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Ziel dieser Arbeit ist es, Art, Häufigkeit und Dauer der Komplikationen nach sekundärer Kieferspaltosteoplastik mit Beckenkammtransplantation bei Patienten mit Lippen-, Kiefer-, Gaumenspalten aufzuzeigen. Dazu wurden in dieser retrospektiven Studie die Daten von 236 Patienten, die im Zeitraum zwischen Juli 1986 und August 1997 im Klinikum „Rechts der Isar“ der Technischen Universität München eine Spanentnahme am vorderen Beckenkamm zur autologen Transplantation im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich erhielten, ausgewertet. Die Datenerhebung erfolgte durch Analyse der OP-Berichte, Krankenblätter, persönliche Befragung und körperliche Untersuchung aller 236 Patienten. Der Focus dieser Arbeit liegt bei der Darstellung der Ergebnisse der 182 LKG-Patienten, welche mit den anderen Indikationsgruppen verglichen wurden. Das durchschnittliche OP-Alter der LKGPatienten betrug 13,8 Jahre, die Daten wurden im Mittel 5,3 Jahre nach der Entnahme-OP erfasst. Chirurgische Frühkomplikationen konnten bei 15 LKG-Patienten (8,2 %) beobachtet werden, die bei zwei Patienten (1,1 %) einer chirurgischen Nachbehandlung (Hämatomausräumung) bedurften. Die Komplikationsrate war bei den Patienten mit der Diagnose LKG (8,2 %) geringer als bei den übrigen Indikationsgruppen zur Knochenentnahme. Diese reichte von 11 % bei Tumorpatienten bis 26 % bei Patienten mit Dysgnathie. Eine Gehbehinderung war mit 91,7 % die häufigste nichtchirurgische Komplikation. Die Gehbehinderung war bei 13,7 % der LKG-Patienten so stark, dass sie auf Gehhilfen angewiesen waren. 78 % waren ebenfalls gehbehindert, benötigten jedoch keine Gehhilfe. Starke postoperative Schmerzen in der Entnahmeregion nannten 48,4 %. Über postoperative Sensibilitätsstörungen klagten 28,6 % der LKG-Patienten. Zum Untersuchungszeitpunkt, im Durchschnitt 5,3 Jahre nach dem operativen Eingriff, wurden immerhin noch bei 6,0 % der LKG-Patienten persistierende Schmerzen als Spätfolge gefunden. Sensibilitätsstörungen persistierten bei 9,9 % aller Spalt-Patienten. Bei der subjektiven Bewertung fanden sich desweiteren bei 7,8 % nichtschmerzhafte bleibende Beschwerden wie Wetterfühligkeit. Mit der Ästhetik der Narbe im Entnahmebereich waren 86,3 % zufrieden, unzufrieden nur 7,1 %. Bei entsprechender Indikation würden sich 91,8% der LKG-Patienten wieder für die gleiche Therapieform (Beckenkammtransplantation) entscheiden, immerhin 14 Patienten (7,9 %) würden diesen Eingriff unter keinen Umständen wiederholen bzw. nur Fremdmaterial als Augmentat verwenden, als sich erneut einer Entnahme-OP zu unterziehen. Beim isolierten Vergleich der Schmerzhaftigkeit werteten 60,4% die Becken-Operation und 18,1 % die Operation im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich als schmerzhafter. Beim Vergleich der Gesamtbefindlichkeit des postoperativen Zustandes hingegen wurden der Mund-Kiefer-Gesichtsbereich von 56,0 % und der Beckenbereich nur von 19,8 % als der insgesamt unangenehmere Befund bezeichnet. Für 29,7 % war die Entnahme-Operation schlimmer als erwartet, für 25,3 % deckte sich die Erfahrung durch die Operation mit ihrer Erwartungshaltung und 13,7 % erwarteten stärkere Beschwerden, als sie letztendlich auftraten. 31,3 % hatten keine Erwartungshaltung oder machten keine Angabe. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit der autologen Beckenkammtransplantation für Patienten mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalten eine Therapieform zur Verfügung steht, die ästhetisch und funktionell sehr gute Ergebnisse ermöglicht. Dennoch sind mit der Entnahmeoperation Komplikationen und Langzeitschäden verbunden, über die der Patient aufgeklärt werden muss und die insgesamt das Operationsergebnis schmälern. Um zukünftig die Entnahme von Beckenkammspongiosa zu umgehen, sollten zukünftig vermehrt Knochenersatzstoffe zur Defektauffüllung zum Einsatz kommen. Dies ist Inhalt momentan laufender, intensiver Forschung.
