Der Einfluss von Laserlichtbestrahlung niedriger Leistungsdichte auf einen experimentellen Knorpelschaden im Kniegelenk des Kaninchens: eine in vivo-Untersuchung unter Berücksichtigung makroskopischer, histologischer und immunhistochemischer Veränderungen / The influence of laser irradiation of low-power density on an experimental cartilage damage in rabbit knee-joints: an in vivo investigation considering macroscopic, histological and immunohistochemical changes
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Zusammenfassung
Bei insgesamt 45 Kaninchen wurde eine Kniegelenksarthrose nach dem Modell von Hulth & Telhag erzeugt. In Abhängigkeit der postoperativen Überlebenszeit wurde der Knorpel makroskopisch, histologisch und immunhistochemisch untersucht (Zeitraum 10 Tage bis 8 Monate). Anschließend wurde der Einfluss von Laserbestrahlung mit einer Wellenlänge von 692,6 nm und Energiedichten von 1 und 4 J/cm2 auf die Knorpelmorphologie sieben Tage nach Bestrahlung überprüft. Nach operativ erzeugter Instabilität fand sich ein unterschiedlicher Verlauf der Knorpelveränderungen in der Haupt- (HB) und der Nichthauptbelastungszone (NHB). Für die Kollagene I, II, IV und VI sowie die Glycoproteine Fibronectin und Tenascin konnten verschiedene qualitative und semiquantitative Veränderungen gefunden werden. Immunhistochemisch trat eine zunehmende Expression von Kollagen I in den apikalen Schichten, bei Kollagen II eine verstärkte perizelluläre Expression, bei Kollagen VI nach anfänglicher Zunahme der perizellulären Expression eine verminderte territoriale Expression und verstärkte apikal-interterritoriale Expression beim osteoarthrotischen Knorpel auf. Für Fibronectin wurden eine Zunahme der zellulären Expression in der NHB und eine Abnahme der zellulären Expression zugleich mit einer Zunahme der interterritorialen Expression in der HB gefunden. Bei Tenascin zeigte sich eine Abnahme der interterritorialen Expression in der Radiärzone mit Zunahme der perizellulären und interterritorialen Expression der apikalen Schichten beim osteoarthrotischen Knorpel.
Bezüglich des Lasers fand sich für den osteoarthrotisch veränderten Knorpel ein signifikanter Einfluss bei einer Energiedichte von 1 J/cm2, d.h., die morphologischen Veränderungen waren noch nicht so weit fortgeschritten im Vergleich zur Kontrollgruppe. Chondrozytendichte als auch Glucosaminoglycangehalt waren höher. Beim Lasern mit höherer Energiedichte konnte kein signifikanter Unterschied unter den Kontrollgruppen festgestellt werden. Es konnte somit die Verlangsamung eines arthrotischen Prozesses durch Einfluss von Laserlicht niedriger Energiedichte in vivo dargelegt werden.
Abstract
In a total of 45 rabbits, knee-joint arthrosis was induced according to the Hulth & Telhag model. Depending on the post-operative survival time, the cartilage was investigated macroscopically, histologically and immunohistochemically (within a period of 10 days to 8 months). Thereafter, the influence of laser irradiation at a wavelength of 692.6 nm and energy densities of 1 and 4 J/cm2 on the cartilage morphology seven days following the exposure was examined. After joint instability surgery it was found out that the cartilage changes in the main stress area (MSA) and in regions outside the main stress area (ROMSA) progressed differently. Various qualitative and semi-quantitative changes were found for collagens I, II, IV and V, and for the glycoproteins fibronectin and tenascin. Immunohistochemically, there was a growing expression of collagen I in the apical layers, collagen II showed a stronger pericellular expression, and collagen IV showed, after an initial growth of the pericellular expression, a reduced territorial expression and a stronger apical-interterritorial expression in the osteoarthrotic cartilage. For fibronectin, the cellular expression turned out to grow in the ROMSA. In the MSA it decreased, but at the same time the interterritorial expression grew. For Tanascin, there was a decrease of the interterritorial expression in the radial zone while the pericellular and interterritorial expression of the apical layers of the osteoarthrotic cartilage grew. Lasing proved to significantly influence the osteoarthrotically changed cartilage when applied at an energy density of 1 J/cm2, i.e., the morphological changes had not yet progressed to the extent the control group had. Both the chondrocyte density and the glucosaminoglycan content turned out to be higher. When lasing was applied at higher energy densities, no significant difference among the control groups was found. Thus, it could be demonstrated in vivo that an arthrotic process decelerates through the influence of laser light of low-energy densities.
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