«Παθοβιοχημεία της εκφύλισης Μηνίσκου στον Άνθρωπο: Συμμετοχή του Σηματοδοτικού Άξονα p38 MAPK-NF-kB και της Κυκλο-οξυγενάσης 2 (COX-2)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ «Παθοβιοχημεία της εκφύλισης Μηνίσκου στον Άνθρωπο: Συμμετοχή του Σηματοδοτικού Άξονα p38 MAPK-NF-kB και της Κυκλο-οξυγενάσης 2 (COX-2) Παπαδάκου Ευγενία Διδακτορική Διατριβή Πάτρα 2010 1

Copyright Παπαδάκου Ευγενία Σχολή Επιστημών Υγείας Πανεπιστημίου Πατρών Τμήμα Ιατρικής 2

3

Πρόλογος Ευχαριστίες Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να συμβάλλει στη μελέτη της συμμετοχής της COX-2 όπως και των ρυθμιστών αυτής NF-kB και p38 MAPK στην παθογένεια της εκφύλισης και των τραυμάτων των μηνίσκων, δεδομένης της σημασίας αυτών των δομών στην λειτουργικότητα της άρθρωσης του γόνατος. Ολοκληρώνοντας τη διδακτορική μου διατριβή στο Τμήμα Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών, θα ήθελα, στο πλαίσιο υποστήριξης αυτής, να ευχαριστήσω θερμά όλους αυτούς, των οποίων η συμβολή υπήρξε πραγματικά πολύτιμη, είτε προσφέροντας γνώσεις και εμπειρία, είτε απλώς βρισκόμενοι δίπλα μου ως συμπαραστάτες. Ιδιαίτερα: Τον επιβλέποντα της διδακτορικής μου διατριβής Καθηγητή Ορθοπαιδικής του Πανεπιστημίου Πατρών κ. Ηλία Παναγιωτόπουλο, για την ανάθεση αυτής, για την αμέριστη βοήθειά του στην καθοδήγηση και πραγματοποίηση αυτής της έρευνας και για την πολύτιμη συνδρομή που μου έχει προσφέρει καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησής της. Τον Καθηγητή κ. Α. Παπαβασιλείου, ο οποίος υπήρξε η ψυχή και το πνεύμα της παρούσας έρευνας. Χωρίς την πολύτιμη βοήθεια και τις γνώσεις του δεν θα ήταν εφικτή η ολοκλήρωση της παρούσας διατριβής. Θεωρώ υποχρέωσή μου να του εκφράσω και από εδώ ξεχωριστά την απεριόριστη ευγνωμοσύνη μου και τις πιο θερμές μου ευχαριστίες για την επιστημονική του στήριξη, τις εύστοχες παρατηρήσεις του, την ανεκτίμητη συμβολή του και την τιμή που μου έκανε να συνεποπτεύσει την εργασία μου. Τον Αν. Καθ. κ. Π. Μέγα για την ουσιώδη συμβολή του στην εποπτεία και ολοκλήρωση της διατριβής. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον Αν. Καθηγητή κ. Π. Μπαλτόπουλο και να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου για την απεριόριστη και συνεχή ενθάρρυνση και συμπαράστασή του στη διεξαγωγή της έρευνας. Θερμότατες ευχαριστίες οφείλω και στον Λέκτορα του Πανεπιστημίου Πατρών κ. Διον. Παπαχρήστου, για την ανεκτίμητη προσωπική ερευνητική του προσφορά και συμβολή στην ολοκλήρωση της παρούσας εργασίας. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω και στον Διευθυντή μου στην Κλινική Αθλητικών Κακώσεων του ΚΑΤ κ. Π. Βαλλιανάτο, γιατί με καθοδήγησε από την αρχή της ειδικότητάς μου στο γνωστικό αντικείμενο των Αθλητικών Κακώσεων γενικά αλλά και των μηνίσκων ειδικότερα. Το πλούσιο υλικό ανθρωπίνων μηνίσκων που είχα την ευκαιρία να χρησιμοποιήσω για τους σκοπούς της παρούσας έρευνας προέρχεται από την Κλινική Αθλητικών Κακώσεων του ΚΑΤ. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου για τη συμπαράστασή τους στην προσπάθειά μου να διευρύνω τους ορίζοντές μου επιστημονικά καθώς και για την υπομονή και επιμονή τους να στηρίζουν την προσπάθειά μου, εμψυχώνοντάς με να ολοκληρώσω την παρούσα εργασία. 4

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο τραυματισμός των μηνίσκων σε αθλητικές και καθημερινές δραστηριότητες είναι αρκετά συχνό φαινόμενο. Για το λόγο αυτό, η αρθροσκοπική αποκατάσταση των μηνισκικών βλαβών έχει γίνει μια από τις πιο συχνές ορθοπαιδικές επεμβάσεις συγκεκριμένα αναφέρεται στις δέκα πιο συχνές ορθοπαιδικές επεμβάσεις στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής (1,2). Οι μηνισκικές βλάβες, είτε μεμονωμένες είτε σε συνδυασμό με συνδεσμικές βλάβες, έχουν ως αποτέλεσμα τη διαταραχή της φυσιολογικής εμβιομηχανικής του γόνατος και της φυσιολογικής του φόρτισης, με πιθανή μακροχρόνια εξέλιξη την οστεοαρθρίτιδα. Σημαντική πρόοδος έχει επιτευχθεί τα τελευταία χρόνια στη θεραπεία των μηνισκικών βλαβών, καθώς οι ορθοπαιδικοί έχουν κατανοήσει την εμβιομηχανική τους σημασία και το σημαντικό ρόλο που παίζουν στην πρόληψη της οστεοαρθρίτιδας. Το 1887, οι Bland και Sutton περιέγραψαν τους μηνίσκους ως εξελικτικό υπόλλειμμα ένος μη λειτουργούντα μυός του γόνατος(3). To 1948, o Fairbank δημοσίευσε, στην κλασσική του εργασία για τις ακτινογραφικές μεταβολές μετά από μηνισκεκτομή, ότι η μηνισκεκτομή δεν είναι απολύτως αθώα τελικά (4). Όσον αφορά την ικανότητα της επιδιόρθωσης και ίασης των μηνίσκων, το Νοέμβριο του 1883 ο Thomas Annandale ήταν ο πρώτος που πραγματοποίησε συρραφή του έσω μηνίσκου (5). Μισό αιώνα αργότερα, το 1936, ο King απέδειξε σε πειραματόζωα (σκυλιά) ότι εκφυλιστικές βλάβες εμφανίζονται μετά από μηνισκεκτομή(6). Επίσης, έδειξε ότι οι περιφερικές μηνισκικές βλάβες έχουν την ικανότητα να θεραπεύονται. Δυστυχώς, τις δεκαετίες του 1950 και 1960, οι μηνίσκοι θεωρήθηκαν ως μη απαραίτητοι και οι ολικές μηνισκεκτομές βρίσκονταν στην καθημερινή κλινική πράξη. Χαρακτηριστικό είναι ότι πραγματοποιούνταν σχεδόν για κάθε, έστω και ελάχιστη, μηνισκική ρήξη, που εμφάνιζε κλινική συμπτωματολογία. Χρειάστηκε να περάσει ένας αιώνας, από τη δημοσιευμένη εργασία του Τ. Annandale, για να υιοθετηθούν οι αρχές που πρέσβευε, όσον αφορά στην κατά το δυνατό συντηρητική αντιμετώπιση των μηνισκικών βλαβών. Τα τελευταία χρόνια η κατανόηση της σημασίας των μηνίσκων, καθώς και η εξέλιξη και ανάπτυξη της αρθροσκόπησης και των αρθροσκοπικών εργαλείων έχει οδηγήσει στην κατά το δυνατόν μεγαλύτερη διατήρηση των μηνίσκων καθώς και σε βελτίωση της νοσηρότητας μετά μηνισκεκτομής. 5

ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΤΩΝ ΜΗΝΙΣΚΩΝ Διάφοροι συγγραφείς έχουν ασχοληθεί με την ανατομία των μηνίσκων. Μακροσκοπικά, πρόκειται για δύο ημισεληνοειδεις ινοχόνδρινες δομές, με οστικές προσφύσεις στο πρόσθιο και οπίσθιο κνημιαίο πλατώ. Ο έσω μηνίσκος έχει ημισεληνοειδές σχήμα και οπίσθιο κέρας μεγαλύτερο από το πρόσθιο, κατά τον προσθιοπίσθιο άξονα. Το σημείο της οστικής πρόσφυσης του πρόσθιου κέρατος του έσω μηνίσκου δεν είναι σταθερό, γεγονός εξαιρετικά σημαντικό για τη μεταμόσχευση του μηνίσκου. Στη μελέτη τους, οι Berlet και Fowler περιέγραψαν τέσσερις διαφορετικούς τύπους πρόσφυσης του προσθίου κέρατος του μηνίσκου (7). Το οπίσθιο κέρας του έσω μηνίσκου προσφύεται μπροστά από την οστική πρόσφυση του οπισθίου χιαστού συνδέσμου. Η επιφάνεια που καταλαμβάνει η οστική πρόσφυση του προσθίου κέρατος του έσω μηνίσκου είναι η μεγαλύτερη (61,4 mm (2)), ενώ του οπισθίου κέρατος του έξω μηνίσκου είναι η μικρότερη(28,5 mm (2)). Ο έξω μηνίσκος έχει ένα σχεδόν τέλειο ημικυκλικό σχήμα. Καλύπτει μεγαλύτερο ποσοστό του κνημιαίου κονδύλου συγκριτικά με τον έσω μηνίσκο. Δισκοειδείς μηνίσκοι ανευρίσκονται περίπου σε ένα ποσοστό περίπου 3,5 5%, και συνήθως είναι ατελούς μορφής (8). Οι προσφύσεις των κεράτων του έξω μηνίσκου βρίσκονται σε μεγαλύτερη γειτνίαση συγκριτικά με αυτή των κεράτων του έσω μηνίσκου. Έτσι, ο έξω μηνίσκος προσφέρεται σε μεγαλύτερο βαθμό για μεταμόσχευση μηνίσκου, καθώς είναι ευκολότερο να αναπαραχθεί αυτή η γειτνίαση. Το πρόσθιο κέρας βρίσκεται μπροστά από τον πρόσθιο χιαστό σύνδεσμο, ώστε κατά την πλαστική προσθίου χιαστού συνδέσμου να χρησιμεύει ως σημάδι για τον οδηγό της φρέζας του κνημιαίου τούνελ. Το οπίσθιο κέρας βρίσκεται πίσω από τη μεσοκονδύλιο εντομή. Στο σημείο αυτό αξίζει να αναφερθεί και μια ανατομική παραλλαγή: ο δισκοειδής μηνίσκος του οποίου η οπίσθια κνημιαία πρόσφυση απουσιάζει και το μόνο σταθεροποιητικό στοιχείο είναι ο μηνισκομηριαίος σύνδεσμος του Wrisberg. Ο πρόσθιος μηνισκομηριαίος σύνδεσμος του Humphrey ξεκινά από το οπίσθιο κέρας του έξω μηνίσκου και καταλήγει στο μηρό, μαζί με τον οπίσθιο χιαστό σύνδεσμο, του οποίου έχει διατρέξει την πρόσθια επιφάνεια όλης του της πορείας. Στην έξω, οπίσθια επιφάνεια της οστικής πρόσφυσης του έξω μηνίσκου, βρίσκεται ο ιγνυακός τένοντας. Το χίασμα του ιγνυακού είναι χαρακτηριστικό του έξω μηνίσκου, επειδή στο σημείο αυτό δεν υπάρχει καμία πρόσφυση με την κνήμη ή το μηρό, γεγονός που εξηγεί τα φτωχά αποτελέσματα της συρραφής του έξω μηνίσκου στην περιοχή αυτή, λόγω της φυσιολογικά σχετικά αυξημένης κινητικότητας του έξω μηνίσκου. ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΑΝΑΤΟΜΙΑ Η μικροσκοπική ανατομία των ινοχόνδρινων αυτών δομών του γόνατος είναι καλά μελετημένη. Αποτελούνται από δεσμίδες κολλαγόνου, οι οποίες είναι κυρίως παράλληλα με τον επιμήκη άξονα του μηνίσκου διατεταγμένες. Υπάρχουν βέβαια και 6

δεσμίδες, που έχουν κάθετο προσανατολισμό στη μεσότητα του μηνίσκου (9). Οι παράλληλα διαταγμένες ίνες επιτρέπουν στο μηνίσκο να δέχεται μεγάλα φορτία χωρίς να υπόκειται σε κάθετη ρήξη, ενώ οι κάθετες δεν επιτρέπουν στις υπόλοιπες να ρήγνυνται μεταξύ τους (επιμήκεις ρήξεις). Το κολλαγόνο που κυριαρχεί στους μηνίσκους είναι τύπου Ι (90%). Ανευρίσκεται και τύπων ΙΙ, ΙΙΙ, V, VI. Η ελαστίνη αντιστοιχεί στο 0,6% του ξηρού βάρους του μηνίσκου, ενώ οι λοιπές πρωτεΐνες στο 8-13%. Τα κύτταρα του μηνίσκου χαρακτηρίζονται ως ινοχονδροκύτταρα, λόγω της μικροσκοπικής τους εικόνας και του γεγονότος ότι σχηματίζουν ένα ινοχόνδρινο δίκτυο. Είναι κυρίως δύο ειδών: τα πιο επιφανειακά, που έχουν ελλειπτικό σχήμα και τα εν τω βάθει, που έχουν σφαιρικό σχήμα. Όλα αποτελούνται από πλούσιο ενδοπλασματικό δίκτυο και κύτταρα του Golgi με λίγα μιτοχόνδρια. ΑΙΜΑΤΩΣΗ ΤΩΝ ΜΗΝΙΣΚΩΝ Κατά τη γέννηση οι μηνίσκοι αιματώνονται σε όλο τους το εύρος. Ήδη από την ηλικία των εννέα μηνών το έσω τριτημόριο στερείται αιμάτωσης. Αυτή η προοδευτική μείωση της αιμάτωσης συνεχίζεται μέχρι την ηλικία των δέκα ετών, οπότε κι η αιμάτωση του μηνίσκου προσομοιάζει αυτή του ενηλίκου. Οι Arnoczky SP και Συν., μελετώντας την αιμάτωση του μηνίσκου σε ενηλίκους, δημοσίευσαν ότι αιματώνεται το 10-25% του έξω μηνίσκου, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό του έσω μηνίσκου είναι 10-30%(10). Τους μηνίσκους αρδεύουν οι άνω και κάτω κλάδοι της έσω και έξω αρτηρίας του γόνατος, δημιουργώντας ένα περιμηνισκικό αρτηριακό σύμπλεγμα. Στην περιοχή του ιγνυακού χιάσματος ο έξω μηνίσκος είναι ανάγγειος, γεγονός που συμβάλλει και αυτό στα φτωχά αποτελέσματα συρραφής ρήξεων στην περιοχή αυτή. Τα μηνισκικά κύτταρα που βρίσκονται στα δύο έσω τριτημόρια εξασφαλίζουν τη θρέψη τους μέσω διάχυσης απ το αρθρικό υγρό (11). ΝΕΥΡΩΣΗ ΤΩΝ ΜΗΝΙΣΚΩΝ Η νεύρωση των μηνίσκων δεν είναι απόλυτα ξεκάθαρη και καλά μελετημένη, αν και φαίνεται να ακολουθεί το πρότυπο της αιμάτωσης τους. Το πρόσθιο και οπίσθιο κέρας φαίνονται να είναι πιο πλούσια σε νεύρωση, ενώ η περιφέρεια του μηνίσκου είναι επίσης πιο πλούσια σε νεύρωση συγκριτικά με το εσωτερικό του μηνίσκου. Πρακτικά αυτό επιβεβαιώνεται κατά τη διάρκεια μηνισκεκτομής υπό τοπική μόνο αναισθησία (12). Η νεύρωση του μηνίσκου πιστεύεται ότι παίζει ρόλο και στην ιδιοδεκτικότητα του γόνατος, ιδίως κατά την πλήρη κάμψη και έκταση αυτού, όταν δηλαδή οι νευρικές απολήξεις των δύο κεράτων των μηνίσκων συμπιέζονται στις φάσεις αυτές του κύκλου της κίνησης του γόνατος. 7

ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Οι μηνίσκοι είναι σημαντικοί καθώς παίζουν πολλαπλό ρόλο στη λειτουργία του γόνατος, στην ομαλή κατανομή του βάρους του σώματος, στη μείωση της πίεσης που ασκείται στις χόνδρινες επιφάνειες, στην παθητική σταθεροποίηση, στον περιορισμό της υπερκάμψης και υπερέκτασης καθώς και στην ιδιοδεκτικότητα. Πολλές από αυτές τις ιδιότητες οφείλονται στην ιδιότητα των μηνίσκων να μεταφέρουν και να κατανέμουν τη φόρτιση που δέχονται, σε όλο το εμβαδό του κνημιαίου πλατώ. Τα ακτινογραφικά ευρήματα της στένωσης του μεσάρθριου διαστήματος, της δημιουργίας οστεοφύτων και του τετραγωνισμού των μηριαίων κονδύλων {αλλαγές του Fairbank (4)}κατόπιν ολικής μηνισκεκτομής καταδεικνύουν ξεκάθαρα το σημαντικό ρόλο των μηνίσκων στη λειτουργία του γόνατος. Έτσι, ο έσω και ο έξω μηνίσκος μεταφέρουν το 50-70% του βάρους που δέχεται το γόνατο κατά τη φάση της έκτασης, ποσοστό που ανέρχεται στο 85-90% στη φάση της κάμψης (13). Οι Radin και Συν. έδειξαν ότι τα φορτία κατανέμονται με τον τρόπο αυτό όταν οι μηνίσκοι είναι ανέπαφοι (14). Η αφαίρεση του έσω μηνίσκου συνεπάγεται 50-70% ελάττωση της επιφάνειας επαφής των μηριαίων κονδύλων, με άμεση συνέπεια το διπλασιασμό της πίεσης που εφαρμόζεται στους μηριαίους κονδύλους (15). Η ολική έξω μηνισκεκτομή συνεπάγεται 40-50% ελάττωση των επιφανειών επαφής και αύξηση της πίεσης 200-300%. Επιπρόσθετα, η μερική μηνισκεκτομή επηρεάζει τη φόρτιση των επιφανειών του γόνατος, ειδικά όταν αφαιρούνται περισσότερα από τα 2/3 του μηνίσκου. Δημοσιευμένες μελέτες υποστηρίζουν και τη διαταραχή της βιοχημείας των χόνδρινων επιφανειών λόγω της αλλοίωσης των εμβιομηχανικών χαρακτηριστικών του γόνατος κατόπιν μηνισκεκτομής (11). Η ανατομική αντιστοίχηση των επιφανειών που επιτυγχάνεται χάρη στο ανατομικό σχήμα των μηνίσκων ευοδώνει τη σωστή θρέψη και λίπανση των χόνδρινων επιφανειών. Επίσης, οι μηνίσκοι παίζουν ρόλο στην απορρόφηση των κραδασμών, δυνατότητα που μειώνεται 20% κατόπιν μηνισκεκτομής. Τέλος, η παθητική σταθεροποίηση του γόνατος γίνεται εμφανής, κατόπιν έσω μηνισκεκτομής, σε γόνατα χωρίς ρήξη προσθίου χιαστού συνδέσμου (ΠΧΣ), στα οποία το πρόσθιο συρταροειδές δεν επηρεάζεται, ενώ η έσω μηνισκεκτομή σε γόνατα με ανεπάρκεια ΠΧΣ αυξάνει το πρόσθιο συρταροειδές κατά 58-60% στις 90 κάμψης. Φαίνεται ότι το σημαντικότερο ρόλο στην παθητική αυτή πρόσθια σταθεροποίηση ενός γόνατος με ανεπαρκή ΠΧΣ, διαδραματίζει το οπίσθιο κέρας του έσω μηνίσκου. Τα έσω 2/3 του μηνίσκου είναι πολύ σημαντικά για την αύξηση της επαφής των χόνδρινων επιφανειών του μηρού και της κνήμης και για την απορρόφηση των κραδασμών, όμως το έξω 1/3 παίζει το σημαντικό ρόλο της παθητικής σταθεροποίησης και της ομαλής μετάδοσης των πιέσεων. 8

ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΜΗΝΙΣΚΙΚΩΝ ΒΛΑΒΩΝ Ο κύριος παράγοντας στη διαδικασία της επιδιόρθωσης ρήξεων των μηνίσκων είναι η προσβασιμότητα των κυττάρων και των διαμεσολαβητών της φλεγμονής στο σημείο της ρήξης. Η δημιουργία θρόμβου στο σημείο της ρήξης είναι σημαντικό στάδιο στη διαδικασία επιδιόρθωσης των μηνισκικών ρήξεων. Αυτό αποδεικνύεται και από τα υψηλότερα ποσοστά επιτυχίας της συρραφής του μηνίσκου σε γόνατα με συνοδό πλαστική αποκατάσταση του ΠΧΣ, συγκριτικά με γόνατα που επιχειρήθηκε μόνο συρραφή ρήξης μηνίσκου. Οι μηνίσκοι του ενήλικου αρδεύονται από αίμα στο 20-30% της περιφέρειας τους, ενώ το υπόλοιπο 70-80% εσωτερικά είναι χωρίς παροχή αίματος και επομένως παραγόντων φλεγμονής. Έτσι, ο μηνίσκος ανατομικά χωρίζεται σε ερυθρή ζώνη (αιματούμενη), ερυθρή-λευκή (μεσαία) ζώνη και λευκή ζώνη (μη αιματούμενη) σε μια προσπάθεια να προβλεφθεί η ικανότητα θεραπείας και αποκατάστασης μιας μηνισκικής ρήξης. Οι ρήξεις στην ερυθρή ζώνη συνήθως θεραπεύονται, ενώ οι ρήξεις στη λευκή δεν θεραπεύονται. Οι συχνότερες όμως, αυτές της μεσαίας ζώνης, εγείρουν πάντα δίλημμα σχετικά με την απόφαση για μηνισκεκτομή ή συρραφή του μηνίσκου. Εφόσον αποφασιστεί η συρραφή, σημαντικό ρόλο στην επιτυχία αυτής διαδραματίζουν οι εξής παράμετροι: σταθερότητα της συρραφής, σταθερότητα του γόνατος, προσεκτική μετεγχειρητική αποκατάσταση, δημιουργία αιματώματος διεγχειρητικά κ.α. Η πιο αποδεκτή τεχνική σήμερα θεωρείται η νεαροποίηση των χειλέων της ρήξης και ο τραυματισμός του αρθρικού θυλάκου με ράσπες, προκειμένου να δημιουργηθεί αιμάτωμα στην περιοχή της ρήξης. Παρόλα αυτά, ο θρόμβος αυτός μπορεί να είναι αναποτελεσματικός, εφόσον μετακινηθεί με το αρθρικό υγρό. Συνοψίζοντας, οι μηνίσκοι είναι πολύ σημαντικά στοιχεία για την εμβιομηχανική λειτουργία του γόνατος και κατ επέκταση της βάδισης. Η γενικά αποδεκτή κατευθυντήρια οδηγία είναι: διατήρησε όσο το δυνατό περισσότερο τμήμα μηνίσκου. Οι ρήξεις των μηνίσκων είναι ένα καθημερινό κλινικό πρόβλημα, το οποίο δεν πρέπει να θεωρείται ως κάτι το απλό, που με μια απλή αρθροσκόπηση αντιμετωπίζεται, αλλά ως ένα σύνθετο πρόβλημα με πολλαπλές, και μακροχρόνιες επιπτώσεις. 9

ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Οι μηνίσκοι ιστολογικά αποτελούνται από ινοχόνδρινο ιστό που περιέχει νερό (72%), κολλαγόνο (22%), και γλυκοζαμινογλυκάνες (0.8%). Το κολλαγόνο τύπου Ι αποτελεί τον κύριο τύπο κολλαγόνου (90%) ενώ οι λοιποί τύποι ΙΙ, ΙΙΙ, IV είναι παρόντες σε μικρές ποσότητες. Οι μηνίσκοι περιέχουν δύο κύριους κυτταρικούς τύπους: κύτταρα ομοιάζοντα με ινοβλάστες στην περιφέρεια και κύτταρα ομοιάζοντα με χονδροκύτταρα στο εσώτερο τμήμα αυτών. Ο τελευταίος κυτταρικός τύπος, που καλούνται και ινοχονδροκύτταρα αποτελούν τον χαρακτηριστικό κυτταρικό τύπο των μηνίσκων. Λόγω των ποικίλων λειτουργιών τους και της κεντρικής ανατομικής τους θέσης οι μηνίσκοι είναι εκτεθειμένοι σε πολύπλοκα και εκτενή πρότυπα μηχανικού στρες που οδηγούν σε τραυματισμό τους και ρήξεις. Οι μηνίσκοι μπορεί να τραυματιστούν και να ραγούν λόγω εμβιομηχανικών και βιοχημικών αιτίων. Οι τραυματισμοί και οι ρήξεις των μηνίσκων σχετίζονται συχνά με οστεοαρθρίτιδα του γόνατος. Πειραματικά δεδομένα υποστηρίζουν την ανάμειξη της p38 μιτογόνο-εξαρτώμενης κινάσης και του ενεργοποιούμενου από αυτήν καταρράκτη μετάδοσης σήματος στην παθογένεση ποικίλων φλεγμονωδών και στρεσσογόνων καταστάσεων συμπεριλαμβανομένης και της χρόνιας φλεγμονής των αρθρώσεων. Η p38 οικογένεια περιλαμβάνει τέσσερεις διακριτές ισομορφές (α,β,γ και δ) κινάσες σερίνης θρεονίνης που όλες περιέχουν την διατηρημένη συντηρητική ακολουθία Thr-Gly-Tyr φωσφορυλίωσης στην αγκύλη ενεργοποίησης τους. Η p38α μορφή είναι η καλύτερα χαρακτηρισμένη και είναι λειτουργική σε ποικιλία κυτταρικών τύπων συμπεριλαμβανομένων και των χονδροκυττάρων και των συνοβιακών κυττάρων. Ποικίλα κυτταρικά σήματα που περιλαμβάνουν ορμόνες, υποδοχείς συνδεδεμένους με G πρωτεΐνες και φλεγμονώδεις μεσολαβητές ενεργοποιούν τον καταρράκτη μετάδοσης σήματος από την p38. Η φωσφορυλιωμένη μορφή της p38, p-p38, ενεργοποιεί στην συνέχεια ποικιλία πυρηνικών μεταγραφικών παραγόντων όπως ο NF-kB. O NF-kB αποτελεί συλλογικό όνομα διμερών μεταγραφικών παραγόντων που περιλαμβάνουν την Rel γονιδιακή οικογένεια. Η περισσότερο άφθονη κυτταρική μορφή του NF-kB είναι το ΝF-kB1-RelA (p60-p65) ετεροδιμερές, που συχνά αποκαλείται και ο κλασσικός NF-kB, ο οποίος αλληλεπιδρά με το 5 GGGRNNYYCC-3 DNA μοτίβο. Σε μη διεγερμένα κύτταρα ο NF-kB εντοπίζεται στο κυτταρόπλασμα σε ανενεργό μορφή που πρέπει να μεταναστεύσει στον πυρήνα για να δράσει. Ο NF-kB επάγεται από πληθώρα κυτταρικών σημάτων οδηγώντας στην συνέχεια σε μεταγραφική ενεργοποίηση ποικίλων γονιδίων που ενέχονται σε ανοσολογικές, φλεγμονώδεις και διεργασίες κυτταρικού πολλαπλασιασμού. Η 10

λειτουργία του NF-kB καθορίζεται σε κύριο βαθμό από μία οικογένεια πρωτεϊνών που καλούνται αναστολείς του NF-kB (IkBs). Oι IkBs είναι προσδεδεμένοι στον NFkB στο κυτταρόπλασμα καθιστώντας τον παράγοντα ανενεργό. Η ενεργοποίηση του NF-kB καταρράκτη μετάδοσης σήματος περιλαμβάνει την φωσφορυλίωση των IkBs γεγονός που οδηγεί στην συνέχεια σε προσθήκη πολλαπλών μορίων ουμπικουινόνης στους IkBs με τελικό αποτέλεσμα την πρωτεόλυση τους από το πρωτεοσωμάτιο. Έτσι ο παράγοντας είναι πλέον ελεύθερος να μεταναστεύσει στον πυρήνα και να διεγείρει την μεταγραφή πολλαπλών γονιδίων όπως του TNFα, IL-1B, IL-6 και COX. Οι δύο ισομορφές της COX (κυκλοοξυγενάσης) COX-1 και COX-2 αποτελούν προσδεδεμένες στην κυτταρική μεμβράνη πρωτεΐνες που παρουσιάζουν 60% ομολογία και καταλύουν το καθοριστικό βήμα στην μετατροπή του αραχιδονικού οξέος στις προσταγλανδίνες και θρομβοξάνη Α2. Μέσα στα κύτταρα και οι δύο ισομορφές είναι συνδεδεμένες με το ενδοπλασματικό δίκτυο και την πυρηνική μεμβράνη. Η COX-1 αποτελεί την δομική μορφή του ενζύμου που εκφράζεται συνεχώς στην πλειοψηφία των ιστών και παράγει προσταγλανδίνες που ελέγχουν ποικιλία φυσιολογικών δράσεων. Η COX-2 αποτελεί την επαγώγιμη μορφή του ενζύμου που εκφράζεται σε ελάχιστα ποσά κάτω από φυσιολογικές συνθήκες, η δραστικότητα της παραπάνω ισομορφής αυξάνει δραματικά όμως μετά από κυτταρική αντίδραση σε μιτογόνα ή φλεγμονώδη ερεθίσματα. Στον αρθρικό χόνδρο συνθήκες όπως το τραύμα, η φλεγμονή και η μηχανική συμπίεση επάγουν την COX-2 και την PGE2 που αποτελούν βασικούς διαμεσολαβητές της φλεγμονής των αρθρώσεων. Η συμμετοχή της COX-2 όπως και των ρυθμιστών αυτής NF-kB και p38 MAPK έχει εκτενώς μελετηθεί σε νόσους του συνοβίου και του υαλοειδούς χόνδρου όπως η χρόνια συνοβιακή φλεγμονή, η ρευματοειδής αρθρίτιδα και η οστεοαρθρίτιδα. Πολύ λιγότερα είναι όμως γνωστά για την συμμετοχή των παραπάνω στην παθογένεια της εκφύλισης και των τραυμάτων των μηνίσκων. Η παρούσα μελέτη έχει σκοπό να διερευνηθεί η παθοβιοχημεία της εκφύλισης του μηνίσκου στον άνθρωπο και ειδικότερα η συμμετοχή σε μοριακό επίπεδο του σηματοδοτικού άξονα p38 MAPK-NF-kB και της κυκλοοξυγενάσης. 11

Βιοχημεία και Ιστολογία των Μηνίσκων και της εκφύλισης τους Η ιστολογία των μηνίσκων είναι πολύπλοκη και εξαρτώμενη από την ηλικία. Κατά την εμβρυική ηλικία οι μηνίσκοι είναι κυτταρροβριθείς και αγγειοβριθείς με την πυκνότητα των αγγείων να μειώνεται από το κέντρο προς την περιφέρεια και κατά την ενήλικο ζωή μόνο η περιφερική ζώνη παρουσιάζει μεγάλη πυκνότητα αγγείων και περιέχει επίσης τύπου Ι και ΙΙ νευρικές ίνες (16). Τα ινοχονδροκύτταρα αποτελούν τον κυρίαρχο κυτταρικό τύπο και ονομάστηκαν έτσι διότι έχουν την εμφάνιση χονδροκυττάρων που συνθέτουν όμως ινώδη χόνδρο. Δυο διαφορετικοί υποπληθυσμοί μπορεί να διακριθούν τόσο σε φωτονικό όσο και σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που και οι δύο προσομοιάζουν την εικόνα των χονδροκυττάρων. Σε αντίθεση με τους ινοβλάστες τα ινοχονδροκύτταρα είναι είτε ωοειδή είτε σφαιρικά και εντοπίζονται σε διακριτά lacunae της μεσοκυττάριας ουσίας. Τα ινοχονδροκύτταρα που εντοπίζονται στα περιφερικά τμήματα κοντά στους αρθρικούς χόνδρους είναι συνήθως αλλά όχι πάντα ωοειδή ή ατρακτοειδή με λίγες κυτταρικές αποφυάδες. Αντίθετα εκείνα που εντοπίζονται στην βαθύτερη ζώνη είναι περισσότερο σφαιρικά με πολλαπλές πολύπλοκες αποφυάδες που προβάλουν στην θεμέλια ουσία. Και οι δύο κυτταρικοί τύποι περιλαμβάνουν άφθονο ενδοπλασματικό δίκτυο και σύμπλεγμα Golgi. Τα μιτοχόνδρια είναι ορατά μόνο περιστασιακά γεγονός που υπογραμμίζει το ότι η κύρια ενεργειακή οδός στο ανάγγειο περιβάλλον των ινοχονδροκυττάρων είναι η αναερόβια γλυκόλυση (16). Ινοβλάστες και κύτταρα με ενδιάμεση μορφολογία παρατηρούνται στα σημεία που οι μηνίσκοι συγχέονται με την κάψα της άρθρωσης αλλά είναι σπάνιοι σε λοιπά σημεία. Μυοϊνοβλάστες δεν παρατηρούνται επίσης ή παρατηρούνται πολύ σπάνια σε υλικό από φυσιολογικούς μηνίσκους είναι όμως συχνοί μετά από τραυματικές και εκφυλιστικές ρήξεις των μηνίσκων (16). Νεκρωτικά κύτταρα ανευρίσκονται περιστασιακά σε φυσιολογικούς μηνίσκους είναι όμως κατά πολύ περισσότερο συχνά μετά από τραυματική ή εκφυλιστική ρήξη των μηνίσκων. Ιστιοκύτταρα τέλος ανευρίσκονται μόνο στα περιφερικά τμήματα των μηνίσκων (16). Η εξωκυττάρια ουσία έχει χαρακτηριστική δομή που την διακρίνει από τον υαλώδη χόνδρο. Η μεσοκυττάρια ουσία που περιβάλει τα περισσότερα από τα κύτταρα είναι άμορφη. Στις περιπτώσεις στενής γειτονίας χονδροκυττάρων η μεσοκυττάρια ουσία περιέχει μόνο μικρές ίνες κολλαγόνου και μακρομόρια που χρώνυνται έντονα με το κόκκινο του ρουθηνίου γεγονός που υπογραμμίζει ότι πρόκειται για πρωτεογλυκάνες. Στις περισσότερες περιοχές οι ίνες του κολλαγόνου ευθυγραμμίζονται σε παράλληλα επίπεδα σχηματίζοντος παχιά ινίδια κολλαγόνου που διατάσσονται επίμηκως ή σε διατομή. Οι Bullough et al (17, 18) έχουν δείξει ότι αν και η κύρια οργάνωση των 12

