Международный эндокринологический журнал 3(5) 2006

Вступ

Жирова тканина опорної поверхні стопи має унікальну будову, що обумовлено тим навантаженням, якого зазнає стопа при ходьбі. Амортизаційна здатність жирового прошарку в цій ділянці людського тіла обумовлена його товщиною, розмірами та формою жирових часток, розвитком фіброеластичного каркасу, що міцно зв'язує дерму плантарним апоневрозом та окістям надлеглих кісток [2]. Системні або регіонарні розлади трофіки призводять до змін у тканинах жирової подушки, що у певних випадках може сприяти утворенню трофічних виразок [3]. Для дослідження механічних властивостей жирової тканини опорної поверхні стопи в різний час застосовували рентгенографію, ультрасонографію [4, 5]. Найбільш грунтовним є дослідження, проведене C.-L. Wang та ін. [5] з метою вивчення механічних характеристик мікросудинних клаптів, пересаджених на плантарну поверхню стопи. Автори вивчили такі показники, як товщину та ступінь стискання підшкірного жиру, розрахували коефіцієнт пружності. Проведення подібного дослідження в пацієнтів із трофічними розладами стопи на грунті облітеративних ангіопатій допоможе зрозуміти роль механічного фактора в утворенні трофічних виразок опорної поверхні стопи, сприятиме обгрунтованому застосуванню індивідуального ортопедичного забезпечення та науковому підходу до вибору матеріалів для ортопедичних виробів.

Мета роботи — вивчити механічні властивості жирової тканини плантарної поверхні стопи в п'ятковій ділянці в нормі та у хворих на цукровий діабет і облітеруючий атеросклероз із трофічними розладами.

Матеріал та методи

Вимірювання жирової подушки п'яти проведені в 39 пацієнтів із хронічною критичною ішемією нижніх кінцівок 3–4 ступенів: 29 — хворі на цукровий діабет (ЦД) 2-го типу (58 стоп), 10 — облітеруючий атеросклероз судин нижньої кінцівки (19 стоп). Вік хворих становив від 36 до 78 років, жінок було 21, чоловіків — 18. Контрольна група була сформована з 28 здорових добровольців (56 стоп) віком від 28 до 55 років, які не пред'являли будь-яких скарг на нижні кінцівки. Отже, були сформовані три групи досліджених: І — контрольна, ІІ — ЦД, ІІІ — облітеруючий атеросклероз (ОА). Пацієнти ІІ та ІІІ груп були додатково розподілені на дві підгрупи: у першу підгрупу кожної групи увійшли пацієнти, у яких в результаті лікування була збережена опороздатність, в другу — ті, у яких були виконані високі ампутації нижньої кінцівки.

Методика дослідження. Для стандартизованого вимірювання товщини підшкірного жиру плантарної поверхні п'яткової ділянки (далі — жирова подушка п'яти, ЖПП) нами сконструйований пристрій, яким вимірювання товщини жирової подушки п'яти проводили за допомогою ультразвукового дослідження без навантаження та при навантаженні, що створювали гирею масою 5 кг. Дослідження проводили апаратом Siemens Sonoline G-50 лінійним датчиком 7,5 МГц. Використовували стандартну позицію датчика, розташовуючи його сагітально до п'яткової кістки. Вимірювали відстань від найбільш дистальної точки кортикального шару п'яткової кістки до поверхні шкіри. Вимірювання проводили без навантаження та з навантаженням гирею масою 5 кг через спеціальний пристрій для здійснення тиску з вікном огляду.

Пристрій та його застосування зображені на рис. 1 та 2. Вимірювали такі показники: l_o— товщина жирової подушки п'яти без навантаження, l — товщина жирової подушки п'яти при навантаженні. Розраховували такі величини:

ε (відносна деформація) = (l_o–l)/ l_o;

Е (модуль пружності, або модуль Юнга) = σ / ε,
де σ — напруження.

Напруження вираховували за формулою σ = F/S, де F — прикладена сила, S — площа прикладення сили (в середньому 19,625 см²); σ = 0,255 кг·см².

Отримані дані зводили в електронні таблиці Excel 2003, за допомогою інструменту «Описова статистика» визначали середнє значення, стандартну помилку, стандартне відхилення, а для виміряних показників — коефіцієнт варіації. Статистичному аналізу піддавали показник модуля пружності (Е) для оцінки істотності різниць середніх в нормі, при ЦД та ОА; при цьому застосували двовибірковий F-тест для дисперсій. З метою вивчення впливу значення модуля пружності на збереження опороздатності кінцівки групи хворих з ЦД та ОА були поділені кожна на дві підгрупи. У першу підгрупу кожної групи включили хворих із збереженою опороздатністю нижньої кінцівки, в другу — тих, у кого були проведені високі ампутації нижньої кінцівки. У межах кожної вибірки застосували однофакторний дисперсійний аналіз.

Результати та їх обговорення

Результати значень виміряних та обчислених показників представлені в табл. 1.

З отриманих нами результатів постає така закономірність, що при облітеративних ангіопатіях погіршуються механічні властивості жирової подушки п'яти, а саме пружність. Негативний вплив погіршення пружності проявляється в тому, що зменшується здатність тканин до відновлення структури після припинення дії деформуючої сили. Це видно за наростанням Е при ЦД і ОА. За результатами обчислень двовибіркового F-тесту відмінність між значеннями Е в нормі, при ЦД та ОА є суттєвою, тоді як відмінність між значеннями Е при ЦД та ОА несуттєва. Дана обставина свідчить про те, що модуль пружності може виступати об'єктивним критерієм для діагностики трофічних розладів.

