Bioinżynieria zamiast endoprotez – rozmowa z prof. Tadeuszem Niedźwiedzkim

Przypuszczalnie dojdzie do odkrycia genu, który decyduje o starzeniu się chrząstki stawowej. Jeśli znajdziemy przyczyny tych procesów, będziemy mogli je blokować

Z prof. Tadeuszem Niedźwiedzkim rozmawia Krystyna Rożnowska

Panie profesorze, jakie schorzenia leczą dzisiaj ortopedzi najczęściej?
– Bardzo częste są operacje wszczepiania endoprotez stawów biodrowych i kolanowych, zresztą nie tylko w Polsce, w krajach o wysokiej cywilizacji wykonuje się ich jeszcze więcej. W Stanach Zjednoczonych przeprowadza się rocznie ponad
600 tys. takich operacji, w Anglii – 160 tys., a u nas ok. 40-50 tys. Przyczyną zwyrodnienia stawów jest obecny styl życia, głównie brak ruchu i nadwaga. Zwyrodnienia kręgosłupa stwierdza się już u połowy 50-latków i prawie u wszystkich 60-latków. Jednak ludzie jakoś sobie z tym radzą, stosują rehabilitację, masaże, ale gdy stawy biodrowe czy kolanowe są bardzo zniszczone, po prostu się je wymienia. Takie leczenie operacyjne zaczęto wprowadzać w latach 60., najpierw wszczepiano stawy biodrowe. Co prawda wcześniej próbowano różnych zabiegów, które miały poprawić stan tych stawów, ale dość szybko ich leczenie zdominowała protoplas-
tyka. Z latami zwiększyła się liczba schorzeń stawów kolanowych wymagających wszczepienia protezy. Dzisiaj stosuje się ich coraz więcej, prawie tak dużo jak protez stawu biodrowego.
Czy nie można wcześniej korygować i leczyć zmian w stawach, by nie dopuścić do tak dużego ich zniszczenia?
– Chorzy przychodzą do ortopedy, dopiero gdy zmiany w stawach są tak zaawansowane, że na jakiekolwiek inne leczenie niż operacyjne jest już za późno. Gdyby wcześniej np. korygowano zaburzenia osi stawów kolanowych, tak by obciążenia rozkładały się równomiernie, to prawdopodobnie udałoby się przedłużyć ich żywotność, przynajmniej o kilka czy kilkanaście lat.
Kiedyś wszczepienie protezy wiązało się z dość dużym ryzykiem.
– Efekty takich operacji są coraz lepsze, choć ich technika właściwie niewiele się zmieniła, ale same protezy – tak. Kiedy zaczęto wprowadzać protezoplastykę, wszczepialiśmy tylko protezy biodrowe cementowe, teraz są one różnorodne i możemy dostosować je do potrzeb pacjenta, uwzględniając jego wiek, jakość kości, aktywność itd. Na wyniki odległe tych operacji wpływa jednak wiele czynników, możemy je badać dopiero od niedawna, po latach stosowania endoprotez.

