Changes in Coxo-Vertebral Parameters in Scoliotic Deformity of the Spine

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Considering the pathology of the spine and hip joint, it is necessary to take into account their biomechanical relationships under axial loading. Scoliotic deformity leads to the development of compensatory misalignment and inclination of the pelvis, resulting in a functional shortening of one of the lower extremities, which, in turn, leads to the formation of degenerative changes in the hip joint.
The development of degenerative changes in the hip joint depends on the degree of scoliotic deformity, taking into account changes in the sagittal and frontal balance. However, research studies state that scoliotic spinal deformity <40° did not cause a pronounced degenerative process in the hip joint area. In our review we studied and analyzed clinical and radiological data of patients operated on for 4 years at the spine surgery department of the National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden for scoliotic deformity 3-4 degrees. All patients underwent a teleroentgenogram of the spine with the capture of the upper third of the thigh in two projections. According to X-ray data, the angles of the lumbar lordosis, the inclination of the sacrum, the inclination of the pelvis, the deviation of the pelvis from the vertical, the angles of misalignment of the pelvis, the determination of the angle of inclination of the acetabulum in the vertical plane (Sharpe's angle)), sagittal and frontal balance were assessed. The presence of concomitant diseases of the hip joints was separately registered. To assess the correlation, Kendall's coefficients and Student's t-test were used. The study involved 60 patients (47 women and 13 men), aged on average 29.7. When evaluating the correlation, it was found that the Sharpe angle on the left (S) correlates with the Sharpe angle on the right (R), the Sharpe angle (R) correlates with hip dysplasia, where Lumbar lordosis (GLL) correlates with Sacral slope (SS), Sacral slope (SS) correlates with the pelvic incidence (PI). Pelvic deviation from the vertical (PT) correlates with PI, PI before surgery most strongly correlates with PI after surgery (for all values p <0.01). In addition, PI in patients with unilateral lesions of the hip joint is higher than in patients with bilateral lesions, which proves that there is no relationship between PI and GLL in this category of patients. According to the results of our study, changes in coxo-vertebral parameters did not change significantly in the pre and postoperative period, with the exception of lumbar lordosis and sagittal balance.

Full Text

Актуальность.

Сколиотическая деформация позвоночника вызывает нарушение биомеханики скелета и приводит к развитию дегенеративных изменений в суставах нижних конечностей. Наиболее часто встречается подростковый идиопатический сколиоз с 10-ти летнего возраста до полного формирования скелета [1, 2]. По данным исследований, авторы отмечают, что остеоартроз тазобедренных суставов возникал у пациентов с идиопатическим сколиозом в среднем в 0,6% случаев, а у 0,3% пациентов развился остеонекроз головки бедренной кости [3]. Тазобедренные суставы являются одним из основных звеном в формировании позвоночно-тазовых взаимоотношений и при врожденном вывихе происходит «разрыв» единой костно-суставной цепи с формированием адаптации коксо-вертебрального комплекса при вертикализации [4, 5, 6].

Впервые позвоночно-тазовые взаимоотношения описал G. Duval-Beaupere, основываясь на бароцентрометрических исследованиях [5]. На основании своих исследований он доказал, что в вертикальном положении тела центр тяжести располагается кзади от бикоксофеморальной оси [7]. Рассматривая патологию позвоночника и тазобедренного сустава, необходимо учитывать их биомеханические отношения при осевой нагрузке. Так при вертикализации сколиотическая деформация влияет на позвоночно-тазовое взаимоотношение и наклон таза является компенсаторным звеном при сагиттальном дисбалансе [8]. Из-за изменения наклона таза при сколиотической деформации возникает высокий риск формирования дегенеративных изменений в ТБС [8, 9, 10, 11].

Сколиотическая деформация позвоночника сопровождается в большинстве случаев перекосом и адаптивным наклоном таза, что приводит к укорочению одной из нижних конечностей. Изменение длины нижней конечности по этиологии можно разделить на 2 типа: анатомическое и функциональное [12, 13, 14]. Анатомическое укорочение конечности - физическое укорочение или удлинение нижней конечности из-за скелетных различий формы и длины костей нижней конечности, к примеру при дисплазии ТБС [15]. Функциональный тип определяется не только истинной длиной конечности, но и отношением проксимального отдела бедра, головки бедренной кости и вертлужной впадины. Функциональное укорочение конечности может возникать при сколиотической деформации, когда при одинаковой длине нижних конечностей создается видимость разницы длины ног [16].

