Загородний Н.В.

ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова» Минздрава России, Москва, Россия; ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия

Воротников А.А.

ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет» Минздрава России, Ставрополь, Россия

Айрапетов Г.А.

ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет» Минздрава России, Ставрополь, Россия

Санеева Г.А.

ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет» Минздрава России, Ставрополь, Россия

Клинические и экспериментальные аспекты комбинированного метода замещения остеохондральных дефектов коленного сустава

Журнал: Вестник травматологии и ортопедии им Н.Н. Приорова. 2019;(2): 24-31

Просмотров : 197

Загрузок : 7

Как цитировать

Загородний Н. В., Воротников А. А., Айрапетов Г. А., Санеева Г. А. Клинические и экспериментальные аспекты комбинированного метода замещения остеохондральных дефектов коленного сустава. Вестник травматологии и ортопедии им Н.Н. Приорова. 2019;(2):24-31.
Zagorodniy N V, Vorotnikov A A, Airapetov G A, Saneeva G A. Experimental and clinical aspects of combined method of replacement osteochondral defects of the knee. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2019;(2):24-31.
https://doi.org/10.17116/vto201902124

Авторы:

Загородний Н.В.

ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова» Минздрава России, Москва, Россия; ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия

Все авторы (4)

Максимально полноценное морфологическое, физиологическое и при этом минимально травматичное восстановление гиалинового хряща при повреждениях крупных суставов — одна из актуальных проблем ортопедии. По данным литературы, более 50% обращений к ортопеду, ревматологу, спортивному врачу и другим специалистам амбулаторного звена связаны с патологией суставов дегенеративно-дистрофического характера [1, 2]. У 60% этих пациентов на разных этапах лечебно-диагностического процесса выявляют хондромаляцию различной степени глубины и протяженности [3].

Известен широкий спектр методов диагностики и лечения указанной патологии. Основными задачами терапии являются купирование болевого синдрома, пролонгация сроков и снижение интенсивности прогрессирования заболевания, а также достижение полноценной медицинской, социальной и трудовой реабилитации [4–6]. В последние годы весьма активно совершенствуются известные и разрабатываются новые технологии хирургического лечения остеоартрита, не исключая базового консервативного лечения [7–10].

В 60-х годах прошлого столетия была предложена субхондральная или транскортикальная туннелизация — одна из первых малоинвазивных хирургических методик. Ее суть состоит в формировании каналов диаметром от 0,5 до 2 мм в эпиметафизарных зонах трубчатой кости с целью стимуляции репаративных процессов, снижения внутрикостного давления и уменьшения болевого синдрома. Некоторыми специалистами она успешно применяется и в настоящее время [11]. К недостаткам туннелизации можно отнести вероятность возникновения ожога прилегающих тканей при некорректном использовании техники, что нарушает микроциркуляцию в субхондральной кости, препятствуя таким образом формированию полноценной и стабильной хрящеподобной фиброзной ткани [12].

Аналогичным по сути и достаточно распространенным методом лечения остеохондральных дефектов является микрофрактурирование склерозированной субхондральной кости, предложенное J. Steadman в 1997 г. [по 13]. Несмотря на преимущества, в частности исключение термического ожога, ряд авторов отрицательно оценивают необходимость выполнения микропереломов. Они считают, что образующаяся в результате трансформации гематомы хрящеподобная фиброзная ткань тонкая, неустойчива к физическим нагрузкам, довольно быстро лизируется и не соответствует ожиданиям функционального восстановления [13].

Другие малоинвазивные методики оперативного лечения напоминают указанные и сопоставимы по эффективности [13, 14].

Цель исследования — оптимизация органосохраняющего лечения остеохондральных дефектов коленного сустава.

Материал и методы

Экспериментальное исследование проведено на 60 коленных суставах 30 баранов в возрасте от 1,5 до 3 лет. В качестве экспериментальных были выбраны крупные животные, которые схожи с человеком анатомическим строением и сопоставимы функциональными нагрузками коленного сустава. Кроме того, овцы хорошо переносят анестезию и разрешены к применению в качестве экспериментальных животных на территории Российской Федерации (Закон «О защите животных от жестокого обращения», от 01.12.99, ст. 9, пункт 4).

Животные разделены нами на 3 группы по 10 особей (20 суставов) в каждой, исходя из способа замещения остеохондрального дефекта.

Во всех наблюдениях формировали полнослойный дефект гиалинового хряща фрезой диаметром 4,5 мм, глубиной 7 мм с захватом субхондральной кости в области медиального мыщелка правой бедренной кости (рис. 1).

