Dołącz do czytelników
Brak wyników

Biologiczne i biomechaniczne zapobieganie uszkodzeniom chrząstki stawowej

Artykuł | 23 lipca 2018 | NR 1
313

Wstęp: Chrząstka stawowa jest wykładnią biologicznej i biomechanicznej wartości stawu. Stanowi zatem o przydatności stawu do spełniania fizjologicznych zadań jako jednostki motorycznej narządu ruchu. Odmienną od innych tkanek cechą tkanki chrzęstnej stanowi fakt, że uszkodzona nie wytwarza blizny chrzęstnej. Ubytki pourazowe wypełnione zostają jedynie przez tkankę chrzęstnopodobną. Liczne badania doświadczalne w zakresie nauk podstawowych wykazały istotę wielu procesów reparacyjnych obrażeń tkanki chrzęstnej na poziomie humoralnym, komórkowym i tkankowym. Wykazano wątpliwości co do braku wiarygodnej odbudowy tkanki chrzęstnej. Analiza dotychczasowych badań poddaje niestety w wątpliwość wiarygodność samoistnej regeneracji uszkodzonej chrząstki stawowej, co powoduje konieczność skupienia się na możliwościach ochrony tejże tkanki przed jej dalszą degradacją. 

Cel: Celem opracowania jest analiza praktycznych biologicznych możliwości klinicznych zapobiegania uszkodzeniom chrząstki stawowej z możliwością przedłużenia wydolności stawu. Biorąc pod uwagę warunki prawidłowej czynności stawu, jak i kiedy wdrażać profilaktykę artrozy? Ten złożony proces znajduje wyraz zarówno w profilaktyce ortopedycznej, jak i internistycznej. Proces ten dotyczy patologii układowych, mechanicznych, biomechanicznych, humoralnych, komórkowych i tkankowych, które zostały omówione w pracy.

Podsumowanie: Warunkiem zastosowania zapobiegania uszkodzeniom chrząstki stawowej jest widoczna szpara stawowa w obrazie rentgenograficznym (RTG) z obciążeniem stawów, a nie domniemany stopień uszkodzenia chrząstki, który jest wiadomy. Nowe techniki i materiały stosowane w ochronie chrząstki stawowej są wynikiem poszukiwania optymalnej metody biologicznej stymulacji procesów blokujących degradację chrząstki stawowej. Techniki zapobiegania niszczenia chrząstki stawowej można podzielić na biomechaniczne, mechaniczne i biologiczne. 

Wstęp

Obrażenia pourazowe różnych tkanek organizmu goją się odmiennie. Większość uszkodzonych urazowo tkanek goi się, wytwarzając bliznę zbliżoną budową do tkanki macierzystej [1, 2]. Tkanka kostna, jako jedyna, goi się bez wytworzenia blizny, a po przebudowie zrostu kostnego staje się pełnowartościową tkanką – zarówno na poziome struktury, jak i wytrzymałości. 
Unikatową cechą tkanki chrzęstnej jest to, że uszkodzona nie wytwarza blizny chrzęstnej, a ubytki pourazowe wypełnione zostają jedynie przez tkankę chrzęstnopodobną. Liczne badania doświadczalne w zakresie nauk podstawowych wykazały istotę wielu procesów reparacyjnych obrażeń tkanki chrzęstnej na poziomie humoralnym, komórkowym i tkankowym, wykazując jednocześnie wątpliwość co do braku wiarygodnej odbudowy tkanki chrzęstnej [1–3]. 
Prawidłowa chrząstka stawowa jest tkanką o wyjątkowych, niepowtarzalnych w organizmie wartościach biologicznych i biomechanicznych w zakresie sprężystości, wytrzymałości urazowej i przeciążeniowej oraz trybologii uwarunkowanych fizjologią jej budowy i działających równomiernie obciążeń [4, 5]. Dotychczasowe badania poddają jednak w wątpliwość wiarygodność samoistnej regeneracji uszkodzonej chrząstki stawowej, co powoduje konieczność skupienia się na możliwościach ochrony tejże tkanki przed dalszą jej degradacją. 

