This copy is for personal use only - distribution prohibited.

Transkrypt

1 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 386, ISSN ETIOPATOGENEZA CHOROBY ZWYRODNIENIOWEJ STAWU BIODROWEGO ETIOPATHOGENESIS OF COXARTHOSIS Kazimierz Rąpała 1,2, Piotr Walczak 1, Aleksandra Truszczyńska 1,2 1 Samodzielny Publiczny Szpital Kliniczny im. prof. A. Grucy, Otwock 2 Zamiejscowy Wydział Akademii Wychowania Fizycznego Józefa Piłsudskiego w Białej- Podlaskiej Streszczenie: W pracy omówiono chorobę zwyrodnieniową stawu biodrowego w oparciu o badania immunologiczne i histopatologiczne. Sugerują one, że procesy zapoczątkowujące degradacje chrząstki stawowej przebiegają z udziałem między innymi prozapalnych cytokin, TNFα, NO, peronitratu i aktywnych form tlenu. Opisano rolę adipocytokiny i leptyny oraz naczyniowego śródbłonowego czynnika wzrostu VEGF. Ten ostatni ma stymulować rozrost naczyń w obrębie kości podchrzęstnej. Przedstawiono również koncepcję Ganza konfliktu udowo-panewkowego, który zdobył wielu zwolenników. Omówiono w pracy urazy i choroby stawu biodrowego mających wpływ na rozwój zmian zwyrodnieniowych. Dysplazja, urazy i zapalenia stawu biodrowego to najczęstsze przyczyny koksartroz. Summary: The paper discusses osteoarthritis of the hip based on immunological and histopathological studies. These surveys suggest that the processes initiating the degradation of articular cartilage proceed with the participation of cytokines, TNF, NO, peronitrat and active forms of oxygen. The role of adipocytokines and leptin and vascular growth factor VEGF was described. The latter is said to stimulate growth of blood vessels within the subchondral bone. Ganz also presented the concept of conflict of femoral-acetabular, which won many supporters. This paper discusses injuries and diseases affecting the hip joint to develop osteoarthritis. Dysplasia, injuries and inflammation of the hip are the most common causes of coxartrosis. Słowa kluczowe: koksartroza pierwotna, koksartroza wtórna, cytokiny, konflikt udowopanewkowy Keywords: primary coxartrosis, secondary coxartrosis, cytokines, impingement femoroacetabular Wstęp Zmiany zwyrodnieniowe stawów biodrowych to jedna z najczęściej rozpoznawanych chorób narządu ruchu. Stale wzrastająca liczba inwalidów ze zmianami zwyrodnieniowymi urasta do rangi problemu społecznego. Dotychczas nie znaleziono skutecznych sposobów leczenia nieoperacyjnego. Raz rozpoczęty proces stale postępuje prowadząc do nasilającego się kalectwa. Badania dotyczące częstości występowania informują, że odsetek zachorowań jest różny w zależności od strefy geograficznej. W północnej strefie klimatycznej wynosi 5,5% zaś w strefie południowej 0,1% [1,2]. 386

