2.6 mm) the curve approaches to a nearly steady value of 0.3 Newton. With increasing content of hydroxyproline the values rise to cartilage stiffness with a correlation coefficient R = 0,144 significantly (p <0,013; fig. 46). For the rows 1-4 excluding point D (trochlea ossis femoris) it was found out that per millimetre of increasing cartilage thickness a decrease of hydroxyproline occurs around 0,816 μg/mg of cartilage. For the rows 1-2 including point D1 and D2 (trochlea ossis femoris) there is a decrease with the help of the pooled regression coefficient around 0,607 μg/mg of cartilage per millimetre of cartilage thickness. The comparison between cartilage thickness and glycosaminoglycans showed no provable significant effect. No significant correlation could be proved with a used pressure by 3 Newton between the measuring values to cartilage stiffness and glycosaminoglycans. Fig. 48 showed that with p> 0.05 no significant correlation exists between cartilage thickness and the body mass averaged from the right and left side. Cartilage stiffness decreases significantly between the measurement 1 and 2 with 2,73 % or measurement 3 and 4 with 4,48 %. Nevertheless, with the comparison of cartilage stiffness between the first and second passageway a not significant reduction of the values arose about 0,85%. By the arrangement in two passageways the time of relaxation suggested in the literature for cartilage of 1200-1800 seconds (Bommer et al. In 2006) was kept in every case. With the help of this recreational phase for cartilage the low decrease of cartilage stiffness could be explained between passageway 1 and 2. In an additional study low decreases were also proved to cartilage stiffness between the measurements 1 and 3. These trend changes confirm the supposition that many briefly measurements influence the values to the cartilage stiffness. Conclusion: The parametres of cartilage stiffness and cartilage thickness adapt themselves with healthy joints obviously to the joint physiology. While growing there are changes to cartilage stiffness and cartilage thickness by differentiation processes. Cartilage stiffness and cartilage thickness behave oppositional taking the approach into account. The cartilage thickness influences the values to cartilage stiffness decisively and, hence, should always be considered with the indenter measurement. The study showed that only from a cartilage thickness > 1 mm there are realistic values to cartilage stiffness. With increasing content of collagen the values of cartilage stiffness rose in the study significantly. It can be derived with the help of already existing literature that an intact superficial collagen layer plays a determining role for the indenter measurement. It was surprising that no significant dependence was ascertained between glycosaminoglycans and the parameters of cartilage stiffness as well as cartilage thickness. Also the influence of the body mass on cartilage thickness is inessential in the healthy knee. My own practical experiences in joint preparations confirm the literature opinion that the device of the company Artscan medical innovations seems not or only hardly controllable on account of more numerous sources of error for the arthroscopy. On the other hand this measuring system of scientific studies is usable in preparations. Other research and technical developing strategies are necessary for the operative application.">
 

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Untersuchungen zur Knorpelsteifigkeit und Knorpeldicke des Kniegelenkes am distalen Femur des Pferdes im Zusammenhang mit dem Kollagen- und Glykosaminoglykangehalt des hyalinen Gelenkknorpels

Sperling, Martina


Originalveröffentlichung: (2011) Giessen : VVB Laufersweiler
Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (3.712 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-82415
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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Klinik für Pferde (Chirurgie) mit Lehrschmiede
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5784-8
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.06.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 18.07.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Referenzwerte zur Knorpelsteifigkeit und Knorpeldicke
des Kniegelenkes am distalen Femur von adulten gesunden Pferden zu ermitteln. Zusätzlich
wurden die Knorpelbestandteile Glykosaminoglykane und Kollagen bestimmt. Diese
Messergebnisse sowie die Korrelation der einzelnen Messdaten sollen als Grundlage in der
Arthroseforschung am Pferd verwendet werden. Die eigenen Untersuchungen hatten
folgende Zielstellung:
1.) Bestimmung von Referenzwerten zur Knorpelsteifigkeit und Knorpeldicke in
verschiedenen Arealen des Femoropatellar- und Femorotibialgelenkes am distalen Femur
beim Pferd.
