Vol. 1/2002 Nr 1 Endokrynologia Pediatryczna Pediatric Endocrinology Zależność gęstości mineralnej kręgosłupa lędźwiowego od wieku, wzrostu i masy ciała u dziewcząt w okresie dojrzewania orrelation of lumbar bone mineral density with age, height and body mass in pubertal girls 1 Ewa Małecka-Tendera, 1 Paweł Matusik, 2 Edward Franek, 3 Katarzyna Klimek 1 Katedra i Klinika Endokrynologii i Diabetologii Dziecięcej Śląskiej M w Katowicach 2 Katedra i Klinika Nefrologii, Endokrynologii i horób Przemiany Materii Śląskiej M w Katowicach 3 Katedra iologii Molekularnej, iochemii i iofarmacji Wydziału Farmaceutycznego Śląskiej M w Sosnowcu dres do korespondencji: Prof. dr hab. n. med. Ewa Małecka-Tendera, Katedra i Klinika Endokrynologii i Diabetologii Dziecięcej Śląskiej M w Katowicach Górnośląskie entrum Zdrowia Dziecka i Matki ul. Medyków 16, 40-752 Katowice, tel. 32 202 37 62, fax: 32 207 16 53, e-mail: ewt@box43.gnet.pl Słowa kluczowe: gęstość mineralna kości, kręgosłup lędźwiowy, dziewczęta, pokwitanie Key words: one mineral density, lumbar spine, pubertal girls STRESZZENIE/STRT Wstęp. Tkanka kostna zwiększa swoją masę wraz z rozwojem dziecka, a jej szczytowa wartość przypada na koniec okresu dojrzewania. Pomiary densytometryczne dokonywane w wieku rozwojowym są zawsze odnoszone do wieku i płci badanego, jednak dzieci w tym samym wieku mogą w zależności od wzrostu i masy ciała różnić się rozmiarem kości. Materiał i metody. W pracy zbadano zawartość tkanki kostnej (M) i gęstość mineralną (MD) lędźwiowego odcinka kręgosłupa L2-L4 u 45 zdrowych dziewcząt w średnim wieku 14,4±1,6 lat. Obliczono również objętościową gęstość mineralną (vmd). Zbadano zależność MD, M i vmd od wieku, wzrostu, masy ciała i MI. Wyniki. Wykazano statystycznie istotną zależność M i MD od wieku, wzrostu, masy ciała i MI u dziewcząt. Średnia M wynosiła 40,0±10,8 g, a średnia MD 1,03±0,15g/cm 2. Wykazano również statystycznie istotną zależność vmd od wieku wzrostu, masy ciała i MI u dziewcząt jednak przy niższych współczynnikach korelacji. Średnia wartość vmd wynosiła 0,34±0,04 g/cm 3. Wnioski. Wyniki pracy wskazują na istotną zależność uzyskiwanych wartości densytometrycznych nie tylko od wieku, ale również od wzrostu i masy ciała badanych dzieci. Obliczenie objętościowej MD zmniejsza błąd wynikający z różnicy w wymiarach kości. Introduction. one mass normally increases throughout childhood, reaching peak levels by late adolescence. Measurements of bone mineral density (MD) and bone mineral content (M) in children are adjusted for age and sex but these parameters may not correlate with body size. Material and methods. M and MD of the lumbar spine L2-L4 were estimated by DEX in 45 healthy girls in the mean age of 14.4±1.6 years. Volumetric bone mineral density (vmd) was calculated from the volume of lumbar bodies. MD, M and vmd were correlated with age, height, weight and MI of the girls. Results. Significant correlation with age, height, weight and MI was found for M and MD. Mean M was Vol. 1/2002, Nr 1 9