Рис. 1. Полнослойный дефект гиалинового хряща и субхондральной кости внутреннего мыщелка бедренной кости.
Восстанавливали искусственные дефекты по одному из указанных ниже методу. Левый сустав считали контрольным (контроль) и сформированный дефект не восполняли.

В 1-й группе непосредственно после формирования дефекта выполняли микрофрактурирование его дна.

Во 2-й группе поверхность микрофрактурированного дефекта полностью герметично закрывали внеклеточным коллагеновым матриксом (ВКМ). Последний по периферии подшивали рассасывающейся нитью 2/0.

В 3-й группе, после микрофрактурирования дна, подшивания матрикса дефект дополнительно заполняли аутоплазмой, обогащенной тромбоцитами со взвесью измельченного гиалинового аутохряща. Его отдельно получали путем забора скальпелем из ненагружаемой поверхности сустава. Фрагменты хряща в количестве от 3 до 7 измельчали до размера 0,2×0,2 мм, перемешивали с аутоплазмой и вводили эту взвесь в образованный дефект. Для получения аутоплазмы использовали венозную кровь (3–5 мл) оперируемого животного до введения анестетика, ее центрифугировали в специальных пробирках с системой клеточной фильтрации в течение 5 мин при 2500 об/мин.

Ход операции. Под общей анестезией, после внутривенного введения 2% Sol. Rometari из расчета 0,3 мг на 1 кг веса овцы проводили хирургическое вмешательство.

Положение животного на боку. Задние конечности фиксировали в положении сгибания. Хирургический доступ 3–4 см проводили по передней поверхности коленного сустава кнутри от собственной связки надколенника. После рассечения капсулы сустава обеспечивался доступ к медиальному мыщелку бедренной кости. Фрезой диаметром 4,5 мм формировали дефект глубиной до 7 мм с захватом субхондральной кости, оставляя его зияющим в левом — контрольном коленном суставе.

В зависимости от исследуемой группы дефект в правом коленном суставе замещали в строгом соответствии с указанными выше методиками (рис. 2).

Рис. 2. Вид дефекта после фиксации внеклеточным коллагеновым матриксом (ВКМ). а — ВКМ; б — измельченный аутохрящ.
Операционную рану послойно ушивали без дренирования полости сустава.

Все животные в периоперационном периоде содержались в условиях, соответствующих требованию законодательства Р.Ф. Полная нагрузка на конечность после операции искусственно не ограничивалась.

Мониторирование результатов эксперимента проводили в сроки 1, 3 и 6 мес после оперативного вмешательства.

Падежа животных от разных причин, как и от инфекционно-гнойных осложнений, мы не наблюдали в раннем и позднем послеоперационном периодах вплоть до выведения животных из эксперимента.

Макроскопическую оценку дефектов осуществляли при помощи шкалы Driscoll для оценки послеоперационного состояния крупных суставов в эксперименте на животных [14]. Микроморфометрию полученного регенерата осуществляли с оценкой удельного объема хондроцитов, хрящевого матрикса, соединительной ткани в регенерате и средней глубины дефекта.

Для гистологического исследования материал непосредственно после его забора фиксировали в 10% растворе нейтрального забуференного формалина. Затем костную ткань декальцинировали в растворе 12% азотной кислоты, обезвоживали в спиртах возрастающей концентрации с последующей заливкой в парафиновую среду Histomix в строгом соответствии с существующим протоколом. Полученные парафиновые блоки резали на ротационном микротоме (LEI R 2124 R) и для оценки изменений окрашивали срезы гематоксилином и эозином.

Результаты

В 1-й группе к 6 мес наблюдения макроскопически определяли динамику восполнения дефекта в рамках минус-ткань: дно костно-хрящевого дефекта эрозировано, практически не заполнено рубцовой или хрящеподобной тканью, граница между зоной дефекта и здоровым собственным гиалиновым хрящом прослеживается четко (рис. 3, а).

Рис. 3. Динамика макроскопической картины дефекта в ١-й экспериментальной группе. a — через 1 мес; б — через 3 мес; в — через 6 мес.
Глубина дефекта итогово составляла в среднем 3–6 мм.

Последовательные изменения в микроскопической картине области костно-хрящевого дефекта в 1-й группе животных отражены на рис. 3, б. Аналогично макроскопической картине определяется эффект «минус-ткань», достигающий 50% исходной глубины фрезевого канала. Края дефекта ровные, гладкие; граница между новообразованной тканью и сохраненным гиалиновым суставным хрящом прослеживается четко, так как новообразованная ткань полнокровна.

