Хрущялно- възстановителната хирургия е обект на повишаващ се интерес през последните две десетилетия и бележи сериозен ръст в своето развитие. Тя облекчава болката, възстановява нормалната функция на ставата и забавя или спира развитието на дегенеративните заболявания

Увод

Хрущялно- възстановителната хирургия е обект на повишаващ се интерес през последните две десетилетия и бележи сериозен ръст в своето развитие по две причини. Тя облекчава болката, вазстановява нормалната функция на ставата и забавя или спира развитието на дегенеративните заболявания, което отлага във времето или премахва необходимостта от ставно протезиране. 63% от артроскопираните колена по повод връзкова или менискална увреда се оказват с дефекти на ставния хрущял. Според Frank, Mc Carmick et al. с 5% се увеличават хрущялно-възстановителните операции годишно. На 10000 пациенти 90 претърпяват артроскопски процедури.

Ставен хрущял

Основна роля на ставния хрущял е да осигури намалено триене при движение на ставата, да устои на силите на разтягане, натиск и усукване, поемайки натоварванията върху себе си. Визуално, ставният хрущял представлява твърда и гладка, хомогенна тъкан с дебелина от 3 до 5 мм. за различни участъци на ставата. Той е еластичен и устойчив на деформации. Болният хрущял е мек, с множество повърхностни или по-дълбоки вдлъбнатини, бразди или наранявания.

Ставният хрущял се състои от хондроцити, разположени вътре, в силно хидратиран екстрацелуларен матрикс съставен от колаген и протеогликани. Различават се четири структурни зони в дълбочина на ставния хрущял – повърхностна, средна, дълбока и зона на субхондриума. ( Фиг. 1 ) Те се определят от вида, разположението на хондроцитите и дистанцията между тях. Всяка зона отговаря за специфични механични натоварвания. Повърхностната зона, съставлява между 10 до 20% от дебелината на ставния хрущял. Хондроцитите в тази зона са плоски, елипсоидни и гъсто разположени. Има високо съдържание на колагенови нишки – трансверзално разположени, има малко протеогликани. Функцията на този слой е да поема и отразява силите, предизвикани от триенето на ставните повърхности - разпъване и усукване. Средната зона на хрущяла съставлява от 40 до 60% от дебелината на хрущяла. Хондроцитите в тази зона са овални, имат високо съдържание на протеогликани и по-малко количество вода. Тя е структурирана да поема по-големи сили на натоварване отколкото повърхностната зона. Дълбоката зона съставлява около 30% от ставния хрущял. Колагеновите фибри са разположени перпендикулярно на субхондрална кост. Хондроцитите са сферични, по-малки от тези в средната зона и са аранжирани във вертикални колони, оградени с колагенови нишки. Тази зона протектира субхондрална кост, особено от сили на натиск. Хондроцитите синтезират компонентите на екстрацелуларния матрикс и регулират хомеостазата на ставния хрущял. 

Фиг.1

Xoндроцити

Те съставлват 5% от теглото и 10% от обема на ставния хрущял. Отговорни са за синтеза и регулацията на екстрацелуларния матрикс. Синтезират основно колаген тип II и агрекан. Хондроцитите произлизат от плурипотентни, мезенхимни стволови клетки. Дифиринцират се в хондробласти и съзряват в хондроцити. Ставния хрущял е аваскуларен и хондроцитите набавят хранителни вещества и кислород от синовиалната течност чрез дифузия. Те се различават по големина, форма и метаболитна активност в различните структурни зони. ( Фиг. 2 )

Фиг. 2

Екстрацелуларен матрикс ЕМ

Той съставлява 90% от ставния хрущял. Састои се от течност и макромолекули. Разположението на неговите съставки в различните части на хрущялните зони определя неговата механична здравина. Основната функция на ЕМ е да поема натоварването и да бъде протектор на силите на опъване и усукване. 75% от обема на ЕМ е вода. Останалите 25% са колаген, протеогликани, гликопротеини. Колаген тип II, съставлява 90% от колагена на ставния хрущял. Съществуват няколко типа екстрацелуларен матрикс, в зависимост от това на какво разтояние от хондроцитите се намира той и какво съдържа.