2.) Es ist zu prüfen, wie hoch die Knorpelsteifigkeit und die Korpeldicke in verschiedenen
Arealen des Kniegelenkes sind.
3.) Im Bereich der gemessenen Knorpelareale soll quantitativ der Glykosaminoglykan- und
der Kollagengehalt bestimmt werden.
4.) Untersucht werden soll die Korrelation zwischen der Knorpelsteifigkeit und der
Knorpeldicke sowie den Knorpelbestandteilen Glykosaminoglykane und Kollagen
(Abb. 1).
5.) Es ist zu prüfen, welchen Einfluss die Messmethode einer vierfachen Messung am
gleichen Punkt auf die Messergebnisse zur Knorpelsteifigkeit besitzt.
Untersucht wurde der gesunde Gelenkknorpel des Femoropatellar- und des
Femorotibialgelenkes am distalen Femur von 15 euthanasierten Warmblutpferden. Für die
vorliegende Studie wurde ein von der Arbeitsgruppe um Lyyra entwickeltes Nachfolgemodell
(Artscan® 200) mit dem Computerprogramm Artscan® 200 Version 1.0 verwendet. Die
Gelenkflächen am distalen Femur wurden an 26 Messpunkten bezüglich der Knorpelsteifigkeit
und der Knorpeldicke untersucht (Abb. 15). Die sonographisch ermittelte Knorpeldicke wurde
definiert als der Abstand zwischen der Knorpeloberfläche und der auf dem Monitor sichtbaren
hyperechogenen Reflexzone des subchondralen Knochens. Für die sonographische
Untersuchung wurde das Real-Time Ultraschallgerät LOGIQ TM 500 PRO Series der Fa. GE
Medical Systems, Milwaukee, Wisconsin (USA) verwendet. Zur Bestimmung der Knorpeldicke
kam ein Linearschallkopf vom Typ 739L (Abb. 17) zum Einsatz. Bei der Bestimmung des
Proteoglykangehaltes wurde quantitativ der Gehalt an sulfatierten Glykosaminoglykanen bestimmt, beruhend auf dem Verfahren nach Farndale. Diese Untersuchung erfolgte an 10 verschiedenen Messpunkten (Abb. 19). Der Hydroxyprolingehalt wurde ebenfalls an 10 Positionen bestimmt (Abb. 19) und nach dem Verfahren von Woessner (1961) in einer modifizierten Art nach Stegemann und Stalder (1967) ermittelt. Der quantitative Kollagengehalt
wurde aus dem Hydoxyprolinanteil mit dem Faktor 7,4 berechnet.
Für die rechte distale Femurhälfte schwankt die Knorpelsteifigkeit zwischen 0,264 N am Punkt
E4 (kaudaler Bereich des medialen Femurkondylus) und 1,065 N am Punkt A1 (abaxial im proximalen Bereich des lateralen Rollkammes) (Tab. 6). Auffallend ist, dass der Minimalwert
am linken Femur von 0,202 N ebenfalls am Punkt E4 (kaudaler Bereich des medialen
Femurkondylus) sowie der Maximalwert von 0,834 N an der Position A1 (abaxial im
proximalen Bereich des lateralen Rollkammes) auftreten (Tab. 7). Beide graphischen Darstellungen (Abb. 26/27) zeigen einen „wannenförmigen“ Verlauf. Die Knorpelsteifigkeit ist
im Bereich des lateralen Kondylus signifikant höher als medial (Abb. 28/29). Im
Femoropatellargelenk wurden höhere Werte zur Knorpelsteifigkeit bestimmt als im
Femorotibialgelenk.
Die Knorpeldicke am rechten Knie schwankt zwischen 0,704 mm am Punkt A1 (abaxial im
proximalen Bereich des lateralen Rollkammes) und 2,838 mm am Punkt E3 (kranialer Bereich
des medialen Femurkondylus). Die Knorpeldicke am linken Knie variiert zwischen 0,682 mm
am Punkt G1 (abaxial im proximalen Bereich des medialen Rollkammes) und 2,824 mm
ebenfalls am Punkt E3 (kranialer Bereich des medialen Femurkondylus). Die Werte zur
Knorpeldicke ergeben, dass der Knorpel im Femoropatellargelenk lateral signifikant dicker als
medial ist. Im Femorotibialgelenk dagegen werden höhere Knorpeldickenwerte im Bereich des
medialen Femurkondylus festgestellt als lateral (Abb. 34/35).