Prace oryginalne Endokrynol. Ped., 2002;1(1):9-15 40,0±10,8 g and mean MD was 1.03±0.15g/cm 2. vmd also correlated significantly with age, height, weight and MI but correlation coefficient values for height, weight and MI were lower than those for M and MD. Mean vmd was 0.34±0.04 g/cm 3. onclusion. It is concluded that densitometric data obtained from DEX are much influenced by weight and height of subjects in the same age. alculation of volumetric MD diminishes the erroneous effect of bone size on areal MD. Wstęp Prawidłowy proces wzrastania i dojrzewania człowieka warunkuje, między innymi, uzyskanie odpowiednio wysokiej masy kostnej. Szczytowa masa kostna (PM peak bone mass) jest uzyskiwana pod koniec okresu dojrzewania [1, 2] i podlega wpływowi różnorakich czynników. W świetle ostatnich badań istotną rolę mogą tutaj odgrywać czynniki genetyczne [3, 4] oraz dietetyczne [5-7]. Na kształtowanie PM bezsporny wpływ ma także odpowiednia aktywność fizyczna w wieku rozwojowym [8, 9]. Wielu autorów podkreśla różnice etniczne w wartościach PM [10, 11]. Metodą oceniającą stopień mineralizacji tkanki kostnej jest badanie densytometryczne. Za złoty standard w badaniach densytometrycznych uważa się metodę absorpcjometrii podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEX Dual Energy X ray bsorptiometry), która wykorzystuje lampę rentgenowską emitującą wiązkę o dwóch energiach. Metoda ta pozwala na uzyskanie wysokiej powtarzalności kolejnych pomiarów, a dawka napromieniowania jest niska i nie przekracza 1 mrema. System pozwala na wykonanie pomiaru gęstości kostnej zarówno całego ciała, jak i odcinka lędźwiowego kręgosłupa, szyjki kości udowej, przedramienia i kości piętowej [12, 13]. Uzyskane bezpośrednio wyniki badania densytometrycznego metodą DEX są przedstawiane jako zawartość minerału tkanki kostnej (M bone mineral content) w gramach lub jako gęstość mineralna kości (MD bone mineral density) w g/cm 2 [13]. W sposób pośredni można uzyskać tzw. objętościową gęstość tkanki kostnej (vmd volumetric bone mineral density) w g/cm 3. Można ją obliczyć za pomocą odpowiednich wzorów zakładając, że oceniana struktura kostna jest zbliżona kształtem do brył geometrycznych (np. trzon kręgu do sześcianu, szyjka kości udowej do walca) [14, 15]. Interpretacja wyników badania densytometrycznego metodą DEX u dzieci jest trudna ze względu na zależność bezpośrednio uzyskanych wyników od wielkości badanego kośćca, a więc budowy konstytucjonalnej dziecka. elem pracy była ocena zależności pomiędzy gęstością mineralną tkanki kostnej a parametrami rozwoju fizycznego (wzrost, waga, wskaźnik masy ciała MI) oraz wiekiem w grupie dziewcząt w okresie pokwitaniowym. Materiał i metodyka adaniem objęto grupę 45 dziewcząt w wieku od 10,3 do 17,3 lat (średnio ± 14,4 ± 1,6 SD lat). Zastosowano następujące kryteria włączenia: 1) zgoda dziecka i jego opiekuna prawnego na badanie; 2) brak schorzeń i terapii wpływających na metabolizm tkanki kostnej; 3) wiek kostny ± 1 rok w stosunku do kalendarzowego; 4) dojrzałość płciowa: minimum II stopień wg Tannera. U wszystkich dziewczynek dokonano trzykrotnego pomiaru masy ciała na elektronicznej wadze lekarskiej z dokładnością do ± 100 g oraz wzrostu z dokładnością do 0,5 cm z użyciem dołączonego do wagi przyrządu pomiarowego. Dzieci ważono i mierzono bez butów, w bieliźnie osobistej, a przyrządy pomiarowe przed każdym pomiarem tarowano. Z uzyskanych trzech pomiarów obliczano średnie wartości wysokości i masy ciała, na podstawie których obliczano wskaźnik masy ciała (MI) według wzoru: MI = masa ciała w kg/wysokość ciała w m 2. Dojrzałość płciową określano na podstawie stopnia rozwoju owłosienia płciowego i gruczołów sutkowych. Oceny wieku kostnego dokonywano metodą Greulicha i Pyla. Obu ocen dokonywała za każdym razem ta sama osoba (E.M.T.). U wszystkich badanych dziewcząt wykonano pomiar gęstości masy kostnej metodą absorpcjome- 10
