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1.  Einleitung

1.1 Klinische Definition der Arthrose

Bei der Arthrose (syn. Arthrosis deformans, im englischen Sprachraum Osteoarthritis) handelt es sich nach allgemeiner Lehrmeinung um eine degenerative Gelenkerkrankung, die mit einer zunehmenden Läsion des Knorpels bis hin zu seinem Verlust einher geht (Cooke 1985, Sulzbacher 2000). Sie kann sich an jedem Gelenk manifestieren. Die bekanntesten Manifestationen sind Knie- und Hüftgelenke, Fingerendgelenke (Heberdensche Arthrose), Fingermittelgelenke (Bouchard-Arthrose), sowie im Bereich der Wirbelsäule als sogenannte Spondylarthrosen (Remmele 1997).

1.2 Epidemiologie

Die Einschätzung von Inzidenz und Prävalenz von Gon- oder Coxarthrose variiert erheblich. Je nach Studie beträgt die Inzidenz zwischen 10 bis 2230 pro 10 Personen - Jahren, die Prävalenz wird auf 0,5 bis 36% eingeschätzt (Sun et al. 1997, Hoaglund & Steinbach2001). Allgemein kann man jedoch sagen, dass Frauen über 50 Jahren eine stärkeres Risiko haben, an einer Arthrose zu erkranken. Außerdem ist bei Männern radiologisch häufiger eine Hüftarthrose, bei Frauen aber die Arthrose des Knies nachweisbar. (Remmele 1997).

1.3 Pathogenese

Die Pathogenese der Arthrose ist in ihrer komplexen Gesamtheit noch nicht geklärt. Es existieren zwei Pathogenesekonzepte nebeneinander (Mohr 2000b). In dem biochemischen Konzept wird davon ausgegangen, dass durch einen unbekannten, vielleicht entzündlichen Reiz, es zu einer Destruktion von Knorpelmatrix kommt. Da die Ursache für diese Reaktion unbekannt ist, werden diese Arthrosen auch als ideopathische oder auch primäre Arthrosen bezeichnet (Remmele 1997, Hoaglund & Steinbach 2001). Aigner konnte nachweisen, dass in frühen Stadien eine hohe Fibronectinproduktion stattfindet. Die Kollagentypen II und VI werden vermehrt gebildet, einzelne Metallproteinasen dafür je nach Erkrankungsstadium. (Aigner et al. 2001). Reaktiv werden vermehrt Proteinasen und Kollagen von den Chondrozyten produziert, die sich dabei phänotypisch verändern (Aigner et al. 2002). Im [Seite 2↓]biomechanischen Konzept wird davon ausgegangen, dass zu Beginn der Erkrankung ein Mißverhältnis zwischen Belastung und Belastbarkeit des Gelenkknorpels steht Felsen et al. 1994; Vingård et al. 1991). Aufgrund der hohen Belastung kommt es zu einem Proteoglykanverlust des Knorpels.

Beide Konzepte führen zu einer Verminderung der Knorpelelastizität. Der Verlust an Proteoglykanen bewirkt, dass weniger Wasser im Knorpel gebunden werden kann. Dadurch kommt es zu Belastungserscheinungen in Form von Ermüdungsbrüchen der kollagenen Fasern. Im weiteren Verlauf führt dies wiederum zum Verlust des Knorpels an den korrespondierenden Gelenkflächen und Rissen im Grenzbereich zwischen nicht verkalktem und verkalktem Knorpel (Radin et al. 1991). Es kommt zur Destruktion der Gelenkstrukturen, beginnend beim Knorpel und endend beim Knochen. Im Rahmen dieser degenerativen Prozesse werden weitere Prozesse angestoßen: Bildung von Osteophyten, Pseudonekrosen (Rhaney & Lamb et al. 1955) und eine - im Vergleich zur rheumatoiden Arthritis - eher geringgradige entzündliche Reaktion der Synovialmembran (Krenn et al. 1999b).

