by G. H. | Jän 21, 2019 | Arthrosetherapie, News
Der Einfluss von Muskelathrophie und Arthritis auf die Entstehung und Progression der Arthrose im Tiermodell
Egloff C, Valderrabano V, Herzog W
Fragestellung: Die Arthrose ist eine multifaktorielle Erkrankung wobei eine eine Muksleathrophie und ein entzündliches Geschehen als Risikofaktoren beschrieben werden. Das Zusammenspiel dieser Faktoren ist jedoch bis heute nur ungenügend untersucht. Diese Studie setzte sich deshalb zum Ziel den Einfluss von Muskelatrophie, entzündlicher Arthritis und der Kombination beider im Tiermodell in vivo zu untersuchen.
Methodik: Dreissig ausgewachsene, 1 Jahr alte weibliche New Zealand white rabbits (Gewicht: mean 5.7kg, range 4.8–6.6kg) wurden in dieser Studie verwendet. Die Tiere wurden dabei in vier experimentelle Gruppen unterteilt: (i) Neurotomie des zum Vastus lateralis (VL) führenden Astes des N. femoralis communis; (ii) medikamentös induziert Paralyse des M. quadriceps femoris durch eine intramuskuläre Injektion von Botulinum Toxin A (BTX-A); (iii) intraartikuläre Injektion von Carrageenan (CA) zur Induktion einer fulminanten, transienten inflammatorischen Reaktion; (iv) Kombination der intraartikulären Injektion von CA und der intramuskulären Injektion von BTX-A. Jedem Tier wurde randomisiert ein experimentelle Seite zugewiesen, während die kontralaterale Seite als unaffektiere Kontrolle fungierte. Nach Neunzig Tagen, wurden Gelenksdurchmesser, Muskelmasse gemessen und der Knorpel der Femurkondylen, der patellofemoralen Grube, Patella und Tibia histologisch mittels des OARSI score analysiert.
Ergebnisse: Die Neurotomie des zum VL führenden Nervenastes wie auch die Administration von BTX-A (Gruppe (i) und (ii)) führte zu einer signifikanten Atrophie der Muskulatur des VL wie auch des gesamten M. Quadriceps. Ähnliche Folgen zeigten sich in der kombinierten Gruppe BTX-A/CA (Gruppe iv). In Gruppe (iii) zeigten sich keine Unterschiede. Die Druchmesser der experimentellen Kniegelenke waren signifikant grösser in den Gruppen (iii) und (iv). Die Neurotomie oder auch die BTX-A Injektion hatte keinen messbaren Effekt auf den Gelenksduchmesser.
Die histologische Analyse des Gelenkknorpels zeigte signifikant höhere Knorpeldegradation an der Patella und der femoralen Grube, aber nicht in der tibiofemoralen Artikulation. BTX-A hatte einen signifikanten Einfluss auf alle analysierten Gelenkskompartimente des Knies (Patella, femoral Grube, Tibia, Femur). CA alleine führte nicht zu einer messbaren Schädigung des Knorpels verglichen mit der Gegenseite. Die Kombination von BTX-A und CA führte zu schweren Knorpelschäden in allen Kompartimenten.
Schlussfolgerung: Muskelatrophie über eine dreimonatige Periode führt zu einer Induktion und Progression von Osteoarthrose im Tiermodell. Eine vorübergehender lokale inflammatorische Reaktion führte zu weder zu einer messbaren Arthrose von hatte es einen grossen verstärkenden Effekt, wenn es mit einer Muskelschwäche kombiniert wurde. Diese Erkenntnis ist überraschend und suggeriert die Überlegung, dass eine lokaler transiente Gelenksentzündung alleine kein unabhängiger Risikofaktor für die Osteoarthrose darstellt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-502
doi: 10.3205/14dkou494, urn:nbn:de:0183-14dkou4944
Published: October 13, 2014
© 2014 Egloff et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Jän 21, 2019 | Arthrosetherapie, News
Veränderungen des subchondralen Knochens durch PTH [1-34] induzieren die Entstehung einer Früharthrose in vivo
Orth P, Cucchiarini M, Wagenpfeil S, Menger M, Kohn D, Madry H
Fragestellung: Parathormon (PTH [1-34]) wird klinisch zur Osteoporosebehandlung eingesetzt und verbessert die experimentelle Frakturheilung. Die Wirkung von PTH [1-34] auf den subchondralen Knochen ist jedoch bislang nur unzureichend erforscht. Wir untersuchten die Hypothese, dass die systemische Gabe von PTH [1-34] mikroarchitektonische Veränderungen des subchondralen Knochens bewirkt, welche wiederum zu sekundärer Degeneration des Gelenkknorpels innerhalb einer intakten osteochondralen Einheit führen.
