Winkel-sensitive MRT zur nichtinvasiven Analyse belasteter ...

20 Kapitel 2. Wissenschaftliche Problemanalyse
Im fortgeschrittenen Stadium IV beobachtet man gravierende Veränderungen an
der Knorpeloberfläche, gekennzeichnet durch starke Aufrauungen, Zerstörung der
fibrillären Kollagenstruktur, Ablagerung von Abfallprodukten sowie das Auftreten von
Entzündungszellen, was auf einen enzymatischen Angriff auf Grund der im Laufe der
Arthrose entwickelten Synovialitis hindeutet. In der Knorpeltiefe findet man neben
syntheseaktiven auch nekrotische Chondrozyten. Die Reduzierung und Zerstörung der
intrazellulären Matrix weisen auf irreversible Schäden im Inneren des Knorpels hin.
Die die Arthrose begleitenden Entzündungsprozesse tragen zur Knorpelschädigung
weiter bei, denn es werden Enzyme freigesetzt, die nicht nur Kollagensynthese
reduzieren sondern auch Kollagenabbau stimulieren [Hesse 1990].
Im weiteren Verlauf der Arthrose kommt es zur Fragmentierung des Knorpels. Es
bilden sich tiefen Spalten, wodurch die Eingriffsfläche für Enzyme erheblich erhöht
wird. Durch äußere tangentiale Scherkräfte wird der Knorpel soweit abgerieben, dass
der Kalkknorpel freigelegt wird. Als Letztes wird der Knorpel vollständig abgetragen.
Dieses Stadium bezeichnet man als „Knochenglatze“.
Aus dem dargestellten Verlauf ist erkennbar, dass es nur in sehr frühen Stadien
möglich ist, die Degradation des Knorpels aufzuhalten. Darum besteht ein enormer
Bedarf an der Entwicklung diagnostischer Verfahren zur Erfassung der initialen
degenerativen Veränderungen im Knorpel.
Gegenwärtig sind nur destruktive diagnostische Methoden (Biochemie,
Mikroskopie, Histologie) fähig frühe arthrotische Änderungen festzustellen (Abb. 2.15).
Nichtinvasive Verfahren wie Röntgenaufnahmen zeigen erst Knorpelverlust oder
Veränderungen des Knochens an (s. Kap. 2.1.). Einen interessanten
Untersuchungsbereich stellt die Labordiagnostik dar, bei der sich in Körperflüssigkeiten
(Urin, Serum, Synovialflüssigkeit) die von degenerativen Prozessen verursachten
Abbauprodukte nachweisen lassen [Mollenhauer 1990, Lorenz 2006]. Jedoch wird den
MR-Techniken auf Grund gegebener Möglichkeiten zur nichtinvasiven Erfassung der
im Arthroseverlauf sehr früh auftretenden lokalen strukturellen und funktionellen
Veränderungen eine besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Inhomogene
Intensitätsverteilung und Veränderungen von Wassergehalt und PG-Konzentration bei
ersten degradierenden Erscheinungen im Knorpel können mit Hilfe von speziellen
Sequenzen (z.B. T2-gewichtete MRT-Aufnahmen) detektiert werden [Glückert 1990,
Vahlensieck 1994, Loeuille 1998, Wheaton 2005].
Viele Arbeiten berichten über die signifikanten Veränderungen von
biomechanischen Eigenschaften des hyalinen Knorpels, die durch Zerstörung der
oberflächlichen kollagenen Matrix verursacht sind. Vor allem wurde der verringerte
Elastizitäts-, Aggregat- und Schermodul sowie die erhöhte Permeabilität (und als Folge
des ansteigenden Wassergehalts) im arthrotischen Knorpel festgestellt [Lane 1979,
Altman 1984, Arokoski 1994, Guilak 1994, Setton 1994, Sah 1997, Appleyard 1999,
Rivers 2000, Kerin 2002, Appleyard 2003, Alexopoulos 2005, Knecht 2006]. Allerdings
ist es gegenwärtig unbekannt, inwieweit frühe degenerative Veränderungen in der
tangentialen Zone das Verhalten von druckbelasteten Kollagenfasern in der Tiefe des
Knorpels beeinträchtigen.