Lehrstuhl für Orthopädie
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Finite Elemente Modelle werden derzeit als Basis von biomechanischen Analysen für Glenoidimplantate verwendet. Dafür werden üblicherweise herkömmliche CT-Daten benutzt, die jedoch nur eine grobe Annäherung an die dreidimensionalen trabekulären Strukturen der Spongiosa darstellen. Ziel der Untersuchung war eine genaue räumliche Erfassung des strukturellen Aufbaus und der Mineralisation der gelenknahen Scapula. Für die Untersuchung wurden 34 Scapulae von 17 Leichen (9 weibliche und 8 männliche) mit einem Sterbealter von 47 - 86 Jahren (Durchschnitt 76 Jahre) in einer Alkohol-Formmalin-Lösung fixiert und mit einem pQCT-Scanner (Stratec XCT 2000)untersucht. Der pQCT-Scanner erlaubt eine selektive, volumenbezogene Bestimmung der kortikalen und spongiösen Bereiche des Knochens. 35 definierte Schnittbilder pro Scapula wurden anschließend auf einem UNIX-System der Firma HERMES in digitale 3D-Modelle umgewandelt. Die Auswertung der Daten und Vermessung, sowie die Berechnung der Geometrie erfolgte mittels des Programms AVS-Express der Firma Advanced Visual Systems. Bestimmte ROIs (Regions of Interest) wurden an Punkten der Scapula definiert und anschließend vermessen. Als zentraler Fixpunkt wurde das geometrische Zentrum der Glenoidfläche verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass die übliche Reduktion auf kortikale und spongiöse Bereiche gleicher Dichte nur eine grobe Annäherung darstellt, die zugunsten einer komplexeren räumlichen Verteilung verlassen werden muss. Die gewonnen Daten stellen eine solide Grundlage für zukünftige Finite-Element-Analysen unter Einbeziehung der komplexen trabekulären Strukturen innerhalb der Scapula dar.
Die vorliegende Arbeit stellt im Rahmen eines systematischen Literaturüberblicks die Entwicklungsphasen des wachsenden Fußes sowie die Reifung des Gangbildes dar. Daraus werden Anforderungen an einen Kinderschuh sowie an einen Kindersportschuh abgeleitet. Zusätzlich werden gängige Kindersportschuhe verschiedener Größen hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften und Vorfußflexibilität untersucht und die Ergebnisse vor dem Hintergrund der Literaturübersicht bewertet. In der Einleitung wird erläutert, wie der Fuß sich ohne den Einfluss von Schuhen entwickelt und was einen gesunden Fuß ausmacht. Dem wird die Lage der Kinderschuhversorgung in Deutschland gegenübergestellt. Es werden die Ursachen erörtert, die einer besseren Versorgung mit optimal passenden sowie funktionell geeigneten Schuhen bisher entgegenwirken. Der Abschnitt Material und Methoden beschreibt die Testverfahren zur Überprüfung von Dämpfungs- und Flexibilitätseigenschaften von Schuhen. Es wurden insgesamt 15 Kindersportschuhe der Marke Adidas in den Größen 22, 30 und 35,5 untersucht. Die InstronÔ -Druckmaschine erlaubte ein der realen Belastung entsprechendes Kraft-Zeit-Profil auf den zu testenden Bereich der Schuhsohle zu übertragen. Für jeden Schuh wurden Grundsteifigkeit und funktionelle Steifigkeit für Vor- und Rückfußbereich sowie die Biegesteifigkeit für den Vorfußbereich gemessen. Aus der Hysteresekurve konnte der jeweilige Energieverlust berechnet werden. Weiterhin wurden Sohlendicke und Fersensprengung bestimmt. In der Diskussion folgt eine Darstellung der Fuß- und Beinachsenentwicklung während des Wachstums, sowohl aus anatomischer, als auch aus funktionell-biomechanischer Sicht. Die Reifung der Kinematik, der Bodenreaktionskräfte und der plantaren Druckverteilung beim Gehen und schnelleren Laufen wird beschrieben. Daraus werden allgemeine und spezifische Anforderungen an einen Kinder(sport)schuh hinsichtlich Materialeigenschaften, Dämpfung, Flexibilität, Stabilität, Passform und Fußbettung abgeleitet. Vor diesem Hintergrund werden die Resultate der getesteten Schuhe bewertet. Es zeigte sich eine sehr große Variationsbreite der Dämpfungs- und Biegeeigenschaften sowie der Fersensprengung zwischen den einzelnen Modellen und Größen. Da Vergleichswerte lediglich für Erwachsene, für Kinder dagegen kaum existieren und die Aussagen in der Literatur sehr allgemein gehalten sind, fiel es schwer, eine eindeutige Bewertung abzugeben. Trotzdem scheinen die Schuhe vor allem in den kleinsten Größen für das entsprechende Körpergewicht zu unflexibel und zu hart gedämpft.
