CC BY
73
СОСТОЯНИЕ СУБХОНДРАЛЬНОИ КОСТИ ПРИ ГОНАРТРОЗЕ И ЭНДОПРОТЕЗИРОВАНИЕ КОЛЕННОГО СУСТАВА
МУРЫЛЕВ В.Ю.1, СОРОКИНА Г.Л.2, КУРИЛИНА Э.В.3, ИВАНЕНКО Л.Р.1
ФГБОУВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Минздрава России, г. Москва
2ГБУЗ города Москвы Городская клиническая больница имени С.П. Боткина ДЗМ, г. Москва 3ФГКУ«Главный военный клинический госпиталь имени академика Н.Н. Бурденко» Министерства обороны
Российской Федерации, г. Москва
Обоснование: Остеоартрозом коленного сустава (гонартрозом) страдают 6% взрослых людей. В части случаев методом выбора лечения является эндопротезирование коленного сустава. Этиология остеоартроза во многом остается неясной, но вопрос вовлечения в патологический процесс субхондральной кости не вызывает сомнений. Одной из причин, вызывающих болевой синдром после эндопротезирования коленного сустава и ведущих к асептическому расшатыванию, могут быть изменения структуры бедренной и большеберцовой костей.
Цель: изучение особенностей изменений мыщелков большеберцовой кости при остеоартрозе и определение возможного влияния этих изменений на развитие нестабильности эндопротеза коленного сустава.
Методы: С декабря 2014 г. по февраль 2016 г. обследованы 56 пациентов, которым было выполнено эндопротезирование коленного сустава. Средний возраст пациентов составил 63 года (от 55 до 78лет). Женщин было 52 (93%), мужчин — 4 (7%). Проводилось гистологическое исследование резецированных мыщелков большеберцовой кости с целью выявления костной патологии.
Результаты: Микроскопически обнаруживались изменения, характерные для проявления остеоартроза. Во всех случаях в губчатом веществе кости обнаружена картина, характерная для остеопороза. У15 женщин в ходе специальных методов исследования недекальцинированной кости установлена явная гистологическая картина остеомаляции.
Заключение: Исследование субхондральной кости у этих больных позволяет сделать вывод, что эндопротез коленного сустава имплантируется в заведомо ослабленную кость, что может привести к неблагоприятным последствиям. Для улучшения отдаленных результатов оперативного лечения в периоперационном периоде целесообразно проведение медикаментнозной коррекции патологии костной ткани.
Ключевые слова: Остеоартроз, эндопротезирование коленного сустава, субхондральный, остеопороз, остеомаляция
ВВЕДЕНИЕ
Самой распространенной формой поражения суставов и одной из основных причин нетрудоспособности является
J" § остеоартроз [1, 2]. Большинство больных — «ь пожилые люди и женщины в постменопаузе, находящиеся также в группе риска развития остеопороза и остеомаляции. По тяжести нарушений функции опорно-двигательного аппарата одно из ведущих мест занимает поражение коленного сустава [3]. Остеоартрозом коленного сустава (гонартрозом) страдают 6% взрослых людей [4, 5] В части случаев методом выбора лечения является эндопротезирование коленного сустава.
Этиология остеоартроза во многом остается неясной, но вопрос вовлечения в патологический процесс субхондральной кости не вызывает сомнений. В связи с тем, что изменения субхондральной кости сохраняются и прогрессируют также после оперативного вмешательства, когда функцию резецированного суставного хряща выполняют искусственные компоненты эндопротеза, фиксированные к кости посредством костного цемента, либо по технологии pressfit с возможностью остеоинтеграции, расшифровка морфологических изменений может быть важным шагом в коррекции этих нарушений.
По статистике, 82—89% больных остаются довольны результатом эндопротезирования [6]. У остальных пациентов остаются жалобы, чаще всего на боли, для которых характерны полиморфность и полиэтиологичность. Одной из причин, вызыва-
ющих болевой синдром и ведущих к асептическому расшатыванию, могут быть изменения структуры бедренной и большеберцовой костей.
Целью нашей работы было изучение особенностей изменений мыщелков большеберцовой кости при остеоартрозе и определение возможного влияния этих изменений на развитие нестабильности эндопротеза коленного сустава.
