jktoКафедра травматологии и ортопедииDepartment of Traumatology and Orthopaedics2226-2016ПРОФИЛЬ — 2С10.17238/2226-2016-2023-1-73-81jkto-114Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙCLINICAL CASEНовый способ определения диагностических параметров суставного хряща: от теории к практике (клинический пример)A new method for determining the diagnostic parameters of articular cartilage: from theory to practicehttps://orcid.org/0009-0004-2843-2873РайковБ. Д.RaikovB. D.

Райков Богдан Дмитриевич – студент

Bogdan D. Raikov – student

119991, Moscow

raykov_b_d@student.sechenov.ruАзаркинК. М.AzarkinK. M.

Азаркин Кирилл Михайлович – ординатор кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Kirill M. Azarkin – resident of the Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

wilopt@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2202-8149ЛычагинА. В.LychaginA. V.

Лычагин Алексей Владимирович – доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Alexey V. Lychagin – professor, MD, PhD, Head of the Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

lychagin_a_v@staff.sechenov.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0015-0266ГончарукЮ. Р.GoncharukYu. R.

Гончарук Юлия Романовна – ассистент, аспирант кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Yuliya R. Goncharuk – postgraduate student, assistant of the Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

goncharuk_yu_r@staff.sechenov.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1240-4064ЛипинаМ. М.LipinaM. M.

Липина Марина Михайловна – кандидат медицинских наук, доцент кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Marina M. Lipina – MD, PhD, Associate professor of the Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

lipina_m_m@staff.sehenov.ruГаркавиА. В.GarkaviA. V.

Гаркави Андрей Владимирович – доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф института клинической медицины

119991, Москва

Andrey V. Garkavi – Doctor of Medical Sciences, Professor

119991, Moscow

avgar22@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8020-2950ВязанкинИ. А.VyazankinI. A.

Вязанкин Иван Антонович – ассистент, аспирант кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Ivan A. Vyazankin – postgraduate student, assistant of the Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

vzvzvzvan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0620-0014ПогосянД. А.PogosyanD. A.

Погосян Давид Артурович – аспирант кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф, ассистент кафедры безопасности жизнедеятельности и медицины катастроф

119991, Москва

David A. Pogosyan – postgraduate student of the Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery, assistant of the Department of Life Safety and Disaster Medicine

119991, Moscow

david.pogos.41@gmail.comКалинскийЕ. Б.KalinskуE. B.

Калинский Евгений Борисович – к.м.н., доцент кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Kalinskу E. B. – PhD, Associate prof. of Department of trauma, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

eugene_kalinsky@mail.ruКалинскийБ. М.KalinskyB. M.

Калинский Борис Маркович – заведующий травматологическим отделением № 26

119991, Москва

Boris M. Kalinsky — traumatologist-ortopedist, head of the department of traumatology № 26

125284, Moscow

bkalinsky@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5483-0750КудрачевТ. Р.KudrachevT. R.

Тагир Радикович Кудрачев – аспирант кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Tagir R. Kudrachev – postgraduate student of Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

kudrachev_t_r@staff.sechenov.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3065-5123МурдаловЭ. Э.MurdalovE. E.

Мурдалов Эмирхан Эмирович – аспирант кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф

119991, Москва

Emirkhan E. Murdalov – postgraduate student of Department ofmtraumatology, orthopedics and disaster surgery

119991, Moscow

murdalov.emirhan1996@gmail.comДрогинА. Р.DroginA. R.

Дрогин Андрей Роальдович – кандидат медицинских наук, доцент кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф института клинической медицины

119991, Москва

Drogin Andrey Roaldovich – PhD; Orthopedics andDisaster Surgery, Associate Professor

119991, Moscow

a.drogin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5556-2826БеловН. О.BelovN. O.

Белов Никита Олегович – аспирант кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф, ассистент кафедры безопасности жизнедеятельности и медицины катастроф

119991, Москва

Nikita O. Belov – postgraduate student of the Department of traumatology, orthopedics and disaster surgery, assistant of the Department of Life Safety and Disaster Medicine

119991, Moscow

belov_n_o@staff.sechenov.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6729-3245РовнягинаН. Р.RovnyaginaN. R.

Ровнягина Наталия Романовна – Младший научный сотрудник, Лаборатория клинической биофотоники, Научно-технологический парк биомедицины

119991, Москва

Nataliya R. Rovnyagina – junior research assistant, Laboratory of Clinical Biophotonics, Biomedicine Science and Technology Park

119991, Moscow

rovnyagina_n_r@staff.sechenov.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6760-8905БудылинГ. С.BudylinG. S.

Будылин Глеб Сергеевич – Заведующий лабораторией, Лаборатория клинической биофотоники, Научно-технологический парк биомедицины

119991, Москва

Gleb S. Budylin – Head of the laboratory, Laboratory of Clinical Biophotonics, Biomedicine Science and Technology Park

119991, Moscow

budylin_g_s@staff.sechenov.ruФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет)РоссияOrthopedics and Disaster Surgery I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)Russian FederationФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет)РоссияI.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)Russian FederationГБУЗ им. С.П. Боткина ДЗМРоссияBotkin HospitalRussian FederationЛаборатория клинической биофотоники Института регенеративной медицины Научно-технологического парка биомедицины; Научно-технологический парк биомедицины ФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет)РоссияLaboratory of Clinical Biophotonics Institute for Regenerative Medicine, Sechenov First Moscow State Medical University; Biomedicine Science and Technology Park, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of Russia (Sechenov University)Russian FederationЛаборатория клинической биофотоники Института регенеративной медицины Научно-технологического парка биомедицины; Научно-технологический парк биомедицины ФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет)РоссияLaboratory of Clinical Biophotonics Institute for Regenerative Medicine, Sechenov First Moscow State Medical University; Biomedicine Science and Technology Park, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of Russia (Sechenov University)Russian Federation202315032026017381Copyright © Райков Б.Д., Азаркин К.М., Лычагин А.В., Гончарук Ю.Р., Липина М.М., Гаркави А.В., Вязанкин И.А., Погосян Д.А., Калинский Е.Б., Калинский Б.М., Кудрачев Т.Р., Мурдалов Э.Э., Дрогин А.Р., Белов Н.О., Ровнягина Н.Р., Будылин Г.С., 20262026Райков Б.Д., Азаркин К.М., Лычагин А.В., Гончарук Ю.Р., Липина М.М., Гаркави А.В., Вязанкин И.А., Погосян Д.А., Калинский Е.Б., Калинский Б.М., Кудрачев Т.Р., Мурдалов Э.Э., Дрогин А.Р., Белов Н.О., Ровнягина Н.Р., Будылин Г.С.Raikov B.D., Azarkin K.M., Lychagin A.V., Goncharuk Y.R., Lipina M.M., Garkavi A.V., Vyazankin I.A., Pogosyan D.A., Kalinskу E.B., Kalinsky B.M., Kudrachev T.R., Murdalov E.E., Drogin A.R., Belov N.O., Rovnyagina N.R., Budylin G.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.jkto.moscow/jour/article/view/114Введение

Введение. Остеоартрит (ОА) является одной из самых распространенных патологий суставов. Своевременная диагностика данного заболевания на ранних стадиях играет важную роль для планирования последующей тактики лечения. К сожалению, имеющиеся клинические методы не позволяют выявить изменения хряща на начальных этапах ОА.

Цель исследования

Цель исследования. Изучение возможностей оптической спектроскопии, а именно – ее применение в интраоперационной диагностике состояния хряща.

Материалы и методы

Материалы и методы. Анализ литературных данных о методах диагностики изменений хрящевой ткани с последующим проведением собственного клинического эксперимента – интраоперационное применение спектроскопии для оценки состояния хряща у пациента Ш. 33 лет с дефектом хрящевой ткани по данным магнитно-резонансной томографии (МРТ) и визуального осмотра во время проведения артроскопической операции.

Результаты

Результаты. Существующие методы визуализации, которые могут применяться in vivo, требуют доработки для использования в ранней диагностике остеоартрита, в то время как NIR-спектроскопия подходит для выполнения этой задачи. В ходе эксперимента были получены данные о состоянии хряща, которые повлияли на выбор дальнейшей лечебной тактики.

Заключение

Заключение. Метод спектроскопии является перспективным направлением в диагностике состояния хряща, который может использоваться интраоперационно, не повреждая при этом хрящевую ткань.

Introduction

Introduction. Osteoarthritis (OA) is one of the most spread joint pathologies. Timely diagnostics of this disease at the early stages plays an important role for planning following treatment tactics. Unfortunately, the available clinical methods lack the ability to detect cartilage changes at the initial grades of OA.

The aim of the study

The aim of the study. To study the capabilities of optical spectroscopy, in particular – its usage in intraoperative diagnostics of the cartilage condition.

Materials and methods

Materials and methods. Analysis of the literature data about methods for diagnosing changes in cartilage tissue, with further conducting our own clinical experiment – intraoperative application of the spectroscopy to assess the cartilage condition at 33-year-old patient Sh. with the defect of the cartilage tissue, according to the MRI investigation and visual examination during the arthroscopic surgery.

Results

Results. Existing imaging methods, that can be used in vivo, require further development for usage in the early diagnosis of osteoarthritis, while NIR-spectroscopy is suitable for this task.

Conclusion

Conclusion. The spectroscopy method is a promising direction in the diagnostics of cartilage condition, which can be used intraoperatively without damaging the cartilage tissue.

остеоартритхрящоптическая спектроскопияинтраартикулярные поврежденияosteoarthritiscartilageoptical spectroscopyintra-articular lesionsReferencesAfara I.O., Oloyede A. Resolving the Near-Infrared Spectrum of Articular Cartilage. Cartilage. 2021 Dec;13(1_suppl):729S-737S. doi: 10.1177/19476035211035417Afara I.O., Oloyede A. Resolving the Near-Infrared Spectrum of Articular Cartilage. Cartilage. 2021 Dec;13(1_suppl):729S-737S. doi: 10.1177/19476035211035417Grondin M.M., Liu F., Vignos M.F., Samsonov A., Li W.J., Kijowski R., Henak C.R. Bi-component T2 mapping correlates with articular cartilage material properties. J Biomech. 2021 Feb 12;116:110215. doi: 10.1016/j.jbiomech.2020.110215Grondin M.M., Liu F., Vignos M.F., Samsonov A., Li W.J., Kijowski R., Henak C.R. Bi-component T2 mapping correlates with articular cartilage material properties. J Biomech. 2021 Feb 12;116:110215. doi: 10.1016/j.jbiomech.2020.110215Fleck A.K.M., Kruger U., Carlson K., Waltz C., McCallum S.A., Lucas Lu X., Wan L.Q. Zonal variation of MRI-measurable parameters classifies cartilage degradation. J Biomech. 2017 Dec 8;65:176-184. doi: 10.1016/j.jbiomech.2017.10.011Fleck A.K.M., Kruger U., Carlson K., Waltz C., McCallum S.A., Lucas Lu X., Wan L.Q. Zonal variation of MRI-measurable parameters classifies cartilage degradation. J Biomech. 2017 Dec 8;65:176-184. doi: 10.1016/j.jbiomech.2017.10.011Warnecke D., Balko J., Haas J., Bieger R., Leucht F., Wolf N., Schild N.B., Stein S.E.C., Seitz A.M., Ignatius A., Reichel H., Mizaikoff B., Durselen L. Degeneration alters the biomechanical properties and structural composition of lateral human menisci. Osteoarthritis Cartilage. 2020 Nov;28(11):1482-1491. doi: 10.1016/j.joca.2020.07.004Warnecke D., Balko J., Haas J., Bieger R., Leucht F., Wolf N., Schild N.B., Stein S.E.C., Seitz A.M., Ignatius A., Reichel H., Mizaikoff B., Durselen L. Degeneration alters the biomechanical properties and structural composition of lateral human menisci. Osteoarthritis Cartilage. 2020 Nov;28(11):1482-1491. doi: 10.1016/j.joca.2020.07.004Keenan K.E., Besier T.F., Pauly J.M., Smith R.L., Delp S.L., Beaupre G.S., Gold G.E. T1ρ Dispersion in Articular Cartilage: Relationship to Material Properties and Macromolecular Content. Cartilage. 