Так проблема возникновения реактивного сколиоза в следствии функционального укорочения нижней конечности, из-за патологии ТБС, решается лечением патологии тазобедренного сустава [17]. Развития дегенеративных изменений тазобедренного сустава зависит от степени сколиотической деформации с учетом нарушения сагиттального и фронтального баланса. Исследования авторов указывают на то, что сколиотическая деформация позвоночника <40° не вызывала выраженного дегенеративного процесса в области ТБС [18]. В нашем обзорном исследовании мы изучили и проанализировали изменения коксо-вертебральных параметров при сколиотической деформации позвоночника 3 и 4 степени.

Описание серии наблюдений.

В исследовании приняли участие больные со сколиотической деформацией позвоночника прооперированных в НМИЦ ТО им Р.Р. Вредена на отделениях хирургии позвоночника за 4 года. В исследование были включены ранее не оперированные пациенты, которым в до и послеоперационном периоде были проведены телерентгенограммы позвоночника с захватом верхних третей бедренных костей в двух проекциях. Выполнена оценка сагиттального и фронтального балансов, изменения параметров поясничного лордоза, наклона крестца, наклона таза, отклонение таза от вертикальной линии, а также перекос таза и угол Шарпа, в до и после операционном периодах

Методы обследования:

1) Клинический (неврологический осмотр, ортопедический осмотр);

2) Лучевая диагностика:

- рентгенологический метод исследования.

-Инструментальный (применение угломера для определения сколиотической деформации позвоночника, поясничного лордоза, наклона крестца, наклона таза, отклонение таза от вертикали, углов перекоса и наклона таза, определения угла наклона вертлужной впадины в вертикальной плоскости (угол Шарпа)). (рис. 1)

 

Рис. 1. Телерентгенограммы позвоночника - в прямой проекции (а, б – определение углов сколиотической деформации во фронтальной плоскости, перекоса таза, угла Шарпа, оценка фронтального баланса), в боковой проекции (с – определение углов поясничного лордоза (GLL), отклонения таза от вертикальной линии (PT), наклона таза (PI), наклона крестца (SS), сагиттального баланса).

Fig: 1. Teleradiograms of the spine - in frontal projection (a, b - determination of the angles of scoliotic deformity in the frontal plane, pelvic misalignment, Sharpe angle, assessment of the frontal balance), in the lateral projection (c - determination of the angles of lumbar lordosis (GLL), pelvic deviation from the vertical line (PT), pelvic tilt (PI), sacral tilt (SS), sagittal balance).

Результаты.

Нами были проанализированы данные 60 пациентов (47 мужчин и 13 женщин) средний возраст которых составил 29,7 лет (± 10,6) (Рис 2.).

 

Рис 2. Возрастные параметры пациентов участвующих в исследовании.

Fig 2. Age parameters of patients participating in the study.

У пациентов отмечалась сколиотическая деформацией позвоночника с средним углом искривления 63,05 (σ =1,94) градусов. По уровню формирования сколиотической деформации: в грудном отделе позвоночника – 36 больных, в поясничном отделе позвоночника – 10 больных, деформация в области грудного и поясничного отделов позвоночника – 14 больных.

В нашем исследовании у части пациентов со сколиотической деформацией позвоночника прослеживалась патология ТБС. Коксартроз 1 степени отмечался у 5 больных, 2 степени – у 4 больных, coxa vara - у 1 больного, coxa valga – у 3 больных. Дисплазия тазобедренного сустава выявляется еще в раннем возрасте, и такие больные получают консервативное или оперативное лечение, в зависимости от тяжести и сроков выявления заболевания [19]. С учетом развития детской ортопедической помощи, распространенность дисплазии тазобедренного сустава среди взрослого населения, весьма сложно оценить из-за отсутствия корректной выборки пациентов [20]. Однако в нашем исследовании у 7 больных выявлена дисплазия тазобедренного сустава.

