Th.--Chir. dent.--Reims, 1979. N°: 12.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les tendinopathies sont la première cause de maladie professionnelle en France. Elles sont devenues une préoccupation majeure de santé publique. Cependant, leurs mécanismes physiopathologiques restent encore mal définis. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux phases précoces de la tendinopathie engendrées par une sur-utilisation du tendon supra-épineux (tSE) de la coiffe de rotateurs de l’épaule chez le rat. Nous avons tenté de comprendre les mécanismes à l’origine de cette pathologie afin de pouvoir agir et la traiter en amont de l’apparition des symptômes.Nous montrons que le profil d’évolution moléculaire des collagènes, des protéoglycanes et des glycosaminoglycanes (GAGs) associé aux phases précoces de la sur-utilisation, témoigne d’un profond remaniement matriciel et d’une différenciation chondroïde des fibroblastes tendineux. Nous avons identifié les métalloprotéinases (MMPs) majeures et leurs inhibiteurs (TIMPs) susceptibles d’être impliqués dans ce remaniement. Nos résultats suggèrent que le mécanisme lésionnel initial et les changements matriciels observés sont dus à un processus induit par des médiateurs locaux libérés par les ténocytes et non à une réaction inflammatoire. Enfin, nous avons cherché à établir une corrélation entre les changements moléculaires observés et le degré de sévérité d’une tendinopathie diagnostiquée chez l’Homme. Nous avons montré, sur des échantillons de tendon patellaire humain une relation entre la quantité des GAGs et le score (VISA score) reflétant le degré pathologique du tendon.Cette étude nous a donc permis d’améliorer nos connaissances des phases précoces du processus d’altération du tSE. Cependant, d’importants efforts restent néanmoins à accomplir dans la caractérisation de la pathogenèse précoce notamment pour préciser le contexte biomécanique qui la génère. / Tendinopathies are the first cause of professional diseases in France. They are a major public health concern. However, their physiopathological mechanisms remain poorly understood. This project aimed at investigating the early stages of supraspinatus tendinopathy caused by overuse. Using a rat animal model, we attempted to understand the mechanisms behind this disease in order to act and treat the symptoms upstream of their onset.We have shown that the molecular changes of collagens, proteoglycans and glycosaminoglycans (GAGs) associated with the early events of overuse attest a major matrix remodeling and chondrogenic differentiation of tendon cells. We identified the main metalloproteinases (MMPs) and their inhibitors (TIMPs) that may be involved in this remodeling. Our results further suggest that the initial mechanisms linked to the observed matrix changes are due to local mediators release by tenocytes rather than an inflammatory process. Finally, we attempted to correlate molecular changes observed during overuse with the severity of the tendinopathy diagnosed in humans. We have shown a relationship between the amount of GAGs and the pathological score (VISA score) on human patellar tendons.This study improved our knowledge of the early pathological events of the supraspinatus tendon. However, more remains to be done for characterizing the early stages of tendinopathy especially to clarify the biomechanical context up-stream.

Tendinopathien der Achilles- oder Patellarsehne sind häufig in Sportarten mit zahlreichen repetitiven Belastungen im Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus der unteren Extremität zu finden. Sowohl eine möglicherweise alterierte belastungsspezifische neuromuskuläre Antwort (NMA), als auch funktional begründete Therapiemaßnahmen mit möglichen positiven Effekten sind aktuell ungeklärt. Ziel der Arbeit war deshalb die Untersuchung der belastungsspezifischen neuromuskulären Antwort bei Athleten mit Tendinopathie der Achilles- oder Patellarsehne im Vergleich zu beschwerdefreien Athleten. Zusätzlich sollten mögliche funktionale und therapeutische Effekte eines sensomotorischen Trainings im randomisierten, kontrollierten und prospektiven Studiendesign überprüft werden. 