Fenotypowanie w protetyce kolanowej

W Niemczech około 20 milionów osób cierpi na dolegliwości kolanowe, a wielu z nich na artrozę. U części tych pacjentów konieczne jest wszczepienie endoprotezy kolana w celu złagodzenia bólu i przywrócenia sprawności ruchowej. Nowoczesne koncepcje, takie jak fenotypowanie, wykraczają poza klasyczne standardowe ustawienie: kolano jest oceniane pod kątem jego indywidualnej anatomii, a endoproteza jest odpowiednio dostosowywana, co prowadzi do bardziej naturalnego funkcjonowania i większej satysfakcji.

„Każde kolano ma swoją własną tożsamość – podobnie jak odcisk palca. Ma indywidualny kształt, ustawienie i cechy biologiczne. Właśnie tu wkracza fenotypowanie: odchodzi od dawnego standardowego podejścia, w którym protezy i nacięcia były ustawiane według przeciętnego kolana. Klasyczne mechaniczne wyrównanie miało na celu ustawienie każdej nogi na osi neutralnej. W tym celu wykonywano standardowe cięcia pod kątem 90 stopni na udzie i podudziu – niezależnie od tego, czy dana osoba miała pierwotnie nogę prostą, wyraźne koślawe nogi czy kolana w X. Ta standaryzacja nieuchronnie prowadziła do różnic w napięciu więzadeł i stabilności, ponieważ nie uwzględniano indywidualnej anatomii. Wraz z rozwojem materiałów, w szczególności bardziej stabilnych i wytrzymałych tworzyw sztucznych, stało się możliwe lepsze dostosowanie się do naturalnej anatomii pacjenta. Dzięki temu można dziś wybierać inne kąty cięcia, które lepiej odpowiadają indywidualnej budowie kolana. Rozwój tego spersonalizowanego podejścia rozpoczął się około siedem do ośmiu lat temu. Koncepcja fenotypów traktuje kolano nie tylko pod kątem jego osi, ale jako całościową jednostkę funkcjonalną – z uwzględnieniem ustawienia, napięcia więzadeł i cech anatomicznych. W ten sposób ortopedia odchodzi od medycyny opartej na średnich wartościach w kierunku prawdziwie indywidualnej opieki. „Dużą zaletą jest to, że cięcia kości lepiej pasują do naturalnej anatomii, co zmniejsza potrzebę dostosowywania napięcia więzadeł i prowadzi do większej stabilności oraz bardziej naturalnego odczucia własnego kolana” – wyjaśnia prof. dr Hirschmann na początku naszej rozmowy.

Najbardziej wiarygodnymi parametrami klinicznymi do określenia fenotypu kolana są te, które odzwierciedlają naturalną oś nogi, napięcie więzadeł, geometrię szczeliny stawowej oraz kinematykę funkcjonalną kolana. Są one określane przed operacją poprzez połączenie badania klinicznego, diagnostyki obrazowej i analizy funkcjonalnej i pozwalają na precyzyjną klasyfikację indywidualnego typu kolana.

