Кайла Кент только что закончила проводить компьютерную томографию костей предплечья и голени 10-летнего мальчика. Проводя его обратно в зал ожидания, она спросила, как он хотел объяснить изображения своей маме.
Детальное изображение, полученное с помощью компьютерной томографии, периферийного количественного компьютерного томографа с высоким разрешением под названием XtremeCT II, дает ученым из Стэнфорда необычайно точную информацию о количестве хронических заболеваний на детских костях. Но юных участников исследования часто больше волнует, как выглядят изображения. Кент чувствовал, как ментальные колеса мальчика вращаются.
"Мама, вот что случилось," мальчик сказал. "Из одной клетки родился очень маленький волшебник. И он входит в мою руку – это не больно, я просто почувствовал легкое ущемление – и пока он там, он делает снимок внутренней части моей кости камерой своего iPhone 6s!"
Кент, рассказывая историю, остановился и усмехнулся. "Я не мог бы придумать это объяснение самостоятельно," она сказала. Кент – технический директор Стэнфордского центра оценки состояния костей и мышц через возрасты или Центра SAMBA, междисциплинарного исследовательского проекта, направленного на документирование и поиск способов улучшения здоровья костей на протяжении всей жизни.
Работа, большая часть которой сосредоточена на детях, возглавляется Мэри Леонард, доктором медицины, профессором педиатрии и медицины и директором-основателем центра. Многие хронические детские болезни, включая диабет, хроническое заболевание почек, воспалительное заболевание кишечника, врожденные пороки сердца и детский рак, бессильно сказываются на костях пациентов. Леонард и ее команда хотят помочь пациентам максимально улучшить здоровье костей в детстве и снизить риск остеопороза в будущем.
‘Критический период’
"Детство и юность – критический период для построения большого, крепкого, здорового скелета," – сказал Леонард, занимающий должность профессора Арлин и Пита Хармана на кафедре педиатрии.
По ее словам, у здоровых детей и подростков есть уникальная возможность создать оплот костной массы для предотвращения остеопороза в более позднем возрасте. В детстве, особенно во время периода полового созревания, кости постоянно меняют форму благодаря взаимодействию двух типов костных клеток: остеокластов, которые пережевывают существующую кость, и остеобластов, которые создают новую кость и минерализуют ее большим количеством кальция. и фосфор. У здоровых детей множество различных физиологических факторов, включая диету, упражнения с весовой нагрузкой и активность различных гормонов, влияют на процесс моделирования костей, определяя, насколько большими и тяжелыми станут кости.
"Обратной стороной является то, что при хронических заболеваниях мы думаем, что во время развития есть период, когда кости детей особенно уязвимы," Леонард сказал. Хроническое заболевание также может повредить кости взрослых, но для детей, которые, как предполагается, вырастают достаточно костной ткани, чтобы прослужить всю жизнь, последствия могут быть особенно серьезными. "И как только вы перестанете расти, мало возможностей сделать кости толще," она добавила. "Этот корабль отплыл."
По мере того, как эксперты детской больницы Люсиль Паккард в Стэнфорде и других учреждений разрабатывают новые способы помочь детям пережить ранее укорачивающие жизнь болезни, долговременное повреждение детских костей становится все более важным. "Нам нужно сосредоточить внимание на здоровье на протяжении всей жизни," Леонард сказал.
Мощный сканер
Одним из ключевых инструментов в усилиях Леонарда по достижению этого является компьютерный томограф высокого разрешения центра SAMBA, единственный такой аппарат к западу от Миссури. Он разработан для обеспечения чрезвычайно подробного обзора костной структуры внутри рук и ног и использует гораздо меньше излучения, чем обычный медицинский компьютерный томограф.
"КТ с высоким разрешением помогает понять, почему кости слабые," Леонард сказал. "Это потому, что оболочка кости тонкая? Это недостаточно плотно? Есть ли у него поры или дыры, которых не должно быть?" Эти детали говорят о том, что воспаление оставляет один тип повреждений на кости, стероидные препараты оставляют другой. Дефицит витамина D тоже выглядит иначе. "Если мы поймем основы хрупкости, это даст нам представление о механизме повреждения костей," она сказала.
КТ высокого разрешения – такой новый инструмент, что команда Стэнфорда должна была начать с создания нормативной базы данных сканирований костей здоровых детей, и этот процесс все еще продолжается. Они также сотрудничают с другими учеными по всему миру, чтобы согласовать стандартизированные методы проведения сканирования.
После сбора данных КТ высокого разрешения они изучаются с помощью анализа конечных элементов, метода, заимствованного из инженерной физики. "Мы относимся к кости, как к мосту или крылу самолета, и смотрим: какова разрушающая нагрузка?" Кент сказал. У двух детей с одинаковой плотностью костей может не быть одинакового функционального уровня слабости костей; КТ высокого разрешения может различить их.
"Мы не делаем это сканирование для прогнозирования переломов у детей; мы делаем это, потому что хотим понять, что делает их болезнь. Это помогает нам больше думать о различных вариантах лечения," Леонард сказал.
Работа команды является примером внимания Стэнфордской медицины к точному здоровью, цель которого – предвидеть и предотвращать заболевания у здоровых, а также точно диагностировать и лечить болезни у больных.
