Remodelace štěpu a vhojení štěpu do kostěného tunelu po artroskopické náhradě předního zkříženého vazu

Souhrn

Přední zkřížený vaz (PZV) je nejčastěji poškozeným vazem v kolenním kloubu. V důsledku jeho poškození vzniká instabilita kolenního kloubu, která je většinou řešena operačně, nejčastěji za použití štěpu z ligamentum patellae, nebo ze šlach hamstringů. Po rekonstrukci prochází štěp třemi fázemi intraartikulárního hojení (remodelace) a dochází k jeho vhojování do kosti. Během remodelace štěpu dochází ke změnám jeho mechanických i biologických vlastností, které jsou popsány v tomto článku. Porozumění procesu remodelace a vhojení štěpu do kosti, závisejícím na typu štěpu, fixační technice a počátečním napětí štěpu, je důležité pro zdokonalení operační léčby a následné rehabilitace, která by vedla k úplnému funkčnímu obnovení štěpu blížícímu se mechanickým hodnotám intaktního PZV.

Klíčová slova:
přední zkřížený vaz, remodelace štěpu, vhojení štěpu

Úvod

Častým závažným poraněním kolenního kloubu je ruptura předního zkříženého vazu (PZV). V současné době se většina náhrad tohoto vazu provádí za použití štěpu buď z ligamentum patellae, nebo ze šlach hamstringů (samostatně šlacha m. semitendinosus nebo šlacha m. semitendinosus a m. gracilis). První den po rekonstrukci vazu je štěp patrně nejsilnější, ale protože tkáň v této době nemá žádné cévní zásobení a není pokryta buňkami synoviální výstelky, štěp po dobu několika prvních týdnů slábne a nekrotizuje. Po určité době však dochází k procesu revaskularizace, staré buňky jsou nahrazeny novými a štěp se začíná přeměňovat na tkáň, která velmi připomíná původní přední zkřížený vaz (39). Celý tento proces se nazývá remodelace štěpu a bude blíže objasněn v tomto článku, stejně jako proces vhojení štěpu do kostěného tunelu, do kterého je štěp v tibii i femuru fixován. Proces vhojování štěpu do kosti je po rekonstrukci PZV velmi důležitý, protože do velké míry ovlivňuje budoucí mechanické vlastnosti náhrady PZV. Vhojení štěpu do kosti závisí na mnoha faktorech, jako je typ použitého štěpu (štěp ze šlach hamstringů nebo z patelárního vazu), metoda fixace štěpu, počáteční napětí štěpu a kvalita kosti.

REMODELACE ŠTĚPU

Na začátku 20. století položil základy pro výzkum remodelace tkání Wilhelm Roux, který tvrdil, že orgán se strukturálně adaptuje na změnu kvantitativní či kvalitativní funkce. To znamená, že měkká tkáň, která je vystavena novým podmínkám, projde změnami, které vedou k úpravě a adaptaci mechanických i biologických vlastností této tkáně. Jedni z prvních, kteří zkoumali adaptaci předního zkříženého vazu, byli Amiel a spolupracovníci (4). Pozorovali, že patelární vaz, který měl naprosto odlišné biologické i mechanické vlastnosti ve srovnání s intaktním PZV, prošel postupně změnami a přeměnil se ve strukturu, která velmi připomínala původní zkřížený vaz. Remodelace PZV probíhá ve třech fázích. První fází je tzv. časné hojení, které podle většiny autorů trvá přibližně do čtvrtého pooperačního týdne. Druhou fází je fáze proliferace, trvající přibližně do dvanáctého týdne a tato fáze plynule přechází do fáze ligamentizace, trvající řádově roky. O přesném ukončení poslední fáze se vedou diskuse a autoři se ve svých názorech významně rozcházejí.

FÁZE ČASNÉHO HOJENÍ

Fáze časného hojení štěpu PZV trvá přibližně do konce čtvrtého týdne. Krátce po implantaci štěpu dochází k aseptické zánětlivé reakci, která vede a provází rozšiřující se nekrózu štěpu, hlavně v jeho centrální části. Nekróza způsobuje i makroskopicky pozorovatelný otok projevující se v nárůstu plochy průřezu štěpu, což souvisí se změnou onkotických a osmotických poměrů ve tkáni v rámci lokální hypoxie. Dále se v této fázi pozoruje značná hypocelularita a nedochází k žádné zjistitelné revaskularizaci štěpu. Odrazem hypoxie na celulární úrovni je zduření mitochondrií, rozšíření endoplasmatického retikula a ukládání tuku do cytoplazmy - steatóza. Během fáze časného hojení dochází kvůli nekróze a oxidačnímu stresu k uvolnění mnoha cytokinů (tumor necrosis factor TNF-a, interleukin IL-1beta a IL-6 a chemokinů), které spustí proces exprese růstového faktoru, což vede k migraci buněk, proliferaci a následně k tvorbě extracelulární hmoty a postupné revaskularizaci. Tento proces je nejvýraznější ve fázi proliferace, ale influx buněk lze vidět už mezi prvním a druhým týdnem zejména na periferii štěpu. Kleiner a kolektiv (18) prokázali, že tyto buňky pocházejí z odlišné tkáně než je tkáň štěpu, a že celý štěp je kompletně nahrazen mezi druhým až čtvrtým týdnem. Tito autoři se domnívali, že buňky pocházejí buď ze synoviální tekutiny, ze zbytku (pahýlu) původního předního zkříženého vazu, nebo z buněčných elementů kostní dřeně zanesených při vrtání tunelů.