Die Laufökonomie erfasst den Wirkungsgrad der kardiometabolischen Energiebereitstellung eines Menschen für die bipedale Fortbewegung. Ob diese, im Leistungssport häufig angewandte, Größe auch bei Amateursportlern ein leistungsbeeinflussender Faktor ist, wurde bislang noch nicht systematisch untersucht. Speziell die großen Leistungsunterschiede bei Amateursportlern und die Vielzahl an Erfassungs- und Auswertungsmethoden stellen für die interindividuelle Vergleichbarkeit in diesem Kollektiv bislang noch ungelöste Probleme dar.
Die vorliegende Untersuchung verfolgt drei Ziele: 1) Die Überprüfung der Eignung standardisierter stufenförmiger Belastungsprotokolle zur Laufökonomieermittlung; 2) Die Analyse des Einflusses der relativen Beanspruchungsintensität auf die Laufökonomie; und 3) Den Nachweis der Bedeutung der Laufökonomie für die Laufleistung von Amateursportlern unterschiedlicher Leistungsfähigkeit. Zu diesem Zweck wurden zwei unabhängige Studien im Querschnittdesign entworfen. Das erste Experiment überprüfte die Eignung spiroergometrischer Kenngrößen aus stufenförmigen Belastungstests zur Bestimmung der Laufökonomie und deren Einflüsse auf die Laufleistung bei Amateursportlern. Die zweite dieser Arbeit zugrundeliegende Studie diente zur Identifikation des optimalen Beanspruchungsniveaus zur zuverlässigen Bestimmung von Parametern der Laufökonomie bei Amateursportlern.
Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass stufenförmige Belastungsprotokolle zur Laufökonomieermittlung an definierten Beanspruchungspunkten geeignet sind. Sie bestätigen den Einfluss der Laufökonomie auf die Laufleistung bei Amateursportlern unabhängig von der maximalen Sauerstoffaufnahme. Die Auswertung als Sauerstoff- (ml/kg/m) und/oder Kalorienumsetzung (kcal/kg/km) pro zurückgelegte Strecke an standardisierten submaximalen Referenzpunkten erscheint im Amateurbereich empfehlenswert. Speziell für Amateursportler können diese Größen nicht nur als leistungslimitierender Faktor interpretiert sondern auch zur Quantifizierung des bewegungsbezogenen Energieverbrauchs und des damit assoziierten Gesundheitsnutzen körperlicher Aktivität herangezogen werden.
Ziel der Studie: Eine psychische Komorbidität spielt im Kontext mit weiteren persönlichen, sozialen und beruflichen Faktoren bei der Ermittlung des spezifischen Rehabilitationsbedarfs der Patienten in Deutschland eine immer bedeutendere Rolle. Um die Zuweisung von Patienten zu einer Rehabilitationsform besser ausdifferenzieren zu können, soll im Rahmen dieser retrospektiven Analyse ermittelt werden, von welchem der beiden untersuchten Rehabilitationskonzepte (OR/VMO) Patienten mit psychischer Komorbidität unter Berücksichtigung von Geschlecht, Erwerbsstatus und orthopädischer Hauptdiagnose stärker profitieren.
Methodik: Mittels der Screening-Fragebögen HADS-A, HADS-D, SIMBO und BPI sowie eines Klinikfragebogens zu Beginn der Rehabilitation wurden Angaben von 913 Probanden (529 m/384 w) ausgewertet. Hiervon wurden 43 % der OR und 57 % der VMO zugewiesen. So wurde die Häufigkeitsverteilung der Faktoren psychische Komorbidität, Geschlecht, Erwerbsstatus und orthopädische Hauptdiagnose festgestellt. Mittels HADS wurde am Ende der Therapie der Benefit durch Vergleich der Scorewert-Mediane ermittelt.
Ergebnisse: Häufigkeitsverteilungen und die Entwicklung der HADS-Scores zeigen, dass die im Vorfeld erfolgte Einteilung gemäß psychischer Komorbidität korrekt war. Frauen waren häufiger von einer psychischen Komorbidität betroffen und erzielten in der VMO größere Erfolge. Bezüglich der orthopädischen Hauptdiagnose ergab sich eine hohe Prävalenz von HWS- und LWS-Beschwerden. Beim Erwerbsstatus (Arbeits(un)fähigkeit, Arbeitslosigkeit, berufliche Problemlage) zeigte sich ein diffuseres Bild, das keine generalisierende Aussage bezüglich der arbeitsweltbezogenen Faktoren zulässt.
Schlussfolgerungen: Das Vorliegen einer psychischen Komorbidität stellt einen zielführenden Indikator dar, der als eines der Hauptzuweisungskriterien zur VMO beizubehalten ist. Auch das weibliche Geschlecht in Verbindung mit dem Vorliegen einer psychischen Komorbidität ist als adäquates Kriterium anzusehen. Bezüglich der orthopädischen Hauptdiagnose können insbesondere HWS-Beschwerden als Zuweisungskriterium geeignet sein. Aufgrund der sehr heterogenen Ergebnisse hinsichtlich der Aspekte des Erwerbsstatus lässt sich festhalten, dass diesbezüglich eine Zuweisung zu einem arbeitsweltbezogenen Therapiekonzept (z. B. MBOR) zielführender erscheint.
