Endokrynol. Ped. 12/2013;2(43):33-40
DOI: 10.18544/EP-01.12.02.1448
Jakość kości u dzieci łódzkich w wieku szkolnym określona na podstawie parametrów badania ultradźwiękowego
Klinika Propedeutyki Pediatrii i Chorób Metabolicznych Kości, I Katedra Pediatrii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi
Słowa kluczowe: jakość kości, badanie ultradźwiękowe kości, dzieci
Streszczenie
Wprowadzenie i cel pracy. Obiektywna ocena struktury i jakości kości u dzieci jest trudna ze względu na zwiększanie się wymiarów szkieletu w okresie przyspieszonego wzrastania i dojrzewania. Rozwój masy kostnej i kształtowanie się dojrzałej tkanki kostnej zależą od czynników genetycznych jak i środowiskowych, takich jak: dieta, aktywność fizyczna czy oddziaływanie chorób przewlekłych. Na większość z wymienionych czynników środowiskowych można więc wpływać poprzez działania profilaktyczne. Stąd podejmowane są badania u dzieci mające na celu ocenę jakości kości oraz jej uwarunkowań. Materiał i metody. Do badań włączono 155 zdrowych dzieci w wieku 10–15 lat mieszkających w Łodzi. U każdego dziecka przeprowadzono badanie ankietowe metodą bezpośrednią oraz badanie lekarskie i badanie ultradźwiękowe kości. Wyniki. Dzieci podzielono na 2 podgrupy: I – z prawidłowymi parametrami badania ultradźwiękowego kości oraz II – z obniżonymi wartościami tych parametrów. Wykazano, że dzieci z podgrupy II charakteryzowały się młodszym wiekiem i niższą wysokością ciała. Natomiast nie było takiej zależności w przypadku masy ciała . Stwierdzono też wyższą częstość występowania złamań i dolegliwości bólowych kości u dzieci z obniżonymi wskaźnikami badania ultradźwiękowego kości w porównaniu z dziećmi z prawidłową jakością kości. Wnioski. 1. Badanie ultradźwiękowe okazało się przydatnym testem w wykrywaniu obniżonej jakości kości u dzieci w wieku szkolnym. 2. Spośród wskaźników rozwoju somatycznego wysokość ciała wykazuje największy wpływ na kształtowanie się parametrów określających jakość kości. 3. Rozpoznanie obniżonych wartości parametrów badania ultradźwiękowego kości u prawie połowy badanych dzieci stanowi ważny argument na rzecz upowszechnienia tego rodzaju badań w okresie pokwitania. 4. Gorsza jakość kości w okresie intensywnego wzrastania, która może przyczynić się do wystąpienia chorób metabolicznych kości w dalszych latach życia, jest istotnym wskazaniem do podjęcia odpowiednich działań prewencyjnych już we wczesnym dzieciństwie
Wstęp
Struktura i jakość kości są bardzo trudne do obiektywnej oceny u dzieci ze względu na zwiększanie się wymiarów szkieletu w okresie przyspieszonego wzrastania i dojrzewania. Zmiany te wiążą się z przyrostem masy kostnej, zwłaszcza minerału, ale także z dojrzewaniem i różnicowaniem się struktury tkanki kostnej, które zależą zarówno od czynników genetycznych, jak też od czynników środowiskowych, takich jak: dieta, aktywność fizyczna czy oddziaływanie chorób przewlekłych. Na większość z wymienionych czynników środowiskowych można więc wpływać poprzez działania profilaktyczne. Stąd podejmowane są badania u dzieci mające na celu ocenę jakości kości oraz jej uwarunkowań.