Перицелуларният матрикс е индивидуален за всеки хондроцит и го обвива. Съдържа голямо количество протеогликани и колаген тип IV. Ролята му все още не е напълно ясна. Смята се , че обособява микрооколна среда за обмяна на вещества между ставната капсула и перицелуларния матрикс.

Териториалният матрикс обгражда зона от няколко хондроцита. Той съдържа голямо количество колагенови фибри, които обхващат клетките като в кошница. Има протективна за хондроцитите функция.

Интертериториалният матрикс е останалото голямо количество от екстрацелуларния матрикс. Съдържа големи по диаметър колагенови фибри и в зависимост от тяхната ориентация, противодейства на силите на опъване, усукване и натиск.

Увреди на ставния хрущял – класификации

Най-често използваните класификации са две – на International Cartilage Repair Society (ICRS) и тази на Outerbridge. Според International Cartilage Repair Society (ICRS) има пет степени на увреда на ставния хрущял.

1. Степен 0 – нормален ставен хрущял

2. Степен 1а – омекване на хрущяла или незначителни повърхностни лезии

Степен 1в – подобни на 1а, но с малки фисури или цепнатини.

3. Степен 2 – увредата обхваща по-малко от 50% от ставния хрущял в дълбочина.

4. Степен 3а – значителни хрущялни увреди – повече от 50% в дълбочина

Степен 3в – достига до зоната на вкалцяване над субхондралната кост

Степен 3с – преминава слоя на вкалцяване без да пенетрира в субхондралната кост

Степен 3d – като 3в, но ставният хрущял встрани от увредата е девитализиран и покрива част от увредената повърхност на субхондиума

5. Степен 4а – достига и преминава през субхондралната кост, но не в целия диаметър на дефекта

Степен 4в – преминава през субхондралната кост през целия диаметър на дефекта.

Класификацията на Outerbridgeсъщо разделя увредите на ставния хрущял на пет степени, но е доста по лесна за използване в клиничната практика.

Степен 0 - Нормален ставен хрущял

Степен 1 - Омекнал и подут ставен хрущял

Степен 2 - Частични дефекти и фисури на хрущяла, без да достигат субхондралната кост, които не са по-големи от 1,5 см. в диаметър

Степен 3 – Дефекти, достигащи субхондралната кост които са по-големи от 1,5 см. в диаметър.

Степен 4 – Дефекти преминаващи субхондравлната кост

ЛЕЧЕНИЕ

1.Дебридман

Артроскопска оперативна палиативна техника. Не възстановява и не възобновява ставния хрущял. Прилага се при увреди II-ра степен по ICRS и Outerbridge ( Фиг. 3 ). Използва се за заглаждане на ставния хрущял и премахване на малки ръбцови образувания по края на дефекта ( Фиг. 4 ). Техниката на вътреставния дебридман подобрява плъзгаемостта на ставата и премахва болковата симптоматика. (Понякога за съвсем кратко време.)

Фиг. 3 Увреда II-ра степен

Фиг. 4 След дебридман

2.Микрофрактури

За пръв път техниката на микрофрактурите е описана от Steadman 1992г. Целта на интервенцията е образуване на съсирек в областта на дефекта с наличие на плурипотентни, костномозъчни клетки, които се трансформират във фибробласти и синтезат фиброхрущял. За съжаление фиброхрущялът, не може да отговори на високите изисквания на натиск и усукване, на които е подложен хиалинния хрущял. Той бързо зпочва да се износва, появяват се остеофити, ставата дегенерира.

