Ученые Пермского Политеха создали новый метод диагностики болей в пояснице

 Ученые Пермского Политеха впервые разработали метод диагностики, который позволяет по снимкам КТ измерить параметры суставов, сравнить их с возрастной нормой и выявить патологическое смещение. Это дает врачам более надежный инструмент для ранней диагностики болей в пояснице, помогая быстрее ставить правильный диагноз и вовремя начинать лечение.

Статья опубликована в сборнике «Зимняя школа по механике сплошных сред». Исследование проведено в рамках программы «Приоритет 2030».

Боль в спине — один из самых распространенных сегодня недугов: практически каждый человек хотя бы раз в жизни сталкивался с этим состоянием. По статистике, она входит в число главных причин потери трудоспособности населения в большинстве стран. Чаще всего от боли в спине страдают люди, чья работа связана с регулярными нагрузками на позвоночник: водители, строители, грузчики, спортсмены, а также военнослужащие, пожарные и спасатели, которые постоянно носят тяжелое снаряжение.

По данным Всемирной организации здравоохранения, дискомфорт в поясничном отделе напрямую снижает качество жизни и работоспособность людей, превращаясь не просто в медицинскую, но и в социально-экономическую проблему. Значительные средства уходят на выплаты по временной нетрудоспособности и пенсионное обеспечение тех, кто страдает от хронических болей.

Одной из возможных, но трудно диагностируемых причин является фасеточный синдром — состояние, при котором мелкие суставы, соединяющие позвонки, смещаются относительно своего нормального положения. При таком нарушении их правильное соприкосновение меняется, и такое явление называется подвывихом.

Дело в том, что каждый сустав окружен плотной эластичной оболочкой — капсулой, которая удерживает кости вместе. При подвывихе она болезненно растягивается и деформируется, перевозбуждает находящиеся в ней нервные окончания, и в мозг поступает мощный болевой сигнал. Капсула обеспечивает нормальную работу сустава, однако именно ее чувствительность приводит к дискомфорту.

Особенно часто подвывих случается на сегменте L4–L5. Это самый нижний отдел поясницы, который принимает на себя максимальную нагрузку при ходьбе, сидении, наклонах и подъеме тяжестей. Именно здесь позвонки испытывают наибольшее давление, поэтому риск смещения суставов выше, чем на других участках. 

Сегодня для определения источника боли специалисты используют стандартную диагностику: пациенту проводят компьютерную томографию, после чего врач визуально оценивает полученные снимки. Проблема в том, что такой метод показывает прежде всего костную ткань (позвонки), а не состояние капсулы сустава. Врач при этом ориентируется только на визуальные признаки (например, формы суставов или размер промежутка между ними). Из-за этого определить реальный источник боли бывает сложно. Подвывих часто сопровождается грыжей межпозвонкового диска, и по снимкам компьютерной томографии не всегда удается определить, что именно вызывает дискомфорт.

По данным клинической практики, такая патология встречается более чем в половине случаев обращений с поясничной болью. Однако далеко не каждый специалист способен точно и своевременно определить подвывих, так как может полагаться только на косвенные признаки и собственный опыт. Сегодня не существует стандартизированного способа диагностики фасеточных суставов, что может приводить к ошибкам в постановке диагноза и, как следствие, к отсрочке необходимого лечения.

Ученые Пермского Политеха впервые разработали способ диагностики подвывиха фасеточного сустава. Созданный метод позволяет точно оценить, есть ли патологическое смещение, а также спрогнозировать риск возникновения боли при разных нагрузках.

Для правильного определения подвывиха важно учитывать геометрические параметры самого сустава (ширину суставов и промежутки между ними). Именно от них зависит правильное положение сустава и то, является ли он источником боли. Однако сегодня врачи могут оценить эти параметры лишь визуально и не имеют данных о том, какая именно геометрия считается нормальной, а какая — уже патологией.

Чтобы получить точные значения, которые помогут диагностировать подвывих, исследователи собрали клинические данные разных пациентов: геометрические параметры их суставов, позвонков, размер межпозвонкового диска. На основе этих сведений ученые впервые получили числовые диапазоны — нормальные значения параметров сустава, а также значения, которые указывают на патологию.

Однако только числовых диапазонов недостаточно для понимания механизма возникновения боли. Чтобы понять, как именно нагрузка влияет на капсулу сустава и почему при отклонении от нормы возникает дискомфорт, исследователи разработали виртуальную модель позвоночно-двигательного сегмента L4–L5.

— Важно, что мы учли возрастные изменения и создали два варианта модели: сегмент молодого здорового пациента (20–25 лет) и человека старшей возрастной группы (40–50 лет). Поскольку со временем ткани становятся менее эластичными, это может влиять на то, при каком давлении возникает подвывих и боль. Созданные модели мы подвергли различной нагрузке, и рассчитали, как при этом деформируется сустав. Это необходимо, чтобы увидеть, как он ведет себя в условиях, приближенных к реальным — например, когда человек поднимает тяжесть, — рассказал Денис Хорошев, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.

Оказалось, что при обычной нагрузке в здоровом суставе возникают лишь незначительные деформации капсулы, которые не вызывают боль. Это значит, что стандартная нагрузка на позвоночник в 120 кг (например, подъем тяжести) не приведет к подвывиху и дискомфорту. Иная картина получилась при анализе модели с возрастными изменениями. Здесь деформации в капсуле были значительно больше — разница с молодым пациентом составила 34 %. Это показывает, что у более взрослых подвывих возникает раньше и может случиться даже при обычной бытовой нагрузке.

Результаты моделирования позволяют не только объяснить механизм боли, но и прогнозировать ее возникновение. Для конкретного пациента это позволит рассчитать индивидуальный «предел прочности» — при какой именно нагрузке деформации капсулы станут критическими и возникнет подвывих.

Таким образом, ученые получили точные данные — нормальные геометрические параметры фасеточного сустава для разных возрастов, которые ранее были неизвестны. Эти числовые данные легли в основу нового способа диагностики патологии.

На практике метод работает так: врач измеряет на снимке КТ у конкретного пациента ключевые параметры суставов, затем берет полученные учеными значения нормальной и деформированной геометрии и сравнивает их с параметрами пациента. На основе этого сопоставления он делает вывод: если значения не совпадают с нормой для его возраста, это указывает на наличие подвывиха. Если же параметры укладываются в допустимые пределы, значит, источник боли находится в другом месте.

Таким образом, даже не самый опытный специалист получает объективный критерий для принятия решения. Это первый стандартизированный метод диагностики подвывиха, который уже используют в клинической практике в качестве инструмента для ранней диагностики, чтобы вовремя назначить правильное лечение и сохранить пациенту качество жизни.