Inkongruenz am Ellenbogengelenk - Studie der GKF - Kuvasz vom ...

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Morphologische und biomechanische Untersuchungen
der physiologischen Inkongruenz am Ellenbogengelenk
des Hundes
J. Mairl
Aktueller Stand der Literatur
Mit dem Begriff der „physiologischen Inkongruenz“ eines Gelenkes
wird der Sachverhalt beschrieben, dass zwei Gelenkflächen in unbelasteten
Zustand nicht ganz exakt aufeinander passen (Abb. 1b/I). Sie
haben damit zunächst nur an wenigen Stellen punktförmigen oder
kleinflächigen Kontakt. Dabei handelt es sich um Unterschiede in der
Größenordnung von wenigen Zehntel Millimeter. Mit zunehmender
Last (-/II, III) werden die Kontaktflächen größer und fließen schließlich
zusammen und die Gelenkflächen passen sich einander an. Dies
wird dadurch ermöglicht, dass aus dem Gelenkknorpel wie bei einem
harten Schwamm unter Druck Flüssigkeit ausgepresst wird und sich
dieser dadurch verformt. In diesem Zustand sind die Gelenkflächen
kongruent, d.h. exakt passend geworden (Abb. 1b/III). Im entlasteten
Zustand während der Ruhephasen kann die ausgepresste Flüssigkeit
wieder in den „Schwamm“ Gelenkknorpel zurückfließen. Auf diese
Weise wird einerseits der gesamte Gelenkknorpel gleichmäßiger zur
Lastübertragung herangezogen und gleichzeitig die optimale

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Ernährung der Knorpelzellen gewährleistet. Im Gelenk, das bereits
bei geringer Belastung passt, führen stärkere Kräfte (Abb. 1a/II, III)
zu Lastspitzen im Zentrum des Gelenks, während die Peripherie weit
weniger zur Lastübertragung herangezogen wird.
Ganz im Gegensatz dazu steht die übliche Verwendung des Begriffes
„Inkongruenz“ in der Tiermedizin: Hier ist stets eine krankhafte Stufenbildung
im Ellbogengelenk gemeint. Diese Erkrankung kann im
Zusammenhang mit der Ellbogengelenkdysplasie (Fehlformung des
Ellbogengelenks) auftreten und kann einerseits bedingt sein durch einen
Hochstand der Speiche (Abb. 2b/Pfeil) oder einen Hochstand der
Elle (Abb. 2c/Pfeil). Diese Stufenbildung wird von der International
Elbow Working Group (kurz: IEWG) neben
● dem „frakturierten Processus coronoideus medialis ulnae“
(FPCMU),
● dem „isolierter Processus anconaeus“ (IPA), sowie
● der „Chondrosis dissecans“ (CD) medial an der Trochlea humeri,
als „vierte Form der Ellbogengelenkdysplasie“ bezeichnet (incongruity
of articular surface, INC).
Die gestörte Gelenkmechanik als Folge dieser Erkrankungen mit
ihren weitreichenden Veränderungen an Knorpel und Knochen ist unbestritten.
Damit stellt die Ellbogengelenkdysplasie, auch aufgrund
ihres häufigen Vorkommens, ein tiermedizinisch ernstzunehmendes
Problem dar.
Systematische Untersuchungen zur Biomechanik des gesunden Ellbogengelenks
bei Hunden fehlen weitgehend. Die Angaben in der Literatur
gehen davon aus, dass die Speiche der hauptsächlich gewichtstragende
Knochen ist. Der Elle, speziell dem Processus coronoideus
medialis (Abb. 4/Pcm), wird allenfalls eine unterstützende Funktion
eingeräumt, die abhängig von der Stellung der Gliedmaße unterschiedlich
groß ist.

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Biomechanische Überlegungen lassen jedoch Zweifel an dieser Art
der Lastverteilung aufkommen, da die Belastung eines Gelenkes ganz
allgemein maßgeblich vom Zug der Muskeln abhängt, die dieses Gelenk
bewegen. Diese Konstellation würde bedeuten, dass die Elle
(Abb. 2a/E) beim Strecken des Ellbogengelenkes durch das Anziehen
der Ellbogenstreckmuskeln massiv an die Gelenkwalze des Oberarmbeins
(Abb. 2a/O) angepresst würde. Die Summe der Kräfte drückt
die entsprechenden Gelenkflächen gegeneinander. Bei dieser vereinfachten
statischen Betrachtung wird zunächst nicht berücksichtigt,
dass sich die auf das Gelenk einwirkenden Kräfte in Bewegung und
bei zunehmender Laufgeschwindigkeit des Hundes, noch enorm vergrößern.
Die Verteilung der Druckspannungen im Gelenkknorpel und in der
unmittelbar darunterliegenden (= subchondralen) Knochenschicht
hängt maßgeblich von der Lage der Hauptbelastungsstelle, des sogenannten
Durchstoßpunktes der Kraftrichtung ab. Verändert sich der
Gelenkwinkel, ändert sich auch die Lage des Durchstoßpunktes. Als
biologische Reaktion auf die langfristig immer wieder kehrenden Belastungen
beim Laufen entwickelt sich eine charakteristische Verteilung
der Knochendichte unmittelbar unter dem Knorpel. Dieses Verteilungsmuster
spiegelt Langzeitbelastungen über Wochen und Monate
hinweg wider, eine Auskunft über Spitzenbelastungen oder Momentansituationen
gibt sie nicht.
Im Zusammenhang mit der Beurteilung der Knochendichte ist die
Frage nach der Form des Gelenkes wichtig. Dehnungsspannung tritt
in der Biegung der Ellbogengelenkspfanne dann auf, wenn die gegenseitigen
Gelenkflächen bei geringer Last nicht genau aufeinander
passen (= physiologische Inkongruenz, siehe oben). Es wird angenommen,
dass diese Dehnung auch als Reiz die Knochenzellen zur
Neubildung von Knochengewebe anregt.
Um langfristige Dehnungsspannungen im Knochengewebe darzustellen,
kann die Ausrichtung der Kollagenfasern im Knochen untersucht