Budowa stawu

Trzy składowe – powierzchnia stawu, więzadła i torebka – stanowią o jakości stawu i jego wydolności czynnościowej. Ewolucyjnie stawy zostały biomechanicznie odmiennie ukształtowane w zależności do ich przeznaczenia jako stawy kuliste, zawiasowe i wiele innych. Powierzchnia stawowa to w istocie chrząstka stawowa, której grubość została ewolucyjnie zróżnicowana wprost proporcjonalnie do fizjologicznych obciążeń. Na budowę chrząstki składają się komórki chrzęstne – chondrocyty, włókna kolagenowe, agregaty proteoglikanów oraz macierz [4, 6].

Biologicznie zasadniczą cechą chrząstki stawowej jest jej elastyczność i odporność mechaniczna, co wynika z jej morfologii. 

Chrząstka stawowa

Morfologia chrząstki stawowej dotyczy nie tylko samej tkanki, ale również struktury jej posadowienia i warunków odżywiania. Miejscem posadowienia chrząstki stawowej jest powierzchnia tkanki kostnej gąbczastej nasady kości długiej, zwykle nieco poszerzona. Kość gąbczasta jest pokryta cienką warstwą blaszki tkanki kostnej zbitej, zwaną warstwą podchrzęstną. Podstawna warstwa chrząstki stawowej odżywiana jest krwią z tejże warstwy podchrzęstnej, a warstwy pozostałe chrząstki stawowej odżywiane są na drodze pinezkowej poprzez wtłaczany podczas ruchu stawu płyn stawowy. Zatem chrząstka odżywiana jest podczas ruchu, co stanowi wykładnię dla wdrażania metod leczenia operacyjnego z zachowaniem ruchów stawu [2, 6].

Istotną pozytywną cechą tkanki kostnej gąbczastej jest jej bogate unaczynienie warunkujące optymalizację gojenia w przypadku jej uszkodzenia. Jednak negatywną cechą tkanki kostnej gąbczastej nasady jest jej relatywnie mała wytrzymałość mechaniczna na wartości sił łamiących tę powierzchnię, zatem znamienne znaczenie mają elementy buforujące obrażenia mechaniczne, np. łąkotki. Strukturę nasady kości długich wzmacniają trajektorie oporowe wyznaczone przez układ biomechaniczny beleczek kostnych. Liczba trajektorii jest odmienna w różnych nasadach. Bliższa nasada kości piszczelowej ma ich sześć.  

Oceniając wartość biologiczną stawu, należy stwierdzić, że jakość chrząstki decyduje o sprawności stawu, natomiast jakość struktur wewnątrzstawowych, takich jak aparat więzadłowo-torebkowy czy łąkotki, decydują o wydolności stawu. 

Rolą chrząstki stawowej jest przejmowanie obciążeń biomechanicznych, absorbowanie wstrząsów oraz ułatwianie ruchu ślizgowego. Na warunki prawidłowej czynności stawu składa się sumarycznie wiele elementów, takich jak prawidłowa oś mechaniczna kończyny, stabilność stawu – nieuszkodzone więzadła, torebka stawowa prawidłowa, znikome tarcie – trybologia, prawidłowy skład płynu stawowego, jakość odżywiania chrząstki stawowej, tarcie powierzchni stawowych, idealna gładź chrząstki stawowej, zdrowa maziówka oraz produkcja prawidłowego płynu maziowego [2, 7, 8].

