Lehrstuhl für Orthopädie
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Osteoporosis, or steroid-induced osteonecrosis of the hip, is accompanied by increased bone marrow adipogenesis. Such a disorder of adipogenic/osteogenic differentiation, affecting bone-marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs), contributes to bone loss during aging. Here, we investigated the effects of extracellular vesicles (EVs) isolated from human (h)BMSCs during different stages of osteogenic differentiation on the osteogenic and adipogenic differentiation capacity of naïve (undifferentiated) hBMSCs. We observed that all EV groups increased viability and proliferation capacity and suppressed the apoptosis of naïve hBMSCs. In particular, EVs derived from hBMSCs at late-stage osteogenic differentiation promoted the osteogenic potential of naïve hBMSCs more effectively than EVs derived from naïve hBMSCs (naïve EVs), as indicated by the increased gene expression of COL1A1 and OPN. In contrast, the adipogenic differentiation capacity of naïve hBMSCs was inhibited by treatment with EVs from osteogenic differentiated hBMSCs. Proteomic analysis revealed that osteogenic EVs and naïve EVs contained distinct protein profiles, with pro-osteogenic and anti-adipogenic proteins encapsulated in osteogenic EVs. We speculate that osteogenic EVs could serve as an intercellular communication system between bone- and bone-marrow adipose tissue, for transporting osteogenic factors and thus favoring pro-osteogenic processes. Our data may support the theory of an endocrine circuit with the skeleton functioning as a ductless gland.
The present study aimed to evaluate the effect of high intensity dynamic resistance exercise (HIT-DRT) and whey protein supplementation (WPS) on bone mineral density (BMD) and sarcopenia parameters in osteosarcopenic men. Men ≥ 72 years with osteosarcopenia (n = 43) were randomly assigned to a HIT-RT (HIT-RT: n = 21) or a non-training control group (n = 22). Supervised HIT-RT twice/week was applied for 18 months, while the control group maintained their habitual lifestyle. Supplying WPS, total protein intake amounted to 1.5–1.6 (HIT-RT) and 1.2 g/kg/body mass/d (control). Both groups were supplied with calcium and vitamin D. Primary study outcomes were BMD and the sarcopenia Z-score. After adjusting for multiplicity, we observed significant positive effects for sarcopenia Z-score (standardized mean difference (SMD): 1.40), BMD at lumbar spine (SMD: 0.72) and total hip (SMD: 0.72). In detail, effect sizes for skeletal muscle mass changes were very pronounced (1.97, p < 0.001), while effects for functional sarcopenia parameters were moderate (0.87, p = 0.008; handgrip strength) or low (0.39, p = 0.209; gait velocity). Apart from one man who reported short periods of temporary worsening of existing joint pain, no HIT-RT/WPS-related adverse effects or injuries were reported. We consider HIT-RT supported by whey protein supplementation as a feasible, attractive, safe and highly effective option to fight osteosarcopenia in older men.
Dynamic resistance exercise (DRT) might be the most promising agent for fighting sarcopenia in older people. However, the positive effect of DRT on osteopenia/osteoporosis in men has still to be confirmed. To evaluate the effect of low‐volume/high‐intensity (HIT)‐DRT on bone mineral density (BMD) and skeletal muscle mass index (SMI) in men with osteosarcopenia, we initiated the Franconian Osteopenia and Sarcopenia Trial (FrOST). Forty‐three sedentary community‐dwelling older men (aged 73 to 91 years) with osteopenia/osteoporosis and SMI‐based sarcopenia were randomly assigned to a HIT‐RT exercise group (EG; n = 21) or a control group (CG; n = 22). HIT‐RT provided a progressive, periodized single‐set DRT on machines with high intensity, effort, and velocity twice a week, while CG maintained their lifestyle. Both groups were adequately supplemented with whey protein, vitamin D, and calcium. Primary study endpoint was integral lumbar spine (LS) BMD as determined by quantitative computed tomography. Core secondary study endpoint was SMI as determined by dual‐energy X‐ray absorptiometry. Additional study endpoints were BMD at the total hip and maximum isokinetic hip−/leg‐extensor strength (leg press). After 12 months of exercise, LS‐BMD was maintained in the EG and decreased significantly in the CG, resulting in significant between‐group differences (p < 0.001; standardized mean difference [SMD] = 0.90). In parallel, SMI increased significantly in the EG and decreased significantly in the CG (p < 0.001; SMD = 1.95). Total hip BMD changes did not differ significantly between the groups (p = 0.064; SMD = 0.65), whereas changes in maximum hip−/leg‐extensor strength were much more prominent (p < 0.001; SMD = 1.92) in the EG. Considering dropout (n = 2), attendance rate (95%), and unintended side effects/injuries (n = 0), we believe our HIT‐RT protocol to be feasible, attractive, and safe. In summary, we conclude that our combined low‐threshold HIT‐RT/protein/vitamin D/calcium intervention was feasible, safe, and effective for tackling sarcopenia and osteopenia/osteoporosis in older men with osteosarcopenia.