Индикациите за прилагане на микрофрактури са: пациентът да не е по възрастен то 50г, въпреки, че някой автори правят техниката и при по-възрастни пациенти, когато всички останали изисквания и условия са спазени. Големина на дефекта – не по-голям от 2 кв.см. Съседния и срещуположен хрущял да е здрав, без дегенеративни изменения. Ако има варус или валгус дефект на колянната става, то той трябва да бъде коригиран предварително. Необходим е здрав връзков апарат без наличие на колянна нестабилност, и не на последно място - съдействие от страна на пациента.

Оперативната техника включва – почистване на увредения стявен хрущял до субхондралната кост с кюрета. С 30 или 45 градусово шило се правят отвори в костта, до получаване на кървене от дупките. Разстоянието между отворите в субхондриума е от 3 до 4-5мм. Дълбочината на проникване на шилото е от 2 на 4мм (Фиг.5 и Фиг.6). 

Фиг. 5 Микрофрактури

Фиг. 6 Кървене от отворите

3.Автоостеохондропластика – Остеохондрални графтове. Мозайкпластика.

Процедурата за пръв път е описана от d’Aubigne през 1945г., който използва пателарен графт за заместване на хрущял от медиалния феморален кондил. По късно Campanacci докладва за 19 пациента с трансфер на свободен пателарен графт. През 1995г. Outerbrige, съобщава за транфер на остеохондрален графт от латералната фасетка на пателата, за възстановяване на дефект на латералния кондил на контралатералния крайник при 10 пациенти, като използва техниката press-fit. Савременните остеоавтотрансплантационни процедури използват подобрения в техниката и инструментариума.

Техниката е показана за лечение на лезии на ставния хрущял на медиалния и латерален бедрен кондил, трохлеята на бедрената кост и пателата. Увредите могат да бъдат с диаметър от 10 до 30-40 мм². Пациентите да не са по-възрадтни от 50-55г., като липсва дегенерация на околния на увредата и срещуположен ставен хрущял.

Графтовете се вземат от горно-латералната част на медиалния кондил на бедрената кост. Ако са ни необходими повече – продължаваме от горно-латералната част на латералния кондил, след което се преминава в ненатоворената зона на бедрената трохлея ( Фиг.7 ).

Фиг.7

Съществуват няколко варианта на запълване на дефекта – с големи графтове, с няколко големи и покрай тях – по-малки или керемидообразно подредени. Дълбочината на графта трябва да е от 1,5 до около 2,3 см. Фиксацията на импланта се постига чрез т.н. press-fit техника ( Фиг.8 и Фиг.9 ).

Фиг.8 Донорни места

Фиг.9 Дефект запълнен с графтове

4.Алотрансплантати

Използването на свежи алографти от донори датира от около 3 десетилетия. Първи резултати за използване на трупни алографти съобщава McDermott 1985г. По късно Bugbee 2000 г. и Chu 1999г. описват техниката и показват свои резултати. В Америка използването на свежи алографти става наистина възможно след започване на функционирането на American Association of Tissue Banks . Става задължително изследването на донора за кръвно-преносими заболявания HIV и Хепатит С, прави се скрининг на донорите, листа на чакащите, подготвени за трансплантация и не на последно място – организация по доставянето.

Ако свежия трансплантат се достави в рамките на 24 часа при температура 4 гр. С, хондроцитите остават на 100% жизнеспособни. Ако донорът и реципиентът са имуносъвместими и се подходи навреме с имуносупресивна терапия и оперативно техниката се извърши правилно, възможността на отхвърляне на присадъка е нищожна. За фиксация на графта се използва най-чето press fit техниката, въпреки, че при големи травматични и неопластични дефекти фиксацията може да е с винтове или пинове. Използването на техниката има смисъл при големи дефекти – над 30мм. в диаметър и над 10мм. в дълбочина – най-вече при дисециращ остеохондрит и травми.

Предимствата са, че няма допълнителна увреда от донорно място, поради липса на такова. Остеохондралните трансплантати могат да се моделират според вида и мястото на дефекта, колкото и да е голям той.

Недостатъците са, че е необходима е огромна организация по цялостния процес на вземане, изследване и транспорт на импланта. Донорите трябва да са по-млади от 30г. със здрав хрущял и здрава кост.