51 Sportler mit unilateraler Tendinopathie (Achilles-/Patellarsehne n = 35/16) und 33 gesunde Sportler wurden zur Beurteilung der belastungsspezifischen neuromuskulären Antwort eingeschlossen. Zur Klärung der Effekte eines sensomotorischen Trainings im Längsschnitt konnten 26 Sportler mit Tendinopathie randomisiert zu einer Kontrollgruppe (n = 14) und einer Therapiegruppe mit sensomotorischem Training (n = 12) zugeordnet werden. Nach einer ersten biomechanischen Messung M1 (Belastungssituationen: Lauf-, Stabilisations-, Kraftbelastung) und der Erhebung der subjektiven Schmerzsymptomatik folgte eine 8-wöchige Therapiephase mit einer abschließenden Re-Test-Messung M2 identisch zu M1. Das sensomotorische Training war auf die gesamte untere Extremität ausgerichtet und wurde nach Einweisung regelmäßig kontrolliert. Die Erfassung der NMA erfolgte über die Quantifizierung der muskulären Aktivität (EMG). Zusätzlich wurde die Kinetik (z.B. Maximalkraft) belastungsspezifisch erfasst. Eine reduzierte NMA konnte für die Sportler mit Tendinopathie über veränderte EMG-Zeit- und Amplitudenmessgrößen, eine reduzierte aktive Stabilisationsfähigkeit und Maximalkraft (p < 0,05) nachgewiesen werden. In Abhängigkeit der Lokalisation (Achilles-/Patellarsehen) bzw. der Seite (Beschwerdeseite/gesunde Seite) ergaben sich keine relevanten Differenzen. Das sensomotorische Training zeigte eine Optimierung der NMA (z.B. erhöhte Maximalkraft) bei Tendinopathie der Achilles- oder Patellarsehne. Die Überprüfung der Beschwerdesymptomatik wies in allen Schmerz-Scores nach der Therapie reduzierte Werte und damit einen positiven therapeutischen Effekt gegenüber der Kontrollgruppe auf. Zusammenfassend kann eine systematisch reduzierte NMA bei Lauf-, Stabilisations- und Kraftbelastung der Sportler mit Tendinopathie nachgewiesen werden. Das sensomotorische Training ist funktional und therapeutisch als effiziente Therapiemaßnahme zu erachten. / Tendinopathies of the achilles- or patellartendon are common overuse unjuries in sports including high numbers of repetitive stretch-shortening-cycles of the lower limb. Possible alterations of the neuromuscular response (NMR) to physical stress and functionally justified therapies with potential positive effects are currently unknown. The aim of the study was therefore the analysis of the neuromuscular response in situations with physical stress in athletes with tendinopathie of the achilles or patellartendon compared to symptom free athletes. In addition, possible functional and therapeutic effects of a sensorimotor training were studied in a prospective, randomized and controlled study. 51 athletes with unilateral tendinopathy (achilles-/patellartendon n = 35/16) and 33 healthy athletes were included to assess the stress related neuromuscular response (NMR). To clarify the effects of a sensorimotor training 26 athletes with tendinopathy were randomized to a control group (n = 14) and a therapy group with sensorimotor training (n = 12). After initial biomechanical measurements M1 (situations: running, active postural stability and maximum strength test) and the collection of subjective complaints (pain) an 8-week treatment phase followed with a final re-test M2 measure identical to M1. The sensorimotor training was arranged for the entire lower extremity, and was checked after an initial briefing on a regular basis. The assessment of the NMR was quantified by muscle activity (EMG). In addition, the kinetics (e.g. maximum force) was acquired in the stabilization and maximum strength test. A reduced NMR could be proven for athletes with tendinopathy with changed EMG time and amplitude measurements, a reduced active postural stabilization ability and reduced maximum strength (p <0.05). No relevant differences could be observed in comparing localization (achilles-/patellartendon) and side (leg with complains/healthy leg). The sensorimotor training showed an optimization of NMR (e.g. increased maximum strength) for patient with tendinopathy of the achilles- or patellartendon. The examination of the complaints showed reduced values in all pain scores after therapy. The treatment had therefore positive therapeutic effects compared to the control group. In summary, a systematically reduced NMR in running, stabilization and strength tests are evident for athletes with tendinopathy. The sensorimotor training can be considered as an efficient treatment with functional and therapeutic effects.