Die Knochenmarkläsionen von Arthrose Knie Sind Durch sklerotische Knochen gekennzeichnet sterben Weniger gut

Die Knochenmarkläsionen von Arthrose Knie Sind Durch sklerotische Knochen gekennzeichnet sterben Weniger gut

abstrakt

Einführung

Obwohl das Vorhandensein von Knochenmarkläsionen (BMLs) auf Magnetresonanzbildern stark mit Osteoarthritis Progression und Schmerz assoziiert ist, ist sterben zugrundeliegende Pathologie nicht gut etabliert. Das Ziel der vorliegenden Studie war sterben Architektur der subchondralen Knochen in bereichen mit und ohne BMLs von demselben Individuum unter verwendung Knochenhistomorphometrie zu bewerten.

Methoden

Postmenopausalen Weiblichen Probanden (n = 6, Alter 48-90 Jahre) mit Osteoarthritis und Überwiegend medialen Auf einer Warteliste für Knie-TEP gerechnet gerechnet wurden rekrutiert. Um sterben Position des BMLs identifizieren, Hatten Probanden Eine Magnetresonanztomographie Scan ihrer Studie Knie vor der Kniegelenksersatz führten Eine GE 1.5 T Scanner Mit Einer dedizierten Extremität Spule. Eine Axiale Karte des Tibiaplateaus gemacht Wurde sterben Genaue Lage des BML abgrenzen. Nach der Operativen entfernung des Tibiaplateaus Würde BML sterben lokalisiert sterben Axiale Karte aus dem Magnetresonanzbild verwendet und sterben zusammen mit Einer Vergleichbar große Knochenprobe NEBEN DEM BML und Von dem kontralateralen Kompartiment ohne BML exzidiert Läsion. Kerne gerechnet gerechnet wurden über microcomputed Tomographie Abgebildet Werden, und sterben Knochenvolumenanteil und Gewebemineraldichte gerechnet gerechnet wurden für jeden Kern berechnet. Daruber Hinaus Wurde Dicke sterben der subchondralen Platte gemessen, und sterben følgende quantitative Metrik der trabekulären Struktur für den gerechnet gerechnet wurden subchondralen Spongiosa in jeden Kern berechnet: trabekulären Anzahl, Dicke und Beabstandung Struktur Modellindex, Konnektivität und Dichte Grad der Anisotropie. Wir berechnen den Mittelwert und sterben Standardabweichung für jeden Parameter und unbeeinflusst Knochen von der medialen tibialen Plateaus und der Knochen von der lateralen Tibiaplateaus gerechnet gerechnet wurden mit dem betroffenen Bereich in BML medialen tibialen Plateaus verglichen sterben.

ergebnisse

Schlussfolgerungen

Unsere vorläufigen Daten lokalisieren Spezifische Veränderungen in der Knochenmineralisierung, Umbau und Mängel Innerhalb von BMLs Funktionen, sterben auf subchondrale Platte Sind benachbart sterben. Diese BMLs zu sein Scheinen sklerotische im Vergleich zu nicht betroffen Regionen vom gleichen Individuum auf der Basis des erhöhten Knochenvolumenanteil und erhöht trabekuläre Dicke. Die Mineraldichte in dieser Läsionen ist jedoch REDUZIERT und Kanns Diesen Bereich machen mechanisch beeinträchtigt Werden und SOMIT anfällig für Abrieb.

Einführung

Osteoarthritis (OA) ist bin als Eine Krankheit von Organversagen modelliert Besten, in der verletzung Einer gemeinsamen komponente zur Beschädigung Anderer Komponenten Führt, und kollektiv auf und sterben Gemeinsame Versagen Klinischen Manifestationen der OA. Mit Hilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) als Messwerkzeug, Haben wir BEREITS gezeigt, dass Knochenmark-Läsionen (BMLs) Sind Eine Wichtige Quelle von OA symptome und Sindh in der Pathogenese Auch der Erkrankung beteiligt Sind [1 — 4]. BMLs Sind gekennzeichnet als schlecht definierte Hyperintensitäten auf kurze T1 Inversion-Recovery-Bilder und auf Fettunterdrückung Protonendichte und T2-gewichteten Schnell-Spin-Echo-Magnetresonanzbildern [5] gesehen.

Erkenntnisse aus der Boston Gonarthrose-Studie, Eine Naturgeschichte Studium der Knie-Arthrose, HABEN gezeigt, dass BMLs Sind stark mit dem Vorhandensein von Schmerzen im Knie-Arthrose [1], Sind potente Prädiktoren der Progression auf Röntgenbildern [2] Verbunden Sind, und Sindh Auch prädiktive Knorpelverlust gemessen semi-quantitativ in der MRT [4]. Es gibt widersprüchliche Daten, WENN Auch aus kleineren Studien Verschiedenen Methoden MIT, Krieg darauf hindeutet, keiner Beziehung von BMLs zu Schmerzen [6 7]; jedoch Würde das Gleichgewicht der Daten, Eine starke Beziehung von BMLs zu Schmerzen unterstützen sterben. Fifty-sieben Prozent der Knie in der Boston Gonarthrose Studie symptomatische Knie-OA-Kohorte zu Beginn der Studie Eine BML hatte; und von dieser 99% gleich oder erhöht blieben Läsionen in der Größe bei der Nachuntersuchung. Knie Abteile mit Einems bildenden höheren Basis BML-Score und Knie Abteile mit Einer Zunahme der BML Größe Waren Torerfolg stark im zusammenhang Mit weiteren Verschlechterung der Knorpel-Score. Vergrßern oder neue BMLs meist in malaligned Glieder auf der Seite der Fehlstellung aufgetreten.

BMLs gerechnet gerechnet wurden ebenfalls bei histologischen Untersuchungen durchgeführt, Einmal Kern Dekompression im proximalen Femur mit abnormen MRT-Befunde [8] gefunden. MRI-Histologische Studien über Korrelation dieser Läsionen HaBen Fettzellzerstörung und fibrovaskuläres Regeneration in der Läsion Bereich Nachgewiesen [9] sterben. Neben histologischen Proben erhalten, bei Zwei Patienten mit MRT-Signal Abnormalitäten in der Tibia (das heißt, ähnlich zu Denen hier als BML bezeichnet) zeigte fokale Markfibrose und neue Knochenbildung, mit den Brennpunkten der devitalisierte Knochen [10], andeutend erhöhter Remodeling.

Diese kleinen Studien zur verfügung Gestellt erste Einblicke in sterben Pathologie dieser Läsionen, obwohl ein wirkliches Deschamps ihrer Struktur fehlt. Die trabekuläre Struktur subchondralen Knochen Wurde zuvor gezeigt in osteoarthritischen Knie Verändert Werden im Vergleich mit Gesunden Knie [11]. Insbesondere Knochenvolumenanteil und trabekuläre Dicke erhöht und verringert Struktur Modellindex (Eine plattenartige, im gegensatz zu stabartigen Struktur angibt), den Hut in den subchondralen Region osteoarthritischen Knie Beobachtet [11]. Ob BMLs Sind, Sich Mit besonderen Abnormalitäten in trabekulären Struktur assoziiert ist jedoch DERZEIT nicht bekannt.

Wir wurden vermuten, dass BMLs in arthrotischen Knie Lokale bereiche erhöhter Umbau im subchondralen Knochen Darstellen, und dass der Innerhalb Läsion Enthalten Sind Veränderungen in Trabekelstruktur. Diese Hypothese Einander geklärt Werden, Wenn Wir unser Deschamps dieser Läsionen zu maximieren, als potentiell,, dieses Wissen Auf Definition von therapeutischen Strategien für die Behandlung sterben Sowohl symptome und Strukturelle Verschlechterung im zusammenhang Knie-OA MIT Führen Könnte der sterben. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, Trabekelstruktur von subchondralen Knochen in Regionen Mit und ohne BMLs Mit Knochenhistomorphometrie zu bewerten sterben.