2 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 387, ISSN Chorobę zwyrodnieniową biodra pod względem etiopatogenetycznym należy podzielić na: Pierwotną o nieznanej etiologii Wtórną o znanej etiologii Koksartrozy idiopatyczne Definicja. Wyczerpującą definicję idiopatycznej choroby zwyrodnieniowej podała M. Wierusz-Kozłowska charakteryzując koksartrozę o nieznanej etiologii jako chorobę o przyczynach wieloczynnikowych w następstwie zaburzeń równowagi pomiędzy procesami regeneracji a degradacji chrząstki i kości podchrzęstnej [3]. Choroba zwyrodnieniowa stawów niezależnie od etiologii polega na stopniowej utracie kolagenu i proteoglikanów przez chrząstkę stawową i działanie enzymów proteolitycznych i dodatkowo na drodze mechanicznej. Rozpoznane opiera się na badaniu klinicznym i radiologicznym. Badanie radiologiczne jest podstawą dla ustalenia procesów zwyrodnieniowych. W rozważaniach etiopatogenetycznych koksartroz idiopatycznych należy brać pod uwagę czynniki: Genetyczne Mechaniczne Zapalne Związane z wiekiem zmiany wsteczne Wpływ czynników genetycznych opisano w pracach [4-6]. Dziedziczenie w obrębie stawów biodrowych stwierdzono w około 60%. Najdokładniej zostały przebadane geny FRZB i GDF5, które kodują białka biorące udział w katabolicznych przemianach chondrocytów [7]. Badania biomechaniczne wykazały, że nadmierne i zmienne obciążanie wpływa na katabolizm i produkcję kolagenu i agrekanu. Zwiększa się produkcja metaloproteinaz i tlenku azotu stymulując apoptozę chondrocytów [8,9]. W niestabilnościach stawów w przebiegu dysplazji lub konflikcie udowo-panewkowym stwierdza się również nieprawidłowe ich obciążanie [10]. W procesie starzenia dochodzi do wydzielania szeregu czynników takich jak: IGF-1 insulinopodobny czynnik wzrostu FGF czynnik wzrostu fibroblastów TGF-ß transformujący czynnik wzrostu fibroblastów BMP-2 białko morfogenetyczne kości Czynniki te wpływają na procesy kataboliczne w obrębie macierzy zwiększając poziomom wolnych rodników tlenowych oraz czynników stymulujących wydzielanie kolagenu i agrekanu [11]. W chorobie zwyrodnieniowej stwierdzono obecność takich samych cytokin jak w chorobie reumatycznej ale stężenie ich jest niższe [12]. Aktywacja prozapalnych mediatorów prowadzi do degradacji chrząstki stawowej [13, 14]. Należy tutaj wymienić takie czynniki jak: interleukiny, czynnik martwicy guza, tlenek azotu, prostanoidy, peroksynitrat, aktywne formy tlenu, leptyna, adiponektyna, rezystyna [15-17]. Odkrycie adiponektyny oraz dalsze prace wykazały, że obniżony jej poziom obserwowano u chorych z insulinoopornością, nadciśnieniem tętniczym oraz otyłością [18,19]. Może to być szlak patogenetyczny pomiędzy otyłością a zmianami zwyrodnieniowymi stawów. Stan zapalny dotyczy zarówno chrząstki stawowej jak i błony maziowej. 387

