Features of the formation of bone regenerate and metabolism of bone formation markers in a patient with type 1 diabetes mellitus and diabetic neuroosteoarthropathy (Charcot foot)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Background: Surgical treatment of diabetic neuroosteoarthropathy is a complex area in traumatology — orthopedics not only because of severe biomechanical disorders and gross deformations of the distal segment of the lower limb, but also because these phenomena are accompanied by many disorders of the somatic status. Of particular importance is a pronounced decrease in bone mineral density. This case is intended to illustrate the features of the treatment of this pathology.

Clinical case description: A clinical case of treatment of a 34-year-old young female patient with type 1 diabetes mellitus, development of diabetic neuroosteoarthropathy (Charcot foot), and aseptic necrosis of the talus of the right foot is presented. From 2019–2020 conservative and surgical treatment was carried out aimed at stopping the active stage of Charcot foot, correcting deformity and stabilizing the distal segment of the limb (calcaneotibial arthrodesis). A satisfactory treatment result was achieved, complete activation 8 months after the operation. However, in 2021 The patient suffered a closed low-energy fracture of the distal metaphysis of the right tibia. Regarding this episode, the patient comes in at the stage of consolidation of a displaced fracture and complaints of recurrence of varus deformity, even greater shortening of the limb, and swelling of the ankle joint. The fact of injury is denied, which allows us to regard the existing fracture of the tibia as pathological. In this regard, an operation was performed: osteotomy of the fibula and tibia in the area of consolidation of the pathological fracture in order to correct the deformity and compensate for the existing shortening of the limb due to the formation of a distraction regenerate. During the treatment, malnutrition and delayed formation of bone regenerate were noted, which required prolonged use of an external fixation device and specific drug therapy aimed at stimulating osteogenesis and improving bone mineral density. At the end of the course, there was an increase in the mineral density of the tissue, the density of the regenerate radiologically and laboratory (control of bone formation markers) and a satisfactory functional result.

CONCLUSION: A successful result in this clinical case was achieved by combining orthopedic surgical and conservative treatment with specific drug therapy in a comorbid patient with reduced bone mineral density and a high probability of complications in a multidisciplinary approach.

About the authors

Petr S. Bardiugov

Endocrinology Research Centre; Russian University of Medicine; Ilyinskaya Hospital

Author for correspondence.
Email: petrbardiugov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5771-0973
SPIN-code: 7590-0446

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 11 Dm. Ulyanova str., 117292 Moscow; Moscow; Krasnogorsk

Ekaterina V. Artemova

Endocrinology Research Centre

Email: artemova.ekaterina@endocrincentr.ru
ORCID iD: 0000-0002-2232-4765
SPIN-code: 4649-0765

MD

Russian Federation, 11 Dm. Ulyanova str., 117292 Moscow

Mikhail V. Parshikov

Russian University of Medicine

Email: parshikovmikhail@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4201-4577
SPIN-code: 5838-4366

MD, Dr. Sci. (Medicine), рrofessor

Russian Federation, Moscow

Nikolay V. Yarygin

Russian University of Medicine

Email: dom1971@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4322-6985
SPIN-code: 3258-4436

MD, Dr. Sci. (Medicine), рrofessor, corresponding member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow

References

  1. Wukich DK, Schaper NC, Gooday C, et al. Guidelines on the diagnosis and treatment of active Charcot neuro-osteoarthropathy in persons with diabetes mellitus (IWGDF 2023). Diabetes Metab Res Rev. 2024;40(3):e3646. doi: 10.1002/dmrr.3646
  2. Dedov II, Shestakova MV, Mayorov AYu, et al. Algorithms of specialized medical care for patients with diabetes mellitus. Diabetes mellitus. 2023;26(2S):1–231. (In Russ). doi: 10.14341/DM13042
  3. Bjurholm A, Kreicbergs A, Brodin E, Schultzberg M. Substance P- and CGRP-immunoreactive nerves in bone. Peptides. 1988;1(9):165–171. doi: 10.1016/0196-9781(88)90023-x
  4. Bellinger DL, Lorton D, Felten SY, Felten DL. Innervation of lymphoid organs and implications in development, aging, and autoimmunity. International journal of immunopharmacology. 1992;3(14):329–344. doi: 10.1016/0192-0561(92)90162-e
  5. Takeda S, Elefteriou F, Levasseur R, et al. Leptin regulates bone formation via the sympathetic nervous system. Cell. 2002;111(3):305–317. doi: 10.1016/s0092-8674(02)01049-8
  6. Moore RE, Smith CK II, Bailey CS, Voelkel EF, Tashjian AH Jr. Characterization of beta-adrenergic receptors on rat and human osteoblast-like cells and demonstration that beta-receptor agonists can stimulate bone resorption in organ culture. Bone Miner. 1993;23(3):301–315. doi: 10.1016/S0169-6009(08)80105-5
  7. Togari A, Arai M, Mizutani S, et al. Expression of mRNAs for neuropeptide receptors and beta-adrenergic receptors in human osteoblasts and human osteogenic sarcoma cells. Neurosci Lett. 1997;233(2–3):125–128. doi: 10.1016/S0304-3940(97)00649-6
  8. Bajayo A, Bar A, Denes A, et al. Skeletal parasympathetic innervation communicates central IL-1 signals regulating bone mass accrual. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012;38(109):15455–15460. doi: 10.1073/pnas.1206061109
  9. Pierroz DD, Bonnet N, Bianchi EN, et al. Deletion of β-adrenergic receptor 1, 2, or both leads to different bone phenotypes and response to mechanical stimulation. J Bone Miner Res. 2012;27(6):1252–1262. doi: 10.1002/jbmr.1594
  10. Kliemann K, Kneffel M, Bergen I, et al. Quantitative analyses of bone composition in acetylcholine receptor M3R and alpha7 knockout mice. Life Sci. 2012;91(21–22):997–1002. doi: 10.1016/j.lfs.2012.07.024
  11. Elefteriou F. Impact of the Autonomic Nervous System on the Skeleton. Physiol Rev. 2018;98(3):1083–1112. doi: 10.1152/physrev.00014.2017
  12. Jimenez-Andrade JM, Mantyh PW. Sensory and sympathetic nerve fibers undergo sprouting and neuroma formation in the painful arthritic joint of geriatric mice. Arthritis Res Ther. 2012;14(3):R101. doi: 10.1186/ar3826
  13. Ghilardi JR, Freeman KT, Jimenez-Andrade JM, et al. Neuroplasticity of sensory and sympathetic nerve fibers in a mouse model of a painful arthritic joint. Arthritis Rheum. 2012;64(7):2223–2232. doi: 10.1002/art.34385
  14. Castañeda-Corral G, Jimenez-Andrade JM, Bloom AP, et al. The majority of myelinated and unmyelinated sensory nerve fibers that innervate bone express the tropomyosin receptor kinase A. Neuroscience. 2011;178:196–207. doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.01.039
  15. Nencini S, Ringuet M, Kim D-H, Greenhill C, Ivanusic JJ. GDNF, neurturin, and artemin activate and sensitize bone afferent neurons and contribute to inflammatory bone pain. J Neurosci. 2018;38(21):4899–4911. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0421-18.2018
  16. Ghilardi JR, Freeman KT, Jimenez-Andrade JM, et al. Sustained blockade of neurotrophin receptors TrkA, TrkB and TrkC reduces non-malignant skeletal pain but not the maintenance of sensory and sympathetic nerve fibers. Bone. 2011;48(2):389–398. doi: 10.1016/j.bone.2010.09.019
  17. McMahon SB, La Russa F, Bennett DLH. Crosstalk between the nociceptive and immune systems in host defence and disease. Nat Rev Neurosci. 2015;16(7):389–402. doi: 10.1038/nrn3946
  18. Tao R, Mi B, Hu Y, et al. Hallmarks of peripheral nerve function in bone regeneration. Bone Res. 2023;11(1):6. doi: 10.1038/s41413-022-00240-x
  19. Mi J, Xu J, Yao H, et al. Calcitonin gene-related peptide enhances distraction osteogenesis by increasing angiogenesis. Tissue Eng. 2021;27(1–2):87–102. doi: 10.1089/ten.TEA.2020.0009
  20. Wang L, Shi X, Zhao R, et al. Calcitonin-gene-related peptide stimulates stromal cell osteogenic differentiation and inhibits RANKL induced NF-kappaB activation, osteoclastogenesis and bone resorption. Bone. 2010;46(5):1369–1379. doi: 10.1016/j.bone.2009.11.029