První pooperační týden je zachována kolagenní struktura štěpu. Během třetího týdne dochází k rozpadu vláken kolagenu za pomocí proteináz. To vysvětluje postupné snížení mechanických vlastností štěpu během časné pooperační fáze. Snížení pevnosti štěpu v tomto období by mohlo vést k závěru, že by nemělo dojít k zatěžování čerstvě operovaného kolenního kloubu, kdy toto ale nemá absolutní platnost. Ohno a spol. (30) poukazují na důležitost adekvátního mechanického zatížení štěpu. Ve své studii in vivo na králících dokazují, že štěp z patelárního vazu, který je zcela zbaven zátěže, má v období prvního pooperačního týdne podstatně nižší pevnost v tahu, která ještě dále klesá do doby kolem šestého pooperačního týdne, v porovnání se štěpem z patelárního vazu králíků s neomezeným zatížením v kontrolní skupině. K podobnému závěru došel i Majima a kolektiv (24), kteří zkoumali rozdíl mezi kompletním a částečným snížením mechanické zátěže na štěp. Zjistili výrazně vyšší ztrátu pevnosti v tahu mezi prvním až třetím týdnem u štěpu s kompletním zbavením zátěže. Stejný tým autorů vysvětluje v další studii (23), že ke snížení mechanické síly dochází kvůli změně ve stavbě kolagenu. Vlákna kolagenu mají menší průměr než vlákna intaktního předního zkříženého vazu, což vede k zhoršení jejich mechanických vlastností. Ovšem i přetížení implantátu může vést k narušení hojení. Na toto téma se zaměřili Bedi a spol. (7), kteří zkoumali efekt brzkého zatížení na hojení štěpu u krys. Zjistili, že zahájení cyklického axiálního zatěžování ve čtvrtý pooperační den vedlo k lepším mechanickým parametrům štěpu a i k lepšímu hojení štěpu ve srovnání s okamžitým zatížením či s prodlouženou imobilizací. Zatížení ve čtvrtý pooperační den vedlo k výraznější formaci nové kosti a také počet makrofágů a osteoklastů byl nižší. Z toho plyne, že adekvátní zatížení je důležité pro správný průběh hojícího procesu.

Pro praxi můžeme říci, že pohyb končetiny v nebolestivém rozsahu je možné provádět bezprostředně po operaci. V praxi se proto používá první týden ortéza a do vytažení stehů se nechává končetina relativně fixovaná. I v ortéze však dochází k minimálním mikropohybům. Tyto mikropohyby vznikají při chůzi o dvou francouzských berlích, která se zahajuje při nekomplikovaném průběhu již od druhého operačního dne. Plné zatížení končetiny při chůzi se povoluje dle funkčního stavu pacienta. Při chůzi má být zvládnut normální chůzový rytmus a nesmí být přítomná bolest. Z našich zkušeností je plná zátěž indikovaná u většiny pacientů až v průběhu další fáze remodelace štěpu. Další zásadní otázkou je rozsahu pohybu v kolenním kloubu v pooperační době. Pohyb do extenze a flexe doporučujeme zvětšovat v nebolestivém rozsahu z počátku pomocí cvičení v uzavřených řetězcích a postupně (především v dalších fázích remodelace PZV) i za pomoci cvičení v otevřených řetězcích (40).

Risberg (34) doporučuje provádět cvičení v uzavřeném kinetickém řetězci v rozsahu pohybů 0 – 60 stupňů flexe. V tomto rozsahu je minimální tenze na rekonstruovaný vaz a eliminuje se také kompresní síla ve femoropatelárním spojení. Na konci této fáze je možno postupně používat i cvičení v otevřeném kinetickém řetězci, kdy pro minimální tenzi v oblasti štěpu je vhodné volit toto cvičení od maximálního flekčního rozsahu pohybu po 40. stupňovou flexi v kolenním kloubu. Pokud je pohyb prováděn v rozmezí 0. – 40. stupňové flexe, je třeba důsledně respektovat nociceptivní signály z operovaného kolenního kloubu. Podobně je možné přistoupit k zatížení operované končetiny při chůzi, kdy pro plné zatížení musí pacient zvládnout chůzový stereotyp bez provokace bolesti a s plnou nebolestivou extenzí v oblasti operovaného kolene. Při nedodržení těchto zásad hrozí v této fázi hojení štěpu vytažení štěpu z tunelu v kosti. Toto riziko je větší a dlouhodobější při hojení štěpu z hamstringů (bez kostěného bločku). Rozdíly se ztrácejí až mezi 8. až 12. týdnem.

FÁZE PROLIFERACE

V této fázi, která trvá přibližně od 5. do 12. týdne, dochází k největší buněčné aktivitě a změnám v extracelulární matrix, z čeho vyplývají i relativně nejméně příznivé mechanické vlastnostmi štěpu z celého procesu jeho hojení. Během čtvrtého až dvanáctého týdne celularita nepřetržitě stoupá a výrazně převyšuje celularitu předního zkříženého vazu. Kolem šestého týdne je prokazatelně zvýšená koncentrace celulárních elementů na obvodu štěpu, zatímco jeho střed je stále nebuněčný. V hypercelulárních zónách se vyskytují mezenchymové kmenové buňky a aktivní fibroblasty, které vylučují řadu růstových faktorů, pomocí nichž je zahájena a udržována remodelace štěpu. Kuroda a kolektiv (19) zjistili, že k největšímu uvolnění růstových faktorů dochází mezi třetím až šestým týdnem a během dvanáctého týdne uvolňování růstových faktorů téměř ustává. Toto zjištění vysvětluje největší remodelační aktivitu právě během proliferační fáze ve smyslu destrukce a úklidu původní tkáně štěpu a kolonizace novými celulárními elementy. Na konci této fáze je počet buněk stále zvýšen, ale celularita zvolna klesá a blíží se k hodnotám původního intaktního předního zkříženého vazu. Také je zvýšen počet specifikovaných fibroblastů - myofibroblastů. Myofibroblasty mají vlastní intracelulární kontraktilní aparát, a tím i schopnost přenášet izometrické napětí na okolní buněčnou a mimobuněčnou hmotu, a jsou spoluzodpovědné za obnovení napětí v tkáni, které je potřebné pro pozdější proces ligamentizace.