Величина поясничного лордоза, его уплощение или гиперлордоз, влияет на формирование дегенеративных изменений в переднем или заднем опорных комплексах позвоночно-двигательного сегмента [24]. Известно, что лордоз поясничного отдела позвоночника тем больше, чем больше угол PI. В свою очередь вертикальная осанка характеризуется углами SS, PI и GLL. Таким образом, изменение одного из углов приводит к изменениям распределения нагрузки по опорно-двигательному аппарату при вертикализации тела. Учитывая показатели нормы коксо-вертебрального комплекса: SS=40±8, PT=13±6, PI=55±10, GLL=60±13 позволяет нам выполнять оценку углов в до- и в послеоперационном Rg контроле нашего исследования.

Статистическую выборку мы проводили, используя ранговый коэффициент корреляции Кендалла, где приближение значения коэффициента к 1 говорит о высоком уровне корреляции и согласованности измеряемых параметров. Оценивалась корреляция углов Шарпа. Угол Шарпа слева (S) коррелирует с углом Шарпа справа (R), где p<0,01 (коэффициент корреляции = 0,395). Угол Шарпа (R) коррелирует с дисплазией тазобедренного сустава, где p<0,01 (коэффициент = 0,283). Поясничный лордоз (GLL) коррелирует с SS, где p<0,01 (коэффициент = 0,446). Наклон крестца (SS) коррелирует с наклоном таза (PI), где p<0,01 (коэффициент 0,325). Отклонение таза от вертикали (PT) коррелирует с PI, где p<0,01 (коэффициент 0,550). PI до хирургического вмешательства наиболее сильно коррелирует с PI после оперативного лечения, где p<0,01 (коэффициент = 0,883 (сильная корреляция)).

Для парных выборок использовался непараметрический T критерий Стьюдента. Была выявлена корреляция на уровне тенденций только при сравнении значений сагиттального баланса (SVA) до и после хирургического лечения (p=0,08).

Проводилось исследование параметров поясничного лордоза, угла наклона крестца, угла наклона таза, отклонение таза от вертикальной линии в до- и послеоперационном периодах (рис 3.).

 Рисунок 3. Изменение коксо-вертебрального комплекса до и после операции.

Fig.3Changes in the coxo-vertebral complex before and after surgery.

По данным статической обработки параметров коксо-вертебрального комплекса в до- и послеоперационном периодах выявлено не значимое изменение показателей.

При дисплазии ТБС или прогрессирующем коксартрозе отмечается смещение центров вращения головок бедренных костей, что приводит к нарушению позвоночно-тазовых взаимоотношений. Избыточный наклон крестца приводит к гиперлордозу и смещению бикоксофеморальной линии назад, а центра тяжести вперед [25, 26]. Угол наклона таза (PI) у пациентов с односторонним поражением ТБС больше, чем у пациентов с двусторонним, что доказывает отсутствие взаимосвязи PI и глобального поясничного лордоза (GLL) у данной категории пациентов [26]. В нашем исследовании проведена статистическая обработка параметров коксо-вертебрального комплекса при коксартрозе и отсутствии патологии ТБС (рис 4.). По нашим данным изменения параметров в до- и послеоперационном периоде не значимое.

 

Рис 4. Оценка параметров коксо-вертебрального комплекса при сколиотической деформации позвоночника в сочетании с коксартрозом и при отсутствии патологии тазобедренного сустава в до- и послеоперационном периодах. ( N- Норма, D- дисплазия)

Fig 4. Estimation of the parameters of the coxo-vertebral complex in scoliotic deformity of the spine in combination with coxarthrosis and in the absence of pathology of the hip joint in the pre- and postoperative periods. (N- Normal, D- dysplasia)

Заключение.

По нашим данным, изменения коксо-вертебральных параметров в до- и послеоперационном периодах у больных сколиотической деформацией позвоночника не изменяются за исключением поясничного лордоза, сагиттального баланса. Изменение поясничного лордоза отмечалось при коррекции сколиотической деформации с захватом металлоконструкцией поясничного или пояснично-крестцового отделов. По данным нашего исследования изменения угла наклона таза, отклонение таза от вертикальной линии, угла наклона крестца, угла Шарпа существенно не изменяются в послеоперационном периоде.