„W zakresie indywidualnego planowania endoprotezoplastyki stawu kolanowego diagnostyka znacznie się rozwinęła. Obecnie kluczowe znaczenie ma to, że nie wykorzystuje się już wyłącznie informacji dwuwymiarowych. Chociaż zdjęcie całej nogi nadal stanowi standard, dostarcza ono jedynie płaski obraz. Ponieważ jednak kolano ma trójwymiarowy kształt, potrzebne są również dane trójwymiarowe. Dlatego wykonuje się na przykład tomografię komputerową w pozycji stojącej – tomografię komputerową pod obciążeniem. Zdjęcia te dostarczają informacji na temat stabilności, ustawienia i rzeczywistego kształtu przestrzennego kolana. Na podstawie tych danych istnieją dwie możliwości: Albo stosuje się standardową protezę, która jest dostępna w różnych rozmiarach, a jej ustawienie dostosowuje się indywidualnie do anatomii pacjenta. Albo wykonuje się całkowicie spersonalizowaną protezę kolana. W tym przypadku dane tomografii komputerowej trafiają do producenta, który na ich podstawie wytwarza zarówno protezę, jak i bloki cięcia dostosowane do konkretnego pacjenta. Metoda ta pozwala na szczególnie precyzyjne odwzorowanie indywidualnej anatomii. Równolegle nowoczesna robotyka umożliwia również bardzo dokładną indywidualizację. Również w tym przypadku przebieg cięcia i ustawienie można dokładnie dostosować do osobistej anatomii – jednak przy użyciu standardowej protezy, która jest dostępna w dziesięciu do dwunastu rozmiarach. „Oba sposoby mają ten sam cel: precyzyjnie dopasowaną, anatomicznie spójną protezę, która jak najbardziej odpowiada indywidualnemu kolanu” – wyjaśnia prof. dr Hirschmann.

Proteza stawu kolanowego._Rama, CC BY-SA 2.0 FR

Określenie indywidualnego fenotypu kolana zmienia cały przebieg leczenia dla pacjenta, ponieważ diagnostyka, planowanie i pozycjonowanie implantu przebiegają znacznie precyzyjniej i są bardziej spersonalizowane. 

„W chirurgii kolana wspomaganej robotami zmieniła się przede wszystkim jedna rzecz: podczas operacji dostępnych jest znacznie więcej informacji niż wcześniej. Przed zabiegiem planowanie opiera się zazwyczaj na zdjęciu całej nogi, czyli obrazie dwuwymiarowym. Pozwala to dobrze ocenić wyprost, jednak zgięcie jest bardzo indywidualne – i właśnie w tym zakresie robotyka dostarcza kluczowych dodatkowych danych. Robot precyzyjniej mierzy napięcie więzadeł podczas zgięcia i umożliwia optymalne dostosowanie go do anatomii pacjenta w trakcie operacji. Dużą zaletą jest to, że informacje są uzyskiwane nie tylko z wyprzedzeniem, ale bezpośrednio na sali operacyjnej. Chirurg może reagować na te dane i oceniać stabilność kolana w czasie rzeczywistym. W przypadku czysto konwencjonalnego postępowania bez wsparcia robotycznego brakuje tych informacji – zwłaszcza dotyczących szczeliny zgięcia i stabilności w tym miejscu. „Robotyka zapewnia zatem znacznie bardziej indywidualne, precyzyjne i lepiej dopasowane funkcjonalnie leczenie” – podkreśla prof. dr Hirschmann i dodaje:

„W przypadku operacji rewizyjnych – czyli gdy proteza kolana już istnieje i musi zostać wymieniona ze względu na wiek lub problem – obecnie nie ma protez wykonywanych indywidualnie. Pojawiają się jednak pierwsze próby wykorzystania robotyki również w tym obszarze, aby operacje rewizyjne mogły być przeprowadzane w sposób mniej inwazyjny. Robot, a raczej system nawigacyjny, dostarcza podczas zabiegu dodatkowych informacji na temat ustawienia i napięcia więzadeł istniejącego implantu. Dane te mogłyby w przyszłości pomóc w uniknięciu konieczności usuwania całej protezy, a jedynie wymiany poszczególnych elementów. Byłoby to znacznie mniej obciążające dla pacjenta. Rozwój ten jest jednak dopiero na początkowym etapie. Długoterminowym celem jest przedłużenie żywotności protez, wymiana tylko uszkodzonych części oraz osiągnięcie precyzyjniejszej regulacji przy pomocy robotyki”.