Po náhradě předního zkříženého vazu je štěp zpočátku avaskulární a jeho povrch je bez pokrytí synoviálními elementy. Proto, aby štěp byl schopen přežít, musí být revaskularizován (42); podle studie Ntoulia a kolektivu (29) definitivní revaskularizace trvá přibližně dva roky. Unterhauser a kolektiv (42) provedli studii na ovcích a zjistili, že novotvořené kapiláry prorůstají ze synoviálního povrchu směrem ke středu avaskulárního štěpu. Přes celý průměr štěpu prostoupí během 12. týdne. Autoři také zjistili, že nejvyšší míra vaskularity je po 6. týdnu. Dosažení stavu původní vaskularity, jako se vyskytuje u intaktního PZV, je po 24. týdnu. Úplné obnovení cévní denzity na hodnoty intaktního předního zkříženého vazu nastane až kolem šestého pooperačního měsíce ve fázi ligamentizace. Weiler a kolektiv (46) dali ve svém výzkumu na ovcích do souvislosti prokrvení štěpu a jeho mechanické vlastnosti a zjistili, že čas maximální revaskularizace se shoduje s bodem nejnižších hodnot mechanických vlastností hojícího se štěpu, což je v době kolem šestého týdne.

Během první fáze hojení je rizikovým místem rozhraní mezi kostí a štěpem a dochází k nejčastějšímu selhání štěpu, kvůli jeho vytažení z kostěného tunelu. Zatímco ve fázi proliferace je místem nejpravděpodobnějšího selhání štěpu sám štěp. Může dojít k roztržení uprostřed hmoty štěpu nebo k jeho vytažení z tunelu z důvodu stržení tkáně štěpu z kostěných stěn. Faktorem, který ovlivňuje snížené mechanické vlastnosti štěpu, je ztráta pravidelné orientace kolagenu a jeho vlnité struktury, která byla pozorovatelná ve fázi časného hojení. Obnova prostorové orientace a vzorce makromolekulárního uspořádání na průřezu vlákna kolagenu začíná až ve fázi ligamentizace štěpu. Weiler a kolektiv (43) pozorovali na začátku proliferační fáze značné snížení hustoty kolagenních vláken, po kterém následovala zvýšená tvorba kolagenu, která dosáhla hodnot intaktního předního zkříženého vazu ve dvanáctém týdnu. V nově tvořeném kolagenu převažoval kolagen typu III, tento kolagen se obvykle nachází v čerstvé jizvě nebo v nezralé obnovené tkáni vazu a má nižší mechanické vlastnosti než kolagen typu I. V intaktním předním zkříženém vazu, patelárním vazu či šlaše z hamstringů převažují vlákna kolagenu s větším průměrem, ale během začátku proliferační fáze měla nově vytvořená vlákna kolagenu průměr menší. Předpokládá se, že zmenšení průměru vláken kolagenu a větší tvorba kolagenu typu III v hojícím se štěpu je vysvětlením toho, proč nedochází k úplnému obnovení původní síly předního zkříženého vazu ani po dvou letech hojení. Přestože je v této fázi ve studiích na zvířatech zjištěno podstatné zhoršení mechanických vlastností, časná rehabilitace má úspěšnější klinické výsledky než pozvolná rehabilitace s dlouhodobou fixací. Několik studií odhalilo pomocí biopsie podstatné rozdíly mezi remodelací štěpu u lidí a u zvířat během prvních třech měsíců. Bioptické vyšetření tkáňového vzorku u lidí potvrzuje remodelační kaskádu nekrózy, recelularizace, revaskularizace a změny kolagenu během prvních dvou fází remodelace štěpu. Předpokládá se, že lidský štěp může mít nejnižší mechanické vlastnosti během 6. - 8. pooperačního týdne. Remodelace se však nezdá být oproti zvířecímu modelu tak intenzivní. Oproti zvířatům není u lidí nekróza a degradace původních struktur tak rozsáhlá a dosahuje nanejvýš rozsahu 30 % štěpu. Velká oblast lidského štěpu se zdá být nezměněna, vypadá jako šlašitá struktura s normálním zarovnáním kolagenu a vlnitým vzorem, což naznačuje, že část prvotního štěpu zůstává u lidí zachována. Neovaskularizace se objevuje i u lidského štěpu, ale není tak rozsáhlá jako u zvířecího modelu. Ztráta původního kolagenu byla u lidí pozorována jen v oblasti neovaskularizace, což se shoduje s nálezy u zvířat. Tato zjištění nejspíš vysvětlují, proč časné zatížení a akcelerovaná rehabilitace během prvních třech měsíců nevede k výraznému nárůstu poškození štěpu. Nejvhodnější zatížení musí být dostatečně vysoké tak, aby stimulovalo buňky štěpu k proliferaci a produkci extracelulární matrix a k udržení rovnováhy mezi syntetickými a degradačními procesy, aby byla zachována stabilita štěpu, a ne zas tak vysoké, aby došlo k ohrožení integrity štěpu.