Изменения хряща и субхондральной кости при гонартрозе
Приспособление кости к механической нагрузке регулируется путем постоянной резорбции и образования кости. В литературе приводятся противоречивые данные о влиянии гонартроза на субхон-дральную кость. D. БоЫпак и соавт. [7] отметили увеличение в объеме костной доли и толщины трабекул под тибиальным плато с разрушенным хрящом. С. Lindsey и соавт. обнаружили уплотнение кости под поврежденным хрящом медиального мыщелка большеберцовой кости и остеопороз в латеральном мыщелке. Напротив, V. Ра1е1 и соавт. [9] обнаружили, что в костно-хрящевых препаратах большеберцовой кости при остеоартрозе уменьшаются костный объем и толщина трабекул плато. Проявление признаков остеопороза в субхондраль-ной кости можно объяснить дегенерацией выше-
Адрес для переписки Сорокина Галина Леонидовна galina61.05@mail.ru
лежащего хряща, склеротические изменения — результатом изменившихся нагрузок на суставную поверхность. В действительности оба эффекта могут возникать одновременно в суставе, пораженном остеоартрозом.
На границе хряща и субхондральной кости имеется своеобразный участок — базофильная или пограничная линия — ^ёешагк (по Гонгадзе Л.Р.) (рис. 3—5). Согласно данным Л.Р. Гонгадзе [10] и В.Н. Павловой и соавт. [11], пограничная линия суставного хряща взрослого человека содержит в высоких концентрациях, по сравнению с соседними участками матрикса, сложный набор таких компонентов, как белки, фосфолипиды, гликоза-миногликаны, ферменты. Это не мембранная структура, а морфологически и гистохимически обособленный слой матрикса, который формируется на последних этапах энхондрального окостенения, изменяется, но не исчезает с возрастом. Он обеспечивает селективное проникновение веществ из кости в хрящ, имеет непосредственное отношение к транспорту воды, электролитов, продуктов метаболизма и солей кальция. Результаты исследований [10, 12] позволяют утверждать, что базофильная линия предотвращает кальцификацию суставного хряща. Зона первичной кальцификации является промежуточным звеном между суставным хрящом и эпифизом. Кроме того, обызвествленный хрящ скрепляет весь суставной хрящ с субхондральной костью. Линия Шешагк является самой прочной зоной проксимального отдела большеберцовой кости. От состояния этой линии зависит резистентность мыщелков большеберцовой кости к нагрузкам [10].
Изменения проксимального отдела
большеберцовой кости после имплантации
эндопротеза
Следует отметить, что при имплантации тиби-ального компонента эндопротеза коленного сустава осуществляется резекция мыщелков боль-шеберцовой кости на глубину в среднем 6—10 мм, что означает резекцию линии Шешагк, которая является самой прочной зоной в этом отделе.
В 1-е сутки после имплантации эндопротеза по ходу киля тибиального компонента в костной ткани образуется канал, стенки которого покрыты тонким слоем свернувшейся крови и мелкими костными осколками. В костном мозге по краю канала возникают мелкие кровоизлияния. Позднее вокруг имплантата образуется соединительнотканная, а затем костная капсула с соединительнотканной прослойкой между костью и имплантатом.
После эндопротезирования и начала пользования конечностью ремоделирование кости осуществляется таким образом, что костные балки формируются с использованием частей имплантата как опорной структуры. Стенки канала, образованного килем тибиального компонента, приобретают разную толщину: в дистальном отделе, на который приходится наибольшая нагрузка, отмечены наибольшие толщина и количество костных балок. Последние, по мере приближения к плато, становятся тоньше, количество их уменьшается. Полная
перестройка губчатой костной ткани происходит медленно. По данным Т.К. Осипенковой-Вичто-мовой, даже через 4 года в области повреждения кости можно обнаружить островки грубоволокни-стых костных структур, остатки провизорной мозоли [13]. В ряде случаев возникает так называемое асептическое расшатывание эндопротеза коленного сустава, в развитии которого основополагающую роль играет состояние субхондральной кости.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
С декабря 2014 г. по февраль 2016 г. обследованы 56 пациентов, которым было выполнено эндопро-тезирование коленного сустава. Средний возраст пациентов составил 63 года (от 55 до 78 лет). Женщин было 52 (93%), мужчин — 4 (7 %).
Всем пациентам перед операцией эндопротези-рования проводилась денситометрия. Среднее значение Т-критерия по шейке бедра составило -1,3 (от -2,1 до 0,5).
До операции произведена оценка функции коленных суставов по шкале KOOS (Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score).
Мыщелки большеберцовой кости, резецированные во время операции и включающие хрящ и субхондральную кость, были направлены на гистологическое исследование. Размер полученных препаратов составлял от 40x55 до 55x70 мм, а наибольшая толщина — от 6 до 12 мм. С целью удобства обработки и исследования полученный спил условно разделялся на сегменты: латеральный, медиальный, переднелатеральный, переднемеди-альный, заднелатеральный и заднемедиальный (см. рис. 1).
В ходе приготовления гистологических препаратов принцип посегментного исследования сохранялся, что позволило детально исследовать на сагиттальных срезах структуры хряща и субхон-дральной зоны от периферии к центру и снаружи
Рисунок 1. Разделение мыщелков большеберцовой кости на сегменты.
Рисунок 2. Макропрепараты мыщелков большеберцовой кости. Отмечаются истончение и в некоторых зонах — отсутствие суставного хряща.
внутрь. Цельные костные препараты подвергались декальцинации и сегментировались. Каждый сегмент в зависимости от степени деструктивных изменений делили еще на 3—4 костные пластины и приготавливали гистологические срезы с них. Материал окрашивали гематоксилином, эозином. Часть препаратов не подвергалась декальцинации и была окрашена по Массону. Препараты исследовали под микроскопом Carl Zeiss Axio при 10, 20 и 50 кратном увеличении. Препараты описывали и производили фотофиксацию.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе макроскопического исследования обращала на себя внимание хорошо видимая глазом атрофия гиалинового хряща с деструкцией в различных зонах. Во всех случаях поверхность хряща была тусклой, желтовато-серой, шероховатой, зернистой. Толщина суставного хряща колебалась от 0,1 до 0,4 см. В 38 случаях на отдельных участках он был сильно истончен, но сохранен на протяжении. В 18 случаях визуализировались зоны, где хрящ был слущен, узурирован вплоть до оголения костного шлифа (рис. 2).
Проведенный анализ показал, что наибольшей дегенерации (47 случаев) подвергались внутренние мыщелки, в основном медиальный и передне-
Рисунок 3. Микропрепарат мыщелка большеберцовой кости. Гематоксилин-эозин. х20.
медиальный сегменты, причем истончение хряща и его десквамация распространялись вплоть до наружного края кортикальной зоны. В 9 случаях дегенеративные изменения были наиболее выражены в области наружных мыщелков, в заднелатеральных и латеральных сегментах, где также наблюдались явления истончения и дефекты хрящевой поверхности, однако полной деструкции хрящевой массы с оголением подлежащей кости не установлено. В соответствии с системой оценки гистопатологи-ческих изменений суставного гиалинового хряща, предложенной OARSI (Международное общество по изучению остеоартроза), описанные изменения соответствовали Ш—1У стадии, а в отдельных случаях — У стадии патологических изменений. Микроскопически обнаруживались изменения, характерные для проявления остеоартроза (рис. 3).
Поверхностный слой хряща практически на всем протяжении лишен бесклеточной пластины, целостность суставной поверхности нарушена, отмечалось наличие горизонтальных разволокнений и трещин, основное вещество обеднено хрящевыми клетками, линия Шешагк — крупнозубчатого вида. В 10 (17,9%) случаях отмечалось отслоение минерализованного хряща от субхондральной кости, что, по-видимому, обусловлено возрастной дегенерацией (возраст больных в этой группе превышал 70 лет).
В 7 (12,5%) случаях отмечались истончение и прерывистость линии иёешагк вплоть до ее полного отсутствия. При этом на поверхности суб-хондральной кости отмечалось разрастание грануляционной ткани. Данные изменения являются следствием значительного износа хряща и постепенного замещения его фиброзной тканью (рис. 4).
Во всех случаях в губчатом веществе кости обнаружена картина, характерная для остеопороза. Межбалочное пространство заполнено жировой тканью, встречаются отдельные мелкие сосуды, большей частью запустевшие, с измененной стенкой (рис. 5).
Следует отметить, что локальный остеопороз субхондральной кости выявлялся у всех пациентов, включая имеющих нормальные показатели денси-тометрии.
Рисунок 4. Прерывистость линии Шешагк. Разрастание грануляционной ткани. Гематоксилин-эозин. х20.
