Vai Trò Của Quang Phổ Cận Hồng Ngoại Trong Điều Trị Viêm Xương Khớp

GIỚI THIỆU

Viêm khớp là căn bệnh gây tổn thương ở các khớp. Loại viêm khớp phổ biến nhất là viêm xương khớp (OA), đây một bệnh thoái hóa khớp chủ yếu ảnh hưởng đến sụn. Viêm xương khớp là một trong những vấn đề sức khỏe phổ biến nhất trên toàn thế giới trong chỉnh hình; trong đó đầu gối là nơi bị ảnh hưởng nhiều nhất do cấu trúc giải phẫu phức tạp của nó (Hình 1).

Viêm xương khớp đặc trưng bởi sự sản sinh gai xương và mất dần sụn khớp, gây ra tình trạng khó chịu mãn tính và hạn chế chức năng ở các khớp bị ảnh hưởng. Nhiều yếu tố bao gồm khuynh hướng di truyền, tư thế không phù hợp, lão hóa, suy dinh dưỡng, hoạt động quá mức, thừa cân,.. có thể góp phần gây ra bệnh viêm xương khớp

Hình 1. Cấu trúc giải phẫu của khớp gối

PHƯƠNG PHÁP

Chấn thương sụn có thể dẫn đến các tổn thương cấp tính, nếu không can thiệp có thể tiến triển thành viêm xương khớp sau chấn thương (PTOA). Có một số kỹ thuật để phục hồi sụn, nghiên cứu gần đây cho thấy dược phẩm có thể có hiệu quả trong việc ngăn ngừa sự khởi phát hoặc ngăn chặn sự tiến triển của PTOA nếu chấn thương được phát hiện sớm. Do đó, việc xác định đặc điểm cùng với tính chất của sụn và sự tiến triển của bệnh ở giai đoạn đầu của bệnh là rất quan trọng để quản lý và điều trị hiệu quả PTOA.

Hiện nay, tiêu chuẩn để chẩn đoán và điều trị bệnh thoái hóa khớp dựa vào hình ảnh chụp X-quang để phát hiện tình trạng cứng của lớp dưới sụn. Tuy nhiên, một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu về bệnh thoái hóa khớp là tình trạng này hiếm khi được phát hiện cho đến khi các bất thường ở khớp gây đau và xuất hiện trên phim X-quang vì bệnh thoái hóa khớp giai đoạn đầu thường không biểu hiện lâm sàng.

Phổ cận hồng ngoại là một kỹ thuật quang phổ chuyển động với các loài phân tử cụ thể chứa các liên kết CH, NH, OH và SH, tạo nên cấu trúc hóa học cơ bản của các mô sinh học. Quang phổ cận hồng ngoại đã được chứng minh là nhạy cảm với các đặc tính của sụn và là quang phổ điển hình thể hiện các thông tin về các đặc tính cấu trúc, thành phần và hình thái của mô. Ngoài ra, phổ cận hồng ngoại là một kỹ thuật quang học nhanh, không gây phá hủy mô, có khả năng thâm nhập sâu vào các mô mềm và cho phép thăm dò toàn bộ sụn. Các nhà nghiên cứu có thể định lượng tiến triển tổn thương khớp từ đó đánh giá phương pháp điều trị trong quá trình nội soi khớp in vivo, bằng cách phân tích phạm vi cận hồng ngoại (từ 650 nm đến 1900 nm).

Sự thay đổi trong phản ứng quang học của các khớp bị tổn thương khi quá trình thoái hóa mô tiến triển chủ yếu được đặc trưng bởi sự gia tăng tổng thể về độ hấp thụ trên toàn bộ dải quang phổ NIR (Hình 2) và người ta sử dụng quang phổ cận hồng ngoại (NIR) để theo dõi quá trình tiến triển của bệnh thoái hóa khớp.

Hình 2. Phổ cận hồng ngoại của sụn thô (a), đạo hàm bậc 1 (b,) đạo hàm bậc 2 (c) từ mẫu khớp đối chứng và mẫu khớp thoái hóa dần. Phổ đạo hàm cho thấy những thay đổi nhất quán với sự tiến triển của thoái hóa mô.

Quang phổ dưới 5250 cm-1 bị loại trừ do tình trạng bão hòa phổ trong đỉnh nước âm bội thứ nhất và khu vực kết hợp của phạm vi quang phổ cận hồng ngoại (NIR).

Phổ cận hồng ngoại (NIR) đóng vai trò quan trọng trong việc điều trị và quản lý bệnh thoái hóa khớp thông qua nhiều ứng dụng khác nhau:

1. Đánh giá không xâm lấn

Phổ cận hồng ngoại (NIR) cho phép đánh giá không xâm lấn các mô khớp. Nó có thể cung cấp thông tin về thành phần sinh hóa của sụn và dịch hoạt dịch, cho phép phát hiện sớm các thay đổi liên quan đến viêm xương khớp.

2. Phân tích sinh hóa

Phổ cận hồng ngoại (NIR) có thể phân tích nồng độ các đặc điểm sinh học quan trọng liên quan đến sự thoái hóa và viêm sụn, chẳng hạn như glycosaminoglycan (GAG) và collagen. Điều này giúp theo dõi tiến triển của OA và hiệu quả của các phương pháp điều trị.

3. Theo dõi hiệu quả điều trị

Bằng cách sử dụng quang phổ NIR, các nhà cung cấp dịch vụ y tế có thể đánh giá hiệu quả của nhiều phương thức điều trị khác nhau, bao gồm vật lý trị liệu, can thiệp dược lý và các phương án lựa chọn phẫu thuật. Theo dõi thường xuyên có thể giúp điều chỉnh phương pháp điều trị theo nhu cầu của từng bệnh nhân.

4. Nghiên cứu và phát triển

Phổ NIR được sử dụng trong nghiên cứu lâm sàng để phát triển các tác nhân và chiến lược điều trị mới cho OA. Nó hỗ trợ trong việc hiểu những thay đổi sinh hóa xảy ra trong quá trình tiến triển của bệnh và đáp ứng điều trị.

5. Phân tích dự đoán

Việc tích hợp dữ liệu NIR với các thuật toán học máy có thể tăng cường phân tích dự đoán tiến triển của OA, giúp các bác sĩ lâm sàng đưa ra quyết định sáng suốt hơn về các biện pháp can thiệp và thay đổi lối sống cho phù hợp.
 

XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Phổ NIR dựa trên sự hấp thụ, phản xạ hoặc truyền ánh sáng cận hồng ngoại. Các phân tử trong mẫu hấp thụ các bước sóng cụ thể của ánh sáng NIR do chế độ rung động của chúng.

Nguồn sáng DH-2000 của Ocean Optics (Ocean Insight) cung cấp đầu ra ổn định, liên tục với bước sóng từ 215 - 2500nm. DH-2000 sử dụng kết hợp đèn deuterium và halogen, là nguồn sáng lý tưởng để đo mẫu có nhiều đặc trưng trong các vùng quang phổ khác nhau hoặc để phân tích nhiều mẫu khác nhau

Hình 3. Nguồn sáng: DH-2000 của Ocean Insight

Máy quang phổ NIRQuest của Ocean Optics có độ nhạy cao và độ nhiễu thấp. Máy dựa trên phản ứng quang phổ để có được thông tin chi tiết về đặc điểm mẫu với phạm vi bước sóng từ 900nm đến 2450nm. Máy quang phổ NIRQuest nhỏ gọn, đa năng, tương thích với các nguồn sáng và các phụ kiện của Ocean Insight

Hình 4. Máy quang phổ cận hồng ngoại: NIRQuest của Ocen Insight

KẾT LUẬN

Trong lĩnh vực y tế, ánh sáng được sử dụng để theo dõi tình trạng sức khỏe, thực hiện xét nghiệm chẩn đoán, hỗ trợ điều trị vết thương mãn tính, phát hiện và chống lại ung thư và những khả năng tiềm tàng thúc đẩy khoa học khám phá được thực hiện mỗi ngày. Đối với quá trình phẫu thuật nội soi, hệ thống quang phổ cận hồng ngoại có thể được sử dụng để đánh giá sức khỏe xương theo thời gian. Dựa trên các phép đo quang phổ cận hồng ngoại, bác sĩ phẫu thuật có thể đưa ra quyết định, lựa chọn những phương án điều trị phù hợp để cải thiện tình trạng của bệnh nhân. Với việc thể hiện các đặc tính của mô xương, quang phổ cận hồng ngoại góp phần cải thiện các tiêu chuẩn phẫu thuật nội soi để điều trị thoái hóa khớp. Đặc biệt, quang phổ cận hồng ngoại cung cấp những thông tin có giá trị mà không làm hỏng mẫu, khiến nó trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu y sinh và các ứng dụng lâm sàng.