Thesis--Wisconsin. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 336-346).

Lesões da cartilagem articular podem ser tratadas por meio de cirurgia de transplante osteocondral autólogo. Esta cirurgia baseia-se na colocação de cilindros osteocondrais em áreas de lesão da cartilagem articular. O objetivo principal deste estudo foi avaliar as consequências histológicas das variações de posicionamento de enxertos osteocondrais cilíndricos: no mesmo nível e desnivelados (salientes ou profundos) em relação à superfície articular. Neste estudo, foram utilizados vinte coelhos fêmeos adultas, albinos, da raça Nova Zelândia. Defeitos cilíndricos osteocondrais de três milímetros de diâmetro e três milímetros de profundidade foram tratados por esta técnica cirúrgica. Os enxertos foram posicionados aleatoriamente em três formas: ao mesmo nível da superfície articular, profundos e salientes em relação à superfície articular. Realizou-se análise macroscópica e histológica após doze semanas de evolução. Como resultados, observamos que as avaliações macroscópicas e histológicas mostraram diferenças entre os três tipos de posicionamentos. Os enxertos posicionados ao mesmo nível da superfície articular obtiveram melhores resultados. Os resultados dos enxertos posicionados salientes à superfície articular foram melhores do que os dos enxertos posicionados profundos em relação ao nível articular / The treatment of symptomatic chondral lesions aims to restore function similar to that observed before the lesion. Autologous osteochondral transplantation is a surgical procedure that consists of filling a full-thickness articular cartilage defect with normal cartilage. The main objective of this study was to evaluate the histological consequences of the positional incompatibilities of cylindrical osteochondral grafts placed either flush with the articular surface or protruding/recessed. Two experimental groups of 10 rabbits each were randomly established regarding the positioning of the osteochondral autograft: in 1 knee, the graft was implanted either protruding or recessed with respect to the articular surface, and the graft was implanted at the level of the articular surface in the other graft. The protruding graft was placed 2 mm above the level of the articular cartilage, and the recessed graft was placed 1 mm below the level of the articular cartilage. After euthanasia, the articular cartilage was macroscopically evaluated according to the scale published by Goebel et al. and histologically evaluated by haematoxylin-eosin and safranin-O staining according to the International Cartilage Repair Society (ICRS) II classification. The evaluated parameters did not significantly differ between the protruding and recessed groups, whereas flush positioning resulted in better scores according to the Goebel et al. scale and the ICRS II classification. Recessed and protruding positioning relative to the articular surface did not produce different results

Lesões da cartilagem articular podem ser tratadas por meio de cirurgia de transplante osteocondral autólogo. Esta cirurgia baseia-se na colocação de cilindros osteocondrais em áreas de lesão da cartilagem articular. O objetivo principal deste estudo foi avaliar as consequências histológicas das variações de posicionamento de enxertos osteocondrais cilíndricos: no mesmo nível e desnivelados (salientes ou profundos) em relação à superfície articular. Neste estudo, foram utilizados vinte coelhos fêmeos adultas, albinos, da raça Nova Zelândia. Defeitos cilíndricos osteocondrais de três milímetros de diâmetro e três milímetros de profundidade foram tratados por esta técnica cirúrgica. Os enxertos foram posicionados aleatoriamente em três formas: ao mesmo nível da superfície articular, profundos e salientes em relação à superfície articular. Realizou-se análise macroscópica e histológica após doze semanas de evolução. Como resultados, observamos que as avaliações macroscópicas e histológicas mostraram diferenças entre os três tipos de posicionamentos. Os enxertos posicionados ao mesmo nível da superfície articular obtiveram melhores resultados. Os resultados dos enxertos posicionados salientes à superfície articular foram melhores do que os dos enxertos posicionados profundos em relação ao nível articular / The treatment of symptomatic chondral lesions aims to restore function similar to that observed before the lesion. Autologous osteochondral transplantation is a surgical procedure that consists of filling a full-thickness articular cartilage defect with normal cartilage. The main objective of this study was to evaluate the histological consequences of the positional incompatibilities of cylindrical osteochondral grafts placed either flush with the articular surface or protruding/recessed. Two experimental groups of 10 rabbits each were randomly established regarding the positioning of the osteochondral autograft: in 1 knee, the graft was implanted either protruding or