Profilaktyka

Profilaktyka ortopedyczna artrozy dotyczy kolejnych okresów rozwoju dziecka. W okresie niemowlęcym szczególnie istotna jest wczesna diagnostyka i skuteczne leczenie dysplazji biodra, a podczas rozpoczęcia chodzenia eliminuje się pierwotnie koślawość stóp, a wtórnie kolan, by uniknąć następstw prawa zachowania masy (Wolfa-Delpecha) skutkującego asymetrią wzrostu kości w miejscu biomechanicznie przeciążanym. W okresie okołopokwitaniowym – 
skoku wzrostowego – eliminuje się wady postawy skutkujące asymetrią obciążania powierzchni stawowych [2, 9].

Profilaktyka internistyczna artrozy to skuteczna, wczesna diagnostyka i wyleczenie ognisk zapalnych wewnątrzustrojowych o wielorakiej etiologii – dna moczanowa, chlamydioza, borelioza, nadkażenia gruźlicze i wiele innych. Ogniska zapalne immunizują wtórnie organizm, znajdując posadowienie w błonie maziowej stawu skutkujące zaburzeniem odżywczym płynu stawowego. Istotna jest również profilaktyka ogólna, zaburzenia hormonalne, choroby układowe oraz walka z nadwagą [5, 10, 12].

Zasadniczym elementem zmian zwyrodnieniowych i tempa ich narastania jest stopień i zakres uszkodzenia chrząstki stawowej. Uszkodzenia te dzieli się na urazowe i przeciążeniowe. Należy zaznaczyć, że obrażenia pourazowe chrząstki mogą dotyczyć zarówno chrząstki pierwotnie zdrowej, jak i wcześniej uszkodzonej przeciążeniowo, co praktycznie zmienia rokowanie. Obrażenia pourazowe chrząstki stawowej mogą występować bez złamania warstwy podchrzęstnej lub też z jej złamaniem. Zachowanie ciągłości warstwy podchrzęstnej świadczy o stłuczeniu lub zmiażdżeniu chrząstki. Obrażenia ze złamaniem warstwy podchrzęstnej to zwykle kompresja powierzchni stawowej lub przemieszczenie odłamów wraz z chrząstką stawową [9, 11].

Przyczyną uszkodzeń przeciążeniowych kostki stawowej są zaburzenia osi mechanicznej lub anatomicznej kończyny dolnej, anomalie powierzchni stawowych, przeciążenia statyczne oraz przeciążenia dynamiczne. 

Morfologia choroby zwyrodnieniowej stawów

Jak dalece złożonym biologicznie procesem dotyczącym licznych składowych stawu jest choroba zwyrodnieniowa stawów (ChZS) świadczy fakt określenia definicji tej choroby przez sześć światowych towarzystw naukowych – American Academy of Orthopaedic Surgeons, National Institute of Arthritis, Musculoskeletal and Skin Diseases, National Institute on Aging, Arthritis Foundation and Orthopaedic oraz Research and Education Foundation. 

Towarzystwa te uzgodniły, że ChZS to zespół nakładających się zaburzeń, które mimo odmiennej etiologii prowadzą do podobnych zmian biologicznych, morfologicznych i klinicznych. Proces chorobowy dotyczy nie tylko chrząstki stawowej, ale obejmuje cały staw, w tym podchrzęstną warstwę kości, więzadła, torebkę stawową, błonę maziową i mięśnie okołostawowe. Choroba zwyrodnieniowa stawów jest wynikiem działania czynników mechanicznych i biologicznych, destabilizujących procesy degradacji i syntezy chrząstki stawowej, w tym chondrocytów i macierzy pozakomórkowej oraz podchrzęstnej warstwy kości. Stwierdzono, że proces chorobowy ChZS jest inicjowany przez wiele czynników, takich jak genetyczne, rozwojowe, metaboliczne czy urazowe i dotyczy wszystkich tkanek stawu. Następują zróżnicowane zmiany w komórkach i macierzy chrząstki stawowej w zakresie morfologicznym, biochemicznym, molekularnym i biome-
chanicznym. Zmiany obejmują także komórki i macierze o typie rozmiękania, włókienkowatości, owrzodzeń i ubytku chrząstki stawowej o różnej wielkości. Dochodzi również do zmian pozachrząstkowych o typie uwapnienia i zagęszczenia podchrzęstnej tkanki kostnej, powstawania osteofitów oraz torbielek podchrzęstnych [9, 13].