1.4 Das Gelenk und seine Entzündungsreaktionen

1.4.1 Histologischer Aufbau eines Gelenks

Die Gelenkkapsel bestehend aus einer äusseren Schicht, dem Stratum fibrosum und einer inneren, dem Stratum synoviale, welche die Synovialflüssigkeit produziert.

Der Gelenkknorpel ist hyaliner Knorpel. Die in der Matrix enthaltenen Kollagenfaserbündel bilden an der Gelenkoberfläche tangentiale Faserschichten, so dass die dort auftretenden Scher- und Druckkräfte optimal verarbeitet werden. Bemerkenswert ist das Fehlen von Perichondrium zum Gelenkspalt hin, so dass dem Gelenkknorpel im Falle einer Läsion die Möglichkeit zur Reparation fehlt. (Sun et al. 1997)

1.4.2 Histopathologie der Synovialitis

Die Synovialitiden der Gelenke können unterschiedliche Ursachen haben. Je nach Ursache entwickelt sich daraus ein charakteristisches histopathologisches Bild (Mohr 2000 b). Die bakterielle Infektion zeichnet sich durch eine akute Reaktion mit granulozytärer Infiltration, ödematöser Schwellung, Gelenkerguss und evtl. Fibrinablagerungen aus. Bei den Kristallarthritiden kommen zusätzlich noch Fremdkörperriesenzellen und aktivierte Fibroblasten vor (Remmele 1997). In der rheumatoiden Arthritis (RA) kommt es im Rahmen einer Autoimmuninreaktion zu einer heftigen entzündlichen Reaktion mit Infiltration des Gelenkes durch Lymphozyten und Makrophagen. In Abhängigkeit von der Erkrankungsdauer zeichnet sich die Synovialitis der RA durch ein dichtes, zum Teil lymphofollikulär organisiertes entzündliches Infiltrat mit beträchtlich aktivierter Deckzellschicht, neutrophilen Granulozyten, Mastzellen und aktivierten synovialen Fibroblasten/Makrophagen sowie Granulomen aus (Stiehl 1997). Dabei konnte von Krenn gezeigt werden, dass bei der entzündlichen Reaktion der RA eine Reifung der B-Lymphozyten in Keimzentrums vergleichbaren lymphfollikulären Aggregatenn stattfindet (Krenn 1999b).

1.4.3 Die Synovialitis der Arthrose

Aufgrund der Pathogenese ist die Synovialitis der Arthrose als eine sekundäre und reaktive Entzündung der Synovialmembran zu betrachten, da zunächst ein Abbau von Knorpelfragmenten besteht (Fassbender et al. 1987). Diese Fragmente aus [Seite 4↓]degeneriertem Gelenkknorpel gelangen in die Membrana synovialis und führen dort im Rahmen des Abbaus zu einer entzündlichen Reaktionen. (Goldenberg et al. 1982)

In verschiedenen Arbeiten wurde die Morphologie des entzündlichen Infiltrates bereits charakterisiert (Altman 1995). Dabei werden zwei Unterformen aufgrund ihrer dominierenden Komponente unterschieden.

Die eine Unterform zeigt im histologischen Bild eine geringgradigen Verbreiterung der synovialen Deckzellschicht und eine Zunahme des Bindegewebes vorrangig in der Nähe von Knorpelfragmenten. Aufgrund der Knorpelfragmente, die vom Gelenkknorpel stammen, wird diese Form als Detritussynovialitis bezeichnet.

Die andere Unterform weist vor allem perivaskulär gelegene leichte, lymphozytäre und plasmazelluläre Infiltrationenen auf. (Cooper et. al. 1981, Kennedy et al. 1988, Revell et al. 1988, Soren et al. 1988). Dies sind die Charakteristika der Lymphoplasmazellulären Synovialitis. Die im Vergleich zur rheumatoiden Arthritis geringgradigen lymphozytären Infiltrationen wurden als B-Lymphozyten sowie CD 4+ und CD 8+ T-Lymphozyten identifiziert (Kennedy et al. 1988).