FÁZE LIGAMENTIZACE

Tato fáze plynule navazuje na fázi proliferace. Pokračuje v ní proces remodelace štěpu, který směřuje k morfologii a vlastnostem podobným jako jsou u intaktního předního zkříženého vazu. Ukončení této fáze není přesně definováno, neboť ke změnám na štěpu dochází dokonce i roky po operaci. Stále se diskutuje otázka, zda vůbec někdy dojde k úplnému obnovení mechanické kvality štěpu na úroveň intaktního předního zkříženého vazu, nebo jen dochází k proměně štěpu na něco, co jen připomíná, ale nikdy nemá naprosto shodné vlastnosti s intaktním vazem. Podstatnou roli hraje pozměněná funkční anatomie kolenního kloubu. Operovaný kolenní kloub neposkytuje štěpu stejné stimuly jako zdravý, což má velký vliv na remodelaci štěpu. Ve studiích na zvířatech bylo prokázáno, že během třetího až šestého měsíce dojde k návratu buněčnosti k hodnotám intaktního předního zkříženého vazu. Výzkumy na králících, psech a ovcích ukázaly, že během fáze ligamentizace hojící štěp projde transformací z vlastností původních tkání (patelární vaz, šlachy z hamstringů) k vlastnostem intaktního předního zkříženého vazu za šest měsíců. Jak bylo řečeno, mezi morfologií intaktního vazu a štěpu zůstávají rozdíly, které se týkají především organizace mimobuněčné hmoty. Vlákna kolagenu získávají vzhled, který se mikroskopicky velmi podobá vzhledu intaktního PZV kolem šestého až dvanáctého měsíce po rekonstrukci. Avšak počáteční ztráta vlnitého vzoru kolagenu a jeho přesného paralelního uspořádání, které proběhlo ve fázi proliferace, je ve fázi ligamentizace jen částečně obnoveno. Pravidelné vlnění kolagenních vláken je pozorovatelné již v šestém měsíci, ale dokonce i dva roky po rekonstrukci nedochází k absolutní remodelaci ve srovnání s intaktním PZV, jak bylo pozorováno na ovcích. Heterogenní stavba kolagenních vláken různých průměrů, jaká se vyskytuje u intaktního PZV, není nikdy plně obnovena. Vyšší produkce kolagenu typu III, která byla pozorovatelná v druhé fázi hojení, se sníží během fáze ligamentizace, ale zůstává zřetelně vyšší než u intaktního PZV. Ng a kolektiv (28) potvrdili ve své studii na psech, že rok po rekonstrukci je množství kolagenu III stále vyšší, ale tři roky po operaci se navrátí k hodnotám intaktního PZV. Trvale menší průměr kolagenních vláken a vyšší množství kolagenu typu III vysvětluje nižší mechanickou odolnost štěpu ve srovnání s intaktním PZV. Mechanické vlastnosti štěpu se však významně zlepší během fáze ligamentizace a dosáhnou svého maxima kolem jednoho roku po zákroku. Zatím však žádná studie neprokázala, že všechny specifické vlastnosti hojícího se štěpu by byly z více než z 60 % podobné intaktní-mu PZV.

Na zvířecích modelech je celkové obnovení integrity, mikrostruktury a mechanických vlastností štěpu ukončeno mezi šestým až dvanáctým měsícem hojení. Největší pevnost štěp dosahuje rok po operaci a poté se již nijak výrazně nemění. Vlastnosti původní struktury štěp však nikdy nedosáhne a vedle nevýrazného deficitu mechanických vlastností jsou dominantní rozdíly ve složení mezibuněčné hmoty. Přestože ve fázi proliferace se výsledky ze studií na zvířatech podstatně lišily od studií na lidech, ve fázi ligamentizace se zdá být biologický vývoj remodelace velmi podobný na obou modelech (33). Nicméně doba, kdy nastanou biologické změny, se liší. Rougraff a kolektiv (38) provedli 23 biopsií z lidského štěpu z patelárního vazu, které odebírali v obdobích mezi třetím týdnem až 6,5 rokem po zákroku. Zjistili, že rozsah nekróz štěpu byl mnohem menší mezi 3. až 6. týdnem než tomu bylo u zvířat. Také celková degradace původní tkáně štěpu narůstala mezi 6. až 10. měsícem a pomalu mizela mezi prvním a třetím rokem. Neovaskularizace a hypercelularita se objevovala pomaleji a pokračovala do deseti měsíců, což se liší od pozorování na zvířatech. Rougraff a kolektiv došli k závěru, že fáze proliferace u lidí je oproti zvířecímu modelu zpožděná a nejvyšší remodelační aktivita probíhá mezi 3. až 10. měsícem. Falconiero a kolektiv (10) zjistili, že celularita a vaskulární denzita se vrátily k hodnotám intaktního vazu až mezi 6. až 12. měsícem. Úplná morfologicky hodnotitelná zralost tkáně štěpu nebyla pozorována dříve než před dvanáctým měsícem hojení. Cho a kolektiv (16) a Abe a kolektiv (1) potvrdili, že ve štěpu z patelárního vazu a šlachy z hamstringů dochází k nahrazení kolagenních vláken velkého průměru vlákny menšího průměru, což přetrvává více než dva roky po rekonstrukci, a že tento jev je společný jak pro člověka tak i pro zvířata. Je důležité nezapomínat, že výsledky ze studií na zvířatech se nedají přímo aplikovat na člověka. Biologický proces je podobný, ale intenzita a dynamika remodelace lidského štěpu je podstatně nižší než u zvířecího. U člověka je integrita štěpu méně ohrožena v prvních dvou fázích, což vede k předpokladu, že mechanické vlastnosti jsou zřetelně vyšší než je tomu u zvířat během prvních třech pooperačních měsíců. Přestože u zvířat ani u člověka nedošlo k úplné remodelaci štěpu, klinické studie a zkušenosti ukazují, že se pacient může vrátit k původní pohybové aktivitě s vysokou zátěží štěpu již po šesti měsících.