Более высокая частота дегенеративных изменений в области ТБС наблюдается в популяции с ранним развитием сколиоза (возраст до 10 лет) и может быть объяснена тем фактом, что у этих пациентов могут ещё быть такие патологии, как спинальная мышечная атрофия, несовершенный остеогенез, синдром Марфана, аномалии развития позвонков (полупозвонок, бабочковидный позвонок, нарушение сегментации, конкрессценция) и т. д. [2, 21, 22, 23], однако данный вопрос требует дальнейшего изучения.

×

About the authors

Yuriy Yu. Polyakov

“National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden” of the Ministry of Health of the Russian Federation.

Email: polyakovspb@ya.ru
ORCID iD: 0000-0003-4149-9322

Ph.D.

Russian Federation, 195427 Russian Federation, St. Petersburg, st. Ak. Baykova, 8;

Dmitriy A. Ptashnikov

“National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden” of the Ministry of Health of the Russian Federation;
«North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov».

Email: drptashnikov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5765-3158
SPIN-code: 7678-6542

доктор медицинских наук, профессор, заведующий отд. №18, заведующий кафедрой травматологии и ортопедии, ВПХ с курсом стоматологии

Russian Federation, 195427 Russian Federation, St. Petersburg, st. Ak. Baykova, 8; 191015, Russian Federation, St. Petersburg, st. Kirochnaya, 41

Shamil Sh. Magomedov

“National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden” of the Ministry of Health of the Russian Federation.

Email: dr.shamil@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5706-6228
SPIN-code: 3481-1899

Ph.D.
Russian Federation, 195427 Russian Federation, St. Petersburg, st. Ak. Baykova, 8;

Pavel G. Mytyga

“National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden” of the Ministry of Health of the Russian Federation.

Author for correspondence.
Email: paveji.official@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4386-9780
SPIN-code: 6853-3113

Clinical resident

Russian Federation, 195427 Russian Federation, St. Petersburg, st. Ak. Baykova, 8;