Testosterone deficiency in males is linked to various pathological conditions, including muscle and bone loss. This study evaluated the potential of different training modalities to counteract these losses in hypogonadal male rats. A total of 54 male Wistar rats underwent either castration (ORX, n = 18) or sham castration (n = 18), with 18 castrated rats engaging in uphill, level, or downhill interval treadmill training. Analyses were conducted at 4, 8, and 12 weeks postsurgery. Muscle force of the soleus muscle, muscle tissue samples, and bone characteristics were analyzed. No significant differences were observed in cortical bone characteristics. Castrated rats experienced decreased trabecular bone mineral density compared to sham-operated rats. However, 12 weeks of training increased trabecular bone mineral density, with no significant differences among groups. Muscle force measurements revealed decreased tetanic force in castrated rats at week 12, while uphill and downhill interval training restored force to sham group levels and led to muscle hypertrophy compared to ORX animals. Linear regression analyses showed a positive correlation between bone biomechanical characteristics and muscle force. The findings suggest that running exercise can prevent bone loss in osteoporosis, with similar bone restoration effects observed across different training modalities.
In einer randomisierten und doppelblinden Studie wurde der Effekt der frühen postoperativen Akupunktur auf die passive Beugefähigkeit im Kniegelenk und Schmerzreduktion nach Knieprothesenimplantation untersucht. Der Untersuchungszeitraum lag zwischen dem 2. und 6. postoperativen Tag. In der Auswertung der Studie zeigte sich eine Verbesserung der Beugefähigkeit unter Verringerung der Ruheschmerzintensität in der Verum-Akupunkturgruppe. Die statistische Auswertung ergab hier jedoch keine ausreichenden signifikanten Unterschiede zwischen den Vergleichsgruppen.
Hintergrund: Heterotope Ossifikation (HO) stellt, mit einer Inzidenz von bis zu 90 %, eine häufige Komplikation nach Hüfttotalendoprothetik dar. Für höhergradige HO mit klinischer Relevanz (schwere HO) wird eine Inzidenz von bis zu 20 % berichtet. Durch eine Prophylaxe, mit nichtsteroidalen Antirheumatika (NSAID) oder Strahlentherapie, kann die Inzidenz für schwere HO auf 1 bis 5 % gesenkt werden. Aus ökonomischen und logistischen Gesichtspunkten erfolgt bevorzugt eine Prophylaxe mit NSAID. Es liegen jedoch nur wenige Informationen zur Auswahl des Wirkstoffes, der Therapiedauer und der Dosierung vor.
Methoden: Ziel war die Bewertung der Wirksamkeit und Sicherheit verschiedener Interventionen mit NSAID, für die primären Endpunkte schwere HO und unerwünschte Arzneimittelwirkung (UAW). Hierzu war eine systematische Übersichtsarbeit mit Netzwerk-Metaanalyse geplant.
Es wurden 31 Studien mit 5128 Patienten eingeschlossen. Hieraus wurde ein Netzwerk aus 15 Knotenpunkten mit 44 Vergleichen erstellt. Die Studien wiesen eine ausgeprägte Heterogenität auf. Das Biasrisiko wurde häufig als unklar oder hoch bewertet. Eine Netzwerk-Metaanalyse konnte aufgrund der festgestellten Inkohärenz mit schwachen Verbindungen nicht durchgeführt werden. Es erfolgten ausschließlich Analysen der direkten Vergleiche.
Ergebnisse: Die Analysen zeigten, dass bereits eine kurze Interventionsdauer (bis 7 Tage) mit geringer Tagesdosis einen signifikanten Effekt zur Prophylaxe vor schwerer HO, bei nicht erhöhtem Risiko für schwere UAW aufweist. Ein überlegener Wirkstoff konnte nicht identifiziert werden.
Zusammenfassung: Die Evidenz dieser Dissertation wird als gering eingestuft, da aufgrund der spezifischeren Fragestellung als in den eingeschlossenen Studien, eine unzureichende Power bei den Analysen vorlag. Weitere qualitativ hochwertige RCT mit klinisch orientierter Fragestellung sind erforderlich, um die Frage nach einer optimalen Prophylaxe vor schwerer HO zu beantworten.