1.1. Einleitung
Die periprothetische Infektion (PPI) gilt als eine der schwersten Komplikationen nach endoprothetischem Gelenkersatz, deren Behandlung einen hohen finanziellen, personellen und zeitlichen Aufwand erfordert. Das Krankheitsbild ist seit Beginn der Endoprothetik bekannt und das Wissen um die Pathophysiologie wurde seitdem vertieft. Die Therapie wurde um stadienadaptierte Konzepte, wirksame Antibiotika und verbesserte Implantate beachtlich erweitert. Dennoch liegt die Inzidenz der PPI beim Kniegelenk unverändert zwischen einem und zwei Prozent, bei Risikopatienten auch deutlich darüber (1). Falle einer PPI sind die primären Ziele aus Patientensicht die Wiederherstellung der Gehfähigkeit und Schmerzfreiheit bei Implantation einer beweglichen Revisionsprothese. Es zeigt sich allerdings, dass nach mehrmaligem Prothesenwechsel die Gelenkfunktion, die Patientenzufriedenheit und das Outcome abnehmen. Nach multiplen Operationen am betroffenen Gelenk leidet der Streckapparat und ein Verlust von Knochen ist unumgänglich. In diesen Extremsituationen müssen neben der Ultima Ratio einer Amputation auch Salvage-Prozeduren, wie das Anlegen einer stabilen Arthrodese, erwogen werden. Das klinische Outcome und die Lebensqualität hiervon sind bisher weitgehend unbekannt. Daher vergleicht die vorliegende Arbeit das klinische und funktionelle Behandlungsergebnis in Kombination mit der resultierenden Lebensqualität von Patienten, bei denen das Anlegen einer stabilen Arthrodese klinisch erforderlich war, mit dem von Patienten nach Implantation einer Revisionsprothese als Resultat eines mehrzeitigen septischen Endoprothesen-Wechsels.
1.2. Material und Methoden
Die Studie umfasste 104 Patienten (2010-2017), von denen alle eine periprothetische Infektion einer Knie-Totalendoprothese (KTEP) aufwiesen. In einem mehrzeitigen Verfahren wurde das Implantat gewechselt. Nach Infektberuhigung erfolgte die Implantation eines Revisionsimplantates. Im Falle von ausgedehnten Knochendefekten oder bei Verlust der Streckapparates wurde ein modularer intramedullärer Arthrodesenagel verwendet (Knie-Arthrodese-Modul, KAM-Gruppe; n=52). In der Kontrollgruppe wurde eine gekoppelte Revisionsprothese reimplantiert (Rotating Hinge Knee, RHK-Gruppe; n=52). Infektremissionsraten und das klinische Behandlungsergebnis (anhand des Knee Society Score (KSS) und Western Ontario McMasters Universities Osteoarthritis Index (WOMAC), sowie die Lebensqualität (anhand des Short Form Health Survey 12 (SF-12)) wurden gemessen. Zusätzlich wurden patientenbezogene Daten, wie Komorbititäten (Charlson Comorbidity Index (CCI)) und das Schmerzniveau (visuelle Analogskala), untersucht.
1.3. Ergebnisse
Das Durchschnittsalter der Studienteilnehmer war 72,5 Jahre. Der Charlson Comorbidity Index war in der KAM-Gruppe leicht erhöht (3,3 KAM versus 2,8 RHK). Die Infektberuhigungsrate lag bei 89,4% (88,5 KAM versus 90,4% RHK). Bei Reinfektion war der Prothesenerhalt vor allem in der RHK-Gruppe (7,7%) möglich, Amputationen mussten hauptsächlich in der KAM-Gruppe (9,6%) durchgeführt werden. In beiden Gruppen wurde eine signifikante Schmerzreduktion (visuelle Analogskala prä-OP: 7,9 post-OP: 2,8) erreicht. Die Gehstrecke der KAM-Gruppe war signifikant gegenüber der RHK-Gruppe (504 Meter KAM versus 1064 Meter RHK) vermindert. Der KSS Funktionsscore und der WOMAC (25 KAM versus 40 RHK bzw. 35 KAM versus 64 RHK) waren in der KAM-Gruppe ebenfalls signifikant niedriger. Eine etwas niedrigere Lebensqualität wurde in der KAM-Gruppe (SF-12 Körpersubskala 34 KAM versus 40 RHK; SF-12 Psychesubskala 51 KAM versus 56 RHK) beobachtet. Die generelle Zufriedenheit mit der Behandlung lag in der KAM-Gruppe bei 88% und bei 81% in der RHK-Gruppe.
