Journal of Orthopaedic Research

Việc hình thành xương và sụn trong phôi và quá trình sửa chữa và thay thế ở người lớn liên quan đến thế hệ của một số lượng nhỏ tế bào được gọi là tế bào gốc trung mô. Những tế bào này phân chia, và thế hệ con của chúng trở nên gắn kết với một con đường kiểu hình đặc trưng cụ thể, một dòng tế bào với các bước riêng biệt và, cuối cùng, các tế bào giai đoạn cuối tham gia vào việc chế tạo một loại mô đặc trưng, chẳng hạn như sụn hoặc xương. Các kích thích địa phương (các yếu tố ngoại sinh) và tiềm năng gen (các yếu tố nội sinh) tương tác ở mỗi bước của dòng tế bào để kiểm soát tỷ lệ và kiểu hình đặc trưng của các tế bào trong mô đang hình thành. Nghiên cứu về các tế bào gốc trung mô này, dù được phân lập từ phôi hay người lớn, cung cấp cơ sở cho sự xuất hiện của một công nghệ điều trị mới liên quan đến việc sửa chữa tế bào tự thân. Việc phân lập, mở rộng phân bào và giao hàng hướng đến vị trí của các tế bào gốc tự thân có thể điều chỉnh quá trình sửa chữa nhanh chóng và đặc hiệu của các mô xương.

Hệ thống dấu hiệu bên ngoài đơn giản và các thuật toán để tính toán chuyển động góc khớp chi dưới trong quá trình đi bộ trên mặt phẳng đã được phát triển và triển khai trên hệ thống phân tích chuyển động video hỗ trợ máy tính (VICON). Khái niệm về trục nhúng và góc quay Euler đã được sử dụng để định nghĩa chuyển động góc khớp ba chiều dựa trên một tập hợp các dấu hiệu bề mặt cơ thể. Phân tích dáng đi đã được thực hiện trên 40 người trưởng thành trẻ bình thường ba lần vào ba ngày thử nghiệm khác nhau, cách nhau ít nhất 1 tuần, sử dụng hệ thống dấu hiệu. Chuyển động góc của khớp hông, đầu gối và cổ chân cũng như của xương chậu đã được thu thập trong suốt một chu kỳ đi bộ bằng cách sử dụng các quỹ đạo ba chiều của các dấu hiệu. Ảnh hưởng của sự không chắc chắn trong việc định nghĩa trục nhúng lên các góc khớp đã được chứng minh thông qua phân tích độ nhạy. Các sai số trong việc ước lượng chuyển động góc khớp đã được định lượng theo mức độ sai số trong việc xây dựng các trục nhúng. Những hạn chế của mô hình và hệ thống dấu hiệu trong việc đánh giá dáng đi bệnh lý cũng được thảo luận. Số lượng tương đối nhỏ các dấu hiệu bề mặt cơ thể được sử dụng trong hệ thống khiến nó dễ dàng triển khai cho việc sử dụng trong các đánh giá dáng đi lâm sàng hàng ngày. Thêm vào đó, dữ liệu được trình bày trong bài báo này sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho việc mô tả và so sánh các mẫu dáng đi bệnh lý.