Es ist ungeklärt in welcher Form und wo eine Reifung der Lymphozyten der Arthrose assoziierten Synovialitis (AaS) stattfindet. In der Regel erfolgen diese Prozesse der Reifung in einem primär immunkompetenten Organ, dem Lymphfollikel (Berek et al. 1997). Dort kommt es zu einer Aktivierung des unreifen B-Lymphozyten durch Antigenkontakt. Im weiteren Verlauf wird über CD 40 (B-Lymphozyt) und CD 40L (=CD154, T-Zelle) Interaktion eine B-Zell Proliferation induziert. Diese Zellen benötigen im nächsten Schritt den Kontakt mit follikulär-dentritischen Zellen (FDCs = antigenpräsentierende und immunmodulierende Zellen), um durch eine Hypermutation der IgVH/L-Gene eine Affinitätssteigerung zum Antigen zu erreichen. Diese wird durch Chemotaxis zwischen FDCs und B-Zelle erreicht. In einem abschließenden Schritt benötigt die so gereift B-Zelle wiederum den Kontakt zu T-Helferzellen, um überleben zu können. Ohne diesen Kontakt kommt es zur Apoptose. Der ausgereifte B-Lymphozyt differenziert sich entweder zur Plasmazelle oder ruht als Gedächtniszelle bis zum [Seite 5↓]erneuten Antigenkontakt. Dieser Reifungsvorgang findet sein organisatorisches Korrelat im Lymphfollikel und zwar im Keimzentrum (engl.: germinal center), weshalb auch von Keimzentrums-Reaktion gesprochen wird. Eine lymphofollikuläre Organisation oder eine dem Keimzentrum entsprechende Reaktion ist bisher nur in wenigen Fällen beschrieben (Cooper et al. 1981, Ristow et al. 1999). Die B-Lymphozyten und Plasmazellen weisen jedoch hochmutierte VH-Gene auf (Krenn et al. 1999b).

Des Weiteren sind nur wenig Daten über den Subtyp der T-Zellantwort bei Arthrose vorhanden, lediglich das T-Zellinfiltrat wurde durch molekulare Methoden als ein polyklonales Infiltrat beschrieben (Zwillich et al. 1994, Sakkas et al. 1998). Ihre Rolle bei immunologischen Prozessen wird im allgemeinen nach Subtypen der CD 4+ T-Lymphozyten gegliedert und kann anhand der Cytokin Expression vorgenommen werden (Mosmann et al. 1986, Constant et al. 1997).

Die TH1-Population kann durch die Sekretion der Cytokine g-IFN, LT, TNF-b, Interleukin 2 (IL2) charakterisiert werden. Dabei bewirkt g-IFN eine Aktivierung der Makrophagen mit verstärkter Expression von MHC I und MHC II sowie eine Differenzierung der IgG Subklasse in der B-Zelllinie. Auf die T-Zell-Population wirken die Cytokine g-IFN, LT und TNF-b reduzierend, IL-2 dagegen bewirkt eine Zunahme der T-Zell-Population. Die B-Lymphozyten werden von LT und TNF-b, inhibiert, IL-2 bewirkt ein Wachstum der B-Lymphozyten und eine Differenzierung der J-Ketten (Trinchieri et al. 1996).