5.Автоложна хондроцитна имплантация

Липсата на васкуларизация е в основата на лошата способност за възстановяването на ставния хрущял. При увреда на хрущялната тъкан, липсва отделна реакция на възпаление, с изключение на субхондралната кост, която е кръвоснабдена. Няма инвазия на макрофаги. Липсва фагоцитоза. Следователно никакви клетки с възстановителни способности не се придвижват към увредената област. При нараняванията, проникващи до субхондралната кост, където се появява кървене започват регенеративни процеси. За съжаление, в увредените зони се появяват фибробласти и същите се запълват с фиброхрущял. Фиброхрущялът не може да устои на механичните натоварвания. Той дегенерира и дава началото на остеоартрит на ставата. Всяка техника на лечение, при която се получава кървене от субхондралната кост поради нейното нараняване довежда, рано или късно, до дегенериране на фиброхрущяла и до остеоартроза.

Автоложната Хондроцитна Имплантация (ACI), не уврежда субхондралната и трабекуларна кост. За успеха на техниката на ACI e задължително да се избягва каквото и да е кървене. Така фибробласти или костно-мозъчни клетки няма да попаднат в зоната на хрущялна регенерация.

През 1965г. Smith за пръв път е постигнал успех при изолирането и отглеждането на хондроцити в култури in vitro. През 1982г. в болницата за ставни заболявания към ортопедичния институт в Ню Йорк, са отгледани хондроцити и са имплантирани в заешка патела. Дефектът, изпълнен с хондроцити е покрит с периостално платно. Първоначалните резултати са представени през 1984г. Те са показали 80% запълване на дефекта с хиалиноподобен хрущял. През 1987г. в Университета в Гьотеборг – Швеция за пръв път е била извършена трансплантация на хондроцити в човешко коляно.

ACI е показана при пациенти мужду 15 и 55 годишна възраст и при лезии на ставния хрущял III – IV-та степен по класификацията на Outerbridge и ICRS. Дефектът, който може да бъде лекуван чрез ACI, може да достилне до 16 квадратни см. Той трябва да обхваща носещи повърхности на медиалния, латералния бедрен кондил или ставното лице на пателата. Необходимо е околният и срещуположен ставен хрущял на дефекта да е здрав в цялата си дебелина.

Артроскопската оценка на дефекта оценява на дълбочината и размера на лезията, виталността на съседния и срещуположен хрущял, както и местоположението на увредата (Фиг.10). След огледа се взема хрущял от ненатоварена зона – горно-латерална, горно-медиална или от интеркондиларния ноч (Фиг.11). Хрущялнте парчета е необходимо да са около 3 броя, 3-4мм. широки и до 10мм. дълги. За ензимното усвояване на колагена и култивиране на необходимото количество хондроцити е достатъчено 200 – 300mg. ставен хрущял. 

Фиг.10 Оценка на дефекта

Фиг.11 Вземане на хрущял от ненатоварена зона

Взетия чрез кюретиране ставен хрущял се пренася в стерилна среда с 0,9% NaCl при температура 37˚C. След доставяне, хрущялът се смила механично, прибавят се антибиотици, L-аскорбинова киселина и глутамин. Ензимно се усвоява колагена и се изолират хондроцитите. Те се поставят в разтвор на DMEM/F12, 10% автоложен серум и антибиотици. Хондроцитите се трипсинизират няколко пъти, измиват се и поставят в имплантационна среда, където се култивират за срок от около 3 седмици.

