Нейрогенная гетеротопическая оссификация. Обзор литературы. Часть первая

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Гетеротопическая оссификация — это образование костной ткани в мягких тканях организма. Отдельной формой гетеротопической оссификации является нейрогенная, то есть возникающая в результате тяжелого повреждения головного или спинного мозга различного генеза. Нейрогенная гетеротопическая оссификация — сложный многофакторный процесс формирования дифференцированной кости в параартикулярных мягких тканях крупных суставах. Гетеротопическая оссификация приводит к формированию стойких контрактур и анкилозов, обусловливающих тяжелую инвалидизацию и затрудняющих реабилитацию этих пациентов.

Цель — проанализировать публикации по различным аспектам нейрогенной гетеротопической оссификации.

Материалы и методы. В первой части обзора представлен анализ литературы, посвященной эпидемиологии, факторам риска формирования, патогенеза, клинической картины и лабораторной диагностики нейрогенной гетеротопической оссификации. Поиск данных осуществляли в базах научной литературы PubMed, Google Scholar, Cochrane Library, Crossref, eLibrary без языковых ограничений. Глубина поиска составила 30 лет. В процессе написания статьи использовали метод анализа и синтеза информации.

Результаты. Изложены современные литературные данные по проблеме гетеротопической оссификации у пациентов с патологией центральной нервной системы. Освещены актуальные вопросы этиологии, факторов риска, патогенеза, клинической картины и лабораторной диагностики данного патологического процесса.

Заключение. Понимание факторов риска развития нейрогенной гетеротопической оссификации и их профилактика в контексте современных знаний о патогенезе этой патологии может способствовать снижению частоты формирования гетеротопической оссификации у пациентов с тяжелым повреждением центральной нервной системы.

Об авторах

Алина Михайловна Ходоровская

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: alinamyh@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2772-6747
SPIN-код: 3348-8038
ResearcherId: HLH-5742-2023

научный сотрудник

Россия, Санкт-Петербург

Владимир Александрович Новиков

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: novikov.turner@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3754-4090
SPIN-код: 2773-1027
Scopus Author ID: 57193252858

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Валерий Владимирович Умнов

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: umnovvv@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5721-8575
SPIN-код: 6824-5853

д-р мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Васильевич Звозиль

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: zvozil@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5452-266X

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Евгений Викторович Мельченко

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: emelchenko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1139-5573
SPIN-код: 1552-8550
Scopus Author ID: 55022869800

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Валерьевич Умнов

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: dmitry.umnov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4293-1607
SPIN-код: 1376-7998

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Сергеевич Жарков

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: striker5621@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8027-1593

врач — травматолог-ортопед

Россия, Санкт-Петербург

Ольга Викторовна Барлова

Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера

Email: barlovaolga@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0184-135X

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Елизавета Александровна Красульникова

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Email: Ikrasulnikova63@mail.ru

cтудентка 3-го курса

Россия, Санкт-Петербург

Федор Андреевич Захаров

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Автор, ответственный за переписку.
Email: zakfedya@yandex.ru

