Einfluss einer durch Tibiakopfosteotomie auf die Früharthroseenstehung am lateralen Femurkondylus nach Innenmeniskusteilresektion im translationalen Schafmodell

Abstract

Zusammenfassung FRAGESTELLUNG: Die Arthrose ist die häufigste degenerative Gelenkerkrankung in Deutschland. Insbesondere die Gonarthrose beeinträchtigt Lebensqualität der Betroffenen und verursacht immense Kosten für das Gesundheitssystem. Die Pathogenese basiert auf zahlreichen Faktoren, darunter Ausrichtung des Kniegelenks in der Frontalebene. Die valgisierende Tibiakopfosteotomie (HTO) ist ein etabliertes gelenkerhaltendes Verfahren, dass bei unikompartimenteller medialer tibiofemoraler Gonarthrose mit varischer Beinachse durch eine operative valgisierende Achskorrektur die lokale mediale Überlastung reduziert. Während die Auswirkungen der valgisierenden HTO für das arthrotische mediale Kompartiment besser untersucht sind, sind Untersuchungen zum kurzfristigen Effekt auf das laterale Kompartiment limitiert. In der vorliegenden Arbeit soll der Einfluss der mechanischen Beinachse nach Arthroseinduktion durch Teilresektion des Innenmeniskusvorderhorns (pMMx) im Hinblick auf frühe arthrotische Veränderungen am lateralen Femurkondylus untersucht werden. HYPOTHESEN: 1. Eine Innenmeniskusteilresektion induziert auch an der lateralen Femurkondyle früharthrotische Veränderungen. 2. Zusätzliche Entlastung des medialen Kompartiments nach Innen-meniskusteilresektion reduziert früharthrotische Veränderungen an der lateralen Femurkondyle. 3. Zusätzliche Überlastung des medialen Kompartiments nach Innen-meniskusteilresektion verstärkt früharthrotische Veränderungen an der lateralen Femurkondyle. METHODEN: Bei 24 Merinoschafen wurde am rechten Kniegelenk eine Innenmeniskusvorderhornteilresektion und zeitgleich eine HTO durchgeführt. Jeweils acht dieser Schafe erhielten eine HTO ohne Veränderung der Beinachse als reine Osteotomie (pMMx-Gruppe), während jeweils 8 weitere Tiere eine valgisierende (Valgus + pMMx-Gruppe) oder varisierende (Varus + pMMx-Gruppe) HTO erhielten. Die nicht operierten linken Kniegelenke dienten als Negativkontrollgruppe. Nach 6 Wochen erfolgte die Untersuchung des lateralen Femurkondylus durch nativradiologische, makroskopische, mikro-computertomographische, histologische und immunhisto-chemische Bewertungssysteme. ERGEBNISSE: Nativradiologisch fanden sich nach 6 Wochen keine Arthrosezeichen. Dis makroskopische Analyse zeigte insbesondere in den zentralen Bereichen der lateralen Femurkondylen signifikant mehr arthrotische Veränderungen in der pMMx-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe auf. Die mikro-computertomographische Analysen ergaben für die Varus + pMMx-Gruppe eine signifikante Reduktion der Dicke der subchondralen Knochenplatte sowie für die subartikuläre Spongiosa eine signifikant verminderte Knochenmineralisierungsdichte mit einhergehender Abnahme der Trabekelanzahl und Trabekeldicke im Vergleich zur Kontrollgruppe. Diese Unterschiede waren insbesondere in den anterioren und intermediären Bereichen des lateralen Femurkondylus nachzuweisen. Korrespondierend hierzu wies der intermediäre Bereich der lateralen Femurkondyle der Varus + pMMx-Gruppe in der histologischen Untersuchung einen signifikant höheren Arthrosegrad auf als die Kontrollgruppe. Immunhistochemisch zeigte sich ein signifikant reduzierter Typ-II-Kollagengehalt in der pMMx-Gruppe im Vergleich zur Valgus + pMMx-Gruppe, ein signifikanter Unterschied zur Kontrollgruppe lag nicht vor. SCHLUSSFOLGERUNG: Nach Arthroseinduktion durch Innenmeniskusteilresektion kommt es in Abhängigkeit von der Beinachse auch am lateralen Femurkondylus zu frühen arthrotischen Veränderungen. Bei neutraler Beinachse waren beginnende arthrotische Veränderungen nachweisbar. Bereits eine kurzfristige Überlastung des medialen Kompartiments durch Varisierung der mechanischen Achse führt am lateralen Femurkondylus zu einer signifikanten Zunahme dieser frühen arthrotischen Veränderungen. Nach Valgisierung der Beinachse mit konsekutiver Entlastung des erkrankten medialen Kompartiments und Überlastung des lateralen Kompartiments finden sich keine frühen degenerativen Veränderungen am lateralen Femurkondylus. KLINISCHE RELEVANZ: Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Wichtigkeit der Beinachse und therapeutischer Strategien ihrer Korrektur zur Vermeidung einer sekundären Arthroseentstehung am lateralen Femurkondylus nach Meniskusverletzungen im medialen Kompartiment bei gleichzeitig bestehender varischer Beinachse.