Die vorliegende Studie untersucht die photodynamische Wirkung des Photosensibilisators Benzoporphyrinderivat (BPD-MA) im Tiermodell der chronischen Polyarthritis. Ziel der Arbeit war die Darstellung der Effekte unterschiedlicher Licht- und Sensibilisatordosen auf die Synovialmembran und die umliegenden Strukturen sowie die Entwicklung eines Konzeptes zur intraartikulären Dosimetrie. Als Tiermodell diente die Antigeninduzierte Arthritis des Kaninchens. In die Studie waren 38 Versuchstiere eingeschlossen. Für die photodynamische Therapie wurde den Tieren 2 mg/kg BPD-MA intravenös injiziert. Nach drei Stunden erfolgte die Bestrahlung mit einem Diodenlaser der Wellenlänge 690 nm bei zwei unterschiedlichen Bestrahlungsdosen (180 J und 470 J), wobei die Applikatoren entweder nach Punktion durch ein Kanülenlumen intraartikulär platziert oder nach Mini-Arthrotomie am eröffneten Kniegelenk positioniert wurden. Als Kontrolle dienten 14 Tiere, die im Anschluss an die Arthritisinduktion entweder keine BPD-MA-Injektion erhielten oder nicht bestrahlt wurden. Während der Bestrahlung wurden semiquantitative Messungen der Sensibilisatorfluoreszenz mit einer neuentwickelten Fluoreszenzmessfaser durchgeführt. Zur quantitativen Bestimmung der Sensibilisatoranreicherung in den unterschiedlichen Gelenkstrukturen wurden bei einem Tier drei Stunden nach intravenöser BPD-MA-Injektion Gewebeproben für spektroskopische Messungen entnommen. Nach Opferung der übrigen Kaninchen am 14. postoperativen Tag wurden Gewebeproben entnommen und für die histologische Untersuchung aufbereitet. Die mikroskopische Untersuchung der arthritisinduzierten, aber nicht photodynamisch behandelten Gelenke zeigte bei allen Tieren eine ausgeprägte Proliferation des synovialen Deckzellayers auf 15-30 Zellagen, eine deutliche Hypervaskularisation sowie ein dichtes lymphoplasmazelluläres Infiltrat. Bei den Versuchen zur photodynamischen Therapie korrelierte der histologische Effekt mit der Lichtdosis. Die Gesamtlichtdosis von 470 J führte bei sechs von neun behandelten Tieren zu einer teilweisen oder vollständigen Ablösung der Synovialis vom darunter liegenden Gewebe mit ausgeprägter synovialer Nekrose. In einem Fall reichte die Nekrose in die angrenzende Muskulatur. Bei den übrigen drei Tieren dieses Kollektivs wurden entsprechende Veränderungen beobachtet, allerdings von geringerem Ausmaß. Die Behandlung mit der niedrigeren Gesamtdosis von 180 J führte bei neun von 15 Tieren ebenfalls zu synovialen Nekrosen. Im Gegensatz zur hohen Dosis war der synoviale Zellschaden hierbei jedoch weit geringer ausgeprägt. Bei sechs Tieren dieser Behandlungsgruppe führte die photodynamische Therapie zu keinen signifikanten Veränderungen im Vergleich zu den Kontrolltieren. An den bradytrophen Gelenkstrukturen wurde unter allen oben genannten Behandlungsregimen keinerlei Schädigung beobachtet. Der Vergleich zwischen Bestrahlung am eröffneten Kniegelenk und der intraartikulären Lichtapplikation ergab keinen signifikanten Unterschied. Die fluoreszenzspektroskopischen Messungen zeigten vor Bestrahlungsbeginn einen für BPD-MA charakteristischen Fluoreszenzpeak bei 690 nm, der sich im Bestrahlungsverlauf proportional zur Lichtdosis verringerte. Während die Gesamtlichtdosis von 490 J zu einem vollständigen Verschwinden der Fluoreszenz führte, war bei der niedrigeren Dosis (180 J) ebenfalls eine sukzessive Reduktion der Fluoreszenz nachweisbar, allerdings in geringerem Ausmaß und mit niedrigem Fluoreszenzgipfel am Bestrahlungsende. Die photodynamische Therapie stellt ein neues Verfahren