3 Ergebnisse
3.2 Histomorphometrische Untersuchung der Facettengelenke bei AS
3 Ergebnisse
Die Ankylosierung der Facettengelenke von AS-Patienten scheint somit mit einem Verlust an Knorpelstruktur einherzugehen. Die genannten Unterschiede wurden zur Einteilung der Facettengelenke von Patienten mit AS in 4 Gruppen (offener Gelenkspalt, Knorpelfusion, knöcherne Fusion mit Knorpelinseln und ohne Knorpelinseln) genutzt. Neben den Veränderungen des Gelenkknorpels fanden sich zusätzlich Veränderungen im subchondralen Knochenmark von AS- und OA-Patienten, bei denen ein Ersatz durch fibröses Pannusgewebe stattfand. Um Mechanismen des Umbaus der Facettengelenke von AS-Patienten näher zu charakterisieren, erfolgten anschließend histomorphometrische Untersuchungen dieser Gelenk im Vergleich zu Kontrollgelenken und Facettengelenken von OA-Patienten. Zusätzlich fand ein Vergleich der Messungen innerhalb der AS-Gruppen 1–3 statt.
3.2 Histomorphometrische Untersuchung der Facettengelenke bei AS
3 Ergebnisse
subchondrale Knochenendplatte
Knochentrabekel Gelenkknorpel
Knochenmark µm² µm
µm µm²
subchondrale Knochenendplatte
Knochentrabekel Gelenkknorpel
Knochenmark
µm² µm²
subchondrale Knochenendplatte
Knochentrabekel Gelenkknorpel
Knochenmark
Messmethode
Dicke des hyalinen Gelenkknorpels hGK.D
= Knorpelfläche / Knorpellänge
Dicke der subchondralen Endplatte sEP.D
= Endplattenfläche / Endplattenlänge
Fläche der Knochentrabekel Tb.F
= Knochentrabekelfläche * 100 / Bildgesamtfläche
Knorpeldicke Endplattendicke Trabekelfläche
A
B
C
offener Gelenk-spalt
knorpelige Fusion knöcherne
Fusion 0
500 1000 1500 2000
2500 ** **
#
offener Gelenk-spalt
knorpelige Fusion knöcherne
Fusion 0
100 200 300 400 2400500
2500 ** *
#
$
offener Gelenk-spalt
knorpelige Fusion knöcherne
Fusion 0
20 40 6090
100 *
KO / AS / OA
KO AS OA
0 500 1000 1500 2000
2500 ** n.s.
***
KO AS OA
0 500 1000 15002400 2500
n.s.
***
****
KO AS OA 0
20 40 60 80
100 n.s. *******
AS
[µm] [µm]
[µm] [µm]
[%] [%]
Kontrollguppen KO und OA in ihrer Endplattendicke im Vergleich untereinander nicht unterschieden (Abb. 3.3B, KO/AS/OA).
Die Trabekelfläche als Maß für die subchondrale Knochenmasse wurde durch die Messung der Trabekelfläche pro subchondraler Gesamtfläche berechnet (Abb. 3.3C, Messmethode).
Für diese wurden signifikant erhöhte Werte nur für die Facettengelenke von OA-Patienten gegenüber den Kontrollen (p = 0,0002) und AS-Patienten (p < 0,0001) nachgewiesen, während keine Unterschiede zwischen den Facettengelenken von AS-Patienten und Kontrollgelenken detektiert wurden (Abb. 3.3C, KO/AS/OA).
Schematische Darstellungen der histomorphometrischen Messmethoden inklusive der Berechnungsformeln sowie die Punktdiagramme für die Bestimmung der Knorpeldicke (A) und Endplattendicke (B) jeweils in µm sowie der Trabekelfläche (C) in % für Facettengelenke von Kontrollen (KO) im Vergleich zu Patienten mit Ankylosierender Spondylitis (AS) und Osteoarthrose (OA), aber auch der Vergleich der AS-Gruppen 1–3 untereinander. AS-Gruppe 1 = offener Gelenkspalt, AS-Gruppe 2 = knorpelige Fusion, AS-Gruppe 3 = knöcherne Fusion. Dargestellt sind die einzelnen Datenpunkte sowie der jeweilige Median-Wert und der Interquartilabstand. Gestrichelte Linien innerhalb der Punktdiagramme der AS-Subanalysen zeigen den jeweiligen Median der Kontrollgruppe.
Die statistische Auswertung erfolgte mittels Kruskal-Wallis und Dunn’s Post-hoc Test. **** p-Wert < 0,0001; *** p-p-Wert < 0,001; ** p-p-Wert < 0,01; * p-p-Wert < 0,05; n.s. = nicht signifikant p-p-Wert
> 0,05; # p-Wert < 0,001 gegenüber KO; $ p-Wert < 0,01 gegenüber KO.
Abb. 3.3: Dicke des hyalinen Gelenkknorpels und der subchondralen Endplatte sowie Fläche der Knochentrabekel in Facettengelenken von Kontrollen, Patienten mit AS und OA
3 Ergebnisse
Innerhalb der AS-Gruppen demonstrierten die Facettengelenke der AS-Gruppe 3 die massivsten Verluste an Knorpel- und Knochenmatrix. Ihre Knorpeldicke war signifikant reduziert im Vergleich zu Kontrollgelenken (p<0,0001) sowie Facettengelenken der AS-Gruppen 2 (p = 0,0056) und 1 (p = 0,0057; Abb. 3.3A, AS). Auch die subchondrale Endplatte der Facettengelenke der AS-Gruppe 3 war signifikant dünner als die der Kontrollgelenke (p < 0,0001), AS-Gruppe 2 (p = 0,0476) und AS-Gruppe 1 (p = 0,0075; Abb. 3.3B, AS). Die Fläche der Knochentrabekel war in den Facettengelenken der AS-Gruppe 3 signifikant geringer als in den Gelenken der AS-Gruppe 2 (p = 0,0199), während im Vergleich zu den Kontrollgelenken keine Unterschiede nachgewiesen wurden (Abb. 3.3C, AS).
Der progrediente Verlust von Gelenkknorpel und Gelenkspalt suggeriert, dass es sich um konsekutive Stadien der Gelenkfusion handelt.
3.2.2 Quantifizierung der subchondralen Knochenmarkveränderungen und der Invasion der subchondralen Endplatte durch Pannusgewebe
Das Auftreten eines fibrösen Pannusgewebes als pathologisches Merkmal der Gewebeproben von AS-Patienten wurde bereits 1956 beschrieben [90]. Um den potenziellen Einfluss einer solchen Markraumfibrose auf den fortschreitenden Gelenkumbau der Facettengelenke von AS-Patienten bewerten zu können, erfolgte eine Quantifizierung des Ausmaßes der subchondralen Knochenmarkfibrose (Abb. 3.4A). Dazu wurde der prozentuale Flächenanteil in einem Bereich bis 200 µm unterhalb der subchondralen Knochenendplatte bestimmt, der durch fibröses Pannusgewebe ersetzt war (Abb. 3.4A, Messmethode).
Während 0 von 13 Kontrollgelenken eine fibröse Transformation des subchondralen Knochenmarkes aufwiesen, wurde diese Besonderheit in 21 von 23 Facettengelenken der AS- und in 13 von 14 Facettengelenken der OA-Patienten gefunden. Im Vergleich der Facettengelenke von AS- und OA-Patienten fanden sich keine signifikanten Unterschiede, das heißt der Ersatz des subchondralen Knochenmarkes ist ein Charakteristikum sowohl der AS als auch der OA (Abb. 3.4A, KO/AS/OA).
Innerhalb der Facettengelenke der AS-Gruppen 1–3 war der Ersatz des subchondralen Knochenmarkes durch fibröses Pannusgewebe in den Facettengelenken des AS-Stadiums 2 am stärksten ausgeprägt. Über 60% des Knochenmarkes bis 200 µm unterhalb der subchondralen Endplatte (Median ± IQR 64,49 ± 88,8%) waren in dieser Gruppe durch
3 Ergebnisse
Fibröses Gewebe µm² µm² 200µm%
subchondrale Knochenendplatte
Knochentrabekel Gelenkknorpel
Knochenmark
fibrous tissue Fibröses Gewebe µm
µm subchondrale
Knochenendplatte
Knochentrabekel Gelenkknorpel
Knochenmark
Messmethode
Knochenmarkersatz durch Pannusgewebe = Fläche des fibrösen Pannusgewebes * 100 / Fläche des subchondralen Knochenmarks
Knochenmarkersatz durch Pannusgewebe
A
KO / AS / OA
Endplattenersatz durch Pannusgewebe
= Länge des Durchbruchs * 100 / Länge der subchondralen Endplatte
Endplattenersatz durch Pannusgewebe
B
offener Gelenk-spalt
knorpelige Fusion knöcherne
Fusion 0
20 40 60 80 100
offener Gelenk-spalt
knorpelige Fusion knöcherne
Fusion 0
10 20 30 40 5090
100 **
$
** #
KO AS OA
0 20 40 60 80
100 ****n.s.
***
KO AS OA
0 10 20 30 4090
100 ** n.s.
***
[%]
AS
[%]
[%] [%]
fibröses Pannusgewebe ersetzt, was ein größerer Anteil war als in Facettengelenken der AS-Gruppen 1 (5,379 ± 62,269%) und 3 (2,926 ± 9,6078%; Abb. 3.4A, AS).
Schematische Darstellungen der histomorphometrischen Messmethoden inklusive der Berechnungsformeln sowie die Punktdiagramme für die Bestimmung des prozentualen Ersatzes des subchondralen Knochenmarkes durch fibröses Pannusgewebe bis 200 µm unterhalb der subchondralen Endplatte (A) sowie das Ausmaß der Invasion der subchondralen Endplatte selbst (B) jeweils in % für Facettengelenke der Kontrollen (KO) im Vergleich zu Patienten mit Ankylosierender Spondylitis (AS) und Osteoarthrose (OA), aber auch der Vergleich der AS-Gruppen 1–3 untereinander. AS-Gruppe 1 = offener Gelenkspalt, AS-Gruppe 2 = knorpelige Fusion, AS-Gruppe 3 = knöcherne Fusion.
Dargestellt sind die einzelnen Datenpunkte sowie der jeweilige Median-Wert und der Interquartilabstand. Gestrichelte Linien innerhalb der Punktdiagramme der AS-Subanalysen zeigen den jeweiligen Median der Kontrollgruppe. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Kruskal-Wallis und Dunn’s Post-hoc Test. **** p-Wert < 0,0001; *** p-Wert < 0,001; ** p-Wert < 0,01; n.s. = nicht signifikant p-Wert > 0,05; # p-Wert < 0,001 gegenüber KO; $ p-Wert < 0,01 gegenüber KO.
Sowohl in Facettengelenken von AS-Patienten als auch von OA-Patienten konnte eine Invasion der subchondralen Endplatte durch ein fibröses Pannusgewebe beobachtet werden, sodass es teilweise in Kontakt mit dem hyalinen Gelenkknorpel kam (Abb. 3.4B). Für die Ermittlung des Ausmaßes der Invasion der Knochenendplatte wurde der prozentuale Anteil der Endplattenlänge bestimmt, der durch fibröses Pannusgewebe ersetzt war (Abb. 3.4B, Messmethode).
Eine Invasion der subchondralen Endplatte wurde nur in Facettengelenken von AS- und OA-Patienten beobachtet, wobei der Vergleich der beiden Gruppen untereinander keinen
Abb. 3.4: Ersatz des subchondralen Knochenmarkes und der subchondralen Endplatte durch fibröses Pannusgewebe in Facettengelenken von Kontrollen, Patienten mit AS und OA
3 Ergebnisse
Unterschied im Ausmaß der Endplatteninvasion ergab. Die Einzelwerte zeigten dabei allerdings eine starke Streuung (Median ± IQR AS 5,374 ± 22,67%; OA 9,144 ± 11,38%;
Abb. 3.4B, KO/AS/OA).
Die Subgruppenanalyse der Facettengelenke von AS-Patienten dokumentierte eine signifikant stärkere Invasion der Endplatte durch fibröses Pannusgewebe in Facettengelenken der AS-Gruppe 2 gegenüber den Gelenken der AS-AS-Gruppen 1 (p = 0,0088) und 3 (p = 0,0079). Der Ersatz der subchondralen Endplatte war in Facettengelenken der AS-Gruppe 2 sogar signifikant ausgeprägter als in Gelenken von OA-Patienten (p = 0,0011; Abb. 3.4B, AS).