Микроволновая радиотермометрия коленных суставов у девочек в пре- и пубертатном периодах полового развития

Введение

Заболевания суставов как мультидисциплинарная медицинская проблема особо важна и актуальна в педиатрии. Это связано с серьёзными инвалидизирующими заболеваниями, периодами роста детей, усиленной физической нагрузкой, травмами. Клинически артриты, как правило, сопровождаются всеми классическими признаками воспаления: болью, местной гипертермией, припухлостью и увеличением в объёме, деформацией (дефигурацией), нарушением движений. В настоящее время объективизация процессов, происходящих в суставах и окружающих тканях при патологии решается с помощью визуализационных методов. Это рентгенологические, ультразвуковые, магнитно-резонансные методы исследования. Однако они имеют свои положительные и отрицательные аспекты использования. В то же время изменение локальной температуры является одним из самых ранних признаков практически любого воспаления [1][2].

Биологические объекты являются источником электромагнитного излучения. Его интенсивность определяется скоростью метаболических процессов, кровообращением и другими факторами. Созданы современные медицинские приборы, позволяющие определить степень внутреннего излучения, один из них — пассивный микроволновый радиометр. Он позволяет измерять интенсивность собственного излучения внутренних тканей в микроволновом и инфракрасном диапазонах частот и регистрировать показатели внутренней температуры и температуры кожи в различных областях организма при различных состояниях [3][4][5].

В обзоре Laskari K. et al. (2023) показано, что применение микроволной радиотермометрии эффективно для дифференциальной диагностики артрита, а также для оценки клинического и субклинического воспаления на индивидуальном уровне больших или малых суставов и на уровне пациента. Метод показал более высокое согласование с ультразвуковым исследованием опорно-двигательного аппарата, используемым в качестве ориентира, чем с клиническим обследованием при ревматоидном артрите [6].

Нами была показана возможность применения метода микроволновой радиотермометрии при ювенильном идиопатическом артрите для оценки динамики заболевания при лечении на основе термоасимметрии глубинной и кожной температур по температурным полям, полям разницы температур в проекции соответствующих морфологических структур коленного сустава [7]. Также было предложено использовать радиотермометрию в комплексе с общепринятыми методами визуализации. Было бы целесообразно объединить методы визуализации с радиотермометрией (РТМ) как с доступным, простым, неинвазивным и независимый методом для раннего выявления воспалительного процесса в тканях. РТМ позволяет определить развитие раннего воспаления, объективно оценить тяжесть воспалительного процесса при артритах различного генеза, включая ювенильный идиопатический артрит, своевременно контролировать эффективность проводимой терапии [6][8].

Анализируя полученные ранее результаты РТМ коленных суставов у здоровых детей было установлено отсутствие достоверных температурных отличий у мальчиков и девочек от 8 до 11 лет. При анализе данных глубинной и кожной температуры у девочек в возрасте 11–13 лет был выявлен значительный разброс данных [7]. Эти факты были связаны нами с гормональными событиями в организме девочек, которые не могут не отразиться на уровне обменных процессов. Появление менархе в этом возрасте свидетельствует о начале активного становления репродуктивной функции и переходу организма на другой уровень обмена. Наряду с изменением костной структуры изменяются рост и вес, увеличивается нагрузка на суставы, что, вероятно, также вызывает в них изменение обменных процессов и кровообращения. Вопрос, совпадает ли костное вытяжение с изменением кровообращения и усилением метаболизма, остается открытым. Необходимость выполнения работы в переходный возрастной период также необходима для формирования референтной группы здоровых детей для сравнительного анализа данных температуры у детей с больными суставами.

Цель исследования — исследовать глубинную и кожную температуры коленных суставов методом микроволной радиотермометрии(РТМ) у здоровых девочек сопоставимого возраста в пре- и пубертатном периодах развития.

Материалы и методы

Исследование выполнено в «Проблемной научной лаборатории физических методов диагностики и лечения» РостГМУ и на базе детского санаторного оздоровительного лагеря «Мир» (Ростовская область, х. Красный Десант). Протокол локального независимого этического комитета РостГМУ № 9 от 27 сентября 2018 г. Обследованы 45 девочек в возрасте 12 лет. С учётом возраста и полового развития по Tanner J.M. девочки были разделены I группу (n=28, препубертатный период) и II группу (n =17, пубертатный период). В обеих группах была проведена радиотермометрия кожной и глубинной температуры коленных суставов. Во II группе исследование проводилось в период с 5-го по 12-й день менструального цикла. В работе представлены данные температуры левого коленного сустава, как «неведущей» ноги.