3 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 388, ISSN Uszkodzone chondrocyty wydzielają czynniki wzrostu (VEGF) stymulujące rozrost naczyń i czuciowych zakończeń nerwowych w warstwie podchrzęstnej kości [20]. Wzrost nadciśnienia w obrębie nasad kości jest przyczyną bólów w zmianach zwyrodnieniowych stawu. Osteofity obserwuje się często. Ich rola nie została w pełni wyjaśniona. Obserwowano jednak, że obecność osteofitów jest jednym z czynników rozwoju skostnień pozaszkieletowych (tkanki ektotopowej) wokół wszczepionej endoprotezy. A. Stolarczyk podaje, że istneje bezpośredni związek pomiędzy powstawaniem skostnień a podwyższonymi mediatorami stanu zapalnego [21]. Tak przedstawiają się problemy koksartrozy idiopatycznej, która w tym przeglądzie literatury jest wieloczynnikowa. Nie ustalono, który czynnik jest dominujący. Dlatego też nie udało się ustalić skutecznego leczenia przyczynowego. Z doświadczeń klinicznych wynika, że NLZP korzystnie wpływają na jej przebieg. Opracowuje się również terapię genową polegającą na wprowadzeniu do chondrocytu genu za pomocą nośnika wirusowego [22]. Trueta i wsp. w latach dziewięćdziesiątych opublikowali naczyniową teorię choroby zwyrodnieniowej [23-25]. W pracach tych podano, że artroza jest wynikiem nierównomiernej koncentracji obciążeń i rozkładu sił działających na staw biodrowy. W obszarach o mniejszych naprężeniach następuje patologiczna inwazja naczyniowa inaczej się dzieje w obszarach obciążanych powodując zmianę elastyczności i degenerację oraz martwicę chrząstki. Przerywane naciski mają zasadnicze znaczenie dla odżywiania chrząstki stawowej. Należy pamiętać o tej klasycznej teorii, która pomimo upływu lat w końcowych rozważaniach etiopatogenetycznych nie różni się od współczesnych poglądów omawiających rolę i znaczenie angiogenezy spowodowanej działaniem naczyniowego czynnika wzrostu (VEGF). Koksartroza wtórna o znanaej etiologii Definicja. Tylman i wsp. podali niezwykle wyczerpującą i szeroką definicję koksartrozy o znanej przyczynie pisząc, że jest to zespół chorobowy etiologicznie często różny ale klinicznie i anatomopatologicznie zbliżony polegający na zużyciu i zwyrodnieniu tkanek tworzących staw [26]. Należy tutaj wymienić przyczyny ich występowania w następującej ich kolejności: 1) dysplazję, 2) uraz, 3) zapalenie, 4) zespół usidlenia udowo-panewkowego, 5) złuszczenie głowy kości udowej, 6) chorobę Perthesa, 7) choroba Otto-Chrobaka, 8) martwica głowy kości udowej u dorosłych. Diagnostyka obrazowa Badanie radiologiczne Rezonans magnetyczny Tomografię komputerową Artroskopię Badanie radiologiczne. Badanie to jest klasycznym i podstawowym badaniem od którego rozpoczyna się diagnostykę obrazową choroby zwyrodnieniowej. Badaniem tym stwierdza się: Nieregularne zwężenie lub całkowite zniesienie szpary stawowej Ubytki na powierzchniach stawowych, głównie w strefie obciążania Zagęszczenie tkanki kostnej w strefie panewki i górnozewnętrznej części głowy Torbiele umiejscowione w głowie i stropie panewki Wyrośla kostne 388

4 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 389, ISSN Tomografia komputerowa. Jest to złoty standard szczególnie w ocenie stawów biodrowych dysplastycznych. Umożliwia ona dokładną ocenę stropu panewki, jej antewersję lub retrowersję. Rycina 1. Koksartroza dysplastyczna w obrazie tomografii komputerowej w przekształceniu objętościowym. Rezonans magnetyczny. Jest badaniem dynamicznym informującym o przemianach toczących się w tkance kostnej. Szczególnie wskazany jest w diagnostyce konfliktu udowo-panewkowego i oceny obrąbka panewki i chrząstki stawowej. Artroskopia. Artroskopia stawu biodrowego jest wykorzystywana rzadko. Służy ona jako narzędzie, które w sposób mniej inwazyjny możemy naprawić uszkodzony obrąbek. Wykonać shaving chrząstki stawowej czy też usunąć ciało wolne. Rycina 2. Foto wykonywanej artroskopii (A,B). Zdjęcie (C) przedstawia postrzępiony obrąbek i (D) po artroskopowym wyrównaniu (D). Patrz strzałki. Radiologiczne cechy dysplazji stawu biodrowego. Przesunięcie głowy i szyjki kości udowej ku górze (przerwanie linii Shentona- Menarda) Przesunięcie głowy i szyjki kości udowej do boku- objaw odstawania (przerwanie linii Calve) Podwójny obrys panewki Czasem dwudzielność głowy kości udowej wywołana przyparciem jej do górnej krawędzi panewki 389

5 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 390, ISSN Rycina 3. Obraz radiologiczny dysplazji stawu biodrowego. Radiologiczny obraz pourazowych zmian cechuje: Zniekształcenie pourazowe dna lub stropu panewki Przemieszczenie głowy w głąb miednicy Rycina 4. Obraz radiologiczny pourazowej koksartrozy w przebiegu złamania panewki leczonej czynnościowo. Koksartrozę z złamaniem panewki z towarzyszącym zwichnięciem stawu biodrowego przedstawiono na kolejnej rycinie 5. Rycina 5. Złamanie poprzeczne panewki lewego biodra ze zwichnięciem głowy kości udowej. 390