ινιδίων του κολλαγόνου είναι κυκλοτερής ακτινωτά διατασσόμενες ίνες βρίσκονται τόσο στην επιφανειακή όσο και στην κεντρική ζώνη. Οι παραπάνω ίνες φαίνεται να εξασφαλίζουν αντίσταση στην ανάπτυξη επιμηκών ρήξεων λόγω της συμπίεσης των μηνίσκων υπό το βάρος του σώματος. Ο μηνίσκος αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα συνδετικού ιστού που αποτελείται από μικρό αριθμό κυττάρων περιβαλλομένων από άφθονη μεσοκυττάρια ουσία. Ο ιστός αποτελείται από 70% νερό ανάλογα με την ηλικία και το είδος του οργανισμού. Από την άποψη της ταξινομικής τα μακρομόρια που αποτελούν το ξηρό βάρος του μηνίσκου, όπως και σε όλα τα είδη του συνδετικού ιστού, μπορεί να διακριθούν στο κολλαγόνο, τις πρωτεογλυκάνες, τις γλυκοπρωτεΐνες της θεμέλιας ουσίας και την ελαστίνη (16). Το κολλαγόνο αποτελεί το 60-70% του ξηρού βάρους του ιστού σε αντίθεση με την ελαστίνη που αποτελεί το 0.6%. Ο κύριος τύπος κολλαγόνου είναι ο τύπος Ι με ίχνη κολλαγόνου τύπου ΙΙΙ και V και μικρή αλλά σημαντική ποσότητα κολλαγόνου τύπου ΙΙ. Σύμφωνα με ερευνητές ο τύπος Ι εντοπίζεται σε όλη την έκταση των μηνίσκων με τον τύπο ΙΙ να περιορίζεται στην εσωτερική ανάγγειο ζώνη (16). Οι πρωτεογλυκάνες αποτελούνται από πρωτεϊνικό πυρήνα στον οποίο μία ή περισσότερες αλυσίδες γλυκοζαμινογλυκάνης είναι ομοιοπολικά προσδεδεμένες. Οι συγκεντρώσεις γλυκοζαμινογλυκανών είναι σημαντικά χαμηλότερες στους μηνίσκους σε σχέση με τους αρθρικούς χόνδρους και ο ανθρώπινος μηνίσκος διαφέρει από τον αρθρικό χόνδρο λόγω της σημαντικής ποσότητας θειικής δερματάνης που περιέχει. Σε σχέση με την περιεκτικότητα σε γλυκοζαμινογλυκάνες οι μηνίσκοι από ενήλικες περιέχουν 40% θειική-6-χονδροϊτίνη, 10-20% θειική-4-χονδροϊτίνη, 20-30% θειική δερματάνη και 15% θειική κερατάνη (17). Οι πρωτεογλυκάνες του συνδετικού ιστού μπορεί να ταξινομηθούν σε υποοικογένειες ανάλογα με τον τύπο και το μέγεθος των αλυσίδων γλυκοζαμινογλυκάνης όπως και το μέγεθος και την ακολουθία των κεντρικών πρωτεϊνών και τέλος την ικανότητα να δημιουργούν συσσωματώματα συμπλόκων μορίων. Δυο διακριτές οικογένειες πρωτεογλυκανών έχουν τυποποιηθεί στον μηνίσκο: (1) μεγάλα συσσωματώματα πρωτεογλυκανών που περιέχουν πολλές αλυσίδες θειικής χονδροϊτίνης και (2) μικρές μη συναθροιζόμενες πρωτεογλυκάνες θειικής δερματάνης (17). Η θεμέλια ουσία των μηνίσκων περιέχει εξαιρετικά υψηλό αριθμό διαφορετικών γλυκοπρωτεϊνών από τις οποίες οι σημαντικότερες είναι εκείνες που λειτουργούν σαν μόρια προσκόλλησης με τρία κύρια τέτοια μόρια να έχουν ταυτοποιηθεί : το κολλαγόνο τύπου VI, την ινονεκτίνη και την θρομβοσπονδίνη (17). Η βιοχημεία του μηνίσκου φαίνεται να τροποποιείται σημαντικά με την άσκηση όπως έδειξαν οι μελέτες των Vailas et al (19) σε αρουραίους. Η περιεκτικότητα σε κολλαγόνο και πρωτεογλυκάνη αυξήθηκε στα πειραματόζωα που ασκούντο 13

καθημερινά μόνο κατά το οπίσθιο κέρας των έξω μηνίσκων σε σχέση με τα controls. Oι παραπάνω βιοχημικές αλλαγές ήταν παροδικές όμως και απέδραμαν μετά την διακοπή της άσκησης στα παραπάνω πειραματόζωα. Οι αλλαγές που παρατηρούνται στους μηνίσκους με την ενηλικίωση και γήρανση είναι παρεμφερείς με τις παρατηρούμενες αλλαγές στους αρθρικούς χόνδρους (20, 21). Η συγκέντρωση του κολλαγόνου αυξάνει από την γέννηση μέχρι την ηλικία των 30 ετών και παραμένει σταθερή μέχρι την ηλικία των 80 περίπου ετών οπότε και παρατηρείται μείωση. Το ποσοστό των μη κολλαγονούχων πρωτεϊνών ποικίλλει επίσης με την ηλικία με το 22% του ξηρού βάρους του μηνίσκου των νεογνών να αποτελείται από αυτές τις πρωτεΐνες ποσοστό που μειώνεται σε 8% μεταξύ των 30 και 70 ετών οπότε και παρατηρείται αύξηση στο 11.6%. Η περιεκτικότητα σε εξοζαμίνη μειώνεται επίσης από την γέννηση μέχρι και την ενηλικίωση αλλά αυξάνει μετά την ηλικία των 70 ετών. Από άλλους ερευνητές έχει επίσης αναφερθεί ότι τα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά των μηνίσκων παραμένουν σταθερά σε σχέση με την ηλικία, με την αναλογία θειικής-6-χονδροϊτίνης/θειικής-4-χονδροϊτίνης και θειικής κερατάνης/θειικής χονδροϊτίνης να αυξάνουν προϊούσης της ηλικίας (22). Δύο διαφορετικά ζωϊκά μοντέλα εκφύλισης της άρθρωσης του γόνατος έχουν χρησιμοποιηθεί για την μελέτη των οξέων βιοχημικών αλλαγών κατά την εκφύλιση του μηνίσκου: το μοντέλο της διατομής του πρόσθιου χιαστού συνδέσμου σε σκύλους (23) και η ακινητοποίηση του γόνατος σε κουνέλια (24). Η διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου σε σκύλους οδηγεί οξέως σε μείωση της περιεκτικότητας των μηνίσκων σε γλυκοζαμινογλυκάνη και σε αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό με την απώλεια της θειικής κερατάνης να είναι μεγαλύτερη από εκείνη της θειικής χονδροϊτίνης (25). Η αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό φαίνεται ότι σχετίζεται με απώλεια της ικανότητας των ινιδίων του κολλαγόνου να αντιστέκονται στην εξοιδηματική πίεση των γλυκοζαμινογλυκανών και παραμένει μέχρι και 18 μήνες μετά την οξεία χειρουργική φάση. Η αρχική μείωση των γλυκοζαμινογλυκανών παρέμεινε μέχρι και τους δύο μήνες μετά την χειρουργική επέμβαση οπότε και επανήλθε σε φυσιολογικά επίπεδα με περαιτέρω αύξηση πάνω από τα φυσιολογικά επίπεδα μετά τους 18 μήνες από την οξεία χειρουργική φάση (17). Η ακινητοποίηση του γόνατος των κουνελιών επιφέρει παρόμοιες αλλαγές στην βιοχημεία των μηνίσκων με εκείνες της διατομής του προσθίου χιαστού συνδέσμου (24). Τα ποσοστά της εξοζαμίνης και του ουρονικού οξέος ήταν υψηλότερα στα ακινητοποιημένα ζώα επίσης σε σχέση με τα controls. Σε αντίθεση όμως με τα αποτελέσματα μετά από την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου η σύνθεση των γλυκοζαμινογλυκανών ήταν εξαρχής αυξημένη στο μοντέλο της ακινητοποίησης του γόνατος των κουνελιών (17). 14