Małecka -Tendera E. i inni Zależność gęstości mineralnej kręgosłupa... trii podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEX) przy użyciu aparatu Lunar DPXL. Pomiaru gęstości tkanki kostnej dokonywano w odcinku lędźwiowym kręgosłupa (L2-L4) w pozycji przednio tylnej i bocznej. Wyniki badania densytometrycznego zostały przedstawione jako zawartość minerału tkanki kostnej (M L2-L4 bone mineral content L2-L4) w gramach oraz jako gęstość mineralna kości (MD L2-L4 bone mineral den- sity L2-L4) w g/cm 2. Obliczono także objętościową gęstość tkanki kostnej (vmd L2-L4 volumetric bone mineral density L2-L4) w g/cm 3, korzystając ze wzoru podanego przez Krogera i wsp. [15]: vmd = MD x 4/(π x w), przy założeniu, że odcinek lędźwiowy kręgosłupa jest walcem, a wartość w jest średnicą podstawy walca. Wszystkie pomiary densytometryczne wykonane zostały w Pracowni Densytometrycznej Kliniki Nefrologii, Endokrynologii i horób Metabolicznych ŚM przez jedną osobę (E.F.). Zastosowano analizę regresji i korelacji do zbadania zależności między parametrami densytometrycznymi a wzrostem, masą ciała, MI oraz wiekiem badanych dziewcząt. nalizy wykonano przy użyciu profesjonalnego pakietu procedur statystyczno-graficznych STTISTI 5.0 PL. Na przeprowadzenie badań uzyskano zgodę Komisji ioetycznej przy Śląskiej kademii Medycznej. Wyniki Zawartość tkanki kostnej w odcinku L2-L4 w badanej grupie dziewcząt wynosiła średnio 40,0 Ryc. 1. Proste regresji i korelacje pomiędzy M, MD i vmd odcinka L2-L4 kręgosłupa i masą ciała badanych dziewcząt. Fig. 1. Regression lines and correlations between L2-L4 M, MD and vmd ap spine results and body weight of examined girls. Ryc. 2. Proste regresji i korelacje pomiędzy M, MD i vmd odcinka L2-L4 kręgosłupa i wzrostem badanych dziewcząt. Fig. 2. Regression lines and correlations between L2-L4 M, MD and vmd ap spine results and body height of examined girls. 11
Prace oryginalne ± 10,8 g, średnia gęstość mineralna kości 1,03 ± 0,15 g/cm 2, objętościowa gęstość mineralna kości w badanym odcinku kręgosłupa średnio 0,34 ± 0,04 g/cm 3. Masa ciała a wskaźniki densytometryczne odcinka L2-L4 kręgosłupa Wszystkie wskaźniki densytometryczne odcinka L2-L4 kręgosłupa korelowały dodatnio w sposób znamienny statystycznie z masą ciała badanych dziewcząt. M L2-L4 oraz MD L2-L4 korelowały z masą ciała badanych dziewcząt na tym samym poziomie istotności (p < 0,001) przy współczynnikach korelacji r = 0,708 dla M i r = 0,664 dla MD. Objętościowa gęstość mineralna w odcinku L2-L4 (vmd L2-L4) korelowała z masą ciała z najniższą znamiennością (p < 0,01) i z najniższym współczynnikiem korelacji r = 0,454 (ryc. 1). Endokrynol. Ped., 2002;1(1):9-15 Wzrost a wskaźniki densytometryczne odcinka L2-L4 kręgosłupa Obliczone korelacje pomiędzy M i MD a wzrostem badanych dziewcząt były istotne statystycznie (p < 0,0001) przy współczynnikach korelacji odpowiednio r = 0,699 i r = 0,598. Najmniej zależna od wzrostu pozostawała vmd L2-L4, dla której współczynnik korelacji wynosił 0,354 przy poziomie istotności p < 0,01 (ryc. 2). Wskaźnik masy ciała (MI) a wskaźniki densytometryczne odcinka L2-L4 kręgosłupa W korelacji parametrów densytometrycznych z MI najniższy współczynnik korelacji r = 0,321 przy znamienności statystycznej p < 0,01 uzyskano dla vmd L2-L4. Współczynnik korelacji dla M L2-L4 wynosił r = 0,402, a dla MD Ryc. 3. Proste regresji i korelacje pomiędzy M, MD i vmd odcinka L2-L4 kręgosłupa i MI badanych dziewcząt. Fig. 3. Regression lines and correlations between L2-L4 M, MD and vmd ap spine results and MI of examined girls. Ryc. 4. Proste regresji i korelacje pomiędzy M, MD i vmd odcinka L2_L4 kręgosłupa i wiekiem badanych dziewcząt. Fig. 4. Regression lines and correlations between L2-L4 M, MD and vmd ap spine results and the age of examined girls. 12