cтудент 3-го курса

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Деев Р.В., Берсенев А.В. Роль стволовых стромальных (мезенхимальных) клеток в формировании гетеротопических оссификатов // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2005. Т. 1. С. 46–48.
  2. Sullivan M.P., Torres S.J., Mehta S., et al. Heterotopic ossification after central nervous system trauma: a current review // Bone Joint Res. 2013. Vol. 2. No. 3. P. 51–57. doi: 10.1302/2046-3758.23.2000152
  3. Meyers C., Lisiecki J., Miller S., et al. Heterotopic ossification: a comprehensive review // JBMR Plus. 2019. Vol. 3. No. 4. doi: 10.1002/jbm4.10172
  4. Деев Р.В., Плакса И.Л., Баранич А.В., и др. К вопросу об остеогенезе в эпителиальных опухолях на примере пиломатриком // Гены и клетки. 2020. Т. 15. № 1. C. 60–65. doi: 10.23868/202003008
  5. Mohler E.R., Gannon F., Reynolds C., et al. Bone formation and inflammation in cardiac valves // Circulation. 2001. Vol. 103. No. 11. P. 1522–1528. doi: 10.1161/01.cir.103.11.1522
  6. Genêt F., Jourdan C., Schnitzler A., et al. Troublesome heterotopic ossification after central nervous system damage: a survey of 570 surgeries // PLoS One. 2011. Vol. 6. No. 1. doi: 10.1371/journal.pone.0016632
  7. Garland D.E. Clinical observations on fractures and heterotopic ossification in the spinal cord and traumatic brain injured populations // Clin. Orthop. Rel. Res. 1988. No. 233. P. 86–101.
  8. Brady R.D., Shultz S.R., McDonald S.J., et al. Neurological heterotopic ossification: current understanding and future directions // Bone. 2018. Vol. 109. P. 35–42. doi: 10.1016/j.bone.2017.05.015
  9. Potter B.K., Burns T.C., Lacap A.P., et al. Heterotopic ossification following traumatic and combat-related amputations. Prevalence, risk factors, and preliminary results of excision // J. Bone Joint Surg. Am. 2007. Vol. 89. P. 476–486. doi: 10.2106/JBJS.F.00412
  10. Forsberg J.A., Pepek J.M., Wagner S., et al. Heterotopic ossification in high-energy wartime extremity injuries: prevalence and risk factors // J. Bone Joint Surg. Am. 2009. Vol. 91. No. 5. P. 1084–1091. doi: 10.2106/JBJS.H.00792
  11. Reznik J.E., Biros E., Marshall R., et.al. Prevalence and risk-factors of neurogenic heterotopic ossification in traumatic spinal cord and traumatic brain injured patients admitted to specialised units in Australia // J. Musculoskelet. Neuronal. Interact. 2014. Vol. 14. No. 1. P. 19–28.
  12. Cipriano C., Pill S.G., Rosenstock J., et al. Radiation therapy for preventing recurrence of neurogenic heterotopic ossification // Orthopedics. 2009. Vol. 32. No. 9. doi: 10.3928/01477447-20090728-33
  13. Estraneo A., Pascarella A., Masotta O., et al. Multi-center observational study on occurrence and related clinical factors of neurogenic heterotopic ossification in patients with disorders of consciousness // Brain Inj. 2021. Vol. 35. No. 5. P. 530–535. doi: 10.1080/02699052.2021.1893384
  14. Simonsen L.L., Sonne-Holm S., Krasheninnikoff M., et al. Symptomatic heterotopic ossification after very severe traumatic brain injury in 114 patients: incidence and risk factors // Injury. 2007. Vol. 38. No. 10. P. 1146–1150. doi: 10.1016/j.injury.2007.03.019
  15. Ranganathan K., Loder S., Agarwal S., et. al. Heterotopic ossification: basic-science principles and clinical correlates // J. Bone Joint Surg. Am. 2015. Vol. 97. No. 13. P. 1101–1111. doi: 10.2106/JBJS.N.01056
  16. Kluger G., Kochs A., Holthausen H. Heterotopic ossification in childhood and adolescence // J. Child Neurol. 2000. Vol. 15. No. 6. P. 406–413. doi: 10.1177/088307380001500610
  17. Hurvitz E.A., Mandac B.R., Davidoff G., et al. Risk factors for heterotopic ossification in children and adolescents with severe traumatic brain injury // Arch. Phys. Med. Rehabil. 1992. Vol. 73. No. 5. P. 459–462.