Τα παραπάνω ζωικά μοντέλα φαίνεται να αναπαριστούν πιστά την αλληλουχία των βιοχημικών γεγονότων κατά την εκφύλιση των ανθρωπίνων μηνίσκων. Η περιεκτικότητα σε ύδωρ των εκφυλισμένων μηνίσκων φαίνεται να είναι υψηλότερη από εκείνη των controls (26). Σε σχέση με την περιεκτικότητα σε κολλαγόνο και γλυκοζαμινογλυκάνες οι Ghosh et al ανέφεραν ότι η συγκέντρωση σε κολλαγόνο μειώθηκε, αλλά η συγκέντρωση σε πρωτεογλυκάνες και γλυκοπρωτεΐνες της θεμέλιας ουσίας ήταν αυξημένες σε μηνίσκους από οστεοαρθριτικούς ασθενείς. Στην ρευματοειδή αρθρίτιδα παρ όλα αυτά το κολλαγόνο όσο και οι πρωτεογλυκάνες είναι μειωμένες γεγονός που αποδίδεται στην αυξημένη δραστικότητα των πρωτεολυτικών ενζύμων από τα φλεγμονώδη κύτταρα (27). Συνολικά τα αποτελέσματα των παραπάνω ερευνητών δηλώνουν ότι τα ινοχονδροκύτταρα των μηνίσκων έχουν το δυναμικό και αντιδρούν έντονα στις αλλαγές στο περιβάλλον τους και στην απώλεια των πρωτεογλυκανών ή στην αλλαγή των στατικών δυνάμεων που αναπτύσσονται στην άρθρωση με την αυξημένη σύνθεση εξωκυττάριας ουσίας και την εναπόθεση πρωτεογλυκανών. Οι Weber et al έχουν δείξει πειραματικά (28) ότι τα ινοχονδροκύτταρα πολλαπλασιάζονται και συνθέτουν συστατικά της εξωκυττάριας ουσίας σε κυτταροκαλλιέργειες και σε καλλιέργειες ιστών. Ειδικά σε σχέση με την παραγωγή της εξωκυττάριας ουσίας τα παραπάνω κύτταρα αντιδρούν στην χορήγηση PDGF (Platelet-derived Growth Factor) με την αυξημένη σύνθεση συστατικών της. Τα ινοχονδροκύτταρα φαίνεται επίσης ότι συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο in vivo. Οι ρήξεις των μηνίσκων, μία από τις συχνότερες καταστάσεις στην σύγχρονη Ορθοπεδική, χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: αυτές που προκύπτουν από την ανάπτυξη μεγάλων κατατμητικών δυνάμεων σε φυσιολογικούς μηνίσκους και εκείνες που προκύπτουν από την ανάπτυξη φυσιολογικών δυνάμεων επί εκφυλισμένων μηνίσκων. Οι τραυματικές ρήξεις αναπτύσσονται συνήθως κάθετα και μπορεί να επεκταθούν επιμήκως ή εγκαρσίως ενώ οι εκφυλιστικές ρήξεις είναι οριζόντιες και καταλαμβάνουν το οπίσθιο ήμισυ των μηνίσκων (29). Οι εκφυλιστικές ρήξεις συνοδεύονται συνήθως από οστεοαρθρίτιδα του γόνατος και οι παθολογικές αλλοιώσεις των μηνίσκων είναι παρόμοιες με εκείνες των γειτονικών δομών του αρθρικού χόνδρου. Οι παραπάνω αλλοιώσεις περιλαμβάνουν την ρίκνωση, την απώλεια χρώσης των γλυκοζαμινογλυκανών και ένα συνδυασμό νέκρωσης και πολλαπλασιασμού των ινοχονδροκυττάρων όπως και την χονδροασβέστωση. Οστεοποίηση μικρών τμημάτων των μηνίσκων και κύστεις μπορεί επίσης να παρατηρηθούν (29). Σε μελέτη από πτωματικά δείγματα μηνίσκων μελετήθηκε η εκφύλιση των ανθρωπίνων μηνίσκων σε συνδυασμό με την παρουσία οστεοαρθρίτιδας στην άρθρωση του γόνατος. Χρησιμοποιήθηκαν 100 πτωματικά δείγματα τα οποία μελετήθηκαν μακροσκοπικά και μικροσκοπικά και ο βαθμός της εκφύλισης 15

συσχετίστηκε με την ηλικία, το σωματικό βάρος και την παρουσία οστεοαρθρίτιδας στην άρθρωση του γόνατος (30). Από την μελέτη προέκυψε σημαντική συσχέτιση μεταξύ του βαθμού της οστεοαρθρίτιδας και της εκφύλισης των μηνίσκων όπως προσδιορίστηκε από τα ιστολογικά χαρακτηριστικά και την παρουσία οριζοντίων ρήξεων. Οι οριζόντιες ρήξεις των μηνίσκων ήταν κατά πολύ συχνότερες σε άρρενες ασθενείς και εντοπιζόταν κυρίως κατά τον έσω μηνίσκο γεγονός που αποδόθηκε στην άμεση ανατομική του σχέση με την άρθρωση του γόνατος και στην επιλεκτική άσκηση δυνάμεων σε σχέση με τον έξω μηνίσκο (30). Στην μελέτη αυτή η κυστική εκφύλιση του μηνίσκου και η παρουσία μικροαποτιτανώσεων συσχετίστηκαν επίσης άμεσα με τον βαθμό της οστεοαρθρίτιδας της άρθρωσης του γόνατος και την παρουσία οριζοντίων ρήξεων. Παρατηρήθηκαν τρία κύρια πρότυπα αποτιτάνωσης με το συχνότερο εκείνο των διάσπαρτων μικρών αποτιτανώσεων με ένα πρότυπο δίκην «δαντέλας» να ακολουθεί σε συχνότητα με λιγότερο συχνό πρότυπο εγκυστωμένων αποτιτανώσεων που πολλές φορές σχημάτιζαν εστίες οστεοποίησης κατά τα οπίσθια κέρατα των μηνίσκων (30). Μικροσκοπικά, η εκφύλιση των μηνίσκων ήταν αδιάλειπτα παρούσα σε άτομα ηλικίας άνω των 40 ετών και χαρακτηριζόταν από βλεννώδη εκφύλιση του χόνδρου σε συνδυασμό με θάνατο και εστιακό πολλαπλασιασμό των χονδροκυττάρων κατά τόπους. Είναι χαρακτηριστικό ότι ο πολλαπλασιασμός μπορεί να προεξάρχει κατά τόπους με την νέκρωση των χονδροκυττάρων να είναι κυρίαρχη αλλού. Συνάθροιση ινοχονδροκυττάρων λόγω κλωνικής επέκτασης παρατηρήθηκε επίσης κατά τόπους και συσχετίζονταν με υψηλότερο βαθμό εκφύλισης των μηνίσκων. Αυξημένη ηωσινοφιλία παρατηρήθηκε σε συνδυασμό με την δημιουργία μικροκύστεων και οι παρατηρηθείσες αποτιτανώσεις συγκεντρώνονταν στις περιοχές δημιουργίας μικροκύστεων. Κολλαγονοποίηση παρόμοια με εκείνη της οστεοαρθρίτιδας παρατηρήθηκε επίσης με κατάτμηση των ινών του κολλαγόνου. Επίπεδα ρήξης αναπτύχθηκαν μεταξύ των δεματίων του κολλαγόνου επεκτεινόμενα στην εκφυλιζόμενη μεσοκυττάρια ουσία. Η συνοβιακή μεμβράνη παρουσίαζε τοπικό πολλαπλασιασμό επεκτεινόμενη στις περιοχές των ρήξεων όπου επίσης συνέρρεαν αιμοφόρα αγγεία και πολλαπλασιαζόμενα ωοειδή κύτταρα (30). Σε σχέση με την γεωμετρία και τις διαστάσεις των μηνίσκων είναι χαρακτηριστικό ότι υψηλότερα ποσοστά οριζόντιων ρήξεων παρατηρήθηκαν σε μεγαλύτερους σε διαστάσεις μηνίσκους, χωρίς όμως να είναι γνωστό αν η αύξηση μεγέθους προδιαθέτει σε ρήξη ή είναι το αποτέλεσμα της εκφυλιστικής διεργασίας. Στην μελέτη αυτή δεν παρατηρήθηκε επίσης συσχέτιση μεταξύ του σωματικού βάρους των ασθενών και της εκφύλισης των μηνίσκων (30). Αξίζει να σημειωθεί ότι παρ ότι υπήρξε συσχέτιση μεταξύ του βαθμού της οστεοαρθρίτιδας και της παθολογικής εκφύλισης των μηνίσκων δεν υπήρξε 16