Оперативната интервенция започва с парапателарен разрез, за да се достигне дефекта на хрущяла. Лезията се почиства с кюрета до субхондралната кост и в страни до здрав хрущял (Фиг.12). Ключът към успеха е радикална ексцизия на увредените участъци. Мястото на увредата се прави овално или кръгло. Субхондралната кост не трябва да кърви. Ако се появи кървене, то задължително трябва да бъде спряно. Измерва се дефекта и се оформя шаблон от стерилно фолио. С инцизия – горно-медиално в областта на тибията се достига до периоста. Той се отделя от мастната тъкан и фасцията. По шаблона на дефекта се изрязва периостално ламбо, което е с 1-2мм. по-голямо. Отделя се с елеватор и се маркира горната и долната част на ламбото, за да се определи камбиалнта част. Потапя се във физиологичен разтвор за да се поддържа влажно.

Платното се захваща към четирите страни на дефекта с камбиалния слой надолу. Шева се извършва с резорбируеми конци 6/0 на интервали до около 4мм. и на дълбочина до 5мм. интервалите на шева се залепват с фибриново лепило. Оставя се един отвор в горната част на дефекта, от където се инжектират култивираните хрущялни клетки. Клетките се инжектират от дистално към проксимално (Фиг.13). Последно – отвора се затваря с шев и фибриново лепило.

Фиг.12 Оформяне на донорното място

 Фиг.13 Инжектиране на култивираните хондроцити

Постоперативно се провежда антибиотична и антитромботична профилактика. В ранния следоперативен париод, оперираното коляно се движи пасивно от 0 до 40˚. Провеждат се и изометрични упражнения на квадрицепса. За 4 до 6 седмици, натоварването на крайника става само с неговото собствено тегло 20-30% от тежестта на тялото, т.е. маркиране на походката. Още 4 до 6 седмици следва постепенно натоварване на крака. Каране на колело се пепоръчва след края на втория месец. Ходене с пълно натоварване след 4-тия месец. Активни физически натоварвания след 9-тия месец.

6.Биоструктури за лечение на хрущялните дефекти

Възстановяването на ставния хрущял изисква възстановяване на неговите два основни компонента – хондроцити и ЕЦМ. Небходимо е да се възпроизведе тъкан, която биохимично е съвместима със ставния хрущял и биомеханично е способна да устоява на натоварванията на които е подложена ставата. Появата на биоструктурите е с цел да се опрости хирургичната техника, да се намалят постоперативните ограничения върху пациента, да се подобри възстановяването и завръщането му към пълна активност.

Биоструктурата е необходимо да може да поема натоварванията на ставата почти веднага след имплантацията. Да може да интегрира хондроцитите в себе си. Да създае условия са тяхната адхезия и увеличаване на броя им. Да е порьозна, с цел – преминаване на хранителните вещества. Да е биосъвместима – да се адаптира и интегрира към субхондралната кост и околната хрущялна тъкан. Постепенно да се резорбира – предпазвайки и запазвайки екстрацелуларния матрикс. Продуктите на разлагане да не предизвикват реакции на възпаление или тип – „ чуждо тяло“, т.е. без остатъчни продукти.

Стратегически, съществуват три вида техники за хрущялно възстановяване чрез биоструктури

Първата е използване на биоматериали без наличие на хондроцити по време на имплантацията. Те използват техниката на костно-мозъчна стимулация ( микрофрактури ), за придобиване на съсирек с плурипотентни клетки, които се трансформират в хондроцити и създават условия за формиране на екстрацелуларен матрикс.

Такава е техниката на Autologous Matrix-Induced Chondrogenesis (AMIC). Използва се свински колаген I-III, но много по-дебел отколкото при MACI, който се зашива и залепва върху дефекта, непосредствено след микрофрактурирането на субхондралната кост. Костно-мозъчните клетки остават във дефекта, под мембраната, където се извършва тяхната трансформация в хондроцити, които след време продуцират ЕЦМ.

Друга подобна техника е Matrix-Modulated Marrow Stimulation. При тази техника вместо мембрана, се използват 3D биострустури, които се моделират и поставят върху дефекта, след като се направят микрофрактурите. Те абсорбират съсирека, респективно костно-мозъчните плурипотентни клетки и им създават условия за трансформация в хондроцити. Те са биоразградими, когато започне образуването на ЕЦМ.

