Pozaustrojowa fala uderzeniowa a fonoforeza z użyciem żelu z nanocząsteczkami chitozanu w leczeniu zmian funkcjonalnych i anatomicznych wykrytych za pomocą algorytmu analizy tekstury opartej na sztucznej inteligencji u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego: podwójna, randomizowana, kontrolowana próba

Choroba zwyrodnieniowa stawów (OA) to powszechna choroba zwyrodnieniowa, plasująca się na 10. miejscu wśród głównych czynników powodujących niepełnosprawność, co ma związek z większą liczbą chorób współistniejących i zwiększoną śmiertelnością. Jedną z najczęstszych chorób zwyrodnieniowych jest choroba zwyrodnieniowa stawu kolanowego (KOA). KOA to postępująca, przewlekła choroba zwyrodnieniowa, która stanowi duże obciążenie społeczno-ekonomiczne dla systemów opieki zdrowotnej i społeczeństwa. Częstość występowania choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego gwałtownie wzrosła, ponad dwukrotnie w ciągu ostatnich 10 lat, w wyniku stabilnego średniego trwania życia.

KOA jest dobrze znaną chorobą chrząstki, która polega na degradacji i utracie chrząstki stawowej. Jednakże chorobie zwyrodnieniowej stawów towarzyszą zwykle zmiany w kości podchrzęstnej, ze stwardnieniem, torbielą kości i tworzeniem się osteofitów.

Ostatnie badania wykazały, że podchrzęstna przebudowa kości odgrywa bardzo ważną rolę w KOA, pośrednicząc i poprzedzając uszkodzenie chrząstki. Wzrost sztywności kości podchrzęstnej zmniejsza zdolność do rozpraszania sił obciążających w obrębie stawu kolanowego, co w konsekwencji zwiększa siłę obciążającą chrząstkę stawową. Dlatego też uszkodzenie chrząstki i postęp choroby zwyrodnieniowej stawów z czasem ulegały przyspieszeniu. Punkt ciężkości leczenia wczesnego KOA przesunął się z chrząstki stawowej na kość podchrzęstną i stał się potencjalnym celem terapeutycznym różnych metod terapeutycznych.

Jeśli chodzi o ból KOA, coraz więcej dowodów sugeruje, że unaczynienie od dołu do góry z kości podchrzęstnej odgrywa większą rolę niż inwazja naczyń z góry na dół pochodząca z tkanki maziowej lub błony maziowej podczas erozji chrząstki w chorobie zwyrodnieniowej stawów. W rezultacie ortopedzi często narzekają, że ból związany z chorobą zwyrodnieniową stawów nie jest powiązany z obrazem radiologicznym. Niedawne prace wykazały stosunkowo słaby związek pomiędzy utratą chrząstki a bólem stawów związanym z chorobą zwyrodnieniową stawów.

Ponieważ różne podejścia ukierunkowane na chrząstkę stawową lub elementy maziowe przyniosły nieskuteczne wyniki, a mechanizm przesłuchu chrząstki kostnej stopniowo staje się jasny, w tym badaniu spróbujemy potwierdzić kluczową rolę kości podchrzęstnej w chorobie zwyrodnieniowej stawu kolanowego oraz że kość podchrzęstna może być idealnym miernikiem wyniku leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów.

Pulsacyjne ultradźwięki o niskiej intensywności (LIPUS) i pozaustrojowa terapia falą uderzeniową (ECSWT) są skuteczne jako nieinwazyjna metoda w leczeniu histopatologicznym przy intensywniejszym wzroku. ECSWT wykazała skuteczność w regresji wczesnego KOA związanego z poprawą przebudowy kości podchrzęstnej, zmniejszeniem liczbę osteofitów, a także może zwiększać aktywność osteocytów. Poza tym ECSWT może złagodzić przewlekłe działania zapalne w całym stawie poprzez zmniejszenie poziomu cytokin zapalnych. Dodatkowo doniesiono, że zastosowanie ESWT na podchrzęstną kość stawu kolanowego znacząco zwiększyło objętość kości i liczbę beleczek oraz zmniejszyło porowatość kości. Ogólnie rzecz biorąc, ESWT może w pewnym stopniu odwrócić patologię postępu choroby zwyrodnieniowej stawów.

USG o niskiej intensywności może wpływać na podchrzęstną jednostkę kostną w przypadku nieużywania stawów. LIUS wraz z powiązaną siłą promieniowania akustycznego może złagodzić podchrzęstne stwardnienie kości podczas postępu choroby zwyrodnieniowej stawów przy normalnym użytkowaniu stawów. Ponadto, jeśli technologia amerykańska w połączeniu z materiałami ze związków bioaktywnych, takimi jak chitozan (CS), mogłaby poprawić skuteczność kapsułkowania związków bioaktywnych, jednocześnie nie tylko zmniejszając wielkość nanocząstek, ale także zawężając ich rozkład wielkości, czyni to USA skutecznym dostawcą biomateriałów, takich jak chitozan. W tym kontekście włączenie interwencji mieszanych z udziałem USA mogłoby poprawić ich skuteczność. Dlatego też w niniejszym badaniu połączymy zastosowanie terapii amerykańskiej z nowym, ekologicznym, przyjaznym dla środowiska materiałem zwanym chitozanem w postaci żelu do stosowania miejscowego.