recessed with respect to the articular surface, and the graft was implanted at the level of the articular surface in the other graft. The protruding graft was placed 2 mm above the level of the articular cartilage, and the recessed graft was placed 1 mm below the level of the articular cartilage. After euthanasia, the articular cartilage was macroscopically evaluated according to the scale published by Goebel et al. and histologically evaluated by haematoxylin-eosin and safranin-O staining according to the International Cartilage Repair Society (ICRS) II classification. The evaluated parameters did not significantly differ between the protruding and recessed groups, whereas flush positioning resulted in better scores according to the Goebel et al. scale and the ICRS II classification. Recessed and protruding positioning relative to the articular surface did not produce different results

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: The shape of the knee’s trochlear groove is a very important factor in the overall stability of the knee. However, a quantitative description of the normal three-dimensional geometry of the trochlea is not available in the literature. This is also reflected in the poor outcomes of patellofemoral arthroplasty (PFA). In this study, a standardised method for femoral parameter measurements on three-dimensional femur models was established. Using software tools, virtual femur models were aligned with the mechanical and the posterior condylar planes and this framework was used to measure the femoral parameters in a repeatable way. An artificial neural network (ANN), incorporating the femoral parameter measurements and classifications done by experienced surgeons, was used to classify knees into normal and abnormal categories. As a result, 15 knees in the database were classified by the ANN as being normal. Furthermore, the geometry of the normal knees was analysed by fitting B-spline curves and circular arcs on their sagittal surface curves to prove and reconfirm that the groove has a circular shape on a sagittal plane. Self-organising maps (SOM), which is a type of ANN, was trained with the acquired data of the normal knees and in this way the normal trochlear geometry could be predicted. The prediction of the anterior-posterior (AP) distance and the trochlear heights showed an average agreement of 97 % between the actual and the predicted normal geometries. A case study was conducted on four types of trochlear dysplasia to determine a normal geometry for these knees, and a virtual surface reconstruction was performed on them. The study showed that the trochlea was deepened after the surface reconstruction, having an average trochlea depth of 5.5 mm compared to the original average value of 2.9 mm. In summary, this research proposed a quantitative method for describing and predicting the normal geometry of a knee by making use of ANN and the femoral parameters that are unaffected by trochlear dysplasia. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die vorm van die trogleêre keep is ’n belangrike faktor in patella-stabiliteit. Tog is ’n kwantitatiewe beskrywing van die normale driedimensionele geometrie van die troglea nog nie beskikbaar nie, wat duidelik blyk uit die swak uitkomste van patellofemorale artroplastie (PFA). In hierdie studie is ’n gestandaardiseerde metode vir die meting van femorale parameters op grond van driedimensionele femurmodelle ontwikkel. Die femurmodel is in lyn gebring met die meganiese en posterior kondilêre vlak, welke raamwerk gebruik is om die femorale parameters op ’n herhaalbare wyse te meet. Die normale knieë is geklassifiseer met ’n kunsmatige neurale netwerk (ANN), wat die femorale parameter-mate sowel as die chirurgiese klassifikasie ingesluit het, en 15 knieë is gevolglik as normaal aangewys. Die normaleknie-geometrie is ontleed deur B-latkrommes en sirkelboë op die sagittale oppervlak-kurwes aan te bring om te bewys en te herbevestig dat die keep uit ’n sirkelvorm op ’n sagittale vlak bestaan. Die ingesamelde data van die normale knieë is ingevoer by selfreëlende kaarte (SOM), synde ’n soort ANN, wat die navorser in staat gestel het om die normale trogleêre geometrie te voorspel. Die voorspelling van die anterior-posterior (AP) afstand en die trogleêre hoogtes toon ’n gemiddelde ooreenkoms van meer as 97 % tussen die werklike en voorspelde normale geometrie. ’n Gevallestudie is op vier soorte trogleêre displasie uitgevoer om die normale geometrie te voorspel en ’n oppervlakrekonstruksie daarop uit te voer. Hierdie studie het getoon dat die troglea ná oppervlakrekonstruksie verdiep was, met ’n gemiddelde trogleadiepte van 5.5 mm in vergelyking met die aanvanklike gemiddelde waarde van 2.9 mm. Hierdie navorsing het dus ’n metode aan die hand gedoen vir die kwantitatiewe beskrywing en voorspelling van normale geometrie met behulp van ANN sowel as met die femorale parameters wat nie deur die trogleêre displasie geraak word nie.

