The possibilities of drilled tunneling in the treatment of knee joint osteoarthritis

Introduction Surgical treatment of knee osteoarthritis is a controversial issue. Knee replacement is the treatment of choice in the orthopedic practice for patients with severe knee osteoarthritis. However, total knee arthroplasty (TKA) has not only beneficial results and implant survivorship is limited in time. In recent years, the number of publications devoted to the limitation of indications for TKA in patients with osteoarthritis has been increased. The use of drilled tunneling in its modern modifications enables to delay or, in some cases, avoid knee joint arthroplasty.

Purpose To substantiate the safety, low invasiveness and effectiveness of the tunneling method as a minimally invasive organ-preserving treatment for knee joint osteoarthritis.

Materials and methods The electronic Pub-Med/MEDLINE and eLibrary databases were searched for works published for the last 30 years. The search was carried out with keywords and phrases: knee joint osteoarthritis, articular cartilage, bone drilling, arthroscopy of the knee joint.

Results The effectiveness of tunneling is based on the concept of simultaneous revascularization, drainage and decompression of the subchondral sections of the knee joint and the medullary cavity of the tubular bones. Up to 96 % of patients report a positive effect of tunneling immediately after surgery. Intraosseous pressure decreases for up to 2 years in 88 % of patients.

Discussion The tunneling method in the treatment of knee osteoarthritis helps to reduce pain in the projection of the femur and tibia, including night pain, improves the functional parameters of the joint, inhibits the progress of cartilage destruction, improves the quality of life of patients and reduces the need for replacement of the affected joint. In addition, tunneling does not require serious economic costs. Due to the fact that this method is a minimally invasive surgical intervention, the risk of infection is noticeably lower than with TKA.

Conclusion Thus, the tunneling of the articular ends is a simple, safe, low invasive and effective method of treating knee joint osteoarthritis.

1. Жук Н.П., Маципура М.М. Современные взгляды и место монокондилярного эндопротезирования в лечении дегенеративно-дистрофических заболеваний коленного сустава. Вестник ортопедии, травматологии и протезирования. 2019;(2):48-55.

2. Кавалерский Г.М., Середа А.П., Лычагин А.В., Сметанин С.М. Эндопротезирование суставной поверхности надколенника при тотальной артропластике коленного сустава: аналитический обзор литературы. Травматология и ортопедия России. 2014;(3):128-141.

3. Логвинов Н.Л., Хорошков С.Н., Ярыгин Н.В. Анализ результатов тотального эндопротезирования коленного сустава по 18-летним данным австралийского регистра AOANJRR. Кафедра травматологии и ортопедии. 2020;(2):44-59.

4. Tung KK, Lee YH, Lin CC, Lee CH, Lin MC, Wei JC. Opposing Trends in Total Knee and Hip Arthroplasties for Patients With Rheumatoid Arthritis vs. the General Population-A 14-Year Retrospective Study in Taiwan. Front Med (Lausanne). 2021;8:640275. doi: 10.3389/fmed.2021.640275

5. Узбиков Р.М. Эволюция технологий протезирования коленного сустава. Бюллетень науки и практики. 2017;(10):63-66.

6. Вороков А.А., Бортулев П.И., Хайдаров В.М., Линник С.А., Ткаченко А.Н. Эндопротезирование тазобедренного и коленного суставов: показания к операции. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2020;8(3):355-364.

7. Чугаев Д.В., Корнилов Н.Н., Карпухин А.С., Коган П.Г., Ласунский С.А. Одномыщелковое латеральное эндопротезирование в структуре современной артропластики коленного сустава: «горе от ума» или оптимальное решение? Травматология и ортопедия России. 2020;26(3):34-48.

8. Koh IJ, Kim MS, Sohn S, Song KY, Choi NY, Jung H, In Y. Predictive factors for satisfaction after contemporary unicompartmental knee arthroplasty and high tibial osteotomy in isolated medial femorotibial osteoarthritis. Orthop Traumatol Surg Res. 2019;105(1):77-83. doi: 10.1016/j.otsr.2018.11.001

9. Ucan V, Pulatkan A, Tuncay I. Unicompartmental knee arthroplasty combined with high tibial osteotomy in anteromedial osteoarthritis: A case report. Int J Surg Case Rep. 2021;81:105746. doi: 10.1016/j.ijscr.2021.105746

10. Riddle DL, Jiranek WA, Hayes CW. Use of a validated algorithm to judge the appropriateness of total knee arthroplasty in the United States: a multicenter longitudinal cohort study. Arthritis Rheumatol. 2014 Aug;66(8):2134-2143. doi: 10.1002/art.38685

11. Ghomrawi HM, Alexiades M, Pavlov H, Nam D, Endo Y, Mandl LA, Mushlin AI. Evaluation of two appropriateness criteria for total knee replacement. Arthritis Care Res (Hoboken). 2014;66(11):1749-1753. doi: 10.1002/acr.22390

12. Franklin P, Nguyen U, Ayers D, Weissman N; FORCE-TJR Investigators. Improving the criteria for appropriateness of total joint replacement surgery: comment on the article by Riddle et Al. Arthritis Rheumatol. 2015;67(2):585. doi: 10.1002/art.38926

13. Harding P, Holland AE, Delany C, Hinman RS. Do activity levels increase after total hip and knee arthroplasty? Clin Orthop Relat Res. 2014;472(5):1502-1511. doi: 10.1007/s11999-013-3427-3

14. Pridie KH. A method of resurfacing osteoarthritic knee joints. Proceedings of the British Orthopaedic Association. J Bone Joint Surg (Br). 1959;41:618-619.

15. Martin R, Jakob RP. Review of K.H. Pridie (1959) on "A method of resurfacing osteoarthritic knee joints". J ISAKOS. 2022;7(1):39-46. doi: 10.1016/j.jisako.2021.11.001

16. Burr DB, Schaffler MB. The involvement of subchondral mineralized tissues in osteoarthrosis: quantitative microscopic evidence. Microsc Res Tech. 1997;37(4):343-357. doi: 10.1002/(SICI)1097-0029(19970515)37:4<343::AID-JEMT9>3.0.CO;2-L

17. Gomoll AH, Filardo G, de Girolamo L, Espregueira-Mendes J, Marcacci M, Rodkey WG, Steadman JR, Zaffagnini S, Kon E. Surgical treatment for early osteoarthritis. Part I: cartilage repair procedures. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2012;20(3):450-466. doi: 10.1007/s00167-011-1780-x

18. Insall J. The Pridie debridement operation for osteoarthritis of the knee. Clin Orthop Relat Res. 1974;(101):61-67.

19. Insall JN. Intra-articular surgery for degenerative arthritis of the knee. A report of the work of the late K. H. Pridie. J Bone Joint Surg Br. 1967;49(2):211-228.

20. Ficat RP, Ficat C, Gedeon P, Toussaint JB. Spongialization: a new treatment for diseased patellae. Clin Orthop Relat Res. 1979;(144):74-83.

21. Gross AE, Langer F, Houpt J, Pritzker K, Friedlaender G. Allotransplantation of partial joints in the treatment of osteoarthritis of the knee. Transplant Proc. 1976;8(2 Suppl 1):129-32.

22. Muller S, Breederveld RS, Tuinebreijer WE. Results of osteochondral autologous transplantation in the knee. Open Orthop J. 2010;4:111-114. doi: 10.2174/1874325001004020111

23. Steadman J.R., Rodkey W.G., Singleton S.B., Briggs K.K. Microfracture technique for full-thickness chondral defects: technique and clinical results. Operat. Tech. Orthop. 1997;7(4):300-304.

24. Steadman JR, Rodkey WG, Briggs KK. Microfracture: Its History and Experience of the Developing Surgeon. Cartilage. 2010;1(2):78-86. doi: 10.1177/1947603510365533

25. Koshino T. The treatment of spontaneous osteonecrosis of the knee by high tibial osteotomy with and without bone-grafting or drilling of the lesion. J Bone Joint Surg Am. 1982;64(1):47-58.

26. Tian Y, Ren Y. [Drilling decompression of the proximal tibia for osteoarthritis of the knee]. Zhongguo Yi Xue Ke Xue Yuan Xue Bao. 1997;19(6):461-464. (In Chinese)

27. Schneider U, Breusch SJ, Thomsen M, Wenz W, Graf J, Niethard FU. A new concept in the treatment of anterior knee pain: patellar hypertension syndrome. Orthopedics. 2000;23(6):581-586. doi: 10.3928/0147-7447-20000601-16

28. Glötzer W. Die intraossäre Druckmessung und ossäre Venographie der Patella beim vorderen Knieschmerz. Teil II [Measuring intraosseous pressure and osseous venography of the patella in anterior knee pain. Part II]. Unfallchirurg. 1993;96(5):271-281. (In German)

29. Uchio Y, Ochi M, Adachi N, Nishikori T, Kawasaki K. Intraosseous hypertension and venous congestion in osteonecrosis of the knee. Clin Orthop Relat Res. 2001;(384):217-223. doi: 10.1097/00003086-200103000-00025

30. Макушин В.Д., Чегуров О.К., Казанцев В.И., Гордиевских Н.И. О роли внутрикостной гипертензии в генезе болевого синдрома при гонартрозе. Гений ортопедии. 2000;(2):52-55.

31. Benthien JP, Behrens P. Autologous Matrix-Induced Chondrogenesis (AMIC): Combining Microfracturing and a Collagen I/III Matrix for Articular Cartilage Resurfacing. Cartilage. 2010;1(1):65-68. doi: 10.1177/1947603509360044

32. Martin R, Jakob RP. Osteo-Chondroisation, a clinical working hypothesis for chronic, purely cartilaginous defects in the knee. In: ISAKOS congress. Shanghai, 2017. [Poster]

33. Озеров А.Х. Деформирующий артроз. Ортопедия, травматология и протезирование. 1964;(8):75-81.

34. Arnoldi CC, Lemperg K, Linderholm H. Intraosseous hypertension and pain in the knee. J Bone Joint Surg Br. 1975;57(3):360-3.

35. Tillmann K. Pathological aspects of osteoarthritis related to surgery. Inflammation. 1984;8 Suppl:S57-74. doi: 10.1007/BF00915713

36. Ho WP, Shih CH, Lee ZL. Intraosseous hypertension in osteoarthritis of the hip and ischemic necrosis of the femoral head. Orthop Rev. 1988;17(2):202-5.

37. Аскаров А.Ф. О роли регионарного кровообращения в патогенезе деформирующего артроза. Ревматология. 1985;(1):27-30.

38. Скляренко Е.Т., Хаддадин М.Х. Субхондральная туннелизация при деформирующем артрозе коленного сустава. Ортопедия, травматология и протезирование. 1981;(6):49-50.

39. Шевцов В.И., Карасева Т.Ю., Карасев Е.А., Карасев А.Г., Коркин А.Я. Современные технологии лечения больных с деформирующим артрозом коленного сустава. Гений ортопедии. 2009;(3):17-24.

40. Шевцов В.И., Бунов В.С., Гордиевских Н.И. Влияние артериальной недостаточности конечности, туннелизации и трепанации кости на внутрикостное давление. Гений ортопедии. 1999;(2):51-56.

41. Шевцов В.И., Бунов В.С., Осипова Е.В., Гордиевских Н.И., Бунов Д.В. Заживление «спицевых туннелей» в диафизе большеберцовой кости по данным локальной рентгенографии и денситометрии. Вестник рентгенологии и радиологии. 2002;(2):29-33.

42. Шевцов В.И., Макушин В.Д., Бунов В.С., Чегуров О.К. Обоснование туннелизации метафизов бедренной и большеберцовой костей при гонартрозе. Травматология и ортопедия России. 2009;(4):60-64.

43. Шевцов В.И., Макушин В.Д., Ступина Т.А., Степанов М.А. Экспериментальные аспекты изучения репаративной регенерации суставного хряща в условиях туннелирования субхондральной зоны с введением аутологичного костного мозга. Гений ортопедии. 2010;(2):5-10.

44. Юшенин Ю.М., Федоров М.М., Валитов И.С. Хирургическое лечение деформирующих остеоартрозов. Синграальная хирургия. 2000;(1):25-30.

45. Макушин В.Д., Чегуров О.К. Симультанные операции при остеоартрозе коленного сустава. Гений ортопедии. 2004;(2):30-36.

46. Saw KY, Anz A, Jee CS, Ng RC, Mohtarrudin N, Ragavanaidu K. High Tibial Osteotomy in Combination With Chondrogenesis After Stem Cell Therapy: A Histologic Report of 8 Cases. Arthroscopy. 2015;31(10):1909-20. doi: 10.1016/j.arthro.2015.03.038

47. Свешников А.А., Макушин В.Д., Ларионов А.А., Ларионова Т.А., Смотрова Л.А., Ральникова С.В., Иванов Г.П. Состояние кровообращения, костеобразования и плотность минеральных веществ в области коленного сустава у больных с деформирующими артрозами. Гений ортопедии. 2002;(2):129-134.

48. Stupina TA, Makushin VD, Stepanov MA. Experimental morphological study of the effects of subchondral tunnelization and bone marrow stimulation on articular cartilage regeneration. Bull Exp Biol Med. 2012;153(2):289-93. doi: 10.1007/s10517-012-1697-5

49. Шевцов В.И., Макушин В.Д., Чегуров О.К., Бирюкова М.Ю. Тотальная туннелизация суставных отделов при гонартрозе. Гений ортопедии. 2008;(3):98-101.

50. Щурова Е.Н., Бирюкова М.Ю., Буравцов П.П., Бунов В.С. Исследование динамики кровотока в субхондральной области эпифиза большеберцовой кости у больных гонартрозом после туннелизации и введения аутологичной крови с элементами костного мозга. Травматология и ортопедия России. 2016;22(3):22-30.

51. Каюмов А.Ю., Зыкин А.А., Черняк Е.Е. Способ оперативного лечения больных с локальными повреждениями и заболеваниями хряща коленного сустава с применением артроскопической техники. Медицинский альманах. 2012;(5):161-163.

52. Макушин В.Д., Бирюкова М.Ю. Исследование качества жизни больных гонартрозом после декомпрессионно-дренирующих операций. Гений ортопедии. 2014;(1):16-20.

53. Гринев С.А. Субхондральная туннелизация при гонартрозе и коксартрозе. Амурский медицинский журнал. 2019;(4):82-84.

54. Чеботарев С.В., Хоминец В.В., Земляной Д.А., Калюжная Л.И., Гранкин А.С., Федоров Р.А. Результаты лечения пациентов с повреждениями гиалинового хряща коленного сустава с применением резекционных и остеоперфоративных методик. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2021;9(4):397-406. doi: 10.17816/PTORS64290

55. Айрапетов Г.А., Воротников А. А., Коновалов Е.А. Методы хирургического лечения локальных дефектов гиалинового хряща крупных суставов (обзор литературы). Гений ортопедии. 2017;23(4):485-491. doi: 10.18019/1028-4427-2017-23-4-485-491

56. Загородний Н.В., Воротников А.А., Айрапетов Г.А., Санеева Г.А. Клинические и экспериментальные аспекты комбинированного метода замещения остеохондральных дефектов коленного сустава. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2019;(2):24-31. doi: 10.17116/vto201902124

57. Сазонова Н.В. Виды специализированной ортопедической помощи больным с остеоартрозами крупных суставов нижних конечностей Курганской области. Медицинская наука и образование Урала. 2008;9(6):126-129.

58. Ewers BJ, Dvoracek-Driksna D, Orth MW, Haut RC. The extent of matrix damage and chondrocyte death in mechanically traumatized articular cartilage explants depends on rate of loading. J Orthop Res. 2001;19(5):779-784. doi: 10.1016/S0736-0266(01)00006-7