Uutiset

2016, 29.06.2016 | SNY

Ylipainoisten polvinivelrikon syntyä ja etenemistä voidaan ennustaa tietokonemallinnuksen avulla

 

Petri Tanskan väitöskirjatyössä kehitettiin lisäksi nivelvoimilla ja -momenteilla toimiva polvinivelmalli, jonka avulla pystytään arvioimaan rustosolujen kokemia mekaanisia vasteita terveessä ja nivelrikkoisessa rustossa päivittäisten aktiviteettien, kuten kävelyn aikana. Mallin avulla havaittiin, että rustosolujen vasteet muuttuvat huomattavasti nivelkierukan poiston sekä nivelrikon aiheuttamien rustomuutosten seurauksena.

Nivelrikko on nivelruston sairaus, josta kärsii arviolta noin viisi prosenttia koko maailman väestöstä.  Nivelrikko kehittyy usein ikääntymisen seurauksena, mutta se voi myös syntyä nivelen liiallisen kuormituksen tai nivelvamman myötä. Suomessa nivelrikko johtaa vuosittain yli 600 000 lääkärikäyntiin ja taustalla on useimmiten polvi- tai lonkkanivelrikko.

Nivelrikko etenee asteittain heikentäen nivelruston toimintakykyä, kunnes sairauden loppuvaiheessa rusto on kulunut kokonaan pois niveltyvien luiden päistä. Tällöin potilaalla esiintyy voimakasta nivelkipua ja nivel jäykistyy, mitkä usein johtavat työkyvyttömyyteen. Nivelrikkoon ei ole olemassa tehokasta hoitokeinoa, tekonivelleikkausta lukuun ottamatta, minkä vuoksi nivelrikon ennaltaehkäiseminen olisi hyvin kustannustehokas vaihtoehto sekä potilaalle että yhteiskunnalle.

Väitöstutkimuksessa kehitetyt simulointimenetelmät voivat olla tulevaisuudessa yleisessä käytössä erikoissairaanhoidossa 

Väitöstutkimuksessa hyödynnettiin nivelruston kudos- ja solutasot yhdistävää tietokonemallinnusmenetelmää nivelruston toiminnan arvioimiseksi nivelrikon synnyn ja etenemisen aikana.  Menetelmän avulla simuloitiin nivelruston koostumuksen, rakenteen ja erilaisten kuormitusten vaikutusta rustosolujen tilavuuteen, muotoon ja mekaanisiin ärsykkeisiin.

Sairaassa rustossa havaittiin solutilavauuden kasvu mekaanisen kuormituksen seurauksena terveeseen rustoon verrattuna. Mallinnuksen perusteella merkittävimmät solutilavuuden kasvun selittävät tekijät olivat solun lähiympäristön varaustiheys eli proteoglykaani -molekyylien määrä ja rustokudoksen kollageeniverkoston jäykkyys.

Tutkimuksessa määritettiin myös yleisen polvikirurgisen menetelmän, nivelkierukan poiston sekä simuloidun ylipainon vaikutusta solujen vasteisiin. Molempien tapausten havaittiin kasvattavan ruston sisäistä nestepainetta kävelyn aikana, mutta niillä ei ollut vaikutusta solun muotoon tai tilavuuteen terveessä rustossa. Nivelrikkoisessa rustossa solu kuitenkin puristui ja leventyi nivelrikossa tapahtuvien rustomuutosten seurauksena.

Seisomisen aikana rustosolun kokemat paikalliset venytykset olivat suurempia terveen ruston solussa kuin solun lähiympäristössä, mutta nivelrikkoisessa rustossa ilmiö oli päinvastainen. On mahdollista, että solun lähiympäristön tehtävänä on pyrkiä suojaamaan rustosolua äkillisiltä muutoksilta ja edesauttaa ruston korjaantumismekanismeja.

Väitöskirjassa kehitettiin myös laskennallisia algoritmeja nivelruston kollageeniverkoston rappeutumiselle ja uudelleen järjestäytymiselle, nivelrikon synnyn ja etenemisen ennustamiseksi ylipainon sekä rustovaurion seurauksena. Rappeutumisalgoritmin antama ennuste vastasi hyvin kliinistä nivelrikon etenemistä 4-vuoden seuranta-aineistossa. Kollageeniverkoston uudelleenjärjestäytymistä simuloitaessa havaittiin, että vaurioituneessa rustossa kollageeniverkoston rakenne muuttui epäsäännöllisemmäksi vaurion läheisyydessä, mikä voisi altistaa rustoa lisävaurioille.

Yksityiskohtainen tietämys varhaisen nivelrikon, epänormaalin kuormituksen ja mekaanisten vaurioiden aiheuttamista muutoksista rustokudoksen ja solujen kokemiin vasteisiin mahdollistaa uusien strategioiden kehittämistä nivelrikon havaitsemiseksi, ehkäisemiseksi ja etenemisen hidastamiseksi. On mahdollista, että tutkimuksessa kehitetyt simulointimenetelmät ovat tulevaisuudessa arkipäivää erikoissairaanhoidossa. Näiden menetelmien validointi on kuitenkin suoritettava perusteellisesti ennen niiden kliinistä käyttöä.

FM Petri Tanskan lääketieteellisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Cell-Tissue Interactions and Adaptation in Cartilage – Computational Modeling of Knee Joint Disorders (Nivelruston ja sen solujen välisten vuorovaikutusten sekä ruston mukautumisen laskennallinen mallinnus)tarkastetaan Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Jason Halloran Clevelandin osavaltion yliopistosta ja kustoksena apulaisprofessori Rami Korhonen Itä-Suomen yliopistosta. 

© Copyright 2014 - Suomen Nivelyhdistys ry.
Kaikki oikeudet pidätetään.