Bone marrow lesions (BML) represent areas of deteriorated bone structure and metabolism characterized by pronounced water‐equivalent signaling within the trabecular bone on magnetic resonance imaging (MRI). BML are associated with repair mechanisms subsequent to various clinical conditions associated with inflammatory and non‐inflammatory injury to the bone. There is no approved treatment for this condition. Bisphosphonates are known to improve bone stability in osteoporosis and other bone disorders and have been used off‐label to treat BML. A randomized, triple‐blind, placebo‐controlled phase III trial was conducted to assess efficacy and safety of single‐dose zoledronic acid (ZOL) 5 mg iv with vitamin D 1000 IU/d as opposed to placebo with vitamin D 1000 IU/d in 48 patients (randomized 2:1) with BML. Primary efficacy endpoint was reduction of edema volume 6 weeks after treatment as assessed by MRI. After treatment, mean BML volume decreased by 64.53% (±41.92%) in patients receiving zoledronic acid and increased by 14.43% (±150.46%) in the placebo group (p = 0.007). A decrease in BML volume was observed in 76.5% of patients receiving ZOL and in 50% of the patients receiving placebo. Pain level (visual analogue scale [VAS]) and all categories of the pain disability index (PDI) improved with ZOL versus placebo after 6 weeks but reconciled after 6 additional weeks of follow‐up. Six serious adverse events occurred in 5 patients, none of which were classified as related to the study drug. No cases of osteonecrosis or fractures occurred. Therefore, single‐dose zoledronic acid 5 mg iv together with vitamin D may enhance resolution of bone marrow lesions over 6 weeks along with reduction of pain compared with vitamin D supplementation only.
Der MPFL-Ersatz ist ein gängiges Therapieverfahren zur Behandlung einer patellofemoralen Instabilität. Die Operationstechniken unterscheiden sich zumeist an der patellaren Fixationsmethode und der Auswahl der Transplantate. Biomechanische Studien, welche sich mit den Eigenschaften implantatfreier ossärer Fixationsmethoden beim MPFL-Ersatz unter Verwendung künstlicher Transplantate beschäftigen gibt es nach aktueller Recherche nicht. Ziel dieser Arbeit war es, die biomechanischen Eigenschaften zweier patellarer Bohrkanalfixationstechniken beim MPFL-Ersatz mit unterschiedlichem künstlichen Bandersatzmaterial zu ermitteln. Die Hypothese war, dass die biomechanischen Eigenschaften in Elongation, Steifigkeit, Primärstabilität und maximaler Ausreißkraft mit denen der bereits etablierten Verfahren und dem nativen MPFL vergleichbar sind. Hierzu wurden 80 porcine Kniescheiben randomisiert in 8 Gruppen aufgeteilt und getestet. In den Gruppen 1-4 wurden parallele, transpatellare Bohrkanäle mit Tapes der Breiten 2 mm, 3 mm, 4 mm und 5 mm getestet. In den Gruppen 5-8 wurden V-Kanal-Fixationsmethoden mit Bändern der Breite von 2 mm, 3 mm, 4 mm und 5 mm untersucht. Zusätzlich wurden die biomechanischen Grundeigenschaften der nativen Tapes ermittelt. Alle Tests durchliefen jeweils drei Messabschnitte. Hierbei fand zunächst eine Präkonditionierung mit 10 Zyklen zwischen 5 N und 20 N statt. Daraufhin folgte eine zyklische Belastung mit 1000 Zyklen zwischen 5 N und 50 N. Am Ende wurde eine maximale Kraftapplikation bis zum Versagen der Fixationskomplexe durchgeführt. Im Rahmen der Messungen wurden Elongation, Steifigkeit, Yield Load und Maximum Load bestimmt. Es konnten Unterschiede zwischen den beiden Fixationsmethoden und den verwendeten Tapes festgestellt werden. Alle acht Gruppen zeigten eine höhere Primärstabilität als das humane MPFL. Bezogen auf die biomechanischen Eigenschaften und den Versagensmechanismus konnte in dieser Studie ein Vorteil der parallelen transpatellaren Bohrkanäle gegenüber den V- Kanaltechniken festgestellt werden. Die Werte mit der höchsten maximalen Ausreißkraft wurden in Gruppe 3 (631,6 ± 83,1 N) und Gruppe 1 (592,9 ± 170,1 N) gemessen. Diese zeigten eine höhere Primärstabilität mit geringerer Elongation und Steifigkeit im Vergleich zu den in der aktuellen Literatur beschriebenen biomechanischen Studien, welche sich mit unterschiedlichen und teilweise bereits etablierten MPFL-Ersatzverfahren beschäftigten. Eine implantatfreie MPFL-Rekonstruktion mit transpatellaren parallelen Bohrkanälen unter Verwendung eines 2 mm Fiber Tapes (Fa. Arthrex) oder eines 4 mm Tapes (Fa. Topester) könnten dementsprechend eine gute Alternative zur operativen Therapie einer patellofemoralen Instabilität sein.