Am rechten Knie wurde ein Glykosaminoglykangehalt zwischen 23,128 μg/mg Knorpel am
Punkt F2 (distaler Scheitelpunkt des medialen Rollkammes) und 37,484 μg/mg Knorpel am
Punkt F4 (kaudaler Bereich des medialen Kondylus) gemessen (Tab. 12). Am linken Knie
schwanken die Werte zwischen 21,638 μg/mg Knorpel am Punkt F2 (distaler Scheitelpunkt des
medialen Rollkammes) und 37,896 μg/mg Knorpel am Punkt B3 (kranialer Bereich des
lateralen Femurkondylus) (Tab. 13).
Der Hydroxyprolingehalt am rechten Knie variiert zwischen 8,449 μg/mg Knorpel am Punkt
F4 (kaudaler Bereich des medialen Femurkondylus) und 13,862 μg/mg Knorpel am Punkt B2
(distaler Scheitelpunkt des lateralen Rollkammes) (Tab. 15). Am linken Knie wurden Werte
zwischen 8,987 μg/mg Knorpel am Punkt D1 (proximaler Bereich der Trochlea ossis femoris)
und 14,423 μg/mg Knorpel am Punkt F2 (distaler Scheitelpunkt des medialen Rollkammes)
ermittelt (Tab. 16).
In der vorliegenden Arbeit konnte anhand des gepoolten Regressionskoeffizienten
nachgewiesen werden, dass die Knorpelsteifigkeit ohne die Positionen D1 und D2 (Trochlea
ossis femoris) in den Reihen 1-4 pro zunehmender Knorpeldicke in mm um 0,073 N signifikant
abnimmt. Für die Reihen 1-2 mit den Positionen D1 und D2 (Trochlea ossis femoris) wurde
ebenfalls eine signifikante Abnahme um 0,098 N pro mm zunehmender Knorpeldicke
festgestellt. Wird die Abhängigkeit zwischen der Knorpelsteifigkeit und der Knorpeldicke
genauer untersucht, zeigt sich, dass die Art der Betrachtung für diese Untersuchung eine
wichtige Rolle spielt. Werden die Variablenpaare Knorpelsteifigkeit und Knorpeldicke getrennt
nach der Lokalisation, aber die Seiten rechts und links in einem Plot zusammengefasst,
entstehen für die Positionen B1, C1, D1, D2, G2, F3, G4 signifikante lineare Korrelationen
(Abb. 44). Bei der Pseudoreplikation (Abb. 45), entsteht ein nicht linearer Zusammenhang. Bei
dünnem Knorpel (<1,0 mm) werden hohe Werte zur Knorpelsteifigkeit gemessen. Zwischen
den Bereichen 1,0-2,6 mm Knorpeldicke erscheint die Korrelation linear. Ab einer hohen
Knorpeldicke (>2,6 mm) nähert sich die Kurve einem nahezu konstanten Wert von 0,3 N an.
Mit zunehmendem Hydroxyprolingehalt steigen die Werte zur Knorpelsteifigkeit bei einem
Korrelationskoeffizienten R=0,144 signifikant an (p<0,013; Abb. 46). Für die Reihen 1-4 ohne
die Position D (Trochlea ossis femoris) wurde festgestellt, dass pro Millimeter
Knorpeldickenzunahme eine Abnahme des Hydroxyprolingehaltes um 0,816 μg/mg Knorpel
erfolgt. Für die Reihen 1-2 mit den Positionen D1 und D2 (Trochlea ossis femoris) entsteht
anhand des gepoolten Regressionskoeffizienten eine Abnahme um 0,607 μg/mg Knorpel pro
Millimeter Knorpeldicke.