O objetivo deste estudo foi avaliar se a injeção intra-articular em altas doses de ácido hialurônico, imediatamente após o trauma, pode reduzir a apoptose de condrócitos. Para cumprir este objetivo foi desenvolvido um estudo experimental com 40 joelhos de coelhos adultos. Os animais foram anestesiados e, em seguida, cada joelho sofreu três contusões com um bloco de 1 kg, solto por meio de um cilindro, a 1 metro de altura. Logo após as contusões, foram administrados, no mesmo coelho, 2 ml de ácido hialurônico em um joelho e 2 ml de solução salina no outro. Desta forma, obteve-se uma intervenção pareada, com melhora do poder estatístico do estudo. As doses foram repetidas a cada 3 ou 4 dias por 30 dias. Os coelhos foram mantidos no mesmo ambiente sob controle de temperatura, de atividades diárias e de alimentação. Após 30 dias, os animais foram abatidos e, por meio de artrotomia, foram realizadas as coletas da cartilagem do côndilo femoral medial e da tróclea de cada joelho. As peças foram preparadas para análise em microscopia óptica e coloração por TUNEL. Os indivíduos envolvidos no preparo e análise das peças não tiveram qualquer tipo de informação a respeito do experimento. A análise estatística foi feita pelo Teste t-student para dados pareados na comparação entre o grupo ácido hialurônico (AH) e o grupo controle. Foram analisados um total de 36 joelhos e obteve-se uma redução significativa (p<0,001) na taxa de apoptose de 68,01% (+ 19,73) do grupo controle para 53,52% (+ 18,09) do grupo AH. Diante dos resultados, concluiu-se que a injeção intra-articular de altas doses de ácido hialurônico, iniciando imediatamente após o trauma, reduz as taxas de apoptose (pós-traumática) de condrócitos de coelhos / The aim of this study was to assess whether intra-articular injection of high doses of hyaluronic acid immediately after trauma, can reduce apoptosis of chondrocytes. We have developed an experimental study with forty knees of adult rabbits. Animals were anesthetized and each one had had three knee injuries with a block of 1kg, released through a cylinder, 1 meter tall. After the bruises, 2ml of hyaluronic acid were injected in one knee and 2ml saline in the other. Doses were repeated each 3 or 4 days during 30 days. Rabbits were kept in the same environment under controlled temperature, daily activities and meals. Thirty days later, animals have been sacrificed. The cartilage of the medial femoral condyle and trochlea of each knee was retrieved with a scalpel by artrothomy. Specimens were prepared for optical microscopy and TUNEL staining. No information about the experiment was given to individuals who were involved in the preparation and analysis of the slides. Statistical analysis was performed by Students t test for paired data when comparing a group of hyaluronic acid (HA) and control group. We have analyzed a total of 36 knees and have obtained a significant reduction (p <0.001) in apoptosis rate of 68.01% (+ 19.73) for the control group 53.52% (+ 18.09) in the HA group. We conclude that the intraarticular injection of high doses of hyaluronic acid starting immediately after trauma, reduces impact-induced chondrocytes apoptosis rates in rabbits

A cartilagem articular, por sua natureza avascular, apresenta uma capacidade limitada de regeneração. Uma abordagem terapêutica para o tratamento de defeitos da cartilagem consiste na utilização de células ou tecidos aplicados ao local da lesão. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da aplicação de centrifugado de medula óssea autóloga em lesões osteocondrais no joelho de coelhos, em comparação com um grupo controle de lesões osteocondrais sem preenchimento, analisando o comportamento histológico destes grupos em função do tempo. Foram utilizados doze coelhos da raça Nova Zelândia, albinos, machos, adultos, submetidos a uma lesão osteocondral, de 4 mm de diâmetro e 3 mm de profundidade, em ambos os joelhos, na região da tróclea femoral. Nos joelhos direitos, que constituíram o Grupo Estudo, o defeito osteocondral foi preenchido por um coágulo de células mesenquimais, obtidas por centrifugação de um aspirado da medula óssea e selado com cola de fibrina. Nos joelhos esquerdos, que constituíram o Grupo Controle, o defeito osteocondral não recebeu qualquer preenchimento. Os animais foram divididos em três grupos de quatro coelhos, estudados após oito, 16 e 24 semanas. Os resultados foram descritos com base em uma escala de pontuação histológica que avaliou a morfologia celular, a reconstrução do osso subcondral, o aspecto da matriz, o preenchimento do defeito, a regularidade da superfície e a conexão das margens. A análise estatística foi realizada pelo Teste t-student para dados pareados na comparação entre Grupo Estudo e Grupo Controle. Para as comparações através do fator temporal, utilizou-se o Teste ANOVA one way. Com 5% de confiança, rejeitou-se a hipótese de igualdade entre os Grupos Estudo e Controle. Notou-se uma distância decrescente entre os escores dos Grupos Estudo e Controle com o aumento do tempo, bem como uma tendência crescente do valor da escala para o Grupo