Methodik: Die Behandlungsgruppe (n = 4 Kaninchen) erhielt täglich subkutan 10 µg PTH [1-34]/kg, die Kontrollgruppe NaCl 0,9%. Zum Ausschluss einer Niereninsuffizienz unter der Therapie wurden kontinuierlich renale Retentionsparameter bestimmt. Nach 6 Wochen wurden die subchondrale Knochenlamelle und die subartikuläre Spongiosa separat mittel Mikro-Computertomographie untersucht. Degenerative Veränderungen des Gelenkknorpels konnten sowohl makroskopisch als auch histologisch mit Hilfe etablierter Bewertungssysteme und durch immunhistochemische Bestimmung von Typ I, II und X Kollagen quantifiziert werden. Die absolute und relative Breite des kalzifizierten Gelenkknorpels wurde histomorphometrisch bestimmt. Ein Effekt von PTH [1-34] auf die Expression des PTH-Rezeptors (PTH1R) und die Apoptose von Osteozyten und Chondrozyten (Caspase-3) wurde immunhistochemisch untersucht. Zur statistischen Auswertung kamen ein GEE Modell und der Pearson Korrelationskoeffizient (r) zur Anwendung (Signifikanzniveau p < 0,05).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: PTH [1-34] steigert Volumen (BV/TV; 45,58 ± 3,69 versus 40,12 ± 3,35%; p = 0.010), Mineralsalzgehalt (BMD; 1.062,48 ± 104,16 versus 931,59 ± 60,94 mg Kalziumhydroxyapatit/cm3; p = 0.017), und Trabekelbreite (Tb.Th; 0,14 ± 0,01 versus 0,13 ± 0,01 mm; p = 0.042) innerhalb der subartikulären Spongiosa ohne Effekt auf die subchondrale Knochenlamelle. Ferner steigert PTH [1-34] die Breite des kalzifizierten Gelenkknorpels (285,23 ± 46,17 versus 163,45 ± 31,30 µm; p = 0.001). Die Behandlung bewirkt signifikant ausgeprägtere degenerative Veränderungen des hyalinen Gelenkknorpels (Gesamtpunktwert 4,28 ± 1,47 versus 1,97 ± 0,46; p = 0.040); vornehmlich eine unebene Knorpeloberfläche (1,11 ± 0,96 versus 0,25 ± 0,59; p < 0.001) und reduzierte Matrixanfärbbarkeit (2,75 ± 1,65 versus 1,68 ± 0,55; p = 0.029). Gemäß statistischer Analyse sind diese histologischen Merkmale einer Früharthrose des hyalinen Knorpels auf die gesteigerte Breite des kalzifizierten Knorpels (p = 0.026) und den erhöhten Mineralsalzgehalt der subartikulären Spongiosa (p = 0.001) zurückzuführen (r = 0,56).
Zusammenfassend führt die systemische Gabe von PTH [1-34] zu Veränderungen der subartikulären Spongiosa sowie einer Verbreiterung des kalzifizierten Knorpels und in der Folge zu degenerativen Veränderungen des hyalinen Gelenkknorpels. Dies stellt einen bislang unbekannten Mechanismus dar, durch welchen PTH-bedingte Veränderungen des subchondralen Knochens die Entstehung einer Früharthrose induzieren können.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-123
doi: 10.3205/14dkou493, urn:nbn:de:0183-14dkou4932
Published: October 13, 2014
© 2014 Orth et al.