2015 Apr;6(2):113-22. doi: 10.1177/1947603515569529Keenan K.E., Besier T.F., Pauly J.M., Smith R.L., Delp S.L., Beaupre G.S., Gold G.E. T1ρ Dispersion in Articular Cartilage: Relationship to Material Properties and Macromolecular Content. Cartilage. 2015 Apr;6(2):113-22. doi: 10.1177/1947603515569529Karchner J.P., Yousefi F., Bitman S.R., Darvish K., Pleshko N. Non- Destructive Spectroscopic Assessment of High and Low Weight Bearing Articular Cartilage Correlates with Mechanical Properties. Cartilage. 2019 Oct;10(4):480-490. doi: 10.1177/1947603518764269Karchner J.P., Yousefi F., Bitman S.R., Darvish K., Pleshko N. Non- Destructive Spectroscopic Assessment of High and Low Weight Bearing Articular Cartilage Correlates with Mechanical Properties. Cartilage. 2019 Oct;10(4):480-490. doi: 10.1177/1947603518764269Froimson M.I., Ratcliffe A., Gardner T.R., Mow V.C. Differences in patellofemoral joint cartilage material properties and their significance to the etiology of cartilage surface fibrillation. Osteoarthritis Cartilage. 1997 Nov;5(6):377-86. doi: 10.1016/s1063-4584(97)80042-8.Froimson M.I., Ratcliffe A., Gardner T.R., Mow V.C. Differences in patellofemoral joint cartilage material properties and their significance to the etiology of cartilage surface fibrillation. Osteoarthritis Cartilage. 1997 Nov;5(6):377-86. doi: 10.1016/s1063-4584(97)80042-8.Julkunen P., Wilson W., Jurvelin J.S., Rieppo J., Qu C.J., Lammi M.J., Korhonen R.K. Stress-relaxation of human patellar articular cartilage in unconfined compression: prediction of mechanical response by tissue composition and structure. J Biomech. 2008;41(9):1978-86. doi: 10.1016/j.jbiomech.2008.03.026Julkunen P., Wilson W., Jurvelin J.S., Rieppo J., Qu C.J., Lammi M.J., Korhonen R.K. Stress-relaxation of human patellar articular cartilage in unconfined compression: prediction of mechanical response by tissue composition and structure. J Biomech. 2008;41(9):1978-86. doi: 10.1016/j.jbiomech.2008.03.026Parraga Quiroga J.M., Emans P., Wilson W., Ito K., van Donkelaar C.C. Should a native depth-dependent distribution of human meniscus constitutive components be considered in FEA-models of the knee joint? J Mech Behav Biomed Mater. 2014 Oct;38:242-50. doi: 10.1016/j.jmbbm.2014.03.005Parraga Quiroga J.M., Emans P., Wilson W., Ito K., van Donkelaar C.C. Should a native depth-dependent distribution of human meniscus constitutive components be considered in FEA-models of the knee joint? J Mech Behav Biomed Mater. 2014 Oct;38:242-50. doi: 10.1016/j.jmbbm.2014.03.005Kobayashi-Miura M., Miura T., Osago H., Yamaguchi Y., Aoyama T., Tanabe T., Matsumoto K.I., Fujita Y. Rat Articular Cartilages Change Their Tissue and Protein Compositions During Perinatal Period. Anat Histol Embryol. 2016 Feb;45(1):9-18. doi: 10.1111/ahe.12165Kobayashi-Miura M., Miura T., Osago H., Yamaguchi Y., Aoyama T., Tanabe T., Matsumoto K.I., Fujita Y. Rat Articular Cartilages Change Their Tissue and Protein Compositions During Perinatal Period. Anat Histol Embryol. 2016 Feb;45(1):9-18. doi: 10.1111/ahe.12165Berberat J.E., Nissi M.J., Jurvelin J.S., Nieminen M.T. Assessment of interstitial water content of articular cartilage with T1 relaxation. Magn Reson Imaging. 2009 Jun;27(5):727-32. doi: 10.1016/j.mri.2008.09.005Berberat J.E., Nissi M.J., Jurvelin J.S., Nieminen M.T. Assessment of interstitial water content of articular cartilage with T1 relaxation. Magn Reson Imaging. 