Studie Magnussena a kolektivu (22) se snažila zjistit, zdali menší průměr štěpu a věk pacienta jsou prediktory časné revize štěpu. 256 pacientům ve věku 11 až 52 let byla provedena rekonstrukce PZV pomocí štěpu z hamstringů, při níž byl změřen průměr štěpu. Autoři došli k závěru, že použití štěpu o průměru menším než 8 mm a věk pacienta nižší než dvacet let je spojen s větším rizikem revizní operace.

Ahn a kolektiv (3) zkoumali, zdali specifická, sval zachovávající technika, nezvyšuje množství komplikací. Potvrdili, že tato technika nemá vliv na vzrůst komplikací ani na zvýšený výskyt kyklopské léze (lokalizovaná přední artrofibróza).

Budoucí výzkumy by se měly zaměřit na optimalizaci chirurgické rekonstrukce tak, aby došlo k úplné obnově funkcí PZV a na hledání optimální biologické terapie, která by zkvalitnila a případně zrychlila hojení štěpu. Právě na urychlení hojení a zlepšení vlastností štěpu pomocí exogenních faktorů se v současné době zaměřuje hlavně obor tkáňového inženýrství a molekulární biologie. Pokusy se zaměřují na použití růstových faktorů (5, 48), mezenchymálních kmenových buněk (20) a dalších metod (6, 8, 11, 25, 26, 35).

VHOJENÍ ŠTĚPU DO KOSTĚNÉHO TUNELU

Vhojení štěpu do stěn kostěného tunelu je jedním z nejdůležitějších faktorů, který ovlivňuje remodelaci a budoucí mechanické vlastnosti štěpu. Normálním spojením předního zkříženého vazu s kostí je takzvaný přímý typ inzerce. Pro tento typ spojení jsou typické čtyři tkáňové vrstvy celkové tloušťky kolem 1 mm, které jsou tvořeny vazivovou tkání, vazivovou chrupavkou, z části mineralizovanou chrupavkou a kompaktní kostí, která přechází ve spongiózu. Tato oblast hraje velmi důležitou mechanickou roli tím, že umožňuje postupný přenos zatížení od měkkých tkání po kost a svou strukturou udržuje pružnost spojení (9).

STUDIE NA ZVÍŘATECH

I když studie na zvířatech mají bezesporu velkou důležitost, nemohou být zcela aplikovány do klinického prostředí, protože zvířecí koleno má jinou kinematiku ve srovnání s lidským, obvykle není kontrolován pooperační režim a celkový metabolismus zvířecího organismu je jiný než u člověka. Výsledky studií se v mnohém výrazně liší a nelze jejich zjištění a výsledky přebírat absolutně. Proto je vždy důležité pečlivě zvážit, které faktory mají vliv na hojení štěpu v kostním tunelu.

