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Fragestellung: Ziel dieser Studie ist die Herstellung einer Korrelation zwischen biomechanischen Eigenschaften und pathologischen Veränderungen im fortgeschrittenen arthrotisch destruierten Kniegelenk zur erweiterten Klassifikation des Knorpelschadens. Der Zusammenhang zwischen dem Stadium der Erkrankung, dem Arthrosegrad nach Outerbridge und objektiv physikalisch messbaren Größen, dem statischen und dynamischen Elastizitätsmodul (E-Modul) wurde untersucht. Das ermöglicht neben der Spezifizierung der degenerativen Veränderungen als Basis die Weiterentwicklung innovativer Strategien und Untersuchungsmethoden, wie zum Beispiel der Nahinfrarotspektroskopie.

Methodik: Es wurden 36 Patienten (16 männlich, 20 weiblich) mit einem mittleren Alter von 63,5 Jahren (60,5 Jahre männlich, 68,5 Jahre weiblich), die aufgrund einer fortgeschrittenen Gonarthrose einen prothetischen Gelenkersatz erhielten, eingeschlossen. Aus der Hauptbelastungszone der resezierten femoralen und tibialen Gelenkflächen wurden unter standardisierten Bedingungen osteochondrale Zylinder (n=246) mit einem Hohlbohrer entnommen und deren E-Modul durch „unconfined compression“ bestimmt. Nach 24 und 48 Stunden wurden die Messungen wiederholt. Die Einteilung des Knorpelschadens erfolgte nach einer modifizierten Outerbridge-Klassifikation.

Ergebnisse: Zwischen den biomechanischen Eigenschaften des Knorpels und dem Arthrosegrad nach Outerbridge besteht ein signifikanter Zusammenhang. Es zeigt sich eine Abhängigkeit der E-Module vom Ort der Probenentnahme sowie dem Geschlecht. Der statische und dynamische E-Modul nehmen signifikant mit fortschreitender Knorpelschädigung ab (p0,01). Die Kontrollmessungen der osteochondralen Präparate zeigen nach 24 h eine Zunahme der E-Module um 10% (p0,05), wobei sich nach 48 h keine deutlichen Veränderungen mehr ergeben. Damit ist eine Destruktion des Knorpels ex vivo in Abhängigkeit von der Zeit nachweisbar. Die E-Module besitzen eine lokale Abhängigkeit und nehmen von lateral nach medial und von femoral nach tibial ab. Die untersuchten osteochondralen Zylinder von Männern und Frauen zeigen unterschiedliche biomechanische Eigenschaften. Männer weisen im Vergleich zu Frauen höhere E-Module auf. Korrelationen der biomechanischen Eigenschaften mit dem Alter der Patienten und der Knorpeldicke sowie der Knorpeldicke mit dem Arthrosegrad wurden geprüft und konnten nicht nachgewiesen werden.

Schlussfolgerungen: Die zeitnahe postoperative Bestimmung des statischen und dynamischen E-Moduls im arthrotischen Kniegelenk kann der Objektivierung pathologischer Veränderungen dienen. Mit fortschreitender Degeneration und Knorpeldestruktion ist das biomechanische Verhalten des Knorpels gestört, so dass seine physiologischen Funktionen und Regenerationsmechanismen negativ beeinflusst werden.