Grundlage für ein Verständnis der Knorpeldegeneration: Die Bedeutung von passiver und aktiver Gelenk-Laxität für die pathologische Kinematik des Knies

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Duda; Dr. Rainald Ehrig
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250903318

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Innerhalb des Projektes wurden 9 VKB und 16 HKB Patienten eingeschlossen und deren tibiofemorale Scher- und Rotationslaxizität während der Gelenkbewegung vor und nach dem Zeitpunkt der Rekonstruktion ermittelt. Während die tibiofemorale passive Rotationslaxizität in einem kombinierten in vivo – in silico Ansatz getestet wurde, wurde die Laxizität in AP Richtung während der Aktivität Gehen getestet. Die VKB Patienten zeigen präoperativ eine erhöhte interne und externe Rotationslaxizität der verletzten im Vergleich zur gesunden Extremität. Postoperativ beobachten wir eine Stabilisierung mit einer deutlichen Annäherung an die gesunde Gegenseite. Diese Ergebnisse zeigen den Einfluss des VKB auf die interne als auch externe Rotationsstabilität. Die bisher analysierten HKB Patienten zeigen präoperativ ebenfalls eine erhöhte Rotationslaxizität der verletzten im Vergleich zur gesunden Extremität. Diese Ergebnisse bestätigen den Einfluss des HKBs auf die allgemeine rotatorische Stabilisierung des Kniegelenkes. Postoperativ zeigt sich, ähnlich wie bei den VKBs, eine Tendenz zu einer Stabilisierung der totalen (interne und externe) tibiofemoralen rotatorischen Laxizität durch die isolierte oder kombinierte Rekonstruktion des HKB. Dies zeigt die postoperative Wiederherstellung der physiologischen HKB Funktion (Reduktion der hintere Schublade und der erhöhten Außenrotation). Im Gegensatz zu den VKB Ergebnissen, weist das HKB einen geringeren Einfluss auf die Innenrotation auf. Hier sind nur kleine Unterschiede zwischen dem verletzten und gesunden Gelenk zu erkennen. Eine Bestätigung dieser Tendenzen wird mit der Auswertung der restlichen HKB Probanden erwartet. Die AP Translation im tibiofemoralen Gelenk weist in der passiven als auch in der aktiven Messung präoperativ eine erhöhte Translation im Vergleich zu den postoperativen Messungen auf. Über die Zeit ist bei beiden Messungen eine kontinuierliche Abnahme der AP Translation zu erkennen. Auffällig ist der Vergleich der verletzten bzw. rekonstruierten Extremität zu der gesunden kontralateralen Extremität, die bei der passiven AP Translation signifikant verringert ist. Bei der aktiven Messung hingegen ist die AP Translation im gesunden kontralateralen Gelenk zu allen drei Zeitpunkten erhöht im Vergleich zu der verletzten bzw. rekonstruierten Seite. Mit diesen Ergebnissen bestätigen wir unsere Hypothese, dass Patienten mit einer HKB Ruptur bzw. Rekonstruktion während aktiver Bewegung eine muskuläre Überkompensation aufweisen, was langfristig zu Änderungen in der Belastung und damit der Struktur des tibiofemoralen Gelenks führen kann. Die Kombination von MRT-Messungen der knöchernen Strukturen mit fluoroskopischen Daten bewerten wir abschließend als einen äußerst erfolgversprechenden Ansatz zu einer Bewegungsanalyse, die vollständig dreidimensional ist und in Vergleich von Hautmarkermessungen exakt anatomisch referenziert ist. Innerhalb des Projektes konnten die entsprechenden mathematischen Methoden erfolgreich entwickelt und implementiert werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2019) Association between changes in molecular biomarkers of cartilage matrix turnover and changes in knee articular cartilage: a longitudinal pilot study. Journal of experimental orthopaedics 6 (1) 19
  Boeth, Heide; Raffalt, Peter C.; MacMahon, Aoife; Poole, A. Robin; Eckstein, Felix; Wirth, Wolfgang; Buttgereit, Frank; Önnerfjord, Patrik; Lorenzo, Pilar; Klint, Cecilia; Pramhed, Anna; Duda, Georg N.
  
• (2014). Towards understanding knee joint laxity: errors in non-invasive assessment of joint rotation can be corrected. Med Eng Phys 36(7): 889-895
  P. Moewis, H. Boeth, M. O. Heller, C. Yntema, T. Jung, R. Doyscher, R.M. Ehrig, Y. Zhong, W.R. Taylor
  
• (2015). Real-time Nonlinear Shape Interpolation. ACM Transactions on Graphics, 34(3), pp. 34:1-34:10
  C. von Tycowicz, C. Schulz, H.-P. Seidel, K. Hildebrandt
  
• (2016). The Restoration of Passive Rotational Tibio-Femoral Laxity after Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. PLoSOne 11(7): e0159600
  P. Moewis, G.N. Duda, T. Jung, M.O. Heller, H. Boeth, B. Kaptein, W.R. Taylor
  
• (2017). MRI Findings of Knee Abnormalities in Adolescent and Adult Volleyball Players. J. of Exp. Orthopedics, Dec; 4:6
  H. Boeth, A. MacMahon, F. Eckstein, G. Diederichs, A. Schlausch, W. Wirth, G.N. Duda
  
• (2017). MRI Findings of Knee Abnormalities in Adolescent and their changes over 2 years in adolescent and adult volleyball athletes. J. of Exp. Orthopedics, 4:7
  H. Boeth, A. MacMahon, A.R. Poole, F. Buttgereit, P. Önnerfjord, P. Lorenzo, C. Klint, A. Pramhed, G.N. Duda
  
• (2018). A Riemannian Statistical Shape Model using Differential Coordinates. Medical Image Analysis, 43(1), pp. 1-9
  C. von Tycowicz, F. Ambellan, A. Mukhopadhyay, S. Zachow