1.4. Schlussfolgerungen
Sowohl durch Therapie mittels Revisionsprothese als auch durch Arthrodese konnten hohe Infektremissionsraten erreicht werden. Die Gehstrecke und Gelenkfunktion war nach Arthrodesenimplantation reduziert, doch war die Rehabilitationszeit deutlich kürzer. Eine Arthrodese mit intramedullärer Marknagelung bietet eine gute Therapieoption zum Extremitätenerhalt, zur Schmerzreduktion und zum Erhalt von Lebensqualität und Alltagsmobilität, wenn aufgrund von Knochensubstanzverlust und Streckapparatinsuffizienz keine Möglichkeit zur Implantation einer Revisionsprothese mehr besteht.
Mesenchymale Knochenmarksstammzellen (engl. Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells (BMSCs)) sind hochproliferative multipotente Progenitorzellen mit einem hohen Regenerationspotential. Sie können aus dem Knochenmark in geschädigte Knorpelareale migrieren und dort zu Chondrozyten differenzieren. Somit können sie zur Reparatur traumatisch oder osteoarthrotisch bedingter Knorpelschäden beitragen. In verschiedenen Bereichen des Gelenks konnten zudem sympathische Nervenfasern sowie der sympathische Neurotransmitter Noradrenalin (NE) nachgewiesen werden. NE inhibiert die chondrogene Differenzierungskapazität von BMSCs und kann so zur Pathogenese der Osteoarthrose (OA) beitragen. Unbekannt ist zum derzeitigen Zeitpunkt, inwiefern NE die Proliferation von humanen BMSCs beeinflusst. Ziel unserer Studie war, den Einfluss von NE auf die Proliferationskapazität humaner BMSCs zu untersuchen und beteiligte intrazelluläre Signalwege zu identifizieren.
Zu diesem Zweck wurden BMSCs von Patienten nach stattgehabtem Gelenktrauma (Trauma BMSCs) und von Patienten mit diagnostizierter OA (OA BMSCs) untersucht. Zunächst erfolgte eine Analyse des Genexpressionsmusters der verschiedenen Adrenorezeptoren (ARs). Anschließend wurden sowohl Trauma als auch OA BMSCs mit NE in unterschiedlichen Konzentrationen sowie mit NE in Kombination mit verschiedenen AR-Antagonisten (Doxazosin (α1), Yohimbin (α2) oder Propranolol (β2)) behandelt. Die Aktivierung der AR-gekoppelten Signalwege wurde anhand der Phosphorylierung der beiden Hauptsignalwege der extrazellulären signalregulierten Kinasen 1/2 (ERK1/2) und der Proteinkinase A (PKA) via Western Blot untersucht.
Die Genexpression diverser AR-Subtypen konnte in Trauma (α2B-, α2C- und β2-AR) und OA BMSCs (α2A-, α2B- und β2-AR) nachgewiesen werden. Die Behandlung mit NE in hohen Konzentrationen führte zu einer statistisch signifikanten Inhibition der Proliferation von Trauma und OA BMSCs. Die Behandlung mit NE in niedrigen Konzentrationen hatte hingegen keinen Einfluss auf die Proliferation von Trauma und OA BMSCs. Sowohl ERK1/2 als auch PKA wurden in Trauma und OA BMSCs nach Behandlung mit NE aktiviert. Lediglich der β2-Antagonist Propranolol konnte sowohl die Effekte auf die Proliferation als auch auf die Aktivierung von ERK1/2 und PKA aufheben. Doxazosin und Yohimbin hatten hingegen keinen signifikanten Einfluss auf die Proliferation sowie die ERK1/2- und PKA-Phosphorylierung.
Unsere Untersuchungen zeigen, dass NE die Proliferation von Trauma und OA BMSCs konzentrationsabhängig inhibiert. Dieser Effekt wird vornehmlich über eine β2-AR-gekoppelte ERK1/2- und PKA-Aktivierung vermittelt. Über diesen Mechanismus kann NE das regenerative Potential von humanen BMSCs verringern und somit zur Pathogenese der OA beitragen. Über eine zielgerichtete Beeinflussung des β2-Signalweges könnten sich zukünftig neue therapeutische Optionen bei der Behandlung osteoarthrotisch oder traumatisch bedingter Knorpelschäden ergeben.
Functional roles of COMP and TSP-4 in articular cartilage and their relevance in osteoarthritis
(2020)
Osteoarthritis (OA) is a slowly progressing disease, resulting in the degradation of cartilage and the loss of joint functionality. The cartilage extracellular matrix (ECM) is degraded and undergoes remodelling in OA progression. Chondrocytes start to express degrading proteases but are also reactivated and synthesise ECM proteins. The spectrum of these newly synthesised proteins and their involvement in OA specific processes and cartilage repair is hardly investigated.
