Η οστεοτομία στο κεντρικό τριτημόριο της περόνης στη χειρουργική αντιμετώπιση της πρωτοπαθούς οστεοαρθρίτιδας του γόνατος

Abstract

Introduction: Knee osteoarthritis is one of the most common degenerative disorders of the musculoskeletal system and represents a major cause of chronic pain, functional limitation and deterioration of quality of life. Medial tibiofemoral compartment involvement is particularly frequent and is closely associated with varus lower-limb alignment and increased mechanical loading of the medial compartment. In this context, unloading procedures are of particular interest, as they aim to modify load distribution across the knee, improve symptoms and preserve the native joint in selected patients. Fibular osteotomy has been proposed as a less invasive unloading procedure; however, its clinical effectiveness and biomechanical effects require further investigation. Aim The aim of the present doctoral thesis was to clinically and biomechanically investigate fibular osteotomy in the surgical treatment of primary knee osteoarthritis with predominant medial compartment involvement or symptoms. In the clinical part, the safety and effectiveness of the procedure were assessed in terms of pain relief, functional improvement and changes in health-related quality of life. In the biomechanical part, finite element analysis was used to investigate the effect of fibular osteotomy on stress distribution both in the native knee joint and in a total knee arthroplasty model. Materials and Methods: The clinical part consisted of a prospective single-centre cohort study conducted in a Greek population. Twenty-seven patients underwent a total of 30 fibular osteotomies. Patients had primary knee osteoarthritis with predominant medial compartment involvement or medial-sided symptoms, with radiographic severity classified as Kellgren-Lawrence grade II, III or IV. Clinical assessment was performed preoperatively and postoperatively up to 12 months using the VAS, Knee Society Score, Oxford Knee Score, KOOS-Jr and EQ-5D-5L scales. Postoperative complications, with particular emphasis on symptoms related to the peroneal nerve, as well as conversion to total knee arthroplasty during follow-up, were also recorded. In the biomechanical part, four patient-specific three-dimensional finite element models were developed: native knee joint without fibular osteotomy, native knee joint after fibular osteotomy, total knee arthroplasty without fibular osteotomy and total knee arthroplasty after fibular osteotomy. Bone geometry was based on computed tomography data, whereas soft tissues and ligamentous structures were reconstructed using magnetic resonance imaging data. The models were subjected to axial loading scenarios of 600 N, 1500 N and 1800 N. The maximum mechanical values were evaluated at the tibial articular surface, the tibial plateau region after arthroplasty, the bone cement mantle and the cement-bone interface. Results: In the clinical part, statistically significant and clinically meaningful improvement was observed in all assessment scales at 12 months. The 12-month clinical outcome analysis included 29 knees, as one knee was converted to total knee arthroplasty before the 12-month assessment. VAS pain score decreased by 4.4 points, whereas the Knee Society Score increased by 27.9 points, the Oxford Knee Score by 14.8 points, the KOOS-Jr by 20.6 points and the EQ-5D-5L by 0.27. One knee was converted to total knee arthroplasty because of persistent pain. Symptoms related to the peroneal nerve were recorded in 11 cases; however, they were transient and resolved completely by 6 months.In the biomechanical part, fibular osteotomy was associated with reductions in the maximum mechanical values in the native knee joint by 25.0%, 20.8% and 19.4% under loads of 600 N, 1500 N and 1800 N, respectively. In the total knee arthroplasty model, the reduction in the tibial plateau region was smaller but consistently present, with corresponding decreases of 3.3%, 9.3% and 11.7%. In the bone cement mantle, maximum stresses decreased by 20.0%, 18.3% and 23.3%, respectively, whereas at 1800 N the shear stress at the cement-bone interface decreased by 14.0%. Conclusions: The present thesis indicates that fibular osteotomy may represent a potentially useful unloading technique in appropriately selected patients with primary knee osteoarthritis and predominant medial compartment involvement. In the clinical part, the procedure was associated with significant pain reduction, functional improvement and gains in health-related quality of life at 12 months, with an acceptable short-term safety profile. In the biomechanical part, finite element analysis demonstrated altered load distribution after fibular osteotomy, with a more pronounced effect in the native knee joint and additional reductions in stresses within the bone cement mantle and at the fixation zone of the tibial component in the arthroplasty model. These findings support the potential clinical and biomechanical role of fibular osteotomy, although they do not allow direct clinical generalisation and highlight the need for larger, comparative and long-term studies.

Εισαγωγή:Η οστεοαρθρίτιδα του γόνατος αποτελεί μία από τις συχνότερες εκφυλιστικές παθήσεις του μυοσκελετικού συστήματος και σημαντική αιτία χρόνιου πόνου, λειτουργικού περιορισμού και έκπτωσης της ποιότητας ζωής. Η προσβολή του έσω κνημομηριαίου διαμερίσματος είναι ιδιαίτερα συχνή και συνδέεται στενά με τη ραιβή ευθυγράμμιση του κάτω άκρου και την αυξημένη μηχανική φόρτιση του έσω διαμερίσματος. Στο πλαίσιο αυτό, οι επεμβάσεις αποφόρτισης παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς στοχεύουν στη μεταβολή της κατανομής των φορτίων στο γόνατο, στη βελτίωση των συμπτωμάτων και στη διατήρηση της άρθρωσης σε επιλεγμένους ασθενείς. Η οστεοτομία της περόνης έχει προταθεί ως λιγότερο επεμβατική τεχνική αποφόρτισης, ωστόσο η κλινική της αποτελεσματικότητα και η εμβιομηχανική της επίδραση χρειάζονται περαιτέρω τεκμηρίωση. Σκοπός Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η κλινική και εμβιομηχανική διερεύνηση της οστεοτομίας της περόνης στη χειρουργική αντιμετώπιση της πρωτοπαθούς οστεοαρθρίτιδας του γόνατος με επικρατούσα συμμετοχή ή συμπτωματολογία από το έσω διαμέρισμα. Ειδικότερα, στο κλινικό σκέλος αξιολογήθηκαν η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητα της μεθόδου ως προς τη μείωση του πόνου, τη βελτίωση της λειτουργικότητας και τη μεταβολή της σχετιζόμενης με την υγεία ποιότητας ζωής. Στο εμβιομηχανικό σκέλος διερευνήθηκε, με ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων, η επίδραση της οστεοτομίας στη μηχανική κατανομή των τάσεων τόσο στη φυσική άρθρωση του γόνατος όσο και σε μοντέλο ολικής αρθροπλαστικής γόνατος. Υλικό και Μέθοδος: Στο κλινικό σκέλος πραγματοποιήθηκε προοπτική μονοκεντρική μελέτη κοόρτης σε ελληνικό πληθυσμό. Συμπεριλήφθηκαν 27 ασθενείς, στους οποίους πραγματοποιήθηκαν συνολικά 30 οστεοτομίες περόνης. Οι ασθενείς παρουσίαζαν πρωτοπαθή οστεοαρθρίτιδα γόνατος με επικρατούσα συμμετοχή ή συμπτωματολογία από το έσω διαμέρισμα και ακτινολογική βαρύτητα κατά Kellgren-Lawrence σταδίων II, III και IV. Η κλινική αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε προεγχειρητικά και μετεγχειρητικά έως τους 12 μήνες, με χρήση των κλιμάκων VAS, Knee Society Score, Oxford Knee Score, KOOS-Jr και EQ-5D-5L. Καταγράφηκαν επίσης οι μετεγχειρητικές επιπλοκές, με έμφαση σε συμπτώματα σχετιζόμενα με το περονιαίο νεύρο, καθώς και η ανάγκη μετατροπής σε ολική αρθροπλαστική γόνατος. Στο εμβιομηχανικό σκέλος αναπτύχθηκαν τέσσερα ασθενο-ειδικά τρισδιάστατα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων: φυσική άρθρωση του γόνατος χωρίς οστεοτομία, φυσική άρθρωση μετά από οστεοτομία της περόνης, ολική αρθροπλαστική γόνατος χωρίς οστεοτομία και ολική αρθροπλαστική γόνατος μετά από οστεοτομία. Η γεωμετρία των οστικών δομών βασίστηκε σε δεδομένα αξονικής τομογραφίας, ενώ οι μαλακοί ιστοί και οι συνδεσμικές δομές ανακατασκευάστηκαν με βάση δεδομένα μαγνητικής τομογραφίας. Τα μοντέλα υποβλήθηκαν σε αξονικά σενάρια φόρτισης 600 N, 1500 N και 1800 N. Αξιολογήθηκαν οι μέγιστες μηχανικές τιμές στην κνημιαία αρθρική επιφάνεια, στην αρθρική περιοχή του κνημιαίου πλατώ μετά την αρθροπλαστική, στον μανδύα οστικού τσιμέντου και στη διεπιφάνεια τσιμέντου-οστού. Αποτελέσματα: Στο κλινικό σκέλος, στους 12 μήνες παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική και κλινικά ουσιαστική βελτίωση σε όλες τις κλίμακες αξιολόγησης. Η ανάλυση των κλινικών εκβάσεων στους 12 μήνες πραγματοποιήθηκε σε 29 γόνατα, καθώς ένα γόνατο μετατράπηκε σε ολική αρθροπλαστική πριν από τη δωδεκάμηνη αξιολόγηση. Ο πόνος κατά VAS μειώθηκε κατά 4,4 μονάδες, ενώ το Knee Society Score αυξήθηκε κατά 27,9 μονάδες, το Oxford Knee Score κατά 14,8 μονάδες, το KOOS-Jr κατά 20,6 μονάδες και το EQ-5D-5L κατά 0,27. Ένα γόνατο μετατράπηκε σε ολική αρθροπλαστική λόγω εμμένοντος πόνου. Συμπτώματα σχετιζόμενα με το περονιαίο νεύρο καταγράφηκαν σε 11 περιπτώσεις, ήταν όμως παροδικά και υποχώρησαν πλήρως έως τους 6 μήνες. Στο εμβιομηχανικό σκέλος, η οστεοτομία της περόνης συσχετίστηκε με μείωση των μέγιστων μηχανικών τιμών στη φυσική άρθρωση του γόνατος κατά 25,0%, 20,8% και 19,4% στα φορτία των 600 N, 1500 N και 1800 N, αντίστοιχα. Στο μοντέλο ολικής αρθροπλαστικής γόνατος, η μείωση στην αρθρική περιοχή του κνημιαίου πλατώ ήταν μικρότερη αλλά σταθερά παρούσα, με αντίστοιχες μειώσεις 3,3%, 9,3% και 11,7%. Στον μανδύα οστικού τσιμέντου παρατηρήθηκε μείωση των μέγιστων τάσεων κατά 20,0%, 18,3% και 23,3%, ενώ στο φορτίο των 1800 N η διατμητική τάση στη διεπιφάνεια τσιμέντου-οστού μειώθηκε κατά 14,0%. Συμπεράσματα: Η παρούσα διατριβή δείχνει ότι η οστεοτομία της περόνης μπορεί να αποτελέσει δυνητικά χρήσιμη τεχνική αποφόρτισης σε κατάλληλα επιλεγμένους ασθενείς με πρωτοπαθή οστεοαρθρίτιδα του γόνατος και επικρατούσα συμμετοχή του έσω διαμερίσματος. Στο κλινικό σκέλος, η μέθοδος συσχετίστηκε με σημαντική μείωση του πόνου, βελτίωση της λειτουργικότητας και καλύτερη σχετιζόμενη με την υγεία ποιότητα ζωής στους 12 μήνες, με αποδεκτό βραχυπρόθεσμο προφίλ ασφάλειας. Στο εμβιομηχανικό σκέλος, η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων ανέδειξε μεταβολή της κατανομής των φορτίων μετά την οστεοτομία, με εντονότερη επίδραση στη φυσική άρθρωση και επιπλέον μείωση των τάσεων στον μανδύα οστικού τσιμέντου και στη ζώνη καθήλωσης της κνημιαίας συνιστώσας στο μοντέλο αρθροπλαστικής. Τα ευρήματα υποστηρίζουν τον πιθανό κλινικό και εμβιομηχανικό ρόλο της οστεοτομίας της περόνης, χωρίς όμως να επιτρέπουν άμεση γενίκευση, και αναδεικνύουν την ανάγκη για μεγαλύτερες, συγκριτικές και μακροχρόνιες μελέτες.