6 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 391, ISSN Rycina 6. Obraz rtg po anatomicznym nastawieniu złamania i zespoleniu płytą i śrubami (A), oraz obraz zmian zwyrodnieniowych w przebiegu martwicy głowy kości udowej (B). Reumatoidalne zapalenie stawów. Zmiany reumatoidalne posiadają szereg cech radiologicznych zmiany w obrębie drobnych stawów umożliwiających określenie ich etiologii. Podstawowe znaczenie w diagnostyce RZS ma badanie kliniczne i radiologiczne. Rycina 7. Zmiany zwyrodnieniowe obu stawów biodrowych u 21-letniej kobiety z chorobą Stilla. Rycina 8. Rtg obu rąk. Zmiany zwyrodnieniowe i osteoporoza w obrębie nadgarstków oraz stawów śródręcznopalcowych i międzypaliczkowych. Zespół usidlenia udowo-panewkowego. U podłoża tej jednostki chorobowej leżą pierwotne i wtórne zaburzenia budowy anatomicznej, orientacji i morfologii panewki i bliższego końca głowy kości udowej. Najczęstszym miejscem tego konfliktu jest przednio-górna krawędź obu składowych stawu. 391

7 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 392, ISSN Ganz wyróżnia dwa typy usidlenia[10]: 1. tzw. mimośrodowe/krzywkowe blokowanie się głowy kości udowej o zwiększonym promieniu w panewce 2. Szczypcowe związane z nadmiernym pokryciem głowy przez panewkę W usidleniu mimośrodowym dochodzi do brzeżnego starcia chrzęstnej części panewki w jej przednio-górnej krawędzi. W usidleniu szczypcowym pierwszą strukturą, która ulega uszkodzeniu jest obrąbek panewki. Usidlenie szczypcowe spowodowane jest retrowersją lub nadmiernym wydrążeniem panewki, a ze strony bliższego końca kości udowej nieprawidłowościami połączenia głowy z szyjką, np. po przebytym złuszczeniu oraz zmniejszenie przodoskręcenia szyjki lub kąta szyjkowo-trzonowego kości udowej. Rycina 9. Konflikt udowo-panewkowy. (A) usidlenie mimośrodowe, (B) usidlenie szczypcowe. Zmiany zwyrodnieniowe w przebiegu złuszczenia głowy kości udowej Istotna różnica pomiędzy koksartrozą dysplastyczną a zmianami w przebiegu złuszczenia głowy kości udowej wyraża się: a. Przesunięciem ku górze szyjki, a nie głowy kości udowej b. Przemieszczeniem do boku również szyjki, a nie głowy kości udowej c. Zniekształceniem głowy zbliżone w swym radiologicznym zarysie do spływającej kropli Rycina 10. Rycina przedstawia obraz złuszczenia głowy kości udowej lewego biodra (A), zmiany zwyrodnieniowe w przebiegu złuszczenia (B), oraz schematyczny rysunek złuszczenia (C). Choroba Perthesa Radiologicznie rozpoznanie przebytej w dzieciństwie choroby Perthes a, jako przyczyny zmian zwyrodnieniowych jest łatwe. Objawy radiologiczne wyrażają się: Grzybowatym spłaszczenie głowy kości udowej Skróceniem i poszerzeniem szyjki kości udowej 392