zur Behandlung chronisch-entzündlicher Gelenkerkrankungen dar. Ihre Vorteile sind Effektivität und maximale Selektivität bei gleichzeitig minimaler Invasivität. BPD-MA zeichnet sich gegenüber den Photosensibilisatoren der ersten Generation durch ein höheres Absorptionsmaximum (690 nm) und der damit verbundenen größeren Penetrationstiefe des Anregungslichtes aus. Darüber hinaus verspricht die deutlich verkürzte Hautsensibilisierung eine höhere Akzeptanz in der klinischen Anwendung. Ein Hauptproblem der lokalen photodynamischen Therapie in der Behandlung der chronischen Polyarthritis ist die kontrollierte und homogene Bestrahlung der intraartikulären Strukturen. Wie unsere Versuche zeigen, kann das Ausbleichen des Sensibilisators bei therapeutischen Lichtdosen in vivo gemessen werden und korreliert mit dem histologischen Effekt. Dieses sogenannte „photobleaching“ bietet damit einerseits einen Schutz vor Unter- oder Überbehandlung, andererseits ist auf dieser Grundlage die Etablierung einer Online-Dosimetrie, etwa in Form eines in den Lichtapplikator integrierten Fluoreszenzdetektors denkbar.
In dieser prospektiven randomisierten Studie wurde arthroskopisch unterstützt bei 62 Patienten über einen Zeitraum von November 1998 bis November 1999 eine Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes durchgeführt. Entweder mit autologem Lig. Patellae -Transplantat und Interferenzschraube oder mit Mehrfachsemitendinosussehnenersatz und femoral mit Endobuttonfixierung. In der Gruppenzusammensetzung konnte kein signifikanter Unterschied bezüglich Alter, Geschlecht und dem Aktivitätsniveau vor dem Verletzungszeitpunkt festgestellt werden. Bei allen wurde das gleiche postoperative Konzept angewendet. Dies beinhaltet eine Don-Joy Schiene (0/0/90°) und Teilbelastung bis 20 kg während der ersten sechs Wochen und außerdem externe Rehabilitation. Alle 62 Patienten wurden präoperativ zum Zeitpunkt der stationären Aufnahme und nach 6 Wochen untersucht, 60 nach 12 Wochen und noch 58 Patienten nach 6 Monaten und nach einem Jahr. Es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Kollektiven bezüglich der erhobenen Daten analog zum Lysholm-Score, zum IKDC, zur Tegner-Aktivitätsskala, KT-1000 Arthrometermessung und bei der Ermittlung der Schmerzintensitäten mittels Visueller Analogskala festgestellt werden. Bei der Jahresabschlussuntersuchung erreichten noch 32 Patienten (55,17%) nicht ihr Aktivitätsniveau vor der Verletzung. Der Mittelwert im Kollektiv mit Lig. Patella Ersatz (LP) lag bei 6,1 und im Kollektiv mit Semitendinosussehnentransplantat (ST) bei 5,4. Der Durchschnittswert analog zum Lysholm-Score lag in der ST-Gruppe bei 90,9 und in der LP-Gruppe bei 89,8. 20 Patienten (69%) mit Semitendinosussehnenersatz und 21 (72,4%) mit Patellarsehnentransplantat wurden entsprechend dem IKDC besser als „C“ gewertet. Beide Verfahren können nach 12 Monaten als gleichwertig angesehen werden
Ziel der Arbeit war es, festzustellen a) ob funktionelle Sportschuhparameter die Entstehung von Beschwerden beeinflussen, und b) ob zwischen individuellen Variablen und der Verletzungsinzidenz ein Zusammenhang besteht. Die vorliegenden Ergebnisse implizieren, dass Schuhe mit einer dämpfenden Zwischensohle weniger Verletzungen verursachen, jedoch scheint nicht allein das Ausmaß ausschlaggebend zu sein. Von den untersuchten Risikofaktoren zeigte sich bei den kinematischen Parametern eine Prädisposition für bestimmte Verletzungen, niedrieges Leistungsniveau sowie weibliches Geschlecht zeigten einen Zusammenhang zu einer erhöhten Beschwerdeinzidenz.
