Abstract
Knieproben von zwei osteoporotischen Patienten, die sich wegen vermuteter Osteonekrose des Knies einer unilateralen Knieendoprothese unterzogen, wurden histologisch untersucht. Bei beiden Patienten stimmten die präoperativen Befunde der Magnetresonanzbilder mit der Diagnose einer Osteonekrose der medialen Femurkondylen überein, obwohl die Röntgenbilder nur minimale degenerative Veränderungen zeigten. Bei beiden Patienten waren die präoperativen Knochenmineraldichten des Femurkondylus und der proximalen Tibia der betroffenen Seite niedriger als die der nicht betroffenen Seite. Die pathologische Untersuchung des resezierten Femurkondylus und der proximalen Tibia zeigte nahezu intakten Gelenkknorpel, eine Abheilung des kollabierten subchondralen Knochens und einen signifikanten trabekulären Knochenverlust. Histologisch wurden keine Anzeichen einer Osteonekrose, einschließlich leerer Lakunen des trabekulären Knochens, beobachtet. Diese Befunde wiesen darauf hin, dass der subchondrale Knochenkollaps, der durch Osteoporose, nicht aber durch Osteonekrose verursacht wurde, die osteoarthritische Veränderung des betroffenen Knies auslöste. Dieser Bericht unterstreicht, dass es Fälle von progredienter lokaler Osteoarthritis geben kann, die durch einen Zusammenbruch des subchondralen Knochens aufgrund von Osteoporose verursacht werden.
1. Einleitung
Es gibt viele Theorien über die Ursache von Osteoarthritis. Da es jedoch zwei Hauptberichte über den Zusammenhang zwischen Osteoporose und Osteoarthritis gibt, bleibt er umstritten. Die erste besagt, dass eine reduzierte Knochenmineraldichte (BMD) des subchondralen Knochens im Frühstadium der Arthrose beobachtet wird, obwohl radiologisch eine subchondrale Knochensklerose und eine höhere BMD zu sehen sind, was tatsächlich die Entwicklung eines Knorpeldefekts vorhersagen könnte . Die zweite ist, dass Frauen mit einer hohen BMD eine hohe Inzidenz von Arthrose haben, während das Fortschreiten der Arthrose im Vergleich zu einer niedrigen BMD relativ langsam ist. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Theorien zu folgenden Ungereimtheiten: Das Arthroserisiko steigt proportional zur Zunahme der BMD, während es mit der Akkumulation von BMD abnimmt . Obwohl es viele multifaktorielle Pathogenesen der spontanen Osteonekrose des Knies (SONK) gibt, vertrat eine Theorie, dass SONK durch eine subchondrale Insuffizienzfraktur, die mit Osteoporose verbunden sein kann, induziert wird, und die Inzidenzrate wurde mit etwa 10 % bei Osteoarthritis des Knies in der Anfangsphase angenommen, insbesondere in Verbindung mit SONK . In dieser Arbeit stellen wir zwei Fälle mit Kniearthrose vor, die zunächst als SONK diagnostiziert wurden. Basierend auf unseren Erfahrungen mit der Magnetresonanztomographie und der pathologischen Untersuchung scheint es, dass unsere Fälle nicht mit der Hypothese übereinstimmen, dass eine niedrige BMD ein Risikofaktor bei der Mikrofrakturierung ist, der zu einer dauerhaften Osteonekrose führen könnte. Vielmehr deuten die vorliegenden Fälle darauf hin, dass die initiale radiologische Phase der SONK heilbar sein kann, aber die daraus resultierende Unregelmäßigkeit der Gelenkoberfläche eine Osteoarthritis induziert.