8 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 393, ISSN Rycina 11. Obraz radiologiczny koksartrozy w przebiegu choroby Perthesa. (A) martwica głowy, (B) zniekształcenie głowy i szyjki, (C) schemat zniekształcenia. Koksartroza protruzyjna Spowodowana jest zmniejszeniem kąta trzonowo-szyjkowego i przemieszczeniem głowy i szyjki w kierunku dna panewki. Rycina 12. Obraz radiologiczny koksartrozy protruzyjnej z charakterystycznym odczynem osteoblastycznym od strony miednicy małej. Jałowa martwica głowy kości udowej MGKU ma wiele przyczyn. Są one spowodowane: urazem, immunosupresją, chorobą kesonową, anemią sierpowatą, chorobą Gauchera, chorobą tętnic, mikrourazami, chorobami żył, zaburzeniami przemiany materii (cukrzyca, mocznica, dyslipoproteinemia, alkoholizm, osteoporoza). Rycina 13. Obraz radiologiczny posterydowej jałowej martwicy głowy kości udowej. Podsumowanie Do tzw. pierwotnych zmian zwyrodnieniowych stawów biodrowych zalicza się te przypadki, w których badaniem klinicznym i radiologicznym z wykorzystaniem również nowoczesnych technik obrazowania nie udało się ustalić przyczyn ich powstania i rozwoju. 393

9 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 394, ISSN Postępy i doskonalenie metod diagnostycznych wpływają na zmniejszenie rozpoznań pierwotnych zmian zwyrodnieniowych. MR i cyfrowe TK z wykorzystaniem przekształcenia objętościowego (3D) pozwalają ujawnić procesy toczące się w stawie już w okresie początkowym. Dotyczy to między innymi rozpoczynającej się martwicy głowy kości udowej, toczących się procesów zapalnych czy też dyskretnych odchyleń w anatomicznej budowie (retrowesja panewki, uszkodzenie obrąbka stawowego). Przedstawione przez Tylmana i wsp. [26] w 1977 dane oparte na analizie 600 rentgenogramów stawów biodrowych u 420 osób wykazały, że zmiany zwyrodnieniowe w następstwie dysplazji stwierdzono w 45,9% a w przebiegu zmian pourazowych 9,7%. W tym zestawieniu pierwotne zmiany zwyrodnieniowe występowały aż 21,5%. W tym czasie nie był znany ortopedom konflikt udowopanewkowy ogłoszony przez Ganza i wpływ oraz udział w procesie degradacji chrząstki stawowej cytokin prozapalnych. Postęp jaki dokonał się w ostatnich latach sprawił, że poznano nowe mediatory wpływające na patogenezę choroby zwyrodnieniowej stawu. Mnogość tych czynników sprawia, ze nie opracowano jednolitego systemu dokładnie porządkującego ich wpływ na cały mechanizm etiopatogenezy choroby zwyrodnieniowej. W chwili obecnej obowiązuje pogląd o wieloczynnikowej etiopatogenezie. W praktyce klinicznej zdjęcie rentgenowskie stawów biodrowych wykonane w rzutach przednio-tylnym i jeśli możliwe w osiowym stanowią podstawowe badanie w rozpoznawaniu zmian zwyrodnieniowych stawu biodrowego. Badanie to pozwala w większości przypadków ustalić ich etiologię. Piśmiennictwo 1. Grotle M, Hagen KB, Natvig B, Dahl FA, Kvien TK. Prevalence and burden of osteoarthritis: Results from a population survey in norway. Journal of Rheumatology. 2008; 35: Andrianakos AA, Kontelis LK, Karamitsos DG, et al. Prevalence of symptomatic knee, hand, and hip osteoarthritis in greece. The esordig study. Journal of Rheumatology. 2006; 33: Wierusz-Kozłowska M, Markuszewski J. Choroba zwyrodnieniowa stawów. Marciniak W. Szulc A. red. Wiktora Degi Ortopedia i Rehabilitacja. Warszawa: PZWL Doherty M, Spector TD, Serni U. Session 1: Epidemiology and genetics of hand osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 2000; 8: S14-S Valdes AM, Spector TD. The contribution of genes to osteoarthritis. Rheumatic Disease Clinics of North America. 2008; 34: Valdes AM, Spector TD. The genetic epidemiology of osteoarthritis. Current Opinion in Rheumatology. 2010; 22: Valdes AM, Loughlin J, Van Oene M, et al. Sex and ethnic differences in the association of aspn, calm1, col2a1, comp, and frzb with genetic susceptibility to osteoarthritis of the knee. Arthritis and Rheumatism. 2007; 56: Tanimoto K, Kitamura R, Tanne Y, et al. Modulation of hyaluronan catabolism in chondrocytes by mechanical stimuli. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2010; 93A: Ackermann B, Steinmeyer J. Collagen biosynthesis of mechanically loaded articular cartilage explants. Osteoarthritis and Cartilage. 2005; 13: Ganz R, Parvizi J, Beck M, Leunig M, Notzli H, Siebenrock KA. Femoroacetabular impingement - a cause for osteoarthritis of the hip. Clinical Orthopaedics and Related Research. 2003:

