24.05.2006].

7. Шевелев О.А., Терешенков В.П., Ходорович Н.А. Локальная гипотермия при терапии болевого синдрома у больных с поражением крупных суставов. Москва, Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». (Серия медицина) 2012, том 14, с. 105.