Jedním z důležitých faktorů je typ štěpu. Některé experimentální studie zaměřily svoji pozornost na histologické a biomechanické analýzy lišící se podle typu štěpu. Původní výzkumy hojení šlachy v kostěném tunelu ukázaly, že proces probíhá apozicí kosti ve stěně tunelu a tvorbou vazivové tkáně na rozhraní mezi kostí a štěpem, která postupně zraje a upevňuje štěp ke kosti. Současné studie, provedené na extraartikulárním zvířecím modelu, ukazují, že štěp se hojí v kostěném tunelu tvorbou takzvaného nepřímého typu spojení. Toto spojení se skládá z vazivové tkáně obsahující kolmá kolagenní vlákna, připomínající Sharpeyova vlákna, a ty prostupují do kosti bez přechodné vrstvy z vazivové chrupavky. Ve své biomechanické analýze Rodeo a kolektiv (37) ukazují, že hojící se tkáň na rozhraní mezi kostí a štěpem není mechanicky dostačující do osmého týdne hojení a dochází k selhání štěpu kvůli jeho vytažení z tunelu. Experimentální studie, provedené na intraartikulárním modelu po rekonstrukci PZV ze štěpu z hamstringů, potvrzují, že i autologní štěp se hojí v kostěném tunelu vytvořením nepřímého typu spojení na rozhraní kost-štěp, a to pomocí vláken připomínající Sharpeyova vlákna. Nově vytvořená inzerce byla patrná v osmém týdnu po zákroku a zcela vytvořená ve 24. týdnu. Ačkoliv biomechanické testování ukázalo, že štěp zůstává oslaben i během prvního roku po operaci. Zatížení, při kterém dojde k poškození štěpu, má během této doby hodnotu 25-50% zatížení intaktního PZV. Grana a kolektiv (14) se ve svém výzkumu zaměřili na pevnost štěpu v tahu. Použili jednosvazkový štěp ze šlachy m. semitendinosus na králících a pozorovali ho během prvních tří týdnů po operaci. Během tří týdnů došlo k prudkému snížení mechanických vlastností štěpu. Většinou došlo k selhání štěpu kvůli jeho samotnému prasknutí, spíše než kvůli vytáhnutí štěpu z tunelu. Opačný výsledek nalezli ve své studii Goradia a kolektivu (13), kteří použili dvojsvazkový štěp ze šlachy z m. semitendinosus ovcí. Tento dvojsvazkový štěp poté zkoumali v průběhu dvanácti týdnů. Po tuto dobu docházelo k poškození štěpu převážně kvůli jeho vytažení z tunelu. To autory vedlo k závěru, že ještě v období tří měsíců po operaci není štěp kompletně přihojený ke stěnám tunelu. Další autoři zaměřili svou pozornost na proces hojení štěpu s kostěnými bločky, jako je to u štěpu z patelárního vazu. Například Yoshiiya a kolektiv (49) pozorovali hojení štěpu v tunelu na psech, u kterých provedli rekonstrukci předního zkříženého vazu pomocí štěpu z patelárního vazu. Zjistili, že po dvanácti týdnech došlo ke vhojení kostěného bloku na obou koncích štěpu. Po tuto dobu dvanácti týdnů nebyly viditelné žádné známky degenerace ani nekrózy na inzerci štěpu. Dále také pozorovali, že mezi štěpem a stěnami tunelu je vrstva hypercelulární vazivové tkáně, která postupně zraje. Yoshiiyo a spolupracovníci (49) také potvrdili, že morfologie a lokalizace znovu obnoveného upevnění mezi štěpem z patelárního vazu a kostí je více podobné původnímu PZV ve srovnání se štěpem z hamstringů. Další studie potvrzují, že proces hojení je odlišný hlavně pro kostěný blok a pro mezikostní část štěpu. Při vhojení kostěného bloku do stěn tunelu dochází k postupné nekróze, resorpci a remodelaci kostní tkáně. Po 3 měsících není znovu vytvořená kost odlišitelná od okolní kosti. Mezikostní část štěpu se připojuje ke kostěnému tunelu vytvořením nepřímého typu spojení pomocí pronikajících kolagenních vláken, které se jeví dobře uspořádané již v době tří týdnů po zákroku, podobně jako tomu je u hojícího procesu pozorovaném na volném štěpu ze šlachy z hamstringů bez kostěného bloku. Srovnávací studie mezi hojením šlacha na kost a kost na kost na intraartikulárním modelu potvrdily podobné histologické výsledky. Přestože biomechanické testy ukázaly, že hojení kost na kost probíhá rychleji než hojení šlacha na kost, tak u obou typů spojení tkání dojde v době do třetího týdne k selhání vytažením štěpu z tunelu. Mezi 6. - 8. týdnem po operaci se rozhraní kost-kost jeví mechanicky silnější než rozhraní šlacha-kost, ale tyto rozdíly se ztrácely do 12. týdne. Tyto výsledky vedly autory k závěru, že štěp ze šlachy z hamstringů se hojí pomaleji než štěp z patelárního vazu s kostěnými bločky. Proto způsob fixace je důležitější pro štěp z hamstringů hlavně po dobu prvních týdnů po operaci.

Dalším faktorem, který má vliv na hojení štěpu v kostěném tunelu, je kvalita kosti. Je známo, že denzita kosti při srovnání femorálního a tibiálního tunelu se liší. To může ovlivnit kvalitu a míru vhojení štěpu do spongiózní kosti na stěnách tunelu. Studii, která tyto předpoklady potvrzuje, provedl Lui a kolektiv (21) na králících. Zjistili, že v období šesti a dvanácti týdnů má femorální tunel znatelně menší průměr než tibiální, ve femorálním tunelu je větší množství nově vytvořené kostní hmoty a stejně tak i vyšší minerální denzita tkáně. Histologické výsledky ukázaly nižší stupeň remodelace a integrace štěpu v tibiálním tunelu v době mezi šesti a dvanácti týdny po operaci, což nezávisle potvrdila i studie Wena a kolektivu (47).

Jak už bylo zmíněno výše, na kvalitu hojení štěpu v tunelu má vliv i způsob fixace. Například studie Weilera a kolektivu (45) se zabývá takzvanou „pres-fit“ fixací a jejím vlivem na hojení štěpu. Studie byla provedena na ovcích, štěp byl vzat z Achillovy šlachy a fixován pomocí „pres-fit“ fixace se vstřebatelnými šrouby. Ukázalo se, že „pres-fit“ fixace vydrží zatížení bez omezení pohybu a také, že může změnit mechanické vlastnosti štěpu v časné fázi hojení, a to z důvodu možného poškození tkáně v místě zavedení šroubu. Ve své další studii se tito autoři (44) opět zaměřili na stejné téma, tentokrát zkoumali vzorky histologicky pomocí polarizovaného světla a pomocí polychromních fluorescenčních metod. Zjištěná histologická data potvrzují, že „pres-fit“ fixace je výhodná pro vhojení šlachy do kosti, protože vede k rozvoji přímého typu inzerce ligamenta. Studie Hunta a kolektivu (15) porovnávala rozdíly mezi anatomickou (fixace v tunelu pomocí interferenčního šroubu) a neanatomickou fixací (fixace štěpu extrakortikálně) v období do 2 let po operaci u ovcí. Zjistili, že neanatomická fixace umožňuje pohyb štěpu uvnitř tunelu, a tím zpomaluje hojení. U anatomické fixace se po 12. týdnu začíná vyvíjet přímý typ inzerce a plně vyvinutý je po 24. týdnu, zatímco u neanatomické fixace je po 24. týdnu viditelná jen vazivová interzóna, inzerce je u tohoto typu fixace dostatečná až mezi 10. - 12. měsícem.

