Comparative evaluation of the effectiveness of autological bone marrow aspirate concentrate and platelete-rich plasma injected intraosseously in the treatment of the knee osteoarthritis

Full Text

Патогенез ОА рассматривается как каскад взаимосвязанных патологических изменений в суставе и окружающих его структурах, характеризующийся ремоделированием субхондральной кости, деструктивной потерей суставного хряща, воспалением синовиальной оболочки, формированием остеофитов и дегенеративными изменениями капсульно-связочного аппарата [1].

Ранее считалось, что хрящ является метаболически неактивной структурой, ввиду отсутствия в нем сосудов и нервов, однако позже было доказано существование множества каналов и проводящих путей в кальцифицированных слоях костной пластинки, позволяющих доставлять гуморальные факторы и биологически активные молекулы к хрящу [2, 3, 4].

По мнению многих авторов, патологические изменения микроархитектоники субхондральной кости являются отправной точкой ОА, инициирующие все последующие процессы и приводящие к деградации суставного хряща. Результатом тесной взаимосвязи суставного хряща и субхондральной кости является остеохондральная единица, способная выполнять амортизационную, регенеративную и трофическую функции [3, 5, 6].

Микропереломы субхондральных структур, трабекулярный отек и ишемия костного мозга, происходящие в результате перегрузки остеохондральной единицы, провоцируют нарушение клеточного метаболизма, вследствие чего происходит бесконтрольная экспрессия цитокинов и металлопротеиназ, приводящих к дисбалансу гомеостаза с последующей деградацией хряща [3, 7, 8].

Клеточные факторы, содержащиеся в ортобиологических препаратах, способны оказывать антиапоптотическое, противовоспалительное и регенеративное воздействия, что позволяет им целенаправленно влиять на патогенетические механизмы развития ОА [6, 9]. Накопленные знания о внутрикостном применении ортобиологических препаратов при лечении ОА не позволяют всесторонне оценить их эффективность, а их характеристика в сравнительном аспекте и без того крайне мала.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Сравнительная оценка эффективности внутрикостных инъекций аутологичных ККМ и ОТП, при лечении пациентов с ОА коленного сустава II–III стадии по классификации Kellgren – Lawrence (K-L).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Дизайн исследования. Материалами для многоцентрового рандомизированного исследования, проведенного с 2016 по 2021 г., послужили результаты лечения 40 пациентов с ОА коленного сустава. Из них 27 женщин и 13 мужчин, средний возраст составлял (67,0 ± 7,8) года, длительность заболевания – (17,3 ± 3,7) мес., индекс массы тела не превышал (32,7 ± 4,8). На основании жалоб, данных анамнеза и лучевых методов диагностики (МРТ и рентгенография) у 22 пациентов была выявлена вторая стадия заболевания, у 18 – третья по классификации K-L.

Критериями включения в научное исследование являлись: первичный ОА коленного сустава II или III стадии по классификации K-L, наличие зон трабекулярного отека костного мозга в области мыщелков бедренной или (и) большеберцовой костей по данным МРТ, интенсивность болевого синдрома не менее 6 баллов по визуальной аналоговой шкале (ВАШ), недостаточная эффективность проведенного ранее консервативного лечения.

Из исследования были исключены пациенты моложе 45 лет, ВИЧ-инфицированные, носители антигенов к вирусам гепатита В и С, а также лица с заболеваниями крови и (или) костного мозга с наличием сопутствующих патологий внутренних органов в стадии декомпенсации и обследуемые, в анамнезе которых наблюдались онкологические заболевания. Также исключающими критериями являлись:

- наличие острого воспалительного процесса;

- проведение любого хирургического лечения на коленном суставе в последние 6 мес. до начала исследования;

- внутри- и (или) околосуставные инъекции глюкокортикостероидов, препаратов гиалуроновой кислоты или ортобиологических продуктов в течение 6 мес. до первичного осмотра.

Сорок включенных в исследование пациентов были разделены на 2 клинические группы методом простой рандомизации. Лечение, проводимое в основной группе (n = 19), заключалось в однократной внутрикостной инъекции концентрата костного мозга (ККМ) в зону трабекулярного отека костного мозга мыщелков бедренной или (и) большеберцовой костей, а в группе сравнения (n = 21) была выполнена аналогичная процедура, но с использованием обогащенной тромбоцитами плазмы (ОТП).