Materialen und Methoden

Studienpopulation

Wir sechs, postmenopausalen, Weiblichen Probanden (im Alter von 48-90 JAHREN Body-Mass-Index-Bereich 24,4-38,7) rekrutierten mit Überwiegend medial tibiofemoralen Fach OA (ein Teilnehmer hatte Überwiegend Seitliche tibiofemoralen OA) TKR, sterben für auf eine Warteliste Waren. Die visuellen Analogskala Schmerz in den Signal Knie der Teilnehmer reichte von 50 bis 100 sterben und Kellgren und Lawrence Grad in diesem Knie reichten von Grad 3 auf Grad 4.

Die Institutional Review Board von Boston University Medical Center Genehmigt Studie sterben. Eine Einverständniserklärung Würde von allen Studienteilnehmern erhalten.

Die Magnetresonanztomographie

Die Personen Hatten Eine MRI ihrer Studie Knie durchgeführt Scan vor TKR (innerhalb von 2 Wochen nach ihrer Bedienung Datum) Auf einem 1,5 T Scanner mit Speziellen Extremität Spule (1,5 T Twin Speed ​​Excite Scanner, GE Healthcare, Waukesha, WI, USA). Die MRT-Untersuchung bestand Aus zwei Localizer Scans, sagittaler Protonendichte / T2-gewichteten Fettunterdrückung Serie, und ein Hochauflösendes koronalen Dreidimensionale SPGR Verdorben Gradienten Erinnerte Akquisition mit wasser Anregung. Die følgende Bildsequenz Wurde für BML-Lokalisierung auf jeden Patienten verwendet: sagittal Doppel-Echo-Fast-Spin-Echo-Fetts unterdrückt mit TR / TE

4000 Millisekunden / 15 Millisekunden, 60 Millisekunden, 2,5 bis 3 mm Scheiben, kein Überspringen / Lücke, 256 x 256 Matrix, 12 cm Sichtfeld (zum distalen Femur und der proximalen Tibia) und Erfassungszeit 4,50 Minuten.

Bilder von der MRT-Besuch Der Status Status der einzelnen Teilnehmer gerechnet gerechnet wurden für sterben Analyse erhalten und zur verfügung mit Efilm Workstation Software Gestellt (Merge Healthcare, Milwaukee, WI USA). Eine Axiale Karte des Tibiaplateaus Wurde aus Diesen Bildern Erzeugt, um Genaue Position des BML abgrenzen Probe Ernte zu erleichtern sterben.

Specimen Ernte

Mikro-Computertomographie

Für jeden Kern Enthält, der Region nur trabekulären Knochen manuell identifiziert Wurde und sterben følgende Strukturparameter gerechnet gerechnet wurden quantifiziert: Knochenvolumenanteil, Trabekelanzahl, trabekulären Abstand, Trabekelanzahl, Strukturmodell Index (SMI), Konnektivität und Dichte Grad der Anisotropie. Das Gewebe Mineraldichte würde auch für den trabekulären Bereich berechnet.

Wir stellen fest, dass für die Analysen der subchondralen Spongiosa wir sterben von oben nach unten Länge Foto Foto des Bereichs nur erforderlich Wir Wir trabekulären Knochen, sterben mindestens 5 mm zu sein. Stirbt gewährleistet, dass der Bereich Eine Anzahl von Knochenbälkchen angemessene Abtastung des trabekulären Struktur Enthalten Würde Analysiert ausreichende. Diese Länge Kriterium führte zum Ausschluss von 12 Kernen (ein bis vier Kerne pro Spender). Schließlich Wurde Dicke der sterben subchondralen Platte als Durchschnitt der Messungen von den Tomographiebilddaten ein vier gleich beabstandeten Positionen Gesetz über Obere sterben OBERFLÄCHE der Platte ermittelt Wurde microcomputed.