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Einleitung: Die Tendinopathie der Oberflächlichen Beugesehne (OBS) ist eine häufig auftretende orthopädische Erkrankung beim Pferd, die meist zu einer langfristigen oder sogar endgültigen Leistungsdepression führt. Bisher besteht kein therapeutischer Goldstandard, jedoch wird die Therapie mit multipotenten mesenchymalen Stromazellen (MSC) als aussichtsreich erachtet. Der Verbleib und der Wirkmechanismus dieser Zellen nach lokaler Applikation sind nicht hinreichend bekannt. Eine kombinierte Markierung der MSC mit superparamagnetischen Eisenoxidpartikeln (SPIO) und dem Fluoreszenzfarbstoff Rhodamin B ermöglicht die Analyse der Biodistribution mit Hilfe von Magnetresonanztomographie (MRT), histologischen und fluoreszenzbasierten Untersuchungen. Ziele: Wesentliches Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der lokalen Distribution intraläsional applizierter MSC sowie die Untersuchung einer potentiellen systemischen Verteilung und gezielten Einwanderung in anderes geschädigtes Gewebe. Weiterhin sollte die Anwendung des Magic Angle- Effektes in der MRT bezüglich Durchführbarkeit an stehenden Pferden und Effektivität des Zelltrackings evaluiert werden. Tiere, Material und Methoden: Bei 6 Pferden wurden im mittleren Teil der metakarpalen/-tarsalen OBS aller 4 Gliedmaßen Sehnenläsionen auf mechanisch-enzymatischem Wege induziert. Die für die Applikation aus Fettgewebe der Glutealregion gewonnenen, autologen MSC wurden mit Molday ION Rhodamine B (BioPAL, Inc., Worcester, USA) markiert. 3 Wochen nach Defektinduktion erfolgte die intraläsional Applikation der markierten MSC in die OBS einer Vorder- und einer Hintergliedmaße und Serum in die kontralateralen Kontrolldefekte. Im Zeitraum der Zellapplikation wurden mehrere venöse Blutproben durchflusszytometrisch auf Rhodamin B-positive Zellen hin untersucht. Insgesamt erfolgten 10 MRT-Untersuchungen der Vordergliedmaßen bis zur 24. Woche nach Zellapplikation in denen Standard- und Magic Angle-Aufnahmen angefertigt wurden. Bis zur 3. Woche nach Zellapplikation erfolgten 4 Standard-MRT-Untersuchungen der Hintergliedmaßen. T1- und T2*- gewichtete Sequenzen dienten bei beiden Aufnahmetechniken der Beurteilung SPIO-bedingter hypointenser Artefakte. 3 Wochen nach der Zellapplikation wurden Biopsien aus den OBS der Hintergliedmaßen entnommen. Zum gleichen Zeitpunkt erfolgte die Entnahme von subkutanem Fett- und Muskelgewebe aus dem Bereich der Fettentnahmestelle und aus der unbeschädigten kontralateralen Glutealregion. 24 Wochen nach Zellapplikation wurden die Tiere euthanasiert und die OBS der Vordergliedmaßen entnommen. Alle Gewebeproben wurden histologisch (Preußisch Blau Färbung) und fluoreszenzbasiert (Fluoreszenzmikroskopie, Durchflusszytometrie) untersucht. Ergebnisse: SPIO-bedingte hypointense Artefakte waren über 24 Wochen in MRT-Aufnahmen der MSC-behandelten OBS vorhanden. Die Signalintensität war konstant niedrig, jedoch verringerte sich das Volumen der hypointensen Artefakte mit der Zeit. Diese ließ ein Abnehmen der Zahl markierter MSC vermuten, was in histologischen Analysen bestätigt wurde. Der Magic Angle-Effekt konnte in allen OBS der Vordergliedmaßen und zu allen Zeitpunkten erzeugt werden. Die Abgrenzbarkeit der hypointensen Artefakte gegenüber dem in Standard-MRT-Aufnahmen hypointensen gesunden Sehnengewebe erhöhte sich, jedoch gab es keine Unterschiede in der Volumenmessung der SPIO- bedingten hypointensen Artefakte zwischen Standard- und Magic Angle-Aufnahmen. Histologisch konnten intrazelluläre Preußisch Blau-positive Zellen in den MSC-behandelten und kontralateralen Sehnenläsionen sowie in anderem geschädigten Gewebe detektiert werden. Diese Beobachtungen bestätigten sich durch den Nachweis Rhodamin B-positiver Zellen. Durchflusszytometrische Untersuchungen von Blutproben zeigten, dass Rhodamin B-positive Zellen vor allem innerhalb der ersten 12 Stunden nach der Zellapplikation im venösen Blut vorhanden waren. Die intraläsional applizierten MSC verblieben hauptsächlich in der behandelten Sehnenläsionen, welches durch das konstant niedrige Signal der Artefakte in der MRT und durch die Detektion markierter Zellen in entsprechenden histologischen Proben belegt wurde. Schlussfolgerung: Eine langfristige Verfolgung SPIO-markierter MSC ist in vivo im MRT durch beide Aufnahmetechniken möglich. Die Abgrenzbarkeit SPIO-bedingter hypointenser Artefakte kann durch den Magic Angle-Effekt erhöht werden. Allerdings ist die Sensitivität der Zellverfolgung in der MRT begrenzt und somit kann eine geringe Zellmigration nicht detektiert werden. Trotz der Hinweise auf eine systemische Verteilung und Migration der markierten Zellen in anderes geschädigtes Gewebe, verbleibt ein Großteil der markierten MSC nach der intraläsionalen Injektion in der behandelten OBS.