Для определения локализации и распространенности перегрузочного отека костного мозга всем пациентам выполняли МРТ. На Т1-взвешенных изображениях визуализировали снижение интенсивности сигнала, на Т2-взвешенных изображениях с жироподавлением и на коротких последовательностях «восстановления – инверсии» (STIR) выявляли высокую интенсивность сигнала (рис. 1).

Техника подготовки препарата и инъекции. Забор крови и приготовление ОТП выполняли в условиях процедурного кабинета или перевязочной при соблюдении необходимых правил асептики и антисептики. Согласно методике YCELLBIO PRP (Корея), двухкратно центрифугировали кровь пациента и получали 3 мл ОТП, которую центрировали в узком перешейке пробирки и забирали при помощи шприца (рис. 2) Количество тромбоцитов в готовом препарате составляло 962 ± 40 × 10⁹/л.

Забор аспирата костного мозга и получение его концентрата осуществляли в операционной или перевязочной. В положении пациента лежа на спине или на боку, несколько кзади от передней верхней ости по ходу гребня подвздошной кости, проводили инфильтрацию мягких тканей до контакта иглы с серединой кортикальной площадки гребня 2%-м раствором лидокаина. Далее, используя троакар Jamshidi (11G), вращательными движениями проникали сквозь кортикальную пластинку на глубину 30–50 мм. После чего выполняли забор аспирата костного мозга в объеме 30 мл. Причем во время забора костного мозга изменяли направление острия троакара в толще губчатой кости с целью минимизации попадания цельной крови пациента в шприц. Полученный аспират был смешан с 5 мл раствора гепарина и помещен в стерильные контейнеры для дальнейшего сепарирования. Центрифугирование осуществляли согласно оригинальной методике (патент РФ № 2763250) при скорости 2400 об./мин длительностью 20 мин. После разделения костного мозга на фракции, одна из которых с высоким содержанием мезенхимальных клеток, была извлечена при помощи шприца. Концентрацию мононуклеарных клеток, часть из которых представлена мезенхимальными, в готовом ККМ определяли методом проточной цитофлуометрии, применяя антитела к CD34, CD14, CD73, CD105, CD90.

 

Рис. 1. МРТ-картина трабекулярного отека костного мозга внутренних мыщелков бедренной и большеберцовой костей: a, б – T1-взвешенные изображения; в, г – T2-взвешенные изображения с подавлением жира

 

Рис. 2. Этапы приготовления ОТП: а – центрирование лейкотромбоцитарного стоя в перешейке пробирки YCELLBIO; б – забор лейкотромбоцитарного слоя при помощи шприца

 

Внутрикостные инъекции ККМ и ОТП выполняли в условиях операционной. Используя 2%-й раствор лидокаина, инфильтрировали мягкие ткани по внутренней или наружной поверхности коленного сустава на 2 см проксимальнее и на 2 см дистальнее уровня суставной щели. Троакары вводили в кость вкручивающими движениями под углом 45 градусов по отношению к оси конечности и продвигали на глубину 1,5 см, достигнув субхондральных структур. Позиционирование троакаров оценивали с помощь электронно-оптического преобразователя (ЭОП) в 2 стандартных проекциях (рис. 3).

Результаты лечения интерпретировали через 1, 3, 6 и 12 месяцев после выполнения инъекций. Функциональное состояние коленного сустава и интенсивность болевого синдрома оценивали при помощи шкал: ВАШ, WOMAC (Western Ontario and MCMaster Universities osteoarthritis index) и Лекена. Удовлетворенность лечением устанавливали на основании шкалы вербальной оценки удовлетворенности пациентов (ШВОУ). Объективные показатели динамики патологических изменений по данным МРТ определяли по шкале WORMS спустя 3, 6 и 12 месяцев после начала исследования.

 

Рис. 3. Расположение троакаров при внутрикостном введении ККМ в область мыщелков бедренной и большеберцовой костей: a – расположение троакаров относительно уровня суставной щели (синяя стрелка); б, в – позиционирование троакаров в прямой и боковой проекциях под контролем ЭОП

 

Статистическую обработку результатов проводили с применением методов математической статистики, используя программу Excel 2016, Office XP. Анализ параметров с нормальным распределением выполняли с помощью t-критерия Стьюдента, оценивая степень несовпадения средних арифметических М₁ и М₂ в отношении дисперсии σ₂. Анализ непараметрических количественных признаков осуществляли с использованием критерия Фридмана, в основе которого лежит ранжирование повторных измерений для каждого объекта выборки.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Концентрация тромбоцитов в ОТП приближалась к 962 ± 40 × 10⁹/л и была в пределах рекомендуемого интервала показателей для данного ортобиологического препарата. Медиана лейкоцитов составляла 9,7 ± 1,4 × 10⁹/л, что давало основания отнести используемую нами ОТП к плазме с низким содержанием вышеуказанных клеток. Помимо основных составляющих в плазме также присутствовали следы эритроцитов (<1 × 10⁶ мкл) [2, 3].