  21. Yuan Y, Jiang Y, Wang B, et al. Deficiency of calcitonin gene-related peptide affects macrophage polarization in osseointegration. Front Physiol. 2020;11:733. doi: 10.3389/fphys.2020.00733
  22. Pongratz G, Straub RH. Role of peripheral nerve fibres in acute and chronic inflammation in arthritis. Nat Rev Rheumatol. 2013;9(2):117–126. doi: 10.1038/nrrheum.2012.181
  23. Vinik AI, Nevoret M-L, Casellini C, Parson H. Diabetic neuropathy. Endocrinol Metab Clin North Am. 2013;42(4):747–787. doi: 10.1016/j.ecl.2013.06.001
  24. Van Maanen MA, Vervoordeldonk MJ, Tak PP. The cholinergic anti-inflammatory pathway: towards innovative treatment of rheumatoid arthritis. Nat Rev Rheumatol. 2009;5(4):229–232. doi: 10.1038/nrrheum.2009.31
  25. Ha J, Hester T, Foley R, et al. Charcot foot reconstruction outcomes: A systematic review. J Clin Orthop Trauma. 2020;11(3):357–368. doi: 10.1016/j.jcot.2020.03.025
  26. Kwaadu KY. Charcot Reconstruction: Understanding and Treating the Deformed Charcot Neuropathic Arthropathic Foot. Clin Podiatr Med Surg. 2020;37(2):247–261. doi: 10.1016/j.cpm.2019.12.002
  27. Young RJ. The Organisation of Diabetic Foot Care: Evidence-Based Recommendations. The Foot in Diabetes. John Wiley & Sons, Ltd; 2006. Р. 398–403. doi: 10.1002/0470029374.ch36
  28. Siddiqui NA, Millonig KJ, Mayer BE, et al. Increased Arthrodesis Rates in Charcot Neuroarthropathy Utilizing Distal Tibial Distraction Osteogenesis Principles. Foot & Ankle Specialist. 2022;15(4):394–408. doi: 10.1177/19386400221087822
  29. Tellisi N, Fragomen AT, Ilizarov S, Rozbruch SR. Limb Salvage Reconstruction of the Ankle with Fusion and Simultaneous Tibial Lengthening Using the Ilizarov/Taylor Spatial Frame. HSS Journal. 2007;4(1):32–42. doi: 10.1007/s11420-007-9073-0
  30. Sakurakichi K, Tsuchiya H, Uehara K, et al. Ankle arthrodesis combined with tibial lengthening using the Ilizarov apparatus. Journal of Orthopaedic Science. 2003;8(1):20–25. doi: 10.1007/s007760300003
  31. Millonig KJ, Siddiqui NA. Tibial Lengthening and Intramedullary Nail Fixation for Hindfoot Charcot Neuroarthropathy. Clin Podiatr Med Surg. 2022;39(4):659–673. doi: 10.1016/j.cpm.2022.05.011
  32. Galli M, Pitocco D, Ruotolo V, et al. The effect of alendronate in acute charcot neuroarthropathy of the foot could be mediated by the decrease of IGF-1. Orthop Procs. 2009;91-B(suppl.):161–161. doi: 10.1302/0301-620X.91BSUPP_I.0910161c
  33. Shina Y, Engebretsen L, Iwasa J, et al. Use of bisphosphonates for the treatment of stress fractures in athletes. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2011;17(5):542–550. doi: 10.1007/s00167-008-0673-0
  34. Rastogi A, Hajela A, Prakash M, et al. Teriparatide (recombinant human parathyroid hormone) increases foot bone remodeling in diabetic chronic Charcot neuroarthropathy: a randomized double-blind placebo-controlled study. J Diabetes. 2019;11(9):703–710. doi: 10.1111/1753-0407.12902
  35. Petrova NL, Donaldson NK, Bates M, et al. Effect of Recombinant Human Parathyroid Hormone (1-84) on Resolution of Active Charcot Neuro-osteoarthropathy in Diabetes: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Study. Diabetes Care. 2021;44(7):1613–1621. doi: 10.2337/dc21-0008

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Appearance of the limb.

Download (113KB)
3. Fig. 2. X-ray image in anterior-posterior projection before treatment.

Download (62KB)
4. Fig. 3. X-ray image before treatment in lateral projection.

Download (65KB)
5. Fig. 4. Appearance of the limb 8 months after surgery.

Download (88KB)
6. Fig. 5. X-ray image 8 months after surgery.

Download (133KB)
7. Fig. 6. Appearance of the limb (posterior view).

Download (159KB)
8. Fig. 7. X-ray image in anterior-posterior projection.

Download (106KB)
9. Fig. 8. X-ray image in lateral projection.

Download (105KB)
10. Fig. 9. X-ray image in anterior-posterior projection after correction of varus deformity.

Download (207KB)
11. Fig. 10. X-ray image in oblique projection with signs of regenerate malnutrition.

Download (192KB)
12. Fig. 11. X-ray images after dismantling of Ilizarov device.

Download (193KB)
13. Fig. 12. Appearance of limbs 12 months after surgery.

Download (174KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».