Human articular cartilage obtained from OA patients undergoing knee replacement surgery was evaluated according to the OARSI histopathology grading system. Healthy, non-OA cartilage samples were used as controls. The expression and distribution of thrombospondin-4 (TSP-4) and the closely related COMP were analysed on the gene level by PCR and on the protein level by immunohistology and immunoblot assays. The potential of TSP-4 as a diagnostic marker was evaluated by immunoblot assays, using serum samples from OA patients and healthy individuals. The functional role of both proteins was further investigated in in vitro studies using chondrocytes isolated from femoral condyles of healthy pigs. The effect of COMP and TSP-4 on chondrocyte migration and attachment was investigated via transwell and attachment assays, respectively. Moreover, the potential of COMP and TSP-4 to modulate the chondrocyte phenotype by inducing gene expression, ECM protein synthesis and matrix formation was investigated by immunofluorescence staining and qPCR. The activation of cartilage relevant signalling pathways was investigated by immunoblot assays.
These results showed for the first time the presence of TSP-4 in articular cartilage. Its amount dramatically increased in OA compared to healthy cartilage and correlated positively with OA severity. In healthy cartilage TSP-4 was primarily found in the superficial zone while it was wider distributed in the middle and deeper zones of OA cartilage. The amount of specific TSP-4 fragments was increased in sera of OA patients compared to healthy controls, indicating a potential to serve as an OA biomarker. COMP was ubiquitously expressed in healthy cartilage but degraded in early as well as re-expressed in late-stage OA. The overall protein levels between OA severity grades were comparable. Contrary to TSP-4, COMP was localised primarily in the upper zone of OA cartilage, in particular in areas with severe damage. COMP could attract chondrocytes and facilitated their attachment, while TSP-4 did not affect these processes. COMP and TSP 4 were generally weak inducers of gene expression, although both could induce COL2A1 and TSP-4 additionally COL12A1 and ACAN after 6 h. Correlating data were obtained on the protein level: COMP and TSP-4 promoted the synthesis and matrix formation of collagen II, collagen IX, collagen XII and proteoglycans. In parallel, both proteins suppressed chondrocyte hypertrophy and dedifferentiation by reducing collagen X and collagen I. By analysing the effect of COMP and TSP-4 on intracellular signalling, both proteins induced Erk1/2 phosphorylation and TSP-4 could further promote Smad2/3 signalling induced by TGF-β1. None of the two proteins had a direct or modulatory effect on Smad1/5/9 dependent signalling.
In summary, COMP and TSP-4 contribute to ECM maintenance and repair by inducing the expression of essential ECM proteins and suppressing chondrocyte dedifferentiation. These effects might be mediated by Erk1/2 phosphorylation. The presented data demonstrate an important functional role of COMP and TSP-4 in both healthy and OA cartilage and provide a basis for further studies on their potential in clinical applications for OA diagnosis and treatment.
Die Pathophysiologie der Bandscheibendegeneration (intervertebral disc degeneration, IVDD) und ihre molekularen Mechanismen sind noch in weiten Teilen unverstanden. Ihre Ursachen und Risikofaktoren sind vielfältig und schließen unter anderem Alter, Geschlecht, Umwelteinflüsse oder mechanische Belastungen mit ein.
Für das der Bandscheibe eng verwandte Knorpelgewebe wurde in aktuellen Studien der Einfluss des Sympathikus bzw. dessen Neurotransmitters Noradrenalin (NE) via adrenerger Rezeptoren (AR) auf die Zellproliferation, die Expression von Molekülen der extrazellulären Matrix und somit auch auf die Degeneration beschrieben. In Bandscheiben wurde bereits das Vorhandensein von sympathischen Nervenendigungen nachgewiesen, allerdings wurde die Expression der Adrenozeptoren hier noch nie untersucht. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war also die Analyse der ARs im Gewebe der Bandscheibe und die Evaluation der Korrelation mit der Bandscheibendegeneration.
Das für die Analyse benötigte Gewebe stammt von Patienten, bei welchen eine Wirbelkörperverblockung (Spondylodese) durchgeführt wurde. Im Rahmen dieser Spondylodese wird das Bandscheibengewebe des betroffenen Segmentes entfernt. Der Degenerationsgrad der anonymisierten Proben wurde prä- und intraoperativ bestimmt und im entnommenen Gewebe sowie in isolierten Zellen die Expression aller bekannten ARs mittels reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) untersucht. Zum Nachweis der ARs auf Proteinebene wurden einzelne humane Proben auch immunhistochemisch analysiert. Des Weiteren wurde anhand von Wildtyp- und sogenannten SM/J-Mäusen, die eine spontane IVDD entwickeln, die Proteinexpression der ARs und der extrazellulären Matrix (ECM) von gesunden und geschädigten Bandscheiben an histologischen Schnitten verglichen. Schließlich wurde an isolierten und kultivierten humanen Zellen ein Stimulationsversuch mit Noradrenalin durchgeführt, um zu prüfen, ob es nach Aktivierung der ARs zu einer intrazellulären Signalweiterleitung kommt.
