Założenia projektu badawczego:

Analiza wieloczynnikowa oceny konfiguracji dysplastycznego stawu biodrowego

poddanego osteotomii okołopanewkowej sposobem berneńskim w aspekcie badań

radiologicznych i klinicznych.

Prof. CMKP dr hab. med. Jarosław CzubakKlinika Ortopedii, Ortopedii i Traumatologii DziecięcejCentrum Medycznego Kształcenia Podyplomowego w Warszawie

Otwock, 2015

1

1. WstępResztkowa dysplazja jest jedną z głównych przyczyn wcześnie

rozwijającej się choroby zwyrodnieniowej stawów biodrowych[3,7,11,17,19,21,24,28,29,34]. W populacji młodych chorych nawet 80-90% choroby zwyrodnieniowej stawów biodrowych rozwija się wtórnie w następstwie dysplazji stawów biodrowych[24,28]. Wada, która została nie rozpoznana lub rozpoznana i nie leczona we wczesnym dzieciństwie przysparza pacjentom trudności w życiu codziennym po zakończeniu wzrostu i rozwoju. Głównymi objawami są ból, ograniczenie ruchomości i utykanie spowodowane niewydolnością mięśni stabilizujących staw biodrowy[28].

Osteotomia okołopanewkowa (periacetabular osteotomy - PAO) sp. berneńskim (1984r.)[3,4,5,6,7,10,11,17,19,21,30,31,34] jest jedną z metod operacyjnego „ratowania” własnego stawu biodrowego chorego. Wykonywana jest w przypadkach dysplazji stawu biodrowego u dorastających i dorosłych. Osteotomia ta obejmuje okołopanewkowe przecięcie kości łonowej, kulszowej i biodrowej. Jej celem jest zmiana konfiguracji panewki dla uzyskania stabilności dysplastycznego stawu biodrowego. Technika osteotomii pozwala na zachowanie tylnej kolumny panewki, przez co gwarantuje stabilność pierścienia miednicznego po jej wykonaniu i pozwala na szybkie podjęcie czynności chodu [7,10]. Metoda ta stała się preferowanym sposobem leczenia dysplazji panewki w stawach biodrowych po zarośnięciu chrząstki ypsilon, czyli po zakończeniu wzrostu. Najistotniejszym jednak jest nie samo wykonanie osteotomii, które jest zawsze wyzwaniem dla chirurga, ale optymalne ustawienie fragmentu panewkowego, pozwalające na uzyskanie maksymalnie odległego dobrego wyniku leczenia. Założeniem tej techniki chirurgicznej jest aby zahamować, opóźnić i przeciwdziałać rozwojowi choroby zwyrodnieniowej stawu biodrowego, potencjalnie mogącej zakończyć się wymianą stawu biodrowego na jego endoprotezę. Cytując Maurice’a Mullera należy stwierdzić, że: „wymieniony sztuczny staw biodrowy ma nieznany, ale z pewnością skończony żywot, podczas gdy staw leczony przy pomocy osteotomii może przetrwać do końca życia”. Badania nad właściwą oceną konfiguracji panewki stawu biodrowego po wykonaniu osteotomii są głównym celem tego projektu badawczego.

2

Ryc. 1. RTG resztkowa dysplazja stawu biodrowego prawego przed (L) i po operacji (P).

2. Istniejący stan wiedzy w zakresie tematyki badań.

Istnieje wiele udokumentowanych i uznanych parametrów oceny konfiguracji stawu biodrowego. Nie pozwalają one jednak ocenić zmiany konfiguracji panewki stawu biodrowego poddanej osteotomii okołopanewkowej. Jednym z parametrów jest tzw. medializacja i dystalizacja fragmentu panewkowego.

Medializacja to przemieszczenie (przybliżenie) fragmentu panewkowego i tym samym całego stawu do osi środkowej ciała.

Dystalizacja jest parametrem korekcji podwichniętego stawu biodrowego w płaszczyźnie czołowej. W dostępnej literaturze brak jest doniesień na temat oceny dystalizacji stawu biodrowego po PAO.

W piśmiennictwie ukazały się natomiast prace opisujące parametr medialzacji po PAO. Autorzy Siebenrock i wsp. [31], Junfeng Zhu i wsp. [34], Clohisy i wsp. [6] oceniali medializację stawu biodrowego po PAO poprzez pomiar odległości miedzy przyśrodkowym brzegiem głowy kości udowej a linią biodrowo-kulszową.

3

Ryc. 2. Medializacja wg. Siebenrock, Junfeng Zhu, Clohisy przed i po operacji [6].