Badania obrazowe zajmują szczególne miejsce w rozpoznawaniu zaburzeń metabolicznych kośćca. W świetle aktualnej wiedzy medycznej badanie densytometryczne uznawane jest za „złoty standard” w rozpoznawaniu osteoporozy i niskiej masy kostnej u dorosłych i u dzieci. Uzyskane w tym badaniu pomiary gęstości mineralnej kości nie mogą być odnoszone do wartości szczytowej masy kostnej u młodych dorosłych (wskaźnik T-score), lecz do średniej masy kostnej dla danego wieku i płci, i są na ogół przedstawiane jako wartość znormalizowana w liczbie odchyleń standardowych (wskaźnik Z-score). Inną, stosowaną już od wielu lat, metodą badania jest ilościowa metoda ultradźwiękowa (Quantitative Ultrasound – QUS). Należy podkreślić, iż w przeciwieństwie do metody densytometrycznej nie naraża ona pacjenta na promieniowanie jonizujące, jest stosunkowo tania i łatwa do wykonania, a aparat może być przenoszony. Badanie to, jak uważa się powszechnie, pozwala na ocenę jakości kośćca poprzez pomiar prędkości rozchodzenia się wiązki ultradźwiękowej (SOS – speed of sound) w warstwie korowej kości. Pomiar ten odzwierciedla cechy ilościowe tkanki kostnej, takie jak: mineralizacja, elastyczność, mikrostruktura kośćca oraz grubość warstwy korowej [1–3]. Parametr SOS tego badania potwierdza zatem fizyczne właściwości kości, czyli moduł sprężystości Younga i wytrzymałość na ściskanie, co jest zależne od gęstości mineralnej i elastyczności kości korowej oraz jej mikroarchitektury [4, 5]. Pomiary mogą być wykonywane w różnych obwodowych odcinkach szkieletu, a uzyskane wyniki badań są odnoszone do bazy referencyjnej dla dziewcząt i chłopców rasy kaukaskiej. Badanie to wydaje się idealne do przesiewowej, wstępnej oceny masy kostnej.
Badane dzieci i metody badań
W latach 2011 i 2012 do badań włączono 155 dzieci w wieku 10–15 lat mieszkających w Łodzi, uznanych za zdrowe. Badanie ultradźwiękowe kości przeprowadzono u 80 z nich, w tym 42 dziewcząt i 38 chłopców. Kwalifikacja dzieci do uczestnictwa w badaniu odbywała się w szkołach podstawowych i gimnazjach, po uzyskaniu zgody pisemnej od rodziców/ opiekunów dziecka. U każdego dziecka przeprowadzono badanie ankietowe metodą bezpośrednią oraz badanie lekarskie i badanie ultradźwiękowe kości. Badanie ankietowe uwzględniało wywiad dotyczący suplementacji witaminy D, czasu przebywania na świeżym powietrzu, przebytych złamań kości, dolegliwości bólowych ze strony układu ruchu oraz podstawowych informacji na temat dotychczasowego rozwoju i stanu zdrowia. Dla potrzeb niniejszej pracy wykorzystano informacje co do liczby przebytych złamań oraz występowania dolegliwości bólowych kości, natomiast pozostałe informacje będą omówione w odrębnej publikacji. U każdego dziecka przeprowadzono badanie lekarskie z uwzględnieniem stanu narządu ruchu oraz obecności wadliwej postawy ciała. Wykonano też pomiary masy i wysokości ciała oraz wyliczono wskaźnik masy ciała (BMI – Body Mass Index). Uzyskane wyniki porównano z normami dla dzieci (siatki centylowe), opracowanymi na podstawie badania OLAF dla zdrowych dzieci w wieku 7–18 lat [6]. Za prawidłowe uznawano wartości pomiędzy 5 a 95 centylem dla masy ciała i wskaźnika BMI, natomiast dla wysokości ciała w zakresie 10–90 centyla.