Małecka -Tendera E. i inni Zależność gęstości mineralnej kręgosłupa... L2-L4 r = 0,422, przy poziomie istotności p < 0,001 (ryc. 3). Wiek a wskaźniki densytometryczne odcinka L2-L4 kręgosłupa Wszystkie wskaźniki densytometryczne odcinka L2-L4 kręgosłupa korelowały na tym samym poziomie znamienności statystycznej z wiekiem badanych dziewcząt. Poziom istotności dla wszystkich parametrów wynosił p < 0,001, a współczynniki korelacji były zbliżone: r = 0,492 dla M, r = 0,539 dla MD i r = 0,504 dla vmd (ryc. 4). Dyskusja Postępowaniem diagnostycznym z wyboru w ocenie stopnia mineralizacji tkanki kostnej zarówno u osób dorosłych, jak i w wieku rozwojowym jest badanie DEX [12]. Zawartość minerału kostnego M najsilniej wzrasta w okresie przedpokwitaniowym [16, 17]. Szczytowy przyrost M u dziewcząt jest związany z pierwszą miesiączką i występuje rok później niż szczytowe tempo wzrostu [18, 19, 20]. Następnie obserwuje się wyraźny spadek przyrostu tego parametru [21, 22]. M wykazuje największą zależność od parametrów antropometrycznych [23]. Znamienną korelację M w odcinku L2-L4 ze wskaźnikiem masy ciała MI oraz wskaźnikiem talia biodro WHR w grupie badanych kobiet wykazali Zonenberg i wsp. [24]. Parametrem lepiej oddającym rzeczywisty stan mineralizacji kości jest gęstość mineralna tkanki kostnej MD, wyrażona w g/cm 2. Największy przyrost MD obserwuje się u dziewcząt w okresie od 11 do 14 roku życia (r.ż.), natomiast gwałtownie spada on w okresie od 14 do 15 r.ż., co przypada na około 2-4 rok po pierwszej miesiączce. Po 17 r.ż. roczny przyrost MD przestaje być znamienny statystycznie [22, 25]. W ocenianej grupie dziewcząt bezpośrednio uzyskiwane parametry densytometryczne (M i MD) korelowały z taką samą znamiennością ze wszystkimi ocenianymi parametrami. Uzyskane współczynniki korelacji były niższe dla MD w odniesieniu do masy ciała i wzrostu badanych dziewcząt. Parametrem bardzo użytecznym, zwłaszcza w pediatrii, a wyznaczanym w sposób pośredni jest objętościowa gęstość mineralna tkanki kostnej (vmd) [14, 15]. ezpośredni pomiar vmd jest możliwy tylko za pomocą ilościowej tomografii komputerowej (Quantitative omputed Tomography QT), metody trudno dostępnej i obarczonej 60-krotnie większą dawką ekspozycyjną na promieniowanie rentgenowskie niż metoda DEX [12]. Objętościowa gęstość mineralna tkanki kostnej ma tę zaletę, że w najmniejszym stopniu jest zależna od parametrów antropometrycznych. W swojej pracy Katzman i wsp. wykazali najsilniejszą korelację z parametrami antropometrycznymi dla M; parametr ten osiągał plateau u dziewcząt w wieku 16 lat, MD i vmd korelowały w mniejszym stopniu [26]. Przeprowadzone badanie wykazało najmniejszą zależność objętościowej gęstości mineralnej tkanki kostnej od parametrów antropometrycznych. vmd uzyskiwała najniższe współczynniki korelacji przy najniższej istotności statystycznej w odniesieniu do wykładników rozwoju fizycznego badanych dziewcząt. Stopień korelacji z wiekiem badanych dziewcząt był natomiast zbliżony do wartości uzyskiwanych dla M i MD. Objętościowa gęstość mineralna kości vmd ma największe znaczenie w późniejszym okresie dojrzewania, ponieważ najbardziej wzrasta w okresie od III do V stopnia wg Tannera i w wieku 17 lat dziewczęta osiągają 90-97% vmd swoich matek [17, 18]. Odpowiedni przyrost vmd w tym okresie jest ściśle związany ze stężeniami estradiolu i w dużym stopniu warunkuje uzyskanie prawidłowej szczytowej masy kostnej [25, 27]. W okresie przedpokwitaniowym M nie koreluje ze stężeniami hormonów płciowych [16]. Wydaje się więc, że objętościowa gęstość mineralna kości vmd jest najbardziej przydatna w ocenie stopnia mineralizacji kośćca u młodych dziewcząt. Według aroncelli i wsp. [28] vmd wykazuje także największą przydatność w monitorowaniu skuteczności terapii hormonem wzrostu u dzieci z niedoborem tego hormonu. 13
Prace oryginalne Endokrynol. Ped., 2002;1(1):9-15 U dzieci, zwłaszcza w wieku dojrzewania, najczęstszym miejscem pomiarowym jest odcinek L2- L4 kręgosłupa lędźwiowego, ponieważ w tym okresie stwierdza się głównie wzrost szkieletu osiowego i nie występują jeszcze zmiany zwyrodnieniowe kręgosłupa mogące zawyżać uzyskiwane wartości densytometryczne [29]. Wykorzystanie badania DEX odcinka lędźwiowego kręgosłupa do obliczenia vmd jest w tym wieku najdokładniejszą pośrednią metodą oceny rzeczywistej gęstości tkanki kostnej. Wnioski 1. U dziewcząt w wieku pokwitaniowym wszystkie parametry densytometryczne uzyskiwane w badaniu DEX znamiennie korelują z wiekiem, wzrostem i masą ciała oraz wskaźnikiem masy ciała. 2. Objętościowa gęstość tkanki kostnej (vmd) jest najbardziej obiektywnym parametrem oceniającym stopień mineralizacji tkanki kostnej w okresie rozwojowym. 3. Przy interpretacji wyników densytometrii oprócz wieku i płci winno się uwzględniać również wzrost i masę ciała badanych dzieci. PIŚMIENNITWO/REFERENES [1] Matcovic V., Jelic T., Wardlaw G. M. et al.: Timing of peak bone mass in caucasian females and its implication for the prevention of osteoporosis. J. lin. Invest. 1994:93, 799-808. [2] Rubin K.: Pubertal development and bone. urr Opin Endocrinol Diabetes 2000:7, 65-70. [3] Magarey. M., oulton T. J.., hatterton. E. et al.: Familial and environmental influences on bone growth from 11-17 years. cta Paediatr. 1999:88, 1204-1210. [4] Soyka L.., Fairfield W. P., Klibanski.: Hormonal determinants and disorders of peak bone mass in children. JE&M 2000: 85, 3951-3963. [5] oot. M., Ridder. J., Pols H.. P. et al.: one mineral density in children and adolescents: Relation to puberty, calcium intake, and physical activity. JE&M 1997:82, 57-62. [6] Johnston.., Miller J. Z., Slemenda. W.: alcium supplementation and increases in bone mineral density in children. N. Engl. J. Med. 1992:327, 82-87. [7] Weaver. M., Peacock M., Johnston..: dolescent nutrition in the prevention of postmenopausal osteoporosis. JE&M 1999:84, 1839-1843. [8] ourtiex D., Lespessailles E., Jaffre. et al.: one mineral acquisition and somatic development in highly trained girl gymnasts. cta Paediatr. 1999:88, 803-808. [9] Jones G., Dwyer T.: one mass in prepubertal children: gender differences and the role of physical activity and sunlight exposure. JE&M 1998:83, 4274-4279. [10. achrach L. K., Hastie T., Wang M..: one mineral acquisition in healthy sian, Hispanic, lack, and aucasian youth: longitudinal study. JE&M 1999:84, 4702-4712. [11. Gilsanz V., Roe T. F., Mora S.: hanges in vertebral bone density in black girls and white girls during childhood and puberty. N. Engl. J. Med. 1991:325, 1597-1600. [12] Konstantynowicz J., Piotrowska-Jastrzębska J. D.: adania densytometryczne w populacji wieku rozwojowego. Klinika Pediatryczna 1999:2, 220-224. [13] Marowska J., Prószyńska K.: iochemiczne markery przebudowy kości. [w:] Postępy w diagnostyce i monitorowaniu leczenia metabolicznych schorzeń kostnych. Red. Lorenc R. S., Instytut Pomnik entrum Zdrowia Dziecka Warszawa 1998. [14] aroncelli G. I., Saggese G.: ritical ages and stages of puberty in the accumulation of spinal and femoral bone mass: The Validity of one Mass Measurements. Horm. Res. 2000:54, suppl. 