---

Indywidualny fenotyp kolana wpływa zarówno na pozycjonowanie implantu, jak i na śródoperacyjną równowagę więzadeł, ponieważ określa, które cechy anatomiczne i funkcjonalne kolana należy zachować, a których nie należy korygować. Fenotyp varusowy, valgusowy, „luźniejszy” lub „bardziej napięty” opisuje określony wzorzec funkcjonalny kolana, wynikający z trzech powiązanych ze sobą cech: osi nogi, kształtu i nachylenia szczeliny stawowej oraz napięcia otaczających więzadeł. Cechy te nie występują w izolacji, lecz tworzą stabilne kombinacje, typowe dla każdego fenotypu. Fenotyp varusowy wykazuje na przykład tendencję do koślawienia, w wyprostie węższy przyśrodkowo szparę stawową i większe napięcie wewnętrznych struktur więzadłowych, podczas gdy fenotyp valgusowy wykazuje raczej oś koślawości, w wyprostach boczne otwarcie i większe obciążenie zewnętrznej strony więzadłowej. Fenotyp „luźny” charakteryzuje się większą rozchylnością i bardziej miękkim prowadzeniem więzadeł, podczas gdy fenotyp „sztywny” ma napięte więzadła i wąską, mało elastyczną szczelinę stawową. Decydujące znaczenie ma to, że te kombinacje kształtują zachowanie ruchowe i stabilność kolana, a tym samym determinują również sposób, w jaki kolano powinno zostać wyrównane operacyjnie lub zrekonstruowane protetycznie.

---

Obecnie istnieje coraz więcej, choć jeszcze nie ostatecznie ugruntowanych dowodów na to, że wyrównanie zbliżone do fenotypu lub oparte na fenotypie wiąże się z lepszymi wynikami funkcjonalnymi i większym zadowoleniem – zwłaszcza wtedy, gdy pierwotny fenotyp nie jest „na siłę” przekształcany w schemat mechanicznie neutralny. 

Prof. dr Hirschmann komentuje to następująco: „Dostępne dane wskazują, że różnice w trwałości można wiarygodnie ocenić najwcześniej po około 15 latach – a właśnie te długie okresy nie są obecnie jeszcze wystarczająco uwzględnione w chirurgii robotycznej. Zasadniczo zakłada się jednak, że systemy robotyczne pomagają uniknąć tzw. wartości odstających, czyli pozycjonowania implantów odbiegających od planowanego ideału, ponieważ pewne szczegóły anatomiczne nie zostały dokładnie zarejestrowane podczas operacji. Jeśli takie odchylenia będą występować rzadziej, w dłuższej perspektywie czasowej zarówno trwałość implantów powinna się poprawić, jak i wskaźniki rewizji powinny spaść. Rozumowanie to jest logiczne i cieszy się szerokim poparciem wśród specjalistów, jednak aktualny stan danych nie jest jeszcze wystarczający, aby jednoznacznie to potwierdzić. Dane z rejestrów australijskich wskazują już na korzyści w przypadku protez częściowych, jednak jak dotąd nie udało się wykazać znaczącej różnicy w długoterminowej trwałości. Ogólnie można stwierdzić, że dotychczasowe wyniki są obiecujące, ale potrzebne są jeszcze bardziej wiarygodne dane długoterminowe” i dodaje:

„Dzięki spersonalizowanemu ustawieniu stawu kolanowego faktycznie obserwuje się korzystniejszy przebieg rekonwalescencji – nie tyle ze względu na samą protezę, co przede wszystkim dzięki precyzyjniejszemu ustawieniu i lepszej orientacji więzadeł. Kluczowe znaczenie ma to, że fenotypowanie pozwala uwzględnić indywidualny typ stawu, niezależnie od tego, czy stosowana jest proteza standardowa, czy wykonana na miarę. Im mniej trzeba odbiegać od naturalnej anatomii, tym łatwiej organizmowi jest się dostosować. Kto przez dziesięciolecia żył z koślawymi nogami, odczuwa znacznie większy dyskomfort, gdy noga nagle zostaje całkowicie wyprostowana. Jeśli natomiast pozostaje niewielkie koślawienie, odpowiada to raczej znanej statyce i zapewnia większą stabilność. Dla tkanek miękkich oznacza to krótszą drogę adaptacji, a właśnie to odczuwają pacjenci: mniej zmian, mniej podrażnień, szybszy powrót do sprawności funkcjonalnej. Spersonalizowane ustawienie przyczynia się zatem w sposób odczuwalny do korzystniejszego przebiegu rekonwalescencji – również w kontekście celu „powrotu do sportu”.