Przeprowadzono także badanie ultradźwiękowe kości długich (kość piszczelowa prawa i lewa oraz kość promieniowa prawa i lewa) za pomocą aparatu Sunlight Omnisense 7000P. W badaniu tym wykorzystuje się pomiar prędkości rozchodzenia się fali ultradźwiękowej (speed of sound – SOS) wzdłuż osi długiej kości, który odzwierciedla w ogólnym znaczeniu jakość kośćca. Częstotliwość fali ultradźwiękowej emitowanej przez aparat wynosi średnio 1,25 MHz (zakres 0,7–1,8 MHz). Sunlight Ominisense charakteryzuje duża dokładność pomiarów
(0,2–0,5% w zależności od miejsca pomiaru), a miejsca pomiaru są ściśle zdefiniowane (kość piszczelowa, promieniowa). Średnia z kilku (najczęściej trzech) pomiarów prędkości jest porównywana z komputerową bazą referencyjną, na tej podstawie wyliczany jest wskaźnik Z-score (zdefiniowany jako liczba odchyleń standardowych wykonanych pomiarów od średniej dla płci i wieku). Wskaźnik Z-score poniżej -1,0 świadczy o obniżonej jakości kości, a Z-score -2,0 i poniżej – o niskiej masie kostnej, ale ostateczne rozpoznanie wymaga potwierdzenia badaniem DXA.
Analizę statystyczną przeprowadzono z wykorzystaniem programu komputerowego STATISTICAPL v.10. Posłużono się miarami statystyki opisowej, takimi jak średnia arytmetyczna (X), odchylenie standardowe (SD). W opracowaniu zastosowano metody nieparametrycznej analizy statystycznej w postaci testów U Manna-Whitneya oraz Kruskala-Wallisa, odpowiednio dla dwustanowych oraz liczniejszych grup. Różnice między grupami, jak też obecność korelacji, uznawano za istotne statystycznie przy p<0,05.
Wyniki
Charakterystykę badanej grupy dzieci, w tym niektóre informacje z badania ankietowego oraz średnie wartości podstawowych pomiarów rozwoju somatycznego chłopców i dziewcząt, przedstawiono w tabeli I.
Średnie wartości parametrów ocenianych na podstawie badania ultradźwiękowego kości (promieniowych i piszczelowych) zostały zawarte w tabeli II. Przedstawione w tabeli wartości średnie sugerują dominowanie obniżonych parametrów ultradźwiękowych kości, jednak ocena indywidualna wykazała, że u ponad połowy dzieci mieściły się one w normie.
Biorąc pod uwagę wyniki badania ultradźwiękowego (QUS) dzieci podzielono na dwie podgrupy:
I – z prawidłowymi parametrami badania ultradźwiękowego kości (n= 41 tj. 51,25%) oraz II – z obniżonymi (Z-score poniżej – 1) wartościami tych parametrów (n=39, tj. 48,75%).
Ocena podstawowych wskaźników rozwoju somatycznego (masy, wysokości, BMI), przy zastosowaniu siatek centylowych, wykazała, że niedobory wysokości i masy ciała, jak również niskie wartości wskaźnika BMI dotyczą około 20% badanej populacji (tabela III).
Nie wykazano różnic istotnych statystycznie w zakresie parametrów badania ultradźwiękowego kości (średnia z 4 pomiarów) pomiędzy dziećmi z prawidłowym rozwojem somatycznym (10–90 centyl dla wszystkich wskaźników) jak też tymi z niedoborem lub nadmiarem masy i wysokości ciała.
Analiza korelacji, jakiej dokonano w całej grupie dzieci, nie wykazała istotnych statystycznie zależności pomiędzy parametrami badania ultradźwiękowego kości a liczbą złamań kości i ich dolegliwościami bólowymi (informacje z badania ankietowego), a także obecnością wadliwej postawy ciała, nie było również korelacji ze wskaźnikami rozwoju.
Dopiero wyodrębnienie podgrup uwzględniających parametry QUS pozwoliło na wykazanie istotnej zależności od wieku i wysokości ciała. A mianowicie dzieci z obniżoną jakością kości były młodsze (ryc. 1) i niższe (ryc. 2). Jakość kości nie zależała natomiast od masy ciała (ryc. 3).
Należy podkreślić, że w podgrupach stwierdzono też wyższą częstość występowania złamań u dzieci z obniżonymi wskaźnikami badania ultradźwiękowego kości w porównaniu z dziećmi z prawidłową jakością kości (46,3% vs. 28,2%). Podobnie częściej dzieci z nieprawidłowym wynikiem badania ultradźwiękowego zgłaszały dolegliwości bólowe kości, zwłaszcza kończyn dolnych (podudzia i stopy) (36,5% w podgrupie II vs 20,5% w podgrupie I). Ze względu na brak istotności współczynniki korelacji nie zostały zamieszczone w pracy.