συσχετισμός της εντόπισης των βλαβών στα διάφορα ανατομικά διαμερίσματα του γόνατος γεγονός που αποδόθηκε στο ότι δεν φαίνεται να υπάρχει σχέση αιτίου αιτιατού μεταξύ οστεοαρθρίτιδας και εκφύλισης του μηνίσκου. Από αυτήν την άποψη οι δύο καταστάσεις φαίνεται να συνυπάρχουν αλλά να μην συσχετίζονται αιτιολογικά (30). Οι εκφυλιστικές ρήξεις είναι περισσότερο συχνές σε άτομα άνω των 40 ετών και παρουσιάζουν χαρακτηριστική μακροσκοπική εικόνα που αποτελεί και το κύριο κριτήριο για την διάγνωση τους. Ο εκφυλιστικές ρήξεις μηνίσκων σε μία μελέτη συνδέονται σε ποσοστό 85% με οστεοαρθρίτιδα του γόνατος, η σχέση όμως αιτίου αιτιατού είναι πιο δύσκολο να εδραιωθεί. Αυτό προκύπτει από το ότι ο ρόλος της εκτομής των μηνίσκων στην γένεση της οστεοαρθρίτιδας έχει καλά περιγραφεί τόσο σε ανθρώπους όσο και σε ζωϊκά πειραματικά μοντέλα, έτσι η μεταξύ τους σχέση μπορεί να είναι αμφίδρομη (29). Οι εκφυλιστικές ρήξεις των μηνίσκων έχουν από μακρόν συσχετιστεί με τις εκφυλιστικές αλλοιώσεις των χόνδρων στην οστεοαρθρίτιδα του γόνατος. Δύο μελέτες με χρήση της αρθροσκόπησης για την διάγνωση των εκφυλιστικών ρήξεων έχουν δείξει επιπολασμό 23 και 53% αντίστοιχα ενώ δύο άλλες μελέτες με χρήση της ΜRI (magnetic resonance imaging) έχουν δείξει επιπολασμό 50 και 91% αντίστοιχα για τις εκφυλιστικές ρήξεις στα γόνατα ασθενών με οστεοαρθρίτιδα. Σε όλες τις παραπάνω μελέτες ο επιπολασμός των ρήξεων αυξήθηκε με την ηλικία και την σοβαρότητα της οστεοαρθρίτιδας όπως εκτιμάται από την απώλεια του αρθρικού χόνδρου. Εφόσον δημιουργηθεί εκφυλιστική ρήξη αυτή συνδέεται με επιταχυνόμενη καταστροφή του αρθρικού χόνδρου και με σημαντική επιδείνωση των συμπτωμάτων της οστεοαρθρίτιδας σε σχέση με ασθενείς με την ίδια βαρύτητα οστεοαρθρίτιδας αλλά χωρίς εκφυλιστικές ρήξεις των μηνίσκων. Το παραπάνω έχει αποδοθεί στον σημαντικό ρόλο των μηνίσκων για την σταθερότητα της άρθρωσης του γόνατος (31). Βασισμένοι στα παραπάνω Αυστραλοί ερευνητές κατέστρωσαν μία διπλά τυφλή μελέτη για την αξιολόγηση της επίπτωσης των εκφυλιστικών ρήξεων, της σχέσης τους με την βαρύτητα της οστεοαρθρίτιδας του γόνατος και τέλος για τις κλινικές τους εκδηλώσεις. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε ενήλικες γυναίκες ηλικίας 40 ετών και άνω στην κοινότητα και η διάγνωση των τραυματικών ρήξεων έγινε με MRI της άρθρωσης του γόνατος (31). Η αρχική υπόθεση των ερευνητών στην παραπάνω μελέτη ήταν ότι ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα του γόνατος και εκφυλιστικές ρήξεις των μηνίσκων παρουσιάζουν μεγαλύτερη ηλικία, BMI (body mass index) και ποσοστά λίπους, χαμηλότερη καθαρή μυϊκή μάζα, μειωμένη αντοχή στην άσκηση, χαμηλότερη ποιότητα ζωής, υψηλότερο φορτίο χρόνιας νόσου και καταθλιπτικών συμπτωμάτων, και υψηλοτέρα ποσοστά αναπηρίας και πόνου σε σχέση με ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα του γόνατος αλλά χωρίς τραυματικές ρήξεις (31). 17

Με βάση τα αποτελέσματα της παραπάνω μελέτης ο επιπολασμός των εκφυλιστικών ρήξεων μηνίσκου ήταν 73% στα γόνατα γυναικών με διάρκεια οστεοαρθρίτιδας πάνω από 10 έτη. Το 53% των ρήξεων εντοπίζονταν στον έσω μηνίσκο, 20% κατά τον έξω μηνίσκο ενώ 27% ήταν αμφίπλευρες. Σε ποσοστό 85% οι εκφυλιστικές ρήξεις εντοπίζονταν στο ίδιο διαμέρισμα με την οστεοαρθρίτιδα του γόνατος. Επιπλέον, η ικανότητα βάδισης και η ισορροπία ήταν σημαντικά επηρεασμένη σε ασθενείς με εκφυλιστικές ρήξεις και οστεοαρθρίτιδα σε σχέση με ασθενείς μόνο με οστεοαρθρίτιδα. Τέλος, οι ασθενείς με εκφυλιστικές ρήξεις ήταν μεγαλύτεροι σε ηλικία (31). Η διαφορά στην ικανότητα της βάδισης και στην ισορροπία ήταν 11% και 15% αντίστοιχα στους ασθενείς με εκφυλιστικές ρήξεις σε σχέση με ασθενείς με μεμονωμένη οστεοαρθρίτιδα υπογραμμίζοντας το γεγονός ότι οι εκφυλιστικές ρήξεις είναι έκδηλες κλινικά. Αξίζει να σημειωθεί ότι κλινική διαφορά δεν προέκυψε από την κλινική εξέταση και το ιστορικό των ασθενών στην παραπάνω μελέτη. Το παραπάνω υπογραμμίζει την αναγκαιότητα ο κλινικός να είναι ενημερωμένος σχετικά με τις παραπάνω κλινικές επιπτώσεις των εκφυλιστικών ρήξεων επιπρόσθετα από τις κλασσικές κλινικές εκδηλώσεις των ρήξεων του μηνίσκου δεδομένου ότι αυτές συνοδεύονται από σημαντική νοσηρότητα. Η απώλεια της ικανότητας ισορροπίας μακροχρόνια φαίνεται να έχει και την μεγαλύτερη σημασία δεδομένου ότι προδιαθέτει σε αυξημένο αριθμό καταγμάτων σύμφωνα με την μελέτη αυτή (31). Η συνεντόπιση των εκφυλιστικών ρήξεων με την οστεοαρθρίτιδα υπαινίσσεται πιθανή αιτιολογική σχέση στην παραπάνω μελέτη. Τέλος, με βάση το γεγονός ότι η μειωμένη αντοχή κατά την βάδιση και η μειωμένη ισορροπία θα μπορούσαν να θεωρηθούν το αποτέλεσμα της εκφυλιστικής ρήξης του μηνίσκου αλλά και παράγοντες κινδύνου για την ανάπτυξη του οι παραπάνω ερευνητές έχουν προτείνει δύο βασικά θεωρητικά μοντέλα (Εικόνες 1 και 2) για την κατανόηση της παθογένειας της βλάβης. Αξίζει να σημειωθεί ότι και στα δύο μοντέλα η οστεοαρθρίτιδα και η προκύπτουσα εκφύλιση του αρθρικού χόνδρου θεωρείται η αρχική γενεσιουργός αιτία για την εκφύλιση και τις εκφυλιστικές ρήξεις των μηνίσκων (31). Η διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου αποτελεί ένα καλά εδραιωμένο μοντέλο για την δημιουργία οστεοαρθρίτιδας σε κουνέλια όπως και διακριτών εκφυλιστικών αλλοιώσεων στους μηνίσκους (30). Κατά το μοντέλο αυτό κυτταρικές αλλοιώσεις όπως και αλλοιώσεις της εξωκυττάριας ουσίας παρατηρούνται κατά τον έσω μηνίσκο μόνο. Η προκύπτουσα εκφύλιση των έσω μηνίσκων είναι ταχεία με ενδομηνισκικές ρήξεις να παρατηρούνται από τις 3 εβδομάδες μετά την διατομή και να είναι παρούσες σε όλους τους έσω μηνίσκους στις 8 εβδομάδες μετά την διατομή. Σε αντίθεση με τις παραπάνω αλλοιώσεις στον έσω μηνίσκο δεν παρατηρούνται αλλοιώσεις κατά τον έξω μηνίσκο σε αυτό το ζωικό πειραματικό μοντέλο (32). 18