Les tendinopathies sont la première cause de maladie professionnelle en France. Elles sont devenues une préoccupation majeure de santé publique. Cependant, leurs mécanismes physiopathologiques restent encore mal définis. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux phases précoces de la tendinopathie engendrées par une sur-utilisation du tendon supra-épineux (tSE) de la coiffe de rotateurs de l'épaule chez le rat. Nous avons tenté de comprendre les mécanismes à l'origine de cette pathologie afin de pouvoir agir et la traiter en amont de l'apparition des symptômes.Nous montrons que le profil d'évolution moléculaire des collagènes, des protéoglycanes et des glycosaminoglycanes (GAGs) associé aux phases précoces de la sur-utilisation, témoigne d'un profond remaniement matriciel et d'une différenciation chondroïde des fibroblastes tendineux. Nous avons identifié les métalloprotéinases (MMPs) majeures et leurs inhibiteurs (TIMPs) susceptibles d'être impliqués dans ce remaniement. Nos résultats suggèrent que le mécanisme lésionnel initial et les changements matriciels observés sont dus à un processus induit par des médiateurs locaux libérés par les ténocytes et non à une réaction inflammatoire. Enfin, nous avons cherché à établir une corrélation entre les changements moléculaires observés et le degré de sévérité d'une tendinopathie diagnostiquée chez l'Homme. Nous avons montré, sur des échantillons de tendon patellaire humain une relation entre la quantité des GAGs et le score (VISA score) reflétant le degré pathologique du tendon.Cette étude nous a donc permis d'améliorer nos connaissances des phases précoces du processus d'altération du tSE. Cependant, d'importants efforts restent néanmoins à accomplir dans la caractérisation de la pathogenèse précoce notamment pour préciser le contexte biomécanique qui la génère.

Belastungsinduzierte Sehnen- und Bandschäden, besonders die der Oberflächlichen Beugesehne, sind eine der häufigsten muskuloskelettalen Erkrankungen bei Sportpferden. Die intraläsionale Anwendung von multipotenten mesenchymalen Stromazellen (MSC) stellt eine vielversprechende Therapieoption zur Reduktion der Rezidivraten dar. Der Verbleib der applizierten Zellen und ihre Wirkungsmechanismen sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Die Magnetresonanztomografie (MRT) ist ein hervorragendes Werkzeug zur Erkennung von Sehnengewebsabnormalitäten im distalen Gliedmaßenbereich sowie zum Verfolgen injizierter Zellen. Mit superparamagnetischen Eisenoxid-Partikeln (Spio) markierte MSC werden in der MRT als hypointense Artefakte sichtbar. Gesunde Sehnen zeigen jedoch auch ein hypointenses Signal, wodurch es nicht möglich ist, markierte Zellen von physiologischem Sehnengewebe zu unterscheiden. Ziel dieser Arbeit war die magnetresonanztomografische Darstellung Spio-markierter equiner MSC in unterschiedlichen Zellzahlen in equinem physiologischen Sehnengewebe mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes. In der vorliegenden Arbeit wurden equine MSC mit Spio-Partikeln (BioPal Molday ION Rhodamine B, Inc., Worcester, USA) markiert und in präparierte Schnittinzisionen, in zuvor entnommenen Oberflächlichen Beugesehnen von Kadaverbeinen,in unterschiedlichen Zellzahlen von 106, 105, 104 MSC injiziert. Anschließend erfolgte eine magnetresonanztomografische Untersuchung der Sehnenkonstrukte jeweils in einem 90° sowie 55° Winkel zum Hauptmagnetfeld B0 in drei Magnetresonanztomografen unterschiedlicher Feldstärken (0,27 T (Tesla), 3 T, 7 T). Dabei wurden jeweils T1- und T2*- gewichtete 3D-Gradientenechosequenzen genutzt. Im Anschluss erfolgte eine histologische Validierung der magnetresonanztomografischen Ergebnisse mittels Preußischblau-, Diamino-2-Phenylindol-Färbung (DAPI) und Hämatoxylin-Eosin-Färbung. Im Nieder- und Hochfeld-MRT 3 T konnte eine signifikante Zunahme der Signalintensität der Oberflächlichen Beugesehne in der T1- und T2*-gewichteten Sequenz mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes (Konstruktwinkelung von 55° zum Hauptmagnetfeld B0) im Vergleich zur 90° Standardwinkelung verzeichnet werden (p < 0,05). Des Weiteren konnte die Ausprägung des Magic-Angle-Effektes im 3 T-Hochfeldsystem in der T1- und T2*-gewichteten Sequenz als deutlicher beurteilt werden als im Niederfeldsystem (p < 0,05). Im 7 THochfeldsystem konnten keine signifikanten Unterschiede der Signalintensität der Oberflächlichen Beugesehne in den unterschiedlichen Sequenzen und Winkelungen der Sehnenkonstrukte zum Hauptmagnetfeld B0 gefunden werden. Die Detektion einer Zellzahl von 106 markierten MSC war sowohl im Nieder- als auch im Hochfeldsystem und sowohl in der T1- als auch in der T2*-gewichteten Sequenz mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes sicher möglich (p < 0,05). Darüber hinaus konnte im Hochfeld-MRT 7 T ebenfalls eine Zellzahl von 104 markierten MSC visuell detektiert werden. Des Weiteren konnte im Nieder- sowie 3 THochfeldsystem bei einer Zellzahl von 106 und 105 ein höheres Kontrast-Rausch-Verhältnis der T1-gewichteten Sequenzen beider Winkeltechniken gegenüber der T2*-gewichteten Sequenzen festgestellt werden. Darüber hinaus stellte sich das Kontrast-Rausch-Verhältnis beider Sequenzen mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes höher gegenüber der Standardwinkelung von 90° zum Hauptmagnetfeld B0 dar. Außerdem konnte mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes bei einer Zellzahl von 106 und 105 ein erhöhtes Kontrast-Rausch-Verhältnis in den T1- und T2*-gewichteten Sequenzen des 3 T-Hochfeldsystems gegenüber der Standardwinkelung und des Niederfeldsystems ermittelt werden. Des Weiteren konnte in beiden Systemen eine Erhöhung des Kontrast-Rausch-Verhältnisses mit steigender Zellzahl beobachtet werden. Außerdem zeigte die T1-gewichtete Sequenz mit Hilfe des Magic-Angle- Effektes sowohl im Nieder- als auch im