Радиотермометрия проводилась с использованием системы MWR2020 (ex RTM-01-RES) (Москва, Великобритания) с двухканальной антенной. РТМ основана на контактном измерении мощности микроволнового излучения организма человека с помощью специальных антенн-аппликаторов. Система одобрена для клинического применения в странах бывшего Советского Союза и имеет маркировку CE класса I. Работает в диапазоне частот от 1 до 4 ГГц, диаметр аппликатора антенны — 39 мм, заявленная точность — ±0,2 °C как для внутренней температуры, так и для температуры кожи.

Метод безопасный, неинвазивный, пассивный, который определяет температуру in vivo внутренних тканей, глубина измерения — от 3 до 7 см [3]. Методика исследования: положение ребенка лежа на спине, область коленных суставов адаптировались к оптимальной температуре помещения (23–26°С) в течение 5–7 минут [9].

Девять постановок радиодатчика (рис. 1.) проводились по определённой схеме: коленные суставы спереди, по очереди зона справа, далее зона слева с симметричной оценкой температуры. Кожная температура регистрировалась в той же проекции, что и внутренняя, практически одномоментно. Общее время исследования двух коленных суставов — 10–12 минут. Морфологические ориентиры: центральная зона (зона 5) — коленная чашечка, нижние 3 постановки (зоны 7–9) — проекция сустава [7].

Статистическая обработка результатов. В начале выборка проверялись на нормальность распределения с использованием критерия Шапиро-Уилка. При коэффициенте значимости р≥0,05 принимали нулевую гипотезу о том, что выборка подчиняется нормальному закону распределения и для сравнения значений показателей в группах применялся параметрический t-критерий Стьюдента. При отсутствии нормального распределения применялся критерий Манна-Уитни. При сравнении показателей между первой группой и второй группой выборки были независимые. Различия считались статистически значимыми при р ≤ 0,05. В таблицах представлены Ме — медиана, [ Q1, Q3] — интерквантильный интервал (25% и 75% перцентили).

Результаты

При анализе основных соматометрических показателей установлено, что масса девочек в I группе была достоверно (р<0,05) меньше (41,3±2,3), чем во II (50,0±3,3). Аналогичная танденция отмечалась и для показателей роста, которые в I группе составили 151,5±3,2 см, а во II — 160,7±4,1 см (р<0,05). Индекс массы тела во II группе (19,3±0,9 кг/м²) был также выше (р<0,05) по сравнению с показателями I группы (18,0±0,8 кг/м²). Этапность исследований РТМ, анализ полученных данных проводились по определённому алгоритму. После определения глубинной и кожной температуры и регистрации их прибором анализировались температурные поля и поля термоасимметрии (рис. 1, 2). Далее был проведён анализ цифровых показателей и их статистическое отличие (табл. 1).

При визуальной оценке температурных полей глубинной температуры левого коленного сустава у девочек с относительно устоявшимся циклом (II гр.) и при отсутствии менархе (I гр.) зафиксировано, что самые «холодные» места (синего и голубого цвета) отмечаются над коленными чашечками. Такая же закономерность отмечается и для температуры кожи. Наиболее «теплые» зоны (желтого цвета) регистрируются у девочек без менархе (I гр.) на наружной поверхности бедра (зоны 1 и 4 измерений). Визуализация температурных полей глубинной и кожной выявила схожесть цветового рисунка. После анализа на температурную асимметрию было установлено, что во II группе (рис. 2), отмечается более низкая температура, а её перепад в некоторых зонах достигает 1,4 °C. Это касается наружной поверхности сустава девочек без менархе, где отмечается наиболее высокая температура. У девочек II группы отмечается наиболее низкая температура во внутренней поверхности коленного сустава (зоны 6 и 9, теряется схожесть цветового рисунка и симметрия.

Далее проводился статистический анализ показателей радиотермометрических данных глубинной и кожной температур. Показатели РТМ кожной и глубинной температур в группе I и II представлены в таблице 1. Из таблицы следует, что практически все указанные параметры в обеих группах имеют значительное статистическое отличие. В то же время в проекции суставной щели — медиальный мениск и суставная поверхность медиального мыщелка бедренной кости (зона L9) и прикрепления крестообразных связок (зона L8), показатели глубинной температуры были недостоверно ниже во II группе. Также недостоверные показатели глубинной температуры отмечаются в проекции бедренной кости (зона L2).

В связи с тем, что анализ цифровых данных таблицы 1 при интерпретации может вызывать затруднения, мы вынесли их в рисунок 3 для визуализации. На рис. 3 видны изменения температуры над всеми зонами измерений. Статистический анализ показателей установил, что достоверно низкая глубинная температура отмечается у девочек II группы в области коленной чашечки (зона 5) и вдоль наружного края сустава (зоны 1, 4, 7). В то же время анализ данных температуры кожи выявил, что кожа над коленным суставом у девочек II группы практически вся достоверно холодней, кроме зоны (9) над медиальным надмыщелком (р>0,05).

Таким образом на рисунке 3 видны общие закономерности более низкой температуры у девочек II группы как кожи, так и глубинной температуры.