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by G. H. | Jän 21, 2019 | Arthrosetherapie, News
Die Rolle der synovialen Inflammation in der Pathogenese der Osteoarthrose
Moradi B, Hagmann S, Rosshirt N, Kirsch J, Lorenz HM, Tretter T, Zeifang F, Gotterbarm T
Fragestellung: Die Osteoarthrose (OA) ist eine der weitverbreitesten orthopädischen Erkrankungen mit bislang unbekannter Ätiologie. Die Pathophysiologie ist durch einen progredienten Verlust der Knorpel- und Knochensubstanz gekennzeichnet. Therapeutische Ansätze, um die Progression zu stoppen, gibt es nicht.
Während die OA primär als eine nicht-entzündliche Erkrankung angesehen wurde, wird den inflammatorischen Pathomechanismen in der Progression der OA eine zunehmende Bedeutung beigemessen. Die Bedeutung der lokalen Inflammation in dem Prozess der Knorpel- und Knochendestruktion sind jedoch bislang noch weitestgehend unbekannt.
Das Ziel dieser Arbeit war es die Präsenz von inflammatorischen Zellen und deren Zytokine in den Kniegelenken von OA Patienten zu untersuchen. Durch den Einschluss von Patienten mit Teilgelenks- und Vollgelenksarthrose sollte untersucht werden ob sich dieses Inflammationsmuster mit der Progression der OA verändert.
Methodik: Insgesamt wurden 59 Patienten (67 ± 11 Jahren) (26 Teilgelenks- und 23 Vollgelenksarthrose) in diese Studie eingeschlossen. Die Synovialmembran (SM) wurde durchflusszytometrisch auf die Präsenz von CD4+ T Helferzellen, CD8+ zytotoxischen T-Zellen, CD19+ B-Zellen, CD14+ Macrophagen und CD16+CD56+ natürlichen Killerzellen untersucht. Die korrespondierende Synovialflüssigkeit wurde quantitativ mittels Multiplex Analyse auf eine breite Anzahl an pro- und anti-inflammatorischen Zytokinen untersucht. Die statistische Analyse erfolgte mittels t-test und Mann-Whitney U-Test.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Synovialmembran zeigte ein spezifisches Infiltrationsmuster, wobei CD14+ Makrophagen (16.6 ± 9.7%) und CD4+ T-Zellen (5.4 ± 6.3%) die beiden größten Zellpopulationen darstellten. Zytotoxischen CD8+ T-Zellen (1.9 ± 1.9%), CD19+ B-Zellen (3.1 ± 3.6%), und CD16+CD56+ natürlichen Killerzellen (0.02 ± 0.03%) waren nur zu einem geringen Anteil in den betroffenen Gelenken nachweisbar. Der Vergleich zwischen den beiden Gruppen zeigte eine signifikant höhere Infiltration (p=0.0009***) mit inflammatorischen Zellen bei Patienten mit Vollgelenksarthrose. In dieser Gruppe wurde auch eine signifikant (p=0.0267*) höhere Präsenz von CD4+ T-Zellen nachgewiesen. Die Analyse der SF zeigte zusätzlich, dass Pt. mit Vollgelenksarthrose signifikant höhere Werte an pro-inflammatorischen Zytokinen aufwiesen (IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-12, Eotaxin, CXCL1).
Die Infiltration von arthrotischen Gelenken mit inflammatorischen Zellen weist ein spezifisches Muster auf, welches sich mit der Progression der Erkrankung verändert. CD14+ Makrophagen und CD4+ T-Zellen scheinen eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der OA zu spielen. Die höhere Präsenz von CD4+ T-Zellen bei der Vollgelenksarthrose und die signifikant höheren Werte an inflammatorischen Zytokinen lassen vermuten, dass die Inflammation mit der Progression der Erkrankung zunimmt. Die Manipulation dieser Zellpopulationen könnte ein neues therapeutisches Fenster in der Behandlung der OA eröffnen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-1416
doi: 10.3205/14dkou492, urn:nbn:de:0183-14dkou4929
Published: October 13, 2014
© 2014 Moradi et al.