In Nativgewebe der humanen Bandscheibe konnte die messenger Ribonukleinsäure (mRNA) von α1a-, α1b-, α2a-, α2b-, α2c-, β1- und β2-ARs nachgewiesen werden. Nach siebentägiger Zellkultur im Monolayer präsentierte sich ein nur dezent abweichendes Genexpressionsmuster. Auf Proteinebene war das Signal des β2-AR nur im Bereich des Annulus fibrosus (AF) detektierbar jedoch nicht im Nucleus pulposus (NP). Selbiges war auch in murinen Schnitten festzustellen, wobei sich bei Wildtype (WT)-Mäusen hauptsächlich im inneren AF β2-positive Zellen fanden, während sich das Signal bei der SM/J-Maus weiter in Richtung des äußeren AF und des NP ausdehnte. α2a-AR und α2c-AR waren hingegen auf Proteinebene nicht nachweisbar. Bei der immunhistochemischen Untersuchung relevanter ECM-Moleküle zeigte sich für Kollagen II, Kollagen XII, cartilage oligomeric matrix protein (COMP) und Decorin (DCN) eine Verteilung, die mit der des β2-AR-Signals korreliert. Der Stimulationsversuch in humaner Zellkultur ergab eine Aktivierung der für die ARs relevanten Proteinkinase A (PKA)- und extracellular signal–regulated kinases (ERK1/2) -Signalwege.
In der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal die Existenz und Funktionalität von Adrenozeptoren im Bandscheibengewebe nachgewiesen werden. Unterschiede in der Expression der ARs, kombiniert mit Veränderungen der ECM-Zusammensetzung könnten ein Hinweis auf den Einfluss des Sympathikus bei IVDD sein. Die aktuelle demographische Entwicklung und die sich hieraus ergebende gesundheitsökonomische Belastung machen die Ergründung molekularer Mechanismen der IVDD und die daraus resultierende Entwicklung innovativer Behandlungsmethoden zu Kardinalfragen moderner orthopädischer Grundlagenforschung.
In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss von langjährigem Lastkraftwagenfahren auf die posturale Kontrolle untersucht werden. Hierzu wurden die Auswirkungen verschiedener Einflussfaktoren, die mit langjährigem Lastkraftwagenfahren assoziiert sind, im Hinblick auf die posturale Kontrolle analysiert. In diesem Rahmen wurden auf einer Autobahnraststätte in Deutschland 180 (179m/1w) Lastkraftwagenfahrer im Alter von 21 bis 65 Jahren mit einer Berufserfahrung von 1 bis 45 Jahren untersucht. Mit Hilfe eines Fragebogens wurden Informationen über die Arbeitszeit und den Gesundheitszustand der Lastkraftwagenfahrer, wie beispielsweise bestehende Rückenschmerzen oder Sportverhalten, erhoben. Für die Messung der Parameter der posturalen Kontrolle in habitueller Standposition wurde die Druckmessplatte GP Multisens der Firma GeBioM (Münster, Deutschland) verwendet. Es wurde die prozentuale Druckverteilung im Vorfuß-Rückfußbereich für den linken und rechten Fuß gemessen. Des Weiteren konnte die Körperschwankung in frontaler (anterior/posterior) und sagittaler (medial/lateral) Ebene aufgezeichnet werden. Dadurch lassen sich unter anderem Rückschlüsse auf eine Verlagerung des Körperschwerpunktes ziehen. Die statistische Auswertung erfolgte mit Hilfe des Statistikprogrammes BiAS Version 11.0 (2015). Die erhobenen Daten wurden unter Verwendung des Kolmogoroff-Smirnoff-Lillifors-Tests auf Normalverteilung getestet. Das Signifikanzniveau lag bei α=5%. Daneben wurde ein zweiseitiges 95%-Konfidenzintervall sowie der Toleranzbereich der Daten berechnet. Da keine Normalverteilung der Daten vorlag, wurde der Kruskal Wallis Test mit anschließender Bonferoni-Holm Korrektur zum Vergleich der Daten eingesetzt. Die Korrelationen wurden durch einfache, lineare Korrelation nach Pearson oder Rang-Korrelation nach Spearman & Kendall berechnet. Die Studienteilnehmer wurden zusätzlich gemäß ihres BMI, ihrer bereits als Lastkraftwagenfahrer geleisteten Arbeitsjahre, nach bestehenden Rückenschmerzen und nach sportlicher Betätigung jeweils verschiedenen Gruppen zugeordnet. Die Gruppen wurden anschließend hinsichtlich der gemessenen Parameter miteinander verglichen. In Bezug auf ein zunehmendes Alter konnte eine signifikant zunehmende sagittale Schwankung (p ≤ 0,01) sowie eine erhöhte Belastung des rechten Fußes (p ≤ 0,01) gemessen werden. Im Vergleich zwischen normalgewichtigen und übergewichtigen