Фенотипирование в эндопротезировании коленного сустава

В Германии около 20 миллионов человек страдают от проблем с коленями, причем у многих из них диагностирован остеоартроз. Части этих пациентов требуется эндопротез коленного сустава для облегчения боли и восстановления подвижности. Современные подходы, такие как фенотипирование, выходят за рамки классического стандартного выравнивания: колено оценивается с учетом его индивидуальных анатомических особенностей, и эндопротез соответствующим образом персонализируется, что обеспечивает более естественную функцию сустава и более высокий уровень удовлетворенности пациентов.

«Каждое колено обладает собственной индивидуальностью — подобно отпечатку пальца. Оно имеет индивидуальную форму, выравнивание и биологические особенности. Именно здесь и начинается фенотипизация: она отходит от прежнего стандартного подхода, при котором протезы и разрезы выравнивались в соответствии со среднестатистическим коленом. Классическое механическое выравнивание было направлено на то, чтобы привести каждую ногу к нейтральной оси. Для этого на бедре и голени делались стандартизированные разрезы под углом 90 градусов — независимо от того, была ли у человека изначально прямая нога, выраженная O-образность или X-образность. Такая унификация неизбежно приводила к различиям в натяжении связок и стабильности, поскольку не учитывалась индивидуальная анатомия. С развитием материалов, в частности более прочных и износостойких пластиков, появилась возможность в большей степени ориентироваться на естественную анатомию пациента. Благодаря этому сегодня можно выбирать другие углы разреза, которые лучше соответствуют индивидуальным особенностям колена. Разработка этого персонализированного подхода началась примерно семь-восемь лет назад. Концепция фенотипов рассматривает колено не только с точки зрения его осей, но и как целостную функциональную единицу — включая выравнивание, натяжение связок и анатомические особенности. Таким образом, ортопедия отходит от «медицины средних показателей» к действительно индивидуальному подходу к лечению. «Главное преимущество заключается в том, что костные разрезы лучше соответствуют естественной анатомии, что снижает необходимость корректировки натяжения связок и приводит к большей стабильности и более естественному ощущению собственного колена», — поясняет проф. д-р Хиршманн в начале нашего разговора.

Наиболее надежными клиническими параметрами для определения фенотипа колена являются те, которые отражают естественную ось ноги, натяжение связок, геометрию суставной щели и функциональную кинематику колена. Они определяются в предоперационном периоде с помощью комбинации клинического обследования, визуализационной диагностики и функционального анализа и позволяют точно классифицировать индивидуальный тип коленного сустава.

«Диагностика значительно продвинулась вперёд в плане индивидуального планирования эндопротезирования коленного сустава. Сегодня решающим фактором является то, что больше не используются только двумерные данные. Рентгеновский снимок всей ноги по-прежнему входит в стандартную процедуру, но даёт лишь плоскостное изображение. Однако, поскольку колено имеет трехмерную форму, требуются и трехмерные данные. Поэтому, например, проводится КТ в положении стоя — компьютерная томография под нагрузкой. Эти снимки дают информацию о стабильности, ориентации и фактической пространственной форме колена. На основе этих данных возможны два варианта: либо используется стандартный протез, доступный в различных размерах, ориентация которого индивидуально адаптируется к анатомии пациента; либо изготавливается полностью персонализированный протез коленного сустава. В этом случае данные КТ передаются производителю, который на их основе изготавливает как сам протез, так и индивидуальные режущие блоки для конкретного пациента. Эта методика позволяет с особой точностью воспроизвести индивидуальную анатомию. Параллельно с этим современная робототехника также обеспечивает очень точную индивидуализацию. И в этом случае линию разреза и ориентацию можно точно адаптировать к индивидуальной анатомии — однако с использованием стандартного протеза, доступного в десяти–двенадцати размерах. «Оба подхода преследуют одну и ту же цель: создание идеально подходящего, анатомически правильного протеза, максимально соответствующего индивидуальным особенностям коленного сустава», — поясняет проф. д-р Хиршманн.

Определение индивидуального фенотипа коленного сустава меняет весь процесс лечения для пациента, поскольку диагностика, планирование и позиционирование имплантата становятся значительно более точными и персонализированными. 