Vergleich zweier Verfahren zur Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes:
Ligamentum patellea vs. Semitendinosussehnentransplantat.
10-jahres Ergebnisse einer prospektiven, randomisierten klinischen Studie.
Verfahren:
Diese Studie vergleicht die Ergebnisse einer 10-Jahres Nachuntersuchung nach arthroskopisch unterstütztem Ersatz des vorderen Kreuzbandes mittels zweier verschiedener autologer Transplantate. Zwischen November 1998 und November 1999 wurden in der Orthopädischen Universitätsklinik König-Ludwig-Haus in Würzburg 62 Studienteilnehmer (45 Männer, 17 Frauen) mit Ruptur des vorderen Kreuzbandes operiert. Bei 31 Patienten erfolgte die ACL-Ersatzplastik mittels Lig. Patellae Transplantat (BTB-Transplantat), bei der anderen Hälfte mittels Semitendinosussehnentransplantat. Die Gruppenzusammensetzung zeigte vor dem Verletzungszeitpunkt keinen signifikanten Unterschied bezüglich Alter, Geschlecht und Aktivitätsniveau. Alle Patienten erhielten die gleiche postoperative Behandlung mit Don-Joy Schiene (Ext/Flex 0/0/90), Teilbelastung bis 20 kg während der ersten 6 Wochen und externe Rehabilitationsmaßnahmen. Nach über 10 Jahren konnten 47 (24 LP/23 ST) Patienten vollständig klinisch untersucht und bei 9 (5 LP/4 ST) weiteren zumindest standardisierte Fragebögen ausgewertet werden. 2 Studienteilnehmer (beide ST) schieden wegen einer Transplantatruptur, ein weiterer Patient (ebenfalls ST) aufgrund einer postoperativen Kniegelenksinfektion vorzeitig aus der Studie aus.
Ergebnisse:
Die klinische Untersuchung ergab bezüglich der verwendeten Parameter IKDC- und Lysholm-Score, Tegener-Aktivitätsskala, KT-1000-Arthrometer-Messung und radiologischer Kontrolle keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen. Auch in den verwendeten Fragebögen mit Evaluation der subjektiven Kniefunktion, möglicher Schmerzen im Kniegelenk, Entnahmestellenmorbidität und der Zufriedenheit mit dem Operationsergebnis konnten keine signifikanten Gruppenunterschiede festgestellt werden.
In der vorliegenden Studie fanden sich somit auch über 10 Jahre nach vorderem Kreuzbandersatz keine relevanten Unterschiede oder Vorteile für eines der beiden untersuchten autologen Sehnentransplantate.
Hintergrund: Das Ziel der Studie war es, die Resultate nach arthroskopischer Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes (ACL)unter Verwendung der zentral-dritten Knochen-Patellarsehne-Knochen (LP) Autografts und der dreifachen/vierfachen Semitendinosus (ST) Autografts zu vergleichen. Hypothese: In der untersuchten Zeitdauer bietet die ACL-Rekonstruktion unter Verwendung der LP-Autografts mehr Stabilität aber zeigt auch mehr Entnahmestellenprobleme als ST-Autografts. Studienentwurf: Randomisierte kontrollierte Studie; Level of Study 1. Methoden: Eine randomisierte Reihe von 62 Patienten (17 Frauen und 45 Männer) mit einer einseitigen ACL-Ruptur, die rekonstrutive Chirurgie durchmachten, waren in der Studie eingeschlossen. Die LP-Transplantation (LP Gruppe) und die Semitensinosussehne Transplantation (ST-Gruppe) wurden gleichmäßig bei 31 Patienten durchgeführt. Die Patienten wurden in einer mittleren Zeitdauer von 67 Monaten (Range 62 bis 84 Monate) nach der Rekonstruktion nachuntersucht. Resultate: 44 von 62 Patienten (71%) konnten am Anschluss nachuntersucht werden. Die klinischen Untersuchungen zeigten keine signikanten Unterschiede zwischen der LP-Gruppe und der ST-Gruppe in der Lysholm-Score, Tegner-Aktivitätsniveau, IKDC-auswertungssystem, Einbeinsprungtest, KT-1000-Arthrometer, manueller Lachmantest auf. Eine bedeutende klinische Verbesserung wurde in beiden Gruppen gesehen. Zusammenfassung: Nach der Anwendung des zentralen Patellarsehnendrittels und des dreifachen/vierfachen ST-autografts fünf Jahre nach ACL-Rekonstruktion, waren die subjektiven und objektiven Resultate ähnlich. Außerdem wurde kein relevanter Unterschied in der Entnahmestellemorbidität zwischen den 2 Gruppen gefunden.