Dalším faktorem, který má vliv na vlastnosti hojícího se štěpu, je napětí štěpu. Fu a spolupracovníci (12) zkoumali vliv počátečního napětí štěpu na krysách, u kterých při rekonstrukci byl použit musculus flexor digitorum longus. Počáteční napětí u jedné skupiny krys bylo 2N a u druhé 4N. V čase nula bylo u skupiny s počátečním napětí 4N zaznamenán menší instabilita kolena než u skupiny s počátečním napětím 2N. V době 2 týdny po operaci byla opět u skupiny s napětím 4N zaznamenána lepší stabilita a tuhost kloubu a i síla potřebná k vytažení štěpu byla vyšší. Šest týdnů po operaci však již nebyly pozorovány žádné rozdíly mezi oběma skupinami. Z toho vyplývá, že vyšší počáteční napětí podporuje hojení štěpu. K podobným výsledkům došel i výzkum na ovcích Abramowitche a kolektivu (2), kdy v čase nula měl štěp s vyšším počátečním napětím lepší reakci na zatížení 67 N v tibiálním směru, avšak po šesti týdnech se od sebe výsledky štěpů s nižším a vyšším počátečním napětím výrazně nelišily.

Vliv má samozřejmě i operační technika. Sun a kolektiv (41) zjišťovali, jaký vliv na hojení má zachování části svalové tkáně na šlašitém štěpu. Tato studie byla provedena na králících. Z výsledků vyplývá, že technika, kdy dojde k částečnému zachování svalové tkáně na štěpu, podporuje hojení uvnitř kloubu a celkovou remodelaci štěpu, ale pokud je zachováno větší množství svalové tkáně, dochází k snížení pevnosti štěpu.

STUDIE NA LIDECH

Na rozdíl od studií na zvířatech je na toto téma publikováno poměrně málo studií provedených na lidech. Pinczewski a kolektiv (32) odebrali dva vzorky z rozhraní mezi kostí a štěpem pacientům, kteří prošli revizí kvůli poškození štěpu při úrazu, a to šest a deset týdnů po původní rekonstrukci, která byla provedena pomocí štěpu z hamstringů a fixována kovovými interferenčními šrouby. Popsali vhojení štěpu do kosti prostřednictvím kolagenních vláken připomínající Sharpeyova vlákna. Tento typ vláken například fixuje zub v jeho lůžku. Studie Petersena a Laprella (31) srovnává inzerci štěpu ke kosti u štěpu ze šlachy z hamstringů a z patelárního vazu při revizní operaci u 14 pacientů. Autoři zjistili, že inzerce štěpu z patelárního vazu na rozdíl od štěpu z hamstringů připomíná chondrální, přímou inzerci, a má tedy více přirozených vlastností spojení ke kosti než štěp z hamstringů. U štěpu z hamstringů došlo mezi šlachou a kostí k vytvoření vazivového spojení, ve kterém chyběla vrstva vazivové chrupavky, tudíž vláknitá tkáň navazovala přímo na kost, což zvyšuje vulnerabilitu spojení. Ishibashi a kolektiv (17) zkoumali histologické změny na štěpu z patelární šlachy v tibiálním tunelu na vzorcích získaných při revizních operacích 10 pacientů. Zjistili, že u revizí, které proběhly méně než rok po operaci, bylo spojení kost šlacha stále ještě nezralé s přítomností nespecifické granulační tkáně mezi šlachou a stěnami tunelu. U revizí, které byly provedeny déle než za rok po operaci, již nebylo vidět původní rozhraní mezi šlachou a kostí. Šlacha zcela přecházela ve stěny tunelu, prostřednictvím vláken připomínajících Sharpeyova vlákna. Nebelung a kolektiv (27) získali vzorky z femorálního tunelu u 5 pacientů v období 6-14 měsíců po rekonstrukci provedené šlachou z hamstringů. Fixace byla provedena u čtyř pacientů pomocí pinů (hřebíčků) a u jednoho pacienta interferenčním šroubem. U pacientů, kde bylo k rekonstrukci použito pinů, vzorek připomínal nespecifickou granulační tkáň bez souvislých kolagenních vláken mezi štěpem a kostí. Naproti tomu u štěpu, fixovaného pomocí interferenčního šroubu, byla mezi štěpem a kostí viditelná metaplastická vazivová chrupavka. Autoři předpokládali, že fixace pomocí pinů nezabrání zcela mikropohybům, které se přenášejí na rozhraní mezi kostí a štěpem, a tím mohou narušit hojení štěpu v kostěném tunelu. Robert a kolektiv (36) odebrali 12 biopsií z rozhraní štěp-kanál od pacientů, kteří měli 3-20 měsíců po rekonstrukci štěp z hamstringů, který byl fixovaný pomocí pinů (TransFix systém). Histologická analýza vzorků tři měsíce po operaci ukázala fibrovaskulární rozhraní a nekalcifikovaný osteoid s velmi malým množstvím kolagenních vláken mezi štěpem a kostí. V 5. a 6. měsíci po operaci bylo ve vzorcích méně nezralé tkáně a také několik vláken připomínajících Sharpeyova vlákna. Zralost inzerce s početnými vlákny, připomínajícími Sharpeyova vlákna vyskytujícími se na rozhraní šlacha-kost, byla pozorována u vzorků z doby 10 měsíců po operaci. U třech revizí, provedených po roku od rekonstrukce PZV, nebyl viditelný žádný kontakt mezi štěpem a kostí, i když podle klinických výsledků byla stabilita dobrá. Autoři došli k závěru, že při použití fixace pomocí pinů dosáhne štěp z hamstringů zralosti mezi 10. - 12. měsícem po operaci. Všechny tyto studie získaly vzorky pomocí biopsie u pacientů, u kterých došlo k poruše rekonstruovaného PZV a kteří prošli revizní operací. K selhání PZV mohlo dojít právě kvůli špatnému vhojení štěpu. Dokonce ani při úrazu, způsobeném narušením zrekonstruovaného PZV, nemůžeme vyloučit poruchu hojení štěpu v tunelu, která mohla úrazu předcházet. Proto tyto studie mohou být z tohoto důvodu zpochybňovány.

ZÁVĚRY

Remodelace štěpu PZV probíhá ve třech na sebe navazujících fázích. První fázi (do konce 4. týdne po operaci) označujeme jako fázi časného hojení a dochází v ní k aseptické zánětlivé reakci, která provází nekrózu štěpu. Nekróza způsobuje expresi růstového faktoru, což vede k migraci buněk a k začátku proliferace a následně k tvorbě extracelulární hmoty a postupné revaskularizaci. V této fázi také dochází ke změnám kolagenní struktury štěpu, proto je nezbytné optimální zatížení štěpu. V druhé fázi remodelace štěpu (5. – 12. týden) vrcholí buněčná aktivita a dochází ke změnám v extracelulární matrix, z čeho vyplývají nejméně příznivé mechanické vlastnostmi štěpu z celého procesu jeho hojení. Dochází k rozpadu a ke znovutvoření kolagenu ve štěpu (převažuje typ kolagenu III), vše současně s probíhající masivní revaskularizací štěpu. Období mezi 6. – 8. týdnem je nejrizikovějším obdobím z hlediska poškození samotného štěpu. Ve třetí fázi remodelace pokračuje proliferace a přestavba štěpu. Mikroskopická podobnost kolagenu při srovnání s fyziologickým PZV je patrná až kolem 6. – 12. měsíce. I přesto však nacházíme zmenšený průměr vláken kolagenu a větší tvorbu kolagenu typu III v hojícím se štěpu. Kvalita štěpu se již výrazně nemění po roce od náhrady PZV. Tyto skutečnosti nedovolí úplnou obnovu původní síly předního zkříženého vazu.

K vhojení štěpu dochází v různém období mezi 3. – 12. týdnem. Kvalita a rychlost vhojení záleží na mnoha faktorech, hlavně na typu štěpu. Štěp ze šlachy z hamstringů se hojil v tunelu pomocí vytvoření vazivové přechodné vrstvy mezi šlachou a kostí, která obsahuje penetrující vlákna připomínající Sharpeyova vlákna. Toto nově vytvořené rozhraní mezi kostí a šlachou postupně zraje a podobá se nepřímému typu spojení. Kostěný blok štěpu, jako tomu je u štěpu z patelárního vazu, se hojí v kostěném tunelu tím, že dojde k jeho vhojení do okolní kosti a vytvoření nepřímého typu spojení mezi kostí a mezikostní částí štěpu. Hojení kost na kost je rychlejší než hojení šlacha na kost. Odpor, který klade štěp než dojde k jeho vytažení z tunelu, je u obou typů srovnatelný až mezi 8. až 12. týdnem po operaci. Proto potřebují štěpy vysokou fixační sílu a tuhost spojení, aby nedošlo k jejich selhání vytažením z tunelu po dobu prvních dvou měsíců.

Mechanická zátěž může ovlivňovat proces zrání i modifikovat spojení mezi šlachou a kostí. Mezi další faktory, které ovlivňují zrání, je kvalita kosti, fixace, umístění a napnutí štěpu, mezera mezi štěpem a kostí a imobilizace po operaci. Samozřejmě mechanické vlastnosti štěpu jsou během prvních třech týdnů značně sníženy, proto příliš agresivní rehabilitace nebo brzký návrat ke sportovním aktivitám mohou zavinit trvalé prodloužení štěpu, čímž by byly ohroženy výsledky rekonstrukce.

Hodně úsilí se věnuje pokusům o zlepšení a urychlení procesu zrání. Tkáňové inženýrství se snaží získat fyziologický - přímý typ inzerce štěpu, podobně jako tomu je u intaktního PZV, a taktéž urychlit proces vhojení štěpu do kostěného tunelu, aby bylo možné se co nejrychleji navrátit k běžným denním aktivitám a sportu. Studie se hlavně zaměřují na použití kostních proteinů, růstových faktorů, perspektivní se ukazuje i cesta buněčné a genové terapie.

I přes intenzivní výzkum na téma intraartikulárního hojení štěpu není proces a mechanismus remodelace ani vhojení štěpu do stěn tunelu zcela objasněn, nicméně je zřejmé, že po plastice PZV dojde k částečnému obnovení mechanismu kolenního kloubu a je možné srovnatelné zatížení jako u neporušeného PZV.

Adresa pro korespondenci:

PhDr. David Smékal, Ph.D.

Katedra fyzioterapie FTK UP

Tř. Míru 115

771 40 Olomouc

e-mail: david.smekal@upol.cz