Dyskusja
Badanie ultradźwiękowe kości jest coraz częściej stosowane w populacji wieku rozwojowego, ponieważ jest badaniem bezpiecznym i nieinwazyjnym, a jednocześnie wyniki dobrze odzwierciedlają strukturę kości i jej jakość. Metoda ta jest z reguły polecana do badań przesiewowych [7, 8], co również zostało wykorzystane w naszym badaniu.
Wyniki badań wykazały obniżenie parametrów ultradźwiękowych kości u połowy (uznanych za zdrowe) dzieci – 48% dzieci miało obniżony wskaźnik Z-score (poniżej -1,0) co najmniej w dwu lokalizacjach. Wskazywać to może na intensywne zmiany w układzie kostnym w okresie pokwitania (9–15 lat), kiedy to dynamicznym przyrostom masy i wysokości ciała towarzyszy zwiększanie się masy kostnej [9]. Jednocześnie w tym czasie, częściej aniżeli w innych okresach rozwojowych, mogą występować zaburzenia. Gorsza jakość kości z czasem może doprowadzić do obniżenia się gęstości mineralnej i uzyskania niższej niż biologicznie zaprogramowana wartości szczytowej masy kostnej [10].
Niska szczytowa masa kostna uważana jest za czynnik ryzyka rozwoju osteoporozy i złamań kości. Otrzymane wyniki potwierdzają konieczność prowadzenia badań przesiewowych układu kostnego u dzieci zdrowych w okresie pokwitania i odpowiedniego postępowania profilaktycznego celem uzyskania jak najwyższej optymalnej szczytowej masy kostnej, co zabezpieczy przed rozwojem osteoporozy w późniejszym wieku.
Mimo że nie stwierdzono istotnych statystycznie zależności pomiędzy niektórymi wskaźnikami antropometrycznymi (masa ciała, wskaźnik BMI) a parametrami badania ultradźwiękowego w ogólnej ocenie całej grupy, to przy uwzględnieniu obniżonych wartości tych parametrów (podgrupa II) wykazano, że wysokość ciała koreluje ze wskaźnikami jakości kości. Oznacza to, że u dzieci niższych występowała gorsza jakość kości. Spostrzeżenia co do wpływu wysokości ciała są zgodne z wynikami niektórych autorów [11, 12]. Stwierdzono także, że niższe wartości Z-score są obserwowane u dzieci młodszych w porównaniu ze starszymi, a zatem dzieci przed skokiem pokwitaniowym osiągały niższe parametry badania ultradźwiękowego aniżeli te, u których wystąpił już intensywny przyrost wysokości ciała. Wyniki te są zbieżne z uzyskanymi przez innych badaczy [13–17], odnotowujących zwiększanie się wartości bezwzględnych wszystkich analizowanych parametrów ultradźwiękowych wraz ze wzrostem masy i wysokości ciała zarówno u chłopców, jak i dziewcząt. Większość autorów wskazuje na masę ciała jako najważniejszy czynnik modyfikujący gęstość mineralną kości i jej jakość [18, 19]. Na takie zależności zwracają uwagę m.in. Kolmaga i wsp., którzy stwierdzają, że u 1/3 badanych dzieci z zaburzeniami odżywienia częściej aniżeli u tych z prawidłową masą ciała występuje obniżenie parametrów badania ultradźwiękowego kości [20]. W niniejszej pracy nie udało się wykazać istotnej statystycznie zależności pomiędzy parametrami badania ultradźwiękowego kości a niedoborem czy nadmiarem masy ciała, co może wynikać z faktu, że w naszych obserwacjach zaburzenia w zakresie masy ciała nie były zbyt duże.
