УДК 616.728.3-003.7

Р.З. САЛИХОВ^1,3, М.А. ЧЕКУНОВ¹, Р.Ф. МАСГУТОВ^1,2, В.В. СОЛОВЬЕВ¹

¹Республиканская клиническая больница МЗ РТ, г. Казань

²Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань

³Казанская государственная медицинская академия — филиал РМАНПО МЗ РФ, г. Казань

Контактная информация:

Салихов Рамиль Заудатович — кандидат медицинских наук,

врач травматолог-ортопед, заведующий ортопедическим отделением №1, старший  научный сотрудник научного отдела

Адрес: 420064, г. Казань, ул. Оренбургский тракт, д. 138, тел. (843) 231-20-10, e—mail: talus@mail.ru

В исследовании представлены ранние результаты лечения 9 пациентов с патологией суставного хряща коленного сустава с использованием карбоновых стержней, которые представляют из себя полимерный композитный материал из переплетенных нитей углеродного волокна. Показанием для применения данных имплантов являются хондральные и остеохондральные поражения мыщелков бедренной кости. Описана методика установки, выбора количества имплантов, послеоперационное ведение. Результат по шкале IKDC до операции составил в среднем 31,3 баллов, на сроке 12 месяцев —67,8. По  шкале WOMAC  средний результат  до операции составлял 49,25, на сроке 12 месяцев — 28,7. По данным МРТ после операции наблюдалось закрытие дефекта хряща с наличием имплантов (карбоновые стержни) в области повреждения. У одной  пациентки  на сроке 7 месяцев после имплантации была выполнена ревизионная артроскопия по поводу повреждения передней крестообразной связки. При этом наблюдалось покрытие зоны дефекта хряща наружного мыщелка бедренной кости грубой фиброзной тканью. За время наблюдения, до 12 месяцев, каких-либо серьезных осложнений, таких как синовит или аллергические реакции не наблюдалось. Исследования будут продолжены с целью накопления большего количества наблюдений на более длительных сроках.

Ключевые слова:  коленный сустав, патология суставного хряща, лечение. карбоновые стержни.

(Для цитирования: Салихов Р.З., Чекунов М.А., Масгутов Р.Ф., Соловьев В.В. Ранние результаты применения карбоновых стержней в лечении дефектов суставного хряща коленного сустава. Практическая медицина. 2019. Том 17, № 6 (часть 2), С. 86-89)

DOI:10.32000/2072-1757-2019-6-86-89

 

R.Z. SALIKHOV^1,3, M.A. CHEKUNOV¹, R.F. MASGUTOV^1,2, V.V. SOLOVEV¹

 Early results of the application of carbon rods in the treatment of defects in the articular cartilage of the knee joint

 ¹Republican Clinical Hospital of the Ministry of Healthcare of the Republic of Tatarstan, Kazan

²Kazan (Volga Region) Federal University, Kazan

³ Kazan State Medical Academy – Branch Campus of  RMACPE MH Russia, Kazan

 Contact details:

Salikhov R.Z. — PhD (medicine), Orthopedic Surgeon, Head of the Orthopedic Department № 1, senior researcher of the scientific department

Address: 138 Orenburgskiy trakt, Kazan, Russian Federation, 420064, tel. (843) 231-20-10, e-mail: talus@mail.ru

The study presents the early results of treatment of 9 patients with pathology of the articular cartilage of the knee joint using carbon rods, which are a polymer composite material from interwoven carbon fiber strands. Evidence of using these implants are chondral and osteochondral lesions of femoral condyles. The technique of installation, selection of the number of implants, postoperative management is described. The result on the IKDC scale before surgery averaged 31.3 points, for a period of 12 months – 67.8. On the WOMAC scale, the average result before surgery was 49.25, for a period of 12 months — 28.7. According to MRI, after surgery, the closure of a cartilage defect with the presence of implants (carbon rods) in the area of damage was observed. In one patient, 7 months after implantation, revision arthroscopy was performed for damage to the anterior cruciate ligament. There was coverage of the zone of cartilage defect of the external condyle of the femur with coarse fibrous tissue. During the observation, up to 12 months, no serious complications such as synovitis or allergic reactions were observed. Research will be continued in order to accumulate more observations in the longer terms.

Key words:  knee joint, pathology of articular cartilage, treatment, carbon rods.

(For citation: Salikhov R.Z., Chekunov M.A., Masgutov R.F., Solovev V.V. Early results of the application of carbon rods in the treatment of defects in the articular cartilage of the knee joint. Practical medicine. 2019. Vol. 17, № 6 (part 2), P. 86-89)

 

Введение. Локальные травматические дефекты у молодых и активных пациентов или ранние поражения артрозом у пациентов среднего возраста сегодня не редкость. Повреждения и дегенеративные поражения хряща коленного сустава являются наиболее частой формой суставной патологии, приводящей  к прогрессированию остеоартроза [1]. Точных данных по повреждениям суставного хряща коленного сустава нет, т. к. очень часто они протекают бессимптомно. Такие повреждения могут являться пусковым механизмом для развития остеоартроза коленного сустава [2].    Использование МРТ для диагностики травм  коленного сустава показало  довольно частое сочетание разрывов  менисков и связок коленного сустава с повреждениями суставного хряща [3]. Анализ накопленных данных  МРТ и артроскопических исследований позволил выявить ряд вариантов травматических повреждений, включающих не только собственно повреждение гиалинового хряща различной глубины, но и подлежащей субхондральной кости [4-5]. Существующие на сегодняшний день хирургические техники не обеспечивают полного восстановления гиалинового хряща. Особенно это актуально при остеохондральных повреждениях и дефектах хряща больших размеров. Требуется поиск новых технологий, позволяющих замедлить прогрессирование разрушения хряща и восстановить работоспособность пациентов в кратчайшие сроки.

Цель — оценить ранние результаты лечения пациентов с применением карбоновых стержней при дегенеративно-дистрофических или травматических повреждениях  суставного хряща  коленного сустава.

Материал и методы. В отделении ортопедии №1 ГАУЗ РКБ МЗ РТ в рамках научной программы с 2018 г. проводится клиническое исследование эффективности применения углеродных стержней при патологии гиалинового хряща коленного сустава. Использованы карбоновые стержни CHOPIN® — продукт немецкой компании  Байомедикал Имплантс ГмбХ (Biomedical Implants GmbH). Материал — карбон — полимерный композитный материал из переплетенных нитей углеродного волокна. Углеродные волокна изготовлены на основе органических волокон (полиакрилнитрил или вискоза). Плетеная оболочка из 12 рядов пучков углеродных волокон диаметром 9 мкм обращается вокруг центральной сердцевины из углеродных волокон (рис. 1). Непрерывный плетеный стержень разрезается на отдельные стержни длиной (12,5±0,2 мм); диаметр — 3,0±0,2мм. Пористость материала составляет не менее 40%, не рассасывается. Биологическая концепция использования данных стержней состоит в стимуляции активности фибро- и хондробластов и развитие нормальной структуры коллагеновых волокон. Специальная тканая структура данных имплантатов, как заявляется производителем,  стимулирует включение коллагеновых волокон в поврежденную область вдоль нитей имплантатов и вдоль оси отверстия.

Рисунок 1. Карбоновый стержень перед имплантацией

Figure 1. Carbon core before implantation

Под наблюдением находится 9 пациентов: 7 женщин и 2 мужчин. Средний возраст — 47 лет (от 23 до 55 лет), давность заболевания от 9 мес. до 9 лет. Критериями включения в исследование являлись локальные  полнослойные дефекты гиалинового хряща (III и IV стадии) площадью более 2 см². Предварительно  проводились   рентгенография коленного сустава в 2 проекциях и  МРТ-исследование. Всем пациентам выполняли артроскопическое вмешательство с полной ревизией коленного сустава. При выявлении  зоны дефекта хряща выполняли  абразивную  хондропластику кюреткой, дебридмент артрошейвером. Определяли  число необходимых стержней для имплантации  в зависимости от размера поврежденного участка (1 стержень/см²). Карбоновые стержни устанавливали под артроскопическим контролем  в область дефекта хряща мыщелка бедренной кости с помощью специального набора инструментов (канюли, сверло, втулка, толкатель). Артроскоп устанавливали  в  переднелатеральный  порт, обтуратор с защитной гильзой вводили в переднемедиальный порт при локализации дефекта в медиальном отделе и, наоборот, при нахождении дефекта в латеральном отделе. Далее обтуратор удаляли  и в защитную гильзу вводили  соответствующий троакар (90° или 45°). Троакар совместно с толкателем располагали перпендикулярно поверхности мыщелка бедренной кости в зоне хондромаляции. Затем в троакар вводили сверло диаметром 3.2 мм и просверливали  кость на глубину установленного упора на данном сверле. После удаления сверла производили сброс воды. Карбоновый стержень вводили в троакар, выполняли  дальнейшее погружение стержня толкателем путем легкого постукивания. Стержень внедряли  в мыщелок бедренной  или большеберцовой кости до упора на толкателе (до  шайбы ограничителя). Затем проводили эндоскопический контроль установки карбонового стержня. Верхняя часть стержня должна быть на одном уровне с костной поверхностью или чуть ниже уровня (на 0,5 мм). При необходимости избыточная часть карбонового стержня может быть удалена артрошейвером. Операцию завершали наложением швов без установки дренажей. После проведения оперативного  лечения  разрешались ранние движения, осевая нагрузка ограничивалась в течение 4 недель. Срок наблюдения составил  до 1 года.

Клинический пример. Пациентка Г., 54 лет. Давность заболевания около 1 года. При обследовании по шкале IKDC до операции — 26 баллов, суммарный показатель по шкале WOMAC — 83 балла. По данным МРТ остеохондральный дефект медиального мыщелка бедренной кости (рис. 2). Выполнена артроскопия коленного сустава, абразивная хондропластика. Площадь дефекта хряща составила 3,4 см². Выполнена имплантация 3 стержней. В послеоперационном периоде отмечает уменьшение болевого синдрома. Контрольное МРТ на сроке 8 мес. с момента операции (рис. 3). При обследовании по шкале IKDC на сроке 12 месяцев — 76 баллов, по шкале WOMAC — 28 баллов. Объем движений в коленном суставе — 0/0/120 градусов.

Рисунок 2. МРТ пациентки Г. до операции (стрелкой указан остеохондральный дефект медиального мыщелка бедренной кости)

Figure 2. MRI of patient G. before surgery (the arrow indicates the osteochondral defect of the medial condyle of femur)

Рисунок 3. МРТ пациентки Г. после операции (стрелкой указаны карбоновые стержни в зоне  остеохондрального  дефекта медиального мыщелка бедренной кости)

Figure 3. MRI of patient G. after surgery (the arrow indicates carbon rods in the area of the osteochondral defect of the medial condyle of femur)

Результаты и обсуждение. Для оценки результатов лечения использовались данные клинического осмотра, данные артроскопического вмешательства,  данные  МРТ, шкала IKDC (макс. 100 баллов), шкала WOMAC до операции и на сроках 3, 6, 9, 12 месяцев [6, 7]. Результат по шкале IKDC до операции составил в среднем 31,3 балла. После операции на сроке 3 месяцев составил  39,5 баллов, на сроке 6 месяцев — 44,2 балла, на сроке 9 месяцев — 54,3 балла, на сроке 12 месяцев — 67,8 балла. Суммарный показатель по  шкале WOMAC    до операции составлял 79,5, на сроке 3 месяца — 49,9,  на сроке 6 месяцев — 34, на сроке 9 месяцев — 34,8, на сроке 12 месяцев — 32,7. По данным МРТ до операции у 7 пациентов зона поражения располагалась в медиальном мыщелке бедренной кости, у 2 пациентов в латеральном мыщелке бедренной кости. У 4 пациентов изменения были расценены как остеохондропатия. По данным МРТ после операции наблюдали наличие имплантов (карбоновые стержни) в области повреждения, покрытие дефекта хряща. 1 пациентке на сроке 7 месяцев после имплантации была выполнена ревизионная артроскопия по поводу повреждения передней крестообразной связки. При этом наблюдали покрытие зоны дефекта хряща наружного мыщелка бедренной кости грубой фиброзной тканью.

Как отмечено многими авторами,  лечение повреждений гиалинового хряща по сей день сложная задача, требующая  комплексного решения, включающего совокупность биологических и биомеханических подходов [8].  Сегодня понятно, что такие технически простые хирургические процедуры, как абразивная хондропластика, микрофрактуринг, остеоперфорация предназначены, главным образом, для дефектов не больших размеров.

В 1980-1990-х гг.  R. J. Minns и соавт. в Англии провели исследования по использованию углеродных стержней для репарации суставного хряща, где обнаружили,  что они способствуют регенерации и образованию матрицы для закрытия дефектов [9, 10]. При экспериментальных исследованиях было обнаружено, что углеродные волокна вызывают развитие скорректированной ткани параллельно расслоению углеродного волокна, которое затем тянется через дефект хряща. Механические характеристики углеродного стержня, такие  как жесткость и стабильность близки к губчатой кости. На основе большого  экспериментального и клинического  материала был сделан вывод о том, что углеродный материал может быть использован для регенерации суставных поверхностей при остеоартрозе.

В 1999 г. R. J. Minns и соавт.  опубликовали отдаленные результаты применения карбоновых вкладышей при лечении Hallux rigius [11]. Гистологические исследования одного из пациентов показали образование фиброзной ткани с преимущественным содержанием коллагена 1 типа. Образование этой ткани соответствовало ориентации углеродных  волокон.  Новая кость в более глубоком слое имплантата вросла в периферию прокладки  из углеродного волокна, надежно закрепив имплантат на месте.