При выполнении клеточного анализа аспирата костного мозга количество мононуклеарных клеток в нем достигало 17,4 ± 9,6 × 10⁶/мл. После центрифугирования в полученном концентрате их количество повышалось до 98,5 ± 7,2 × 10⁶/мл и было близким к показателям ряда других подобных исследований [4, 10].

Все пациенты обеих клинических групп (n = 40) достигли промежуточных и конечной точек исследования. Оценка результатов проведенной терапии была выполнена через 1, 3, 6 и 12 месяцев после внутрикостного введения ортобиологических препаратов. Результаты наблюдений обеих исследуемых групп в контрольные сроки представлены в табл. 1, 2.

Анализ полученных данных показал, что в ранние сроки наблюдений (3 и 6 месяцев) комплаенс пациентов оказался выше после введения ККМ (65 и 55 % положительных отзывов), тогда как в группе ОТП приверженность к лечению была ниже (55 и 45 % положительных отзывов), однако через 12 месяцев разницу регистрировали как несущественную.

 

Таблица 1. Результаты лечения пациентов группы ОТП

Шкала	Срок наблюдения					Статистическая значимость
	до лечения	1 мес.	3 мес.	6 мес.	12 мес.
ШВОУ - отлично - хорошо - удовлетворительно - неудовлетворительно	–	1 13 6 1	1 11 8 1	0 8 11 3	0 5 10 6	–
WOMAC	61,2 ± 0,3	32,3 ± 0,6	36,7 ± 0,5	41,3 ± 0,4	42,5 ± 0,6	χ2r = 80,95; p < 0,01
Индекс Лекена	10,7 ± 0,2	5,2 ± 0,2	5,6 ± 0,3	5,9 ± 0,5	6,1 ± 0,8	χ2r = 39,7; p < 0,01
ВАШ	6,4 ± 0,3	3,8 ± 0,8	3,9 ± 0,5	4,0 ± 0,2	4,2 ± 0,1	χ2r = 33,81; p < 0,01

 

Таблица 2. Результаты лечения пациентов группы ККМ

Шкала	Срок наблюдения					Статистическая значимость
	до лечения	1 мес.	3 мес.	6 мес.	12 мес.
ШВОУ - отлично - хорошо - удовлетворительно - неудовлетворительно	–	4 11 4 –	1 11 6 1	0 10 7 2	0 6 8 5	–
WOMAC	59,3 ± 0,8	21,5 ± 0,4	25,8 ± 0,3	33,4 ± 0,7	40,6 ± 0,3	χ2r = 76; p < 0,01
Индекс Лекена	10,3 ± 0,4	4,1 ± 0,2	5,0 ± 0,6	5,4 ± 0,3	5,8 ± 0,7	χ2r = 37,18; p < 0,01
ВАШ	5,9 ± 0,7	2,3 ± 0,6	2,5 ± 0,4	2,7 ± 0,4	3,9 ± 0,3	χ2r = 36,04; p < 0,01

 

Интерпретация результатов по ВАШ показала явный обезболивающий эффект при использовании обоих ортобиологических препаратов. Однако наиболее эффективное снижение болевого синдрома наблюдалось при внутрикостном применении ККМ, нежели ОТП в первые 6 месяцев исследования. Стоит отметить, что через 12 месяцев различия были статистически не значимы.

Соотношение динамики усредненных показателей шкалы Лекена к стартовым значениям указывало на статистически значимое снижение индекса тяжести ОА в обеих группах пациентов. Однако при сравнении исследуемых групп между собой, в группе ККМ эффект от лечения был более выраженным в течение всего срока наблюдения, особенно в первые 3 месяца.