Wspominane zmiany są przyczyną występowania zróżnicowanych objawów klinicznych m.in. bólu stawowego, bolesności uciskowej, ograniczenia ruchomości, trzeszczenia, wysięków oraz cech zapalenia. Zmiany zapalne w ChZS ograniczają się do stawu, a wywołują je produkty degradacji chrząstki i kości o typie osteoarthritis, a nie osteoarthrosis [5, 9].

Choroba zwyrodnieniowa stawów określana jest jako pierwotna idiopatyczna i wtórna.

Epidemiologia choroby zwyrodnieniowej stawów

Artroza to trzecia co do częstości choroba w Europie Środkowej i Wschodniej po chorobie niedokrwiennej serca i chorobach naczyniowych mózgu w przedziale wiekowym 45–59 rok życia. W Europie Zachodniej jest na drugim miejscu po chorobie niedokrwiennej serca. W okresie wydłużania się średniego czasu przeżycia będzie stanowiła jeszcze większy problem. Częstość występowania ChZS jest zróżnicowana co do wieku, zwiększa się z wiekiem, ale dotyczy również ludzi młodych i tak w grupie 18–24 lat występuje u 4%, w populacji poniżej 35. roku życia u 5%, w wieku powyżej 65. roku życia u 70% oraz w wieku 75–79 lat u 85%. Choroba zwyrodnieniowa stawów dotyczy ok. 60% mężczyzn i 70% kobiet w wieku 65 lat (Sarzi-Puttini P et al.). U 80% osób po 50. roku życia stwierdza się zmiany radiologiczne w badaniach obrazowych, często jeszcze bez manifestacji klinicznej [6].

Objawy ChZS obserwuje się u ok. 28% populacji w wieku powyżej 45. roku życia oraz 37% populacji w USA [3]. 

W Wielkiej Brytanii liczba hospitalizacji z powodu ChZS zwiększyła się o 80% w ciągu ostatnich 10 lat. We Francji liczba leczonych z powodu ChZS w 2002 r. była o 156% wyższa niż w 1993 r., a wydatki z tym związane przekroczyły 1,6 miliarda euro, będąc znaczącym obciążeniem systemu ochrony zdrowia [4]. 

Analiza umiejscowienia ChZS wykazuje, że dotyczy ona szczególnie stawów kończyn dolnych dźwigających ciężar ciała, szczególnie stawu kolanowego, stawu biodrowego, kręgosłupa szyjnego, kręgosłupa lędźwiowo-krzyżowego, jak również stawów rąk, w tym stawu śródręczno-palcowego. 

Aktualność omawianej problematyki ChZS potwierdza wysokie zainteresowanie bieżące w internecie i liczba wejść dotyczących poszczególnych zagadnień: chrząstka stawowa to 128 000 wyników (0,26 s), budowa chrząstki stawowej to 24 900 wyników (0,33 s), a zmiany zwyrodnieniowe stawów to 230 000 wyników (0,15 s). Stopień zainteresowania ChZS w obrębie kończyny dolnej wykazuje według częstości wejść: dla stawu kolanowego –  84 700 wyników (0,24 s), stawu biodrowego – 57 500 wyników (0,17 s), a stawu skokowo-goleniowego – 57 100 wyników (0,16 s). 

Zasady postępowania w ChZS winny być wiarygodne i zgodne z rzetelnymi zasadami medycyny opartej na faktach (ang. evidence based medicine – EBM). Zatem w kolejności najpierw wiarygodne rozpoznanie przyczyny uszkodzenia chrząstki, następnie dobór zasadnej biologicznie metody leczenia oraz uwzględnienie czynników ryzyka powikłań. 

Zapobieganie uszkadzaniu chrząstki

W tym złożonym i odpowiedzialnym procesie uwzględnia się zróżnicowane techniki zabiegowe kilku generacji zależnie od biologicznej etiologii ChZS – technikę biomechaniczną, humoralną, komórkową, tkankową, trybologiczną, substytucyjną oraz regeneracyjną. Prognostycznie techniki te można podzielić na biomechaniczne, mechaniczne i biologiczne. Metodą biomechaniczną jest metoda zmieniająca biomechanikę stawu. Metody mechaniczne to te, gdzie następuje ochrona mechaniczna chrząstki stawowej. Metody biologiczne cechuje wpływ na biologię chrząstki stawowej, zatem stanowią element prognostycznie twórczy. Elementem wspomagającym metody biologiczne są metody biomechaniczne i mechaniczne. 

Zapobieganie biomechaniczne

Zapobieganie biomechaniczne to praktycznie odciążenie jednoprzedziałowe. Założeniem jest zmniejszenie wzajemnego nacisku tkanki chrzęstnej obydwu przylegających do siebie powierzchni stawowych. Element ten stanowi podstawę skuteczności ochrony chrząstki innymi metodami. Wskazania do zabiegu to izolowana choroba zwyrodnieniowa przedziału przyśrodkowego ze szpotawym bądź koślawym zniekształceniem osi stawu, dobry zakres ruchów stawu kolanowego, nieobecność lub niewielkie cechy obluzowania aparatu więzadłowo-torebkowego, tkanka kostna okołostawowa dobrej jakości. 

Zapobieganie humoralne

Zapobieganie humoralne zaliczane jest do metod biologicznych, dotyczy wpływu elementów biologicznych uzyskanych z krwi obwodowej lub szpiku chorego na stabilizację czy też zablokowanie procesów niszczenia chrząstki stawowej. Celowi temu służyć może osocze bogatopłytkowe (ang. platelet rich plasma – PRP) zawierające odpowiednie stężenie czynników wzrostu. W tym celu w ośrodku autorów przeprowadzono walidację metody, oznaczając stężenie płytkopochodnych czynników wzrostu, tj. PDGF-AB, TGF-B1, IGF i VEGF w PRP przed i po aktywacji mieszaniną chlorku wapnia i trombiny. Stężenie czynników wzrostu oznaczono za pomocą testów immunoenzymatycznych ELISA (R&D Systems, Abingdon UK) zgodnie z procedurą. Badania wykazały znamienne stężenie omawianych czynników wzrostu. 

Zapobieganie komórkowe

Zapobieganie komórkowe również należy do metod biologicznych i dotyczy zastosowania odpowiednich rodzajów komórek w celu odbudowy i próby regeneracji ubytków. 

Komórki stromalne szpiku. Ich podanie jest wskazane w głębokich ubytkach chrząstki i warstwy podchrzęstnej tkanki kostnej. Praktycznie procedura sprowadza się do pobrania komórek stromalnych szpiku uzyskanych z talerza kości miednicznej. Po ich odwirowaniu uzyskuje się znaczne stężenie komórek w małej objętości szpiku, co stosuje się zależnie od zasadnie dobranej techniki rekonstrukcji. Chondrocyty. Podawane są w celu próby odbudowy chrząstki stawowej, zwykle po namnożeniu ich w hodowli.Sposób implantacji miejscowy, dostawowy, zależny od wskazań. W niektórych technikach stosowane są nośniki. 

Zapobieganie tkankowe

Zapobieganie tkankowe znajduje zastosowanie w sytuacji głębokich ubytków chrząstki stawowej. Istnieją wówczas wskazania do zastosowania przeszczepów autogenicznych chrząstki stawowej z okolic nieobciążanych tego samego stawu. Techniki tychże przeszczepów są zróżnicowane. 

Zapobieganie try

...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 4 wydaia czasopisma "Praktyczna Ortopedia i Traumatologia"
  • Nielimitowany dostęp do całego archiwum czasopisma
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy