Ευοδωτικοί και ανασταλτικοί παράγοντες στη μέθοδο εμφύτευσης ομόλογου περιοστέου σε βλάβες του αρθρικού χόνδρου του γόνατος: πειραματική εργασία

Abstract

One of the biggest challenges in medicine today is disorders of the articular cartilage and arthritis . These conditions cause disabilities with many social and financial consequences. Autologous periosteal transplantation has become a well-established method for replacing, or partially regenerating, articular cartilage. It has been reported that this method has brought promising results but the fact is that all these experiments were performed under ideal conditions in knees that, apart from the cartilage lesion, had no other concomitant lesion. This is something that is very rare in everyday practice. In addition, the ability of the explants to withstand compressive loading has never been investigated. Hardness of the outer surface is probably the most important physical property of articular cartilage. The present study aims to elucidate periosteal neochondrogenesis following insult to the knee articular cartilage, and to investigate if there are any other factors (ligamentous instability, menisceal lesions, area of implantation, postoperative motion) that contribute or inhibit this chondrogenic potential. In addition, the quality of the neocartilage was investigated, based on its ability to withstand compressive load. The new parameter, “hardness” of the outer surface of neocartilage, was introduced into the gold standard, “O’Driscoll’s evaluation scale”. Statistical analysis was used in order to check if the new parameter improved the reliability, the validity and the internal consistency of the scale In the first part of this study, the micro and macro anatomy of articular cartilage is investigated, as well as its physiology. In addition, extensive reference is made to the biomechanical properties of articular cartilage and a detailed description of the technique of periosteal implantation is presented herein. In the second part , 60 rabbits were used and a cartilage defect 0.5 ? 0.5 ? 0.2 cm deep was created in the medial femoral condyle of both rabbit knees. Each defect was then covered through the same incision with a periosteal graft harvested from the upper third of the animal's tibia. The graft, with its cambium layer facing the joint, was sutured at the lesion site. In addition, apart from the chondral lesion and the periosteal transplantation, an additional lesion was created in the right knee of each rabbit. . In the first group, the ACL was transected. In the second group, both the ACL and the medial collateral was experimentally transected (grossly unstable knees). Transection to the medial meniscus took place in the third group. . In the fourth group, ACL and MCL transection, as well as total medial meniscectomy, was performed. Finally, in the fifth group, a lesion in the cartilage of the patella was combined with ACL and a medial collateral ligament (MCL) transection. All knees were examined macroscopically and histologically. To augment the histological examination, the specimens were tested biomechanically. An indentation test was performed in the National Technical University of Athens, using a Shore-A sclerometer. . At one and eight months after the surgery, groups of the rabbits were euthanized by intravenous administration of an overdose of thiopental. On the basis of the results of this study the following conclusions are drawn 1. Autologous periosteal transplantation, named by O’Driscoll ‘periosteal arthroplasty has shown promising results in treating defects of articular cartilage, and it is now possible to produce new cartilage that is histologically almost indistinguishable (both macroscopically and histologically) from normal hyaline-like cartilage. 2. Based upon this method, large articular cartilage defects can be substituted in one stage with good quality neocartilage. This would have been impossible with other current treatment methods, without the need for re-operation. 3. The method of periosteal transplantation has a short learning curve, but it requires special care to perform certain technical details intraoperatively. 4. In the patella, especially for large defects, the outcome was poor both histomorphologically and biomechanically with regard to the quality of the repair tissue. 5. With moderate knee instability (isolated rupture of the anterior cruciate ligament) the lesion was occupied with neocartilage, sometimes of greater thickness than the original cartilage. Macroscopically it looks almost like normal hyaline cartilage (it has a whitish colour, compared to the hyaline cartilage which is semi-transparent). In grossly unstable knees (combined deficiency of several ligaments) the repair tissue following periosteal transplantation was mostly fibrocartilage, without any weight- bearing capacity in compressive loads. 6. Menisceal excision does not affect the chondrogenic potential. The procedure of periosteal neochondrogenesis progresses normally, and the knees do not show degenerative changes for up to eight months postoperatively...

Μία από τα μεγαλύτερες προκλήσεις της Ιατρικής σήμερα είναι η αντιμετώπιση των παθήσεων του αρθρικού χόνδρου και των αρθρίτιδων γενικότερα. Οι παθήσεις αυτές δημιουργούν αναπηρικές καταστάσεις με πολλές κοινωνικοοικονομικές προεκτάσεις. Μία από τις μεθόδους που διεθνώς έχει προταθεί και διερευνηθεί είναι η μέθοδος της εμφύτευσης αυτολόγου περιοστέου στις βλάβες του αρθρικού χόνδρου του γόνατος. Η μέθοδος αν και έχει αναφερθεί διεθνώς ότι έχει καλά αποτελέσματα, όλα τα πειραματικά δεδομένα πραγματοποιήθηκαν κάτω από ιδανικές συνθήκες, δηλαδή αξιολόγηση της νεοχονδρογένεσης σε ανατομικώς άθικτα γόνατα (χωρίς συνυπάρχουσες βλάβες-γεγονός που σπανίζει στην καθημερινή πράξη). Επιπροσθέτως, δεν έχει διερευνηθεί η ικανότητα των παρασκευασμάτων να ανθίστανται σε συμπιεστικά φορτία, που αποτελεί ίσως τη σημαντικότερη φυσική ιδιότητα (σκληρότητα της εξωτερικής στιβάδας) του αρθρικού χόνδρου. Η παρούσα μελέτη διερευνά τη νεοχονδρογένεση μετά από εμφύτευση αυτολόγου περιοστέου σε βλάβες του αρθρικού χόνδρου του γόνατος και ελέγχει κατά πόσο διάφοροι άλλοι παράγοντες (συνδεσμική αστάθεια, βλάβη των μηνίσκων, θέση της εμφύτευσης, κίνηση) ευοδώνουν ή αναστέλλουν το δυναμικό αυτό της νεοχονδρογένεσης. Επίσης η ποιότητα του νεοχόνδρου ελέγχθηκε ως προς τη σκληρότητα της εξωτερικής στιβάδας της για το αν δύναται να φέρει συμπιεστικά φορτία με τροποποίηση της κλίμακας αξιολόγησης του O’Driscoll (ενσωμάτωση της νέας παραμέτρου «σκληρότητα» της εξωτερικής επιφανείας του νεοχόνδρου, η οποία όπως αποδείχθηκε στατιστικώς, βελτιώνει την αξιοπιστία, εγκυρότητα και εσωτερική συνέπεια της κλίμακας). Στο Γενικό μέρος της μελέτης μας διαπραγματευόμαστε την μακρο- και μικροανατομία του αρθρικού χόνδρου καθώς και τη φυσιολογία του. Επίσης γίνεται εκτενής περιγραφή των εμβιομηχανικών ιδιοτήτων του αρθρικού χόνδρου καθώς και λεπτομερής ανάπτυξη της τεχνικής της εμφύτευσης του περιοστέου. Στο Ειδικό μέρος, χρησιμοποιήθηκαν 60 κόνικλοι ,όπου μετά τη δημιουργία χόνδρινης βλάβης στον έσω μηριαίο κόνδυλο και των δύο γονάτων (έκταση βλάβης 0.5 X 0.5 cm και περίπου 2 mm σε βάθος), στη συνέχεια στο δεξί γόνατο κάθε κονίκλου γίνεται επιπλέον η συνοδός βλάβη (διατομή ΠΧΣ ή αφαίρεση έσω μηνίσκου ή διατομή έσω πλαγίου). Η λήψη του τμήματος του περιοστέου γίνεται από την πρόσθια έσω επιφάνεια της κνήμης και αφού διαμορφωθεί στις διαστάσεις της χόνδρινης βλάβης συρράπτεται πάνω σε αυτή. Πέρα από τη χόνδρινη βλάβη στην πρώτη ομάδα (Α) γίνεται διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου, στη δεύτερη (Β) γίνεται διατομή του προσθίου χιαστού και του έσω πλαγίου συνδέσμου, στην τρίτη (Γ) γίνεται ολική μηνισκεκτομή του έσω μηνίσκου , στην τέταρτη (Δ) γίνεται διατομή του ΠΧΣ, του έσω πλαγίου συνδέσμου όσο και του έσω μηνίσκου. Στην ομάδα (Ε) διαμορφώνεται χόνδρινη βλάβη στη αρθρική επιφάνεια της επιγονατίδας που συνδυάζεται με διατομή του ΠΧΣ και έσω πλαγίου συνδέσμου. Τα παρασκευάσματα εξετάσθηκαν ιστολογικά, μακροσκοπικά και εμβιομηχανικά (με σκληρόμετρο Shore-A) στο τμήμα αντοχής υλικών του ΕΜΠ. Τα χρονικά διαστήματα ελέγχου της αποκατάστασης των βλαβών ήταν ένας και οκτώ μήνες. Τα αποτελέσματα της μελέτης μας οδήγησαν στα παρακάτω συμπεράσματα: 1. H περιοστική αρθροπλαστική κατά O’Driscoll (εμφύτευση αυτολόγου περιοστέου) παράγει χονδρικό ιστό που σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να πάρει τους ιστομορφολογικούς χαρακτήρες του υαλοειδούς χόνδρου. 2. Με την παραπάνω μέθοδο μπορεί να υποκατασταθούν με αρθρικό χόνδρο αρκετά καλής ποιότητος, μεγάλα ελλείμματα της αρθρικής επιφανείας τα οποία δεν μπορούν με τις υπόλοιπες μεθόδους και ιδίως σε ένα χρόνο χωρίς να απαιτείται επανεγχείρηση. 3. H μέθοδος έχει χαμηλή καμπύλη εκμάθησης αλλά απαιτείται προσοχή στο να τηρηθούν επακριβώς κατά τη διάρκεια της επέμβασης συγκεκριμένες τεχνικές λεπτομέρειες. 4. Στην επιγονατίδα και ιδίως για μεγάλα ελλείμματα, το αποτέλεσμα είναι πτωχό όσον αφορά την ποιότητα του νεοχονδρογενετικού ιστού τόσο ιστομορφολογικά όσο και εμβιομηχανικά . 5. Σε μέτρια αστάθεια του γόνατος (μεμονωμένη ρήξη του προσθίου χιαστού συνδέσμου) ο νεοχόνδρος που προκύπτει μπορεί να εμφανίσει όχι μόνο πλήρωση του ελλείμματος αλλά και προβολή πάνω από το επίπεδο του φυσιολογικού αρθρικού χόνδρου. Μακροσκοπικά ομοιάζει σε μεγάλο βαθμό με το φυσιολογικό αρθρικό χόνδρο (χρώμα λευκότερο από τον φυσιολογικό υαλοειδή χόνδρο που είναι ημιδιαφανής). Σε μεγάλη αστάθεια του γόνατος (συνδυασμένη ανεπάρκεια πολλών συνδέσμων) ο αναγεννητικός ιστός μετά περιοστική νεοχονδρογένεση είναι κυρίως ινοχόνδρος χωρίς καμία αντοχή σε συμπιεστικά φορτία....