2. Fallbericht
2.1. Fall 1
Eine 73-jährige Frau klagte über Schmerzen im linken Knie ohne Vorgeschichte eines Traumas oder einer systemischen Erkrankung, die die Gelenkschmerzen verursacht haben könnte. Die körperliche Untersuchung ergab eine Empfindlichkeit im medialen Kniegelenk. Darüber hinaus zeigten die Röntgenaufnahmen keine degenerativen Veränderungen, was auf Kellgren-Lawrence Grad 1 hindeutet (Abbildung 1). Der femorotibiale Winkel betrug im Stehen 173°. Die Laborwerte lagen im Normbereich. Die flächige BMD-Messung wurde am proximalen Femur mittels Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie (DXA) durchgeführt (Hologic QDR Discovery W Typ, Toyo Medic., Tokio, Japan) und ergab die Diagnose einer Osteoporose mit einem T-Score von 59 %. Die Magnetresonanztomographie (MRT) zeigte eine geringe Signalintensität in der T1-gewichteten Bildgebung (Abbildung 2(a)), während die Intensität in der T2-gewichteten Bildgebung im Zentrum hoch und in der Umgebung des medialen Femurkondylus niedrig war, was auf eine Osteonekrose hindeutet (Abbildung 2(b)).
Fall 1. Das präoperative Röntgenbild zeigt keine degenerativen Veränderungen, was auf Kellgren-Lawrence Grad 1 hindeutet.
(a)
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Fall 1. Präoperative Magnetresonanzbilder des betroffenen Knies. Das T1-gewichtete Bild zeigt eine geringe Signalintensität des medialen Femurkondylus und des Tibiaplateaus (a). Das T2-gewichtete Bild zeigt eine hohe Intensität im zentralen Bereich der femoralen Läsion und den umgebenden Bereich mit geringer Intensität (b).
Um die Ursache für den Zusammenhang zwischen Osteoporose und Arthrose zu untersuchen, wurden weitere Untersuchungen mittels DXA des Femurkondylus und des proximalen Teils der Tibia durchgeführt. Lokalisierte BMD-Messungen der Kniekondylen wurden mit dem Patienten in Rückenlage auf dem Scannertisch durchgeführt. In den Tibiakondylen wurden auf der Frontalansicht drei quadratische Bereiche von Interesse markiert (Abbildung 3). Eine Linie, die sich bis zum lateralen und medialen Rand der proximalen Tibia erstreckte, wurde in drei gleiche Längen unterteilt, und die interessierenden Bereiche (ROI) wurden darunter markiert. Auf diese Weise wurden drei Tibiakondylen-BMD für die Tibia berechnet. Außerdem wurden die medialen und lateralen femoralen Kondylen-BMDs in den gleich großen quadratischen Regions of Interest mit denselben Methoden berechnet.
(a)
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Ein Beispiel für die Messbereiche der Knochenmineraldichte der Kniekondylen.
Die BMDs des Femurkondylus und des Tibiaplateaus waren auf der betroffenen Seite niedriger als auf der gesunden Seite (Tabelle 1), was zeigt, dass die BMD des betroffenen Kniegelenks niedriger war als die des nicht betroffenen Kniegelenks.
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Eine unilaterale Knieendoprothese wurde durchgeführt. Pathologische Veränderungen der femoralen Komponente, dem vermuteten osteonekrotischen Bereich, wurden untersucht. Bei der pathologischen Untersuchung war die oberflächliche Knorpelschicht intakt, und es gab einige reparierte Bereiche nach der Fraktur des subchondralen Knochens mit begleitender Migration von fibrösem Gewebe (Abbildung 4(a)). Der subchondrale Knochen neben dem kollabierten Bereich zeigte eine Ausdünnung des trabekulären Knochens und eine geringere trabekuläre Konnektivität (Abbildung 4(b)).
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(a)
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Fotomikroskopische Aufnahmen des Femurkondylus, die von der Operationsstelle in Fall 1 gewonnen wurden. Ein aus dem zentralen Bereich der Läsion gewonnenes Präparat zeigt weniger zerstörten Gelenkknorpel, eine Abheilung des subchondralen Knochens und eine Migration des fibrösen Gewebes in den subchondralen Bereich (a). Eine Probe aus der Umgebung der Läsion zeigt normalen Gelenkknorpel, eine Ausdünnung des trabekulären Knochens und eine geringere trabekuläre Konnektivität, was auf eine Osteoporose des subchondralen Bereichs hinweist (b). Hämatoxylin- und Eosinfärbung. Originalvergrößerung ×40.