Controle. Concluiu-se que a aplicação de centrifugado de medula óssea em defeitos osteocondrais no joelho de coelhos mostrou melhor resultado na avaliação histológica, em comparação ao Grupo Controle. Analisando a evolução dos grupos através do tempo, houve uma aproximação de seus escores histológicos, sobretudo pelo aumento observado no Grupo Controle / The articular cartilage, due to its avascular nature, presents a limited regeneration capacity. A therapeutical approach to the treatment of cartilage defects consists of the utilization of cells or tissues applied to the lesion site. The aim of this study was to evaluate the effect of applying autologous bone marrow centrifuged in osteochondral lesions in the knees of rabbits, compared to a control group of osteochondral lesions without any filling, analyzing the behavior of these groups in terms of time. Twelve adult albino male New Zealand rabbits were used being submitted to an osteochondral lesion of 4 mm in diameter and 3 mm deep in both knees, at the femoral trochlea area. On the right knees, which comprised the Study Group, the osteochondral defect was filled by a clot of mesenchymal cells, obtained by centrifugation of an aspirate from bone marrow and sealed with fibrin glue. On the left knees, which comprised the Control Group, the osteochondral defect did not get any filling. The animals were divided into 3 groups of 4 rabbits, and studied after eight, 16 and 24 weeks. The results were described based on a histological grading scale which took into account the cell morphology, the subchondral bone reconstruction, the matrix staining, the filling of the defect, the surface regularity and the bonding of the edges. The statistical analysis was made by the t-student Test for paired data in the comparison between the Study Group and the Control Group. For the comparisons made by the time factor, it was used the ANOVA Test one way. With 5% level of confidence, the hypothesis of equality between the Study and Control Groups was rejected. It was observed a decreasing distance between scores of the Study and Control Groups as time increased, as well as an increasing tendency of the scale value for the Control Group. It was concluded that the application of autologous bone marrow centrifuged in osteochondral defects in the knees of rabbits showed better result in histological evaluation, in comparison to the Control Group. By analyzing the evolution of the groups through time, there was an approach of their histological scores, especially by the increase observed in the Control Group

A cartilagem articular, por sua natureza avascular, apresenta uma capacidade limitada de regeneração. Uma abordagem terapêutica para o tratamento de defeitos da cartilagem consiste na utilização de células ou tecidos aplicados ao local da lesão. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da aplicação de centrifugado de medula óssea autóloga em lesões osteocondrais no joelho de coelhos, em comparação com um grupo controle de lesões osteocondrais sem preenchimento, analisando o comportamento histológico destes grupos em função do tempo. Foram utilizados doze coelhos da raça Nova Zelândia, albinos, machos, adultos, submetidos a uma lesão osteocondral, de 4 mm de diâmetro e 3 mm de profundidade, em ambos os joelhos, na região da tróclea femoral. Nos joelhos direitos, que constituíram o Grupo Estudo, o defeito osteocondral foi preenchido por um coágulo de células mesenquimais, obtidas por centrifugação de um aspirado da medula óssea e selado com cola de fibrina. Nos joelhos esquerdos, que constituíram o Grupo Controle, o defeito osteocondral não recebeu qualquer preenchimento. Os animais foram divididos em três grupos de quatro coelhos, estudados após oito, 16 e 24 semanas. Os resultados foram descritos com base em uma escala de pontuação histológica que avaliou a morfologia celular, a reconstrução do osso subcondral, o aspecto da matriz, o preenchimento do defeito, a regularidade da superfície e a conexão das margens. A análise estatística foi realizada pelo Teste t-student para dados pareados na comparação entre Grupo Estudo e Grupo Controle. Para as comparações através do fator temporal, utilizou-se o Teste ANOVA one way. Com 5% de confiança, rejeitou-se a hipótese de igualdade entre os Grupos Estudo e Controle. Notou-se uma distância decrescente entre os escores dos Grupos Estudo e Controle com o aumento do tempo, bem como uma tendência crescente do valor da escala para o Grupo Controle. Concluiu-se que a aplicação de centrifugado de medula óssea em defeitos osteocondrais no joelho de coelhos mostrou melhor resultado na avaliação histológica, em comparação ao Grupo Controle. Analisando a evolução dos grupos através do tempo, houve uma aproximação de seus escores histológicos, sobretudo pelo aumento observado no Grupo Controle / The articular cartilage, due to its avascular nature, presents a limited regeneration capacity. A therapeutical approach to the treatment of cartilage defects consists of the utilization of cells or tissues applied to the lesion site. The aim of this study was to evaluate the effect of applying autologous bone marrow centrifuged in osteochondral lesions in the knees of rabbits, compared to a control group of osteochondral lesions without any filling, analyzing the behavior of these groups in terms of time. Twelve adult albino male New Zealand rabbits were used being submitted to an osteochondral lesion of 4 mm in diameter and 3 mm deep in both knees, at the femoral trochlea area. On the right knees, which comprised the Study Group, the osteochondral defect was filled by a clot of mesenchymal cells, obtained by centrifugation of an aspirate from bone marrow and sealed with fibrin glue. On the left knees, which comprised the Control Group, the osteochondral defect did not get any filling. The animals were divided into 3 groups of 4 rabbits, and studied after eight, 16 and 24 weeks. The results were described based on a histological grading scale which took into account the cell morphology, the subchondral bone reconstruction, the matrix staining, the filling of the defect, the surface regularity and the bonding of the edges. The statistical analysis was made by the t-student Test for paired data in the comparison between the Study Group and the Control Group. For the comparisons made by the time factor, it was used the ANOVA Test one way. With 5% level of confidence, the hypothesis of equality between the Study and Control Groups was rejected. It was observed a decreasing distance between scores of the Study and Control Groups as time increased, as well as an increasing tendency of the scale value for the Control Group. It was concluded that the application of autologous bone marrow centrifuged in osteochondral defects in the knees of rabbits showed better result in histological evaluation, in comparison to the Control Group. By analyzing the evolution of the groups through time, there was an approach of their histological scores, especially by the increase observed in the Control Group

O objetivo deste estudo foi avaliar se a injeção intra-articular em altas doses de ácido hialurônico, imediatamente após o trauma, pode reduzir a apoptose de condrócitos. Para cumprir este objetivo foi desenvolvido um estudo experimental com 40 joelhos de coelhos adultos. Os animais foram anestesiados e, em seguida, cada joelho sofreu três contusões com um bloco de 1 kg, solto por meio de um cilindro, a 1 metro de altura. Logo após as contusões, foram administrados, no mesmo coelho, 2 ml de ácido hialurônico em um joelho e 2 ml de solução salina no outro. Desta forma, obteve-se uma intervenção pareada, com melhora do poder estatístico do estudo. As doses foram repetidas a cada 3 ou 4 dias por 30 dias. Os coelhos foram mantidos no mesmo ambiente sob controle de temperatura, de atividades diárias e de alimentação. Após 30 dias, os animais foram abatidos e, por meio de artrotomia, foram realizadas as coletas da cartilagem do côndilo femoral medial e da tróclea de cada joelho. As peças foram preparadas para análise em microscopia óptica e coloração por TUNEL. Os indivíduos envolvidos no preparo e análise das peças não tiveram qualquer tipo de informação a respeito do experimento. A análise estatística foi feita pelo Teste t-student para dados pareados na comparação entre o grupo ácido hialurônico (AH) e o grupo controle. Foram analisados um total de 36 joelhos e obteve-se uma redução significativa (p<0,001) na taxa de apoptose de 68,01% (+ 19,73) do grupo controle para 53,52% (+ 18,09) do grupo AH. Diante dos resultados, concluiu-se que a injeção intra-articular de altas doses de ácido hialurônico, iniciando imediatamente após o trauma, reduz as taxas de apoptose (pós-traumática) de condrócitos de coelhos / The aim of this study was to assess whether intra-articular injection of high doses of hyaluronic acid immediately after trauma, can reduce apoptosis of chondrocytes. We have developed an experimental study with forty knees of adult rabbits. Animals were anesthetized and each one had had three knee injuries with a block of 1kg, released through a cylinder, 1 meter tall. After the bruises, 2ml of hyaluronic acid were injected in one knee and 2ml saline in the other. Doses were repeated each 3 or 4 days during 30 days. Rabbits were kept in the same environment under controlled temperature, daily activities and meals. Thirty days later, animals have been sacrificed. The cartilage of the medial femoral condyle and trochlea of each knee was retrieved with a scalpel by artrothomy. Specimens were prepared for optical microscopy and TUNEL staining. No information about the experiment was given to individuals who were involved in the preparation and analysis of the slides. Statistical analysis was performed by Students t test for paired data when comparing a group of hyaluronic acid (HA) and control group. We have analyzed a total of 36 knees and have obtained a significant reduction (p <0.001) in apoptosis rate of 68.01% (+ 19.73) for the control group 53.52% (+ 18.09) in the HA group. We conclude that the intraarticular injection of high doses of hyaluronic acid starting immediately after trauma, reduces impact-induced chondrocytes apoptosis rates in rabbits