Podcasts about faserknorpel

Die Frakturheilung im diaphysären Knochen wird maßgeblich von ihrer biomechanischen Umgebung beeinflusst. Ein Großteil der klinisch auftretenden Frakturen befindet sich jedoch im spongiösen Knochen der Metaphyse. Trotz ihrer vor allem bei Osteoporosepatienten herausragenden Relevanz wurde der metaphysären Frakturheilung bisher nur wenig Interesse geschenkt und ihr Verlauf kaum erforscht. Zudem fehlen Studien, die die biomechanischen Effekte auf die Knochenheilung in diesem Gebiet berücksichtigen. Aus diesem Grund war es das Ziel dieser Arbeit, erstmals ein definiertes und mechanisch charakterisiertes Modell im Großtier zu entwickeln, an welchem der Einfluss von interfragmentärer Bewegung und Dehnung auf die metaphysäre Knochenheilung untersucht werden konnte. Dies wurde unter reproduzierbaren Bedingungen mittels einer gut standardisierten im Verlauf der Studie neuentwickelten Methodik durchgeführt. Dazu wurde eine partielle 3 mm breite Osteotomie in der rechten distalen Femurkondyle von zwölf adulten, weiblichen Schwarzkopfschafen erstellt. Dort übt die Patella bei physiologischer Gliedmaßenbelastung eine Kraft auf die Trochlea aus, die zu einer Durchbiegung des Osteotomiespalts führt. Die daraus resultierende interfragmentäre Dehnung im Spalt beträgt abhängig von Lokalisation und Fixationsmethode bis zu 40 %. Sie wurde durch ein Stahlimplantat mit 3 mm (stabile Fixation) bzw. 2 mm Dicke (flexible Fixation) eingegrenzt. Acht Wochen nach der Operation fand am explantierten Knochen die computertomographische, histomorphologische und biomechanische Auswertung statt. In metaphysären Osteotomieregionen mit sehr kleinen interfragmentären Dehnungen < 6 % bildet sich signifikant weniger geheilter Knochen als bei höheren Gewebedehnungen. Die Knochenheilung läuft verzögert und überwiegend über desmale Ossifikation ab. Für Frakturzonen mit höheren Dehnungen im Bereich zwischen 6 und 20 % stellt sich hingegen eine verbesserte Knochenheilung mit mehr neugebildetem Knochen und sowohl desmaler als auch enchondraler Ossifikation dar. Interfragmentäre Dehnungen über 20 % führen zu keiner weiteren Verbesserung der metaphysären Heilung. In dieser Höhe verursacht IFD stattdessen in einigen Fällen die Entwicklung von fibrösem Gewebe und Faserknorpel im Osteotomiespalt, was zu einer Heilungs-verzögerung des Knochens führen kann. Kein Tier beider Fixationsgruppen zeigt metaphysär eine für diaphysäre Knochenbereiche unter interfragmentärer Bewegung typische externe periostale Kallusbildung. Die Dehnungsbereiche aus welchen eine desmale bzw. enchondrale Ossifikation resultiert, sind in ihrer Größenordnung mit denen der diaphysären Heilung vergleichbar. In der Diaphyse führen interfragmentäre Dehnungen unterhalb von 5 % zu desmaler Ossifikation und Werte zwischen 5 und 15 % zu enchondraler Ossifikation. Interfragmentäre Dehnungen von mehr als 15 % verzögern die Heilung des Knochens oder verhindern diese vollständig. Die Frakturheilung im spongiösen Knochen folgt somit ähnlichen biomechanischen Gesetzmäßigkeiten, wie sie für den kortikalen Knochen beschrieben sind. Damit kann belegt werden, dass auch im metaphysären Knochen Dehnungen unterschiedlicher Größe unterschiedliche Heilungsmuster induzieren. Anhand des entwickelten Großtiermodells besteht nun in Zukunft die Möglichkeit, die Heilung des metaphysären Knochens eingehender zu erforschen. Hierdurch können grundlegende Erkenntnisse und klinisch wichtige Fragestellungen sowie die Frakturheilung im osteoporotischen metaphysären Knochen besser verstanden werden. Dieses Großtiermodell bietet zudem zum ersten Mal die Möglichkeit, den Erfolg verschiedener Therapiemaßnahmen sowie pharmazeutischer Wirkstoffe am metaphysären Knochen unter definierten biomechanischen Bedingungen zu untersuchen und auf die Gegebenheiten im Menschen zu übertragen.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, aus der Verteilung der verschiedenen Bestandteile der extrazellulären Matrix Rückschlüsse auf die mechanische Beanspruchung des Lig. iliolumbale zu ziehen. Dazu wurde bei 11 Leichen das Lig. iliolumbale mit seinen knöchernen Anheftungsstellen entnommen und immunhistochemisch untersucht. An beiden Insertionsstellen konnten die für eine faserknorpelige Enthesis charakteristischen Moleküle (z.B. Kollagen II, Aggrecan, Link Protein) nachgewiesen werden. Das Auftreten derartiger Faserknorpel wird an anderen Stellen des menschlichen Körpers als Anpassung an lokale Kompression gewertet. Im vorliegenden Fall lässt sich daraus ableiten, dass das Lig. iliolumbale in vivo einer vergleichbaren Beanspruchung ausgesetzt ist. Solche Beanspruchungen entstehen, wenn das Lig. iliolumbale eine stabilisierende Wirkung auf den lumbosakralen Übergang ausübt. Dabei treten Zugbeanspruchungen im Band auf, welche an den schräg zur Zugrichtung angelegten knöchernen Anheftungsstellen zu lokaler Druckbeanspruchung führen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Lig. iliolumbale ein physiologisch beanspruchter Stabilisator des lumbosakralen Übergangs ist. Auch innerhalb des Bandes finden sich vereinzelt faserknorpeltypische Moleküle, die auf einen lokalen Kontakt des Bandes mit dem Beckenkamm hinweisen. In 3 Proben konnten Zeichen einer fokalen Degeneration im Bereich einer Enthesis beobachtet werden, was zu Spekulationen hinsichtlich der Entstehung von „low back pain“ einlädt. Das Vorkommen von Molekülen, welche bei rheumatoider Arthritis und seronegativer Spondylarthropathie als Autoantigene beschrieben wurden, lässt ebenfalls vermuten, dass entzündliche Schmerzsyndrome ihren Ursprung im Lig. iliolumbale haben können.

In dieser Arbeit wurde mit Hilfe histologischer und immunhistochemischer Methoden der Aufbau und die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix des Lig. coracoacromiale des Menschen untersucht. Verwendet wurden 9 Präparate aus dem Anatomischen Institut mit einem mittleren Alter von 74,7 Jahren und 6 Proben aus dem Rechtsmedizinischen Institut mit einem mittleren Alter von 27,2 Jahren. Ziel dieser Arbeit war es, eine detaillierte Beschreibung der regionalen molekularen Zusammensetzung der extrazellulären Matrix zu liefern. Dabei wurde das besondere Augenmerk auf die Unterschiede zwischen den beiden Altersgruppen gelegt, um so indirekt auch auf die physiologische Funktion und mechanische Situation des Bandes Rückschlüsse ziehen zu können. An den Anheftungszonen des Bandes an den jeweiligen Knochenvorsprüngen lassen sich in markanter flächiger Ausprägung Chondroitin-6-Sulfat, Kollagen II, Aggrecan und Link Protein als charakteristische Marker von Faserknorpelgewebe nachweisen. Ebenso konnten im Verlauf des Bandes diese für Faserknorpel typischen Proteine in beiden Altersgruppen (etwas abgeschwächt in der jüngeren Gruppe) detektiert werden. In der Annahme, dass das Entstehen von Faserknorpel Ausdruck eines funktionellen Anpassungsprozesses des Gewebes an spezifische mechanische Beanspruchung ist, muss im Hinblick auf die Ergebnisse dieser Arbeit festgestellt werden, dass eine nennenswerte Druckübertragung zwischen Caput humeri und korakoakromialen Bogen stattfindet. Da die Ergebnisse sich in beiden Altersgruppen qualitativ entsprechen, nehmen wir an, dass diese mechanische Situation schon im physiologischen Zustand besteht. Das Auftreten von Fettgewebe an der Unterseite des Bandes und am Rand der Enthesisregion wurde bisher meist als degenerative Veränderung interpretiert. In Anlehnung an Benjamin et al. (2004) vermuten wir, dass das Fettgewebe, zur günstigeren Druckverteilung im Gewebe und als Hüllgewebe für kleine Nervenfasern dient. Insgesamt könnte die beobachtete Konfiguration Ausdruck eines mechanosenorischen Komplexes sein, welcher der Modulation von Muskelreflexen im Schulterbereich dient. Klinische Relevanz gewinnt das Auftreten bestimmter Moleküle im Zusammenhang mit der Manifestation von Erkrankungen aus dem rheumatoiden Formenkreis. Einen wesentlichen Part bei entzündlichen Vorgängen übernehmen Autoimmunprozesse gegen faserknorpelige Bestandteile der extrazellulären Matrix wie Kollagen II, Aggrecan, Link Protein, COMP und CMP. Das Vorkommen dieser Proteine in der extrazellulären Matrix des Lig. coracoacromiale lässt auf einen Mitbefall dieser Struktur bei rheumatischen Erkrankungen schließen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es die regional unterschiedliche molekulare Zusammensetzung der extrazellulären Matrix im proximalen und im distalen Sehnenanheftungsbereich frühkindlicher Patellae zu untersuchen und mit den Befunden an der adulten Enthesis zu vergleichen. Die extrazelluläre Matrix der kindlichen Sehnenansatzzonen weist folgende Bestandteile auf: Es besteht eine Zone, in der eine Überlappung von Kollagen I und II positiven Regionen besteht, während Kollagen III praktisch überall vorkommt. Kollagen V lässt sich bis zum 13. Monat nachweisen. Kollagen VI ist in den Ansatzregionen ebenfalls nachweisbar, die Anordnung der Markierungen variiert aber je nach Region. Alle untersuchten Glykosaminoglykane (Dermatansulfat, Keratansulfat, Chondroitin-4-sulfat, Chondroitin-6-sulfat) kommen regelmäßig in den Anheftungszonen vor. Auch Versican und Tenascin sind stets in den Ansätzen zu finden. Link Protein lässt sich häufig in den Anheftungszonen nachweisen, während Aggrecan in rund zwei drittel der Fälle in der kindlichen Enthesis auftritt. Histomorphologisch stellt sich die Enthesis an beiden Enden der Patella als Faserknorpel mit chondroiden, rundlichen Zellen dar, die in Reihe oder einzeln angeordnet sind. Lediglich die zonale Gliederung aus hyalinem Knorpel, nicht kalzifiziertem Faserknorpel und Sehne unterscheidet sich von der Anordnung beim Erwachsenen (hier gilt: Knochen, kalzifizierter und nicht kalzifizierter Faserknorpel und Sehne). Die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix entspricht prinzipiell dem adulten Faserknorpel mit Kollagen II, Aggrecan, Link Protein und Chondroitin-6-sulfat. Somit sind schon zu diesem frühen Zeitpunkt der Entwicklung zwei getrennte Bereiche (Faserknorpel der Enthesis und frühkindlicher hyaliner Patellarknorpel) klar voneinander abgrenzbar. Obwohl der Einfluss der genetischen Determinierung anhand unserer Studie nicht ausgeschlossen werden kann, kommen wir zu dem Ergebnis, dass offensichtlich bereits kurz nach der Geburt die gleichen biomechanischen Mechanismen bestehen, die auch beim Erwachsenen zur Ausprägung des Sehnenansatzorgans führen.

Sowohl beim Menschen wie auch bei verschiedenen Primaten kann im Lig. transversum acetabuli im Bereich der Kontaktzone mit dem Hüftkopf ein unterschiedlich stark ausgeprägter sesamoider Faserknorpel gefunden werden. Dieser weist neben der typischen Morphologie der Zellen auch eine charakteristische Veränderung der Zusammensetzung der extrazellulären Matrix auf molekularer Ebene auf. Es finden sich unter anderem Kollagen II, Aggrecan und Link Protein. Diese mehr oder weniger deutlich ausgeprägten faserknorpeligen Areale lassen sich kausal auf in diesem Bereich auftretende lokale Druckbeanspruchungen zurückführen. Innerhalb des Bandes fällt die faserknorpelige Anpassung in Abhängigkeit von der topographischen Anordnung unterschiedlich aus. Die dem Hüftkopf zugewandten Anteile des Bandes sowie die knöchernen Anheftungsstellen zeigen ein faserknorpeliges Erscheinungsbild, während in den anderen Bandabschnitten der faserige Phänotyp vorherrscht. Das häufigere Vorkommen von Kollagen II in den Bändern der Primatengelenke interpretieren wir als das Resultat einer etwas höheren lokalen Druckbeanspruchung des Lig. transversum acetabuli aufgrund des geringern Radius der Primatenhüftgelenke. Das geringere Körpergewicht der Tiere beeinflusst dabei offensichtlich das Anpassungsverhalten des Bandes in geringerem Maße, als die gegenläufig wirksame Abnahme der Hüftgelenkradius. In Bezug auf die klinische Relevanz beim Menschen lassen die Untersuchungsergebnisse unter Berücksichtigung der Daten in der Literatur, einen möglichen Zusammenhang zwischen den nachgewiesenen knorpeltypischen Bestandteilen der extrazellulären Matrix und lokalen Manifestationen der rheumatoiden Arthritis im Bereich der Faserknorpel des Lig. transversum vermuten.

Anhand von 15 unfixierten Präparaten von Lendenwirbelkörpern wurde in dieser Arbeit an 56 Wirbelsegmenten die Darstellbarkeit der hyalinen Knorpelabschlussplatte mit der hochauflösenden Magnetresonanztomographie untersucht. Die Präparate wurden von Leichen entnommen und sofort tiefgefroren. Es wurden Sägeschnitte von 3 mm Dicke mit einer Bandsäge an den tiefgefrorenen Präparaten durchgeführt. Dadurch konnten die Messergebnisse korreliert und auf Validität entsprechend der magnetresonanztomographischen Schnittführung überprüft werden (coronar beziehungsweise sagittal). Zur Dokumentation wurden sämtliche Präparate fotografiert und Kontaktradiographien hergestellt. Segmente mit Modellcharakter oder besonderen Pathologien wurden fixiert, gefärbt und histologisch untersucht. Trotz der nur geringen Knorpeldicken von 0,8 cm im Durchschnitt bei den Präparaten ließen sich diese durch die hochauflösende Magnetresonanztomographie gut darstellen. Bei den T1 gewichteten MRT-Bildern konnte man gut die hyaline Knorpelabschlussplatte als signalärmeren Bereich vom Diskus intervertebralis und signalreicheren Bereich von der knöchernen Abschlussleiste differenzieren. Bei den T2- und Protonendichte-gewichteten Bildern ließ sich diese Knorpelplatte hingegen nur erahnen. Gute Darstellungen der Knorpelplatte wurden mit den Gradientenechosequenzen erzielt. Bilder von Gradientenechosequenzen mit dreidimensionaler Bildgebung waren hinsichtlich der Darstellung der Knorpelplatte der zweidimensionalen überlegen. Beste Ergebnisse wurden mit der DESS Sequenz mit einem Anregungswinkel α 40° erzielt. Bei dieser Sequenz konnte die Knorpelplatte an insgesamt 84 Prozent der Messpunkte nachgewiesen werden. Bei den untersuchten Präparaten konnten Normvarianten zahreiche Pathologien gesehen und beschrieben werden: Bei 14 der 96 untersuchten Deck- und Grundplatten der Wirbelkörper fand sich ein Cupid’s bow Phänomen. An den untersuchten Präparaten jeder Altersgruppe konnten degenerative Prozesse der Bandscheibe, der hyalinen Knorpelplatte und der knöchernen Abschlussplatte nachgewiesen werden: Bei den insgesamt 96 untersuchten Deck- und Grundplatten der einzelnen Wirbelsegmente waren 29 Schmorl’sche Knoten nachweisbar. Desweiteren sah man als Prozeß der degenerativen Bandscheibenerkrankungen die erosive intervertebrale Osteochondrose. Es konnte gezeigt werden, dass die Defekte der Erosionen durch Knorpelproliferate von Faser- und Hyalinknorpel aufgefüllt sind. Im Falle der erosiven Osteochondrose wurde ein besonderer Prozess beobachtet, und zwar die Proliferation von Knorpelgewebe in die osseären Erosionen. Es scheint sich um einen unspezifischen Reparaturmechanismus im Finalstadium der Bandscheibendegeneration zu handeln. Dieser entwickelt sich, nachdem der Faserknorpel des Diskus intervertebralis, die hyaline Knorpelplatte und die knöcherne Abschlussplatte vollständig destruiert sind. Die histologisch nachgewiesenen Knorpelproliferate wurden auf MRT-Bildern entdeckt. Der genaue Mechanismus der Knorelproliferation ist noch unbekannt. Für die Klinik dürfte aber dessen Kenntnis und die eventuelle Reproduzierbarkeit enorme Bedeutung haben.