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5  Diskussion

Die MRT wird zur Detektion pathologischer Veränderungen der Kniebinnenstrukturen als nicht invasives diagnostisches Hilfsmittel eingesetzt. Der Einsatz bei Verletzungen des VKB ist allgemein akzeptiert, im Rahmen von Verlaufskontrollen einer VKB-Ersatzplastik wird diese Methode jedoch zurückhaltend angewendet. Mögliche Indikationen zur postoperativen MRT sind Komplikationen (Synovitis, Re-Rupturen, Blockierungen) oder die Sichtbarmachung der regelhaften Einheilung eines Transplantates beispielsweise vor Wiederbeginn sportlicher Aktivität.

Die Vergleichbarkeit bisheriger Studien am Menschen ist deutlich eingeschränkt, da unterschiedliche Randbedingungen während und nach der Rekonstruktion des VKB zur Anwendung kamen. Eine Gegenüberstellung der MR-Daten mit anderen Parametern des Transplantatremodelings, z. B. mit histologischen Daten, hat nur in Einzelfällen stattgefunden. Am Schafsmodell, welches der Belastungssituation am Menschen am ehesten gerecht wird, können verschiedene Parameter des Transplantatremodelings gleichzeitig unter standardisierten Bedingungen betrachtet werden.

In der vorliegenden Arbeit wird erstmals das qualitativ und quantitativ erfassbare MR-Signalverhalten mit und ohne Kontrastmittel mit klinisch relevanten biomechanischen Parametern in der frühen und späten Phase des Transplantatremodelings im Tierversuch verglichen und statistisch aufbereitet [94,154]. Die Anwendung der Signalintensitätsmessung am VKB wurde erstmals durch Howell et al. [54,55] beschrieben. Wenn der Durchmesser des VKB unter standardisierten Bedingungen vollständig erfasst wird kommt es zu validen Messungen. Als anerkanntes Verfahren kam es in verschiedenen Studien zum Einsatz [14,16,54,55,94,135,148,154]. Letztendlich wurde das quantitative MR-Signal mit anderen im Signalverhalten stabilen Kniestrukturen (HKB, PT, Hintergrund) verglichen und als relative Signalintensität angegeben.

Die erste Fragestellung war, wie die Veränderung des MR-Signales im Zusammenhang mit dem Transplantatremodeling steht. Hier interessierte besonders der Vergleich mit biomechanischen Parametern.


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Die Bestimmung des Signal/Noise-Quotienten (S/N) ergab einen signifikanten Anstieg ohne Kontrastmittelapplikation von der 6. zur 12. postoperativen Woche (Abb. 13a). Zur gleichen Zeit wurde die niedrigste Reißfestigkeit des Transplantates, respektive 6.8 % und 15.9 %, im Vergleich zum Achillessehnentransplantat gemessen (Tab. 3). Nach 24, 52 und 104 Wochen Standzeit war der S/N statistisch nicht signifikant verschieden im Vergleich zum nativen VKB. Respektive stieg die Spannung auf 25.4 %, 63.8 % und 58.5 % im Vergleich zum Achillessehnentransplantat an (Tab. 3). Diese Befunde zeigten, dass ein Anstieg der Signalintensität in der frühen Phase des Transplantatremodelings eine Schwächung des Transplantates widerspiegelte.

Die Abnahme der Signalintensität in den nativen MR-Scans in der späten Phase (24. bis 104. Woche) des Remodelings könnte eine strukturelle Reorganisation des Transplantates darstellen. Weiterhin konnte man beobachten, dass die Signalintensität mit Gd-DTPA nach 104 Wochen Standzeit dem eines nativen VKB entprach (Abb. 13b).

Mehrere Studien am Tiermodell untersuchten die biomechanischen Eigenschaften nach einer Kreuzbandrekonstruktion und konnten ebenfalls eine Schwächung des Transplantates innerhalb der ersten 12 Wochen postoperativ nachweisen [6,19,32,62,69,95,103,165]. Die Kenntnisse dieser Arbeiten waren von außerordentlicher Wichtigkeit für die postoperativen Rehabilitationsmassnahmen nach einer VKB-Rekonstruktion, wodurch in der frühen Phase des Remodelings eine Schädigung des Transplantates weitestgehend vermieden werden konnte. Verschiedene Autoren konnte den Verlust an mechanischer Stabilität im Tiermodell jedoch nicht am Menschen beobachten. Wahrscheinlich ist dafür die nicht identische Position des VKB im räumlichen Gefüge verantwortlich. Jackson et al. studierten die mechanische Eigenschaften eines in situ VKB gefrorenem Modells und fanden keinen Unterschied der Reißfestigkeit nach 6 und 26 Wochen im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle [61]. Weitere Autoren studierten gleichsam den Einfluss der Position des VKB im Kniebinnenraum auf die mechanische Belastungssituation [23,71,88,108].