10 Kwart. Ortop. 2011, 4, str. 395, ISSN Trippel SB. Growth factor inhibition - potential role in the etiopathogenesis of osteoarthritis. Clinical Orthopaedics and Related Research. 2004: S47-S Herrero-Beaumont G, Roman-Blas JA, Castaneda S, Jimenez SA. Primary osteoarthritis no longer primary: Three subsets with distinct etiological, clinical, and therapeutic characteristics. Seminars in Arthritis and Rheumatism. 2009; 39: Brandt KD, Dieppe P, Radin EL. Commentary: Is it useful to subset "Primary" Osteoarthritis? A critique based on evidence regarding the etiopathogenesis of osteoarthritis. Seminars in Arthritis and Rheumatism. 2009; 39: Goldring MB, Goldring SR. Osteoarthritis. Journal of Cellular Physiology. 2007; 213: Daheshia M, Yao JQ. The interleukin 1 beta pathway in the pathogenesis of osteoarthritis. Journal of Rheumatology. 2008; 35: Towle CA, Hung HH, Bonassar LJ, Treadwell BV, Mangham DC. Detection of interleukin-1 in the cartilage of patients with osteoarthritis: A possible autocrine/paracrine role in pathogenesis. Osteoarthritis and Cartilage. 1997; 5: Aigner T, McKenna L, Zien A, Fan ZY, Gebhard PM, Zimmer R. Gene expression profiling of serum- and interleukin-1 beta-stimulated primary human adult articular chondrocytes - a molecular analysis based on chondrocytes isolated from one donor. Cytokine. 2005; 31: Gegout PP, Francin P-J, Mainard D, Presle N. Adipokines in osteoarthritis: Friends or foes of cartilage homeostasis? Joint Bone Spine. 2008; 75: Schaffler A, Ehling A, Neumann E, et al. Adipocytokines in synovial fluid. Jama-Journal of the American Medical Association. 2003; 290: Murata M, Yudoh K, Masuko K. The potential role of vascular endothelial growth factor (vegf) in cartilage - how the angiogenic factor could be involved in the pathogenesis of osteoarthritis? Osteoarthritis and Cartilage. 2008; 16: Stolarczyk A. Badania kliniczne oraz ocena genetycznych uwarunkowań pacjentów z ekotopową tkanką kostną po endoprotezoplastyce stawu biodrowego. Rozprawa habilitacyjna, Warszawa Evans CH. Gene therapies for osteoarthritis. Current rheumatology reports. 2004; 6: Little K, Pimm LH, Trueta J. Osteoarthritis of the hip - an electron microscope study. J. Bone and Joint Surg.(Br). 1958; 40: Trueta. Recent research on the pathogenesis of coxarthrosis. Memoires Academie de chirurgie (France). 1953; 79: Trueta J. Osteoarthritis of the hip - lecture delivered at the royal-college-ofsurgeons-of-england on 2nd april Annals of the Royal College of Surgeons of England. 1954; 15: Tylman D, Kozlowski P, Rapala K. Etiologia zmian zwyrodnieniowozniekształcających stawów biodrowych w ocenie radiologicznej. Polski przegla d radiologii i medycyny nuklearnej. 1977; 41: Adres do korespondencji: prof. Kazimierz Rąpała Warszawa, ul Barcicka 47 aleksandra.rapala@wp.pl