Lastkraftwagenfahrern zeigten sich signifikante Unterschiede hinsichtlich der gemessenen Parameter der posturalen Kontrolle. Es konnte beobachtet werden, dass es mit zunehmenden BMI zu einer erhöhten Schwankung in frontaler (p ≤ 0,04) und sagittaler (p ≤ 0,001) Ebene kommt. Hinsichtlich der Fußdruckbelastung kam es zu keinen signifikanten Veränderungen zwischen den BMI-Gruppen. Lastkraftwagenfahrer mit mehr Arbeitsjahren zeigten erhöhte frontale und sagittale Körperschwankungen. Es lag eine signifikante, positive Korrelation zwischen der frontalen Schwankung und einer Zunahme der Arbeitsjahre (p ≤ 0,04) vor. Auch bei der sagittalen Schwankung bestand eine signifikante Korrelation (p ≤ 0,01). Lediglich bei der Belastung des rechten Vorfußes konnte eine signifikante Korrelation nachgewiesen werden (p ≤ 0,01), während bei den anderen Parametern der Fußbelastung keine signifikante Korrelation belegt werden konnte. Im Gruppenvergleich nach Arbeitsjahren zeigte sich, dass mit ansteigenden Arbeitsjahren als Lastkraftwagenfahrer zu einem Anstieg des BMI kommt. Im Vergleich von Lastkraftwagenfahrern mit und ohne Rückenschmerzen waren keine signifikanten Unterschiede bei den gemessenen Parametern der posturalen Kontrolle nachweisbar. Auch bei der Analyse des Einflusses von sportlicher Aktivität auf die posturale Kontrolle konnte kein Unterschied zwischen der Gruppe mit sportlicher Aktivität und ohne sportliche Aktivität gemessen werden.
Mit dieser Studie konnten die gesundheitsgefährdenden Einflüsse des Lastkraftwagenfahrens auf die posturale Kontrolle nachgewiesen werden. Vor allem das langjährige Sitzen und der erhöhte BMI haben einen Einfluss auf die Körperstabilität und stören die Kompensationsmechanismen der Aufrechterhaltung der posturalen Kontrolle. Die genauen Steuerungsmechanismen der Körperstabilität sind sehr komplex und wurden in dieser Studie nicht im Einzelnen analysiert. Um welche konkreten Strukturen es sich handelt, die durch das langjährige Lastkraftwagenfahren gestört werden, kann mit den Ergebnissen dieser Studie nicht erfasst werden.
Sympathetic influences on articular cartilage regeneration capacity and osteoarthritis manifestation
(2021)
The pathogenesis of osteoarthritis (OA) involves articular cartilage, synovial tissue and subchondral bone and is therefore a disease of the whole joint. OA is characterized by progressive degradation of cartilage, synovial inflammation, osteophyte formation and subchondral bone sclerosis. Cartilage-surrounding tissues are innervated by tyrosine hydroxylase (TH)-positive sympathetic nerve fibers with the most important sympathetic neurotransmitter norepinephrine (NE) detected in the synovial fluid of OA patients. Furthermore, adrenergic receptors are expressed in different knee joint tissues. Most in vitro studies indicate a potential role of the β2-adrenergic receptor, which has been not investigated during OA pathogenesis in vivo. The role of the sympathetic nervous system (SNS) in OA progression has not yet been studied. Therefore, the objective of this study was to analyze how the SNS and NE influence the MSC dependent cartilage regeneration in vitro and the OA pathogenesis and manifestation in vivo.
In the first part of this study, the effect of NE on the chondrogenesis of sASC, which are known to play an important role in cartilage regeneration was analyzed in vitro. In the second part of this study, the role of the SNS was studied in vivo in mice that were sympathectomized chemically followed by surgically induced OA. The specific focus was on the β2-adrenergic receptor effects on OA pathogenesis, which were analyzed in β2-adrenergic receptor-deficient mice.
The in vitro experiments have shown that NE reduced the chondrogenic potential of sASCs by decreasing the expression of type II collagen and sGAG. NE mediated these effects mainly by the α2-AR signalling. Furthermore, NE treatment led to activation of the ERK1/2 signal pathway. These findings suggested that the sympathetic neurotransmitter NE might suppress the chondrogenic capacity of MSC and their dependent cartilage regeneration and may also play a role in OA progression and manifestation.
