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Corinna Steinbrech

• Die weltweit steigende Teilnehmerzahl bei Volks- und Marathonläufen zeigt, dass sich das Langstreckenlaufen in den letzten Jahren zum Volkssport entwickelt hat [Merz, 2004]. Das Streben vieler Freizeitläufer, außergewöhnliche sportliche Leistungen zu erbringen und beim Marathon an die eigenen Grenzen zu stoßen, birgt jedoch auch die Gefahr von Überlastungsreaktionen und Verletzungen besonders des Kniegelenks [Hohmann et al., 2005]. In welchem Maße die Belastungen beim Langstreckenlaufen physiologische Grenzen überschreiten und damit den hyalinen Gelenkknorpel schädigen sowie die Gonarthroseentstehung begünstigen, konnte bislang noch nicht eindeutig geklärt werden. Ziel unserer Studie war es, den hyalinen Knorpel im Kniegelenk zu quantifizieren (Knorpelvolumen und -dicke), um auf dieser Grundlage Rückschlüsse auf ein möglicherweise erhöhtes Arthroserisiko bei Marathonläufern ziehen zu können. Zu diesem Zweck erfolgte die Untersuchung aller Probanden, mit einem weit verbreiteten MRT-Gerät (1.5 T Magnetom Symphony, Siemens). Spezielle MRT-Sequenzen (qMRT) in Kombination mit digitalen Bildbearbeitungsprogrammen ermöglichen eine exakte drei-dimensionale Analyse der quantitativen Knorpelparameter Volumen und mittlerer Dicke im Kniegelenk. Bei den Wettkampfanfängern (5 Frauen und 6 Männer; 39.5 ± 4.8 Jahre; 75.9 ± 18.2 kg; BMI 25.1 ± 3.5 kg/m2) erfolgten die MRT-Messungen zu Beginn ihrer sechsmonatigen Vorbereitung auf den Frankfurt-Marathon und in den ersten Tagen nach dem Rennen. Die durchschnittliche Laufleistung der Marathon-Debütanten, die im Schnitt seit 3 Jahren freizeitmäßig joggten, lag bei 34 km/Woche während des sechsmonatigen Marathontrainings. Die fortgeschrittenen Wettkampfläufer (12 Männer; 37.9 ± 7.4 Jahre; 75.2 ± 5.4 kg; BMI 23 ± 1.3 kg/m2) wurden vor und nach einem Trainings- und Wettkampfjahr untersucht, in dem sie ein durchschnittliches Laufpensum von 67 km pro Woche absolvierten. Eine validierte T1-gewichtete Gradientenechosequenz mit Wasseranregungstechnik (FLASH: TR = 49 ms, TE = 10.3 ms, FA = 30°, Auflösung = 0.156 mm x 0.156 mm, Schichtdicke 1.5 mm, Matrix = 512 Pixels x 512 Pixels, Bildausschnitt [FOV] = 160 mm x 160 mm) diente zur Akquisition koronarer Datensätze des femoralen und tibialen Knorpels (jeweils laterales und mediales Kompartiment) und transversaler Datensätze des patellaren Gelenkknorpels. Nach manueller Segmentierung und 3D-Rekonstruktion erfolgte die Analyse der quantitativen Knorpelparameter. Die Veränderungen von Knorpelvolumen und mittlerer Knorpeldicke im Zeitverlauf wurden prozentual dargestellt und die Signifikanz mittels gepaartem T-Test berechnet. Bei den Wettkampfanfängern zeigte sich keine signifikante Reduktion der Knorpeldicke oder des Knorpelvolumens, lediglich am lateralen Femur war eine signifikante Reduktion von Knorplvolumen (-3.2 ± 3.0 %, p = 0.012) und mittlerer Knorpeldicke (-1.7 ± 1.6 %, p = 0.010) zu finden. Da jedoch die Schwankungen vom Knorpelvolumen im Tagesverlauf und nach 50 Kniebeugen größer sind als die prozentualen Veränderungen am lateralen Femur, kann die berechnete signifikante Abnahme nicht als relevanter Knorpelverlust oder -verschleiß interpretiert werden. Die fortgeschrittenen Wettkampfläufer wiesen in keinem der fünf Knorpelkompartimente des Kniegelenks (laterale und mediale Tibia, lateraler und medialer Femur und Patella) eine signifikante Zu- oder Abnahme der Knorpelparameter auf. Die Ergebnisse dieser Studie legen den Schluss nahe, dass die andauernden und hohen axialen Lasten beim Langstreckenlaufen, vom Kniegelenksknorpel der Marathon-Debütanten und etablierten Wettkampfläufer gut toleriert werden. Insgesamt liefert die quantitative Analyse der Knorpelmorphologie im Kniegelenk keine Anhaltspunkte für ein erhöhtes Risiko der vorzeitigen Arthroseentstehung bei Marathonläufern.