Radice et al. untersuchten an 21 VKB-Rekonstruktionen im Rahmen einer second look Arthroskopie Gewebeproben und das MR-Signalverhalten über 12 Monate [114]. Seinen Ergebnissen zufolge war der Prozess des Remodelings am Menschen nach 9 Monaten abgeschlossen. Die Studie konnte ein Impingement, d. h. den Kontakt mit ossären Strukturen, nicht ausschließen, wobei ein hyperintenses Signalverhalten nur [Seite 48↓]im mittleren Anteil des Transplantates nachgewiesen werden konnte.

Nach Durchsicht der aktuellen Literatur verfolgten Howell et al. als Einzige die Heilungsvorgänge eines VKB-Transplantates im MRT ohne Impingement [59]. Ein Impingement war vorwiegend am Anstieg der Signalintensität in den distalen 2/3 des Transplantates erkennbar [54,55]. Das humane VKB-Transplantat zeigte keine intraligamentäre Gefäßversorgung während des Beobachtungszeitraumes von zwei Jahren. Nur im periligamentären Gewebe wurde ein Anstieg des MR-Signales beobachtet, ansonsten bestand kein Unterschied im Signalverhalten zwischen dem VKB-Transplantat und dem hinteren Kreuzband. Howell et al. stellten die Hypothese auf, dass die Blutversorgung des Transplantates durch synoviale Diffusion erfolge und nicht durch eingesprosste Gefäße [59]. Die Ergebnisse im Tiermodell waren also auf die Situation am Menschen nicht direkt übertragbar. Diese Hypothesen wurden teilweise unterstützt durch die Arbeit von Johnson et al. , die im Rahmen von second look Arthroskopien Gewebeproben zu verschiedenen Zeitpunkten nach VKB-Rekonstruktion mit Semitendinosussehne entnommen hatten [66]. Vorgänge einer Reorganisation oder Zelltod, also ein Transplantatremodeling, konnten im Inneren des Transplantates histologisch nicht nachgewiesen werden. Periligamentär wurde eine vermehrte Gefäßversorgung und ein uneinheitliches Gewebemuster beobachtet.

Weiler et al. wiesen im Rahmen morphologischer Studien am Langzeittiermodell durch konventionelle Lichtmikroskopie unterschiedliche Organisationsstrukturen des Transplantates 6 Wochen postoperativ nach [154,157]. Es konnten sowohl zell- und gefäßarme Gewebestrukturen, als auch zell- und gefäßreiche reparativ veränderte Areale nebeneinander gefunden werden (Abb. 15a und 15b). Zur gleichen Zeit zeigte sich in der MRT ein inhomogenes Signalverhalten mit hyper- und hypointensen Bereichen. Daneben konnte die Applikation von Gd-DTPA eine Anreicherung im ventralen Synovialschlauch des Transplantates nach 6 Wochen erzielen und zeitgleich immunhistochemisch ein Gefäßreichtum der synovialen Membran nachgewiesen werden (Abb. 7b und 15c) [94,154]. Anzumerken ist, dass sich ein wasser- und gefäßreiches Gewebe in der MRT als ein Anstieg in der Signalintensität darstellt, insbesondere in der kontrastmittelunterstützten Kernspintomografie [43,77].

Die hypointensen Signalbereiche repräsentieren höchstwahrscheinlich das nicht reparative und die hyperintensen Signalbereiche das reparativ veränderte einheilende Gewebe. Die Reduktion der Gefäßeinsprossung und des Wassergehaltes im zeitlichen [Seite 49↓]Verlauf konnte durch Änderung des Signalverhaltens in der MRT nicht invasiv verfolgt werden [59,95,104].


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Abb. 15: Darstellung des Transplantaremodelings eines VKB-Ersatzes nach 6 Wochen Standzeit im Schafsmodell.

a.) Zellarmes Gewebe (links) neben zell- und gefässreichem Gewebe (rechts). Longitudinaler Schnitt mit TriCrom-Färbung nach Masson-Goldner [154, 157].
b.) Subsynovialer Gefässreichtum im zentralen Anteil des Transplantats. Transversaler Schnitt mit Faktor VIII immunhistochemisch aufbereitet. Die Gefässendothelien färben sich hierdurch rot an [154,157].
c.) Darstellung des Transplantatremodelings eines VKB-Ersatzes nach 6 Wochen Standzeit im Schafsmodell. Die immunhistochemische Aufbereitung mit Faktor VIII zeigt im transversalen Schnitt eine dichte Gefäßversorgung der synovialen Membran. Durch die Behandlung mit Faktor VIII färben sich die Gefässendothelien rot an. [154].


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Die zweite Fragestellung war, wie das quantitative MR-Signal die mechanische Belastungssituation des Transplantates vorhersagen kann.

Es wurde zwischen allen drei biomechanischen Parametern und dem quantitativen Signal/Noise-Quotienten mit und ohne Gd-DTPA als Kontrastmittel signifikante negative lineare Korrelationen gefunden (Abb. 14 und Tab. 4). Diese Befunde unterstützten die Annahme, dass die quantitative Messung der Signalintensität in Form des auf Normbedingungen gebrachten S/N-Quotienten, die Belastungssituation des Transplantates nach einer VKB-Rekonstruktion vorherzusagen in der Lage ist. In der vorliegenden Arbeit wurden die stärksten Korrelationen für die kontrastmittelunterstützten MR-Scans gefunden (Tab. 4). Des Weiteren ist anzumerken, dass die standardisierte Gabe von Gd-DTPA die in nativen MR-Scans nicht sichtbaren Prozesse darstellen und so die Aussagekraft der Daten erhöhen konnte [64,65].

Die Frage, ob die Ergebnisse im hiesigen Tiermodell unkritisch auf die biomechanische Situation am Menschen übertragbar sind, bleibt offen.

Wenige Studien verfolgten das Transplantatremodeling in der MRT quantitativ zu nicht standardisierten Messzeitpunkten am Menschen [14,55,135,148,154]. Ein weiteres Problem war außerdem die Tatsache, dass unterschiedliche Rekonstruktionsmethoden und Transplantate eingesetzt wurden.

In keiner dieser Studien wurde verständlicherweise eine statistische Korrelation zwischen biomechanischen Daten und MR-Signalintensitäten zu vergleichbaren Randbedingungen durchgeführt.

Bachmann et al. verfolgten im Rahmen einer klinischen Studie 74 Patienten nach VKB-Rekonstruktion mit Semitendinosussehne durch Signalintensitätsmessung über einen Zeitraum von bis zu zwei Jahren [14]. Die zu definierten Zeitintervallen erfolgten MRT-Kontrollen zeigten die höchste Signalintensität zwischen dem 4 und 12 postoperativen Monat und eine zeitabhängige Änderung des Signalverhaltens. Die qualitativ und quantitativ erhobenen Daten wurden mit klinischen Funktionstests verglichen. Eine gut abgrenzbare Bandplastik zeigte hier zu 98 % stabile Knieverhältnisse an, aber ein schlecht abgrenzbares Band wurde auch zu 86 % als klinisch stabil befundet. Das Impingement, d. h. der Kontakt mit ossären Strukturen, wurde kernspintomografisch nicht gesondert erfasst.


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Howell et al. verfolgten 21 Patienten nach VKB-Rekonstruktion mit sog. Hamstringsehnen durch quantitative regional unterschiedliche (3 Zonen) Signalintensitätsmessung über einen Zeitraum von bis zu einem Jahr [55]. Weiterhin teilten sie den qualitativ erfassbaren MR-Befund in vier Grade ein. Die höchste Signalintensität konnte nach 36 Wochen nachgewiesen werden und auch hier wurde eine Änderung des Signalverhaltens im Verlauf festgestellt. Die Arbeitsgruppe schloss eine Vorhersehbarkeit der Kniestabilität anhand des MR-Signales aus. Ein Impingement als potenzieller Faktor für eine Änderung des MR-Signales war Bestandteil anschließender Studien von Howell et al. [54,57,58].

Stöckle et al. untersuchten 20 VKB-Rekonstruktionen mit Patellarsehne über zwei Jahre und wiesen nach einem Jahr die höchste Signalintensität nach [135]. Ein Trend im Signalverhalten war auch hier zu beobachten. Die kontrastmittelunterstützten MR-Befunde wurden mit klinischen Untersuchungsergebnissen verglichen. Zusammenfassend wurde das MRT als kein valides Hilfsmittel zur Beurteilung der Transplantatintegrität nach einer VKB-Rekonstruktion betrachtet. Die Schlussfolgerungen dieser Arbeitsgruppe stehen jedoch im Widerspruch zu der vorliegenden Arbeit und einer klinisch-morphologischen Studie nach VKB-Rekonstruktion mit MRT-Kontrolle von Howell et al. [59].

Wacker et al. verglichen an 30 VKB-Rekonstruktionen Semitendinosussehne mit Patellarsehne und kontrollierten diese nach 6 Wochen bzw. 6 Monaten MR-tomografisch [148]. Sie beobachteten nach 6 Monaten eine signifikant höhere Signalintensität bei der VKB-Ersatzplastik mit Patellarsehne im Vergleich zur Semitendinosussehne und zeigten damit eine Abhängigkeit vom Sehnenmaterial auf das postoperative Signalverhalten. Zudem konnte eine höhere Rate an Transplantatimpingement in der Patellarsehnengruppe nachgewiesen werden.