Удельные объемы тканей в среднем составили: хондроциты — 4,18±0,2%, хрящевой матрикс — 33,73±1,3%, соединительная ткань — 62,09±1,3%; средняя глубина дефекта 56,1±2,1% от толщины нативного хряща.

Во 2-й экспериментальной группе пошагово к 6 мес после операции визуально также определяли минус-ткань. Однако глубина остаточного дефекта была меньше и не превышала 2/3 исходной толщины (рис. 4, а).

Рис. 4. Динамика микроскопической (после закрытия ВКМ; ув. 40) картины дефекта во ٢-й экспериментальной группе. a — через 1 мес; б — через 3 мес; в — через 6 мес.

Микроскопически в группе с замещением дефекта ВКМ в динамике наблюдали формирование более стабильного, чем в 1-й группе и контроле, регенераторного слоя. К 6 мес эксперимента обнаруживали признаки очагового ремоделирования хрящевой ткани, выражающиеся в формировании хондроцитами колонок-столбиков, некоторое оживление поверхностного слоя (увеличение количества клеток), появление изогенных групп хрящевых клеток в матриксе (рис. 4, б).

Удельный объем клеточных элементов во вновь образованной ткани в этой группе к 6 мес в среднем составил: хондроциты — 5,6±0,3%, хрящевой матрикс — 42±2,1%, соединительная ткань — 52,3±2,1%. Средняя глубина дефекта достигала 15,2±2% от толщины нативного хряща.

Наиболее выраженную картину восстановления дефекта отметили к 6 мес после операции в 3-й экспериментальной группе. Дефект при макроскопическом исследовании практически полностью восстановлен с ровными гладкими краями и плавным переходом границы между новообразованной тканью и сохраненным гиалиновым суставным хрящом. Разделительная линия между ними прослеживается с трудом (рис. 5, а).

Рис. 5. Динамика макроскопической (а) и микроскопической (б; ув. 40) картины в 3-й экспериментальной группе. а — через 1 мес; б — через 3 мес; в — через 6 мес.

На гистологических срезах в этой группе отчетливо видно, что на месте бывшего повреждения образовался неоднородный слой гиалиноподобного хряща, сопоставимый по морфологическим и качественным показателям с нативным.

Микроскопически область костно-хрящевого дефекта по краям выполнена гиалиновоподобной хрящевой тканью, которая местами разделялась на слои (поверхностный, промежуточный, глубокий). Субхондральная костная пластинка восстановлена на всем протяжении; волокна ее утолщены, оформлены. В большинстве своем элементы костной ткани ориентированы пространственно перпендикулярно кортикальной пластинки, основное вещество в умеренном количестве, гомогенное (рис. 5, б).

Удельный объем хондроцитов в среднем составил 8,8±0,3%, хрящевого матрикса 58,6±0,8%, объем соединительной ткани 32,7±1% соответственно. Восстановление средней глубины дефекта достигло 1,9±1,3% от нормальной толщины гиалинового хряща.

Полученные в ходе исследования данные о качественном клеточном составе регенерата статистически обработаны. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимался равным 0,05. В таблице

Таблица. Средние значения изучаемых показателей
представлены средние значения изучаемых показателей клеточного состава в зоне дефекта и анатомо-функционального состояния оперированного сустава.

Для попарного множественного сравнения степени анатомо-функционального восстановления оперированного сустава по шкале Driscoll в разных группах использовали непараметрический критерий Ньюмена–Кейлса, а для сравнения с контролем — критерий Данна.

Оценки по шкале Driscoll во всех группах были статистически значимо выше показателей в контроле. Кроме того, оценки по шкале Driscoll в 3-й группе статистически значимо выше, чем в 1-й и 2-й группах, а во 2-й группе — выше, чем в 1-й группе. Согласно результатам статистического анализа удельный объем хрящевого матрикса и хондроцитов во всех группах статистически значимо выше, чем в контроле. Объем хрящевого матрикса и хондроцитов в 3-й группе статистически значимо больше, чем в 1-й и 2-й группах.

Для попарного множественного сравнения удельного объема соединительной ткани в разных группах использовали параметрический критерий Стьюдента с поправкой Бонферрони.

Удельный объем соединительной ткани во всех группах оказался статистически значимо ниже, чем в контроле. Аналогичный показатель в 3-й группе также существенно ниже, чем в 1-й и 2-й группах, а во 2-й группе — статистически значимо ниже, чем в 1-й группе.