  18. Citak M., Suero E.M., Backhaus M., et al. Risk factors for heterotopic ossification in patients with spinal cord injury: a case-control study of 264 patients // Spine. 2012. Vol. 37. No. 23. P. 1953–1957. doi: 10.1097/BRS.0b013e31825ee81b
  19. Van Kuijk A.A., Geurts A.C.H., van Kuppevelt H.J.M. Neurogenic heterotopic ossification in spinal cord injury // Spinal Cord. 2002. Vol. 40. P. 313–326. doi: 10.1038/sj.sc.3101309
  20. Yolcu YU, Wahood W, Goyal A, et al. Factors associated with higher rates of heterotopic ossification after spinal cord injury: a systematic review and meta-analysis // Clin. Neurol. Neurosurg. 2020. Vol. 195. doi: 10.1016/j.clineuro.2020.105821
  21. Van Kampen P.J., Martina J.D., Vos P.E., et al. Potential risk factors for developing heterotopic ossification in patients with severe traumatic brain injury // J. Head Trauma Rehabil. 2011 Vol. 26. No. 5. P. 384–391. doi: 10.1097/HTR.0b013e3181f78a59
  22. Krauss H., Maier D., Bühren V., et al. Development of heterotopic ossifications, blood markers and outcome after radiation therapy in spinal cord injured patients // Spinal Cord. 2015. Vol. 53. No. 5. P. 345–348. doi: 10.1038/sc.2014.186
  23. Rawat N., Chugh S., Zachariah K., et al. Incidence and characteristics of heterotopic ossification after spinal cord injury: a single institution study in India // Spinal Cord Ser. Cases. 2019. Vol. 5. P. 72. doi: 10.1038/s41394-019-0216-6
  24. Lal S., Hamilton B.B., Heinemann A., et al. Risk factors for heterotopic ossification in spinal cord injury // Arch. Phys. Med. Rehabil. 1989. Vol. 70. No. 5. P. 387–390.
  25. Thefenne L., de Brier G., Leclerc T., et al. Two new risk factors for heterotopic ossification development after severe burns // PLoS One. 2017. Vol. 12. No. 8. doi: 10.1371/journal.pone.0182303
  26. Orchard G.R., Paratz J.D., Blot S., et al. Risk factors in hospitalized patients with burn injuries for developing heterotopic ossification — a retrospective analysis // J. Burn Care Res. 2015. Vol. 36. No. 4. P. 465–470. doi: 10.1097/BCR.0000000000000123
  27. Pulik Ł., Mierzejewski B., Ciemerych M.A., et al. The survey of cells responsible for heterotopic ossification development in skeletal muscles-human and mouse models // Cells. 2020 Vol. 9. No. 6. doi: 10.3390/cells9061324
  28. McCarthy E.F., Sundaram M. Heterotopic ossification: a review // Skeletal Radiology. 2005. Vol. 34. No. 10. P. 609–619. doi: 10.1007/s00256-005
  29. Foley K.L., Hebela N., Keenan M.A., et al. Histopathology of periarticular non-hereditary heterotopic ossification // Bone. 2018. Vol. 109. P. 65–70. doi: 10.1016/j.bone.2017.12.006
  30. Brady R.D., Grills B.L., Church J.E., et al. Closed head experimental traumatic brain injury increases size and bone volume of callus in mice with concomitant tibial fracture // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. doi: 10.1038/srep34491
  31. Wang L., Yao X., Xiao L., et. al. The effects of spinal cord injury on bone healing in patients with femoral fractures // J. Spinal Cord Med. 2014. Vol. 37. No. 4. P. 414–419. doi: 10.1179/2045772313Y.0000000155
  32. Posti J.P., Tenovuo O. Blood-based biomarkers and traumatic brain injury: a clinical perspective // Acta Neurol. Scand. 2022. Vol. 146. No. 4. P. 389–399. doi: 10.1111/ane.13620
  33. Gugala Z., Olmsted-Davis E.A., Xiong Y., et al. Trauma-induced heterotopic ossification regulates the blood-nerve barrier // Front. Neurol. 2018. Vol. 9. P. 408. doi: 10.3389/fneur.2018.00408
  34. Wong K.R, Mychasiuk R., O’Brien T.J., et al. Neurological heterotopic ossification: novel mechanisms, prognostic biomarkers and prophylactic therapies // Bone Res. 2020. Vol. 8. No. 1. P. 42. doi: 10.1038/s41413-020-00119-9