Рисунок 5. Гистологическая картина остеопороза. Гематоксилин-эозин. х20.
В ходе специальных методов исследования неде-кальцинированной кости у 15 женщин в отдельных полях зрения на поверхности минерализованных костных балок отмечалось наложение гомогенной неминерализованной массы, расцененной нами как остеоид (рис. 6), являющийся главным маркером остеомаляции. Также у этой группы больных перед операцией был проведен анализ биохимических показателей крови (см. таблицу 1).
По принятой в клинике методике, все больные через 3 месяца после операции были осмотрены лечащими врачами и им рекомендована остеотропная терапия с учетом данных клинического и гистологического исследований. Через год производилось повторное обследование и оценка по шкале KOOS. У всех больных купирован болевой синдром, объём движений восстановлен. По клиническим и рентгенологическим данным интеграция импланта удовлетворительная.
Как видно из табл. 1 у всех пациентов наблюдался дефицит или недостаточность витамина D, что в ряде случаев сопровождалось повышением активности щелочной фосфатазы в крови
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Гистологическое исследование мыщелков боль-шеберцовой кости у 56 больных, кроме картины
Рисунок 6. Гистологическая картина остеомаляции. Гематоксилин-эозин. х40.
выраженного остеоартроза, по поводу которого выполнялось эндопротезирование коленного сустава, показало и другие изменения хряща и субхондраль-ной кости. Так, в губчатом веществе кости у большинства пациентов отмечен остеопороз, который проявлялся истончением и уменьшением количества костных балок. У 15 женщин установлена явная гистологическая картина остеомаляции.
Следует отметить, что после эндопротезирования коленного сустава именно такая измененная кость является опорой под тибиальным компонентом эн-допротеза. Костный цемент в данной ситуации может армировать порозную кость, однако он же может вызвать и прогрессирующий лизис кости. Кроме того, сама технология эндопротезирования коленного сустава подразумевает резекцию наиболее прочной зоны проксимального отдела большеберцовой кости — так называемой линии йёешагк. Это можно рассматривать, как факторы отрицательного влияния на результаты эндопротезирования коленного сустава.
В связи с наличием изменений субхондральной кости, на которую в дальнейшем падает увеличенная нагрузка, необходимо назначение остеотропной терапии, включая препараты витамина D, всем больным до и после тотального эндопротезирования коленного сустава.
Таблица 1
Биохимические показатели крови пациентов
Показатель Значение
минимальное максимальное среднее норма
Креатинин, ммоль/л 68 114 85,44 44-110
Кальций, ммоль/л 2,04 3,08 2,47 2,15-2,50
Фосфор, ммоль/л 1,27 1,39 1,33 0,64-1,29
Щелочная фосфатаза, МЕ/л 48 139 86,3 30-120
25 (ОН) витамин D общий, нг/мл 8,2 21,3 13,8 >30
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Информация о конфликте интересов
Конфликты интересов, связанные с рукописью, отсутствуют.
Информация о финансировании
Исследование финансировалось лично авторами.
Информация о вкладе каждого автора. Мурылев В.Ю. — Концепция и дизайн исследования
Сорокина Г.Л. — Идея исследования, сбор и анализ полученных данных, написание текста
Курилина Э.В. — Гистологическое исследование препаратов
Иваненко Л.Р. — Анализ полученных данных, написание текста, оформление иллюстраций
Сокращения
KOOS — Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score
OARSI — Osteoarthritis Research Society International (Международное общество по изучению остеоартроза)
Соответствие нормам этики
От всех людей, ставших объектами исследования, получено добровольное информированное согласие.
SUBCHONDRAL BONE CONDITION AND TOTAL KNEE ARTHROPLASTY IN PATIENTS WITH KNEE OSTEOARTHRITIS
Murylyov VU., Sorokina GL., Kurilina EV, Ivanenko LR
Sechenov First Moscow State Medical Univesity, Moscow, Russia
S.P. Botkin City Clinical Hospital, Moscow, Russia Burdenko Main Military Clinical Hospital, Moscow, Russia
SUMMARY
Background: 6% of adults suffer from knee joint osteoarthritis. In some cases, the method of choice of treatment is knee arthroplasty. The etiology of osteoarthritis remains largely unclear, but the question of involving the subchondral bone in the pathological process is beyond doubt. One of the causes of pain and other adverse effects after knee replacement may be subchondral bone pathology of the femur and tibia.