Abstract QUESTION: Osteoarthritis (OA) is the most common degenerative joint disease in Germany. Especially knee OA impairs the quality of life of those affected and causes immense costs for the healthcare system. Its pathogenesis is based on numerous factors, among which frontal plane knee alignment. Valgus high tibial osteotomy (HTO) is an established joint-preserving procedure that, in case of symptomatic unicompartmental medial tibiofemoral OA and varus malalignment shifts the mechanical axis towards the otherwise normal lateral compartment. While the effects of valgus HTO on the osteoarthritic medial compartment are rather well studied, its short-term effects on the lateral compartment are unknown. The present work examines the influence of the mechanical leg axis after OA induction by partial medial meniscectomy (pMMx) on early OA changes in the lateral femoral condyle. HYPOTHESES: 1. Partial medial meniscectomy induces early OA changes in the lateral femoral condyle. 2. Additional underload of the medial compartment after partial medial meniscal resection reduces early OA in the lateral femoral condyle. 3. Additional overload of the medial compartment after partial medial meniscal resection increases early OA in the lateral femoral condyle. METHODS: A pMMx and a simultaneous HTO were performed on the right knee joint of 24 Merino sheep. 8 sheep each received either a HTO without changing the axial alignment (neutral pMMx group, n=8), an opening wedge HTO inducing 4.5° tibial valgus (valgus + pMMx group, n=8) or a closing wedge HTO inducing 4.5° varus (Varus + pMMx group, n=8) axis change. Each of which was compared to the unoperated contralateral left knees. After 6 weeks animals were euthanized and the lateral femur condyle examined using radiographic, macroscopic, microcomputed tomographic, histological and immunohistochemical evaluation systems. RESULTS: There were no signs of radiographic OA. Macroscopic examination showed significantly more OA changes in the pMMx group compared to the control group, especially in the central areas of the lateral femoral condyle. Micro-computertomographic examination revealed a significant reduction in the thickness of the subchondral bone plate in the varus + pMMx group and a significantly reduced bone mineralization density in the subarticular spongiosa with an associated decrease in the number and thickness of trabeculae compared to the unoperated control group. These differences were particularly evident in the anterior and intermediate areas of the lateral femoral condyle. Correspondingly, the intermediate area of the lateral femoral condyle in the varus + pMMx group showed a significantly higher degree of OA in the histological grading than the unoperated control group. Immunoreactivity to type-II collagen was significantly reduced in the pMMx group compared to the valgus + pMMx group, without significant differences compared to the unoperated control group. CONCLUSION: After OA Induction by pMMx, early arthrotic changes also occur in the lateral femoral condyle, depending on the leg axis. With a neutral leg axis, incipient OA changes were detectable. Even a short-term overload of the medial compartment caused by varus malalignment leads to a significant increase of these early OA changes in the lateral femoral condyle. Valgus malalignment with subsequent underload of the diseased medial compartment does not result in early degenerative changes in the lateral femoral condyle. CLINICAL RELEVANCE: The results of the present work underline the importance of frontal plane knee alignment and therapeutic strategies for its correction in order to avoid secondary OA in the lateral compartment after meniscal injury in the medial compartment with simultaneous varus malalignment.