W populacji wieku rozwojowego postępowanie profilaktyczne jest skierowane zarówno na ochronę przed skutkami chorób, jak też na zwiększanie zdolności organizmu do obrony przed niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi. Dzieci w okresie pokwitania są narażone na liczne urazy w związku z aktywnością ruchową zorganizowaną (zajęcia WF, dodatkowe zajęcia sportowe), ale także z uwagi na naturalną potrzebę ruchu. Obniżenie jakości kości, w tym jej wytrzymałości i sprężystości, skutkuje złamaniami kości, co mogłyby potwierdzić wyniki przeprowadzonych przez nas badań, które dowiodły, że u dzieci z obniżonymi parametrami badania ultradźwiękowego kości częściej występują złamania. Mussa i wsp. przeprowadzili badanie ultradźwiękowe kości w grupie 1700 dzieci, wykazując, że badanie ultradźwiękowe jest dobrym testem do oceny ryzyka złamań kości, gdyż wskaźniki tego badania były istotnie niższe u dzieci ze złamaniami w porównaniu z dziećmi bez złamań [21].
Wszystkie dzieci, u których wykryto nieprawidłowości w badaniu przedmiotowym, zaburzenia jakości kości w badaniu ultradźwiękowym czy wielokrotne złamania kości, zostały objęte stałą opieką wysokospecjalistycznej poradni leczenia osteoporozy i chorób kości u dzieci.
Podsumowując, badanie ultradźwiękowe kości jako bezpieczna i nieinwazyjna metoda może być pomocne w wykrywaniu zaburzeń metabolizmu kostnego w populacji wieku rozwojowego. Ocena struktury i jakości kości w okresie pokwitania metodą ultradźwiękową wykazała nieprawidłowości u prawie połowy z badanych dzieci w wieku 10–15 lat uznanych za zdrowe. Wykazano także, iż aktywność fosfatazy zasadowej koreluje pozytywnie z jakością kości ocenianą w przesiewowym badaniu ultradźwiękowym. Ten parametr mógłby być wykorzystany do wczesnego wykrywania zaburzeń procesów metabolicznych kości w okresie pokwitania. Obniżenie parametrów badania ultradźwiękowego kości może prowadzić do zwiększonego ryzyka złamań i dolegliwości bólowych ze strony układu kostnego.
Wnioski
1. Badanie ultradźwiękowe okazało się przydatnym testem w wykrywaniu obniżonej jakości kości u dzieci w wieku szkolnym.
2. Spośród wskaźników rozwoju somatycznego wysokość ciała wykazuje największy wpływ na kształtowanie się parametrów określających jakość kości.
3. Rozpoznanie obniżonych wartości parametrów badania ultradźwiękowego kości u prawie połowy badanych dzieci stanowi ważny argument na rzecz upowszechnienia tego rodzaju badań w okresie pokwitania.
4. Gorsza jakość kości w okresie intensywnego wzrastania, która może przyczynić się do wystąpienia chorób metabolicznych kości w dalszych latach życia, jest istotnym wskazaniem do podjęcia odpowiednich działań prewencyjnych już we wczesnym dzieciństwie.