  35. Gautschi O.P., Toffoli A.M., Joesbury K.A., et al. Osteoinductive effect of cerebrospinal fluid from brain-injured patients // J. Neurotrauma. 2007. Vol. 24. No. 1. P. 154–162. doi: 10.1089/neu.2006.0166
  36. Genêt F., Kulina I., Vaquette C., et al. Neurological heterotopic ossification following spinal cord injury is triggered by macrophage-mediated inflammation in muscle // J. Pathol. 2015. Vol. 236. No. 2. P. 229–240. doi: 10.1002/path.4519
  37. Alexander K.A., Tseng H., Salga M., et al. When the nervous system turns skeletal muscles into bones: how to solve the conundrum of neurogenic heterotopic ossification // Curr. Osteoporos. Rep. 2020. Vol. 18. No. 6. P. 666–676. doi: 10.1007/s11914-020-00636-w
  38. Bryden D.W., Tilghman J.I., Hinds S.R. Blast-related traumatic brain injury: current concepts and research considerations // J. Exp. Neurosci. 2019. Vol. 13. doi: 10.1177/1179069519872213
  39. Cunha D.A., Camargos S., Passos V.M.A., et al. Heterotopic ossification after stroke: clinical profile and severity of ossification // J. Stroke Cerebrovasc. Dis. 2019. Vol. 28. No. 2. P. 513–520. doi: 10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2018.10.032
  40. Mezghani S., Salga M., Tordjman M., et al. Heterotopic ossification and COVID 19: Imaging analysis of ten consecutive cases // Eur. J. Radiol. 2022. P. 152. doi: 10.1016/j.ejrad.2022.110336
  41. Meyer C., Haustrate M.A., Nisolle J.F., et al. Heterotopic ossification in COVID-19: a series of 4 cases // Ann. Phys. Rehabil. Med. 2020. Vol. 63. No. 6. P. 565–567. doi: 10.1016/j.rehab.2020.09.010
  42. Huang Y., Wang X., Zhou D., et al. Macrophages in heterotopic ossification: from mechanisms to therapy // NPJ Regen. Med. 2021. Vol. 6. No. 1. doi: 10.1038/s41536-021-00178-4
  43. Lazard Z.W., Olmsted-Davis E.A., Salisbury E.A., et al. Osteoblasts have a neural origin in heterotopic ossification // Clin. Orthop. Relat. Res. 2015. Vol. 9 No. 473. P. 2790–2806. doi: 10.1007/s11999-015-4323-9
  44. Olmsted-Davis E.A., Salisbury E.A., Hoang D., et al. Progenitors in peripheral nerves launch heterotopic ossification // Stem. Cells Transl. Med. 2017. Vol. 6. No. 4. P. 1109–1119. doi: 10.1002/sctm.16-0347
  45. Girard D., Torossian F., Oberlin E., et al. Neurogenic heterotopic ossifications recapitulate hematopoietic stem cell niche development within an adult osteogenic muscle environment // Front. Cell Dev. Biol. 2021. Vol. 9. doi: 10.3389/fcell.2021.611842
  46. Medici D., Shore E.M., Lounev V.Y., et al. Conversion of vascular endothelial cells into multipotent stem-like cells // Nat. Med. 2010. Vol. 16. No. 12. P. 1400–1406. doi: 10.1038/nm.2252
  47. Agarwal S., Loder S., Cholok D., et al. Local and circulating endothelial cells undergo Endothelial to Mesenchymal Transition (EndMT) in response to musculoskeletal injury // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. doi: 10.1038/srep32514
  48. Гареев И.Ф., Бейлерли О.А., Вахитов А.К. Гетеротопическая оссификация после травм центральной нервной системы: понимание патогенеза // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2018. Т. 25. № 3–4. C. 119–124. doi: 10.17116/vto201803-041119
  49. Montecino M., Stein G., Stein J., et al. Multiple levels of epigenetic control for bone biology and pathology // Bone. 2015. No. 81. P. 733–738. doi: 10.1016/j.bone.2015.03.013
  50. Komori T. Runx2, an inducer of osteoblast and chondrocyte differentiation // Histochem. Cell Biol. 2018. Vol. 149. P. 313–323. doi: 10.1007/s00418-018-1640-6
  51. Lee K.S., Hong S.H., Bae S.C. Both the Smad and p38 MAPK pathways play a crucial role in Runx2 expression following induction by transforming growth factor-beta and bone morphogenetic protein // Oncogene. 2002. Vol. 21. No. 47. P. 7156–7163. doi: 10.1038/sj.onc.1205937