2.2. Fall 2
Bei einer 70-jährigen Frau wurde ein Jahr zuvor eine Osteoarthritis des linken Knies diagnostiziert. Sie erhielt Physiotherapie, klagte aber über plötzliche akute Schmerzen. Die körperliche Untersuchung ergab eine Empfindlichkeit des medialen Kniegelenks und keinen Erguss, und die Röntgenbilder zeigten degenerative Veränderungen, die einen Kellgren-Lawrence-Grad 2 implizierten (Abbildung 5). Der femorotibiale Winkel betrug im Stehen 178°. Die Laborwerte lagen innerhalb der normalen Grenzen. Die BMD des proximalen Femurs betrug 67 %, was auf eine Osteoporose hindeutet. Die MRT zeigte ähnliche Intensitätsveränderungen wie bei Fall 1 (Abbildungen 6(a) und 6(b)).
Die präoperative Röntgenaufnahme von Fall 2 zeigt leichte degenerative Veränderungen, die auf Kellgren-Lawrence Grad 2 hindeuten.
(a)
(b)
(a)(a)
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Präoperative Magnetresonanzbilder des betroffenen Knies in Fall 2. Das T1-gewichtete Bild zeigt eine geringe Signalintensität am medialen Femurkondylus und Tibiaplateau (a). Das T2-gewichtete Bild zeigt eine hohe Intensität im zentralen Bereich der femoralen Läsion und den umgebenden Bereich mit geringer Intensität (b).
Die BMDs des femoralen Kondylus und des Tibiaplateaus wurden mit der oben genannten Technik gemessen, und die BMDs waren auf der betroffenen Seite niedriger als auf der gesunden Seite (Tabelle 1).
Dieser Patient unterzog sich auch einer unilateralen Knieendoprothese. Die pathologischen Befunde des Femurkondylus dieses Falles waren konsistent mit denen von Fall 1. Es wurde kein histologischer Nachweis einer Osteonekrose gesehen, aber ein verheilter subchondraler Knochenkollaps und Osteoporose wurden beobachtet.
Bei der letzten postoperativen Nachuntersuchung nach 2 Jahren hatten beide Patienten keine Beschwerden über Knieschmerzen, und die Röntgenuntersuchungen zeigten keine abnormalen Befunde.
3. Diskussion
Gegenwärtig sehen viele einen starken Zusammenhang zwischen BMD und Arthrose des Knies, während andere sie als unterschiedlich betrachten. Die bisherigen Forschungsberichte sind widersprüchlich und nicht schlüssig. Einige Berichte haben gezeigt, dass das Arthroserisiko proportional zum Anstieg der BMD der Lendenwirbelsäule ansteigt. Umgekehrt haben andere Berichte gezeigt, dass das Arthroserisiko proportional zur Abnahme der BMD des Oberschenkelhalses ansteigt. Erstere vertraten die Ansicht, dass eine hohe BMD die Oberfläche des Kniegelenks überlastet und dadurch einen Gelenkknorpelschaden verursacht, der zu einer Verengung des Gelenkspalts wie bei einer schweren Degeneration führt. Letztere schlugen vor, dass der subchondrale Knochen von Osteoporose-Patienten über den Gelenkknorpel einer direkten mechanischen Belastung ausgesetzt ist, wodurch sich die den subchondralen Knochen umgebende Spongiosa verändert, was eine Mikrofraktur und Osteonekrose impliziert und zur Förderung der Valgusdeformität des Knies führt, z. B. durch Dekompression der Gelenkoberfläche . Des Weiteren wird vermutet, dass es sich bei der SONK um eine fehlerhafte Vereinigung des Knochens aufgrund einer ischämischen Veränderung handelt . Ob diese Theorien richtig sind, bleibt unklar.