W złożonych przypadkach, takich jak rewizje, po urazowe deformacje lub niewydolność więzadeł, fenotypowanie nie może być po prostu przeniesione „jeden do jednego”, pozostaje jednak bardzo cenne jako ramy koncepcyjne. W odróżnieniu od pierwotnej endoprotezy kolana, w tym przypadku na pierwszym planie nie stoi dokładna rekonstrukcja pierwotnego fenotypu, ale podejście zorientowane na fenotyp w ramach danych ograniczeń anatomicznych i dotyczących tkanek miękkich. Punktem wyjścia jest zawsze pytanie: jak prawdopodobnie wyglądało kolano pierwotnie – i co z tego można jeszcze sensownie i bezpiecznie odtworzyć w obecnych warunkach?

„Przy dokładniejszym przyjrzeniu się stawowi kolanowemu widać, że istnieją sytuacje, w których spersonalizowane ustawienie nie ma sensu. Niektóre deformacje są uważane za jednoznacznie patologiczne – na przykład wyraźne koślawe kolana, które są niekorzystne funkcjonalnie i których nie chce się po prostu odtwarzać. W takich przypadkach dokonuje się świadomej korekty, czyli dostosowuje się indywidualne ustawienie, aby uzyskać sprawny, stabilny staw. Celem nie jest przywrócenie patologii, ale stworzenie stabilnego środowiska biomechanicznego. W tym procesie rolę odgrywa kilka czynników: jakość kości, stopień odchylenia osiowego oraz stabilność więzadeł. Jeśli na przykład więzadła wewnętrzne lub zewnętrzne są niewystarczające, nie można po prostu przyjąć pierwotnego ustawienia, ponieważ w przeciwnym razie staw nie funkcjonowałby stabilnie. Również bardzo miękka, osteoporotyczna kość może sprawić, że pewne ustawienia – na przykład utrzymujące się koślawe nogi – nie są odpowiednie, ponieważ proteza nie byłaby w nich niezawodnie zakotwiczona. Sam wiek nie odgrywa natomiast decydującej roli. Decydujące znaczenie ma wytrzymałość kości oraz to, czy struktury anatomiczne pozwalają na strategię rekonstrukcyjną, czy raczej korekcyjną. W ten sposób powstaje jasna logika: personalizacja tak – ale tylko tam, gdzie ma sens z biomechanicznego punktu widzenia i zapewnia długotrwałą stabilność”, stwierdza prof. dr Hirschmann.

Spersonalizowana chirurgia kolana stawia wysokie wymagania klinice, zespołowi i chirurgowi – nie tylko pod względem technicznym, ale przede wszystkim koncepcyjnym. Kto chce wdrożyć to podejście na wysokim poziomie, potrzebuje głębokiego zrozumienia tego, jak indywidualna anatomia, zależności funkcjonalne i decyzje operacyjne wzajemnie się zazębiają.

