Nowoczesne techniki określania rotacji elementu udowego podczas endoprotezoplastyki całkowitej stawu kolanowego

Całkowita endoprotezoplastyka stawu kolanowego (ang. Total Knee Replacement – TKR) jest uznawana za złoty standard leczenia operacyjnego zaawansowanego stadium choroby zwyrodnieniowej. Uważa się, iż obecnie, obok zabiegu protezoplastyki stawu biodrowego, jest to jedna z najczęściej wykonywanych procedur medycznych w ortopedii na całym świecie [1, 2]. Według danych Narodowego Funduszu Zdrowia w Polsce, w roku 2018 wykonano 28 tys. tych zabiegów [3]. Szacuje się, że liczba chorych poddawanych endoprotezoplastyce będzie rosła – wg szacunków już w 2040 roku w samych Stanach Zjednoczonych ma być to 3 mln pacjentów rocznie (dla porównania, w roku 2020 ok. 1 mln) [4]. Od kilku lat podnosi się temat występowania artrozy u coraz młodszych i bardziej otyłych chorych z rosnącymi jednocześnie oczekiwaniami wobec wyniku leczenia. Zwiększa się też liczba chorób współistniejących u operacyjnie leczonych pacjentów, przy czym oprócz jednostek internistycznych wyraźnie podkreśla się wzrost częstości występowania lęku (także okołooperacyjnego), jak i depresji. Szczególnie te ostatnie mogą zapowiadać niekiedy nierealne oczekiwania pacjenta wobec przeprowadzanej operacji, co stanowi dla chirurga jeszcze większe wyzwanie, zarówno podczas planowania, jak i zabiegu [5, 6, 7].

Mimo wykonywania dużej liczby TKR na świecie szacuje się, że wciąż ok. 20% pacjentów nie jest zadowolonych z wyniku leczenia. Z kolei liczba osób uprawiających aktywność fizyczną po zabiegu maleje w przeciwieństwie do endoprotezoplastyki całkowitej stawu biodrowego. Do najczęstszych przyczyn pooperacyjnego niezadowolenia pacjenta należą m.in. utrzymujące się dolegliwości bólowe, niepełny zakres ruchu czy też uczucie „nie swojego” kolana [8, 9].

Powszechnie wiadomo, że na końcowy sukces wpływają doświadczenie zespołu w ośrodku przeprowadzającym zabieg, brak zakażenia okołoprotezowego, opieka rehabilitacyjna przed-, i pooperacyjna, a także sama postawa pacjenta wobec operacji, jego nastawienie psychiczne i oczekiwania wobec przeprowadzanej procedury [10]. Jednakże ostatnio coraz więcej traktuje się o kluczowej roli właściwego ustawienia implantu, pozwalającego na jego lepsze dopasowanie do kości, tak aby uniknąć obluzowania w okresie pooperacyjnym. Stanowi to bowiem jedno z najczęstszych wskazań do zabiegu rewizyjnego. Kluczowym podczas TKR jest odtworzenie prawidłowej biomechaniki stawu, poprzez zapewnienie maksymalnego zakresu ruchu i pełnej stabilności. Możliwe jest to m.in. przez odpowiednio przeprowadzone cięcia kostne i plastykę tkanek miękkich [11, 12].

Samo dopasowanie komponentów wg rozmiaru nie stanowi jednak skutecznego rozwiązania. W trakcie planowania procedury należy wziąć też pod uwagę ich położenie w 3 wymiarach, w szczególności w płaszczyźnie strzałkowej. Odnosząc się do linii biegnącej stycznie do linii tylnego kłykcia bocznego oraz przyśrodkowego kości udowej w zdrowym stawie kolanowym, linia prosta, poprowadzona pomiędzy nadkłykciem przyśrodkowym i bocznym, przebiega średnio w rotacji zewnętrznej 3,5 stopnia (u mężczyzn) lub 1 stopnia (u kobiet). Ponadto na podstawie analizy 190 tomografii komputerowych stwierdzono, że w warunkach fizjologicznych w przypadku ok. 65% zdrowych stawów kolanowych występuje rotacja wewnętrzna o wartości 3 stopni [13].

W trakcie rozwoju choroby zwyrodnieniowej ze szpotawą osią kończyny wykazano, że linia międzynadkłykciowa może zwiększać swoją rotację nawet do kilkunastu stopni. Z tego też względu, dla późniejszego właściwego funkcjonowania stawu decydujące jest odpowiednie zrotowanie komponentu udowego w stronę przeciwną. Ze względu na specyficzną – pierwotnie asymetryczną strukturę końca dalszego kości udowej – odwzorowujący go fragment protezy wymaga rotacji podczas pozycjonowania, tak aby zachować symetryczną przestrzeń w obrębie szpary stawowej, zarówno w zgięciu, jak i wyproście. Jedynie w takiej sytuacji gwarantuje to pacjentowi nie tylko zachowanie maksymalnej ruchomości stawu, czy też całkowitą jego stabilność w pełnym zakresie ruchu, ale także właściwy tor ruchu rzepki, pozwalający uniknąć dolegliwości określanych jako ból przedniego przedziału kolana. Zapobiega to także pooperacyjnej sztywności w obrębie operowanego stawu [14, 15, 16].

W przypadku zastosowania zbyt dużej rotacji wewnętrznej, szpara stawowa w trakcie zgięcia staje się asymetryczna, a staw niewłaściwie zbalansowany. Może dochodzić wtedy do przemieszczenia rzepki (przy pomyłce rzędu 1–4°), podwichnięcia (5–8°) lub niekiedy nawet do jej zwichnięcia (powyżej 8° niewłaściwej rotacji) w trakcie zgięcia stawu. Nawet kilka stopni przemieszczenia komponentu zwiększa bowiem oddziałujące na rzepkę siły poprzeczne. Obserwuje się także niestabilność kolana, ból po jego stronie przyśrodkowej, w obrębie części bliższej kości piszczelowej. Dochodzi również do uniesienia kłykcia bocznego komponentu udowego. Z kolei pogłębienie rotacji zewnętrznej komponentu powoduje powiększenie szpary stawowej po stronie przyśrodkowej i w konsekwencji może prowadzić do odczuwalnej niestabilności kolana podczas zginania.

Mogłoby się zatem wydawać, iż łagodna, zewnętrzna malrotacja elementu udowego „wybacza” nieco więcej w porównaniu z wewnętrzną. Być może to zasługa nieco większej wiotkości tkanek miękkich po stronie bocznej, jak i bocznego ukierunkowania rzepki w zgięciu. Niezależnie od kierunku, niewłaściwa rotacja części udowej wywiera także znaczący wpływ na kąt Q, pogarszając przy tym funkcjonalność stawu kolanowego. Niektóre badania klasyfikują nieprawidłowości w rotacji na: łagodne (do 3°), umiarkowane (4–6°) i ciężkie (powyżej 6°). Operator powinien mieć również na uwadze, by linia cięcia dystalnej części kości udowej oraz jej tylnych kłykci była równoległa do linii cięcia plateau piszczeli [17, 18, 19, 20].

Dotychczas opisano wiele technik służących do oceny śródoperacyjnej właściwego ustawienia komponentu udowego. Mowa tu np. o resekcji kostnej (ang. measured-resection - MR), opartej na orientacyjnych punktach anatomicznych. Określa się ją m.in. na podstawie anatomicznej lub chirurgicznej osi międzynadkłykciowej (ang. Transepicondylar Axis – TEA), wyznaczonej przez linię łączącą odpowiednio nadkłykieć boczny z przyśrodkowym – punkty przyczepów więzadeł pobocznych – lub nadkłykieć boczny z bruzdą przyśrodkową kości udowej. Można oprzeć się także na linii tylnych kłykci (ang. posterior condylar axis – PCA), biegnącej stycznie do tylnych powierzchni kłykci kości udowej czy Linii Whiteside’a (ang. anteroposterior axis – APA), będącej połączeniem najniższego punktu wcięcia rzepkowego kości udowej ze szczytem dołu międzykłykciowego [21, 22]. W dwóch pracach opublikowanych przez Stoeckla ze wsp. i Jeroscha ze wsp. zwrócono jednakże uwagę na bardzo dużą rozbieżność w wyznaczaniu śródoperacyjnym punktów stanowiących nadkłykcie kości udowej, co wskazywać może na małą dokładność stosowania tej metody pomiaru rotacji [23, 24].
 

W niektórych ośrodkach ortopedycznych zakłada się, że o słuszności prawidłowego zrotowania części udowej protezy stanowić może tzw. objaw Grand Piano – przy cięciu przednim końca dalszego kości udowej powstała płaska powierzchnia charakteryzuje się dwukrotnie wyższym szczytem w części bocznej, w porównaniu ze szczytem w części przyśrodkowej [25]. Eksperci na całym świecie, w tym m.in. członkowie European Society of Sports Traumatology Knee Surgery and Arthroscopy – European Knee Associates (ESSKA-EKA), są jednak zgodni – z racji braku najlepszej metody, dla jak najdokładniejszego spozycjonowania komponentu należy opierać się na co najmniej dwóch różnych punktach odniesienia. Tylko wtedy jesteśmy w stanie zmniejszyć margines błędu podczas rotacji implantu [26]. Innym sposobem na jego właściwe ustawienie jest natomiast manipulacja tkankami miękkimi (ang. Gap-Balancing – GB) celem wyrównania szerokości szpary stawowej. Na podstawie jednakże większości obecnych dostępnie badań, zarówno techniki MR, jak i GB nie wykazały znaczącej przewagi nad pozostałymi [27, 28].

Wraz z rozwojem implantów używanych podczas endoprotezoplastyki i wprowadzeniem na rynek endoprotez anatomicznych, lepiej dopasowanych do anatomii stawu kolanowego pacjenta, rozwinęły się również narzędzia wspomagające pracę chirurga. Należą do nich m.in. dodatkowe instrumentaria, tzw. dynamiczne balancery lub półautonomiczne systemy robotyczne. Pozwalają one na dobranie rotacji elementu udowego z jak największą precyzją, dopasowując ją do napięcia tkanek miękkich, dzięki czemu pozwalają na osiągnięcie stabilnej szczeliny zgięciowej.

Jednym z takich urządzeń do określania rotacji elementu udowego jest właśnie dynamiczny balanser FUZION (Zimmer Biomet – Warszawa, IN – USA). Służy on do określania szpary stawowej zarówno w wyproście, jak i w zgięciu. Podczas ustalania wielkości przestrzeni wyprostnej pozwala (poprzez odpowiednie rozwarcie) na ocenę wysokości oraz ewentualnej asymetrii owej przestrzeni. Po określeniu wysokości wkładki w pełnym wyproście, a następnie w 90° zgięcia, napinając tkanki miękkie, instrumentarium pozwala wyznaczyć rotację elementu udowego z jednoczesnym dobraniem jego rozmiaru.
 

Kolejnym z takich urządzeń jest półautonomiczny robot NAVIO (Smith&Nephew, Pittsburgh, PA, USA), który wspomaga pracę operatora nie tylko w trakcie resekcji części kostnych, ale również odpowiada za właściwe ustawienie komponentów protezy względem siebie. Jego system operacyjny oblicza właściwy balans tkankowy w pełnym zakresie ruchu stawu. Dokonuje tego w odniesieniu do TEA, PCA i APA, na podstawie indywidualnej anatomii pacjenta poddawanego zabiegowi.

Podczas planowania umieszczenia komponentów należy zebrać punkty odpowiadające nadkłykciom przyśrodkowemu i bocznemu kości udowej. Zostaje to bowiem wykorzystywane do utworzenia osi ML (przyśrodkowo-bocznej) dla kości udowej. Oś AP jest następnie wyprowadzana zarówno na podstawie wyznaczonej osi mechanicznej kości udowej, jak i uprzednio zdefiniowanej osi ML. Podczas gdy inne oznaczenia są pojedynczymi punktami odnoszącymi się do końcówki sondy punktowej, zdefiniowanie osi AP kości udowej określa zbiór odnoszący się do długiej osi sondy. Wybór PCA do wyznaczenia punktu odniesienia rotacji kości udowej wykorzystuje z kolei położone najbardziej przyśrodkowo i bocznie tylne punkty kłykci i umożliwia oznaczenie kąta osi ML w odniesieniu do tych dwóch zebranych punktów.

Warto zaznaczyć, że oba te narzędzia pozwalają na ustawienie komponentu udowego w rotacji z niezwykłą precyzją, a nie – jak przewiduje to większość dostępnych na rynku instrumentariów – w rotacjach 0°, 3°, 5° lub 7°. Ponadto możliwe jest osadzenie implantu w rotacji wewnętrznej. Ostatnimi czasy coraz częściej obalany jest mit rutynowego ustawiania 3° rotacji zewnętrznej, co wydaje się być normą wśród ortopedów w Polsce. W obserwacjach zespołu Kliniki Ortopedii i Rehabilitacji rotacja wewnętrzna kości udowej lub zerowa wartość tego parametru występuje u ok. 14% pacjentów poddawanych TKR. Pomiary te stale wykonuje się na podstawie pooperacyjnych badań tomografii komputerowej, a wyniki te są w trakcie opracowania statystycznego do kolejnych publikacji.

Reasumując, ciągły rozwój instrumentarium, jak i technik operacyjnych endoprotezoplastyki całkowitej stawu kolanowego pozwala na przeprowadzanie coraz to dokładniejszych cięć kostnych i balansu tkanek miękkich. Trwają obecnie badania naukowe, które określą, czy dzięki tym instrumentom w dłoniach sprawnego chirurga będzie można zmniejszyć liczbę osób niezadowolonych z TKR oraz zbliżyć się do wyników klinicznych endoprotezoplastyki stawu biodrowego.

Piśmiennictwo

1. Guo E.W., Sayeed Z., Padela M.T., Qazi M., Zekaj M., Schaefer P., Darwiche H.F. Improving Total Joint Replacement with Continuous Quality Improvement Methods and Tools, „Orthop Clin North Am.” 2018 Oct;49(4):397–403. doi: 10.1016/j.ocl.2018.05.002. Epub 2018 Aug 16. PMID: 30224001.
2. 2Gao J., Xing D., Dong S., Lin J., The primary total knee arthroplasty: a global analysis, „J Orthop Surg Res.” 2020 May 26;15(1):190. doi: 10.1186/s13018-020-01707-5. PMID: 32456654; PMCID: PMC7249396.
3. 3Realizacja świadczeń endoprotezoplastyki stawowej w 2018 r., Narodowy Fundusz Zdrowia, Warszawa 2018.
4. 4Singh J.A., Yu S., Chen L., Cleveland J.D., Rates of Total Joint Replacement in the United States: Future Projections to 2020–2040 Using the National Inpatient Sample, „J Rheumatol.” 2019 Sep;46(9):1134–1140. doi: 10.3899/jrheum.170990. Epub 2019 Apr 15. PMID: 30988126.
5. 5Silverwood V., Blagojevic-Bucknall M., Jinks C., Jordan J.L., Protheroe J., Jordan K.P., Current evidence on risk factors for knee osteoarthritis in older adults: a systematic review and meta-analysis, „Osteoarthritis Cartilage” 2015 Apr;23(4):507–15. doi: 10.1016/j.joca.2014.11.019. Epub 2014 Nov 29. PMID: 25447976.
6. 6Yoo J.H., Chang C.B., Kang Y.G., Kim S.J., Seong S.C., Kim T.K., Patient expectations of total knee replacement and their association with sociodemographic factors and functional status, „J Bone Joint Surg Br.” 2011 Mar;93(3):337–44. doi: 10.1302/0301-620X.93B3.25168. PMID: 21357955.
7. 7Blackburn J., Qureshi A., Amirfeyz R., Bannister G., Does preoperative anxiety and depression predict satisfaction after total knee replacement? „Knee” 2012 Oct;19(5):522-4. doi: 10.1016/j.knee.2011.07.008. Epub 2011 Aug 16. PMID: 21846588.
8. 8Bourne R.B., Chesworth B.M., Davis A.M., Mahomed N.N., Charron K.D., Patient satisfaction after total knee arthroplasty: who is satisfied and who is not? „Clin Orthop Relat Res.” 2010;468(1):57–63. doi:10.1007/s11999-009-1119-9
9. 9Scott C.E., Howie C.R., MacDonald D., Biant L.C., Predicting dissatisfaction following total knee replacement: a prospective study of 1217 patients, „J Bone Joint Surg Br.” 2010 Sep;92(9):1253-8. doi: 10.1302/0301-620X.92B9.24394. PMID: 20798443.
10. 1Drexler M., Dwyer T., Chakravertty R., Farno A., Backstein D., Assuring the happy total knee replacement patient,  „Bone Joint J.” 2013 Nov;95-B.(11 Suppl A.):120-3. doi: 10.1302/0301-620X.95B11.32949. PMID: 24187368.
11. 1Rivière C., Lazic S., Boughton O., Wiart Y., Vïllet L., Cobb J., Current concepts for aligning knee implants: patient-specific or systematic?. EFORT Open Rev. 2018;3(1):1–6. Published 2018 Jan 8. doi:10.1302/2058-5241.3.170021
12. 1Shekhar A., Chandra Krishna C., Patil S., Tapasvi S., Does increased femoral component size options reduce anterior femoral notching in total knee replacement? „J Clin Orthop Trauma” 2020 Mar;11(Suppl 2):S223–S227. doi: 10.1016/j.jcot.2019.03.006. Epub 2019 Mar 16. PMID: 32189945; PMCID: PMC7068002.
13. 1Newman C.R., Walter W.L., Talbot S., Femoral rotational asymmetry is a common anatomical variant, „Clin Anat.” 2018 May;31(4):551–559. doi: 10.1002/ca.23053. Epub 2018 Feb 8. PMID: 29359478.
14. 1Romero J., Stähelin T., Binkert C., Pfirrmann C., Hodler J, Kessler O., The clinical consequences of flexion gap asymmetry in total knee arthroplasty, „J Arthroplasty” 2007 Feb;22(2):235–40. doi: 10.1016/j.arth.2006.04.024. PMID: 17275640.
15. 1Maderbacher G., Keshmiri A., Springorum H.R., Maderbacher H., Grifka J., Baier C., Influence of Component Rotation in Total Knee Arthroplasty on Tibiofemoral Kinematics-A. Cadaveric Investigation, „J Arthroplasty” 2017 Sep;32(9):2869–2877. doi: 10.1016/j.arth.2017.03.055. Epub 2017 Apr 1. PMID: 28434698.
16. 1Olcott C.W., Scott R.D., The Ranawat Award. Femoral component rotation during total knee arthroplasty, „Clin Orthop Relat Res.” 1999 Oct;(367):39–42. PMID: 10546596.
17. 1Valkering K.P., Breugem S.J., van den Bekerom M.P., Tuinebreijer W.E., van Geenen R.C., Effect of rotational alignment on outcome of total knee arthroplasty, „Acta Orthop.” 2015;86(4):432–439. doi:10.3109/17453674.2015.1022438
18. 1Verlinden C., Uvin P., Labey L., Luyckx J.P., Bellemans J., Vandenneucker H., The influence of malrotation of the femoral component in total knee replacement on the mechanics of patellofemoral contact during gait: an in vitro biomechanical study, „J Bone Joint Surg Br.” 2010 May;92(5):737–42. doi: 10.1302/0301-620X.92B5.22603. PMID: 20436014.
19. 1Heyse T.J., El-Zayat B.F., De Corte R., Chevalier Y., Fuchs-Winkelmann S., Labey L., Internal femoral component malrotation in TKA significantly alters tibiofemoral kinematics, „Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc.” 2018 Jun;26(6):1767–1775. doi: 10.1007/s00167-017-4778-1. Epub 2017 Nov 11. PMID: 29128876.
20. 2Chen Z., Wang L., Liu Y., He J, Lian Q, Li D., Jin Z., Effect of component mal-rotation on knee loading in total knee arthroplasty using multi-body dynamics modeling under a simulated walking gait, „J Orthop Res.” 2015 Sep;33(9):1287–96. doi: 10.1002/jor.22908. Epub 2015 Apr 14. PMID: 25820991.
21. 2Franceschini V., Nodzo S.R., Gonzalez Della Valle A., Femoral Component Rotation in Total Knee Arthroplasty: A. Comparison Between Transepicondylar Axis and Posterior Condylar Line Referencing, „J Arthroplasty” 2016 Dec;31(12):2917–2921. doi: 10.1016/j.arth.2016.05.032. Epub 2016 May 27. PMID: 27374639.
22. 2Geiger F., Parsch D., Intraoperative assessment of femoral component rotational alignment in total knee arthroplasty, „Arch Orthop Trauma Surg.” 2008 Mar;128(3):267–70. doi: 10.1007/s00402-007-0434-4. Epub 2007 Sep 27. PMID: 17899136.
23. 2Stoeckl B., Nogler M., Krismer M., Beimel C., de la Barrera J.L., Kessler O., Reliability of the transepicondylar axis as an anatomical landmark in total knee arthroplasty, „J Arthroplasty” 2006 Sep;21(6):878–82. doi: 10.1016/j.arth.2005.10.020. PMID: 16950043.
24. 2Jerosch J., Peuker E., Philipps B., Filler T., Interindividual reproducibility in perioperative rotational alignment of femoral components in knee prosthetic surgery using the transepicondylar axis, „Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc.” 2002 May;10(3):194–7. doi: 10.1007/s00167-001-0271-x. Epub 2002 Feb 5. PMID: 12012038.
25. 2Moyad T.F., Hughes R.E., Urquhart A., Grand piano sign, a marker for proper femoral component rotation during total knee arthroplasty, „Am J Orthop (Belle Mead NJ)” 2011 Jul;40(7):348–52. PMID: 22013571.
26. Skowronek P., Arnold M., Starke C., Bartyzel A., Moser L.B., Hirschmann M.T., European Knee Associates (EKA). Intra- and postoperative assessment of femoral component rotation in total knee arthroplasty: an EKA knee expert group clinical review, „Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc.” 2021 Mar;29(3):772–782. doi: 10.1007/s00167-020-06006-4. Epub 2020 Apr 30. PMID: 32350578.
27. 2Dennis D.A., Komistek R.D., Kim R.H., Sharma A., Gap balancing versus measured resection technique for total knee arthroplasty, „Clin Orthop Relat Res.” 2010 Jan;468(1):102–7. doi: 10.1007/s11999-009-1112-3. PMID: 19789934; PMCID: PMC2795818.
28. 2Daines B.K., Dennis D.A., Gap balancing vs. measured resection technique in total knee arthroplasty, „Clin Orthop Surg.” 2014;6(1):1–8. doi:10.4055/cios.2014.6.1.1