  52. Wu M., Chen G., Li Y.P. TGF-β and BMP signaling in osteoblast, skeletal development, and bone formation, homeostasis and disease // Bone Res. 2016. Vol. 4. No. 1. P. 1–21. doi: 10.1038/boneres.2016.9
  53. Rahman M.S., Akhtar N., Jamil H.M., et al. TGF-β/BMP signaling and other molecular events: regulation of osteoblastogenesis and bone formation // Bone Res. Vol. 3. No. 1. P. 1–20. doi: 10.1038/boneres.2015.5
  54. Kang J.S., Alliston T., Delston R., et al. Repression of Runx2 function by TGF-beta through recruitment of class II histone deacetylases by Smad3 // Embo J. 2005. Vol. 24. No. 14. P. 2543–2555. doi: 10.1038/sj.emboj.7600729
  55. Hino K., Horigome K., Nishio M. Activin-A enhances mTOR signaling to promote aberrant chondrogenesis in fibrodysplasia ossificans progressive // J. Clin. Invest. 2017. Vol. 127. No. 9. P. 3339–3352. doi: 10.1172/JCI93521
  56. Agarwal S., Loder S., Brownley C., et al. Inhibition of Hif1 alpha prevents both trauma-induced and genetic heterotopic ossification // Proc. Natl. Acad. Sci. 2016. Vol. 113. No. 3. P. E338–E347. doi: 10.1073/pnas.1515397113
  57. Peterson J.R., De La Rosa S., Sun, H., et al. Burn injury enhances bone formation in heterotopic ossification model // Ann. Surg. 2014. Vol. 259. No. 5. P. 993–998. doi: 10.1097/SLA.0b013e318291da85
  58. Croes M., Kruyt M.C., Boot W., et al. The role of bacterial stimuli in inflammation-driven bone formation // Eur. Cells Mater. 2019. Vol. 37. P. 402–419. doi: 10.22203/eCM.v037a24
  59. Ranganathan K., Peterson J., Agarwal S., et al. Role of gender in burn-induced heterotopic ossification and mesenchymal cell osteogenic differentiation // Plast. Reconstr. Surg. 2015. Vol. 135. No. 6. P. 1631–1641. doi: 10.1097/PRS.0000000000001266
  60. Xu Y., Huang M., He W., et al. Heterotopic ossification: clinical features, basic researches, and mechanical stimulations // Front. Cell Dev. Biol. 2022. Vol. 10. doi: 10.3389/fcell.2022.770931
  61. Ebinger T., Roesch M., Kiefer H., et al. Influence of etiology in heterotopic bone formation of the hip // J. Trauma. 2000. Vol. 48. No. 6. P. 1058–1062. doi: 10.1097/00005373-200006000-00010
  62. Ko H.Y. Neurogenic heterotopic ossification in spinal cord injuries // Management and Rehabilitation of Spinal Cord Injuries. Singapore: Springer, 2020. P. 691–704. doi: 10.1007/978-981-19-0228-4_35
  63. Wittenberg R.H., Peschke U., Bötel U. Heterotopic ossification after spinal cord injury: epidemiology and risk factors // J. Bone Joint Surg. Br. 1992. Vol. 74. No. 2. P. 215–218. doi: 10.1302/0301-620X.74B2.1544955
  64. Green D. Medical management of long-term disability. Boston: Butterworth-Heinemann, 1996.
  65. Mujtaba B., Taher A., Fiala M.J., et al. Heterotopic ossification: radiological and pathological review // Radiol. Oncol. 2019. Vol. 53. No. 3. P. 275–284. doi: 10.2478/raon-2019-0039
  66. Wilkinson J.M, Stockley I., Hamer A.J., et al. Biochemical markers of bone turnover and development of heterotopic ossification after total hip arthroplasty // J. Orthop. Res. 2003. Vol. 21. No. 3. P. 529–534. doi: 10.1016/S0736-0266(02)00236-X
  67. Povoroznyuk V., Bystrytska M., Balatska N. Early diagnostic algorithm in heterotopic ossification in patients with spine and spinal cord injury // Int. Neurol. J. 2017. Vol. 3. P. 89–94. doi: 10.22141/2224-0713.5.91.2017.110861
  68. Pulik Ł., Mierzejewski B., Sibilska A., et al. The role of miRNA and lncRNA in heterotopic ossification pathogenesis // Stem Cell Res. Ther. 2022. Vol. 13. P. 523. doi: 10.1186/s13287-022-03213-3
  69. Edsberg L.E., Crowgey E.L., Osborn P.M. et al. A survey of proteomic biomarkers for heterotopic ossification in blood serum // J. Orthop. Surg. Res. 2017. Vol. 12. No. 1. P. 1–13. doi: 10.1186/s13018-017-0567-2

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).