„Klinika musi włożyć sporo wysiłku, aby móc oferować spersonalizowaną chirurgię kolana na wysokim poziomie. Dla chirurga oznacza to przede wszystkim naprawdę szczegółowe zrozumienie podstawowych zasad biomechanicznych: jakie ustawienie prowadzi do jakiego wyniku funkcjonalnego, które dostosowanie ma sens, a które nie. Kto wywodzi się z klasycznej, standardowej endoprotezoplastyki, musi najpierw wdrożyć się w ten sposób myślenia – ponieważ personalizacja wymaga znacznie bardziej zróżnicowanego zrozumienia indywidualnej anatomii i jej konsekwencji na sali operacyjnej. Obejmuje to również obserwowanie procedur u doświadczonych kolegów i zrozumienie logiki stojącej za podejmowanymi decyzjami. Wyzwanie polega nie tyle na technicznej realizacji, co na przygotowaniu koncepcyjnym: trzeba wiedzieć, dokąd chce się „zmierzać” operacyjnie. Dawniej było to proste – każda proteza była umieszczana w tej samej pozycji docelowej. Dzisiaj pozycja docelowa zależy od indywidualnego kolana, co sprawia, że podejmowanie decyzji jest bardziej złożone. Trwają prace nad technicznym uproszczeniem tego procesu – na przykład poprzez wsparcie robotyczne i systemy oparte na sztucznej inteligencji, które działają jak urządzenie nawigacyjne na sali operacyjnej. Pierwsze osiągnięcia pokazują, że w przyszłości algorytmy będą mogły krok po kroku wskazywać, jakie dostosowanie jest wskazane w przypadku danego fenotypu. Jednak dopóki systemy te nie zostaną w pełni wdrożone, największym wyzwaniem pozostaje precyzja myślenia chirurga: „Tylko ten, kto naprawdę rozumie te zależności, może bezpiecznie i konsekwentnie stosować chirurgię spersonalizowaną” – podkreśla prof. dr Hirschmann i wyjaśnia, jakie kroki musi podjąć chirurg, aby móc wykonać operację z użyciem indywidualnej protezy:

„Czas potrzebny do wykonania pierwszej własnej spersonalizowanej operacji kolana można dobrze opisać jako wieloetapowy proces nauki i szkolenia. Kluczowe znaczenie ma to, aby zabieg na pacjencie został przeprowadzony dopiero wtedy, gdy cała koncepcja zostanie naprawdę dogłębnie zrozumiana – pod względem biomechanicznym, technicznym oraz w odniesieniu do konsekwencji każdego ustawienia. Najpierw należy zapoznać się z podstawami: publikacjami naukowymi, studiami przypadków, zasadami spersonalizowanego ustawienia. Następnie następuje faza symulacji. Dzięki modelom opartym na tomografii komputerowej można zrozumieć, jak różne ustawienia wpływają na osie, napięcie więzadeł i przebieg ruchów. Programy te są kluczowym elementem, ponieważ pogłębiają zrozumienie związków przyczynowo-skutkowych. W kolejnym etapie dołączają się kursy organizowane przez producentów protez – najpierw na sztucznych kościach, a później na zwłokach. Dopiero po opanowaniu tych etapów następuje obserwacja operacji u doświadczonych kolegów. Pierwsza własna operacja nie jest celowo wykonywana z maksymalnym stopniem złożoności, ale z „łagodną” personalizacją, którą można zwiększać w miarę wzrostu pewności i rutyny.

Rozpowszechnienie spersonalizowanej endoprotezoplastyki kolana zależy w dużej mierze od tego, w jakim stopniu definiuje się personalizację. W Niemczech nadal dominują klasyczne ustawienia mechaniczne lub standardowe – nadal stanowią one około 60 do 70 procent wszystkich implantacji. Niemniej jednak proporcje te zmieniają się z roku na rok. 