Mimura i wsp. [24] dokonywali pomiarów współczynnika lateralizacji środka głowy kości udowej (HLI- Head lateralization index) po potrójnej osteotomii miednicy.

Ryc. 3.Pomiar HLI wg. Mimura [24].

Z kolei Jae Suk Chang i wsp. [2] mierzyli DBSPFH (distance between symphysis pubis and femoral head) u chorych poddanych PAO z dysplazją stawów biodrowych i deformacją głowy kości udowej. Tanaka

4

i wsp. [27] oceniali medializację na podstawie pomiaru DBSPFH i wskaźnika lateralizacji głowy kości udowej (HLI) przy użyciu tomografii komputerowej 3D. Autorzy zwrócili uwagę na trudności w powtarzalności wyznaczenia środka głowy kości udowej co ma duże znaczenie przy pomiarach wielkości milimetrów.

Ryc. 4. Medializacja wg. Jae Suk Chang [2], Tanaka [27].

Mavcic B. i wsp [22] dokonywali matematycznych obliczeń rozkładu naprężeń w zdrowym i dysplastycznym stawie biodrowym, w którym udowodnili 2-krotnie większe naprężenia sił działających na dysplastyczny staw biodrowy.

Ryc. 5. Rozkład sił w stawie biodrowym wg Mavcic [22].

Delp i Malloney [9] opisali wpływ medializacji i dystalizacji środka stawu biodrowego na siłę mięśni odwodzicieli biodra. Autorzy przedstawili znaczący wpływ obniżenia środka stawu biodrowego na siłę oraz ramię dźwigni mięśni odwodzicieli biodra. Ich zdaniem największy wpływ na zmianę układu sił mięśni ma jednoczesna medializacja i dystalizacja środka stawu biodrowego.

Uzasadnieniem do podjęcia badań jest poszukiwanie wartości powyższych parametrów medializacji oraz dystalizacji stawu biodrowego. Występuje potrzeba obiektywnej oceny parametrów po operacji. Wydaje się, że niejednokrotnie oceniane one są życzeniowo jako poprawne

5

podczas śródoperacyjnej kontroli pod monitorem RTG przez przeprowadzającego zabieg chirurga..

Medializacja i dystalizacja stawu biodrowego są istotnymi parametrami ze względu na repozycję głowy kości udowej i tym samym przybliżenie jej do kości kulszowej. Pozycja ta stwarza warunki do poprawy stabilizacji dynamicznej stawu i wydłuża ramię dźwigni mięśni pośladkowych. Zwiększa to moment siły stabilizującej staw biodrowy i zmniejsza ramię siły masy własnej człowieka działającej na staw (Ryc. 1) [6,10,12,21,25,28,32].

Ryc. 6 Układ sił działających na staw biodrowy [25].

Cytowane badania pozbawione są oceny klinicznej stabilności stawu biodrowego w oparciu o wydolność mięśni pośladkowych. Uzasadnieniem do podjęcia badań jest również przeprowadzenie oceny klinicznej wydolności mięśni odwodzicieli stawu biodrowego. Podjęcie badań wiąże się z wprowadzeniem nowego radiologicznego parametru medializacji i dystalizacji stawu biodrowego oraz parametru kątowego opisującego zmianę konfiguracji stawu biodrowego.

3. Cel naukowy projektu.

Celem projektu jest weryfikacja parametru medializacji i dystalizacji stawu biodrowego w pooperacyjnej ocenie korekcji. Następnie przeprowadzona zostanie korelacja wyników radiologicznych z oceną kliniczną stawów biodrowych.

Bezpośrednim celem pracy jest:- skonstruowanie parametru medializacji i dystalizacji stawu

biodrowego poddanego PAO- ocena radiologiczna zmiany konfiguracji przestrzennej stawu

biodrowego poddanego PAO- ocena kliniczna chorych po wykonaniu PAO w aspekcie stabilności i

funkcji m. odwodzicieli stawu biodrowego

4. Materiał

6

Badanie podzielone zostanie na trzy części:1. Część pierwsza - Pomiary radiometryczne stawu biodrowego.

Do pomiarów radiologicznych stawów biodrowych wykorzystano preparaty miednic kostnych ze znacznikami będące własnością Kliniki. Preparaty miednic są preparatami wzorcowymi zdrowych stawów biodrowych z prawidłowo wykształconymi panewkami.

2. Część druga – Retrospektywna ocena radiologiczna dysplastycznych stawów biodrowych leczonych metodą PAO oraz ocena radiologiczna zdrowych stawów biodrowych.