Chitozan występuje jako proteoglikan w macierzy pozakomórkowej (muszlach) niektórych gatunków głowonogów. Biokompatybilność chitozanu, stopniowa degradacja, nietoksyczność, aktywność biologiczna, właściwości przeciwzapalne i przeciwbakteryjne sprawiają, że chitozan jest uważany za najlepszy materiał na hydrożel. W niektórych badaniach stosowano CS jako zastrzyk dostawowy w leczeniu KOA i stwierdzono, że CS może promować proliferację chondrocytów, blokować mediatory stanu zapalnego i katabolizmu. Dlatego fonoforeza z wykorzystaniem chitozanu może zmniejszyć stan zapalny, ograniczyć degenerację chrząstki i usprawnić proces przebudowy kości podchrzęstnej.

Ponadto powszechnie wiadomo, że potwierdzenie rozpoznania KOA opiera się na ocenie szerokości szpary stawowej, a dokonuje się tego za pomocą zdjęcia rentgenowskiego w skali Kellgren-Lawrence (K-LG). Mimo że skala K-LG jest uważana za najczęściej stosowane klasyczne narzędzie diagnostyczne KO, ma kilka wad, do których należą m.in. jej zastosowanie do oceny postępu choroby, niewrażliwość na zmiany czy niespójności w początkowych opisach autorów. Co więcej, ma ograniczone możliwości oceny skuteczności leczenia, ponieważ wykorzystuje głównie skalę bólu.

Analizując niekorzystne skutki konwencjonalnej radiologii, wiele badań wykazało możliwość wystąpienia reakcji alergicznej, wysokie koszty, długi czas kontroli i trudności w badaniu pacjentów z określonymi schorzeniami.

Biorąc to pod uwagę, do rozwiązania tych problemów zaczynają być stosowane podejścia oparte na sztucznej inteligencji (AI), takie jak identyfikacja obrazu, przedoperacyjna ocena ryzyka, podejmowanie decyzji klinicznych i analiza dużych zbiorów danych, diagnostyka, monitorowanie, prognozowanie chorób reumatologicznych, identyfikując czynniki ryzyka powikłań i posiada unikalną zdolność przewidywania wyników za pomocą algorytmów specyficznych dla pacjenta. Sztuczna inteligencja odgrywa istotną rolę w ocenie leczenia, w którym kluczowym postępem w praktyce klinicznej reumatologii jest innowacja w zakresie zaawansowanych metod obrazowania.

Zastosowanie sztucznej inteligencji w ortopedii koncentruje się głównie na rozwoju uczenia maszynowego (ML) i głębokiego uczenia się (DL) na tych zdjęciach. Głębokie uczenie się, które jest podzbiorem ML, może pomóc w automatycznej interpretacji obrazów medycznych, co może zwiększyć dokładność i szybkość diagnozy, wskazać najpilniejszych i krytycznych pacjentów do natychmiastowej uwagi, zmniejszyć ilość błędów ludzkich spowodowanych zmęczeniem i/lub brak doświadczenia, zmniejszyć obciążenie personelu medycznego poprzez zmniejszenie jego obciążenia pracą i, ogólnie rzecz biorąc, poprawić opiekę ortopedyczną.

Proces przebudowy kości podchrzęstnej opisano wcześniej jako ważną patofizjologię KO, podczas gdy stwardnienie podchrzęstne kości jest powszechnie uważane za cechę charakterystyczną choroby zwyrodnieniowej stawów. Algorytm analizy tekstury (TA) służy do wykrywania zmian w gęstości kości podchrzęstnej podczas procesu przebudowy. Wykazano zachęcające wnioski i potencjał zautomatyzowanej analizy tekstury wykorzystującej algorytm AI jako narzędzie diagnostyczne OA w porównaniu z tradycyjnymi technikami TA. Wartość struktury kości (BSV) uważa się za estymator OA o największej wiarygodności, ponieważ zautomatyzowana wartość TA zależy od niej w procesie analizy i oceny, który mierzy mikrostrukturę kości podchrzęstnej kości piszczelowej w zależności od obszaru zainteresowania (ROI). W związku z tym celem tego badania jest zbadanie różnicy pomiędzy ECSWT, LIUS i tradycyjnymi ćwiczeniami pod względem zmniejszenia bólu, poprawy funkcjonalnej (samodzielnej i fizycznej) oraz anatomicznej poprawy zmian mikrostrukturalnych kości podchrzęstnej (kość beleczkowa piszczelowa).