Relationships between Meniscal Extrusion and the Biomechanical Properties of Meniscus and Tibial Articular Cartilage in Healthy Individuals and Patients with Osteoarthritis [English translation]

Ziel der vorliegenden Arbeit war es Zusammenhänge zwischen der Meniskusextrusion und den biomechanischen Eigenschaften von Meniskus und tibialem Gelenkknorpel bei Varusgonarthrosepatienten aufzuzeigen. Nach derzeitigem Kenntnisstand ist diese Studie die erste dieser Thematik. Weiterhin wurde ein Vergleich der Patienten mit Kniegesunden angestrebt, um einen Nachweis für die gesteigerte und veränderte Extrusion bei Gonarthrose zu erbringen. Betrachtet wurden dabei die regionale Verteilung und eine Degenerationsabhängigkeit der Extrusion. Die Untersuchung der regionalen und degenerationsspezifischen Unterschiede der einzelnen biomechanischen Parameter sollte hauptsächlich zur Erklärung der aufgedeckten Zusammenhänge mit der Meniskusextrusion dienen. In die Studie wurden zwölf Patienten, die eine Knietotalendoprothesenimplantation erhalten sollten und sechs kniegesunde Probanden eingeschlossen. Die Erhebung der Extrusion fand mittels Magnetresonanztomographie (MRT) am Vorderhorn (PA), Hinterhorn (PP) und im mittleren Bereich (PI) des Meniskus am Ort der größten Extrusion in der jeweiligen Region statt. Die MRT-Aufnahmen erfolgten ohne und mit axial aufgebrachter Belastung von 25 % des Körpergewichts. Die Fragebögen „Knee injury and Osteoarthritis Outcome Score” und „Western Ontario Meniscal Evaluation Tool“ erhoben den Zustand der untersuchten Knie. Das jeweilige Tibiaplateau wurde während der geplanten Operation mit den Menisken entfernt und für die biomechanischen Tests zur Verfügung gestellt. Um den „Instantaneous Modulus“ IM und die Dicke des tibialen Gelenkknorpels zu bestimmen, erfolgten Indentations- und Nadelpenetrationsversuche. Die Probenpräparation erfolgte aus jeder Meniskusregion und den entsprechenden Knorpelflächen (PA, PI, PP). Eine zusätzliche Knorpelprobe wurde aus dem nicht vom Meniskus bedeckten Bereich entnommen. In der Auswertung wurden PA, PI und PP einzeln und zusammen als Fläche unter dem Meniskus betrachtet. An Knorpel und Menisken wurden Relaxationstests durchgeführt, um die biomechanischen Materialeigenschaften in Form des Equilibriumsmoduls EEq und der hydraulischen Permeabilität k zu erheben. Die Bestimmung des Wassergehalts erfolgte per Lyophilisierung. An den degenerierten Menisken wurden mittels Zugversuchen das lineare Elastizitätsmodul E, die Reißfestigkeit σmax und die maximale Dehnung bei Materialversagen Ɛmax bestimmt. Die Zuordnung zu einem Degenerationsgrad erfolgte bei den Menisken nach makroskopischen und beim tibialen Gelenkknorpel über histologische Kriterien. Die Ergebnisse der Extrusionsanalyse zeigten signifikante Unterschiede zwischen manchen Regionen im Zustand mit und ohne Belastung bei Patienten (lateral: PI und PP mit und ohne Belastung; medial: PA und PP mit Belastung) und Probanden (medial: PA und PP mit und ohne Belastung; PI und PP mit Belastung). Die Analyse der räumlichen Verteilung ermittelte bei den Kniegesunden vermehrte Extrusion in der medialen PA und geringere in beiden PP. Die Steigerung der Extrusion unter Belastung konnte bei den Probanden (lateral: PI, medial: PA, PI) und Patienten (lateral: PP, medial: PI, PP) für bestimmte Teilregionen festgestellt werden. Hier wurde die Relevanz der PI als Bestimmungsort der Extrusion deutlich. Bis auf eine Ausnahme (lateral: PI) wiesen die Patienten gegenüber den Probanden eine höhere Extrusion vor, was auf die Varusbeinachse der Patienten zurückzuführen war. Das machte die Wichtigkeit der Beachtung der Beinachse bei Beurteilung der Meniskusextrusion und -degeneration deutlich. Bei den Patienten konnte die Extrusion in Zusammenhang mit der makroskopisch steigenden Degeneration des Meniskus gebracht werden. Weiterhin fanden sich Zusammenhänge zwischen IM, EEq, k sowie der Dicke des tibialen Gelenkknorpels mit der Meniskusextrusion in beiden Belastungszuständen. Diese Relationen waren auf die medial fortgeschrittene Degeneration und die degenerationsabhängigen Veränderungen der einzelnen Parameter zurückzuführen. Korrelationen mit den Eigenschaften der degenerierten Menisken fanden sich für E und Ɛmax mit der Extrusion ohne aufgebrachte Belastung. Diese ließen sich durch die biomechanischen Hintergründe der Meniskusextrusion erklären. Für die Druckeigenschaften des Meniskus wurden keinerlei Korrelation mit der Extrusion gefunden. Der Wassergehalt beider Gewebe zeigte keinen Bezug zur Extrusion. Obwohl es die Meniskusextrusion betreffend noch Forschungsbedarf bezüglich weiterer Einflussfaktoren gibt, wurde durch die ermittelten Zusammenhänge mit den biomechanischen Eigenschaften der beteiligten Gewebe die Wichtigkeit der Beachtung der Meniskusextrusion bei Osteoarthrose im Kniegelenk verdeutlicht. Die Meniskusextrusion kann schlussendlich als Marker der Degeneration bei Gonarthrose verstanden werden und steht dabei in klarem Zusammenhang mit den biomechanischen Eigenschaften des degenerierten tibialen Gelenkknorpels und den elastischen Eigenschaften des degenerierten Meniskus.