Обсуждение

Одним из показателей здоровья детей является своевременное половое созревание. Физические и гормональные признаки при нормальном половом созревании относятся у девочек к возрасту старше 8 лет (с темной кожей — 6–8 лет), у мальчиков — с 9 лет [10]. В разных странах эти цифры могут варьироваться. Согласно данным Tanner J.M. (1997), средний возраст начала полового созревания у девочек в Великобритании составляет от 11 до 11,5 лет и колеблется между 9 годами и до 14,0 лет [11].

Ключевым механизмом, лежащим в основе перехода от препубертата в пубертат, является снижение порога чувствительности гипоталамуса к тому минимальному уровню эстрогенов, который был достаточен для торможения гипоталамических центров, а также растормаживание передней доли гипофиза, приводящее к повышению секреции гонадотропина (ГТ) (прежде всего фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), а позднее лютеинизирующего гормона (ЛГ). Выброс ГТ по механизму положительной «обратной связи» приводит к повышению выработки половых стероидов в гонадах, росту числа чувствительных к ним рецепторов в клетках не только органов репродуктивной системы, но и во многих других тканях, включая мышечную и костную. Это также обеспечивает пубертатный всплеск роста [12].

В препубертатном периоде половые и надпочечниковые стероиды стимулируют своевременный рост молочных желёз и рост скелета и другие физиологически установленные изменения организма девочки, характерные для данного периода развития. Завершением длительного и последовательного функционального становления гипоталамо-гипофизарно-яичниковой оси является формирование овуляторных менструальных циклов и зрелость генеративной функции. Эстрадиол также способствует «созреванию» скелета, что в конечном итоге приводит к слиянию пластинок роста и прекращению линейного роста. Уровень эстрадиола, с периода пубертата и до появления овуляторных менструальных циклов, нарастает с 10 до 156 пг/мл [13]. Эти гормональные изменения в период полового созревания приводят к скачку роста, который затрагивает как осевой (туловище), так и аппендикулярный (конечности) компоненты. Конечности ускоряются раньше туловища, при этом дистальные части конечностей ускоряются раньше проксимальных частей. Таким образом, у подростка в раннем периоде полового созревания «все руки и ноги» [14].

В нашем исследовании мы выявили значимые изменения основных соматометрических показателей в группах, особенно в массе тела и росте, что естественно. По сравнению с адренархе (физиологическим скачком роста) гормональная регуляция пубертатного роста более сложна. Наряду с физиологическим влиянием таких факторов, как гормоны щитовидной железы, кортизол и инсулин, существуют важные взаимодействия между половыми стероидами (эстрогенами и андрогенами) и осью GH (соматотропный гормон) -IGF-1 (инсулиноподобный фактор роста), которые имеют решающее значение для нормального роста и полового развития.

Концентрации GH и IGF-I повышаются в первую очередь в ответ на увеличение секреции эстрогенов. В период полноценного функционирования репродуктивной системы секреция GH, следовательно, циркулирующие концентрации IGF-1 начинают снижаться [12]. Позже, с установлением прямых и обратных связей в гипоталамо-гипофизарно-гонадной регуляторной оси и с их определённой физиологической последовательностью включения, наступает менархе и гормональные «перестройки» уже не такие активные.

Вероятно, снижение температуры в коленных суставах отражает общие изменения гормональной регуляции репродуктивной, эндокринной и центральной нервной систем в период полового созревания. Возможно также, что быстрый и интенсивный рост собственно костной системы опережает формирование кровеносной системы суставов.

Заключение

Таким образом, при изучении особенностей показателей глубинной и кожной температуры передней поверхности коленного сустава методом микроволновой радиотермометрии для формирования референтной группы здоровых детей необходимо учитывать физиологические закономерности, лежащие в основе развития и функциональных изменений центральных и периферических отделов репродуктивной системы. При исследовании и сравнительном анализе показателей РТМ здоровых и больных девочки должны быть разделены на группы пре- и пубертатного возраста, что обосновывается полученными особенностями показателей РТМ в зависимости периода полового созревания с характерным для каждого из них от функционального состоянием гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы. Было установлено, что у девочек с наступившим менархе (II группа) отмечается более низкая температура, как глубинная, так и кожная, практически во всех зонах коленного сустава. Наблюдаются более высокие весоростовые показатели, что связано с множественными гормонально-метаболическими изменениями, происходящими в организме девочек в различных периодах полового созревания.

Появление неинвазивных, легкодоступных методов оценки внутренней температуры для диагностики и мониторинга состояния внутренних органов и суставов позволяет обнаружить ранее неописанные состояния как в норме, так и при патологии. Таким образом, выполненное исследование показало, что при интерпретации кожной и глубинной температур коленных суставов у девочек необходимо учитывать возраст, пол и период полового развития.