Prof. dr Hirschmann wyjaśnia: „Spersonalizowane ustawienie zyskuje wyraźnie na popularności, ponieważ coraz więcej chirurgów dostrzega, że ma ono sens z biomechanicznego punktu widzenia i przynosi korzyści funkcjonalne wielu pacjentom. Istnieją zrozumiałe powody, dla których zmiana ta nie następuje szybciej. Wielu doświadczonych chirurgów, którzy od dziesięcioleci stosują wyrównanie mechaniczne, nie zmienia swojej metody w ostatnich latach kariery – nie z powodu sprzeciwu, ale dlatego, że zmiana ta jest czasochłonna i wymaga głębokiego zrozumienia nowych koncepcji. Wzrost wynika zatem przede wszystkim z działań młodszego pokolenia, które jest już szkolone w zakresie spersonalizowanych koncepcji i w naturalny sposób wdraża je w swojej praktyce. W ten sposób powstaje ciągłe, ale nie gwałtowne przejście. Równolegle zmienia się również zachowanie pacjentów. Dzięki wyszukiwaniu informacji w Internecie, relacjom z doświadczeń oraz wyszukiwaniu informacji wspomaganemu przez sztuczną inteligencję wielu z nich jest dziś znacznie lepiej poinformowanych. Sprawdzają, kto oferuje daną metodę, i celowo szukają ośrodków stosujących spersonalizowane procedury. Jednocześnie kluczowym czynnikiem pozostaje klasyczna rekomendacja: zadowoleni pacjenci przyprowadzają przyjaciół i znajomych, podczas gdy inni przyjeżdżają specjalnie z dalszych odległości, ponieważ natrafili w Internecie na odpowiednią wiedzę specjalistyczną”.

Obecny rozwój nadal koncentruje się w dużej mierze na ogólnym wyrównaniu stawu kolanowego, czyli na precyzyjnym ustawieniu osi i prawidłowym wyrównaniu. Jednocześnie wiele wskazuje na to, że kolejne duże postępy znacznie wykraczać będą poza ten zakres. 

„Szczególną uwagę zwraca się na ruch rzepki – nie tylko jako struktury statycznej, ale jako procesu dynamicznego, który należy rejestrować i rozumieć podczas ruchu. W ten sposób dziedzina ta coraz bardziej zmierza w kierunku cyfrowych bliźniaków, czyli cyfrowych odwzorowań indywidualnego stawu kolanowego, za pomocą których można symulować, jak określone decyzje operacyjne wpłyną na późniejszą kinematykę. Takie modele mogłyby pokazać, jakie sekwencje ruchów powstają, gdy elementy są ustawione w określony sposób. Rozwój będzie przebiegał właśnie w tym kierunku, co sprawia, że obecna faza jest szczególnie ekscytująca. Wiele rzeczy dopiero powstaje, a niektóre z nich będą musiały się jeszcze sprawdzić w rzeczywistości klinicznej, ale dynamika jest ogromna i otwiera nowe możliwości. „W Bazylei wykonuje się obecnie około 120 operacji wymiany i około 250 operacji pierwotnych rocznie – liczba ta jest wyjątkowo wysoka jak na Szwajcarię” – podkreśla prof. dr Hirschmann na zakończenie naszej rozmowy.

---

• Wiodący na arenie międzynarodowej chirurg kolanowy, specjalista w zakresie endoprotezoplastyki i rewizji
• Pionier fenotypizacji: dostosowanie do konkretnego pacjenta, protezy 3D, robotyka
• Szerokie spektrum operacyjne: łąkotka, więzadło krzyżowe, chrząstka, osteotomie, protezy częściowe i całkowite
• Ekspert w zakresie bólu po endoprotezoplastyce kolana ze standardową koncepcją diagnostyczną i terapeutyczną
• Duża rozpoznawalność naukowa: >450 publikacji, międzynarodowe wyróżnienia
• Wiodąca rola w stowarzyszeniach branżowych: były prezes Personalized Arthroplasty Society, członek zarządu DKG i ESSKA
• Profesor kliniczny ortopedii i biomechaniki na Uniwersytecie w Bazylei
• Ordynator i dyrektor Centrum Uniwersyteckiego ds. Układu Ruchowego oraz Kliniki Uniwersyteckiej Ortopedii i Traumatologii
• Wzmacnia pozycję KSBL jako wiodącego ośrodka