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Fragestellung: Als avaskuläres Gewebe ist die Funktion des hyalinen Gelenkknorpels stark von extrazellulären Matrixmolekülen wie Kollagen Typ II und Proteoglycan abhängig. Die Homöostase zwischen Auf- und Abbau dieser Produkte ist sensibel und multifaktoriell gesteuert. Die vorliegende Studie wurde zur Identifikation regionaler Unterschiede von konkreten Veränderungen der Zusammensetzung des Knorpels während des Arthroseprozesses des Kniegelenkes initiiert, die in Abhängigkeit von variierenden mechanischen Einflüssen auftreten.

Methodik: Hierfür wurden die Veränderungen der Expression der Schlüsselmoleküle der extrazellulären Matrix in Abhängigkeit von der anatomischen Region ermittelt und immunhistochemisch sowie quantitativ ausgewertet. Bei Knie TEP Implantationen wurden jeweils 30 osteochondrale Proben mit Knorpelschäden ICRS Grade 1b (Gr. A)und 3a/b (Gr. B) gewonnen, 20 gesunde Knorpelbiopsien dienten als Kontrollgruppe. Der Knorpel wurde mittels semiquantitativer real time PCR (Kollagen I & II, Aggrecan) untersucht, der Proteoglycangehalt zusätzlich colorimetrisch.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In Gruppe A zeigte sich eine mäßige Kollagen II Erhöhung in tieferen Schichten als Indikator für initial intakte Reparaturmechanismen, welche sich jedoch im Verlauf rasch reduziert. Auf dem medialen Tibiaplateau findet sich dann die niedrigste Kollagen II Expression, begleitet von der höchsten Kollagen I Ausprägung in Spätstadien. Den stärksten Kollagen 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. Gruppe A zeigte auch eine verminderte Safranin O- Färbung in der radialen Zone bei weniger ausgeprägter Minderung der transitionalen Zone, aber mit einem Verlust der zonalen Gliederung in 40% der Gruppe A und sämtlichen Gruppe B Proben. Die Korrelation zwischen dem colorimetrisch bestimmten Proteoglycan Gehalt und der Aggrecan Real Time PCR war überwiegend schwach. Im Gegensatz zu patellarem sind femoraler und tibialer Knorpel verstärkt auch Kompressionsdrücken ausgesetzt, durch die Distribution u.a. durch die Mensici findet aber auch hier eine sehr unterschiedliche Krafteinleitung statt.

Da die Poissonkonstante im tibialen Knorpel höher, der Young Modulus aber kleiner als im femoralen ist, existieren unterschiedliche Feedbackschleifen veränderter Biomechanik mit dem fortschreitenden Knorpelschaden. Der initiale Aggrecanverlust kann Matrixmetalloproteasen im unphysiologischen Zugriff auf das kollagene Netzwerk fördern, die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften an beiden Gelenkflächen führen somit zu unterschiedlicher Freisetzung sogenannter "matrix degrading enzymes". Diese Studie weist eine Reihe von Reaktionsmechanismen des hyalinen femoralen und tibialen Knorpels hinsichtlich Struktur und Zusammenstellung auf unterschiedliche mechanische Belastungen in Abhängigkeit von der anatomischen Lokalisation nach.