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Fragestellung: Mechanische Belastungen im Sinne rezidivierender Mikrotraumen können zu Schäden der Gelenkoberfläche, zu degenerativen Veränderungen und klinisch zur Arthrose des betroffenen Gelenks führen. Die überlebenden, für die Instandhaltung des Knorpelgewebes verantwortlichen Chondrozyten reagieren durch Matrixsynthese und Proliferation. Die Anzahl vitaler Chondrozyten hat Einfluss auf die Frage, ob im Verlauf eine Arthrose auftritt. Wir untersuchten, ob die topographische Verteilung von Schäden der Knorpeloberfläche zu definierten Veränderungen in der Dichte und räumlichen Verteilung der Chondrozyten führt.

Methodik: Das hyaline Talusknorpelgewebe (n=35) wurde untersucht, indem Stanzen der Gelenkoberfläche mit Propidium Jodid gefärbt und immunfluoreszenz-mikroskopisch in der Aufsicht aufgenommen wurden (LSM 501 Zeiss). Für 175 Aufnahmen wurde die Chondrozytzahl pro Volumen, die lokale Zellverteilung (1: normale Verteilung in talus-typischen Paaren, 2: Zellcluster mit dazwischenliegenden zellfreien Arealen; 3: diffuse Verteilung ohne erkennbare Ordnung), die Schädigung der Knorpeloberfläche (1: intakt, 2: leicht aufgeraut, 3: aufgeraut, 4: mit Riefe, 5: Arthrose-Läsion) und das Ausmaß der Gelenksschädigung (5-Punkte-Skala nach Collins-Muehleman) quantifiziert und korreliert.

Eine zusätzliche Probe (11x3mm) wurde immunfluoreszenzmikroskopisch und auch rasterelektronenmikroskopisch (REM) aufgenommen. Beide Bilder wurden übereinander projiziert (Photoshop), um eine Immunfluoreszenz- und REM-Rekonstruktion der kompletten Knorpelfläche zu erhalten. Diese wurde in 8 Regionen aufgeteilt, um lokale Variationen von Oberfläche, Zell-Dichte und -Verteilung mit der REM-Analyse zu korrelieren. Hier wurde eine Texturanalyse der Bild-Grauwerte durchgeführt; z. B. repräsentiert eine hohe Bild-Entropie einen lokalen Oberflächenschaden.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Chondrozytenverteilung des intakten Gewebes bestand aus Zellpaaren. Mit fortschreitender Arthrose traten zunächst Cluster auf, welche zu einer diffusen, ordnungslosen Zellverteilung konfluierten. Diese Veränderungen korrelierten mit einer Zunahme der lokalen Oberflächenschädigung (p<0,001) und dem zunehmenden Ausmaß der Schädigung der Gelenke (p<0,001), aus denen die jeweiligen Proben stammten. In Kontrast hierzu korrelierte die Zellzahl nicht mit der Schädigung der Probenoberfläche oder dem Ausmaß der gesamten Gelenksschädigung. Die REM-Immunfluoreszenzanalyse zeigte, dass die Bild-Entropie lokal variierte. Eine zunehmende Bild-Entropie (als Zeichen für den lokalen Oberflächenschaden) korrelierte mit dem Auftreten einer diffusen, ordnungslosen Zellverteilung (p<0,001) und einer abnehmenden Zellzahl (p<0,05).

Zusammenfassung: Die topographische Verteilung von Knorpelschäden der Talusoberfläche definiert die lokale Chondrozyten-Dichte und -Organisation. Dementsprechend ist es möglich, dass die lokale Schädigung des Knorpelgewebes zu einer Freisetzung von Faktoren führt, die lokal die Proliferation und Reorganisation regulieren.