Die Auswahl der Zellkulturmodelle hFOB 1.19 und C3H10T1/2 – BMP-2 erfolgte basierend auf den Hypothesen zur Entstehung heterotoper Ossifikationen. So kann die humane fetale Osteoblastenzell-Linie hFOB 1.19 in diesem Zusammenhang als determined osteoblastic progenitor cell und die murine mesenchymale Zell-Linie C3H10T1/2–BMP-2 als inducable osteoblastic progenitor cell angesehen werden. Die Zell-Linie hFOB 1.19 bietet aufgrund ihres humanen Ursprungs und der reproduzierbaren Expression osteogener Marker wie Alkalische Phosphatase, Prokollagen I und Osteocalcin die Möglichkeit, den humanen in vivo Osteogeneseprozess in vitro im Zellkultursystem zu imitieren. In der vorliegenden Studie gelingt es, im Rahmen der NSAR-Versuche die Schlüsselrolle des PGE2 sowohl im Knochenmetabolismus als auch bei der Entstehung heterotoper Ossifikationen, sowie dessen Mediatorfunktion in der Regulation osteoblastenspezifischer Differenzierungsparameter im Zellkulturmodell zu demonstrieren, obgleich der Nachweis der kalzifizierungsinhibierenden Wirkung Nichtsteroidaler Antiphlogistika, wie auch in der einschlägigen Literatur, am Zellkultursystem weiterhin aussteht. Unter Berücksichtigung aller gewonnenen Daten kann in dieser Studie dokumentiert werden, dass die murine mesenchymale Progenitorzelle C3H10T1/2 unter BMP-2-Transfizierung und der Zugabe von Ascorbat und -Glycerophosphat zu osteoblastärer Differenzierung induziert wird, osteogene Eigenschaften entwickelt und im Längsschnitt der Studie deutliche Mineralisationstendenz aufweist.
Wertigkeit der Arthroskopie in der Behandlung der pathologischen Befunde des oberen Sprunggelenkes
(2003)
Diese Studie bewertet die Ergebnisse und Indikationen der Arthroskopie am oberen Sprunggelenk. Im Zeitraum von 1987 bis 1997 wurden 272 Patienten arthroskopisch untersucht. 143 dieser Patienten konnten nach objektiven und radiologischen Kriterien, zusätzlich nach subjektiven Parametern untersucht und nach dem Kitaoka-Score analysiert werden. Zusammenfassend zeigen sich, nach objektiven und subjektiven Kriterien, die besten Ergebnisse für die Indikationsstellung bei freien Gelenkkörpern, sowie primärer und sekundärer Arthrose. Komplikationen ergaben sich in 9% der untersuchten Patienten (Nervenirritation). Das arthroskopische Verfahren stellt nach unseren Untersuchungsergebnissen ein schonendes und komplikationsarmes Verfahren dar, welches besonders bei der Indikationsstellung freier Gelenkkörper und Arthrose einen hohen Stellenwert hat.