An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass keine Autorengruppe verschiedene Parameter des Remodelings gleichzeitig untersuchte.

Die dritte Frage war, wie die Kontrastmittelapplikation Zusatzinformationen über die Transplantatintegrität oder Revaskularisierungsvorgänge liefern kann ?

Es konnte ein signifikanter Unterschied in der Signalintensität (S/N) vor und nach Gabe von Gd-DTPA in der 6 bis 24 postoperativen Woche festgestellt werden (Abb. 12). Die Darstellbarkeit des Transplantates konnte in der 6 und 12 Woche deutlich [Seite 53↓]verbessert werden (Abb. 7b und Abb. 8b).

In der frühen Phase des Remodelings scheint ein gewisse Notwendigkeit in der Applikation von Gd-DTPA zu liegen, um das Transplantat nach einer VKB-Rekonstruktion von der Umgebung abzugrenzen und damit sicher beurteilen zu können. In Fragen der Transplantatintegrität, insbesondere bei immer häufiger werdenden Re-Traumata, steht mit der MRT ein nicht-invasives Hilfsmittel in der Identifikation einer pathologischen Veränderung nach VKB-Rekonstruktion zur Verfügung. Die Literatursuche ergab viele Hinweise [5,13,14,29,48,50,59,93,99,100,102,115,121,130,131,135,140,142,143,146,147,

154,162] über die Verlaufskontrolle einer VKB-Ersatzplastik. Betrachtet man die Studien hinsichtlich Anwendbarkeit, so ergibt sich kein einheitlicher Standpunkt in der Beurteilung der Transplantatintegrität [5,29,59,99,115,135,140,143,147,154,162] oder Vorhersehbarkeit von stabilen Knieverhältnissen [13,14,48,102,146].

König et al. untersuchten mit Hilfe der MRT die vaskuläre Versorgung und entzündlich veränderten Areale von rheumatoiden Kniegelenken und beobachteten eine Anreicherung von Gd-DTPA [77]. Diese Daten konnten histologisch z. B. durch Darstellung einer vermehrten Gefäßversorgung bestätigt werden. In der hiesigen Arbeit reicherte sich nach 6 Wochen Standzeit Kontrastmittel in der synovialen Umhüllung der Ersatzplastik an, erkennbar am Anstieg der Signalintensität zwischen dem periligamentären Gewebe und der Ersatzplastik (Abb. 7b) [94,154]. Die vermehrte Gefäßversorgung der synovialen Membran bzw. dem subsynovialen Transplantatgewebe konnte gleichzeitig durch immunhistochemische Gefäßdarstellung gesichert werden (Abb. 15b und 15c) [154]. Nach 12 Wochen konnte eine gleichmäßige Kontrastmittelanreicherung im Transplantat gesehen werden, die auf eine homogene vaskuläre Versorgung zurückgeführt wurde (Abb.8b). Währenddessen war die synoviale Gefäßversorgung rückläufig. 24 Wochen postoperativ konnte morphologisch kein Unterschied zwischen dem Transplantat und dem nativen VKB hinsichtlich Gefäßversorgung beobachtet werden, obwohl ein signifikanter Unterschied des S/N vor und nach Gabe von Gd-DTPA bestand (Abb. 9b und Abb. 12). Das Problem war, dass in der vorliegenden Arbeit die Gefäßdichte durch Histomorphometrie nicht quantitativ erfasst und damit überprüft werden konnte. Nach 52 und 104 Wochen konnte kein signifikanter Unterschied in der Signalintensität vor und nach Gabe von Gd-DTPA statistisch erhoben werden, aber eine Anreicherung des [Seite 54↓]Kontrastmittels nach 52 Wochen im Vergleich zum nativen VKB (Abb. 10b und Abb. 12). Wahrscheinlich spielen nicht nur Vorgänge der vaskulären Versorgung, sondern auch Veränderungen in der extrazellulären Matrix eine Rolle. Die Frage, welche weiteren Faktoren das MR-Signalverhalten beeinflussen könnten, bleibt also offen.

Die Übertragbarkeit der Ergebnisse aus dem Tiermodell auf den Menschen ist weiterhin zu klären. Idealerweise sollten deshalb standardisierte MR-Verlaufskontrollen mit objektivierbaren Daten, z. B. mit dem KT-1000-Arthrometer und arthroskopisch entnommenen Gewebeproben, zeitgleich am Patienten erfolgen. Aus ethischen Betrachtungen heraus verbietet sich jedoch dieser Denkansatz.

Die Erkenntnis dieses Tierversuches ist jedoch, dass der quantitativ bestimmte Signal/Noise-Quotient ausreicht die Transplantatintegrität vorherzusagen.


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04.08.2004