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Prognose und Prävention von Knorpelschäden

Forscher untersuchten das Verhältnis zwischen Belastungswerten, Viskoelastizität des Knorpels und der daraus resultierenden Gelenkmorphologie im Zusammenhang mit Arthrose. Damit soll es möglich werden, direkt und nicht-invasiv eine frühe klinische Prognose zum Risiko von Gelenkschäden zu stellen.
Prognose und Prävention von Knorpelschäden
Als Arthrose wird der Abbau von Knorpelsubstanz (u.a. in Gelenken) bezeichnet, der die Reibung erhöht und auf schmerzhafte Weise die Bewegungsfähigkeit einschränkt. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt CARTILAGE LOADING sollte Faktoren ermitteln, die Gelenke vor mechanischen Belastungsschäden schützen.

Bislang konnten realistische Belastungsparameter bzw. Bewegungsfrequenzen experimentell nur näherungsweise rekonstruiert werden, etwa Schrittmuster oder eine impulsive Art des Aufsetzens der Ferse, die für die frühzeitige Arthrose der unteren Gliedmaßen typisch sind. Mit einer zuvor von den Projektleitern entwickelten Methode der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) können nun die Knorpeleigenschaften unter solchen Bedingungen ermittelt werden.

DMA ermöglicht insbesondere die Messung der im Knorpel gespeicherten Energie für das anschließende Zusammenziehen und die viskose Dissipation der Energie. Das Verhältnis der beiden Parameter gibt Aufschluss über das Frakturrisiko, da eine Fraktur nur bei übermäßiger Energiespeicherung entsteht. Zusammen mit dem Test verschiedenster Frequenzen kann nun die Veränderung dieses Verhältnisses als Funktion der Belastungsfrequenz dargestellt werden.

Mittels DMA wurden die viskoelastischen Eigenschaften des Knorpelgewebes an Knie und Hüftgelenk untersucht. Das Verhältnis zwischen Energiespeicherung und Dissipation wie auch die Ausfallrate erhöhten sich mit der Bewegungsfrequenz, was nahe legt, dass Energieüberschuss den Knorpel anfälliger macht. Interessanterweise war der Effekt unabhängig von der Belastungsstärke. Dies zeigt, dass Frequenz ein kritischer Faktor ist und mechanische Schäden am Gelenkknorpel induziert. Weiterhin wurden maßgebliche morphologische Veränderungen der Knorpeldicke signifikant mit Speicher- und Belastungswerten korreliert. Den Ergebnissen zufolge können Bildgebungsverfahren wie MRT (Magnetresonanztomographie) zur nicht-invasiven Untersuchung eingesetzt werden, um das Risiko von Knorpelschäden genauer einschätzen zu können.

CARTILAGE LOADING enthüllte den direkten Zusammenhang zwischen Belastungsfrequenz und Knorpelschäden unabhängig vom Belastungswert. Knorpelabbau wird vor allem durch hohe Frequenzen gefördert. Etabliert wurde auch der Zusammenhang zwischen Energiespeicherung, Dissipation und Knorpeldicke, was verdeutlicht, wie wichtig Bildgebungsverfahren für die frühzeitige, nicht-invasive Prognose sind.

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