Obgleich ein eindeutiger Konsens noch aussteht, hatten die vorliegenden Fälle eine niedrige BMD und könnten Mikrofrakturen gehabt haben. Daher lag der Fokus bei unseren Fällen auf der niedrigen BMD und den radiologischen und pathologischen Befunden. Diese beiden Fälle wurden aufgrund der präoperativen Bildgebung und der klinischen Befunde als Osteonekrose des medialen Femurkondylus diagnostiziert. Die histologischen Befunde der chirurgischen Proben zeigten jedoch, dass es sich bei diesen Läsionen um einen subchondralen Knochenkollaps im medialen Femurkondylus handelte, der durch eine schwere Osteoporose verursacht wurde, und die Läsionen waren histologisch mit einer Unregelmäßigkeit der Gelenkoberfläche abgeheilt. Das bedeutet, dass die Fragilität des subchondralen Knochens im medialen Femurkondylus eine enge Beziehung zur bildgebenden Diagnose der SONK haben könnte.
Karvonen et al. schlugen vor, dass die BMD des subchondralen Knochens bei mittelgradiger Arthrose des Knies niedriger ist als die der umgebenden Gelenkfläche in osteoarthritischen Knien, was impliziert, dass der subchondrale Knochenbereich in der Anfangsphase der Arthrose des Knies bei mechanischer Belastung, wie z. B. bei Gewichtsbelastung, fragil ist. Darüber hinaus stellten Goerres et al. fest, dass bei der Arthrose des Knies eine SONK, d. h. eine idiopathische Knochennekrose im MRT in den Kellgren-Lawrence-Stadien 1-2 nachgewiesen werden kann. Kesemenli et al. stellten fest, dass SONK als Mikrofraktur angesehen wird. Karachalios et al. stellten außerdem fest, dass osteoporotischer subchondraler Knochen des Gelenks zu Knochenbrüchigkeit führen kann, was wiederholte Mikrofrakturen verursacht, und seine Anhäufung führt schließlich zur Osteonekrose.
In Anbetracht dieser Befunde und Theorien gehen wir davon aus, dass die Arthrose des Knies mit plötzlichem Beginn auf einen Zusammenbruch des subchondralen Knochens mit Verlust von BMD zurückzuführen ist. Obwohl es einige Berichte gibt, die angesichts der radiologischen Befunde eine Osteonekrose als Ursache der Arthrose vermuten, könnte es tatsächlich Fälle von progressiver lokaler Arthrose geben, die durch Frakturen des subchondralen Knochens aufgrund von Osteoporose verursacht wurden.
Mit anderen Worten: Osteoporose-Patienten, die über Knieschmerzen klagen, könnten Mikrofrakturen des medialen Femurkondylus entwickeln, die zur SONK beitragen. Daher ist es für Orthopäden wichtig, die Anfangsphase der SONK zu erkennen und sie so früh wie möglich angemessen zu behandeln. Vermutlich sollte es Fälle von SONK bei der radiologischen Untersuchung geben, die bei der histologischen Untersuchung keine nekrotischen Läsionen zeigen.
Zusammenfassend wurden zwei osteoporotische Patienten beschrieben, die eine niedrige BMD des Femurkondylus und des Tibiaplateaus und eine präoperative bildgebende Diagnose von SONK hatten. Sie wurden operiert, und die chirurgischen Präparate zeigten eine Heilung des subchondralen Knochenkollapses und eine signifikante Osteoporose. BMD-Daten der betroffenen Knie und histologische Untersuchungen nach der Operation unterstützten stark die Ansicht, dass der lokale Knochenverlust in einem gewissen Zusammenhang mit der bildgebenden Diagnose von SONK stand.
Interessenkonflikt
Die Autoren erklären, dass es keinen Interessenkonflikt bezüglich der Veröffentlichung dieser Arbeit gibt.