Die TH2-Antwort kann durch die Expression der Cytokine Interleukin 4 (IL-4), Interleukin 5 (IL-5), Interleukin 6 (IL-6) und Interleukin 10 (IL-10) charakterisiert werden. IL-4 fördert die Aktivierung, Proliferation und Differenzierung der B-Lymphozyten zu Plasmazellen (Breedveld 1999), "Class switching" (Veränderung der Immunglobulinklasse) der Plasmazellen sowie Stimulation der T-Lymphozyten in Bezug auf Wachstum und Lebenszeit. Es wird ferner für die Proliferation von Mastzellen verantwortlich gemacht. IL-5 bewirkt bei Plasmazellen Mutation und Class switching zu IgA, außerdem stimuliert es Wachstum und Differenzierung der eosinophilen Granulozyten (Druihle und Pretolani 1998). IL-6 wird die Stimulation von [Seite 6↓]Wachstum und Reifung der B-Zelllinie zugeschrieben (Yamamoto et al. 1996). IL-10 bewirkt MHC II Expression in den B-Lymphozyten, supremiert Cytokinausschüttung und Proliferation von TH1 Zellen (de Waal et al. 1991, Buelens et al. 1995). Aufgrund dieser Wirkungen wird den TH2-Lymphozyten die Koordination der humoralen Immunantwort zugeschrieben. (Fiorentio et al. 1989, Vieira et al. 1991, Constant et al. 1997)

1.5 Zielsetzung der Arbeit

Molekularbiologische Untersuchungen haben gezeigt, dass Plasmazellen und B-Lymphozyten der arthrotisch veränderten Synovialmembran somatisch hochmutierte IgVH Gene aufweisen. Diese Veränderungen wurden dahingehend interpretiert, dass es sich um durch Antigenkontakt gereifte Zellen handelt (Krenn et al. 1999b).

Aus diesen Daten ergeben sich nun zwei Möglichkeiten bezüglich des Antigenkontaktes und der dadurch ausgelösten Reifung zu Gedächtniszellen, respektive Plasmazellen:

Entweder es erfolgt vor Ort in der Synovialmembran eine Maturation unter Ausbildung der dazu benötigten Keimzentren in den lymphozytären Gruppierungen oder bereits ausgereifte B-Zellen wandern in die Synovialmembran ein, dies bedeutet aber zugleich, dass die Aktivierung andernorts erfolgt sein muss.

In dieser Arbeit soll mittels immunhistochemische Analyse geklärt werden, welcher der beiden Mechanismen tatsächlich vorliegt.

  1. Analyse der Verteilung der Isotypen in der Plasmazell-Population, um so zu zeigen, ob eine Dominanz von IgG+ oder IgA+ Plasmazellen vorliegt oder ob noch nicht Antigen aktivierten IgM+ Plasmazellen vorherrschen. Um das Proliferationsmuster des entzündlichen Infiltrates zu analysieren, erfolgte immunhistochemisch die Darstellung des proliferationsassoziierten Antigens Ki-67, das jede sich teilende Zelle expremiert (Gerdes et al. 1983).
  2. Durch die Anwendung des immunhistochemischen Markers Ki-M4 und CD 23 wurde die Synovialmembran auf das Vorliegen follikulär-dentritischer [Seite 7↓]Zellen (FDC) analysiert, welchen eine Schlüsselrolle in der B-Zell Maturation zugeschrieben wird. (Johnson et al. 1986, Petrasch et al. 1990)
    In diesem Zusammenhang wurden die B-Lymphozyten auch auf die Expression von CD 40 analysiert, dass für die B-Zell Maturation ebenfalls von Bedeutung ist (Berek et al. 1997, Camacho et al. 1998).
  3. Das Interleukin Expressionsprofil sollte in Hinblick auf das Vorliegen einer TH1- oder TH2-Antwort charakterisiert werden. Hierfür wurden Interleukin 2 und Interleukin 10 gewählt.
    Interleukin 2 ist ein Cytokin der TH1-Antwort. Es wirkt stimulierend auf das Wachstum der T-Zellen, in Maßen auch eine Proliferation von B-Lymphozyten und natürlichen Killerzellen (NK) bewirkt. Interleukin 10 ist ein Cytokin, das der TH2-Antwort zugeschrieben wird. Es suppremiert die TH1 Zellen und fördert die Expression von MHC II.
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18.11.2003