Στο παραπάνω μοντέλο μελετήθηκαν οι αλλοιώσεις σε μοριακό επίπεδο στους μηνίσκους κουνελιών κατά την εκφύλιση τους χρησιμοποιώντας ημιποσοτική RT- PCR (reverse transcription-polymerase chain reaction). Τα πρότυπα της γονιδιακής ενεργοποίησης μελετήθηκαν για τον έσω και έξω μηνίσκο και σε σχέση με τα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης από φυσιολογικά κουνέλια παρόμοιας ηλικίας και σωματικού βάρους στις 3 και 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου (32). Το ρεπερτόριο των μελετηθέντων μορίων καταστρώθηκε με βάση μακρομόρια με γνωστό δομικό ρόλο στην διατήρηση της ιστολογίας και της βιοχημείας των μηνίσκων όπως τα μακρομόρια της εξωκυττάριας ουσίας, τις πρωτεάσες και τους αναστολείς πρωτεασών και μακρομόρια τα οποία επηρεάζουν την γονιδιακή έκφραση των παραπάνω όπως τους αυξητικούς παράγοντες, την κυκλογενάση-2 (COX-2; Cyclooxygenase-2) και τις συνθετάσες του ΝΟ (inos; inducible nitric oxide synthase) (32). Η συνολική περιεκτικότητα σε DNA διατηρήθηκε σταθερή για τον έξω μηνίσκο ενώ αντίθετα παρουσίασε σημαντική μείωση στο 66% των επιπέδων του control στις 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου για τον έσω μηνίσκο (32). Τα ολικά επίπεδα mrna αυξήθηκαν στο 126% και 184% των control στις 3 και 8 εβδομάδες για τον έσω μηνίσκο ενώ δεν παρουσίασαν σημαντική αύξηση στον έξω μηνίσκο στους δύο χρόνους θανάτωσης (32). Τα επίπεδα του κολλαγόνου Ι ήταν σημαντικά αυξημένα κατά τον έσω και έξω μηνίσκο στις 3 και 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου. Τα επίπεδα του κολλαγόνου ΙΙ ήταν επίσης αυξημένα μόνο κατά τον έσω μηνίσκο τόσο στις 3 όσο και στις 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου. Τέλος τα επίπεδα του κολλαγόνου ΙΙΙ ήταν σημαντικά αυξημένα στον έξω μηνίσκο στις 3 και 8 εβδομάδες ενώ μόνο στις 3 εβδομάδες παρατηρήθηκε αύξηση στον έσω μηνίσκο με επιστροφή των επιπέδων στα φυσιολογικά επίπεδα στις 8 εβδομάδες (32). Τα επίπεδα αγγρεγγάνης ήταν σημαντικά αυξημένα κατά τις 3 εβδομάδες μόνο στον έσω μηνίσκο με επιστροφή σε φυσιολογικά επίπεδα στις 8 εβδομάδες ενώ δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές για το μόριο αυτό στον έξω μηνίσκο (32). Τα επίπεδα mrna για την διγλυκάνη ήταν σημαντικά αυξημένα στους έσω μηνίσκους τόσο στις 3 όσο και στις 8 εβδομάδες μετά από την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου και μόνο κατά τις 8 εβδομάδες στον έξω μηνίσκο (32). Σε αντίθεση με τα παραπάνω τα επίπεδα για την decorin μειώθηκαν σημαντικά στους έξω και έσω μηνίσκους στα 31% και 20% αντίστοιχα στις 3 εβδομάδες και στο 21% 19

και 62% αντίστοιχα στις 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου σε σχέση με τα επίπεδα του control (32). Επιπλέον τα επίπεδα για το mrna της φιμπρομοδουλίνης ήταν σημαντικά μειωμένα στους έξω μηνίσκους στις 3 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου. Για το έσω μηνίσκο δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές για το παραπάνω μόριο σε καμία από τις χρονικές περιόδους που μελετήθηκαν (32). Τα επίπεδα mrna για την ΜΜΡ-1 (matrix metalloproteinase-1 ή κολαγενάση) αυξήθηκαν σημαντικά στον έσω μηνίσκο μόνο κατά τις 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου, ενώ τα επίπεδα παρέμειναν σταθερά για τον έξω μηνίσκο στα χρονικά σημεία που μελετήθηκαν. Τα επίπεδα έκφρασης για την ΜΜΡ-3 (matrix metalloproteinase-3 ή stromelysin) δεν τροποποιήθηκαν μετά από την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου τόσο στον έσω όσο και στον έξω μηνίσκο. Τα επίπεδα mrna για την ΤΙΜΡ-1 (tissue inhibitor of metalloproteinase-1) αυξήθηκαν σημαντικά στον έσω και έξω μηνίσκο κατά τις 3 και 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου. Τέλος τα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης της PAI-1 (phosphoribosylanthranilate isomerase-1) ήταν σημαντικά αυξημένα στον έσω μηνίσκο κατά τις 3 και 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου ενώ παρέμειναν σταθερά στον έξω μηνίσκο κατά τα δύο χρονικά διαστήματα (32). Σε σχέση με τους αυξητικούς παράγοντες η γονιδιακή έκφραση του TGF-β (transforming growth factor-β) παρέμεινε στα επίπεδα των μαρτύρων τόσο στον έσω όσο και στον έξω μηνίσκο και στους δύο χρόνους θανάτωσης, ενώ σημαντική μείωση στην γονιδιακή έκφραση παρατηρήθηκε για τον IGF-2 (insulin-like growth factor-2) στις 3 και 8 εβδομάδες τόσο στον έσω όσο και στον έξω μηνίσκο (32). Τα επίπεδα της γονιδιακής έκφρασης για την κυτοκίνη TNFα (tumor necrosis factor alpha) μειώθηκαν σημαντικά για το έξω και έσω μηνίσκο και στους δύο χρόνους θανάτωσης. Τα επίπεδα της COX-2 δεν παρουσίασαν αύξηση κατά τον πλάγιο μηνίσκο μετά την διατομή του πρόσθιου χιαστού συνδέσμου. Σε αντίθεση με το παραπάνω, τα επίπεδα mrna αυξήθηκαν σημαντικά σε σχέση με το control στον έσω μηνίσκο στις 3 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου. Κατ αναλογία με τα παραπάνω τα επίπεδα mrna για την συνθετάση του ΝΟ αυξήθηκαν σημαντικά στον έσω μηνίσκο στις 3 και 8 εβδομάδες μετά την διατομή του προσθίου χιαστού συνδέσμου (32). Τα αποτελέσματα από την παραπάνω μελέτη έδειξαν ότι η διατομή των προσθίων χιαστών συνδέσμων προκαλεί διακριτές μοριακές αλλαγές στους μηνίσκους οι οποίες είναι χρονοεξαρτώμενες και φαίνεται να βρίσκονται στην βάση των παρατηρούμενων ιστολογικών αλλαγών (32). 20