Корреляция величин индекса WOMAC в обеих группах пациентов с первоначальным уровнем этого показателя демонстрировала статистически значимые различия, прослеживающиеся на всех контрольных точках наблюдения. Невзирая на общую тенденцию к отрицательной динамике по данным индекса WOMAC, отмеченную в обеих группах пациентов с 3-го по 12-й месяц исследования, увеличение показателей наблюдалось в большей степени после применения ОТП, в отличие от использования ККМ (P < 0,01).

Объективным показателем регресса болевого синдрома и нормализации клеточного метаболизма субхондральных структур являлось значительное сокращение объема или вовсе исчезновение зон трабекулярного отека костного мозга, что подтверждалось уменьшением гиперинтенсивных участков по данным МРТ (рис. 4) [8].

 

Рис. 4. Регресс трабекулярного отека костного мозга внутреннего мыщелка бедренной кости после введения ККМ: a – до введения; б – через 3 месяца

 

Непосредственно перед началом лечения с каждым из пациентов обсуждался возможный риск возникновения нежелательных явлений. После внутрикостного введения ортобиологических препаратов у 5 (26,3 %) пациентов основной группы и 4 (19,04 %) исследуемых из группы сравнения были выявлены нежелательные явления – увеличение болевого синдрома и отек мягких тканей коленного сустава. Выявленные побочные реакции нивелировались в течение недели после процедуры. Стоит отметить, что 7 (36,8 %) пациентам группы ККМ и 5 исследуемым из группы ОТП оказалось необходимым назначение анальгетиков на протяжении нескольких дней.

С 2020 г. рядом известных международных ассоциаций внутрисуставные инъекции ОТП были включены в список эффективных средств лечения ОА коленного сустава и рекомендованы в формате применения терапии второй линии [5, 10].

Согласно актуальным данным, биологические эффекты ОТП могут проявлять себя и оказывать воздействие на хронически протекающие воспалительный и дегенеративный процессы, улучшая гомеостаз синовиальной среды сустава [5].

Противовоспалительные свойства ОТП реализуются посредством биологических механизмов, главную роль в которых занимает модулирующее воздействие факторов роста на все три фазы воспалительного процесса при помощи координации с трансмембранными рецепторами клеток и активации внутриклеточных сигналов [3].

Принято считать, что для осуществления репаративной и противовоспалительной способностей содержание тромбоцитов в ОТП должно превышать нормальную концентрацию этих клеток в периферической крови в 4–5 раз (1000 × 10³ мк/л), однако на данный момент этот вопрос остается дискуссионным [4].

Весомый вклад в регуляцию воспалительного процесса в суставе вносят находящиеся в ОТП лейкоциты. Высокая концентрация последних способствует преобладанию катаболических процессов над анаболическими ввиду большого количества провоспалительных медиаторов, что клинически может проявляться усилением боли и синовитом. С другой стороны, противомикробные свойства лейкоцитов создают безопасные условия для применения ОТП [7].

В работе Y. Kobayashi с соавт. пришли к выводу, что ОТП форсирует миграцию и способствует хондрогенной дифференцировке клеток-предшественников, локализующихся в субхондральных структурах. Высокое их содержание в синовиальной среде сустава, указывающее на более тяжелое течение ОА, уменьшается до близких к нормальным показателям в результате внутрикостного применения ОТП. Параллельно с этим ОТП корректирует экспрессию TGF-β посредством ингибирования сигналов в стромальных клетках костного мозга, тем самым вызывая подавление дегенеративных процессов в гиалиновом хряще.

Если рассуждать о более целесообразном способе использования ОТП, многие авторы в своих работах отдают предпочтение комбинированному методу введения препарата. Впервые одновременное введение плазмы внутрикостно и в полость сустава было предложено M. Sanchez с соавт. в 2016 г. Позднее авторы представили материалы изучения двух групп, состоящих из 60 человек с ОА III–IV стадии по K-L, которым проводилось однократное внутрисуставное применение ОТП либо в сочетании с внутрикостной инъекцией. Исходя из оценки показателей лечения, статистически значимые преимущества оказались у сочетанного способа введения [3].

Представителем другой группы ортобиологических препаратов, используемых у пациентов основной когорты, является аутологичный ККМ, считающийся перспективным с позиции патогенетического лечения ОА. Мезенхимальные стромальные клетки (МСК), входящие в состав ККМ, располагают более разносторонним потенциалом влияния на клеточном и молекулярном уровнях, нежели ОТП, невзирая на тот факт, что концентрация мезенхимальных клеток, равная 0,01 %, после центрифугирования возрастает всего до 0,1 %. Следует учесть, что увеличение концентрации МСК в концентрате костного мозга влечет за собой потенцирование терапевтического эффекта в противовес ОТП, которая характеризуется разнонаправленным действием в зависимости от ее клеточной концентрации [4, 7].

Регуляторная деятельность МСК заключается в стимуляции дифференцировки и пролиферации окружающих клеток в остеогенном, хондрогенном или адипогенном направлениях. Секреция же большого количества факторов роста, цитокинов, хемокинов, демонстрирующих индуцирующее воздействие на стромальные клетки и оказывающих антиапоптотическое, ангиогенное, иммуномодулирующее, а также антисептическое действия, обуславливает паракринный эффект МСК. Концентрат костного мозга содержит и иные клетки, в частности тромбоциты, концентрация которых после центрифугирования возрастает, равно как и в ОТП, что влечет за собой своеобразный синергизм воздействия на ткани и дополняет ККМ биологическими свойствами, присущими плазме [10].

Сравнение внутрикостного и внутрисуставного путей введения 40 мл ККМ описано в работе P. Hernigou с соавт., согласно которой субхондральное введение ККМ в бедренную и большеберцовую кости одного сустава и внутрисуставное использование в другом суставе показало клиническую прерогативу применения первой из методик. Объективный анализ состояния участков повреждения субхондральной кости посредством МРТ опять-таки подтверждал целесообразность внутрикостного пути введения ККМ [7].

Кроме этого, терапевтическая ценность комбинированного введения ККМ рассматривалась и подтвердилась E. Kon с соавт. в пилотном многоцентровом проспективном групповом исследовании, в ходе которого пациентам проводилось одномоментное внутрисуставное и внутрикостное введение ККМ, в результате чего было отмечено значительное уменьшение болевого синдрома по шкале ВАШ, сокращение зон отека костного мозга, улучшение функционального состояния коленного сустава по шкалам IKDC и KOOS [4, 9].

Ограничения исследования. К недостаткам проведенного исследования необходимо отнести небольшое количество респондентов, отсутствие группы плацебо, применение оценочных шкал, основой которых являются субъективные данные пациентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Однократное внутрикостное субхондральное введение ККМ предпочтительно аналогичному введению ОТП по большинству показателей: уменьшение уровня болевого синдрома, улучшение функции коленного сустава и повышение физической активности пациентов как в ранние, так и в поздние сроки наблюдения. Оба метода лечения не влекут за собой серьезных осложнений, но не лишены нежелательных прогнозируемых реакций в виде усиления болевого синдрома и параартикулярного отека в течение нескольких дней после процедуры.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

About the authors

Vladimir V. Kondrashenko

Volgograd State Medical University

Author for correspondence.
Email: vovamail2009@yandex.ru

Postgraduate Student of the Department of Traumatology, Orthopedics and Military Field Surgery

Russian Federation, Volgograd

Dmitry A. Malanin

Volgograd State Medical University; Volgograd Medical Scientific Center

Email: malanin67@mail.ru

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Traumatology, Orthopedics and Military Field Surgery, Volgograd State Medical University, Volgograd Medical Research Center

Russian Federation, Volgograd; Volgograd

Vladimir D. Sikilinda

Rostov State Medical University

Email: sikilinda_vd@rostgmu.ru

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Traumatology and Orthopedics

Russian Federation, Rostov-on-Don

Andrey I. Gorbatenko

Rostov State Medical University

Email: gorbatenkophmd@gmail.com

Candidate of Medical Sciences, Associate Professor of the Department of Traumatology and Orthopedics

Russian Federation, Rostov-on-Don

Maxim V. Demeshchenko

Volgograd State Medical University; Volgograd Medical Scientific Center

Email: maximus275@yandex.ru

Candidate of Medical Sciences, Associate Professor of the Department of Traumatology, Orthopedics and Military Field Surgery, Volgograd State Medical University, Volgograd Medical Research Center

Russian Federation, Volgograd; Volgograd

Valentina N. Perfilova

Volgograd State Medical University; Volgograd Medical Scientific Center

Email: vnperfilova@volgmed.ru

Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Pharmacology and Biopharmaceutics, Volgograd State Medical University, Volgograd Medical Research Center

Russian Federation, Volgograd; Volgograd

Natalia O. Kostyanaya

Southern Federal University

Email: mornatalia@yandex.ru

Biologist, D.I. Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

References

Supplementary files