Hochfeldsystem das höchste Kontrast-Rausch-Verhältnis. Bei der qualitativen lichtmikroskopischen Auswertung der Preußischblau-gefärbten Proben konnte in allen Zellzahlen der Nachweis Preußischblau-positiver Strukturen erbracht werden. Der Großteil dieser positiven Strukturen war innerhalb spindelförmiger Zellen lokalisiert. Darüber hinaus konnte ein signifikant höheres Volumen Preußischblau-positiver MSC bei einer Zellzahl von 106 im Vergleich zu einer Zellzahl von 104 ermittelt werden (p <0,05). Des Weiteren konnte Fluoreszenzmikroskopisch in allen markierten Proben die Präsenz Rhodamin B-positiver Zellen entlang der Schnittinzisionen nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Spio-markierte MSC sind in Abhängigkeit von ihrer Zellzahl im Nieder- und Hochfeld-MRT nachweisbar. Es ist eine Detektion ab einer Zellzahl von 105 im Nieder- und Hochfeld-MRT 3 T möglich. Des Weiteren ist die Visualisierung markierter MSC in einer Zellzahl von 104 in einem Hochfeld-MRT 7 T realisierbar. Darüber hinaus ist es mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes möglich Spio-markierte MSC in gesundem Sehnengewebe im Nieder- und Hochfeldsystem zu detektieren. Als besonders geeignet konnte aufgrund des höheren Kontrast-Rausch-Verhältnisses die T1-gewichtete Sequenz ermittelt werden. Die Technik dieser Studie kann für zukünftige in-vivo-Studien zur Biodistribution von MSC und dem longitudinalen Zelltracking im Organismus von großem Nutzen sein.:1 EINLEITUNG ................................................................................................................. 1 2 LITERATURÜBERSICHT .............................................................................................. 3 2.1 Anatomie und Physiologie der Sehne am Beispiel der Oberflächlichen Beugesehne des Pferdes ......................................................................................... 3 2.1.1 Makroskopische Anatomie der Oberflächlichen Beugesehne .................................. 3 2.1.2 Struktureller Aufbau und mikroskopische Anatomie ................................................ 6 2.2 Sehnenerkrankungen ............................................................................................... 7 2.2.1 Allgemeines und Definition ...................................................................................... 7 2.2.2 Pathophysiologie ..................................................................................................... 9 2.2.3 Sehnenheilung .......................................................................................................12 2.2.4 Diagnostik von Sehnenerkrankungen .....................................................................14 2.2.5 Therapie .................................................................................................................17 2.3 Multipotente Mesenchymale Stromazellen ............................................................21 2.3.1 Allgemeines ...........................................................................................................21 2.3.2 Einsatz von MSC bei Erkrankungen der equinen Oberflächlichen Beugesehne .....23 2.3.3 Wirkmechanismus ..................................................................................................24 2.3.4 Longitudinales Zelltracking .....................................................................................25 2.4 Magnetresonanztomografie ....................................................................................28 2.4.1 Allgemeines ...........................................................................................................28 2.4.2 Physikalische Prinzipien .........................................................................................28 2.4.3 Relaxation ..............................................................................................................30 2.4.4 Bildkontrast ............................................................................................................31 2.4.5 Repetitionszeit ........................................................................................................32 2.4.6 Echozeit .................................................................................................................32 2.4.7 Darstellung von Sehnen und Bändern ....................................................................33 2.4.8 Magic-Angle-Effekt .................................................................................................34 2.4.9 Suszeptibilitätsartefakte .........................................................................................35 3 ZIELSTELLUNG UND HYPOTHESEN .........................................................................38 4 MATERIAL UND METHODEN ......................................................................................39 4.1 Übersicht Versuchsaufbau......................................................................................39 4.2 Isolation der MSC ....................................................................................................39 4.3 Zellaufbereitung .......................................................................................................40 4.3.1 Expansion der MSC ...............................................................................................41 4.3.2 Markierung der MSC ..............................................................................................41 5.6 Histologie .................................................................................................................77 5.6.1 Preußischblau-Färbung ..........................................................................................77 5.6.2 Vergleich der Volumen der Preußischblau-positiven Strukturen zum Volumen der hypointensen Artefakte im MR-Bild ........................................................................79 5.6.3 Hämatoxylin-Eosin-Färbung ...................................................................................84 5.6.4 Diamino-2-Phenylindol- (DAPI) -Färbung ...............................................................85 6 DISKUSSION ................................................................................................................87 6.1 Diskussion Material und Methodik .........................................................................87 6.1.1 Equine Oberflächliche Beugesehne .......................................................................87 6.1.2 Zellmarkierung und Zellviabilität .............................................................................87 6.1.3 Magnetresonanztomografie ....................................................................................88 6.1.4 Histologie ...............................................................................................................89 6.2 Diskussion Ergebnisse ...........................................................................................90 6.2.1 Magnetresonanztomografie ....................................................................................90 6.2.2 Histologie ...............................................................................................................95 6.3 Schlussfolgerung aus den Ergebnissen ................................................................95 7 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................96 8 SUMMARY....................................................................................................................98 9 LITERATURVERZEICHNIS ........................................................................................ 100 ANHANG ........................................................................................................................... 115 DANKSAGUNG ................................................................................................................. 120

Bei jugendlichen Athleten wirken sowohl die körperliche Reifung als auch die erhöhte mechanische Belastung auf die Entwicklung des Muskel- und Sehnengewebes. Die Interaktion dieser beiden adaptationswirksamen Stimuli könnte, insbesondere bei Sportlern aus Sprungdisziplinen, Dysbalancen des Kraftpotenzials der Muskulatur und der Widerstandsfähigkeit der Sehne auslösen und somit potentiell das Verletzungsrisiko der Sehne erhöhen. Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende Arbeit mittels Magnetresonanztomographie, Ultraschall und Dynamometrie die Entwicklung der morphologischen und mechanischen Eigenschaften der Knieextensoren und der Patellarsehne bei jugendlichen Kader-Volleyballathleten. Durch eine Querschnitts- und zwei Längsschnittstudien konnte Evidenz dafür erbracht werden, dass sich unter dem Einfluss der sportartspezifischen Belastung Kraft und Morphologie des Muskels in Relation zu den mechano-morphologischen Eigenschaften der Patellarsehne bei den jugendlichen Athleten nicht ausgewogen entwickeln, was zu einer erhöhten chronischen Belastung und Beanspruchung des Sehnengewebes führt. Darüber hinaus können muskulotendinöse Dysbalancen im Trainingsprozess durch erhöhte Fluktuationen der Muskelkraft und einer nicht-adäquaten Modulation der Widerstandsfähigkeit der Sehne zu episodischen Spitzen der mechanischen Beanspruchung der Sehne führen. Eine derart unausgewogene Entwicklung von Muskel und Sehne könnte für die Ausprägung von Überlastungsbeschwerden in der hier untersuchten Risikogruppe für Tendinopathien prädisponieren. Im Rahmen der Forschungsbemühungen wurde darüber hinaus ein Verfahren zur Vorhersage des Volumens von Oberschenkelmuskeln auf der Basis einfach zu erhebender Parameter entwickelt. Durch das Verfahren ließe sich zukünftig der Zeit- und Kostenaufwand muskelmorphologischer Diagnostik deutlich reduzieren. / In adolescent athletes, the development of muscle and tendon tissue is influenced both by maturation and mechanical loading. The interaction of these two driving stimuli could initiate imbalances in the development of the muscle strength capacity and tendon stiffness, especially in athletes from sports that feature a high frequency of jumps. A consequence could be an increased mechanical demand placed upon the tendon by the working muscle, which might increase the risk of tendon injury. Considering the lack of information on the effects of maturation and superimposed mechanical loading on the muscle-tendon unit during adolescence, the present work examines the development of the morphological and mechanical properties of the knee extensors and patellar tendon in adolescent elite volleyball athletes by means of magnetic resonance imaging, ultrasound and dynamometry. A cross-sectional comparison and two longitudinal studies provided evidence that the two-fold stimulus of sport-specific loading and maturation results in and imbalanced development of muscle strength and morphology in relation to the mechano-morphological properties of the patellar tendon in mid-adolescent volleyball athletes and results in increased tendon stress and strain. Moreover, during a training process, fluctuations of muscle strength and an inadequate modulation of tendon stiffness initiate episodes of high-level tendon strain during maximum muscle contractions. Such an imbalanced development of muscle and tendon could predispose for the development of tendon overuse injury in adolescent volleyball athletes, which are known to be at high risk of developing tendinopathy. Moreover, in the context of the described research endeavour, a method for the volume prediction of thigh muscles on the basis of easily measurable parameters has been developed, which could greatly reduce the time and costs involved in the diagnostics of muscle morphology in the future.