2009 Jun;27(5):727-32. doi: 10.1016/j.mri.2008.09.005Kiviranta P., Lammentausta E., Toyras J., Nieminen H.J., Julkunen P., Kiviranta I., Jurvelin J.S. Differences in acoustic properties of intact and degenerated human patellar cartilage during compression. Ultrasound Med Biol. 2009 Aug;35(8):1367-75. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2009.03.003Kiviranta P., Lammentausta E., Toyras J., Nieminen H.J., Julkunen P., Kiviranta I., Jurvelin J.S. Differences in acoustic properties of intact and degenerated human patellar cartilage during compression. Ultrasound Med Biol. 2009 Aug;35(8):1367-75. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2009.03.003Bhattarai A., Makela J.T.A., Pouran B., Kroger H., Weinans H., Grinstaff M.W., Toyras J., Turunen M.J. Effects of human articular cartilage constituents on simultaneous diffusion of cationic and nonionic contrast agents. J Orthop Res. 2021 Apr;39(4):771-779. doi: 10.1002/jor.24824Bhattarai A., Makela J.T.A., Pouran B., Kroger H., Weinans H., Grinstaff M.W., Toyras J., Turunen M.J. Effects of human articular cartilage constituents on simultaneous diffusion of cationic and nonionic contrast agents. J Orthop Res. 2021 Apr;39(4):771-779. doi: 10.1002/jor.24824Kallioniemi A.S., Jurvelin J.S., Nieminen M.T., Lammi M.J., Toyras J. Contrast agent enhanced pQCT of articular cartilage. Phys Med Biol. 2007 Feb 21;52(4):1209-19. doi: 10.1088/0031-9155/52/4/024Kallioniemi A.S., Jurvelin J.S., Nieminen M.T., Lammi M.J., Toyras J. Contrast agent enhanced pQCT of articular cartilage. Phys Med Biol. 2007 Feb 21;52(4):1209-19. doi: 10.1088/0031-9155/52/4/024Milentijevic D., Torzilli P.A. Influence of stress rate on water loss, matrix deformation and chondrocyte viability in impacted articular cartilage. J Biomech. 2005 Mar;38(3):493-502. doi: 10.1016/j.jbiomech. 2004.04.016Milentijevic D., Torzilli P.A. Influence of stress rate on water loss, matrix deformation and chondrocyte viability in impacted articular cartilage. J Biomech. 2005 Mar;38(3):493-502. doi: 10.1016/j.jbiomech. 2004.04.016Slowman S.D., Brandt K.D. Composition and glycosaminoglycan metabolism of articular cartilage from habitually loaded and habitually unloaded sites. Arthritis Rheum. 1986 Jan;29(1):88-94. doi: 10.1002/art.1780290112Slowman S.D., Brandt K.D. Composition and glycosaminoglycan metabolism of articular cartilage from habitually loaded and habitually unloaded sites. Arthritis Rheum. 1986 Jan;29(1):88-94. doi: 10.1002/art.1780290112Kiviranta P., Toyras J., Nieminen M.T., Laasanen M.S., Saarakkala S., Nieminen H.J., Nissi M.J., Jurvelin J.S. Comparison of novel clinically applicable methodology for sensitive diagnostics of cartilage degeneration. Eur Cell Mater. 2007 Apr 3;13:46-55; discussion 55. doi: 10.22203/ecm.v013a05Kiviranta P., Toyras J., Nieminen M.T., Laasanen M.S., Saarakkala S., Nieminen H.J., Nissi M.J., Jurvelin J.S. Comparison of novel clinically applicable methodology for sensitive diagnostics of cartilage degeneration. Eur Cell Mater. 2007 Apr 3;13:46-55; discussion 55. doi: 10.22203/ecm.v013a05Honkanen J.T.J., Turunen M.J., Freedman J.D., Saarakkala S., Grinstaff M.W., Ylarinne J.H., Jurvelin J.S., Toyras J. Cationic Contrast Agent Diffusion Differs Between Cartilage and Meniscus. Ann Biomed Eng. 2016 Oct;44(10):2913-2921. doi: 10.1007/s10439-016-1629-zHonkanen J.T.J., Turunen M.J., Freedman J.D., Saarakkala S., Grinstaff M.W., Ylarinne J.H., Jurvelin J.S., Toyras J. Cationic Contrast Agent Diffusion Differs Between Cartilage and Meniscus. Ann Biomed Eng. 2016 Oct;44(10):2913-2921. doi: 10.1007/s10439-016-1629-z

The authors declare that there are no conflicts of interest present.