«В роботизированной хирургии коленного сустава изменилось прежде всего одно: во время операции доступно значительно больше информации, чем раньше. Перед операцией планирование обычно основывается на снимке всей ноги, то есть на двумерном изображении. Это позволяет хорошо оценить разгибание, однако сгибание носит очень индивидуальный характер — и именно здесь робототехника предоставляет решающие дополнительные данные. Робот более точно измеряет натяжение связок при сгибании и позволяет оптимально адаптировать его к анатомии пациента во время операции. Большое преимущество заключается в том, что информация получается не только заранее, но и непосредственно в операционной. Хирург может реагировать на эти данные и оценивать стабильность колена в режиме реального времени. При чисто традиционном подходе без роботизированной поддержки эта информация отсутствует — в частности, данные о сгибательном зазоре и стабильности в этой области. Таким образом, робототехника обеспечивает значительно более индивидуализированное, точное и функционально лучше согласованное лечение», — подчеркивает проф. д-р Хиршманн и добавляет:

«При ревизионных операциях — то есть когда коленный протез уже установлен и его необходимо заменить по возрасту или из-за возникшей проблемы — в настоящее время не существует протезов, изготовленных с учётом индивидуальных особенностей пациента. Однако появляются первые попытки использовать робототехнику и в этой области, чтобы проводить ревизионные операции менее инвазивным способом. Робот, а точнее навигационная система, во время операции предоставляет дополнительную информацию об ориентации и натяжении связок существующего имплантата. В будущем эти данные могут помочь избежать полного удаления протеза и ограничиться заменой отдельных компонентов. Это было бы значительно щадяще для пациента. Однако эти разработки пока находятся на начальной стадии. Долгосрочная цель заключается в том, чтобы продлить срок службы протезов, заменять только поврежденные детали и с помощью робототехники добиться более точной настройки».

---

Индивидуальный фенотип колена влияет как на позиционирование имплантата, так и на интраоперационный баланс связок, поскольку он определяет, какие анатомические и функциональные особенности колена следует сохранить, а какие — нет. Варирусный, вальгусный, «лаксационный» или «напряжённый» фенотип описывает определённую функциональную модель колена, которая определяется тремя взаимосвязанными характеристиками: осью ноги, формой и наклоном суставной щели, а также натяжением окружающих связок. Эти признаки не встречаются изолированно, а образуют стабильные комбинации, характерные для каждого фенотипа. Например, вариальный фенотип характеризуется склонностью к «О-ногам», более узкой суставной щелью в медиальном направлении при разгибании и более высоким натяжением внутренних связочных структур, тогда как вальгический фенотип, как правило, имеет ось «Х-ноги», в разгибании — латеральное расширение сустава и более сильную нагрузку на внешнюю сторону связок. «Рыхлый» фенотип характеризуется большей амплитудой разгибания и более мягким ходом связок, тогда как «тугой» фенотип отличается упругими связками и узким, малоподатливым суставным зазором. Решающим фактором является то, что эти комбинации определяют динамику движения и стабильность колена и, следовательно, влияют на то, как следует выровнять колено при операции или провести его протезирование.

---

В настоящее время появляется всё больше, хотя и ещё не окончательно обоснованных, данных о том, что выравнивание, близкое к фенотипу или основанное на фенотипе, связано с лучшими функциональными результатами и более высокой степенью удовлетворённости — особенно в тех случаях, когда исходный фенотип не «насильственно» приводится в механически нейтральное положение. 

По этому поводу проф. д-р Хиршманн отмечает: «Имеющиеся данные показывают, что различия в сроке службы можно достоверно оценить не ранее чем примерно через 15 лет — и именно такие длительные периоды в настоящее время ещё недостаточно охвачены в области роботизированной хирургии. В принципе, однако, считается, что роботизированные системы помогают избежать так называемых «выбросов», то есть размещения имплантатов, отклоняющихся от запланированного идеала из-за того, что определенные анатомические детали не были точно зафиксированы во время операции. Если такие отклонения будут возникать реже, в долгосрочной перспективе должны улучшиться как сроки службы, так и снизиться частота ревизионных операций. Это рассуждение логично и широко разделяется специалистами, однако имеющихся на данный момент данных пока недостаточно, чтобы однозначно подтвердить это. Данные реестра из Австралии уже демонстрируют преимущества частичных протезов, однако пока не позволяют доказать значительную разницу в долгосрочной стойкости. В целом можно сказать, что полученные на данный момент результаты многообещающие, но требуются ещё более достоверные долгосрочные данные», — и далее поясняет:

«Благодаря индивидуальной ориентации коленного сустава действительно наблюдается более благоприятное восстановление — не столько за счет самого протеза, сколько, прежде всего, за счет более точной ориентации и лучшего расположения связок. Решающим фактором является то, что фенотипирование позволяет учитывать индивидуальный тип сустава, независимо от того, устанавливается ли стандартный протез или изготовленный на заказ. Чем меньше приходится отклоняться от естественной анатомии, тем легче организму адаптироваться. Тот, кто десятилетиями жил с O-образными ногами, воспринимает как значительно более обременительное, когда нога внезапно становится полностью прямой. Если же сохраняется легкая O-образная деформация, это в большей степени соответствует привычной статике и обеспечивает большую стабильность. Для мягких тканей это означает более короткий путь адаптации, и именно это ощущают пациенты: меньшие перестройки, меньшее раздражение, более быстрое восстановление функций. Таким образом, индивидуальная коррекция ощутимо способствует более благоприятному течению восстановления — в том числе с точки зрения достижения цели «Back to Sports».