statistische Analyse

Kerne gerechnet gerechnet wurden nach Standort klassifiziert: Schädigungsbereich (Läsion); kontralateralen Fach (mediale oder laterale, je einmal Welches Fach Läsion Enthalten ist sterben), Die Lage zu Läsionsfläche abgestimmt (adapted); medialen, ausserhalb der Schädigungsbereich oder angepassten Bereich (medial); und Seitenfach, ausserhalb des angepassten Bereich oder Schädigungsbereich (seitlich). Wiederholte-maßnahmen Varianzanalysen mit Tukey post hoc Tests gerechnet gerechnet wurden, um zu bestimmen unterschiede in der Knochenstruktur und Gewebemineraldichte unter den vier Standorten eingesetzt. Wenn Mehrere Kerne von Einer gegebenen Position Für einen gegebenen Spender verfügbar Waren, Wurde Jeder Kern als Eine einzelne messung für sterben Statistischen Analysen Behandelt; Messungen gerechnet gerechnet wurden vor den Analysen der Varianz nicht gemittelt.

ergebnisse

Knochenvolumenanteil und mittlere Gewebemineraldichte für vier Standorten aus dem Gesamten Kern. (Ein) Knochenvolumenanteil (BV / TV) und (B) mittlere Gewebemineraldichte (TMD) für den Gesamten Kern für JEDE der vier Positionen. HA, Hydroxyapatit. Jeder Balken Stellt den Mittelwert und sterben Fehlerbalken repräsentieren Eine Standardabweichung. * Signifikante unterschiede Zwischen den Gruppen (P lt; 0,05). Kerne aus der Schädigungsbereich zeigte sterben Höchsten Volumenanteil Aber niedrigster Mineraldichte. (C) Longitudinal weggeschnittene Ansichten von Kernen aus Jedem der vier Standorte. JEDE Zeile Enthält Kerne von Einems Spender.

Quantitative Messungen der trabekulären Struktur für JEDE der vier Positionen. (Ein) Trabecular (Tb.Th *). (B) Strukturmodell Index (SMI). (C) Trabecular Abstand (Tb.Sp *). (D) Trabecular (Tb.N *). Kerne aus der Schädigungsbereich zeigte Höchste Tb.Th * Aber niedrigsten SMI sterben. Die unterschiede in Trabekelstruktur gerechnet gerechnet wurden Auch Zwischen den Aufeinander abgestimmt und medial Standorte Zur Kenntnis Genommen. Jeder Balken Stellt den Mittelwert und sterben Fehlerbalken repräsentieren Eine Standardabweichung. * Signifikante unterschiede Zwischen den Gruppen (P lt; 0,05). # Ein Trend (0,05 ≤ P lt; 0.10).

Diskussion

Die Erforschung der Ätiologie und Progression der Knie-OA Hat sich auf Zerstörung des Gelenkknorpels Konzentriert sterben. Es ist jedoch klar, Dass Knie-OA ist ein Organ-Ebene Versagen der verbindung und Beinhaltet pathologischen Veränderungen in subchondralen Knochen Eulen im Gelenkknorpel [13]. Wir haben herausgefunden dass BMLs, sterben stark mit OA symptome und Krankheitsverlauf assoziiert Sind, HaBen Spezifische Veränderungen in der Knochenmineralisierung und Trabekelstruktur. Die BML Bereich ,, ideal mit Knochenproben in derselben Knie Aber ausserhalb der Läsionsfläche Vergleich erschienen sklerotische sein, auf der grundlage der erhöhten Knochenvolumenanteil und eine erhöhte trabekuläre Dicke. Die trabekuläre Architektur Innerhalb der Läsionen Krieg Auch mehr plattenartige; jedoch Wurde das Gewebe Mineraldichte Relativierung REDUZIERT tibialen Knochen ausserhalb des BML nach medial.