Tính lặp lại của các biến gait là một yếu tố quan trọng trong việc áp dụng kết quả phân tích đi bộ định lượng trong lâm sàng. Các biện pháp thống kê đã được sử dụng để đánh giá tính lặp lại của các dữ liệu sóng động học, động lực học và điện cơ cũng như các tham số không gian-thời gian của 40 chủ thể bình thường. Các chủ thể được đánh giá ba lần vào mỗi ngày thử nghiệm và trong ba ngày thử nghiệm khác nhau khi đi bộ với tốc độ tự nhiên hoặc tốc độ mà họ ưa thích. Tính lặp lại trong cùng một cá nhân rất tốt cho dữ liệu động học trong mặt phẳng sagital cả trong một ngày thử nghiệm lẫn giữa các ngày thử nghiệm. Đối với chuyển động góc khớp trong mặt phẳng trán và mặt phẳng ngang, tính lặp lại tốt trong cùng một ngày thử nghiệm và kém giữa các ngày thử nghiệm. Tính lặp lại kém giữa các ngày của chuyển động góc khớp trong mặt phẳng trán và mặt phẳng ngang được ghi nhận là có phần do sự biến thiên trong sự căn chỉnh của các dấu hiệu. Lực phản ứng thẳng đứng và lực cắt trước-sau có tính lặp lại tốt hơn lực cắt từ bên sang bên. Momen khớp trong mặt phẳng sagital có tính lặp lại tốt hơn so với momen trong mặt phẳng trán hoặc mặt phẳng ngang. Đối với dữ liệu điện cơ, tính lặp lại trong cùng một ngày tốt hơn một chút so với giữa các ngày thử nghiệm. Nhìn chung, kết quả cho thấy rằng với những người tham gia đi bộ với tốc độ tự nhiên hoặc ưa thích của họ, các biến gait có tính lặp lại khá cao. Những quan sát này cho thấy có thể hợp lý khi đưa ra các quyết định lâm sàng quan trọng dựa trên kết quả của một lần đánh giá đi bộ.

Thói quen đi bộ của các đối tượng bình thường và bệnh nhân bị biến dạng varus ở khớp gối đã được nghiên cứu thông qua việc phân tích sự tương tác giữa các bộ giữ ổn định động lực (cơ bắp) và thụ động (dây chằng) ảnh hưởng đến sự ổn định bên của khớp gối. Một mô hình xác định tĩnh đã dự đoán rằng moment khớp gối ở giai đoạn giữa của quá trình đứng sẽ gây ra sự mở khớp bên nếu không có lực cơ đối kháng và/hoặc sự kéo trước ở các mô mềm bên ngoài khớp gối. Nhóm bệnh nhân có xu hướng bù đắp cho moment giai đoạn giữa cao bằng cách đi bộ với kiểu dáng đi yêu cầu nhiều lực cơ hơn (lực gập - duỗi lớn hơn). Kiểu đi bộ này làm giảm nguy cơ mở khớp bên. Có thể suy đoán rằng kiểu dáng đi bộ này sẽ giúp duy trì sự thăng bằng tại khớp gối. Lực cơ cao hơn sẽ hỗ trợ trong việc chống lại moment khép khớp, giữ cho khớp không mở ra bên ngoài và do đó tăng cường độ ổn định của khớp gối.

Để phát triển một kỹ thuật cho việc sản xuất một vết gãy xương thí nghiệm kín tiêu chuẩn, một thiết bị mới đã được thiết kế và thử nghiệm trên 40 con chuột Sprague-Dawley đực. Đầu tiên, xương đùi được điều trị bằng một chốt Steinmann đặt trong tủy xương. Sau đó, thân xương đùi đã bị gãy bằng cách sử dụng một chiếc guillotine cùn được điều khiển bởi một trọng lượng rơi xuống. Về mặt hình ảnh chụp X-quang, kỹ thuật này đã cho ra một vết gãy ngang có thể tái tạo cao. Có sự nén gãy tối thiểu và độ nghiêng tối thiểu của chốt tủy. Về mặt mô học, tổn thương mô mềm là rất ít. Kiểm tra cơ học cho thấy tất cả các vết gãy đều đã liền. Việc tháo chốt diễn ra dễ dàng mà không gây rối loạn vùng gãy đã lành. Thiết bị này đơn giản để sử dụng và kinh tế khi xây dựng. Nhờ vào việc sử dụng thiết bị này, một mô hình gãy xương kín có thể tái tạo cao đã được thiết lập.