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by G. H. | Jän 14, 2019 | Arthrosetherapie, News
Synoviale T-Zell-Infiltration und Zytokinproduktion in Früh- und Endstadium der Arthrose
Rosshirt N, Hagmann S, Gotterbarm T, Tretter T, Lorenz HM, Zeifang F, Moradi B
Fragestellung: Die Osteoarthrose (OA) ist eine der häufigsten muskuloskelettalen Erkrankungen mit enormer sozioökonomischer Bedeutung. In der aktuellen Literatur wird der synovialen Inflammation in Entstehung und Progression der Erkrankung eine zunehmend wichtige Rolle beigemessen. Bereits in Frühstadien konnten MR-Studien eine Synovitis nachweisen. Immunhistochemische Studien zeigten, dass die SM durch ein mononukleäres Zellinfiltrat und proinflammatorische Zytokine charakterisiert ist. Der Fokus unserer Arbeit war, die inflammatorischen T-Zell-Subpopulationen und deren Zytokine im betroffenen Gelenk zu analysieren. Durch den Einschluss von Patienten im frühen und späten Stadium der Erkrankung sollte die Rolle der Inflammation in der Pathogenese der Osteoarthrose neu evaluiert werden.
Methodik: Proben der Synovialmembran (SM) und Synovialflüssigkeit (SF) wurde von insgesamt 120 Patienten (75w, 45m; Alter: 67.8 ± 8 Jahre) unterschiedlichen Stadiums (Kellgren-Lawrence I-IV) analysiert. Durch enzymatischen Verdau und Dichtegradientenzentrifugation wurden Mononukleäre Zellen (MNC) isoliert und durchflusszytometrisch nach Oberflächen- und intrazellulären Markern spezifisch für T-Zell Subpopulationen (Th1, Th2, Th17, Treg) untersucht. Deren Zytokinsekretion (IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-17A, IFN-γ, TNF-α) in SF wurde mittels cytometric bead array (CBA) bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: In der SM konnte eine signifikante Zunahme der Infiltration von CD4+ T-Zellen mit steigendem Arthrose-Stadium dokumentiert werden (p<0.05), die einen aktivierten Phänotyp aufweisen (CD69+, CD45RO+). Die größte Population in den intraartikulären Kompartimenten stellten die proinflammatorischen Th1-Zellen dar, gefolgt von Th2 und Th17. Die regulatorischen T-Zellen (Treg) stellten die kleinste Population dar, mit signifikant negativer Korrelation zum Arthrose-Stadium. Dies resultiert in einer Zunahme des Ungleichgewichts der pro- und antiinflammatorischen T-Zell-Populationen bei Progression der Erkrankung, welches signifikant mit dem Arthrose-Stadium korreliert (p<0.05). Die Untersuchung mittels CBA bestätigte eine signifikante Steigerung der proinflammatorischen Th1- und Th17-Zytokine (TNF-α und IL-17) in der SF von Arthrose-Stadium I zu Stadium III/IV (p<0.05), während die antiinflammatorischen Th2- und Treg-Zytokine (IL-4, IL-10) in Stadium III/IV abnahmen.
Unsere Daten zeigen, dass die Infiltration der SM und SF mit aktivierten CD4+ T-Zellen bereits im Frühstadium beginnt und signifikant mit Progression der OA zunimmt. Durch selektive Rekrutierung entsteht ein zunehmend proinflammatorisches Milieu im betroffenen Gelenk. Dies lässt den Schluss zu, dass T-Zell-Aktivierung und Polarisierung eine wichtige Rolle bei Beginn und Fortschreiten der OA spielen. Das bessere Verständnis der synovialen inflammatorischen Prozesse könnte langfristig durch die Regulation spezifischer Zellpopulationen zur Etablierung neuer Therapieoptionen dieser Volkserkrankung führen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-465
doi: 10.3205/14dkou491, urn:nbn:de:0183-14dkou4913
Published: October 13, 2014
© 2014 Rosshirt et al.
