Zmieniona mechanika stawów i odpowiedź biologiczna w kolanach ze zmianami zwyrodnieniowymi. (AMB-OK)

Choroba zwyrodnieniowa stawów (OA) jest najczęstszą chorobą stawów. Objawia się postępującą degradacją chrząstki stawowej, wzrostem nowej kości i często rozrostem tkanki maziowej, co powoduje ból i upośledzenie funkcji stawu, prowadząc ostatecznie do niepełnosprawności. U 83% pacjentów z OA dotknięte jest kolano, co ogranicza ludzi w podejmowaniu aktywności fizycznej, co toruje drogę do wystąpienia chorób sercowo-naczyniowych, otyłości i cukrzycy. Nieprawidłowe ustawienie kończyny dolnej (kolana szpotawe lub koślawe) są uznawane za czynnik ryzyka wystąpienia i postępu choroby zwyrodnieniowej stawów. Te nieprawidłowości kończyn dolnych znacząco wpływają na rozkład obciążenia na powierzchni stawowej stawu kolanowego, a nierównowaga obciążenia powoduje, że najbardziej obciążona kompartacja zużywa się wcześniej. Osteotomia piszczeli (HTO) to technika chirurgiczna, która pozwala przenieść obciążenie z dotkniętego obszaru na inne obszary z nienaruszoną chrząstką. Podobnie jak HTO, ortezy korygują ustawienie kończyny dolnej, bez konieczności interwencji chirurgicznej. Te zabiegi korekcyjne są zalecane dla najmłodszej grupy pacjentów, ponieważ pozwalają im pozostać aktywnym, w przeciwieństwie do całkowitej wymiany stawu kolanowego (TKR). Jednak długoterminowe przeżycie HTO waha się od 40% do 85%, a dowody na długoterminową skuteczność ortez są ograniczone. Konkretne przyczyny niepowodzeń nie są dobrze poznane, ale prawdopodobnie są związane z nieprawidłową korekcją, ponieważ nadmierna korekcja może prowadzić do niestabilności, podczas gdy niedostateczna korekcja może nie łagodzić objawów, a w literaturze nie ma konsensusu co do optymalnej ilości. Do dziś wpływ ortez i HTO na mikroarchitekturę kości podchrzęstnej i chrząstki nie jest dobrze poznany. Badanie tych aspektów w celu lepszego zrozumienia niepowodzeń leczenia staje się coraz bardziej kluczowe, ponieważ globalna częstość występowania OA kolana ma wzrosnąć wraz ze starzeniem się populacji.

Przebudowa kości następuje w wyniku głównej zmiany warunków obciążenia, spowodowanej przez zabiegi, ale ramy czasowe i zakres, w jakim to następuje, są nieznane. Jakość kości jest zazwyczaj oceniana za pomocą dwuenergetycznej absorpcjometrii rentgenowskiej (DXA), która jest w stanie wykryć 2D zmiany gęstości mineralnej kości, ale nie nadaje się do pomiaru regionalnych różnic w mikroarchitekturze kości. Wysokorozdzielcza ilościowa tomografia komputerowa peryferyjna (HR-pQCT) jest powszechną techniką obrazowania w kontekście badawczym. Pozwala na pomiary 3D i udowodniono, że może dokładnie ilościowo określać przebudowę kości w nadgarstku. Jednak HR-pQCT ma niską kliniczną przydatność, ze względu na długi czas skanowania i małe pole widzenia, które nie pozwala na obrazowanie centralnych miejsc, takich jak kolano. Tomografia komputerowa z liczeniem fotonów (PCCT) jest jednym z najnowszych osiągnięć w technice CT, z rozdzielczością porównywalną do HR-pQCT, ale z wyższą przydatnością kliniczną. Wykazano, że PCCT nadaje się do wykrywania obrotu kości w taki sam sposób jak HR-pQCT, pozwalając na bezpośrednią charakterystykę mikroarchitektury w kolanie.

Pomimo rozległych badań in vitro i in vivo, pozostaje niejasne, jak zmiany w składzie i strukturze chrząstki, które występują podczas degeneracji chrząstki, oddziałują ze sobą. Opracowano model in silico do badania mechanizmów przyczynowych, poprzez które lokalne środowisko mechaniczne uszkodzonej chrząstki napędza degenerację chrząstki. Przewidywania modelu wykazały dobrą zgodność z poprzednimi obserwacjami eksperymentalnymi, jednak bardziej rozległa walidacja z danymi in vivo pozwoliłaby na badanie bardziej fizjologicznych warunków.