Пермские ученые создали программу для ранней диагностики возрастных изменений позвоночника
Старение населения — общемировой тренд, и Россия не исключение: к 2030 году каждый четвертый россиянин будет старше 60 лет. Однако за этой статистикой скрывается массовое распространение остеопороза и возрастного разрушения костей, включая спинной хребет. Со временем костная ткань теряет плотность, позвонки проседают и деформируются, а межпозвоночные диски истончаются. Это приводит к хроническим болям, сутулости и патологическим переломам. Опасность в том, что осевой скелет теряет прочность, и такое повреждение может случиться даже при минимальной нагрузке, неловком движении или чихании, что может привести к потере подвижности. Также ситуация усугубляется тем, что современная диагностика (рентген, денситометрия, КТ) обычно фиксирует уже имеющиеся структурные дефекты, а не предсказывает вероятность на ранних стадиях, когда изменения только начинаются. Для решения этой проблемы ученые ПГМУ и Пермского Политеха разработали программу для анализа КТ-данных, которая прогнозирует риск возрастных изменений позвоночника и позволяет выявить угрозу за 10-15 лет до возможных серьезных травм.
На разработку выдан патент.
Старение населения — общемировой тренд. Увеличение доли пожилых людей в общей численности населения отмечается практически во всех странах, и Россия не исключение. К 2030 году каждый четвертый россиянин будет старше 60 лет. Однако за этой демографической статистикой скрывается серьезная медицинская проблема, которую эксперты называют «тихой эпидемией» — массовое распространение остеопороза и возрастной дегенерации (разрушение и изнашивание) костей, в том числе и позвоночника.
С течением времени костная ткань естественным образом теряет свою плотность и прочность. Позвонки, которые являются главным опорным столбом тела, медленно, но необратимо меняются: они проседают, деформируются, а межпозвоночные диски истончаются. Это приводит не только к хроническим болям в спине и формированию сутулости, но и к катастрофическим последствиям — патологическим переломам.
Опасность такого процесса в том, что спинной хребет постепенно теряет свою прочность. Позвонки становятся настолько хрупкими, что их повреждение может произойти даже при минимальной нагрузке — неловком движении, подъеме тяжелой сумки или просто при чихании.
Последствия таких изменений катастрофичны — они лишают человека возможности нормально двигаться, вызывают хронические боли и часто приводят к инвалидности. Проблема осложняется тем, что существующие методы диагностики обычно констатируют, а не предсказывают проблему — они фиксируют уже случившиеся структурные нарушения, когда деформация позвонков произошла или костная ткань уже значительно разрушена.
Например, рентген показывает костные повреждения и серьезные нарушения, но не обнаруживает ранние стадии истончения костной структуры. Денситометрия (метод измерения плотности) точно определяет концентрацию минеральных веществ в костях, но не анализирует изменения формы и размеров отдельных позвонков у конкретного человека. А при анализе снимков компьютерной томографии (КТ) врач может описать видимые отклонения от нормы, но не может спрогнозировать индивидуальные риски и динамику развития заболевания.
Для решения этой проблемы ученые ПГМУ имени академика Е.А. Вагнера совместно с коллегами из Пермского Политеха разработали компьютерную программу, которая анализирует данные КТ-исследования и прогнозирует риск возрастных изменений позвоночника.
В основу алгоритма легли результаты масштабного исследования. В течение нескольких лет ученые проводили научную работу, чтобы понять, как именно меняется осевой скелет человека на протяжении жизни. Они изучали грудной отдел у мужчин и женщин разных возрастных групп — молодых людей (22-35 лет), лиц среднего возраста (36-60 лет) и пожилых пациентов (61-75 лет), используя метод компьютерной томографии для точных измерений трех ключевых позвонков: первого (верхняя опора грудного отдела), шестого (центральная часть, формирующая изгиб) и двенадцатого грудного (критическая зона перехода в поясничный отдел, несущая максимальную нагрузку). Для каждого из них точно определяли высоту, ширину, передне-задний размер, а также рентгеновскую плотность — важнейший показатель прочности костной ткани.
— Исследования показали, что процесс «уплощения» позвонков начинается уже в молодом возрасте и имеет четкую временную динамику. В группе 22-35 лет эти изменения только формируются, но к 36-60 годам мы уже фиксируем уменьшение высоты на 4-5% при расширении на 2-3%. Наиболее выраженные структурные преобразования происходят после 60 лет: позвонки становятся на 7-11% ниже при увеличении ширины на 7-12%. Особенно показателен пример с 12-м грудным позвонком: у женщин его поперечный размер увеличивается на 11,9%, тогда как у мужчин — лишь на 7%, — рассказал Анатолий Баландин, доцент кафедры анатомии ПГМУ имени академика Е.А. Вагнера, доктор медицинских наук, врач-невролог.
Такое уменьшение высоты и расширение позвонков создает целый комплекс проблем: позвоночник теряет правильную форму, нарушается распределение нагрузки, что приводит к быстрому износу дисков и хроническим болям. Снижается амортизация — обычная ходьба становится дискомфортной, появляется быстрая утомляемость. Кости теряют прочность, возрастает риск переломов даже при минимальных травмах. Внешне это проявляется сутулостью и уменьшением роста.
Чтобы предотвратить такое развитие событий, необходима ранняя диагностика. Именно для решения этой задачи был создан специализированный программный комплекс для рентгенологов. Его основу составляет математическая модель, описывающая закономерности возрастных изменений осевого скелета.
— Алгоритм анализирует данные стандартного КТ-обследования принципиально новым способом. Врач вводит антропометрические данные пациента (рост, вес и другие физические характеристики), точные измерения позвонков первого, шестого и двенадцатого, показатели рентгеновской плотности и угол изгиба позвоночника. А учет возраста и пола позволяет проводить действительно персонализированную оценку рисков, — пояснил Владислав Никитин, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Программа сравнивает индивидуальные показатели пациента с возрастными нормами, выявляя малейшие отклонения от нормальной траектории старения костно-мышечных структур. Например, если у пациента 45 лет обнаруживаются характеристики, соответствующие нормам для 60-летнего человека, это указывает на ускоренное развитие дегенеративных изменений. Программа фиксирует это несоответствие между биологическим и фактическим возрастом позвоночника, что дает врачу объективные основания для назначения профилактических мер.
Для такого анализа она выдает таблицу коэффициентов корреляции, показывающих силу связей между ключевыми параметрами. В частности, если связь между снижением плотности кости и увеличением ширины позвонка оценивается как «очень высокая», это означает, что процессы разрушения усиливают друг друга, что свидетельствует о критическом снижении прочности позвоночника и высоком риске патологических переломов.
Такой подход позволяет выявлять угрозу за 10-15 лет до потенциальных переломов, когда патологический процесс еще можно остановить. В отличие от стандартных методов, которые констатируют уже случившиеся повреждения, разработка пермских ученых работает на опережение. Это дает врачам возможность вовремя назначить профилактику — будь то специальные упражнения, коррекция питания или медикаментозная поддержка. Следовательно, это помогает не лечить последствия, а предотвращать само возникновение проблем, сохраняя качество жизни людей в зрелом возрасте.