Таким образом, статистически обработанные результаты исследования с критическим уровнем значимости 0,05 позволяют достоверно оценить клеточный состав регенерата, степень замещения дефекта и анатомо-функциональные результаты в оперированном суставе.

Обсуждение

Большинство специалистов считают, что остеохондральные дефекты обусловливают необходимость хирургического лечения [14]. Основным методом диагностики таких повреждений считается магнитно-резонансная томография, на основании результатов которой имеется возможность полноценно спланировать операцию. Одним из наиболее широко применяемых малоинвазивных способов лечения является микрофрактурирование. Это наиболее простая и доступная методика, которая может выполняться артроскопически. Микрофрактурирование позволяет получить хорошие результаты в большинстве клинических случаев [15, 16]. Однако полученный в результате регенерат не позволяет полноценно заместить зону дефекта и быстро лизируется [17, 18]. Это нашло подтверждение в проведенных нами исследованиях в 1-й экспериментальной группе. В доступной медицинской литературе описывается высокая результативность применения мозаичной аутохондропластики. Несмотря на положительные результаты ее применения, она отличается большей травматичностью, вероятностью развития болевого синдрома в донорской зоне сустава, как и прогрессированием дегенеративно-дистрофических процессов [19].

В настоящее время активно развиваются методики культивирования хондроцитов и имплантации их в зону дефекта на матрице либо под материал, отграничивающий зону дефекта от полости сустава. Один из таких методов — трансплантация аутологичных хондроцитов (Autologous Chondrocyte Implantation — ACI) и индуцированный матрицей аутогенный хондрогенез (Autologous Matrix Induced Chondrogenesis — AMIC). Обе методики дают хорошие результаты. Однако применение ACI требует выполнения двух оперативных вмешательств, а AMIC отличается высокой стоимостью, что снижает их востребованность [19, 20].

Несомненно, актуально развитие направления, связанного с использованием мезенхимальных стволовых клеток. Однако специалисты отмечают наряду с очевидными преимуществами ряд серьезных недостатков [21, 22].

В предлагаемом решении проблемы восполнения остеохондральных дефектов мы попытались объединить преимущества таких монотерапевтических средств, как ВКМ, плазма, обогащенная тромбоцитами, и аутопластики хрящевой ткани, минимизировав их негативные свойства. Предложенный метод выполняется в один этап в отличие от методики ACI, а сама техника является менее агрессивной, чем мозаичная аутохондропластика, и не оставляет больших дефектов в донорской зоне (рис. 6).

Рис. 6. Микроскопическая картина после закрытия дефекта ВКМ в динамике, где: а — 1 мес; б — 3 мес; в — 6 мес. Увеличение ×40.

Результаты, полученные в 1-й группе, отражают неполноценность сформированного сгустка и его ранний лизис после микрофрактурирования. Во 2-й группе эксперимента показатели регенерации имели положительные отличия от таковых в 1-й группе, что связано с применением ВКМ. Наиболее оптимистичные результаты наблюдали в 3-й группе, в которой остеохондральный дефект максимально заполнен регенератом гиалиновоподобной хрящевой ткани с морфологически прослеженной архитектоникой (рис. 7, 8).

Рис. 7. Динамика макроскопической картины в третьей экспериментальной группе. Внешний вид дефекта: а — через 1 мес; б — через 3 мес; в — через 6 мес.
Рис. 8. Микроскопическая картина дефекта в динамике, где: а — 1 мес; б — 3 мес; в — 6 мес. Увеличение ×4٠.
По мнению нашей исследовательской группы, это может свидетельствовать о хороших результатах сочетания микрофрактурирования и коллагенового матрикса со взвесью аутохондроцитов в плазме, обогащенной тромбоцитами, что позволяет рекомендовать методику к клиническому применению.

Заключение. Комбинированное сочетание малоинвазивных, доступных и простых в исполнении, недорогостоящих методик в отдаленные сроки экспериментального наблюдения показали высокую эффективность. Данная методика в условиях неограниченной нагрузки на оперированную конечность животного позволила добиться практически полного замещения дефекта и воссоздания локального регенерата с архитектоникой, свойственной нормальному гиалиновому хрящу. Экспериментальное обоснование оригинальной методики оперативного лечения не исключает его применения в клинической практике ортопедических отделений лечебно-профилактических учреждений.

Сведения об авторах

Для контактов: Айрапетов Г.А. — e-mail: AirapetovGA@yandex.ru, тел.: +79624466728, ORCHID ID: 0000-0001-7507-7772

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail