Nové možnosti v léčbě poúrazových defektů kloubní chrupavky


New Options for Management of Posttraumatic Articular Cartilage Defects

Articular cartilage trauma, in particular due to its poor healing potential remains a complicated problem in both the adult and paediatric traumatology and orthopedics. In older patients, total endoprosthesis of the joint is a method of choice, however, in younger patients, the situation remains more complicated. In case of osteochondral lesions (arthrosis, chondral fractures, osteochondrosis dissecans) the ideal management should result in complete recovery of the hyaline cartilage on the traumatized joint surface. Contemporary medicine uses some therapeutic procedures resulting in partial recovery of the articular cartilage structure at the lesion site and several techniques of excisionining the articular surface’s injured part and of transplantations of biological grafts.

Regarding the above first approach, abrasive methods (micro fractures, small drill holes), which are expected to result in recovery of the articular cartilage through progenitor cells that migrate from the bone marrow to the defect site following subchondral fracturing. In case the injury is managed early, the osteochondral fragment may be fixed and the articular congruence be recovered.

Mosaicoplasty using osteochondral auto grafts or other autologous grafts, or more recently using transplantations of autologous chondrocytes, which seem to have a major potential in the hyaline cartilage healing process. However, methodology of the transplant retention at the defect site remains a problem. Furthermore, the use of mesenchymal stem cells, so far in the experimental phase, appears prospective. Pivotal articular cartilage treatment research activities have progressed to a level of searching for a suitable scaffold of perfect qualities. This is the task for cooperation with bioengineering, requiring provision of the most exact differentiation protocol for hyline cartilage producing mesenchymal stem cells (MSCs).

Key words:
articular cartilage – scaffold – MSCs – biomaterials


Autoři: L. Plánka 1;  D. Starý 1;  R. Srnec 2;  A. Nečas 2;  P. Gál 1
Působiště autorů: Klinika dětské chirurgie, ortopedie a traumatologie FN Brno 1;  Klinika chorob psů a koček Veterinární a farmaceutické univerzity Brno 2
Vyšlo v časopise: Rozhl. Chir., 2008, roč. 87, č. 1, s. 42-45.
Kategorie: Monotematický speciál - Původní práce

Souhrn

Poranění kloubní chrupavky je komplikovaným problémem dospělé i dětské traumatologie a ortopedie, a to zejména díky jejímu malému hojivému potenciálu. U starších pacientů je metodou volby totální endoprotéza kloubu, avšak u mladších pacientů je situace složitější.

V případě osteochondrální léze (artróza, chondrální zlomenina, ostoechondrosis dissecans) je ideální způsob léčby takový, který vede k obnovení hyalinní chrupavky na povrchu poraněného kloubu. Současná medicína zná několik terapeutických postupů vedoucích k částečnému obnovení architektoniky kloubní chrupavky v místě léze a několik technik excize poraněné části kloubního povrchu a transplantace biologické náhrady.

V prvním případě jsou používány abrazivní metody (mikrofraktury, návrty), které předpokládají obnovení kloubní chrupavky vycestováním buněčných progenitorů po prolomení subchondrální kosti z dřeňové dutiny do místa defektu. Pokud je zachyceno poranění včas, je také možné osteochondrální fragment fixovat a obnovit kongruenci kloubního povrchu.

Při náhradě poškozeného kloubního povrchu je užíváno metody mozaikoplastiky osteochondrálním autoštěpem nebo jinými autologními tkáněmi, nověji transplantace autologních chondrocytů, které se jeví jako velmi perspektivní v procesu hojení směrem k hyalinní chrupavce. Problémem zůstává metodika retence transplantátu v defektu. Ve fázi experimentu je nyní využití mezenchymových kmenových buněk, rovněž s nadějnými výsledky.

Stěžejní část výzkumu léčby poranění kloubní chrupavky se přesouvá do roviny hledání vhodného skafoldu s ideálními vlastnostmi, což umožňuje spolupráce s bioinženýrstvím a co nejpřesnější diferenciační protokolu pro MSCs vedoucího kmenové buňky k tvorbě hyalinní chrupavky.

Klíčová slova:
kloubní chrupavka – skafold – MSCs – biomatriály

ÚVOD

Je prokázáno, že poranění kloubní chrupavky (KCH) má velice malý potenciál hojení [1, 2, 3] a vede velmi často k nitrokloubnímu krvácení (v jedné studii v 16 % ze 132 poranění kolene [4]).

U starších pacientů (uváděn věk od 65 let) je poranění KCH s následnou bolestí a omezením pohybu indikací k totální kloubní náhradě, což vede k výraznému zlepšení klinického stavu. Avšak tato metoda má průkazně vyšší riziko selhání u pacientů mladšího věku (zvláště pod 40 let) [5].

Typickým nálezem u mladého pacienta je poúrazová artróza nebo obraz hojení chondrální zlomeniny jako sekundární formy osteochondrosis dissecans. Tehdy dochází střižným mechanismem traumatu ke zlomení subchondrální kosti, která uvolní v kloubní ploše různě velký úlomek kosti a chrupavky. Chrupavka se v místě léze po čase hojí vpadlou vazivovou jizvou, což má za následek klinické obtíže pacienta. V některých případech může dojít k uvolnění osteochondrálního sekvestru (myšky), který může v kloubu perzistovat [6].

Dnešní klinická medicína zná několik způsobů léčby takto poraněné kloubní chrupavky, nicméně žádný z nich zatím nevede k vyhojení plnohodnotnou hyalinní chrupavkou. Obnovila by se tak funkce kloubu a pacient by byl kauzálně vyléčen nebo by bez větších obtíží dosáhl věku, vhodného k aplikaci totální náhrady.

Předkládaná přehledová práce podává ucelený souhrn současných metod ošetření kloubních chrupavčitých lézí s naznačením výhledu zavedení moderních metod, které jsou zatím ve stádiu experimentu.

PATOFYZIOLOGIE CHRUPAVKY

KCH není v dospělosti zásobena cévně, ani v ní neprobíhá lymfatická tkáň. Není napojena na homeostatický systém těla. Ve skutečnosti jsou chondrocyty skryté i před imunologickým účinkem extracelulární matrix. Ačkoliv buňky udržují produkci extracelulární matrix celý život, neefektivně odpovídají na poranění. Poranění ohraničené pouze na chrupavku samotnou, bez poranění subchondrální kosti, vyvolá jen mírnou hojivou reakci přilehlých chondrocytů.

Dokud není poraněna i subchondrální kost, není adekvátní odpověď hojení. Pokud je, tak se buňky kostní dřeně rekrutují a vyplňují defekt novou tkání. Do jaké míry se novotvořená tkáň podobá hyalinní kloubní chrupavce záleží na věku, druhu a místu poranění chrupavky, ale kompletní obnovení hyalinní chrupavky a subchondrální kosti je vidět jen velice zřídka [7].

DISEKUJÍCÍ OSTEOCHONDRÓZA

Disekující osteochondróza (osteochondrosis dissecans) je lokální aseptická nekróza subchondrální kosti postihující kloubní povrch. Nejčastěji bývají postiženi dospívající chlapci, značně tělesně aktivní. Muži jsou postiženi 2–3x častěji než ženy, až ve 30 % je postižení oboustranné. Rozlišujeme variantu juvenilní (věk 5–15 let) a adolescentní (věk nad 15 let).

Příčinou je nejčastěji exogenní nebo endogenní trauma (např. narážení tibiální eminence na laterální okraj mediálního kondylu femuru při vnitřní rotaci tibie), dále ischemie, abnormální osifikace epifýz, konstituční a genetická predispozice. Nejčastější lokalizací je mediální kondyl femuru (80 %), méně často laterální kondyl femuru (15 %), raritně pak patela a ostatní klouby.

V případě juvenilní formy je ve 30 % postižen i párový kloub, úraz nebývá hlavním etiologickým faktorem, léčba je konzervativní a prognóza výborná. Adolescentní forma již vyžaduje terapeutický zásah, úraz je hlavním vyvolávacím faktorem a prognóza je zatím přes všechny moderní postupy horší [8].

SOUČASNÉ MOŽNOSTI LÉČBY PORANĚNÍ KLOUBNÍ CHRUPAVKY

Současné metody se dělí na dva základní proudy. První z nich směřuje k restauraci poraněné chrupavky a obnovení kloubní plochy, druhý k náhradě buď pouze excidované léze nebo celého kloubu. Volba metody závisí na charakteru léze, jejího rozsahu a zejména na věku pacienta.

K běžnému ošetření chondrální léze patří abraze a metoda mikrofraktury (nepřímé nárazy tupým hrotem), nebo přímé či retrográdní návrty (nejčastěji se používá Kirschnerův drát). Metody vycházejí z faktu, že kloubní chondrocyty sídlí v avaskulárním prostředí bez přístupu mediátorů zánětu a elementů procesu hojení. Při poškození subchodrální kosti dojde ke spuštění hojení migrací pluripotentních buněk kostní dřeně. U pacientů do 12 let se takto ošetřuje až léze větší než 20 mm v průměru, přednostně artroskopicky, menší léze lze v tomto věku ponechat spontánnímu hojení. U starších dospívajících je indikací k takovémuto výkonu již léze 10 mm v průměru, zejména pak na zátěžové ploše [8]. Meachim provedl pokus na králičích kolenech [9] a vytvořil defekty v kloubní chrupavce s obnažením subchondrální kosti. Ani po 2 letech nedošlo k úplnému zahojení plnohodnotnou chrupavkou. Další experiment potvrdil i na modelu koně, že defekt vytvořený v chrupavce zasahující subchondrální kost se hojí vazivovou chrupavkou [10]. Průkazně lepší hojení bylo u pacientů do 40 let.

Jako doplňující léčba bývá používáno několik postupů vedoucích k podpoře hojení chrupavky. Jde zejména o kontinuální pasivní pohyb kloubu, laser (studií prokázán přínos excimer laseru), systémová, intraartikulární nebo lokální farmakoterapie (kortikosteroidy, hyaluronová kyselina nebo růstové faktory), výjimečně elektrická stimulace (přínos není jednoznačně potvrzen).

V případě časného záchytu uvolněného osteochondrálního fragmentu je nejlepší metodou léčby artroskopická nebo otevřená stabilizace úlomku (ošetření spodiny lůžka, dle potřeby spongiózní plomba a fixace šroubkem nebo kostními či vstřebatelnými hřebíčky). Pokud již tvoří sekvestrovaný disekát volnou „myšku“ v kloubu, je nutná jeho extrakce.

Metody, které vedou k odstranění rozsáhlé léze kloubního povrchu implantací kloubní náhrady jsou indikovány zejména ve věku 40–65 let. Zcela běžným postupem je autologní mozaikoplastika, prováděná s výhodou i artroskopicky. U pacientů s otevřenou růstovou ploténkou je tento výkon kontraindikován, vzhledem k nebezpečí jejího poranění při odběru osteochondrálních štěpů. Výsledky jsou lepší než při abrazních metodách, občas jsou popisovány vzniklé drobné nitrokloubní osteofyty [7]. Variantou uvedeného postupu je periostální artroplastika s použitím periostálního štěpu umístěného kambiovou vrstvou směrem ke kloubnímu povrchu nebo perichondriální artroplastika výplní defektu chrupavkou odebranou ze žeberního oblouku [7].

Zcela novou možnost přineslo tkáňové bankovnictví a příprava autologního chondrocytárního štěpu. Transplantace vlastních kultivovaných chondrocytů je komplikována na kloubním povrchu s vysokou mechanickou zátěží. Standardním postupem je tedy opět překrytí štěpu periostálním lalokem nebo lalokem ze svalové fascie. Avšak ani studie a klinické výsledky nepřináší převratné výsledky hojení ve smyslu tvorby hyalinní chrupavky v celém rozsahu transplantace.

MODERNÍ TRENDY V LÉČBĚ PORANĚNÍ KLOUBNÍ CHRUPAVKY

Dnešní experimentální ortopedie a traumatologie hledá další metody léčby defektů kloubní chrupavky vedoucí k úplné regeneraci původní tkáně se zachováním stejných funkčních vlastností, které měla tkáň před poraněním. Již v předchozím textu byly zmíněny stromální kmenové buňky kostní dřeně, které po abrazním výkonu vycestují ze subchondrální kostí do defektu a jsou základem pro novou tkáň. Při současných možnostech odběru a manipulace s mezenchymovými buňkami kostní dřeně (MSCs – Mesenchymal stem cells) jsme schopni připravit autologní nebo alogenní transplantát progenitorů hyalinní chrupavky. Navíc při neustále se prohlubující znalosti chondrogeneze můžeme již in vitro poměrně přesně MSCs směrem k chondrocytům v diferenciaci nasměrovat. To vše je předpoklad pro primární hojení defektu kloubní plochy.

V experimentech se intenzivně řeší problematika mechanické stability transplantátu v komplikovaných podmínkách kloubního povrchu, což je hlavní problém tohoto léčebného postupu. V tomto směru se otevírá prostor pro širší spolupráci s bioinženýry a techniky, kteří jsou schopni připravit materiály s takovými biologickými vlastnostmi, aby tvořili kmenovým buňkám dostatečnou oporu a přísun výživy, než dojde k zapojení do cílové tkáně.

Ideální skafold by neměl jen dopravit nakultivované MSCs do tkáně, ale měl by opouzdřit takto umístěné MSCs a dodávat příslušné bioaktivní faktory, které budou podporovat proliferaci, specifickou cestu diferenciace, produkci specifické ECM (ECM – extra cellular matrix) a konečně také tkáňovou modulaci vedoucí k podpoře funkční regenerace. Teoreticky by multifunkční skafold mohl sloužit jako rezervoár cytokinů a biologických faktorů, které by byly postupně uvolňovány, aby přitahovaly lokálně umístěné a cirkulující MSCs do místa určení [11]. Navíc má ideální skafold podobnou mechanickou strukturu, jako cílová tkáň, aby mohl sloužit jako dočasná náhrada tkáňového defektu.

V případě kloubního povrchu je mechanická stabilita transplantátu a možnost jeho retence v defektu po implantaci stěžejní. Nabízí se dvě základní varianty ideálního skafoldu pro kloubní povrch. V prvním případě by šlo čistě jen o náhradu tenké vrstvy chrupavky v patřičném nosiči, který by svoji elasticitou splňoval vlastnosti chrupavky a netraumatizoval tak protější kloubní plochu. Udržení implantátu s MSCs by pak zajišťoval centrálně vedený vstřebatelný hřebíček, tkáňové lepidlo nebo jiný způsob. Druhou možností by byl pevný skafold, který by se metodou „press and fit“ zaváděl do vyražených defektů podobně jako u mozaikoplastiky. Uvedený skafold by měl mít pevnou strukturu v té části, která má být pevně ukotvená v kosti, povrchová část otočená ke kloubnímu povrchu by naopak měla být šetrná k protilehlé kloubní chrupavce.

ZÁVĚR

I přes jasné představy o ideálním nosiči pro kombinaci s MSCs jde zatím ve všech případech o stadium experimentu a bude otázkou výsledků řady z nich, kterým směrem povede nejlepší řešení. Zatím zůstává defekt kloubní chrupavky a následně rozvoj klinických obtíží závažným problémem ortopedie a traumatologie.

MUDr. L. Plánka, Ph.D.

KDCHOT FN Brno

Černopolní 9

625 00 Brno

e-mail: lplanka@fnbrno.cz


Zdroje

1. Calandruccio, R.A., Gilmer, W. S. Proliferation, regeneration, and repair of articular cartilage of immature animals. J. Bone and Joint Surg., 1962, roč. 44-A, s. 431–455.

2. Convery, F. R., Akeson, W. H., Keown, G. H. The repair of large osteochondral defects. An experimental study in horses. Clin. Orthop., 1972, roč. 82, s. 253–262.

3. Mitchell, N., Shepard, N. The resurfacing of adult rabbit articular cartilage by multiple perforations through the subchondral bone. J. Bone and Joint Surg., 1976, roč. 58-A, s. 230-233.

4. Hardaker, W. T., Garrett, W. E., Bassett, F. H. Evaluation of acute traumatic hemarthrosis of the knee joint. Southern Med. J., 1990, roč. 83, s. 640–644.

5. Rand, J. A., Ilstrup, D. M. Survivorship analysis of total knee arthroplasty. Cumulative rates of survival of 9200 total knee arthroplasties. J. Bone and Joint Surg., 1991, roč. 73-A, s. 397–409.

6. Šnajdauf, J., Cvachovec, K., Trč, T. Dětská traumatologie. 1 vyd. Praha, 2002, 180 s.

7. O‘Driscoll, S. W. Current concepts review: The healing and regeneration of articular cartilage. J Bone and Joint Surg. (American volume), 1998, roč. 80, s. 1795–1812.

8. Dungl, P. Ortopedie. 1 vyd. Praha: GRADA, 2005. 1280 s.

9. Meachim, G. The effect of scarification on articular cartilage in the rabbit. J. Bone and Joint Surg., 1963, roč. 45-B (1), s. 150–161.

10. Vachon, A., Bramlage, L. R., Gabel, A. A., Weisbrode, S. Evaluation of the repair process of cartilage defects of the equine third carpal bone with and without subchondral bone perforation. Am. J. Vet. Res., 1986, roč. 47, s. 2637–2645.

11. Gao J, Yao J. Q., Caplan A. I. Stem cells for tissue engineering of articular cartilage. Proc. IMechE, 2007, roč. 221, s. 441–450.

Štítky
Chirurgie všeobecná Ortopedie Urgentní medicína

Článek vyšel v časopise

Rozhledy v chirurgii

Číslo 1

2008 Číslo 1

Nejčtenější v tomto čísle

Tomuto tématu se dále věnují…


Kurzy

Zvyšte si kvalifikaci online z pohodlí domova

Imunitní trombocytopenie (ITP) u dospělých pacientů
nový kurz
Autoři: prof. MUDr. Tomáš Kozák, Ph.D., MBA

Pěnová skleroterapie
Autoři: MUDr. Marek Šlais

White paper - jak vidíme optimální péči o zubní náhrady
Autoři: MUDr. Jindřich Charvát, CSc.

Hemofilie - série kurzů

Faktory ovlivňující léčbu levotyroxinem
Autoři:

Všechny kurzy
Kurzy Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se

VIRTUÁLNÍ ČEKÁRNA ČR Jste praktický lékař nebo pediatr? Zapojte se! Jste praktik nebo pediatr? Zapojte se!

×