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werden. An Stellen mit entsprechender Belastung lässt sich diese
Ausrichtung anhand der Spaltlinien sichtbar machen. Typischerweise
ist an ausschließlich druckbelasteten Stellen keine bestimmte Richtung
mehr erkennbar.
Untersuchungsgut und Methoden
Zur Untersuchung kommen nur Ellbogengelenke von Hunden über
20 kg Körpermasse, da vor allem bei großwüchsigen Rassen die eingangs
erwähnten Störungen auftreten.
Für das vorgestellte Projekt sind keine Tierversuche nötig, da alle Untersuchungen
an anatomischen Präparaten durchgeführt werden können.
Dafür werden nur solche Gelenke verwendet, deren Knorpel
keinerlei Schäden aufweist.
Knochendichte
Die Knochendichte wird mit Hilfe von Röntgenstrahlen im Computertomographen
gemessen (Computertomographie-Osteoabsorptiometrie,
CT-OAM; Müller-Gerbl et al., 1989; Müller-Gerbl et al.,
1990). Dabei werden die präparierten Gelenke im Computertomographen
gescannt. Aus diesen Daten werden die Knochen am Computer
dreidimensional rekonstruiert und auf der Gelenkfläche die maximalen
Werte der röntgenologisch ermittelten Knochendichte projiziert.
Die Lage der Dichtemaxima wird durch Zuordnung von Falschfarben
hervorgehoben (siehe Abb. 3/4/5).
Die Knochendichte wird dabei in Hounsfield-Einheiten (= Hounsfield
Units, HU) angegeben: 500 HU stellen eine mittlere Knochendichte
dar, während 2.100 HU typische Messwerte für dichten Knochen
sind.
Knorpeldicke
Aus dem gleichen Datensatz kann über ein Grenzwertverfahren die
Dicke des Knorpels flächenhaft bestimmt werden.

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Spaltlinien
An entkalkten Präparaten der am Gelenk beteiligten Knochen lässt
sich anhand der Spaltlinienmethode sichtbar machen, ob und in welcher
Richtung die Kollagenfasern ausgerichtet sind.
Kontaktflächen / Gelenkspaltweite / Druckmessung
Für die im folgenden genannten Untersuchungen werden die Gelenkpräparate
in einer Materialprüfmaschine eingespannt und können so
definiert belastet werden. Die Vermessung der Größe und Lage der
Kontaktflächen und der Weite des Gelenkspaltes erfolgt mit Hilfe von
Abformmassen aus der Zahnheilkunde, die im belasteten Gelenkpräparat
aushärten. Mit Hilfe dieser Methode lassen sich die druckbelasteten
Stellen ermitteln. Der Anpressdruck an diesen Stellen muss
auf andere Weise, nämlich mit Hilfe von druckempfindlichen Filmen,
ermittelt werden.
Erste Ergebnisse
Knochendichte
An der Gelenkwalze des Oberarmbeins ist vor allem im Bereich der
Fossa olecrani ein Knochendichtemaximum erkennbar (Abb. 3a/*).
In der Ansicht von vorne und unten zeigen sich nur mehr vereinzelte
Bereiche hoher Dichte (Abb. 3b/*). Insbesondere zu den Gelenkrändern
ist die Mineralisierung der subchondralen Knochenschicht geringer.
An der Elle (Abb. 4) erstreckt sich der Bereich maximaler
Dichte im wesentlichen innen an der Incisura trochlearis vom Proc.
anconaeus (-/Pa) zum Proc. coronoideus medialis (-/Pcm). Dieser
kann in der Tiefe der Incisura trochlearis unterbrochen sein (Abb.
4/It). Nach außen zum Proc. coronoideus lateralis (-/Pcl) fällt die Mineralisierung
auf minimale Werte ab. Die Speiche (Abb. 5) weist ein
umschriebenes Maximum innen (-/*) auf, das am kompletten Gelenk
unmittelbar neben dem Proc. coronoideus medialis der Elle liegt.
Auch hier ist nach außen (-/a) und hinten die Knochendichte niedriger.