В сложных случаях, таких как ревизионные операции, посттравматические деформации или связочная недостаточность, фенотипирование нельзя просто перенести «один к одному», однако оно по-прежнему остается очень ценным в качестве концептуальной основы. В отличие от первичного эндопротезирования коленного сустава, здесь на первый план выходит не столько точная реконструкция исходного фенотипа, сколько фенотипоориентированный подход с учётом имеющихся анатомических и мягкотканных ограничений. Отправной точкой всегда является вопрос: как, по-видимому, выглядело колено изначально — и что из этого можно разумно и безопасно реконструировать в текущих условиях?

«При более тщательном изучении коленного сустава становится очевидным, что существуют ситуации, в которых индивидуальная ориентация нецелесообразна. Некоторые деформации считаются явно патологическими — например, выраженная X-образность ног, которая функционально неблагоприятна и которую не стоит просто так реконструировать. В таких случаях проводится целенаправленная коррекция, то есть корректированная индивидуализация, с целью получения функционального и стабильного сустава. Цель всегда заключается не в восстановлении патологий, а в создании устойчивой биомеханической среды. При этом важную роль играют несколько факторов: качество кости, степень отклонения оси и стабильность связок. Например, если внутренние или наружные связки недостаточно развиты, нельзя просто воспроизвести исходное положение, иначе сустав не будет функционировать стабильно. Кроме того, очень мягкая кость, поражённая остеопорозом, может привести к тому, что определённые варианты выравнивания — например, сохранение O-образных ног — окажутся неподходящими, поскольку протез в таком случае не будет надёжно закреплён. Сам по себе возраст, напротив, не играет решающей роли. Решающим фактором является прочность кости и то, позволяют ли анатомические структуры применить реконструктивную или, скорее, корректирующую стратегию. Таким образом, вырисовывается четкая логика: индивидуальный подход — да, но только там, где он целесообразен с биомеханической точки зрения и обеспечивает долгосрочную стабильность», — отмечает проф. д-р Хиршманн.

Индивидуализированная хирургия коленного сустава предъявляет высокие требования к клинике, команде и хирургу — не только с технической, но и, прежде всего, с концептуальной точки зрения. Тот, кто хочет реализовать этот подход на высоком уровне, должен глубоко понимать, как взаимосвязаны индивидуальная анатомия, функциональные взаимосвязи и оперативные решения.

«Клиника должна приложить немало усилий, чтобы иметь возможность предлагать персонализированную хирургию коленного сустава на высоком уровне. Для хирурга это означает, прежде всего, действительно досконально понимать лежащие в основе биомеханические принципы: какая ориентация приводит к какому функциональному результату, какая адаптация целесообразна, а какая — нет. Тем, кто пришел из области классической стандартной эндопротезистики, сначала необходимо освоить этот подход — ведь персонализация требует гораздо более дифференцированного понимания индивидуальной анатомии и ее последствий в операционной. Сюда также входит наблюдение за работой опытных коллег и понимание логики, лежащей в основе их решений. Сложность заключается не столько в техническом выполнении, сколько в предварительной интеллектуальной подготовке: нужно знать, к чему именно вы стремитесь в ходе операции. Раньше это было просто — каждый протез устанавливался в одно и то же целевое положение. Сегодня целевое положение определяется индивидуальными особенностями колена, и это усложняет процесс принятия решений. С технической точки зрения ведется работа над упрощением этого процесса — например, с помощью роботизированной поддержки и систем на базе искусственного интеллекта, которые работают в операционной как навигатор. Первые разработки показывают, что в будущем алгоритмы смогут шаг за шагом указывать, какая настройка целесообразна для того или иного фенотипа. Однако до тех пор, пока эти системы не будут полностью внедрены, главным требованием остаётся мыслительная точность хирурга: «Только тот, кто действительно проникает в суть взаимосвязей, может безопасно и последовательно применять персонализированную хирургию», — подчеркивает проф. д-р Хиршманн и объясняет, какие шаги необходимо пройти, прежде чем хирург сможет проводить операцию по установке индивидуального протеза:

«Путь, который нужно пройти до первой собственной персонализированной операции на коленном суставе, можно хорошо описать как многоэтапный процесс обучения и подготовки. Решающим фактором является то, что операция на пациенте проводится только после того, как вся концепция будет действительно глубоко понята — с биомеханической и технической точек зрения, а также с точки зрения последствий каждой ориентации. Сначала необходимо ознакомиться с основами: научными публикациями, клиническими примерами, принципами персонализированной ориентации. Затем следует этап моделирования. С помощью моделей, построенных на основе данных КТ, можно проследить, как различные ориентации влияют на оси, натяжение связок и ход движений. Эти программы являются ключевым элементом, поскольку они помогают лучше понять взаимосвязь между причиной и следствием. На следующем этапе добавляются курсы производителей протезов — сначала на искусственных костях, позже на трупах. Только после уверенного освоения этих этапов следует стажировка в операционной у опытных коллег. Первая самостоятельная операция сознательно проводится не с максимальной степенью сложности, а с «незначительной» персонализацией, которую можно постепенно увеличивать по мере роста уверенности и наработки рутины».

Распространение персонализированной эндопротезики коленного сустава в значительной степени зависит от того, в каком объёме определяется понятие «персонализация». В Германии по-прежнему доминируют классические механические или стандартизированные варианты — на их долю по-прежнему приходится около 60–70 процентов всех имплантаций. Тем не менее соотношение меняется из года в год. 

Проф. д-р Хиршманн поясняет: «Персонализированная ориентация заметно набирает обороты, поскольку всё больше хирургов осознают, что она целесообразна с биомеханической точки зрения и приносит функциональные преимущества многим пациентам. То, что переход происходит не быстрее, имеет понятные причины. Многие опытные хирурги, которые на протяжении десятилетий применяют механическую ориентацию, в последние годы своей профессиональной деятельности уже не меняют свой метод — не из-за неприятия, а потому, что переход требует много времени и глубокого понимания новых концепций. Поэтому рост происходит в основном за счёт молодого поколения, которое уже проходит обучение с использованием персонализированных концепций и естественным образом интегрирует их в свою практику. Таким образом, происходит плавный, но не скачкообразный переход. Параллельно с этим меняется и поведение пациентов. Благодаря поиску в Интернете, отзывам и поиску информации с помощью искусственного интеллекта многие сегодня гораздо лучше осведомлены. Они проверяют, кто предлагает какой метод, и целенаправленно обращаются в центры, применяющие персонализированные методы. В то же время классическая рекомендация по-прежнему остается ключевым фактором: довольные пациенты приводят с собой друзей и знакомых, а другие специально приезжают издалека, потому что нашли в Интернете информацию о соответствующей экспертизе».

Современные разработки по-прежнему в значительной степени сосредоточены на общем выравнивании коленного сустава, то есть на точной настройке осей и правильном расположении. В то же время многое указывает на то, что следующие крупные достижения выйдут далеко за эти рамки. 

«Особое внимание уделяется движению коленной чашечки — не только как статической структуре, но и как динамическому процессу, который необходимо фиксировать и понимать во время движения. Таким образом, эта область все больше движется в направлении «цифровых двойников» — то есть цифровых моделей индивидуального коленного сустава, с помощью которых можно смоделировать, как те или иные хирургические решения повлияют на последующую кинематику. Такие модели могли бы показать, какие движения возникают, когда компоненты располагаются определенным образом. Именно в этом направлении будет продолжаться развитие, и это делает текущий этап особенно интересным. Многое только зарождается, а некоторые вещи покажут себя только тогда, когда дойдут до клинической практики, но динамика огромна и открывает новые возможности. «В Базеле в настоящее время ежегодно проводится около 120 операций по замене протезов и примерно 250 первичных операций — это чрезвычайно высокий показатель для Швейцарии», — подчеркивает проф. д-р Хиршманн в заключение нашего разговора.

---

• Ведущий международный хирург-коленохирург, специалист по эндопротезированию и ревизионным операциям
• Пионер фенотипирования: индивидуальная для пациента ориентация, 3D-протезы, роботизированная хирургия
• Широкий спектр операций: мениск, крестообразные связки, хрящ, остеотомии, частичные и тотальные протезы
• Эксперт по болям после эндопротезирования коленного сустава со стандартизированной концепцией диагностики и лечения
• Высокая научная известность: >450 публикаций, международные награды
• Руководящая роль в профессиональных обществах: бывший президент Personalized Arthroplasty Society, член правления DKG и ESSKA
• Клиническая профессура по ортопедии и биомеханике в Базельском университете
• Главный врач и руководитель Университетского центра опорно-двигательного аппарата и Университетской клиники ортопедии и травматологии
• Укрепляет позиции KSBL как ведущего центра