В 1994 г. Brittberg M. опубликовал 4-х летнее исследование на 37 пациентах при патологии коленного сустава [12]. В рамках данного исследования углеродные стержни были имплантированы в качестве фиксаторов в просверленных каналах с целью улучшения роста регенерирующих тканей. Результаты лечения 83% пациентов были оценены как «хорошо» и «отлично».

В последующие годы были опубликованы несколько исследований (Benegert O. et all.,  Prochnow N. et al.), которые в основном были сосредоточены на клиническом применении углеродных стержней [13, 14]. Улучшения были достигнуты у 75% из 222 пациентов. Был сделан вывод о том, что  использование углеродных стержней позволит отложить  эндопротезирование у  молодых пациентов или даже позволит избежать его у пожилых.

Tesch C. на основе личного опыта сделал выводы о том, что имплантация углеродных стержней при дефектах хряща 3-й и 4-й стадии обеспечивает хороший дополнительный метод  к терапии, использованной до тех пор. При 13 ревизионных артроскопиях не было выявлено ни одной реакции сустава на инородное тело, ни артрофиброза, ни выпота [15].

В целом нами было отмечено уменьшение болевого синдрома у всех пациентов. За время наблюдения с момента первой операции 15.02.2018 г. мы не наблюдали каких-либо серьезных осложнений, таких как синовит или аллергические реакции. В тоже время следует отметить, что замещение дефекта хряща при данном виде оперативного вмешательства идет, по всей видимости, с образованием фиброзной ткани. Данная методика доступна для применения только при патологии мыщелков бедренной кости. По нашему мнению, она  больше подходит для лечения остеохондральных дефектов у пожилых пациентов. К недостаткам данного исследования следует отнести небольшое количество пациентов и небольшой срок наблюдения.

Выводы. Использование карбоновых стержней при патологии суставного хряща коленного сустава заслуживает внимания и дальнейшего исследования. Для выполнения имплантации карбоновых стержней требуется специальный инструмент, в тоже время сама методика установки не сложная.  Явлений аллергических реакций или реактивного синовита мы не наблюдали, что позволяет сделать вывод о безопасности. Исследования будут продолжены с целью накопления большего количества наблюдений на более длительных сроках.

ЛИТЕРАТУРА

1. Chaganti R.K., Lane N.E. Risk factors for incident osteoarthritis of the hip and knee // Curr Rev Musculoskelet Med. — — № 4. — P. 99-104.
2. Schinhan M., Gruber M., Vavken P., Dorotka R., Samouh L., Chiari C., Gruebl-Barabas R., Nehrer S. Critical-size defect induces unicompartmental osteoarthritis in a stable ovine knee // J Orthop Res. — — № 30. —P. 214–220. doi: 10.1002/jor.21521.
3. De Campos G.C., Nery W., Teixeira P.E.P., Araujo P.H., Alves W. de M. Association Between Meniscal and Chondral Lesions and Timing of Anterior Cruciate Ligament Reconstruction // Orthopaedic Journal of Sports Medicine. — — № 4(10):2325967116669309. DOI:10.1177/2325967116669309.
4. Hayes, C.W., Conway W.F., Daniel W.W. MR imaging of bone marrow edema pattern: transient osteoporosis, transient bone marrow edema syndrome, or osteonecrosis // Radiographics 13.5. — — P. 1001-1011. DOI: http://dx.doi.org/10.1148/radiographics.13.5.8210586
5. Roemer, F., Bohndorf K. Long-term osseous sequelae after acute trauma of the knee joint evaluated by MRI // Skeletal radiology 31.11. — — P. 615-623. DOI: 10.1007/s00256-002-0575-z
6. Anderson A.F., Irrgang J.J., Kocher M.S., Mann B.J., Harrast J.J. The International Knee Documentation Committee Subjective Knee Evaluation Form: normative data // Am J Sports Med. — — № 34. — P. 128–35.
7. Stucki G., Meier D., Stucki S. et al. Evaluation of a German version of WOMAC (Western Ontario and McMaster Universities) Arthrosis Index // Z. Rheumatol. — — № 55. — P. 40–49.
8. Steinhoff Gustav. Regenerative Medicine // Springer Sciece+Business Media BV. —
9. Minns R.J., Flynn M. Intra-articular implant of filamentous carbon fibre in the experimental animal // J Bioeng 2. — № — 1978.
10. Minns R.J., Muckle D. Mechanical and histological response of carbon fibre pads implanted in the rabbit patella // Biomaterials. — № — № 273. — 1989.
11. Minns R.J., Muckle D.S., Nabhani F. Hallux Rigidus treated by Carbon Fibre arthroplasty of the proximal phalanx // Accepted for Foot & Ankle Surgery. —
12. Brittberg M., Faxen E., Peterson L. Carbon fiber scaffolds in the treatment of early knee osteoarthritis. A prospective 4-year followup of 37 patients // Clin Orthop Relat Res. — — № 307. — P. 155–164.
13. Bengert O., Schweinsberg W., Brylka H. Knochenbohrung und Carbon-Faser-Stiftung. https://www.biomedicalimplants.de/literaturuebersicht.html
14. Prochnow N., Schmitz I., Tesch C., Müller K.M.: Einfluss von Karbonfaserimplantation auf die Knorpelregeneration bei Kniegelenksarthrosen // BMT Kongress. —
15. Tesch C. Karbonstiftimplantation — eine Möglichkeit der Therapie arthrotischer Kniegelenke im Rahmen einer prospektiven Studie, Chirurgie München // Sympomed. — 2001. — Vol 7. —  120-125.