• The worldwide rising number of participants in marathons demonstrates, that long-distance running has become a very popular sport in recent years. The attempt of many recreational runners to perform extraordinarily in sports and to experience their limits in marathon competitions could increase the risk of overloading reactions and injuries especially of the knee joint. Whether the repetitive load impact associated with long-distance running exceeds physiological limits and causes cartilage damage and thus increases the risk of osteoarthritis remains controversial. The aim of this study was to provide quantitative data of the hyaline articular cartilage of the knee joint (cartilage volume and thickness) in order to allow conclusions regarding a possibly increased osteoarthritis risk for marathon runners (marathon-debutants and advanced competition runners). To examine the assumption of increased risks the participants underwent magnetic resonance imaging (1.5 T Magnetom Symphony, Siemens). Special MRI- pulse sequences allowed in combination with digital image analysing tools an exact three-dimensional examination of the quantitative cartilage volume and thickness of the knee joint. The group of marathon-debutants (5 female and 6 male; 39.5 ± 4.8 years; 75.9 ± 18.2 kg; BMI 25.1 ± 3.5 kg/m2) underwent a MRI examination six month before participating in their first marathon, the Frankfurt-Marathon. The second examination was carried out a few days after the competition. During the six months training period the average running distance of the members of this group, who had on average 3 years of jogging experience, was 34 km / week. The advanced runners (12 male; 37.9 ± 7.4 years; 75.2 ± 5.4 kg; BMI 23 ± 1.3 kg/m2) were examined by MRI before and after their competition year. They prepared their marathons with a mean running distance of 67 km / week. MRI was performed using a validated T1-weighted spoiled gradient echo sequence with selective water excitation (FLASH: TR = 49 ms, TE = 10.3 ms, FA = 30°, in plane resolution = 0.156 mm x 0.156 mm, slice thickness = 1.5 mm, matrix = 512 pixel x 512 pixel, FOV = 160 mm x 160 mm) to acquire coronal data sets of the femoral und tibial cartilage and transversal data sets of the patellar articular cartilage. After manual segmentation and three-dimensional reconstruction the quantitative cartilage parameters were determined. The change of cartilage volume and mean thickness within the time between the two examinations was derived and the statistical significance was evaluated by using an paired t-test. The articular cartilage of the marathon-debutants showed no significant reduction of volume and thickness, only the lateral femur exhibited a significant decrease of the cartilage volume (-3.2 ± 3.0 %, p = 0.012) and mean thickness (-1.7 ± 1.6 %, p = 0.010). However, the variations of cartilage volume in the course of the day and after 50 knee bends are larger than the percentage changes of the lateral femur so that the calculated significant reduction can not be interpreted as relevant cartilage decrease or wear. In the group of advanced competition runners no significant increase or decrease of the quantitative cartilage parameters of the knee joint was found. The results of our study indicate that continuous and high axial loads during long-distance running of both, marathon-debutants and advanced competitors, are well tolerated by the articular cartilage of the knee. In conclusion, the quantitative analysis of the cartilage morphology in the knee joint of marathon runners showed no evidence for an increased risk of an early onset of osteoarthritis.