Die equine Regenerationsmedizin versucht nach einer Sehnenverletzung (oberflächliche, tiefe Beugesehne: OBS, TBS) oder Bandverletzung (Fesselträger FT) die konsekutive Narbenbildung mit intraläsional applizierten potenziell regenerativen Therapeutika (prT) zu vermeiden. PrT sind mesenchymale stromale multipotente Progenitorzellen (MSC) aus unterschiedlichen Gewebequellen, sowie blutzellbasierende - meist Platelet Rich Plasma (PRP) - oder azelluläre Blutprodukte. Ein Langzeiterfolg ist noch nicht evident nachgewiesen; die Arbeit möchte dazu beitragen, die bestehende Lücke zu schließen. Die Arbeitsfrage lautet: Wie kann mit einer einzigen quantitativen Effektvariable bei Sportpferden, die nach einer natürlich entstandenen Erkrankung der OBS,TBS oder FT konservativ, mit kontrollierter Bewegung allein (KtrB) oder regenerativ (PrTB) behandelt werden, die ‚langfristige Gebrauchsfähigkeit’ (GF) valide gemessen und bisherige Studienergebnisse verglichen werden? Material: Inkludiert sind 51 in vivo Studien (1983-2016) entsprechend der Arbeitsfrage. Exkludiert sind in vivo Studien mit künstlich induzierten Erkrankungen, mit konventioneller oder chirurgischer Behandlung sowie in vitro Studien Methoden: Da die Studienergebnisse nicht direkt vergleichbar sind, wird ein evidenzbasiertes einfaches Evaluationsmodell mit der neuen quantitativen Effektgröße 'Gebrauchsfähigkeitsrate' GFR entworfen. Die metaanalytische gepoolte Reanalyse kann damit unabhängig von den Ergebnissen der Primärstudien die GF der Sportpferde neu bewerten. Als maßgebliche Einflussfaktoren auf GF werden u.a. definiert: Gewebestruktur, prT, sportliche Disziplin, Läsionsgrad, Altersklasse der Pferde, Prüfzeitdauer nach Rehabilitation zur Kontrolle des ‚Erfolgsmerkmals’ (EM) auf ein Rezidiv. Die Daten werden aus den Studien extrahiert und zu sog. Behandlungsgruppen (BehG) zusammengefasst. Nach Gewebestruktur (OBS-TBS, FT-Ursprung/-Körper/-Schenkel) und Behandlungsform (KtrB, PrTB) geordnete BehG werden soweit vergleichbar zu größeren BehG mit präziserem GFR gepoolt. Der Effektunterschied zwischen prT wird gegebenenfalls statistisch gesichert. Als EM ist definiert: 'Nach Rehabilitation kehren die Sportpferde zur Arbeit auf (mindestens) dem ursprünglichen Leistungsniveau zurück'. Die Erfolgsrate bzgl. EM ist E. In der Prüfzeitdauer nach Rehabilitation wird die Rezidivrate (R) ermittelt. E und R ergeben die Effektgröße GFR = E(1-R). Diese wird mittels 3 ganzzahliger Variablen A, B, C normiert: GFR = (N-A-B-C)/(N-A). A, B, C sind disjunkte Fallgruppen der N Patienten einer BehG. Die standardisierte Studiendauer ergibt sich aus der projektierten Rehabilitationsdauer (proj. Reha) und der ‚standardisierten Prüfzeit’ (P). Im Konsens mit den untersuchten Studien ist sie bei OBS-TBS 3 Jahre (1 Jahr proj. Reha + 2 Jahre P), beim FT 2,25 Jahre (0,75 Jahre proj. Reha + 1,5 Jahre P). Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei der OBS erscheint die Chance (OR, odds ratio) auf die zweijährige GF mit Amnion-MSC (2GFR = 94,1 %, n* = 34) 7-fach größer (OR = 7,2 [1,7-31,4]) sowohl vs. Knochenmark-MSC (2GFR = 68,8 %, n* = 145) als auch 9-fach größer (OR = 9,7 [2,1-45]) vs. PRP (2GFR = 60,4 %, n* = 51) sowie 11-fach größer (OR = 11,4 [2,5-52,1]) vs. KtrB (2GFR = 57,5 %, n* = 60). Erstmals kann bei diesen prT die Effektdifferenz dGFR > 25 % mittels Poweranalyse per Signifikanznachweis (Power >90 %; p < 0,025) durch die erforderliche Fallzahl statistisch gesichert werden. Allerdings stützt sich das Ergebnis für Amnion-MSC noch auf nur eine Studie. Bei TBS und FT fehlen Vergleichsgruppen noch. Da replizierbare wissenschaftliche Ergebnisse mit hoher interner und externer Evidenz nur mit standardisierten Parametern erzielt werden können, erscheint das GFR-Modell für zukünftige Studien von wesentlichem Interesse. / The