Новый способ определения диагностических параметров суставного хряща: от теории к практике (клинический пример)

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

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

1. Afara I.O., Oloyede A. Resolving the Near-Infrared Spectrum of Articular Cartilage. Cartilage. 2021 Dec;13(1_suppl):729S-737S. doi: 10.1177/19476035211035417

2. Grondin 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.2020.110215

3. Fleck 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.2017.10.011

4. Warnecke 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.2020.07.004

5. Keenan 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: 10.1177/1947603515569529

6. Karchner 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: 10.1177/1947603518764269

7. 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.

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.2008.03.026

9. Parraga 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.2014.03.005

10. Kobayashi-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.12165

11. Berberat 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.2008.09.005

12. Kiviranta 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.2009.03.003

13. Bhattarai 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.24824

14. Kallioniemi 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: 10.1088/0031-9155/52/4/024

15. Milentijevic 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. 2004.04.016

16. Slowman 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.1780290112

17. Kiviranta 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.v013a05

18. Honkanen 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