Hiện tượng tiêu xương do mảnh vụn do polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao gây ra là một trong những yếu tố chính hạn chế tuổi thọ của các ca phẫu thuật thay khớp háng toàn phần. Polyethylene nối chéo được biết đến là cải thiện khả năng chống mài mòn trong một số ứng dụng công nghiệp, và các cốc acetabular polyethylene nối chéo đã cho thấy khả năng chống mài mòn cải thiện trong hai nghiên cứu lâm sàng. Trong nghiên cứu hiện tại, các cốc polyethylene nối chéo được sản xuất bằng hai phương pháp. Các cốc được nối chéo hóa học được sản xuất bằng cách trộn một chất peroxide với bột polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao và sau đó tạo hình các cốc ngay lập tức. Các cốc nối chéo bằng bức xạ được sản xuất bằng cách chiếu xạ thanh polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao thông thường bằng bức xạ gamma với các liều lượng khác nhau từ 3.3 đến 100 Mrad (1 Mrad = 10 kGy), làm tan chảy các thanh để loại bỏ các gốc tự do còn lại (tức là, để giảm thiểu quá trình ôxi hóa lâu dài), và sau đó gia công các cốc bằng các kỹ thuật thông thường. Trong các thử nghiệm mô phỏng khớp háng kéo dài đến 5 triệu chu kỳ, cả hai loại cốc nối chéo đều thể hiện khả năng chống mài mòn được cải thiện một cách đáng kể. Việc lão hóa nhân tạo các cốc bằng cách nung nóng trong 30 ngày trong không khí ở 80°C đã gây ra quá trình ôxi hóa ở các cốc nối chéo hóa học. Tuy nhiên, một cốc nối chéo hóa học đã được lão hóa trong 2.7 năm ở nhiệt độ phòng chỉ xảy ra ôxi hóa rất ít. Do đó, việc liệu có xảy ra ôxi hóa rõ rệt của polyethylene nối chéo hóa học ở nhiệt độ cơ thể hay không vẫn chưa rõ ràng. Các cốc được nối chéo bằng bức xạ có khả năng chống ôxi hóa rất tốt. Vì việc nối chéo có thể làm giảm sức bền kéo tối đa, sức bền mỏi và độ kéo dài đến lúc thất bại của polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao, nên liều lượng nối chéo tối ưu cung cấp sự cân bằng giữa các thuộc tính vật lý này và khả năng chống mài mòn của cấy ghép, và có thể giảm đáng kể tỷ lệ mắc phải tiêu xương do mài mòn trong các ca phẫu thuật thay khớp háng toàn phần.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng khớp gối của thỏ New Zealand Trắng để tiến hành một nghiên cứu cơ bản nhằm xác định khả năng tự nhiên của sụn trong việc lành các khuyết tật mà không làm gãy đĩa dưới sụn. Một thí nghiệm thứ hai đã được thực hiện để xem xét ảnh hưởng của các tế bào chondrocyte tự thân được nuôi cấy trong ống nghiệm đối với tỷ lệ lành của những khuyết tật này. Để xác định xem liệu có bất kỳ sụn tái cấu trúc nào là kết quả từ việc cấy ghép tế bào chondrocyte, một thí nghiệm thứ ba đã được tiến hành với các cấy ghép tế bào chondrocyte đã được đánh dấu trước khi cấy ghép bằng một dấu hiệu phóng xạ hạt nhân. Kết quả đã được đánh giá bằng cả kính hiển vi ánh sáng định tính và định lượng. Kết quả vĩ mô từ các mẫu cấy ghép cho thấy sự giảm đáng kể tình trạng viêm màng hoạt dịch và các thay đổi thoái hóa khác. Trong các khuyết tật đã nhận được cấy ghép, một lượng sụn đáng kể đã được tái cấu trúc (82%) so với các mẫu đối chứng chưa cấy ghép (18%). Autoradiography trên sụn tái cấu trúc cho thấy có các tế bào được đánh dấu đã được kết hợp vào ma trận sửa chữa.

Dù có các phương pháp điều trị hiện tại cho chấn thương khớp cấp tính, hơn 40% những người bị rách dây chằng hoặc sụn chêm nghiêm trọng, hoặc chấn thương mặt khớp sẽ phát triển bệnh viêm khớp thoái hóa (OA). Tương ứng, 12% hoặc hơn số bệnh nhân mắc OA ở chi dưới có tiền sử chấn thương khớp. Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng chấn thương khớp cấp tính xảy ra vào thời điểm chấn thương khởi phát một chuỗi sự kiện có thể dẫn đến tổn thương mặt khớp tiến triển. Các can thiệp phân tử mới, kết hợp với các phương pháp phẫu thuật đang phát triển, nhằm mục đích giảm thiểu hoặc ngăn ngừa tổn thương mô tiến triển do chấn thương khớp kích hoạt. Việc tận dụng tiềm năng tiến bộ trong điều trị chấn thương khớp để ngăn chặn OA sẽ phụ thuộc vào những tiến bộ trong (1) các phương pháp định lượng đánh giá mức độ nghiêm trọng của chấn thương, bao gồm cả tổn thương cấu trúc và phản ứng sinh học, (2) hiểu biết về sinh bệnh học của OA sau chấn thương, xem xét các tương tác tiềm năng giữa các mô khác nhau cũng như vai trò của sự không tương xứng và mất ổn định sau chấn thương, và (3) ứng dụng nghiên cứu kỹ thuật và phân tử để phát triển các phương pháp mới điều trị các khớp bị chấn thương. Bài báo này nổi bật những tiến bộ gần đây trong hiểu biết về tổn thương cấu trúc và phản ứng sinh học cấp tính sau chấn thương khớp, và nó xác định những hướng quan trọng cho nghiên cứu trong tương lai. © 2011 Hiệp hội Nghiên cứu Chấn thương Chỉnh hình Xuất bản bởi Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 29:802–809

Dây chằng chéo trước có một cấu trúc sợi phức tạp và không được coi là một cấu trúc đồng nhất. Các phương pháp tái tạo dây chằng chéo trước hiện nay thành công trong việc ổn định khớp gối, nhưng không phục hồi hoàn toàn động học của khớp gối bình thường cũng như không tái tạo được chức năng bình thường của dây chằng. Để cải thiện kết quả của việc tái tạo, có thể cần phải tái tạo chức năng phức tạp của dây chằng chéo trước nguyên vẹn trong mảnh ghép thay thế. Chúng tôi đã khảo sát lực in situ trong chín dây chằng chéo trước lấy từ người cũng như phân phối lực giữa các bó trước trong và bó sau ngoài của dây chằng dưới tác dụng của tải trọng tibi trước từ 22 đến 110 N tại các góc gập khớp gối từ 0 đến 90°. Phân tích được thực hiện bằng cách sử dụng một thiết bị robot kết hợp với một cảm biến lực-mô men đa năng. Lực in situ được xác định mà không cần thiết bị gắn vào dây chằng, trong khi khớp gối được cho phép di chuyển tự do dưới tác dụng của các tải trọng áp dụng. Chúng tôi phát hiện rằng lực in situ trong dây chằng chéo trước dao động từ 12.8 ± 7.3 N dưới tải trọng tibi trước 22 N ở gốc gập 90° đến 110.6 ± 14.8 N dưới tải trọng 110 N tại gốc gập 15°. Cường độ lực in situ trong bó sau ngoài lớn hơn so với bó trước trong tại các góc gập khớp gối từ 0 đến 45°, đạt tối đa 75.2 ± 18.3 N tại 15° gập khớp gối dưới tải trọng tibi trước 110 N. Cường độ lực in situ trong bó sau ngoài bị ảnh hưởng đáng kể bởi góc gập khớp gối và tải trọng tibi trước theo cách tương tự như ở dây chằng chéo trước. Ngược lại, cường độ lực in situ trong bó trước trong vẫn tương đối ổn định, không thay đổi khi có sự thay đổi góc gập. Có sự khác biệt đáng kể về hướng của lực in situ giữa bó trước trong và bó sau ngoài chỉ được tìm thấy ở các góc gập 0 và 60° và chỉ dưới các tải trọng tibi trước lớn hơn 66 N. Chúng tôi đã chứng minh sự không đồng nhất của dây chằng chéo trước dưới các tải trọng tibi trước không bị ràng buộc. Dữ liệu của chúng tôi cũng gợi ý rằng để mảnh ghép thay thế dây chằng chéo trước tái tạo được lực in situ của dây chằng chéo trước bình thường, các kỹ thuật tái tạo cần xem xét vai trò của bó sau ngoài bên cạnh vai trò của bó trước trong.