Der Vergleich zwischen Knorpeldicke und Glykosaminoglykangehalt bei den eigenen
Messungen ergibt keinen nachweisbaren signifikanten Effekt. Ebenso konnte bei einer
verwendeten Aufdruckraft von 3 N kein signifikanter Zusammenhang zwischen den
Messwerten zur Knorpelsteifigkeit und dem Glykoaminoglykangehalt nachgewiesen werden.
Abb. 48 zeigt, dass mit p>0,05 kein signifikanter Zusammenhang zwischen der Knorpeldicke
und der Körpermasse gemittelt über die Seiten rechts und links existiert.
Deutliche Abnahmen zur Knorpelsteifigkeit konnten zwar zwischen der Messung 1 und 2 mit
2,73 % bzw. Messung 3 und 4 mit 4,48 % festgestellt werden. Beim Vergleich der
131
Knorpelsteifigkeit zwischen dem ersten und zweiten Durchgang ergab sich jedoch nur eine
Reduzierung der Werte um 0,85 %. Durch die Gliederung in zwei Durchgänge wurde die in der
Literatur angegebene Relaxationszeit für Knorpel von 1200-1800 Sekunden (Bommer et al.
2006) in jedem Falle eingehalten. Anhand dieser Erholungsphase für den Knorpel könnte die
geringe Abnahme der Knorpelsteifigkeit zwischen Durchgang 1 und 2 erklärt werden. In einer
nachträglichen Untersuchung wurden ebenfalls geringe Abnahmen zur Knorpelsteifigkeit mit
0,02 % zwischen den Messungen 1 und 3 nachgewiesen. Diese Trendveränderungen bestätigen
die Vermutung, dass viele kurz hintereinander durchgeführte Messungen die Werte zur
Knorpelsteifigkeit beeinflussen.
Schlußfolgerung:
Anhand der ermittelten Ergebnisse kann festgestellt werden, dass sich die Parameter
Knorpelsteifigkeit und Knorpeldicke bei gesunden Gelenken offensichtlich an die
Gelenkphysiologie anpassen. Während des Wachstums kommt es durch
Differenzierungsprozesse zu Veränderungen in der Knorpelsteifigkeit und der Knorpeldicke.
Die Knorpelsteifigkeit und die Knorpeldicke verhalten sich unter Berücksichtigung der
Betrachtungsweise gegensätzlich. Die Knorpeldicke beeinflußt die Werte zur
Knorpelsteifigkeit entscheidend und sollte daher bei der Indentermessung immer
berücksichtigt werden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass erst ab einer Knorpeldicke
>1 mm realistische Werte zur Knorpelsteifigkeit entstehen.
Mit zunehmendem Kollagengehalt stiegen in der Untersuchung die Knorpelsteifigkeitswerte
signifikant an. Daraus kann auch anhand bereits bestehender Literatur abgeleitet werden, dass
bei der Indentermessung eine intakte superfizielle Kollagenschicht eine entscheidende Rolle
spielt. Auffallend war, dass zwischen dem Glykoaminoglykangehalt und den Parametern
Knorpelsteifigkeit sowie der Knorpeldicke keine signifikanten Abhängigkeiten festgestellt
wurden. Auch der Einfluß der Körpermasse auf die Knorpeldicke am gesunden Kniegelenk
ist unwesentlich. Die eigenen praktischen Erfahrungen an Gelenkpräparaten bestätigen die
Literaturmeinung, dass das Gerät der Firma Artscan medical innovations aufgrund
zahlreicher nicht oder nur schwer beherrschbarer Fehlerquellen für die Arthroskopie
ungeeignet erscheint. Demgegenüber ist dieses Messsystem für wissenschaftliche Studien an
Präparaten verwendbar. Für den intraoperativen Einsatz sind weitere Forschungs- und
technische Entwicklungsstrategien notwendig.
Kurzfassung auf Englisch: This research had the following aim to define authoritative values to cartilage stiffness and
cartilage thickness of the knee joint on the distal femur of adult healthy horses. In addition the
cartilage components glycosaminoglykans and collagen were determined. These measuring
results as well as the correlation of the single measuring data should be used as a basis in equine
Arthrosis research. My research has the following aim position:
1.) Defining of authoritative values to cartilage stiffness and cartilage thickness in
different areas of the femoropatellar- and femorotibial joint on distal femur of the horse.