Piśmiennictwo
1. Czech-Kowalska J., Dobrzańska A., Kornacka K. et al.; Ilościowe badanie ultradźwiękowe kości piszczelowej u noworodków donoszonych i wcześniaków; Pediatr. Pol. 2002:77(12), 1034-1049
2. McDevitt H., Tomlinson C., White M.P. et al.; Quantitative ultrasound assessment of bone in preterm and term neonates; Arch. Dis. Child. Fetal. Neonatal. Ed. 2005:90(4), 341-342
3. Nemet D., Dolfin T., Wolach B. et al.; Quantitative ultrasound measurements of bone speed of sound in premature infants; Eur. J. Pediatr. 2001:160(12), 736-740
4. Fewtrell M.S., Loh K.L., Chomtho S. et al.; Quantitative ultrasound (QUS): a useful tool for monitoring bone health in preterm infants?; Acta Paediatr. 2008:97(12), 1625-1630
5. Chlebna-Sokół D.; Zdrowe kości. Uwarunkowania rozwoju masy kostnej u dzieci łódzkich w wieku szkolnym; Łódź 2007
6. Kułaga Z., Różdżyńska A., Palczewska I. et al.; Siatki centylowe wysokości, masy ciała i wskaźnika masy ciała dzieci i młodzieży w Polsce – wyniki badania OLAF; Standardy Medyczne/Pediatria 2010:7, 690-700
7. Baroncelli G.I., Federico G., Bertelloni S. et al.; Assessment of bone quality by quantitative ultrasound of proximal phalanges of the hand and fracture rate in children and adolescents with bone and mineral disorders; Pediatr. Res. 2003:54(1), 125-173
8. Barzel U.S., Massey L.K.; Excess dietary protein can adversely affect bone; J. Nutr. 1998:128(6), 1051-1053
9. Bergh J.P., Noordam C., Ozyilmaz A. et al.; Calcaneal ultrasound imaging in healthy children and adolescents: relation of the ultrasound parameters BUA and SOS to age, body weight, height, foot dimensions and pubertal stage; Osteoporos Int. 2000:11(11) ,967-976
10. Pluskiewicz W., Gawlik R.; Zapobieganie osteoporozie w okresie dojrzewania przed uzyskaniem szczytowej masy kostnej; Post. Osteoartrol. 1994: 6, 19-23
11. Moretto de Oliveria M.R., Cristiane da Silva C., Kurokawa C.S. et al.; Bone mineral density in healthy female adolescents according to age, bone age and pubertal breast stage; Open Orthop J. 2011:5, 324-330
12. Baroncelli G.I., Federico G., Vignolo M. et al.; Cross-sectional reference data for phalangeal quantitative ultrasound from early childhood to young-adulthood according to gender, age, skeletal growth, and pubertal development; Bone. 2006:39(1), 159-173
13. Hans D., Schott A.M., Arlot M.E. et al.; Influence of anthropometric parameters on ultrasound measurements of Os calcis; Osteoporos Int. 1995:5(5), 371-376
14. Lonzer M.D., Imrie R., Rogers D. et al.; Effects of heredity, age, weight, puberty, activity, and calcium intake on bone mineral density in children; Clin. Pediatr. (Phila). 1996:35(4), 185-189
15. Małecka-Tendera E., Matusik P., Franek E. et al.; Zależność gęstości mineralnej kręgosłupa lędźwiowego od wieku, wzrostu i masy ciała dziewcząt w okresie dojrzewania; Endokrynol. Ped. 2002:1, 9-15
16. Papierkowski A., Trębacz H., Blacha J. et al.; Ultradźwiękowa ocena kości piętowych zdrowych dzieci w wieku szkolnym; Przegl. Pediatr 1998:3, 204-207
17. Sabatier J.P., Guaydier-Souquičres G., Laroche D. et al.; Bone mineral acquisition during adolescence and early adulthood: a study in 574 healthy females 10-24 years of age; Osteoporos Int. 1996:6(2), 141-148
18. Hasselstrřm H., Karlsson K.M., Hansen S.E. et al.; Sex differences in bone size and bone mineral density exist before puberty. The Copenhagen School Child Intervention Study (CoSCIS); Calcif Tissue Int. 2006:79(1), 7-14
19. Yilmaz D., Ersoy B., Bilgin E. et al.; Bone mineral density in girls and boys at different pubertal stages: relation with gonadal steroids, bone formation markers, and growth parameters; J. Bone. Miner. Metab. 2005:23(6), 476-482
20. Kolmaga A., Zimna-Walendzik E., Rusinska A. et al.; Zaburzenia stanu odżywienia dzieci kończących szkołę podstawową w Łodzi a jakość kości. Część I. Ocena parametrów antropometrycznych, subiektywnej aktywności fizycznej i stanu uzębienia; Hygiea Public Health 2011:46(1), 64-70
21. Mussa A., Porta F., Baldassarre G. et al.; Phalangeal quantitative ultrasound in 1,719 children and adolescents with bone disorders; Osteoporos Int. 2012:23(7), 1987-1998
