Müller-Gerbl, Magdalena

Putz, Reinhard

German

Universität München: Elektronischen Publikationen

Knorpeldicke und subchondrale Knochendichte als morphologische Parameter der Beanspruchung der große Gelenke

Open Access LMU ( Ludwig-Maximilians-Univ. München)

D E U T S C H E ZEITSCHRIFT FÜR März 94 45. Jahrgang Sonderheft SPORTMEDIZIN OFFIZIELLES ORGAN DEUTSCHER SPORTÄRZTEBUND E. V. FORTBILDUNGSORGAN DES VERBANDES ÖSTERREICHISCHER SPORTÄRZTE Europäisches Institut für angewandte medizinische Forschung und Lehre SONDERHEFT I. Europäisches Symposium INHALT Schubert E., W. Laube: Physiologische und pathophysiologische Aspekte zur Beschreibung des vegetativen Funktionszu-standes im kardiopulmonalen System Abel, H.-H. et al.: Kardiorespiratorische Funktionsdiagnostik und Trainingssteuerung Laube, W., J. Martin: Die vegetativ-chronotrope Herzfrequenzvariabili-tät als Screening für die neuromuskuläre Ermü-dung nach intensiven und ausdauernden Belastun-gen Winter, U. J. et al.: Ergospirometrische Befunde bei Normalpersonen und bei Herzinsuffizienz-Patienten Kothe, K., A. Förster, R. Aurisch: Modifizierung der Bewegungstherapie bei unter-schiedlichen Herz-Kreislauf-Krankheiten Beneke, R. et a l : Blutlaktatkonzentration, Herzfrequenz und Bean-spruchungsempfinden bei Ruder- und Fahrrad-ergometrie Laube, W. et a l : Quantitative Beschreibung des neuromuskulären Funktionszustandes — Basis neurophysiologisch gestützter Therapie und Therapiekontrolle . . . . Putz, R., M. Müller-Gerbl: Knorpeldicke und subchondrale Knochendichte als morphologische Parameter der Beanspruchung der großen Gelenke Eggli, D.: Training und Messung an isokinetischen Syste-men — Das Problem der Gelenkeinheit Felder, H.: Bestimmung der Antagonistentätigkeit am Bei-spiel der Kniestreckung: Eine neue Möglichkeit zur muskulären Zustandsdiagnostik und zur Kraft-trainingssteuerung Freiwald, J. et al.: Isokinetische und isometrische Funktionsdiagno-stik zur Konkretisierung von Therapie- und Trai-ningsplänen Eckhardt, R. et al.: Elektromyographische Untersuchungen im Rah-men der Gang- und Bewegungsanalyse Bachl, N. et a l : Charakterisierung des funktionellen Muskelstatus mittels EMG und translatorischer Ergometrie in Schwerelosigkeit Hamar, D. et al.: Maximale Zugkraftentwicklung bei verschiede-nen Geschwindigkeiten auf dem Laufband . . . . Schabus, R. et al.: Aggressive Rehabilitation nach Kreuzbandverlet-zungen Bochdansky, Th.: Zur Rehabilitation von Kniegelenkverletzungen . 37 4 Dreßler, F., W. Laube: Möglichkeiten zur Diagnostik degenerativer Ver-änderungen des Knorpel- und Gelenkstoff-wechsels mittels biochemischer Parameter im Blut und Urin — Ein kurzer Überblick 39j Bringmann, W.: Therapiesport bei Hypertonie, Hypotonie und peripheren Durchblutungsstörungen 41 10 Prokop, L.: Das Übertraining in der Bewegungstherapie . . . 