Dobry materiał ciągle poszukiwany

Staw kolanowy jest chyba bardziej skomplikowany i trudniejszy do leczenia niż biodrowy.
– Bo znajduje się bezpośrednio pod skórą i nie jest wzmocniony mięśniami, toteż za jego stabilność odpowiadają tylko więzadła. Ma też bardziej skomplikowaną budowę i funkcję – inna jest jego biomechanika, wykonuje nie tylko ruchy zginania i prostowania, lecz także toczenia oraz ruchy poślizgowe, rotacyjne. Jest większy i rzeczywiście bardziej skomplikowany niż staw biodrowy. Toteż protezy stawu kolanowego wprowadzono później. I cały czas są udoskonalane.
Endoproteza, twór sztuczny wykonany z metalu, musi współdziałać z kością, która jest żywym organizmem. Jakie to stwarza problemy?
– Płyny ustrojowe i tkanki oddziałują na metal, z którego wykonana jest proteza. Nie pozostaje to także bez wpływu na organizm – jony metalu uwalniają się z protezy, przedostają się do różnych narządów, co nie jest obojętne dla zdrowia. Może też dojść do uczulenia na dany metal, głównie chrom i kobalt.
Z jakiego materiału wykonane są protezy stawów?
– Z początku wykonywano je ze stali biologicznie obojętnej, składającej się głównie z kobaltu, chromu, wanadu, z latami wprowadzono tytan. Zaczęto je pokrywać hydroksyapatytem, gdyż uważano, że dochodzi do integracji tej substancji z hydroksyapatytem znajdującym się w kości. Ciągle poszukuje się materiału, który dobrze połączy się z kością i będzie lepiej tolerowany przez ustrój, bo wtedy i żywotność protezy będzie dłuższa. Teraz hitem jest tantal, który ma strukturę bardzo podobną do kości, toteż kość przerasta go i daje dobre umocowanie protezy. Ale jest on bardzo drogi.
Jakie warunki musi spełniać dobra proteza?
– Musi być wykonana z materiału o podobnym współczynniku sprężystości, jaką ma kość, a wówczas kość i proteza będą ze sobą „współpracować”. Na styku kości i metalu dochodzi bowiem do pewnych reakcji prowadzących z czasem do zniszczeń zarówno protezy, jak i kości, w efekcie do obluzowań, bólu, a wtedy protezę trzeba wymieniać. Ostatnio odstępuje się od protez o długiej części udowej na rzecz krótkich. Jest to korzystniejsze, bo kość długa, jaką jest kość udowa, dzięki temu, że jest pusta w środku od okolicy nadkolanowej do okolicy krętarzowej, „pracuje” i przy obciążaniu się ugina. Natomiast gdy proteza jest dłuższa, na większym odcinku wypełnia ją i usztywnia, zmniejsza się długość kości „pracującej”. Aby tego uniknąć, wstawia się krótsze protezy, zakotwiczone przy nasadzie, które nie zmniejszają długości „pracującej” kości, wtedy na granicy kości i metalu nie dochodzi do przeciążeń ani obluzowań. Natomiast głowy stawu w nowych protezach są dość duże, bo wówczas mniej jest pooperacyjnych zwichnięć protezy. Protezy wszczepia się również w ten sposób, że zostawia się naturalną głowę i pokrywa ją metalem. Szuka się więc takich rozwiązań, które przedłużą żywotność protez.

Operacje to ciężka praca fizyczna

Ile lat służą zwykle endoprotezy?
– Przeciętnie kilkanaście, ale czasem po kilku latach trzeba dokonać ich wymiany. Jednak niekiedy spełniają dobrze swoją funkcję ponad 20 lat.
Jakie firmy je wykonują?
– W większości amerykańskie, jak również europejskie. W Stanach Zjednoczonych jest miejscowość, która nazywa się Warszawa, tam istnieje większość amerykańskich firm produkujących endoprotezy. Zwiedzałem te zakłady przed 13 laty, są doskonale zautomatyzowane, mają perfekcyjną kontrolę jakości. Nic dziwnego, że nasza polska firma produkująca endoprotezy nie wytrzymała konkurencji.
Produkcja i wszczepianie protez stawów wiąże się z wieloma na pozór odległymi od medycyny dziedzinami: mechaniką, biologią, fizjologią.
– Także biomechaniką i mineralogią. Operacje ortopedyczne to ciężka praca fizyczna.
Przypuszczam, że także koncepcyjna, twórcza.
– Bywają trudne sytuacje, w których standardowe postępowanie nie wystarcza, dużo inwencji wymaga zwłaszcza wymiana stawów wszczepionych przed laty. Zdarza się więc, że chociaż po zdiagnozowaniu przypadku przemyślę i przygotuję dokładny plan operacji, krok po kroku, to w jej trakcie, gdy po otwarciu biodra naocznie ocenię zakres zniszczeń, muszę uciekać się do zupełnie innych rozwiązań niż te, które zaplanowałem. Natychmiast rodzą się wtedy różne pomysły i staram się wybrać najlepsze rozwiązanie. W przypadkach skomplikowanych często korzystamy z kości sprowadzanych z banku tkanek i różnych „koszyków” czy siatek.
Czy są to kości ze zwłok?
– Tak, niejednokrotnie wykorzystuje się kości pobrane wcześniej ze zwłok, oczywiście po ich przygotowaniu i napromieniowaniu. Bywają cenne, zwłaszcza w skomplikowanych operacjach, bo czasem ubytki kości u chorego są tak duże, że nie ma do czego wszczepić protezy. Do ich uzupełniania używamy również substytutów tantalowych. Jutro np. będę operował 50-letnią kobietę o tak dużych ubytkach kości, że wszczepienie protezy stało się u niej niemożliwe. Dlatego będę używał specjalnych kształtek tantalowych uzupełniających ubytek kostny, z wszczepieniem tantalowej panewki. W bardzo dużych ubytkach panewki stosujemy różnego rodzaju tzw. koszyki, które mocuje się śrubami do istniejącej kości i dopiero wtedy wcementowuje się protezę.

Nie mam kompleksów wobec Amerykanów

Dlaczego ludzie dopuszczają do tak dużego zniszczenia kości?
– Gdyby chorzy, którym założono protezy, poddawali się corocznym kontrolom, można by było wcześniej rozpoznać obluzowanie protezy i ją wymienić, kiedy jeszcze nie ma tak dużych ubytków kości. Niestety, pacjenci po zabiegu nie stosują się do zaleceń lekarskich i przychodzą po latach z potwornymi ubytkami.
Jak długo trwa operacja wszczepienia protezy?
– Rutynowa około godziny, wtedy stosujemy znieczulenie dokręgosłupowe. Jednak kiedy wymieniamy wcześniej wszczepioną protezę czy też zaistnieją inne skomplikowane sytuacje – operacja trwa znacznie dłużej, a przeprowadzamy ją w znieczuleniu ogólnym.
Jakie są w Polsce efekty tych operacji w stosunku do przeprowadzanych na Zachodzie czy w Stanach Zjednoczonych?
– Nie gorsze. Bywam co jakiś czas na kongresach Akademii Amerykańskiej, gdzie prezentują wyniki tego typu operacji, ale dotąd nie nabawiłem się kompleksów, czasem nawet wydaje mi się, że niektóre sytuacje lepiej bym rozwiązał. Natomiast oni mają większe możliwości techniczne.
Ile protez pan profesor wszczepia?
– Ok. 200 rocznie. Moglibyśmy przeprowadzać więcej takich operacji i powinniśmy, bo pacjenci czekają na endoprotezy około trzech lat, ale ogranicza nas kontrakt zawarty z NFZ. Wykonujemy więc tyle, na ile nam pozwala NFZ.
Jesteście prawie od roku szpitalem skomercjalizowanym, więc możecie również operować za odpłatnością.
– Chociaż nasz szpital jest istotnie placówką sprywatyzowaną, ciągle nie ma przepisów wykonawczych, które by na to pozwalały. Jest to problem ogólnopolski, Ministerstwo Zdrowia dąży do komercjalizacji, by pozbyć się kłopotów i przenieść je na organ założycielski – na marszałka, któremu podlegają skomercjalizowane szpitale, ale przepisów wykonawczych nadal nie ma.
Ile kosztuje wszczepienie stawu biodrowego czy kolanowego?
– W zależności od rodzaju protezy od 15 do 18 tys. zł.
Czy często się zdarza, że Polacy, zamiast czekać trzy lata, pokrywają te koszty z własnej kieszeni?
– Bardzo rzadko, są to pojedyncze przypadki w ciągu roku.

Droga do nowoczesnej medycyny

W jakim kierunku będzie się rozwijać leczenie ortopedyczne?
– Nie endoprotezy są przyszłością w ortopedii, bo jednak jest to substytut, obce ciało. Co prawda ich zastosowanie było dużym postępem, gdyż po ich wszczepieniu chory pozbywa się bólu, umożliwiają mu poruszanie się, zapewniając komfort życia, ale proteza nie daje możliwości powrotu do poprzedniego stanu zdrowia – nie odtwarzamy przecież naturalnego stawu biodrowego czy kolanowego. Przyszłość widzę w bioinżynierii – w genetyce i hodowlach komórek. Przypuszczalnie dojdzie do odkrycia genu, który decyduje o starzeniu się chrząstki stawowej i wcześniejszym jej zużyciu, co prowadzi do zwyrodnienia stawu. Jeśli znajdziemy przyczyny tych niekorzystnych procesów zachodzących w chrząstce stawowej, będziemy mogli je blokować, a więc i zapobiegać zwyrodnieniu stawów. To będzie wielkie odkrycie, które zmieni ortopedię.
Dokonał już pan dość istotnego osiągnięcia w ortopedii, opracowując i wprowadzając metodę przeszczepiania autogennego (własnego) szpiku kostnego pacjenta w celu przyśpieszenia zrostu kości. Jest to w traumatologii duży postęp, cenny zwłaszcza w przypadku trudno gojących się złamań.
– Największy problem w traumatologii stwarzają kości po złamaniu, które nie chcą się goić, zniszczone przez osteoporozę czy dotknięte martwicą na skutek naświetlania promieniami rentgenowskimi w leczeniu nowotworowym. W ok. 5% złamań dochodzi do zaburzeń zrostu, a wtedy leczenie jest bardzo długie, wykonuje się wiele operacji. Odkryto już czynniki wzrostu. Pobudzenie zrostu można uzyskać przez wprowadzenie w jego miejsce materiału biologicznie czynnego, takie wartości ma przeszczep autogennego szpiku kostnego i przeszczep autogennych komórek szpikowych z hodowli in vitro. Pomyślałem więc, że jeśli nasączę niezrastającą się kość jej własnymi komórkami uzyskanymi z hodowli, ożywię ją i może się zrośnie. Na podstawie nowej wiedzy o procesie zrostu kości oraz o komórkach macierzystych w 1986 r. zastosowałem w przypadkach trudno gojących się złamań przeszczepianie autogennego szpiku kostnego. W szpiku są bowiem podstawowe komórki przyśpieszające gojenie. Kiedy wprowadzono hodowlę komórek, także zacząłem je hodować, przy współudziale Instytutu Zoologii UJ, a po namnożeniu przeszczepiałem pacjentom. W krótkim czasie dochodziło do wygojenia złamań. Pierwsze próby przeszczepiania autogennego szpiku kostnego podejmowano w Lublinie, ale ja po przeprowadzeniu badań biologicznych, biomechanicznych, histologicznych i mineralogicznych oraz eksperymentów opracowałem podstawy naukowe tej metody i wprowadziłem ją do kliniki na szerszą skalę. Teraz jest ogólnie uznana, stosowana prawie w każdym ośrodku ortopedycznym w Polsce. Pierwsze przeszczepianie autogennych komórek z hodowli in vitro przeprowadziłem w 1992 r. Jednak po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej zaczęły obowiązywać nowe standardy dotyczące hodowli komórkowych, nastąpiła zatem przerwa w hodowli komórek ludzkich. Dziś mamy już w Krakowie dwie pracownie, gdzie można hodować ludzkie komórki według nowych standardów. Wkrótce więc znów rozpoczniemy stosowanie tej metody – tu, w Wojewódzkim Szpitalu im. L. Rydygiera, będziemy pobierać szpik kostny z talerza biodrowego pacjentów, namnażać te komórki w hodowli i wszczepiać im z powrotem, by przyśpieszyć gojenie się kości. Współpracuję w tym zakresie z prof. Marcinem Majką, biologiem kierującym Zakładem Transplantologii CM UJ, który prowadzi badania nad komórkami macierzystymi, a także z dr Anną Marią Osyczką z Zakładu Biologii i Obrazowania Komórki Instytutu Zoologii Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi UJ. Jestem przekonany, że jest to droga do nowoczesnej, zupełnie innej medycyny, także w ortopedii i traumatologii.

Prof. dr n. med. Tadeusz Niedźwiedzki jest kierownikiem Kliniki Ortopedii i Traumatologii Narządu Ruchu Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego mieszczącej się w Specjalistycznym Szpitalu im. Ludwika Rydygiera, prodziekanem do spraw stopni i rozwoju naukowego Wydziału Nauki o Zdrowiu Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego. Największe jego osiągnięcia dotyczą przyśpieszenia zrostu kostnego oraz zastosowania nowoczesnych metod leczenia złamań. Jest członkiem Polskiego Towarzystwa Ortopedycznego i Traumatologicznego, Amerykańskiego Towarzystwa Chirurgów Ortopedów oraz Międzynarodowego Towarzystwa Chirurgów i Ortopedów (SICOT). Opublikował ponad sto prac naukowych. Razem z prof. Maciejem Pawlikowskim, mineralogiem, kierownikiem jedynej w Polsce Pracowni Biomineralogii AGH im. S. Staszica, napisał interesującą książkę „Mineralogia kości” wydaną przez PAN Oddział w Krakowie, z prof. Janem Kuryszką z Wrocławia zaś – monografię „Biologia kości” wydaną przez PWN oraz wiele rozdziałów na temat komórek kostnych, zamieszczonych w podręcznikach.