equine regenerative medicine is seeking to avoid the subsequent scarring after a tendon (superficial and deep digital flexor tendon: SDFT, DDFT) or ligament (suspensory ligament: SL) injury by intralesionally applicated potential regenerative therapeutics (prT). PrT are mesenchymal stromal multipotential progenitor cells (MSC) from different sources of tissue, as well as products of blood, based on blood cells (PRP in most cases, platelet rich plasma) or acellular. Evidence of long-term treatment-success has not yet provided. This study wants to go towards closing the gap on this front. The leading question is: How can the 'long-term fit for use' (FfU) of sport horses, which are treated either conservatively with controlled exercise allone (CtrT) or regeneratively (PrTT) after suffering from naturally occuring tendinopathies of SDFT, DDFT or FT, be quantified in a valid way with a single effect variable? And how can the results of previous research studies be compared? Material: Includet are 51 in vivo studies (1983-2016) relating to the leading question. Excluded are in vivo studies with artificially induced lesions, with conventional or surgical treatment as well as in vitro studies. Methods: Findings of the studies are not directly comparable. As a consequence an evidence-based simple evaluation-model with the new quantitative effect size called ‘rate of fit for use’ (FFU) is developed. Based on this model the meta-analytical pooled re-analysis can re-assess FfU of the sport horses independently from findings of primary studies. The following influencing factors affecting FfU are defined: Structure of tissue, prT, sportive kind-of-use, degree of lesion, age class of horses, duration of monitoring after rehabilitation to controll the outcome (OC) for recurrence. The data are extracted from the studies and configured to so-called treatment groups (TGs). According to structure of tissue (SDFT, DDFT, SL-body, SL-origin, SL-branches) and kind of treatment (CtrT, PrTT) comparable TGs are pooled to bigger TGs with more precise FFU. If possible difference of effect between prTs is statistically assured. OC is defined as: 'After rehabilitation the sport horses return to work at (not less than) the initial level of performance'. Rate of OC is E. During duration of monitoring after rehabilitation the rate of recurrence (R) is checked. E and R are combined to FFU = E(1-R). In addition FFU is standardized in accord with the formula FFU = (N-A-B-C)/(N-A). A, B, C are integer variables representing disjunctive case groups of N, which is the total number of treated patients of a TG. The standardized duration of study results from the 'planned duration of rehabilitation' (planReha) and ‘standardized duration of monitoring’ (DoM). In consence with research studies it adds up to 3 years at SDFT-DDFT (1 year planReha +2 years DoM) and 2.25 years at SL (0.75 year planReha +1.5 years DoM). Results and conclusion: The chance (OR, odds ratio) with AM-MSC for biennial FfU (2FFU = 94.1 %, N-A = 34) appears to be more than at least 7-fold (OR = 7.2 [1.7-31.4]) as high as with BM-MSC (2FFU = 68.8 %, N-A = 145) as well as 9-fold (OR = 9.7 [2.1-45]) high as with PRP (2FFU = 60.4 %, N-A = 51) as well as 11-fold (OR = 11.4 [2.5-52.1]) high as with CtrT (2FFU = 57.5 %, N-A = 60). For the first time, power-analysis can statistically assure the difference of effect 25 % < dFFU (power > 90 %; p < 0.025) between these TGs through significant evidence based on the needed number of cases. However 2FFU with AM-MSC still relies on only 1 study. At DDFT and at LS comparison groups still are lacking. Because replicable scientific results with high internal and external evidence only can be approached based on standardized parameters, FFU-model seems to be essential for future studies.