Unsere ergebnisse stimmen mit Denen aus früheren Arbeit darauf hindeutet, dass hypomineralization von trabekulären Knochen in OA Tritt darunter Liegende zu DEM verdickten kortikalen Platte [14 bis 16]. Diese verringerte Mineralisierung möglicherweise zu abnormen Knochenzellverhalten in OA Gelenken Verbunden ist, berichtet, Wie Ungleichgewichte in der Knochenresorption, Knochenbildung oder beides [17]. Jüngste Studien HABEN wettet, dass Eine erhöhte Knochenresorption spielt Eine Wesentliche Rolle im Krankheitsverlauf mit erhöhten Knochenresorption Marker, einschließlich Kollagen Typ I [18] und deoxypryidinoline [19], bei Patienten mit radiologischen Nachweis von Knie-OA berichtet. Renale Ausscheidung von Pyridinium-Vernetzungen ist bei Patienten mit OA und OA Grossen Gelenk Hand, Krieg Auf eine erhöhte Rate des Knochenumsatzes [20] Deutlich erhöht. Die Daten aus der bevölkerung auf der grundlage Chingford Studie zeigte, dass Urin-Kollagen vernetzen Ausscheidung (Urin C-Telopeptid und N-Telopeptid) -Spiegel gerechnet gerechnet wurden in Knie-OA Probanden merkbar erhöht [21]. Erhöhte Konzentrationen im Urin N-Telopeptid weisen auf menschliche Knochenresorption erhöht [22], und Unsere Eigenen Daten legen nahe, Ihre Niveaustufen bei Personen mit BMLs erhöht Werden [23]. Es ist wichtig zu beachten, dass diese ergebnisse Mit der bisherigen Forschung nicht konsistent Sind Wie sterben, WELCHE Knochenumsatzmarker bei Patienten mit Knie-OA verringert im Vergleich gerechnet gerechnet wurden zu Kontrollpersonen (-36%, -38% und -52% sterben, P lt; 0,0001 für Serum-Osteocalcin, Serum und Urin-C-Terminalen Telopeptid von Typ-1-Kollagen, Beziehungsweise) [24].

Daruber Hinaus Sind Unsere Daten in Übereinstimmung mit früheren befunden aus Frühen OA Tibia-Knochenproben. Diese früheren Untersuchungen zeigen, dass sterben Knochenbälkchen im medialen Kompartiment von OA Gelenke Sind Deutlich dicker und plattenförmigen als normale Knochenbälkchen [11. 25. 26] Aber dass der betroffene trabekulären Knochen ist Weniger steif als sterben normale Knochen Sowohl auf der Ebene scheinbaren [25] und sterben Gewebeebene [27].

Unsere Daten erstrecken Sich Auch Frühere ergebnisse jedoch, dass Eindeutig się zu identifizieren OA BMLs als Brennpunkte der Knochenarchitektur Pathologie. Während Frühere Studien, sterben sterben subchondrale Trabekelstruktur zwischen arthrotischen Knie und Normalen Knie verglichen HABEN [11. 25. 27] Stellt sterben vorliegende Studie EINEN Vergleich der Architektur in BML-betroffenen Bereich MIT, dass in anderen bereichen des gleichen Innerhalb Tibiaplateaus. Ergebnisse des letzteren Vergleich zeigen die betroffene Region Eine der Anomalien in der Struktur Sterben und Mineralisierung ist ausgeprägten. Diese Anomalien zeigen Sich in der quantitativen Analyse von trabekulären Architektur (3), Eulen Durch qualitative Untersuchung der dreidimensionalen Bilder der Proben (Abbildung 2c) strukturellen. Insbesondere SMI-Werte in den Läsionsflächen lag im Bereich von -2,20 bis 0,89 (Mittelwert = -1,14), während in den Anderen drei bereichen von -0,38 bis 2,78 lag (Mittelwert = 1,24 ). Ein SMI von 3 zeigt Eine ideale Zylindrische Stabstruktur, Eine SMI von 0 zeigt Eine ideale Plattenstruktur, und Werte von weniger als Null ist, Eine Struktur zeigen, in der sterben Platten Sind und Beginnen gekrümmt, in sterben Porens voneinander [28] zu verschließen. Die ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen DAHER sterben Dass Architektur BML Eine extreme Darstellung der Veränderungen sterben während des betreffenden Fach in OA auftreten.