Das System Thioredoxin /Thioredoxin Reduktase(Trx/TrxR) ist ein sehr versatiles System zur neutralisation reaktiver Sauerstoffspezies, zur Regulation redox-sensitiver Vorgänge und zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren wie Steroidhormonrezeptoren, AP-1 und NFkB. Das Enzym Thioredoxin Reduktase war zunächst nur als zytosolisches Enzym beschrieben, es ist mittlerweile bekannt, dass es z. B. nach Phorbolester-Stimulation auch sezeniert werden kann. Adäquate Stimuli für die nucläere Translokation von Trx sind z. B. UV-Licht und TNF-Signalling. Zudem wurde in der vorhandenen Arbeit anhand transienter Transfektion und immunhistochemischer Untersuchungen nachgewiesen, dass beide Komponenten des Systems auch im Zellkern präsent sind. Ein Teil er Arbeit stellt die Charakteriesierung der subzellulären Lokalisation zweier Isoformen von Thioredoxin Reduktase 1 mit unterschiedlichem N-Terminus dar. Es konnte gezeigt werden, dass die beiden Isoformen als mRNA und Protein vorhanden sind. Es wurde dann die Interaktion des Enzyms Thioredoxin Reduktase mit anderen Komponenten des Zellkerns, hier speziell mit Enzymen der DNA-Prozessierung untersucht. Zudem wurde in einem Immunpräzipitationsansatz ("Pull-Down-Assay") nucläere Interaktionspartner des Enzyms charakterisiert. Diese Partner sollen nach Gelelektrophorese und MALDI-TOF-Analyse identifiziert werden. Zu den DNA-Prozessierungsenzyme zählt auch Topisomerase I. Durch Antikörpervermittelte Assays gelang es nachzuweisen, dass Topoisomerase I mit TrxR eine Protein-Protein-Wechsekwirkung eingeht. In einem Rekonstruktionssystem mit rekombinanter Topoisomerase I und gerenigter TrxR ergab sich jedoch keiner Hinweis für eine funktionelle Interaktion in DNA-Relaxations-Assay. Die Aufschlüsselung der Protein-Protein-Interaktion, der detaillierten molekularen Mechanismen und ihrer physiologischen relevanz bleibt weiteren Unterschungen vorbehalten.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Zusammenhänge zwischen biomechanischen Parametern von Laufschuhen und dem subjektiven Tragekomfort zu ermitteln. Dazu wurden kinetische und kinematische Parameter von sogenannten Lieblingslaufschuhen mit denen zweier Referenz-Schuhmodelle verglichen und mit der individuellen plantaren Druckverteilung und der Fußform assoziiert. Die experimentellen Daten zeigen, daß die Bodenreaktionskräfte eines Schuhs von der Form des Leistens, den Materialeigenschaften der Zwischensohle und dem spezifischen Laufmuster des Läufers abhängen. Durch einen neurophysiologischen, muskelgesteuerten Dämpfungsmechanismus kommt es zu einer Anpassung des Laufstils an unterschiedliche Dämpfungs- und Stabilitätseigenschaften des Laufschuhs. Dadurch werden Belastungen für den aktiven und passiven Bewegungsapparat innerhalb eines bestimmten Bereiches konstant gehalten. Ein optimaler Laufschuh sollte eine ähnliche Kinematik aufweisen wie der individuelle Barfußlauf. Diese Forderung wurde teilweise durch den Lieblingslaufschuh erfüllt. Es ist anzunehmen, daß der Komfort aus einem komplexen Zusammenspiel von Körper, Laufschuh und Laufoberfläche resultiert. Für die Optimierung von Komfort, Performance und Verletzungsprophylaxe müssen Paßform und Materialeigenschaften des Laufschuhs sowie die individuelle Situation des Läufers gleichermaßen berücksichtigt werden. Deshalb sollten Laufschuhe nach den spezifischen kinetischen und kinematischen Gegebenheiten des einzelnen Läufers konzipiert werden, denn der Komfort ist ein vom Läufer abhängiges Phänomen.