REFERENCES

1. Chaganti R.K., Lane N.E. Risk factors for incident osteoarthritis of the hip and knee. Curr Rev Musculoskelet Med, 2011, 4, pp. 99-104.
2. Schinhan M., Gruber M., Vavken P., Dorotka R., Samouh L., Chiari C., Gruebl-Barabas R., Nehrer S. Critical-size defect induces unicompartmental osteoarthritis in a stable ovine knee. J Orthop Res, 2012, 30, pp. 214–220. doi: 10.1002/jor.21521.
3. De Campos G.C., Nery W., Teixeira P.E.P., Araujo P.H., Alves W. de M. Association Between Meniscal and Chondral Lesions and Timing of Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. Orthopaedic Journal of Sports Medicine, 2016, 4(10):2325967116669309. DOI:10.1177/2325967116669309.
4. Hayes, C.W., Conway W.F., Daniel W.W. MR imaging of bone marrow edema pattern: transient osteoporosis, transient bone marrow edema syndrome, or osteonecrosis. Radiographics, 13.5, 1993, 1001-1011. DOI: http://dx.doi.org/10.1148/radiographics.13.5.8210586
5. Roemer, F., Bohndorf K. Long-term osseous sequelae after acute trauma of the knee joint evaluated by MRI. Skeletal radiology, 31.11, 2002, 615-623. DOI: 10.1007/s00256-002-0575-z
6. Anderson A.F., Irrgang J.J., Kocher M.S., Mann B.J., Harrast J.J. The International Knee Documentation Committee Subjective Knee Evaluation Form: normative data. Am J Sports Med, 2006, 34, pp. 128–35.
7. Stucki G., Meier D., Stucki S. et al. Evaluation of a German version of WOMAC (Western Ontario and McMaster Universities) Arthrosis Index. Rheumatol, 1996, no. 55, pp. 40–49.
8. Steinhoff Gustav. Regenerative Medicine. Springer Sciece+Business Media BV,
9. Minns R.J., Flynn M. Intra-articular implant of filamentous carbon fibre in the experimental animal. J Bioeng, 2, 279, 1978.
10. Minns R.J., Muckle D. Mechanical and histological response of carbon fibre pads implanted in the rabbit patella. Biomaterials, 10, no. 273, 1989.
11. Minns R.J., Muckle D.S., Nabhani F. Hallux Rigidus treated by Carbon Fibre arthroplasty of the proximal phalanx. Accepted for Foot & Ankle Surgery,
12. Brittberg M., Faxen E., Peterson L. Carbon fiber scaffolds in the treatment of early knee osteoarthritis. A prospective 4-year followup of 37 patients. Clin Orthop Relat Res, 1994, 307, pp. 155–164.
13. Bengert O., Schweinsberg W., Brylka H. Knochenbohrung und Carbon-Faser-Stiftung, available at: https://www.biomedicalimplants.de/literaturuebersicht.html
14. Prochnow N., Schmitz I., Tesch C., Müller K.M.: Einfluss von Karbonfaserimplantation auf die Knorpelregeneration bei Kniegelenksarthrosen. BMT Kongress,
15. Tesch C. Karbonstiftimplantation — eine Möglichkeit der Therapie arthrotischer Kniegelenke im Rahmen einer prospektiven Studie, Chirurgie München. Sympomed, 2001, vol 7, 120-125.