Veränderte Gelenkmechanik und biologische Reaktion in osteoarthritischen Knien. (AMB-OK)

Osteoarthritis (OA) ist die am weitesten verbreitete Gelenkerkrankung. Sie äußert sich als fortschreitender Abbau des Gelenkknorpels, als Knochenneubildung und oft als Wucherung des Synovialgewebes, was zu Schmerzen und eingeschränkter Gelenkfunktion führt und letztendlich zu Behinderungen. Bei 83 % der OA-Patienten ist das Knie betroffen, was die Betroffenen daran hindert, körperlich aktiv zu sein, und den Weg für das Auftreten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Fettleibigkeit und Diabetes ebnet. Fehlstellungen der unteren Extremität (Varus- oder Valgus-Knie) werden als Risikofaktor für das Auftreten und Fortschreiten von Osteoarthritis anerkannt. Diese Fehlstellungen der unteren Extremitäten beeinflussen die Lastverteilung über die Gelenkfläche des Kniegelenks erheblich, und das Lastungleichgewicht führt dazu, dass der am stärksten belastete Kompartiment früher verschleißt. Die hohe Tibia-Osteotomie (HTO) ist eine chirurgische Technik, die es ermöglicht, die Last vom betroffenen Bereich auf andere Bereiche mit intaktem Knorpel zu verlagern. Ähnlich wie bei HTO richten Orthesen die untere Extremität neu aus, ohne dass ein chirurgischer Eingriff erforderlich ist. Diese korrigierenden Behandlungen werden für die jüngste Patientengruppe empfohlen, da sie ihnen im Gegensatz zum totalen Kniegelenkersatz (TKR) ermöglichen, aktiv zu bleiben. Die langfristige Überlebensrate von HTO liegt jedoch zwischen 40 % und 85 %, und die Evidenz für die langfristige Wirksamkeit von Orthesen ist begrenzt. Die spezifischen Gründe für das Versagen sind nicht gut verstanden, hängen aber wahrscheinlich mit einer unzureichenden Korrektur zusammen, da Überkorrektur zu Instabilität führen kann, während Unterkorrektur die Symptome möglicherweise nicht lindert, und in der Literatur besteht kein Konsens über das optimale Ausmaß. Bis heute sind die Auswirkungen von Orthesen und HTO auf die Mikrostruktur des subchondralen Knochens und den Knorpel nicht gut verstanden. Die Untersuchung dieser Aspekte, um Behandlungsfehler besser zu verstehen, wird immer wichtiger, da die globale Prävalenz von Knie-OA mit der Alterung der Bevölkerung voraussichtlich zunehmen wird.

Knochenumbau tritt als Folge der durch die Behandlungen verursachten wesentlichen Änderung der Belastungsbedingungen auf, aber der Zeitrahmen und das Ausmaß, in dem dies geschieht, sind unbekannt. Die Knochenqualität wird typischerweise mittels Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie (DXA) bewertet, die 2D-Änderungen der Knochenmineraldichte erkennen kann, aber nicht geeignet ist, regionale Unterschiede in der Knochenmikrostruktur zu messen. Die hochauflösende periphere quantitative CT (HR-pQCT) ist eine weit verbreitete Bildgebungstechnik im Forschungskontext. Sie ermöglicht 3D-Messungen und es wurde nachgewiesen, dass sie den Knochenumbau am Handgelenk genau quantifizieren kann. HR-pQCT hat jedoch eine geringe klinische Anwendbarkeit aufgrund langer Scanzeiten und eines kleinen Sichtfelds, das keine Bildgebung zentraler Stellen wie des Knies ermöglicht. Die Photon Counting CT (PCCT) ist eine der neuesten Fortschritte in der CT-Technik mit einer Auflösung, die mit HR-pQCT vergleichbar ist, aber einer höheren klinischen Anwendbarkeit. Es wurde gezeigt, dass PCCT geeignet ist, den Knochenumsatz auf die gleiche Weise wie HR-pQCT zu erfassen, was eine direkte Charakterisierung der Mikrostruktur am Knie ermöglicht.

Trotz umfangreicher in vitro- und in vivo-Forschung bleibt unklar, wie die Veränderungen in der Knorpelzusammensetzung und -struktur, die während der Knorpeldegeneration auftreten, interagieren. Ein in silico-Modell zur Untersuchung der kausalen Mechanismen, durch die die lokale mechanische Umgebung des geschädigten Knorpels die Knorpeldegeneration antreibt, wurde entwickelt. Die Modellvorhersagen zeigten eine gute Übereinstimmung mit früheren experimentellen Beobachtungen, jedoch würde eine umfangreichere Validierung mit in vivo-Daten die Untersuchung physiologischerer Bedingungen ermöglichen.