1, 2-8. [15] Kroger H., Kotaniemi., Vainio P., lhava E.: one densitometry of the spine and femur in children by dual-energy X-ray absorptiometry. one Miner 1992:17, 75-85. [16] Lloyd T., Rollings N., ndon M..: Determinants of bone density in young women. I. Relationships among pubertal development, total body bone mass, and total body bone density in premenarchal females. JE&M 1992:75, 383-387. [17] Magarey. M., oulton T. J.., hatterton. E. et al.: one growth from 11 to 17 years: relationship to growth, gender and changes with pubertal status including timing of menarche. cta Paediatr. 1999:88, 139-146. [18] Del Rio L., arrascosa., Pons F.: one mineral density of the lumbar spine in white Mediterranean Spanish children and 14
Małecka -Tendera E. i inni Zależność gęstości mineralnej kręgosłupa... adolescents: hanges Related to ge, Sex, and Puberty. Pediatr. Res. 1994:35, 362-366. [19] Glastre., raillon P., David L.: Measurement of bone mineral content of the lumbar spine by dual energy X-Ray absorptiometry in normal children: orrelations with growth parameters. JE&M 1990:70, 1330-1333. [20] McKay H.., ailey D.., Mirwald R. L.: Peak bone mineral accrual and age at menarche in adolescent girls: 6-year longitudinal study. J. Pediatr. 1998:133, 682-687. [21] Molgaard., Thomsen. L., Prentice.: Whole body bone mineral content in healthy children and adolescents. rch. Dis. hild. 1997:76, 9-15. [22] Theintz G., uchs., Rizzoli R.: Longitudinal monitoring of bone mass accumulation in healthy adolescents: Evidence for a marked reduction after 16 years of age at the levels of lumbar spine and femoral neck in female subjects. JE&M 1992: 75, 1060-1065. [23] Molgaard., Thomsen. L., Michaelsen K. F.: Influence of weight, age and puberty on bone size and bone mineral content in healthy children and adolescents. cta Paediatr. 1998:87, 494-499. [24] Zonenberg., orejszo I., Konstantynowicz J. et al.: adania ilościowe masy kostnej u kobiet przed menopauzą leczonych lewotyroksyną. Endokrynol. Pol. 2001:52, 177-184. [25] Świątkiewicz V., Świątkiewicz J., Kołtan. et al.: Ocena masy kostnej w populacji dzieci i młodzieży z województwa kujawsko-pomorskiego w oparciu o badania densytometryczne przedramienia. Przegl. Pediatr. 2001:31, 208-211. [26] Katzman D. K., achrach L. K., arter D. R., Marcus R.: linical and anthropometric correlates of bone mineral acquisition in healthy adolescent girls. JE&M 1991:73, 1332-1339. [27. Dhuper S., Warren M. P., rooks-gunn J., Fox R.: Effects of hormonal status on bone density in adolescent girls. JE&M 1990:71, 1083-1088. [28] aroncelli G. I., ertelloni S., eccarelli., Saggese G.: Measurement of volumetric bone mineral density accurately determines degree of lumbar undermineralization in children with growth hormone deficiency. JE&M 1998:83, 3150-3154. [29] ass S., Delmas P. D., Pearce G.: The differing tempo of growth in bone size, mass, and density in girls is region-specific. J. lin. Invest. 1999:104, 795-804. 15