2.) The results were checked, how high cartilage stiffness and cartilage thickness are in different
areas of the knee joint.
3.) In the area of the measured articular cartilage the amount of glycosaminoglykans and
collagen should be determined quantitatively.
4.) The correlation between cartilage stiffness and cartilage thickness was suggested to be
examined as well as the cartilage components glycosaminoglykans and collagen (fig. 1).
5.) The results were checked, which influence the measuring method of a fourfold measurement
has to the same point on the measuring results to cartilage stiffness.
The healthy joint cartilage of the femoropatellar- and the femorotibial joint on distal femur of 15
euthanised warmblood horses was examined. For this study a succession model (Artscan ®
200) developed by the working group around Lyyra with the computer program Artscan ® 200
versions 1.0 was used.
The joint surfaces on distal femur were determined in 26 measuring points with regard to
cartilage stiffness and the cartilage thickness (fig. 15). Ultrasound measurement of cartilage
thickness was defined as the distance between the cartilage surface and the visible
hyperechogene reflex zone of subchondralen bone on the monitor. For ultrasonographic
measurement the real time ultrasound scanner TM LOGIQ 500 pro Series of Medical system,
Milwaukee, Wisconsin (USA) was used. Utilizing a linear sound head of the type 739L (fig. 17)
for cartilage thickness. When measuring the glycosaminoglycans we examined quantitatively
the content of sulphated glykosaminoglycans, being conducted on the study of Farndale. This
experiment occurred in 10 different measuring points (fig. 19). The content of hydroxyproline
was also determined in 10 positions (fig. 19) based on Woessner’s procedure (1961). In this case
the model of Stegemann and Stalder (1967) was used. The quantitative collagen content
was calculated from the hydroxyproline with the factor 7.4.
For the right part of the distal femur the cartilage stiffness varied between 0.264 Newton in the
point E4 (caudal area of the medial femoral condyle) and 1.065 Newton in the point A1 (abaxial
in the proximal area of the lateral rolling comb) (tab. 6). It was surprising, that the minimum
value in the left femur of 0.202 Newton was measured in the point E4 (caudal in the area of the
medial femoral condyle) as well as the maximum value of 0.834 Newton in the point A1
(abaxial in the proximal area of the lateral rolling comb) (tab. 7). Both graphic representations
(fig. 26/27) showed a "tub-shaped" course. The cartilage stiffness was significantly higher in the
area of the lateral condyle than the medial (fig. 28/29).
The cartilage thickness in the right knee varied between 0.704 mm in the point A1 (abaxial in
the proximal area of the lateral rolling comb) and 2.838 mm in the point E3 (cranial area of the
medial femoral condyle). Measurement of cartilage thickness in the left knee was between
0.682 mm in the point G1 (abaxial in the proximal area of the media rolling comb) and 2.824
mm in the point E3 (cranial area of the medial femoral condyle). The values to the cartilage
thickness showed that the cartilage in the femoropatellar joint is lateral significantly thicker than
medial. In the femorotibial joint the cartilage is thicker in the area of the medial femoral condyle
than lateral (fig. 34/35).
In the right knee the measurement of glycoaminoglycans was between 23.128 μg/mg of
cartilage in the point F2 (distal apex of the medial rolling comb) and 37.484 μg/mg of cartilage
in the point F4 (caudal area of the medial femoral condyle) (tab. 12). In the left knee the values
varied between 21.638 μg/mg of cartilage in the point F2 (distal apex of the medial rolling
comb) and 37.896 μg/mg of cartilage in the point B3 (cranial area of the lateral femoral
condyle) (tab. 13).
The measurement of hydroxyproline in the right knee was between 8.449 μg/mg of cartilage in
the point F4 (caudal area of the medial femoral condyle) and 13.862 μg/mg of cartilage in the
point B2 (distal apex of the lateral rolling comb) (tab. 15). In the left knee the values were
determined between 8.987 μg/mg of cartilage in the point D1 (proximal area of the trochlea
ossis femoris) and 14.423 μg/mg of cartilage in the point F2 (distal apex of the medial rolling
comb) (tab. 16).