Команда также использует более традиционные методы оценки здоровья костей, включая двойную рентгеновскую абсорбциометрию, или DXA, сканирование, которое предоставляет информацию об общей массе костей детей, безжировой массе тела и составе тела, а также тестах рук и ног, ногах. -испытания на выносливость и тесты на создание максимальной силы, которые измеряют различные элементы силы конечностей, чтобы позволить команде оценить, как кости и мышцы функционируют как единое целое.
Леонард объяснил, что у здоровых детей кости и мышцы работают вместе, заставляя кость расти. "Твоя кость слушает: «Ты меня напрягаешь; Я чувствую силы и отвечу тем, что стану сильнее »" она сказала. "Когда дети прикованы к постели, они могут потерять много костной массы, потому что сигнальный процесс не происходит. А при многих хронических заболеваниях у пациентов с худшей мышечной массой кости меньше – не только менее плотные, но и более мелкие."
Использование открытий костей
Открытия для здоровья костей уже укрепляют кости некоторых пациентов.
Например, новые лекарства от воспалительного заболевания кишечника, включая болезнь Крона и язвенный колит, теперь позволяют врачам избегать лечения детей лекарствами, которые повреждают их кости. "Эти дети лечились высокими дозами преднизона," Леонард сказал. "У них была ужасная хрупкость скелета." Стероиды привели к компрессионным переломам позвонков, которые чаще наблюдаются у пожилых пациентов с остеопорозом. Теперь врачи могут вместо этого назначать биопрепараты, которые выборочно подавляют воспаление кишечника и напрямую блокируют воспалительные молекулы, которые повреждают кости.
Новые методы лечения не только улучшают положение пациентов, но и помогают исследователям разобраться в том, сколько повреждений костей вызвано стероидами, а сколько – самой болезнью, поскольку воспаление также повреждает кости. Леонард является соавтором недавней серии исследований, демонстрирующих, что дети и подростки с болезнью Крона значительно улучшают рост, мышечную массу, плотность и размер костей после лечения биологическими препаратами. "Эти пациенты добились наибольшего прогресса, потому что лечение болезни значительно улучшилось," Леонард сказал.
Что касается других хронических заболеваний, то есть еще кое-что. За 25 лет, которые Леонард провела в Детской больнице Филадельфии до переезда в Стэнфорд в 2014 году, большая часть ее исследований была посвящена пониманию повреждения костей у детей с хроническим заболеванием почек. Метаболизм гормона, способствующего строительству костей, витамина D, регулируется почками: когда почки не работают, сложный каскад регуляции кальция и фосфора нарушается и повреждает кости. Леонард и ее коллеги показали, что у детей с заболеванием почек тонкие кости с низкой плотностью и повышенным риском переломов.
Сегодня команда Леонарда использует как DXA-сканирование, так и свой компьютерный томограф высокого разрешения, чтобы получить более подробное изображение костей этих пациентов.
"Я думаю, будет действительно интересно посмотреть, насколько отличная микроархитектура их костей будет сравниваться с контрольными здоровыми людьми, которые мы также сканируем," сказала Кэндис Шелдон, доктор медицины, научный сотрудник детской нефрологии, которую Леонард наставляет.
Смотря вперед
По словам Шелдона, пациенты с хронической болезнью почек обычно ниже среднего роста. Хотя добавки с гормоном роста и витамином D уже используются для стимулирования роста и защиты костей этих пациентов, у них все же больше шансов сломать кости, чем у здоровых детей. "Мы до сих пор не придумали, как оптимизировать терапию, чтобы эти дети были как можно ближе к своим здоровым сверстникам," Шелдон сказал. Она надеется, что компьютерная томография даст ключ к разгадке точного механизма повреждения костей, который направит команду на поиск более эффективных методов лечения.
Команда также надеется понять, как трансплантация почки влияет на кости детей. После пересадки на сколько восстанавливаются кости? Packard Children’s реализует крупнейшую в стране программу трансплантации почки и возглавила разработку безстероидных схем иммуносупрессии у детей. Это идеальное место для определения возможности восстановления плотности, структуры и прочности костей после трансплантации почки у детей и подростков.
В будущем Леонард надеется исследовать долгосрочное влияние на кости новой формы трансплантации костного мозга, разрабатываемой в Стэнфорде для некоторых онкологических больных. Лучевая терапия, которая традиционно используется для подготовки пациентов к трансплантации костного мозга, также повреждает их кости, оставляя детей, переживших рак, которые получили трансплантаты с низкой плотностью костей, низкой мышечной массой и высоким содержанием жира в организме в долгосрочной перспективе.
Но команда Стэнфорда во главе с Джудит Шизуру, доктором медицины, доктором философии.D., профессор медицины и педиатрии и Мария Грация Ронкароло, доктор медицины, профессор педиатрии и медицины, разрабатывают основанный на антителах метод подготовки пациентов к трансплантации костного мозга, который позволит им избежать облучения.
"Они первыми проводят трансплантацию стволовых клеток, не требующую облучения, и у нас будет возможность увидеть, предотвращает ли эта невероятная новая терапия переломы у этих пациентов," Леонард сказал.
Ее команда надеется, что их открытия помогут улучшить здоровье детей на долгие десятилетия. "Переломы костей болезненны, и молодые пациенты, которых мы изучаем, уже сталкиваются со многими другими проблемами со здоровьем," сказал Шелдон. "В конечном итоге мы хотим укрепить их кости, чтобы они могли быть более счастливыми и активными в детстве и на протяжении всей своей взрослой жизни."