Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Orthopädische Universitätsklinik
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Signalkaskaden in der Aufrechterhaltung der Homöostase des Knorpels

Die Osteoarthrose (OA) ist die häufigste degenerative Gelenkerkrankung, die zu einer chronisch fortschreitenden Zerstörung des Gelenkknorpels sowie zur Bildung von Osteophyten am Rand der betroffenen Gelenke führt. Die betroffenen Gelenke werden steif und unbeweglich, und die Patienten leiden unter chronische, zunehmend stärker werdenden Schmerzen. Bisher gilt der Einsatz künstlicher Gelenke als einzige Methode die Beweglichkeit der Patienten wiederherzustellen. Die Mechanismen die zur Entstehung der Arthrose führen sind noch nicht vollständig bekannt. Bekannt ist das die Ursache ein sehr komplexer pathophysiologischer Prozess ist und ihm eine Reihe Faktoren zugrunde liegen. Neben mechanischen Faktoren wie Übergewicht, Überbeanspruchung sowie durch Traumata bedingte Instabilitäten und Fehlbelastungen tragen offenbar auch genetische Faktoren zur Entstehung einer Arthrose bei. Diese Befunde lassen vermuten, dass "die Arthrose" eine Reaktion des Knorpelgewebes auf sehr verschiedene Schädigungsmuster ist, jedoch verschiedener Ätiologie sein kann. Die Gemeinsamkeit ist demnach der irreversible Knorpelverlust.

Signal1

Der gesunde Gelenkknorpel besteht aus zwei Zonen (siehe Abbildung) die sich in ihrer molekularen Struktur unterscheiden. In der oberen Schicht des Knorpels befindet sich ein dichtes Netzwerk aus vorwiegend Kollagen II –Fasern in das verhältnismäßig. In dem darunter liegenden Knorpel sind die Chondrozyten in ein losereres Netzwerk aus Kollagen II und anderen Kollagene, aber auch verschiedene Proteoglykane, vornehmlich Aggrekan, eingebettet. Die Chondrozyten befinden sich im adulten Knorpel in einem postmitotischen Ruhezustand. Sie sind dafür verantwortlich die Homöostase des Knorpels aufrecht zu erhalten, so dass sich anabole und katabole Prozesse im Gleichgewicht befinden.

Während der OA kommt es aus bisher nur teilweise verstandenen Gründen zu komplexen Veränderungen in dieser Homöostase. Die Chondrozyten werden hypertroph und lagern sich zu Clustern zusammen. Im späteren Verlauf kommt es zu einer Vermehrten Apoptose von Chondrozyten, was durch die Entstehung von „empty Lacunae“ im Knorpel führt. Während der OA ändert sich auch die Zusammensetzung der Knorpelmatrix. Es kommt zu einer vermehrten Einlagerung von Kollagen X in die obere Knorpelschicht und auch in die darunter liegende Knorpelmatrix. Kollagen X wird physiologischer Weise von hypertrophen Chondrozyten in der Wachstumszone des Knorpels während der enchondralen Ossifikation produziert. Zudem exprimieren die hypertrophen Chondrozyten knorpeldegradierende Enzyme wie MMPs und Aggrekanasen die Aggrekan abbauen und somit den Proteoglycanverlust des Knorpels mediieren. Durch den verringerten Proteoglykanteil des Knorpels ändern sich die biophysikalischen Eigenschaften des Knorpels. Am Ende aller dieser Veränderungen steht dann der vollständige und vor allem unwiederbringliche Verlust des Knorpels. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass es im Verlauf der Arthrose zu einer Kalzifizierung des Knorpelgewebes kommt. Interessanter Weise konnte gezeigt werden das die Menge der Kalzifizierung im Knorpel mit dem Schweregrad der Arthrose korreliert. Die bisherige Meinung, dass OA eine Altererscheinung durch Verschließ des Knorpels sei konnte in einem großen Patientenkollektiv widerlegt werden. Der auslösende Mechanismus der OA geht laut dieser Ergebnisse auf die Hypertrophierung der Chondrozyten zurück, die in Folge dieser Differenzierung mit der Produktion von Hydroxyapatit beginnen was zur Kalzifizierung ihrer Matrix führt. Dieser Mechanismus ist vermutlich mit der enchondralen Ossifikation während der Knochenentstehung zu vergleichen, bei der es zu einer Hypertrophierung von Chondrozyten und anschließender Mineralisierung des Knorpels kommt. Deshalb liegt die Vermutung nahe, dass die Chondrozyten im Verlauf der OA in ein eigentlich in der Embryonalentwicklung abgeschlossenes Programm zurückfallen.

Die Mechanismen die zur Hypertrophierung der Chondrozyten in der Embryonalentwicklung führen sind zum Teil unbekannt (Wnt, BMP, TGFß etc.). Der wesentliche Unterschied zwischen der embryonalentwicklung und der OA ist die Beteiligung von Entzündungsfaktoren, wie z.B. TNF und IL1.

Ziel der Arbeiten ist es die verschiedenen Signalkaskaden aufzuschlüsseln und den Grund für den Verlust der Homöostase während der OA zu verstehen.

 

Letzte Änderung: 21.12.2016 - Ansprechpartner: Webmaster
 
 
 
 
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