44 12 Güth, V.: Präoperative Funktionsuntersuchungen an Patien-ten mit Skelettfehlern im Bereich der Hüftgelenke 46 14 Börnert, K., A. Dippold: Diagnostik und Therapie der neuromuskulären Funktionsstörung am Kniegelenk 49 16 Zwick, E.B., E. Ernst: Elektromyographische Koordinationsanalysen beim Gehen mit Unterarm-Stützkrücken 50 Cabri, J. M. H., J. P. Clarys, W. Laube: Zur Spezifität der isokinetischen Belastung im Sport 51 Banzer, W.: 20 Thermodiagnostik und Kraftmessung als dynami-sche Indikatoren des Rehabilitationsverlaufs nach Kniebandverletzungen 54 2 2 Hesse, S., K. H. Mauritz: Validisierung in der neurologischen Rehabilita-tion 56 Weber, H.: 24 Das Hand- und Fingerdynamometer HFD 200 — Ein neues Gerät zur Leistungsdiagnostik und Trainingsbehandlung der Hand und der einzelnen Finger 58 26 Engelke, K. et al.: Akustisches Feedback als Therapiekonzept nach Fußrekonstruktionen 60 28 Portero, P., D. Gamet: Quantitative Bewertung von Muskelermüdung im Bereich des Trainings und der Erholungsphase . 63 30 Thue, L., W. Laube: Untersuchungen und Behandlung von muskulären Funktionsstörungen im Sprunggelenk bei Sport-22 l e r n 65 Janda, V., J. E. Bullock-Saxton: Zur Frage der Stabilität der Bewegungsmuster in 35 bezug auf die Propriozeption 67 2 D E U T S C H E Z E I T S C H R I F T FÜR S P O R T M E D I Z I N J A H R G A N G 4 5 , S O N D E R H E F T ( 1 9 9 4 GELENKBELASTUNG R. Putz, M. Müller-Gerbl Knorpeldicke und subchondrale Knochen-dichte als morphologische Parameter der Beanspruchung der großen Gelenke Cartilage thickness and subchondrale bone density as a morphological parameter of the mechanical load of the big joints Anatomische Anstalt , Ludwig-Maximilians-Universität München Summary The Computer tomography-osteoabsor-biometry is used to reveal the subchon-dräl mineralisation as an iraportant morphological sign of the daily activity. The mineralisation increases or decreas-es in relation to the mechanical load produced by sport, age, or immobilisa-tion. Während die Wechselwirkung von Form und Funktion des kompakten und des spongiösen Knochengewebes viele namhafte Forscher vor allem im deut-schen Sprachraum schon seit Mitte des letzten Jahrhunderts intensiv beschäftigt hat, ist das wissenschaftliche Interesse am Gelenkbereich, mit Ausnahme des biochemischen Aufbaus des Gelenk-knorpels, eher im Hintergrund geblie-ben. Neuere Untersuchungen haben nun den Hinweis ergeben, daß die Dicken-verteilung des Gelenkknorpels und die Verteilung der subchondralen Knochen-dichte die lokale Beanspruchung über die Zeit widerspiegeln. Die Knorpeldicke wird in ihrer Dar-stellbarkeit am Lebenden in orthogra-den oder tangentialen Aufnahmen ein-zelner Gelenkkörperanteile schon lange als ein - wenn auch grobes - Indiz für die Funktionstüchtigkeit einzelner Gelenke angesehen. Die radiologische Gelenk-spaltweite, die allerdings die unter-schiedliche Knorpeldicke der beiden beteiligten Gelenkkörper nicht weiter differenziert, ist das entsprechende Maß. Eigene Untersuchungen zeigen, daß die Knorpeldicke tatsächlich ein weitgehend konstantes Verteilungsmu-ster aufweist, wobei Dickenmaxima und -minima zwar individuell unterschied-lich groß, aber dennoch meist an ver-gleichbaren Stellen zu liegen kommen. Besonders auffallend ist dabei, daß die basale Knorpelschicht, die kalzifizierte Knorpelzone, weitgehend prozentual konstant dick ist. Dies ist ein Hinweis, daß die Mineralverteilung in der Tiefe der Gelenkkörper Gesetzmäßigkeiten unterliegt, die im weitesten Sinn im Zusammenhang mit der mechanischen Beanspruchung stehen (Müller-Gerbl et al, 1987). Ein zweiter morphologischer Parameter der Gelenkbeanspruchung ist die Vertei-lung der subchondralen Mineralisie-rung. Die wesentlichste theoretische Grundlage dazu stammt von F . P a u w e l s (1965), der als erster schlüssig den Zusammenhang zwischen dem lokalen Dichtegrad und der örtlichen Spannung dargestellt hat. Bekannt ist dies vor allem für seine Anwendung am Hüftge-lenk, wo er unter dem Stichwort 'sub-chondrale Sklerosierung' bahnbre-chende Ideen entwickelt hat. Der Pauwelsche Ansatz, die Verteilung der subchondralen Mineralisierung aus dem Ap-Röntgenbild abzuschätzen, er-weist sich allerdings bei näherer Be-trachtung als etwas problematisch. Das frontale Röntgenbild stellt nämlich ein Summationsbild dar, das auch bei Be-nutzung einer zweiten Ebene keine ausreichend genaue Zuordnung von Dichtewerten auf den Gelenkflächen erlaubt. Wir haben deshalb unter Benutzung der Computertomographie ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, diese gewünschte flächenhafte Vertei-lung der subchondralen Knochendichte zu objektivieren (Müller-Gerbl et «/., 1989, 1992). Grundlage bildet dabei der Datensatz möglichst dünner computer-tomographischer Schichtaufnahmen (2 mm), aus denen über die Umsetzung einzelner Hounsfield-Dichtebereiche in Falschfarben und nach einer bildanalyti-schen Weiterverarbeitung eine Flächen-projektion erarbeitet werden kann. Eine exakte individuelle Darstellung ist über eine Modifizierung unserer Methode möglich, bei der die einzelnen Houns-field-Dichtestufen direkt als dreidimen-sionales Bild dargestellt und in Falsch-farben übereinander projiziert werden (Abb. 1). Damit wird ein quantitativer Vergleich sowohl der Flächengrößen als auch der Dichtewerte über die Zeit möglich. An einigen Beispielen soll die Aussage-kraft der Methode erläutert werden. Im 20 D E U T S C H E Z E I T S C H R I F T FÜR S P O R T M E D I Z I N J A H R G A N G 4 5 , S O N D E R H E F T ( 1 9 9 4 ) GELENKBELASTUNG Hüftgelenk zeigen sich beim jüngeren Menschen (bis ins fünfte Lebensjahr-zehnt) zwei Dichtemaxima, die den vorderen bzw. hinteren Arealen der Facies lunata zuzuordnen sind. Beim älteren Menschen verschieben sich diese Dichtemaxima meist gegen die Kuppel des Acetabulums (Abb. 2). Eine ähnliche Situation ergibt sich beim Schultergelenk. Auch hier treten beim jüngeren Menschen zwei randorientierte Dichtemaxima auf, während beim älte-ren Menschen nur mehr ein zentrales Dichtemaximum zu finden ist. Untersu-chungen an Leistungsturnern haben er-bracht, daß das Dichtemaximum - noch dazu in weit ausgedehnterer Form -zentral liegt. Außerdem sind wesentlich höhere Dichtewerte als bei untrainierten Versuchspersonen erreicht. Dies ist als Auswirkung oftmaliger Spitzenbean-spruchungen zu sehen, die eine Verän-derung der Mineralisierung im Sinne einer Zentralisierung, aber auch einer allgemeinen Zunahme provoziert. Dabei kann im Sinne von R a d i n (1972) davon ausgegangen werden, daß mit zunehmender 'Sklerosierung' der sub-chondralen Knochenlamelle der Gelenk-knorpel einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt wird. Ein gegenteiliges Beispiel ergibt sich aus Befunden an zwei Patienten, deren Schultern im Zusammenhang