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by G. H. | Jän 14, 2019 | Arthrosetherapie, News
Mengen-und Syntheseänderungen bei Kollagenen und Proteoglykanen in verschiedenen Knorpelschichten im Verlauf der Arthroseentstehung. Vergleich quantitativer Verfahren mit der Photoshop-based image Analyse
Lahm A, Spank H, Kasch R, Rödig J, Erggelet C, Esser J, Merk H
Fragestellung: Ziel der Studie ist die Untersuchung des Ausmaßes der Kollagen I und II-Expression sowie anderer ECM- Bestandteile einschließlich immunhistochemischer Analyse des Gewebemetabolismus während der Entwicklung des Arthroseprozesses.
Quantitative Real-Time-PCR und colorometrische Verfahren wurden mit der EDV-gestützten semiquantitativen Photoshop-based Imageanalyse korreliert, um den Verlauf zu dokumentieren.
Methodik: Insgesamt 40 Knorpelproben (je 20 gemäß ICRS Klassifikation Grad 1b bzw. 3a oder 3b (später Collins und Mc Elligott Grad I in Gruppe A und Grad III in Gruppe B) wurden bei Knie-TEP-Implantationen aus der Notch entnommen, als Standard wurden 15 weitere Biopsien aus gesundem Knorpel genutzt.
Es erfolgte eine in-situ Hybridisierung und Immunhistochemie (u.a.monoklonale Antikörper gegen Kollagen I und II, neues Primerdesign für Aggrecan), quantitative RT- PCR der Proben und Vergleich mittels semiquantitativer Pixelanalyse der Lichtmikroskopien mit PAS-, Safranin-O und Alcian blau sowie der immunhistochemischen Darstellungen im Histogramm Menu (Adobe Photoshop®).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Den stärksten Kol I Anstieg zeigten die tieferen Schichten des degenerativen Knorpels in der Umgebung von Fissuren sowie schon in der Frühphase flächig in der Superfizial-und oberen Transitionalzone, meist mit strukturellen Schäden und Fibrillationen assoziiert.
Die Analyse zeigt eine uniforme Verteilung von Kol II in den Schichten des gesunden hyalinen Knorpels.
Sein Abfall im degenerativ veränderten Knorpel ist besonders in den oberen Schichten messbar, was stets zu einem Abfall des Gesamtgehaltes führt, obwohl in den unteren Schichten eine gleichbleibender Gehalt bzw. in 30% sogar ein Anstieg meist in isolierter Form (Cluster) auftrat. Der Verlust an Proteoglykan in den stärker degenerativ veränderten Knorpelarealen wurde mit der Photoshop based Image Analyse sowohl in der lichtmikroskopischen als auch immunhistochemischen Analyse mit hoher Korrelation über die Auswertung des Anfärbeverhaltens dokumentiert. Der Proteoglykangehalt nahe der Oberfläche ist physiologisch gering. In der transitionalen Zone unterhalb der Oberflächenzone ist die Safranin-O-Anfärbbarkeit etwas höher, aber geringer als in der tieferen radiären. In beiden Arealen, insbesondere aber der radiären, ist der Gehalt in den geschädigten Knorpelproben verringert, so dass sich letztlich außer in Narben fast eine uniforme Anfärbung mit fortschreitendem Arthrosegrad einstellt.
Die regional unterschiedliche Entwicklung von Kol I und II und Proteoglykangehalt in arthrotischem Knorpel kann präzise und mit der Photoshopanalyse einfach dokumentiert werden, therapeutische Ansätze zur Unterbrechung des degenerativen Prozesses und Stärkung der chondrozytären Antwort können sich in Anbetracht der frühzeitigen Anwesenheit von Kol I in Verbindung mit der grundsätzlichen Fähigkeit der Chondrozyten zur Höherregulierung der Kol II Produktion aus einer Supprimierung der Kol I-Produktion in Verbindung mit Förderung der Kol II Expression ergeben
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-135
doi: 10.3205/14dkou490, urn:nbn:de:0183-14dkou4904
Published: October 13, 2014
© 2014 Lahm et al.
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