Aims: To study the changes in the condyles of the tibia in osteoarthritis and to determine the possible impact of these changes on the development of instability of the knee joint endoprosthesis.
Materials and methods: From December 2014 to February 2016, 56 patients were examined. They underwent total arthroplasty of the knee joint. The average age of the patients was 63 years (from 55 to 78 years). Women were 52 (93%), men — 4 (7%). A histological examination of the resected tibial condyles was carried out to reveal bone pathology.
Results: Typical changes for osteoarthritis were found microscopically. In all cases the signs of osteoporosis were
present. A clear histological picture of osteomalacia in the non-calcinated bone was found in 15 women.
Conclusions: Having studied the subchondral bone in these patients we can conclude that the knee endoprosthesis is implanted into a weakened bone, which can lead to adverse effects. To improve the long-term results of surgical treatment, medical correction of bone tissue pathology in the perioperative period is suggested.
Keywords: Osteoarthritis, knee arthroplasty, subchondral, osteoporosis, osteomalacia
ЛИТЕРАТУРА
1. Peyron JG. Osteoarthritis. The epidemiologic viewpoint. Clin Orthop Relat Res. 1986 Dec;(213):13-9.
2. Felson DT. Epidemiology of hip and knee osteoarthritis. Epidemiol Rev. 1988;10:1-28.
3. Берглезов МА, Угнивенко ВИ, Надгериев ВМ, Вялько ВВ, Паршикова МВ, Каменев ЮФ, Шитиков ВА. Комплексное лечение больных с тяжелыми нарушениями функции нижних конечностей в амбулаторных условиях. Пособие для врачей. М.: ЦИТО, 1999; 28 с.
4. Felson DT, Couropmitree NN, Chaisson CE, Hannan MT, Zhang Y, McAlindon TE, LaValley M, Levy D, Myers RH. Evidence for a Mendelian gene in a segregation analysis of generalized radiographic osteoarthritis: The Fram-ingham study. Arthritis Rheum. 1998 Jun;41(6): 1064-1071. DOI:10.1002/1529-0131(199806)41:6<1064::AID-ART13>3.0.CO;2-K
5. Andrianakos AA, Kontelis LK, Karamitsos DG, Aslanidis SI, Georgountzos AI, Kaziolas GO, Pantelidou KV, Vafiadou EV, Dantis PC; ESORDIG Study Group. Prevalence of symptomatic knee, hand and hip osteoar-thritis in Greece. The ESORDIG study. J Rheumatol. 2006 Dec;33(12):2507-13.
6. Bourne RB, Chesworth BM, Davis AM, Mahomed NN, Charron KD. Patient satisfaction after total knee arthroplasty: who is satisfied and who is not? Clin Orthop Relat Res. 2010 Jan;468(1):57-63. DOI: 10.1007/s11999-009-1119-9.
7. Bobinac D, Spanjol J, Zoricic S, Maric I. Changes in articular cartilage and subchondral bone histomorphom-etry on osteoarthritic knee joints in humans. Bone. 2003 Mar;32(3):284-90.
8. Lindsey CT, Narasimhan A, Adolfo JM, Jin H, Steinbach LS, Link T, Ries M, Majumdar S. Magnetic resonance evaluation of the interrelationship between articular cartilage and trabecular bone of the osteoarthritic knee. Osteoarthritis Cartilage. 2004 Feb;12(2):86-96.
9. Patel V, Issever AS, Burghardt A, Laib A, Ries M, Ma-jumdar S. MicroCT evaluation of normal and osteoarthritic bone structure in human knee specimens. J Orthop Res. 2003 Jan;21(1):6-13. DOI: 10.1016/S0736-0266(02)00093-1
10. Гонгадзе ЛР. Базофильная линия суставного хряща в норме и при некоторых патологических состояниях. Архив анатомии. 1987; 4: 52-57.
11. Павлова ВН, Копьева ТН, Слуцкий ЛИ. Хрящ. М.: Медицина, 1988; 320 с.
12. Слесаренко НА. Метаболические свойства суставного хряща. Ортопедия, травматология и протезирование. 1994; 4: 90.
13. Осипенкова-Вичтомова ТК. Гистоморфологиче-ская экспертиза костей. М.: Медицина, 2009; 160 с.