Ocenie retrospektywnej zostaną poddane radiogramy grupy chorych leczonych metodą PAO w Klinice Ortopedii, Ortopedii i Traumatologii Dziecięcej. W latach 2003-2014 wykonano ok. 650 osteotomii okołopanewkowych.

Grupę kontrolną stanowić będą osoby bez rozpoznania choroby dysplastycznej stawów biodrowych, będące hospitalizowane w SPSK Otwock z innych przyczyn m.in. konflikt udowo-panewkowy, złamania szyjki kości udowej, bóle krzyża.

3. Część trzecia - Prospektywna ocena kliniczna i radiometryczna zmiany medializacji i konfiguracji stawu biodrowego po PAO.

Grupę chorych do oceny prospektywnej stanowić będą pacjenci Kliniki Ortopedii, Ortopedii i Traumatologii Dziecięcej leczeni operacyjnie metodą PAO. W ciągu roku operowanych jest ok. 80 chorych ww metodą.

Kryteria włączenia do badania:- objawowa resztkowa dysplazja stawów biodrowych- pełna i poprawna dokumentacja radiologiczna z okresu leczenia- zakończony proces leczenia (usunięcie materiału zespalającego)- zrost kostny w miejscu osteotomii

Kryteria wyłączenia z badania: - wytworzona wtórna panewka stawu biodrowego, - chorzy wcześniej poddani operacjom panewki stawu biodrowego, - chorzy z deformacją głowy kości udowej

5. Metodyka

1. Część pierwsza – Pomiary radiometryczne stawu biodrowegoOcena radiometryczna w oparciu o modele kostne miednic pozwoli

na właściwe zorientowanie przestrzenne oznaczonych punktów kostnych, które zostają poddane reorientacji przestrzennej podczas wykonania

7

manewru korekcji stawu biodrowego. Wykonane będą zdjęcia radiologiczne w pozycji McKibbina [23] w projekcji przednio-tylnej. Etap ten jest wprowadzeniem do badań retrospektywnych.

Ryc. 7. Model miednicy kostnej w pozycji McKibbina [23].

2. Część druga – Retrospektywna ocena radiologiczna dysplastycznych stawów biodrowych leczonych metodą PAO oraz ocena radiologiczna zdrowych stawów biodrowych.

Ocena radiometryczna zdjęć RTG przez dokonanie pomiarów kąta Wiberga (CEA- center edge angle)[33], wskaźnik panewkowo-głowowy Heymana i Herndona (FHC- femoral head coverage)[13] oraz wprowadzone przez nas „nowe” parametry medializacji, dystalizacji i reorientacji stawu biodrowego jako kąt biodrowo-kulszowy.

Parametr medializacji stawu biodrowego jest odcinkiem łączącym linię pośrodkową ciała i najbardziej przyśrodkowy brzeg głowy kości udowej.

8

Ryc. 8. Pomiar medializacji stawu biodrowego (x).

Parametr dystalizacji stawu biodrowego jest odcinkiem łączącym linię podstawową łączącą guzy kulszowe większe kości kulszowej i najbardziej dolny brzeg głowy kości udowej.

Ryc. 9 Pomiar dystalizacji stawu biodrowego (y).

Kąt biodrowo-kulszowy zawarty jest miedzy linią biodrowo-kulszową i linią podstawową łączącą guzy kulszowe większe kości kulszowej.

9

Ryc. 10. Pomiar kąta biodrowo-kulszowego (k).

Badanie dysplastycznych stawów biodrowych oraz zdrowych służyć ma jako badanie wzorcowe. Eksperyment ten pozwoli na ocenę zgodności i powtarzalności wyników oraz ustalenia średnich wartości w ocenie stopnia zaawansowania resztkowej dysplazji stawu biodrowego w aspekcie radiologicznym. Dla wybranych chorych pomiary „nowych” parametrów będą powtórzone wielokrotnie przez autora (ocena błędu badacza) oraz przez inną osobę doświadczoną w ortopedii (ocena błędu metody).

Porównanie to pozwoli zweryfikować prawidłowość „nowych” parametrów. Uzyskanie zadowalającego efektu w pierwszej fazie badań będzie warunkiem kontynuowania prac badawczych.

3. Część trzecia – Prospektywna ocena kliniczna i radiometryczna zmiany konfiguracji stawu biodrowego po PAO.

W prospektywnej ocenie radiologicznej wykonane będą wystandaryzowane zdjęcia radiologiczne w projekcji przednio-tylnej. Chory ułożony na plecach, odległość aparatu do kliszy wynosić będzie 100cm, promień Roentgena padał będzie prostopadle do kliszy na wysokości 5cm powyżej spojenia łonowego[15]. Kończyna dolna ustawiona w rotacji wew. 20st.[1]. Zdjęcia RTG opracowywane będą w programie CareStream Solution.

Dokonywane będą określone pomiary radiometryczne jak w części II badania. Po włączeniu chorego do badań częstotliwość kontroli radiologicznej będzie przeprowadzana wg standardowej procedury pooperacyjnej.

10

Najważniejsze pomiary będą przeprowadzane przed operacją, podczas pierwszej kontroli (6tyg.) po operacji oraz po usunięciu materiału zespalającego. Wszystkie pomiary dokonane będą przez jednego badacza.

Kryteria włączenia do badania pozostają takie jak w części II badania. Ocena kliniczna prowadzona będzie w oparciu o klasyfikację Crowe [8], McKay’a[26], Harris Hip Score[14,34] oraz formularz Merle d’Aubigne-Postel[5,30,31].

Badany będzie również objaw Trendelenburga i Duchenn’a[18, 21] oraz Hip Lag Sign[16] celem oceny wydolności mięśni pośladkowych stabilizujących staw biodrowy. Do oceny ww badania wykorzystana będzie specjalna miara oraz wykonane będą zdjęcia fotograficzne.

Odpowiednie formularze i badanie chorego będą przeprowadzone równolegle z ocena radiologiczną.

Uzyskane wyniki pomiarów, zostaną poddane analizie statystycznej z wykorzystaniem odpowiednich testów dla parametrów zależnych. Wybór testu statystycznego będzie uzależniony od właściwości i skali rozkładu zmiennych.

3. Oczekiwane wyniki

Uzyskane wyniki zostaną poddane analizie wieloczynnikowej celem oceny wartości wprowadzonych przez nas parametrów radiologicznych, oceną kliniczną oraz funkcjonalną chorego poddanego leczeniu operacyjnemu.

Oczekujemy, że „nowe” parametry radiologiczne określające zmianę konfiguracji stawu biodrowego pomogą w ocenie klinicznej stabilności i wydolności mięśni odwodzicieli biodra.

Wierzymy w to, że nasze parametry znajdą zastosowanie w ocenie resztkowej dysplazji stawu biodrowego, jak również do śródoperacyjnej oceny korekcji stawu biodrowego i pooperacyjnej kontroli chorych.

4. Literatura1. Babst D. MD,.“The Iliocapsularis MuscleAn Important Stabilizer in the Dysplastic Hip.”Clin Orthop Relat Res (2011) 469:1728–1734

2. Chang Jae Suk, M.D. i wsp. “Periacetabular Osteotomy in Hip Dysplasia with Deformed Femoral Head”J Korean Orthop Assoc 2008; 43: 718-727

3.Charles L. i wsp.“Do Fluoroscopy and Postoperative Radiographs Correlatefor Periacetabular Osteotomy Corrections?”Clin Orthop Relat Res (2012) 470:3508–3514

4.Christoph E. i wsp.

11

“Impingement Adversely Affects 10-year SurvivorshipAfter Periacetabular Osteotomy for DDH.”Clin Orthop Relat Res (2013) 471:1602–1614

5.Clohisy, John C.“Periacetabular OsteotomyA Systematic Literature Review”Clin Orthop Relat Res (2009) 467:2041–2052

6. Clohisy John C i wsp.“MEDIAL TRANSLATION OF THE HIP JOINT CENTER ASSOCIATEDWITH THE BERNESE PERIACETABULAR OSTEOTOMY”Iowa Orthop J. 2004; 24: 43–48.

7.Czubak Jarosław Rozprawa habilitacyjna: „ Konfiguracja panewki stawu biodrowego po osteotomii miednicy według Degi w aspekcie badań morfologicznych, klinicznych

radiologicznych.” Poznań 2000r.

8. Crowe JF, Mani VJ, Ranawat CS. „Total hip replacement in congenital dislocation and dysplasia of the hip.” J Bone Joint Surg Am. 1979;61:15–23.

9. Delp Scott L. &William Maloney“Effects of hip center location on the moment- generating capacity of the muscles.”J. Biomechanics Vol. 26, No. 4/5, pp. 485-499, 1993

10. Dede Ozgur,MD, W.TimothyWard“Bernese Periacetabular Osteotomy in the Surgical Management of Adolescent Acetabular Dysplasia”Oper Tech Orthop 23:127-133

11. Fujii Masanori MD i wsp.“Pelvic Deformity Influences Acetabular Version and Coveragein Hip Dysplasia”Clin Orthop Relat Res (2011) 469:1735–1742

12. FRANK GOTTSCHALK i wsp“The functional anatomy of tensor fasciae lataeand gluteus medius and minimus.”J. Anat. (1989), 166, pp. 179-189

13. Heyman CH, Herndon CH. “Legg-Perthes disease; a method for the measurement of the roentgenographic result. “J Bone Joint Surg Am. 1950;32:767–778.

14. Hiroshi Ito i wsp.“Three-dimensional computed tomography analysisof non-osteoarthritic adult acetabular dysplasia.”Skeletal Radiol (2009) 38:131–139

15. JEREMIĆ D., B. JOVANOVIĆ i wsp.“SEX DIMORPHISM OF POSTURAL PARAMETERS OF THE HUMAN ACETABULUM”Arch. Biol. Sci., Belgrade, 63 (1), 137-143

16. Kaltenborn A.“The Hip Lag Sign - Prospective Blinded Trial of a NewClinical Sign to Predict Hip Abductor Damage.”PLoS ONE 9(3): e91560. doi:10.1371/journal.pone.0091560; March 12, 2014

17. Lankester. B.J.A., M.F. Gargan“Adolescent hip dysplasia”Current Orthopaedics (2004) 18, 262–272

18. Lee Osung, M.D., Jeong Joon Yoo, M.D. i wsp.“Short to Midterm Results of Bernese Periacetabular Osteotomy for Hip Dysplasia”J Korean Orthop Assoc 2013; 48: 433-440

19. Leunig Michael, Reinhold Ganz„Bernese periacetabular osteotomy“Current Orthopaedics (2007) 21, 100–108

20. Lubovsky Omri i wsp.

12

“Acetabular orientation: anatomical and functional measurement”Int J CARS (2012) 7:233–240

21. Marciniak W., A. Szulc„Wiktora Degi ortopedia i rehabilitacja.” PZWL 2008. p. 171-180

22. Mavcic , B. Pompe “Mathematical estimation of stress distribution in normal anddysplastic human hips.”Journal of Orthopaedic Research 20 (2002) 1025–1030

23. McKibbin B. i wsp.„ Anatomical factors In the stabulity of the hip joint In the newborn.”J. bone Joint Surgery, 1970; 52B: 148-159

24. Mimura T., Kanji Mori,“Triple pelvic osteotomy: Report of our mid-term results andreview of literature”World J Orthop 2014 January 18; 5(1): 14-22

25. Mirza Saqeb B, Douglas G. Dunlop“Basic Science Considerations in Primary Total Hip Replacement Arthroplasty”The Open Orthopaedics Journal, 2010, 4, 169-180

26. Mossad El-Tayeby Hazem“One-stage hip reconstruction in late neglected developmentaldysplasia of the hip presenting in children above 8 years of age”J Child Orthop (2009) 3:11–20

27. Moriyama Tanaka Y. Sh. I wsp. ‘’Analysis of medialisation of the femoral head In periacetabular osteotomy using three-dimensional computer tomography’’Med. Bull. Fukuoka Uniw. 41(1). 7-15, 2014

28. Naito Masatoshi, MD, Yoshinari Nakamura, MD„Curved periacetabular osteotomy for the treatment of dysplastic hips.”Clin Orthop Surg. 2014 Jun;6(2):127-37.

29. Patil Sanjeev, D.A. Sherlock„The Chiari medial displacement osteotomy”Current Orthopaedics (2007) 21, 109–114

30. SIEBENROCK KLAUS A i wsp.“Periacetabular Osteotomy: the Bernese Experience”THE JOURNAL OF BONE & JOINT SURGERY; MARCH 2001

31. SIEBENROCK KLAUS A i wsp.“Mean 20-year followup of Bernese periacetabular osteotomy.”Clin Orthop Relat Res. 2008 Jul;466(7):1633-44.

32. Thompson Dave PThttp://moon.ouhsc.eduDepartment of Rehabilitation Science, 1988-2001The University of Oklahoma

33. Wiberg G. “Studies on dyspalstic acetabulaand congenital subluxation of the hip joint.”Acta Chir. Scand., 1939; Suppl.58

34. Junfeng Zhu i wsp.“Mid-term results of Bernese periacetabular osteotomyfor developmental dysplasia of hip in middle aged patients.”International Orthopaedics (SICOT) (2013) 37:589–594

B. MCKIBBIN, SHEFF

13

14