Die Veränderungen in der trabekulären Struktur im BML-betroffenen Bereich Sind im gegensatz zu den typischen altersbedingten Veränderungen in trabekulären Struktur in der proximalen Tibia sterben trabekuläre Ausdünnung und Fortschreiten von Einer plattenförmigen Struktur MIT Einer stangenartigen Struktur beinhalten [29-31]. Diese OA bedingte Veränderungen jedoch bedeuten nicht notwendigerweise Eine Milderung der altersbedingten Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.

Die histologischen Analysen für diese Studie im Gange Sind. Vorläufige Daten aus parallel histopathologische Studien über OA BML Kerne zeigen Eine Pathologie der BML Innerhalb einschließlich Granulation gemischte, Ödeme, diffuse Nekrosen, fibrinoide Ablagerung und Hyperplasie der Blutgefäßwände (siehe Abbildung 4). Einige dieser Funktionen gerechnet gerechnet wurden zuvor berichtet [5 9]; Aber als ganzes Genommen, Weisen Unsere vorläufigen Daten zur Pathologie, lokalisierten Infarkt Reaktion sterben mit Einer. Obwohl diese Daten Eine weitere Validierung benötigen und Querverweis gegen zusätzliche Gewebe-Sets, Unsere Frühen Erkenntnisse zu Einems örtlich begrenzten Sauerstoffdefizit in der BML hinweisen — Krieg auf Brenn Knochen in OA BMLs Beobachtet Umbau Reaktionen Beiträgen sterben können.

Die histopathologische Analysen von Knochenmark Läsion Kerne Eine gemischte Pathologie anzeigt. (Ein) Diffuse Granulation Reaktion im Markraum. Alle Blutgefäße zeigen Anzeichen von Sekundär Umbau MIT verdickten Wanden. Einige Schiffe zeigen Anzeichen von fokalen fibrinoide Adhäsion ein das Endothel. (B) High-Power-Ansicht von fokalen Granulation Reaktion. (C) Regionale Granulation Reaktion kontinuierlich mit Einer Brenn fibrinoide Reaktion mit Thrombus Einschlüssen. Es gibt Hinweise Auf eine minderwertige Entzündung der Peripherie des fibrinoide Rand. Der markierte Gefäßumbau und sterben anwesenheit von Einschlüssen fibrinoide in der Granulierzone Sind konsistent Einer Brenn-Infarkt MIT. (D) Vascular Leck Mit Thrombus Einschlüssen mehreren. Es ist fibrinoide Besetzung und Gießen des Mark Stroma.

Es gibt Eine Reihe von wichtigen Einschränkungen der vorliegenden Studie, sterben Erwähnung Rechtfertigen. Dies ist Eine kleine Probe von sechs postmenopausalen Frauen und DAMIT sterben ergebnisse nicht auf Menschen und solche mit OA in anderen Teilen des Gelenkes verallgemeinert Werden. Weitere gegeben, die kleine Stichprobengröße, sollte diese Arbeit und Erweitert in anderen Proben Wiederholt Werden. Eine weitere geschwindigkeitsbegrenzenden schritt bei diesem Ansatz ist, Dass Tiefe des Schnittes im Tibiaplateau von TKR kleinen Exemplaren sterben liefert, sterben nicht immer sterben Quantifizierung der subchondralen Trabekelstruktur zuließen. Trotz dieser Einschränkungen jedoch Unsere Daten, die statistisch signifikante unterschiede in mehreren histomorphometrische Parameter gerechnet gerechnet wurden identifiziert Sind auffällig.

Schlussfolgerung

Abkürzungen

Knochenmark-Läsion

Magnetresonanztomographie

Zeneca R&D, Charnwood, Loughborough

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