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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

24. - 27.10.2007, Berlin

Biomechanisches in vitro Trauma zeigt Vulnerabilitaet der superfiziellen Knorpelschicht

Meeting Abstract

  • B. Rolauffs - BG-Unfallklinik, Eberhard-Karls-Universität, Tübingen, Germany
  • E. Frank - Center for Biomedical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, United States of America
  • K. Weise - BG-Unfallklinik, Eberhard-Karls-Universität, Tübingen, Germany
  • C. Muehleman - Rush University Medical Center, Chicago, United States of America
  • A. Grodzinsky - Center for Biomedical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, United States of America

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 24.-27.10.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocP23-2468

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou380.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Rolauffs et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die häufigste Verletzung nach akutem Trauma des unreifen Kniegelenks betrifft den Gelenkknorpel (Oeppen). Da eine Knorpelläsion die Entstehung der posttraumatischen Arthrose begünstigt, ist zur Entwicklung einer besseren Therapie oder gar Prävention einer Knorpelläsion ein besseres Verständnis der traumatischen Ereignisse von entscheidender Bedeutung. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die biomechanische, biochemische und histomorphologische Analyse des akuten Traumas der verschiedenen Zonen des unreifen Gelenkknorpels anhand eines biomechanischen Modells am fetalen bovinen Femur.

Methodik: Knorpel-Explantate: Vitale Knorpelzylinder von Ø 3mm und 1300 µm Länge wurden aus bovinen fetalen Kondylen gestanzt, in Standardmedium kultiviert und nach 4d in superfizielle (300 µm) und tiefere Zonen (1000µm) seziert. Biomechanik: Mithilfe eines etablierten Apparats zur Komprimierung (Frank) von vitalem Geweben im Inkubator wurden die Explantatdicken gemessen, 3 sequentielle Kompressionsschritte von 10%, 12.5%, 15% sowie bei 15% eine dynamische Kompressionen von 1,5% mit Amplituden von 1-0.1 Hz appliziert, um das Elastizitätsmodul (E) und die dynamische Steiffigkeit (D) zu bestimmen. Ein akutes Trauma wurde durch 50% Kompression (100%/sec) simuliert, die Spitzenbelastung (MPa) gemessen, und E und dyn. Steifigkeit wurden nach 20min erneut bestimmt. Als Kontrollen dienten nicht verletzte Knorpelexplantate. Der Glykosaminoglykan (GAG)-Verlust wurde direkt und nach 18 Stunden durch den (DMMB) 1,9-Dimethyl-Methylenblau-Assay in Medium und Gewebe bestimmt. Histologie: Knorpelexplantat-Schnitte (6 µm) wurden mit Safranin-O/fast green gefärbt und nach eigens entwickeltem Schema bewertet: Grad 0=normaler Knorpel; 1=einzelne Oberflächeneinriβe; 2=ausgedehnte Oberflächeneinriβe; 3=min. Knorpel-Komprimierung; 4=mäβige Knorpel-Komprimierung >30%.

Ergebnisse: Vor Trauma, E und D waren superfiziell niedriger als E der Zylinder der tieferen Zonen (p<0,05); D war niedriger bei niedrigeren Frequenzen (p<0,05). Superfiziell war die GAG-Dichte hoeher in den tieferen Zonen (p<0,001). Waehrend der traumatischen Kompression waren die Spitzenbelastungen superfiziell niedriger (p<0,001). 20min nach Trauma waren alle Knorpelzylinder komprimiert (p<0,001); E war superfiziell nicht messbar, aber in tieferen Knorpelzonen nicht verändert. D war in allen Zonen verringert (p<0,001). Die GAG-Dichte nahm 20min nach Trauma in superfiziellen und tieferen Zonen durch Gewebekompression ohne nennenswerten GAG-Verlust zu; nach 18h kam es superfiziell zu bis zu 20% Verlust der Gewebe-GAGs; in tieferen Zonen war der GAG-Verlust gering (p<0,001). In 70% der histologischen Schnitte wurde ein minimaler Oberflächenschaden mit einzelnen Einriβen gesehen. Wesentliche Gewebeschädigungen konnten superfiziell, aber nicht in den tieferen Zonen nachgewiesen werden (Score superfiziell nach Trauma 1±0,28; Kontrolle 0,17±0,15).

Schlussfolgerungen: Die vorliegende Arbeit zeigt eine biomechanische, biochemische und morphologische Vulnerabilität der superfiziellen Knorpelschicht und hilft, die relative Häufigkeit eines Knorpelschadens bei Trauma des unreifen Kniegelenkes zu erklären.