Съществуват биоматериали наречени Multiphase Scaffold to Fill Osteochondral Defect., които не използват техниката на микрофрактурите за добиване и трансформиране на костно-мозъчни клетки в хондроцити. Те заместват целия дефект в дълбочина, заедно със субхондралната кост.

Това са биоматериали, съставени е от порьозни хидрофилни материари, като PGA, калциев сулфат, калциев фосфат, колаген тип I, хиалуронова киселина, гликозамин гликани и др. Те са двуслойни и трислойни структури, синтетични или полусинтетични, наподобяващи остеохондралната еденица. Имат биомеханичните качества на хрущяла и костта. Разграждат се от 6 до 12 месеца.

Втората техника за хрущялно възстановяване използва биоматериали, върху които се посяват хондроцити и покриват дефекта на увредения хрущял в едно оперативно време. Съществуват няколко оперативни техники:

• Вземането на материала, извличането на хондроцитите и тяхното посяване върху колагеновата мембрана се извършва непосредствено преди трансплантацията.
• Взема се хрущял от коляното. Смила се на късчета с големина 1-2mm. Нанася се върху синтитична структура, където се фиксира с фибриново лепило. Поставя се върху дефекта.
• Взема се хрущял от коляното. Аспирира се костен мозък. Хондроцитите от хрущяла се изолират и се смесват с костно-мозъчния пунктат. Посяват се върху рехидратирана биоструктура, която се поставя върху дефекта и се прикрипва с фибриново лепило.

Третият начин е, използване на биоструктури върху които се култивират взетите от коляното и обработени хондроцитиScaffold With Cells Cultured (Two Stage). Те се захващат, размножават се и при достигане на определено количество се поставят върху дефекта. Тази оперативна техника се прави в две оперативни времена. Първото е – локализиране на дефекта и вземане на хрущял.Хондроцитите се обработват и култивират в биоструктурата за срок от 20-22 дни. Второто оперативно време е запълване на дефекта с подготвената вече биоструктура.

Методологията по която се извършва цялостната процедура се нарича Matrix-Associated Autologous Chondrocyte Implantation (MACI). Употребата на свински тип I и III колагенави мембрани води да развитието на матрикс-индуцирана автоложна хондроцитна имплантация MACI. Преди имплантация, култивираните вече хондроцити се посяват върху колагенова мембрана тип I – III. Мембраната се закрепва на мястото на дефекта с фибриново лепило и шевове.

Такива биоструктури са :

• CartiGro on Chondro-Gide - свинската мембрана с колаген I-III с култивираните в нея хондроцити, заедно с двуслойна биоструктура се поставят в дефекта на втория етап на операцията.
• NeoCart – трислоен биволски колаген, в който са посяти автоложните хондроцити, култивирани в биореактор, който след около 20 дни е готов за трансплантация.
• CaReg and CartiPlug - автоложните хондроцити са посяти в триизмерна колагенова синтетична структура. Две седмици след култивирането на хондроцитите, биоматериалът е готов за трансплантация.
• Hyalograft C – тридименсионална биоразградима структура, изградена на основата на хиалуроновата киселина, където хондроцитите се култивират са около 2 седмици, след което е готова за имплантиране.
• Bioseed C – polyglactin и polydioxanon с размери 2 на 3 и 2 на 1 см. Хондроцитите отгледани в тази биоструктура са готови за трансплантация след 2 седмици.

7.Нашият опит

През 2014г по програма на Медицински университет – София с участие на катедрата по Анатомия и Отделението по Ортопедия и Травматология към МБАЛ „Доверие“, култивирахме човешки хрущялни клетки от хондроцити – in vitro. Размножаването на хондроцитите in vitro, беше първата част на проекта. Втората част, включва поставянето и култивирането на хондроцитите върху матрица и имплантирането на тази триизмерна структура в увредения ставен хрущял, върху която в момента работим.

Библиографията е налична в сайта.

Д-р Евелин Хайвазов, Ортопед