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Spaltlinien
Im Bereich des Fossa olecrani (Abb. 3a/Fo) an der Gelenkwalze des
Oberarmbein ist eine streng querverlaufende Orientierung zu finden.
Ansonsten sind die Spaltlinienmuster eher uneinheitlich. Die Ausrichtung
der Linien ist an der Elle (Incisura trochlearis, Abb. 4/It)
streng vom Proc. anconaeus zum Proc. coronoideus medialis. An der
Speiche verlaufen die Linien von der vorne und innen gelegenen
Knochennase (Abb. 5/Knochenvorsprung oberhalb von „*“) annähernd
strahlenförmig nach hinten und außen.
Kontaktversuche
Messungen der Kontaktflächen am Ellbogengelenk des Hundes bei
90°-Beugewinkel konnte gezeigt werden, dass die Gelenkwalze des
Oberarmbeins bei geringen Lasten (bis ca. 100 N) vor allem im Bereich
des Proc. anconaeus und Proc. coronoideus medialis (Abb. 4/Pa,
bzw. Pcm) Kontakt mit der Incisura trochlearis hat. Bei höheren Lasten
(ab ca. 200 N) konfluieren diese Bereiche.
Schlussfolgerungen
Die bisherigen Befunde lassen den Schluss zu, dass sich die Lastverteilung
im Ellbogengelenk anders verhält als bisher in der Literatur
beschrieben. Die Elle übernimmt die Hauptlast, während die Speiche
eher eine untergeordnete Rolle spielt. Die Knochendichteverteilung
am Oberarmbein, insbesondere das Maximum in der Fossa olecrani
(Abb. 3a), legt nahe, dass zusätzlich zur Druckbelastung auch Querkräfte
wirken. Dies wird durch die Ausrichtung der Spaltlinien bestätigt.
Erklärbar wird dies durch Kräfte in der Querebene, die in der
Ganganalyse beim Laufen ermittelt werden konnten.
Darüber hinaus kann man beim Ellbogengelenk des Hundes davon
ausgehen, dass das Phänomen der „physiologischen Inkongruenz“
mit seinen biologischen Vorteilen verwirklicht ist.
Die vorliegenden und geplanten Untersuchungen im Rahmen dieses
Projektes bilden einen weiteren Mosaikstein für ein biomechanisch

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korrektes Verständnis der physiologischen Ellbogengelenkfunktion
als Grundlage für die Untersuchung von erkrankten Gelenken.
Danksagung
An dieser Stelle möchte ich schon jetzt der „Gesellschaft zur Förderung
Kynologischer Forschung“ und ihren Mitgliedern herzlich für
die Unterstützung der Studie bedanken.
Literatur
Müller-Gerbl, M. (1991). CT-Osteoabsorptiometrie (CT-OAM) und
ihr Einsatz zur Analyse der Langzeitbeanspruchung der großen Gelenke
in vivo. Anatomische Anstalt. München, LMU.
Müller-Gerbl, M., R. Putz, N. Hodapp, E. Schulte, Wimmer, B.
(1989). Computed tomography-osteoabsorptiometry for assessing the
density distribution of subchondral bone as a measure of long-term
mechanical adaptation in individual joints. Skeletal Radiol. 18: 507-
512.
Eckstein, F., F. Löhe, M. Müller-Gerbl, M. Steinlechner und R. Putz
(1994): Stress distribution in the trochlear notch. A model of bicentric
load transmission through joints. J. Bone Joint Surg. [Br] 76-B, 647-
653.
Legenden
Abb. 1: Schematische Darstellung der Belastung in einem exakt
passenden (= kongruenten) Gelenk (a) und einem physiologisch
inkongruenten Gelenk (b) (aus Eckstein et al., 1994).
Beachte die unterschiedliche Verteilung der Spannung im Gelenk
bei den unterschiedlichen Belastungsstufen (I-III).

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Abb. 2: Darstellung der Knochen des Ellbogengelenks
(Das Gelenk ist in einer Oberarmbein (O) ist von den Knochen des
Unterarms entfernt)
a) normale Stellung von Speiche (S) und Elle (E),
keine Stufenbildung;
b) Hochstand der Speiche gegenüber der Elle (Pfeil)
c) Hochstand der Elle gegenüber der Speiche (Pfeil)
Abb. 3: Gelenkwalze des linken Oberarmbeins (Condylus humeri)
a) Ansicht von hinten und oben
b) Ansicht von vorne und unten
Klammer zeigt die Breite der Fossa olecrani (Fo)
* – Lage des Knochendichtemaximums

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Abb. 4: Linke Elle (Ulna)
a) Ansicht von oben und innen
b) Ansicht von unten und außen
It – Incisura trochlearis
Pa – Processus anconaeus
Pcl – Processus coronoideus lateralis
Pcm– Processus coronoideus medialis
* – Lage des Knochendichtemaximums
Abb. 5: Linke Speiche (Radius)
Ansicht von oben (Die Graustufen sind die gleichen wie in Abb. 3/4)
a – außen
i – innen
Dr. J. Maierl
Institut für Tieranatomie, Veterinärstr. 13, 80539 München,
Tel: 0 89/21 80 – 32 02 Fax: 0 89/21 80 – 25 73; e-mail:
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