mit neu-rogenen Veränderungen längere Zeit (4 Wochen bis 3 Monate) luxiert waren. Deren Schulterpfannen zeigen das typi-sche Bild zweier Maxima; die Absolut-werte liegen jedoch in allen Bereichen wesentlich unter durchschnittlichen Be-funden. Abb. 1: Linke Hüftgelenkpfanne eines 30jähri-gen Mannes von lateral, dargestellt mit Hilfe der CT-Osteoabsorptiometrie a Verfahren zur Rekonstruktion der einzelnen Dichtestufen b Rekonstruiertes 3-d-Gesamtbild. Die höchsten Dichtestufen liegen entlang des Vorder- und des Hinterrandes der Facies lunata. In den genannten Beispielen wurden Altersveränderungen und Gesamtverän-derungen der Mineralisierung des sub-Abb. 2: Rechte Hüftgelenkpfanne eines 70jäh-rigen Mannes von lateral, dargestellt mit Hilfe der CT-Osteoabsorptiometrie. Das Dichtema-ximum liegt im Bereich der Facies lunata. J A H R G A N G 4 5 , S O N D E R H E F T ( 1 9 9 4 ) 21 ISOKINETIK chondralen Knochens dargestellt. Be-deutsamer und für die Verwendung sowohl in experimenteller als auch in klinischer Hinsicht ist jedoch die Unter-suchung von Verschiebungen der Mine-ralisierung innerhalb ein und desselben Gelenkes über eine längere Zeitspanne hindurch. Als ein besonders leicht zu-gängliches und von den technischen Fehlerquellen her überschaubares Ge-lenk bietet sich das Kniegelenk, insbe-sondere das Tibiaplateau, an. Hier lie-gen mechanische Grundlagen vor, die eine Analyse der unterstellten Span-nungsverteilung im Gelenk aufgrund von Beinachsen und Winkeln erlauben. Nach einer Osteotomie müßten sowohl beim Genu varum als auch beim Genu valgum sehr starke Verschiebungen der Dichteverteilung auftreten. Im Falle des Genu varum müßte das Hauptmaximum auf der medialen Gelenkfläche, im Falle des Genu valgum auf der lateralen Gelenkfläche liegen. Was am Ap-Rönt-genbild nur ungefähr abzuschätzen ist und als Diagnosegrundlage dient, ist in der CT-osteoabsorptiometrischen Dar-stellung exakt reproduzierbar zu quanti-fizieren. Erste Befunde haben ergeben, daß es relativ rasch wieder zu einer Minerali-sierungsabnahme des postoperativ entlasteten Gelenk-Kompartimentes kommt, während die erwartete Minera-lisierungszunahme des neu in Belastung gebrachten Gelenk-Kompartimentes etwas zögerlich auftritt. Da sich die Vergleichsaufnahmen auf ein Zeitinter-vall von etwa 4 Monaten beziehen, sehen wir die Möglichkeit gegeben, maßgebliche Veränderungen der Resul-tierenden, sowohl was die Länge als auch die Größe betrifft, aus der Minera-lisierungsverschiebung abzulesen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die CT-Osteoabsorptiome-trie mit der flächenhaften Darstellung der subchondralen Mineralisierung einen entscheidenden morphologischen Parameter der Beanspruchung zu visua-lisieren vermag, mit dem direkten Hin-weise, auf den mechanischen Ist-Zu-stand und ggf. auf Verläufe der mecha-nischen Situation von Gelenken gewon-nen werden können. Literatur beim Verfasser Anschrift für die Verfasser: Prof. Dr. med. R. Putz Anatomische Anstalt (Lehrst. I) Pettenkoferstr. 11 80336 München 22 D E U T S C H E Z E I T S C H R I F T FÜR S P O R T M E D I Z I N J A H R G A N G 4 5 , S O N D E R H E F T ( 1 9 9 4 ) 

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