This research was able to prove with the pooled regression coefficient that cartilage stiffness
decreases excluding the positions D1 and D2 (trochlea ossis femoris) in the rows 1-4 while
increasing cartilage thickness in mm about 0,073 Newton significantly. For the rows 1-2
including the positions D1 and D2 (Trochlea ossis femoris) a significant decrease was also
ascertained about 0,098 Newton per mm of increasing cartilage thickness. If the dependence is
more exactly examined between cartilage stiffness and the cartilage thickness, it appears that the
kind of consideration plays an important role for this study. If the variable pairs of cartilage
stiffness and cartilage thickness are separated after the localisation, but the sides right and left in
a plot are summarised, there are significant linear correlations for the points B1, C1, D1, D2,
G2, F3, G4 (fig. 44). With the pseudoreplication (fig. 45), there is a not linear correlation. High
values of cartilage stiffness were measured with thin cartilage (<1.0 mm). Between the area of
1.0-2.6 mm of cartilage thickness the correlation is linear. At high cartilage thickness values (>
2.6 mm) the curve approaches to a nearly steady value of 0.3 Newton.
With increasing content of hydroxyproline the values rise to cartilage stiffness with a correlation
coefficient R = 0,144 significantly (p <0,013; fig. 46). For the rows 1-4 excluding point D
(trochlea ossis femoris) it was found out that per millimetre of increasing cartilage thickness a
decrease of hydroxyproline occurs around 0,816 μg/mg of cartilage. For the rows 1-2 including
point D1 and D2 (trochlea ossis femoris) there is a decrease with the help of the pooled
regression coefficient around 0,607 μg/mg of cartilage per millimetre of cartilage thickness.
The comparison between cartilage thickness and glycosaminoglycans showed no provable
significant effect. No significant correlation could be proved with a used pressure by 3 Newton
between the measuring values to cartilage stiffness and glycosaminoglycans.
Fig. 48 showed that with p> 0.05 no significant correlation exists between cartilage thickness
and the body mass averaged from the right and left side.
Cartilage stiffness decreases significantly between the measurement 1 and 2 with 2,73 % or
measurement 3 and 4 with 4,48 %. Nevertheless, with the comparison of cartilage stiffness
between the first and second passageway a not significant reduction of the values arose about
0,85%. By the arrangement in two passageways the time of relaxation suggested in the literature
for cartilage of 1200-1800 seconds (Bommer et al. In 2006) was kept in every case. With the
help of this recreational phase for cartilage the low decrease of cartilage stiffness could be
explained between passageway 1 and 2. In an additional study low decreases were also proved
to cartilage stiffness between the measurements 1 and 3. These trend changes confirm the
supposition that many briefly measurements influence the values to the cartilage stiffness.
Conclusion:
The parametres of cartilage stiffness and cartilage thickness adapt themselves with healthy joints obviously to the joint physiology. While growing there are changes to cartilage stiffness and cartilage thickness by differentiation processes.
Cartilage stiffness and cartilage thickness behave oppositional taking the approach into account.
The cartilage thickness influences the values to cartilage stiffness decisively and, hence, should always be considered with the indenter measurement. The study showed that only from a cartilage thickness > 1 mm there are realistic values to cartilage stiffness.
With increasing content of collagen the values of cartilage stiffness rose in the study significantly. It can be derived with the help of already existing literature that an intact superficial collagen layer plays a determining role for the indenter measurement. It was surprising that no significant dependence was ascertained between glycosaminoglycans and the
parameters of cartilage stiffness as well as cartilage thickness. Also the influence of the body mass on cartilage thickness is inessential in the healthy knee.
My own practical experiences in joint preparations confirm the literature opinion that the device of the company Artscan medical innovations seems not or only hardly controllable on account of more numerous sources of error for the arthroscopy. On the other hand this measuring system of scientific studies is usable in preparations. Other research and technical developing strategies
are necessary for the operative application.
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