Das kolorektale Karzinom ist in der westlichen Welt die zweithäufigste Todesursache bei Männer und Frauen. Wichtige Pathomechanismen der kolorektalen Karzinome konnten in den letzten Jahren aufgedeckt werden. Die Anhäufung von genetischen Alterationen spielen sowohl bei sporadischen, als auch bei den hereditären Formen eine wichtige Rolle. Zwei molekulargenetische Hauptwege sind bei der kolorektalen Karzinogenese identifiziert worden: erstens der Tumorsuppressor-Pathway, bei dem es zu Alterationen in Tumorsuppresor- und Onkogenen kommt und zweitens der Mutatior-Pathway, der auf genetischen Alterationen in DNA-mismatch-Reparatur-Genen beruht, die zu einer genetischen Instabilität führen mit einer hohen Mutationsrate in repetitiven DNA-Sequenzen (sog. Mikrosatelliten). Es konnte gezeigt werden, dass oxidativer Stress, der durch die Bildung von H2O2 und anderen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) hervorgerufen wird, zur Entstehung von zellulären und DNA-Schäden wie z.B. oxidative Basenschäden, die ihrerseits u.a. die Entstehung von fixen Punktmutationen, Fragmentation der Desoxiribose und DNA-Strangbrüche initiieren, führen kann. Diese Veränderungen und auch die Mismatch-Reparatur-Defizienz begünstigen die Tumorprogression im Kolon. Es wird geschätzt, dass durch ROS täglich ca.20 000 hits pro Zelle verursacht werden. Es existieren sowohl extrazelluläre, als auch zelluläre antioxidative Abwhrsysteme, die Biomoleküle wie u.a. die DNA vor dem oxidativen Stress schützen. Unter diesen protektiven Enzymen gibt es neben der Superoxidismutase und der Katalase auch zahlreiche Selenoproteine, die Selenocystein in ihrem aktiven Zentrum tragen. Zu diesen Enzymen, die antioxidative Funktionen wahrnehmen gehören u.a. die Glutathionperoxidase, die Thioredoxinreduktase und das Selenoprotein P. Die Glutathionperoxidase-Familie besteht aus der cytosolischen Glutathioperoxidase (cGPx), der plasmatischen Glutathionperoxidase (pGPx), der gastrointestinalen Glutathionperoxidase (GI-GPx) und der Phospholipid-Hydroperoxid-Glutathionperoxidase (PH-GPx). Diese Enzymfamilie ist an der Reduktion von Hydroperoxiden beteiligt, wobei sie Glutathion als Cofaktor benutzt. Die Thioredoxinreduktase-Familie (TrxR-alpha und Trxr-beta) regeneriert oxidiertes Thioresoxin, das in die DNA-Synthese involviert ist und auch in zelluläre Redox-Regulationssysteme eingreift und Transkriptionsfaktoren beeinflusst. Das Selenoprotein P, das bis zu 10 Seleocysteinreste pro Molekül enthält, baut Peroxinitrit ab, das seinerseits ein starkes Agens bei der Nitrosylation von Biomolekülen ist. Zusätzlich reduziert Selenoprotein P auch Phospholipid-Hydroperoxide, wenn auch weniger effektiv als PH-GPx. Es konnte in Vorarbeiten gezeigt werden, dass Selenoproteine im Gastrointestinaltrakt eine differentielle Expression aufweisen. Kürzlich konnte in unserer Arbeitsgruppe die inverse mRNA-Expression selnocysteinhaltigen Proteine GI-GPx und Selenoprotein P in kolorektalen Adenomen im Vergleich zur Normalmukosa charakterisiert werden. Dabei zeigte sich eine dramatische Abnahme der Selenoprotein P-Expression, während die Expression der GI-GPx signifikant erhöht war. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersuchten wir die Expression der GI-GPx in kolorektalen Karzinomen und Kolonkarzinom-Zelllinien, um auf Ebene der Selenoprotein-kodierenden Gene nach Alterationen zu suchen, die die veränderte Expression mit verursachen könnten.