The in vivo study has shown that sympathectomy reduced synovial TH-positive nerve fibers in the synovium and the NE concentration in the spleen significantly. In WT mice, DMM leads to increased NE concentrations in the spleen compared to sham mice indicating an increased SNS activity after mechanical stress or inflammation due to DMM. Sympathectomy leads to less pronounced cartilage degeneration (OARSI score) after DMM compared to DMM in WT mice. Furthermore, the release of the type II collagen degradation fragment CTX-II was abolished in Syx DMM mice compared to WT DMM mice, suggesting that less SNS activity due to sympathectomy reduced the cartilage degeneration during OA pathogenesis. Similarly, sympathectomy decreased the synovitis score significantly after DMM compared to DMM in
WT mice. Synovitis in WT mice was accompanied by increased MMP-13 expression in the synovium after DMM, compared to Syx mice. Cartilage degeneration seemed to be driven mainly by the increased synovial inflammation accompanied by an increased MMP13 expression in synoviocytes and not in chondrocytes. The pathological changes in synovium and cartilage might also be linked to each other, as indicated by the moderate correlation between the synovial inflammation (synovitis score) and cartilage degeneration (OARSI score). Subchondral bone volume as well the thickness of the subchondral bone plate (SCBP) and calcified cartilage (CC) were increased in Syx mice compared to WT after DMM. The data on DMM induction in β2-AR deficient mice revealed that the β2-AR signaling is involved in cartilage degeneration and the aggravated subchondral bone changes as these mice had less pronounced cartilage degeneration compared to WT mice. While the cartilage degeneration was similar, the subchondral bone changes were more pronounced in β2-AR deficient mice compared to the Syx mice.
Overall, the SNS had differential effects in cartilage, synovium and subchondral bone. A reduced SNS activity by sympathectomy attenuated cartilage degeneration and synovitis but aggravated the OA specific subchondral bone changes. These findings provide new insights into the development of novel therapeutic strategies for OA by targeting the SNS in a tissue- specific manner.
Zielsetzung: Das Ziel dieser Arbeit war die Beurteilung der diagnostischen Leistungsfähigkeit der virtuellen Noncalcium (VNCa) Dual-Energy-Computertomographie (DECT) für den Nachweis lumbaler Bandscheibenvorfälle im Vergleich zu der konventionellen Graustufen-Computertomographie. Dabei galt die Magnetresonanztomographie (MRT) als Referenzstandard.
Material und Methodik: Für diese retrospektive Studie wurden 41 Patienten (243 Bandscheiben; Durchschnittsalter 68 Jahre; 24 Frauen [Durchschnittsal-ter, 68 Jahre] und 17 Männer [Durchschnittsalter, 68 Jahre]) zwischen März 2017 und Januar 2018 einer klinisch indizierten DECT, durchgeführt mit einem Dual-Source-Computertomographie (DSCT)-Scanner der dritten Generation (Somatom Force; Siemens Healthineers, Forchheim, Deutschland) sowie einer 3.0-Tesla MRT (Magnetom PrismaFit; Siemens Healthineers, Forchheim, Deutschland) im Abstand von maximal zwei Wochen unterzogen. Sechs Radiologen, verblindet hinsichtlich der klinischen und MRT-Informationen, untersuchten unabhängig voneinander die konventionellen Graustufen-DECT-Bildserien auf das Vorhandensein und den Grad eines Bandscheibenvorfalls sowie der Affektion der Spinalnervenwurzeln. Nach acht Wochen wurden die Bildserien von den gleichen sechs Untersuchern unter Verwendung von farbkodierten VNCa-Rekonstruktionen neu ausgewertet. Die MRT, die von zwei unabhängigen, erfahrenen und in Bezug auf klinische und DECT-Informationen verblindeten Radiologen ausgewertet wurde, diente dabei als Referenzstandard. Sensitivität und Spezifität waren die wichtigsten Kennzahlen der Diagnoseleistung.
Ergebnisse: Insgesamt wurden 112 Bandscheibenvorfälle der Lendenwirbelsäule in der MRT erfasst. VNCa zeigte insgesamt eine höhere Sensitivität (612 von 672 [91%] versus (vs.) 534 von 672 [80%]) und Spezifität (723 von 786 [92%] vs. 665 von 786 [85%]) zur Detektion eines lumbalen Bandscheibenvorfalls im Vergleich zur Standard-Computertomographie (CT) (alle Vergleiche, P < 0.001). Die Interrater-Reliabilität war „exzellent“ für VNCa und „gut“ für die Standard-CT (k = 0,82 vs. 0,67; P < 0.001). VNCa erreichte im Vergleich zum Standard-CT eine überlegene Diagnosesicherheit und Bildqualität bei niedrigerem Bildrauschen (alle Vergleiche, P < 0.001).
Schlussfolgerung: Farbkodierte Dual-Energy CT VNCa-Rekonstruktionen zeigen im Vergleich zur Standard-CT eine signifikant bessere diagnostische Genauigkeit und Sicherheit für die Detektion eines lumbalen Bandscheibenvorfalls.