Іншим питанням, що логічно випливає з попереднього, є встановлення впливу модуля пружності на збереження опороздатності нижньої кінцівки у хворих з хронічною критичною ішемією 3–4 ступенів. Для його вирішення ми провели однофакторний дисперсійний аналіз у підгрупах із збереженням опороздатності та високою ампутацією нижньої кінцівки (АНК) в межах досліджених груп хворих на ЦД та ОА. Результати вимірювань та обчислень за вказаними підгрупами наведені в табл. 2.

Обчислення, проведені в рамках однофакторного дисперсійного аналізу, показали в групі хворих на ЦД співвідношення критеріїв F_p (44,0) > F_т (7,11) при порозі ймовірності 0,99. Аналогічні обчислення, проведені в групі хворих на ОА, показали співвідношення критеріїв F_p (42,89) > F_т (8,39) при порозі ймовірності 0,99.

Отже, в досліджуваних групах хворих із хронічною критичною ішемією 3–4 ступенів вплив рівня модуля пружності (Е) на збереження опороздатності виявився досить сильним і вірогідним. Про вірогідність результатів аналізу свідчить високий ступінь ймовірності — 0,99.

Отже, проведене дослідження показало, що порушення трофіки на грунті облітеруючих ангіопатій проявляється вірогідно значимим збільшенням модулю пружності жирової подушки п'яти, що дозволяє застосувати значення цього показника як діагностичний критерій. Іншим важливим результатом даної роботи є доведення того факту, що при певних значеннях модуля пружності збереження опороздатності нижньої кінцівки неможливе, тобто модуль пружності може виступати як прогностичний критерій.

Справді, порушення трофіки проявляється зміною фізико-хімічних властивостей жирової тканини плантарної поверхні стопи, результатом чого є атрофія жирових клітин та фіброзування сполучнотканинного каркасу [1].

За M.H. Jahss [2], нормальний плантарний жир представлений круглими жировими частками, що рівномірно розміщені у фіброеластичній стромі. Сполучнотканинні перетинки світлопофарбовані (гематоксилін-еозин), не фрагментовані. При облітеруючому атеросклерозі еластичні волокна більш темного забарвлення, потовщені й фрагментовані. Жирові клітини зменшені в розмірах, часточки поміщені у потовщені септи. В іншій публікації [3] подано біомеханіку жирової тканини підошви, звернуто увагу на таку важливу фізичну особливість. Згідно з законом Лапласа для тиску, напруження стінки сферичних та циліндричних структур пропорційне добутку радіусу тіла на тиск. Звідси постає, що багато маленьких сфер, поміщених у певний об'єм, більш ефективно протидіють деформації, ніж велика сфера аналогічного об'єму. При певному співвідношенні між радіусом та товщиною стінки вміст сфери стає практично недеформованим. Саме за таким принципом побудований плантарний жир. Втрата міцності та цілості стінок жирових часток, дегенерація жирових клітин погіршують механічні властивості жирової подушки п'яти.

Отримані нами результати є першими, оскільки в доступній літературі даних про механічні властивості жирової подушки п'яти при облітеруючих ангіопатіях ми не знайшли. Вірогідність нашої роботи підтверджується результатами досліджень C.-L. Wang та ін. [5], які вивчали механічні властивості пересаджених мікросудинних клаптів для реконструкції опорної поверхні стопи і встановили, що на неушкоджених стопах модуль пружності становив 1,24 кгс·см². У нашому дослідженні модуль пружності в нормі становив у середньому 1,245 кгс·см², що цілком співставимо, тим більше що кількість вимірювань різна — 58 у нашому дослідженні проти їхніх 7.

Зрозуміло, що виявлені нами зміни механічних властивостей жирової подушки п'яти відображають глибину трофічних розладів при облітеруючих ангіопатіях, однак спрямованість нашого дослідження вимагає аналізу ситуації з позицій механіки. Відомо, що такі тканини, як жирова та сполучна, — пружнов'язкі елементи, тобто мають пружні й в'язкі властивості одночасно. Залежність навантаження — деформація пружнов'язкого елемента не є лінійною. Для неї характерна наявність петлі гістерезису, яка свідчить про те, що в процесі циклу навантаження — розвантаження не вся енергія, яка була прикладена до системи при навантаженні (стисканні), зберігається для виконання роботи після припинення навантаження — для розправлення. Частина механічної енергії переходить таким чином у теплову, і ця частка буде тим більшою, чим менш еластичною буде тканина. Можливо, підвищене теплоутворення у жировій тканині плантарної поверхні стопи під час ходьби у пацієнтів із трофічними розладами є одним із важливих факторів утворення трофічних виразок. Однак це припущення потребує наукового вивчення.

Висновки

Основною механічною характеристикою жирової тканини плантарної поверхні стопи є модуль пружності (модуль Юнга), який в нормі становить 1,076-1,364 кгс·см². У хворих з хронічною критичною ішемією нижніх кінцівок 3–4 ступенів на тлі цукрового діабету та облітеруючого атеросклерозу модуль пружності перевищує значення 1,386 кгс·см². При значеннях модулю пружності вище 1,723 кгс·см² у хворих на цукровий діабет та вище 1,889 кгс·см² у хворих на облітеруючий атеросклероз збереження опороздатності нижньої кінцівки неможливе.

Таким чином, за допомогою вивчення модуля пружності жирової подушки п'яти можна діагностувати наявність трофічних розладів нижньої кінцівки та робити прогноз щодо вірогідності високої ампутації.