References

  1. Menger RP, Kalakoti P, Pugely AJ, Nanda A, Sin A. Adolescent idiopathic scoliosis: risk factors for complications and the effect of hospital volume on outcomes. Neurosurg Focus. 2017;43(4):E3. doi: 10.3171/2017.6.FOCUS17300
  2. Hresko MT. Clinical practice. Idiopathic scoliosis in adolescents. N Engl J Med. 2013;368(9):834-841. doi: 10.1056/NEJMcp1209063
  3. Segreto FA, Vasquez-Montes D, Brown AE, et al. Incidence, trends, and associated risks of developmental hip dysplasia in patients with Early Onset and Adolescent Idiopathic Scoliosis. J Orthop. 2018;15(3):874-877. Published 2018 Aug 15. doi: 10.1016/j.jor.2018.08.015
  4. Gryazeva E.D., Zheltkov V.I., Portnenko I.A., Tolkachev P. I. Kinematic model of human movement and identification of its parameters. Bulletin of the Tula State University. Natural Sciences,2013;2(2); 107-111.
  5. Duval-Beaupère G, Robain G. Visualization on full spine radiographs of the anatomical connections of the centres of the segmental body mass supported by each vertebra and measured in vivo. Int Orthop. 1987;11(3):261-269. doi: 10.1007/BF00271459
  6. Legaye J, Duval-Beaupère G, Hecquet J, Marty C. Pelvic incidence: a fundamental pelvic parameter for three-dimensional regulation of spinal sagittal curves. Eur Spine J. 1998;7(2):99-103. doi: 10.1007/s005860050038
  7. Duval-Beaupere G, Boisaubert B, Hecquet J, Legaye J, Marty C, Montigny J. Sagittal profile of normal spine changes in spondylolisthesis. In: Harms J., Stürz H., editors. Severe spondylolisthesis. Heidelberg: Springer; Steinkopff; 2002. pp. 21–32.
  8. Nielsen E, Goldstein RY. Adolescent spine patients have an increased incidence of acetabular overcoverage. J Hip Preserv Surg. 2018;5(2):131-136. Published 2018 Mar 9. doi: 10.1093/jhps/hny004
  9. Henebry A, Gaskill T. The effect of pelvic tilt on radiographic markers of acetabular coverage. Am J Sports Med. 2013;41(11):2599-2603. doi: 10.1177/0363546513500632
  10. Buckland AJ, Vigdorchik J, Schwab FJ, et al. Acetabular Anteversion Changes Due to Spinal Deformity Correction: Bridging the Gap Between Hip and Spine Surgeons. J Bone Joint Surg Am. 2015;97(23):1913-1920. doi: 10.2106/JBJS.O.00276
  11. Crawford RW, Murray DW. Total hip replacement: indications for surgery and risk factors for failure. Ann Rheum Dis. 1997;56(8):455-457. doi: 10.1136/ard.56.8.455
  12. Blake RL, Ferguson H. Limb length discrepancies. J Am Podiatr Med Assoc. 1992;82(1):33-38. doi: 10.7547/87507315-82-1-33
  13. Mannello DM. Leg length inequality. J Manipulative Physiol Ther. 1992;15(9):576-590.
  14. Smith CF. Instantaneous leg length discrepancy determination by "thigh-leg" technique. Orthopedics. 1996;19(11):955-956.
  15. Brady R.J., Dean J.B., Skinner T.M., Gross M.T. Limb length inequality: clinical implications for assessment and intervention. J Orthop Sports Phys Ther. 2003;33(5):221.
  16. Hoikka V., Vankka E., Tallroth K., Paavilainen T., Lindholm T.S. Leg length inequality in total hip replacement. Ann Chir Gynaecol. 1991;80(4):396.
  17. Chowdhry M., Ko L.M., Franklin C., and Parvizi J. Reactive scoliosis: a challenging phenomenon in adolescent patients with hip arthritis Arthroplast Today. 2017 Sep; 3(3): 160–163.
  18. Mahaudens P, Detrembleur C, Mousny M, Banse X. Gait in thoracolumbar/lumbar adolescent idiopathic scoliosis: effect of surgery on gait mechanisms. Eur Spine J. 2010; 19:1179–1188.
  19. Yusupov K.S. Morpho-biomechanical substantiation of the choice of the method of total arthroplasty for various types of dysplastic coxarthrosis: author of the thesis of the candidate of medical sciences. - Saratov, 2014. 24
  20. Crowe JF, Mani VJ, Ranawat CS. Total hip replacement in congenital dislocation and dysplasia of the hip. J Bone Joint Surg Am. 1979;61(1):15-23.
  21. Rinsky L.A., Gamble J.G. Adolescent idiopathic scoliosis. West J Med. 1988;148(2):182–191.
  22. Gillingham B.L., Fan R.A., Akbarnia B.A. Early onset idiopathic scoliosis. J Am Acad Orthop Surg. 2006;14(2):101–112.
  23. Samdani A.F., Betz R.R. CHAPTER 6 - infantile and juvenile idiopathic scoliosis. Surgical Management of Spinal Deformities; Philadelphia: 2009. 89–96.
  24. Prodan A.I., Khvisyuk A.N. CORRELATION BETWEEN SAGITTAL SPINOPELVIC BALANCE PARAMETERS AND DEGENERATIVE CHANGES OF THE LOWER LUMBAR SPINAL SEGMENTS. Hirurgiâ pozvonočnika (Spine Surgery). 2007;(1):044-051.
  25. Matsuyama Y, Hasegawa Y, Yoshihara H, et al. Hip-spine syndrome: total sagittal alignment of the spine and clinical symptoms in patients with bilateral congenital hip dislocation. Spine (Phila Pa 1976). 2004;29(21):2432-2437. doi: 10.1097/01.brs.0000143671.67779.14
  26. Vaz G, Roussouly P, Berthonnaud E, Dimnet J. Sagittal morphology and equilibrium of pelvis and spine. Eur Spine J. 2002;11(1):80-87. doi: 10.1007/s005860000224

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Polyakov Y.Y., Ptashnikov D.A., Magomedov S.S., Mytyga P.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies