Post operative osteochondrale Veränderungen

1.2.1 Studienmodelle

Zur Evaluation osteochondraler Veränderungen im Zusammenhang mit einem Knietrauma werden verschiedene Studienmodelle herangezogen. So existieren Modelle, die zur Untersuchung langfristiger Veränderungen einen sehr langen Zeitraum zwischen Trauma und Untersuchung abdecken (2;54), während andere Modelle primär in der zum Verständnis einer Erkrankung und deren Pathomechanismus entscheidenden initialen Phase nach einem Trauma ansetzen.

Zur Untersuchung früher osteochondraler Veränderungen ist die Meniskektomie ein häufig verwendetes Modell. So untersuchten z.B. Pastoureau et al. die Auswirkungen einer Meniskektomie anhand eines Schweinemodells 1 und 3 Monate post operationem (73). Sie beobachteten mit Hilfe histologischer Testungen und Messungen der subchondralen Knochendichte komplexe osteochondrale Veränderungen während der initialen Phase (73;102). Ebenso ist das Schafmodell ein etabliertes Studienmodell zur Untersuchung früher osteochondraler Veränderungen im Rahmen einer Osteoarthrose nach einer Meniskektomie.

Hwa et al. beispielsweise stellten in ihrer Schafstudie histomorphometrische Veränderungen 3 und 9 Monate post operationem dar (68). Appleyard et al. fanden in dieser frühen Phase, sogar bereits 3 Monate post operationem, Veränderungen der biomechanischen Eigenschaften nach einer Meniskektomie an adulten Schafen heraus (61).

Neben der Meniskektomie ist darüber hinaus eine Ruptur des vorderen Kreuzbandes ein etabliertes Studienmodell zur Untersuchung osteochondraler Veränderungen. Dieses wurde unter anderem an adulten Ratten erprobt. Hierbei zeigten sich nach einer Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes bereits in der zweiten Woche post operationem osteochondrale histologische Veränderungen (56;70). Diese frühen osteochondralen Veränderungen konnten auch in verschiedenen Kaninchenmodellen nachgewiesen werden. Bereits 9 Wochen (95) nach einer isolierten Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes waren in den oben genannten Studien veränderte biomechanische Parameter bei den ausgewachsenen Tieren festzustellen.

Ebenfalls an adulten Kaninchen führten Boyd et al. Studien durch. Hierbei fanden sie mit Hilfe von Knochendichtemessungen sogar zu einem noch früheren Zeitpunkt (3 Wochen post

Ersatzoperation deutliche makroskopische Veränderungen der Knorpeloberfläche bemerkten, die auf eine Chondromalazie hindeuteten (80).

Die Auswertung der vorgenannten Studien ließ den Schluss zu, dass das in dieser Studie angewandte, nachfolgend näher ausgeführte Schafmodell zur Untersuchung früher osteochondraler Veränderungen nach einem Knietrauma grundsätzlich geeignet war. Zudem waren auch bei verhältnismäßig kurzen Untersuchungsintervallen aussagekräftige Daten zu erwarten. Eine im Gegensatz zu den zuvor genannten Studien abweichende Herangehensweise der vorliegenden Studie bestand jedoch darin, dass das Hauptaugenmerk auf den komplexen osteochondrale Veränderungen bei einem juvenilen Schafmodell lag.

1.2.2 Osteoarthrose

Die OA stellt einen der Hauptfaktoren für Funktionseinschränkungen und eine verminderte Lebensqualität älterer Mitmenschen dar (4;36;37). In den USA ist die OA nach den kardiovaskulären Erkrankungen bereits die zweithäufigste Ursache für Arbeitsunfähigkeit (6).

Da im Rahmen des zu erwartenden demographischen Wandels die Bevölkerung immer älter werden wird, steht zu befürchten, dass die Prävalenz der OA während der nächsten 20 Jahre in den westlichen Ländern um bis zu 40% ansteigen wird (38).

Die OA ist eine degenerative Gelenkerkrankung, die durch fortschreitende Knorpelschädigung und Sklerose der darunter liegenden subchondralen Platte gekennzeichnet ist (39;40). Bei einem physiologischen Gelenkspiel können auf das Gelenk einwirkende Kräfte angemessen abgefedert werden. Voraussetzung für dieses physiologische Zusammenspiel ist ein gesunder Zustand des Gelenkknorpels und der subchondralen Platte (41;42).

Traditionell wurde die Ursache für die OA in einer primären Störung des Knorpels gesucht, die in einer Knorpeldegeneration münden sollte (43). Nachdem Radin 1986 postulierte, dass die Unversehrtheit des Gelenkknorpels auch von den mechanischen Eigenschaften des subchondralen Knochens abhängt (44), wurde wiederholt versucht, die genaue Abfolge des Pathomechanismus der Osteoarthrose zu definieren. So zeigten die Knochendichte (Bone Mineral Density, abgekürzt BMD) und das Knochenvolumen (Trabecular Bone Volume, abgekürzt BV/TV) der subchondralen Platte charakteristische Veränderungen im Zuge einer OA. Die BMD bei Patienten mit Osteoarthrose ist um etwa 5 % höher als die bei Gesunden (45) und das Knochenvolumen ist bei Patienten mit Arthrose um etwa 30 % erhöht (46;47).

Diese Zunahme des Knochenumbaus führt zu einer subchondralen Sklerose, die die Fähigkeit der Pufferung des Knorpels herabsetzt (44). Neben der subchondralen Sklerose kommt es auch zu einer Abnahme der biomechanischen Eigenschaften des Gelenkknorpels an sich. Im Rahmen einer frühen Osteoarthrose nimmt die Steifigkeit (Elastizitätsmodul) des Knorpels ab (48;49). Darüber hinaus konnte eine Korrelation zwischen der Abnahme der Steifigkeit des Gelenkknorpels und der makroskopisch erkennbaren Degeneration (ICRS-Score) nachgewiesen werden (50).

Die funktionellen Eigenschaften des Gelenkknorpels resultieren auch aus seiner einheitlichen Struktur aus Chondrozyten, die in einer Matrix aus Kollagenen, v.a. Kollagen Typ II, und Proteoglykanen eingebettet sind. Der Knorpelmatrixumsatz ist ein Prozess, bestehend aus Synthese und Abbau. Dieser Prozess ist in gesunden Individuen ausbalanciert. Bei Osteoarthrosepatienten finden sich hingegen vermehrt sog. Metalloproteinasen, die unter anderem den Abbau von Kollagenen und Proteoglycanen katalysieren (4) und damit diese Balance stören. Die veränderte Knorpelzusammensetzung bei OA stellte Mankin bereits 1970 dar (51).

Die Integrität beider Strukturen, also die des Gelenkknorpels an sich und die der subchondralen Platte, sind für ein physiologisches Gelenkspiel verantwortlich. Im Rahmen der OA kommt es zu komplexen Veränderungen beider Strukturen, wobei die genaue Reihenfolge bis heute kontrovers diskutiert wird (52). Aktuelle Studien deuten darauf hin, dass zu Beginn der OA die Degeneration des Gelenkknorpels steht und es dann zu Veränderungen in der subchondralen Platte kommt (53).

1.2.3 Osteoarthrose und die VKB-Ruptur

Für die Entwicklung einer sekundären, posttraumatischen OA nach VKB-Ruptur sind einerseits Begleitverletzungen, z.B. am Meniskus, sowie andererseits die Zeit nach dem Trauma als assoziierte Faktoren erkannt worden (2). Die posttraumatische OA, die z.B. nach einer Ruptur des VKB auftreten kann, ist eine in der Häufigkeit oft unterschätzte Diagnose (54). In mehreren Studien wurde der Zusammenhang zwischen der Ruptur des VKB und der Entstehung einer posttraumatischen OA bei Erwachsenen gezeigt (3;55;56). Die langfristigen Ergebnisse nach einer Ruptur des VKB im Hinblick auf die Entstehung einer

kommen Lohmander et al. in einer prospektiv randomisierten Studie (2).

In einer prospektiven Kohortenstudie konnte gezeigt werden, dass ein Knietrauma im Kindes- und Jugendalter das Risiko einer sekundären posttraumatischen OA um ein Vielfaches erhöht (10). Kinder mit einer VKB-Ruptur unterliegen somit im Vergleich zu erwachsenen Patienten mit VKB-Ruptur einem deutlich höheren Risiko, im Laufe ihres Lebens eine Arthrose zu entwickeln.