Parallel to steroid injections, hyaluronic acid injections have become established as a form of cartilage protection therapy due to their viscous supplementation effect. In recent years, the combined use of steroids and hyaluronic acid has become increasingly popular. The aim is to combine the rapid effect of steroids with the structural protective effect of hyaluronic acid. 

The dilemma in practice: quick relief – long-term damage?

The strong anti-inflammatory effect of cortisone is undisputed and often leads to rapid clinical improvement in osteoarthritis, but this short-term solution has a downside. Research has shown that corticosteroids trigger the programmed cell death of cartilage cells [1] and that repeated injections therefore carry the risk of cartilage damage and accelerated osteoarthritis progression [2]. This circumstance presents practitioners and patients with the challenge that symptomatic relief could mask progressive structural damage to the joint.

Hyaluronic acid: More than just a lubricant

This is where hyaluronic acid (HA) comes into play, whose effect goes far beyond that of a pure “lubricant” for viscosupplementation. HA is a biologically active molecule with multiple functions in the joint:

• Mechanical protection: HA improves the viscoelastic properties of the synovial fluid, thereby providing mechanical protection for the joint surfaces.
•  

  Anti-inflammatory: HA modulates the inflammatory response, among other things by interacting with CD44 receptors on the cartilage cells, which inhibits the release of inflammatory mediators.

• Chondroprotection: HA directly protects the cartilage cells from the cell-damaging effects of steroids.

Preclinical and clinical evidence: What does the science say?

Combination therapy is a promising approach, whose synergistic effects have already been proven in several studies. A randomized, double-blind, placebo-c­ontrolled multicenter study from 2018 involving 368 patients showed that the combined administration of cortisone and hyaluronic acid led to significantly faster and more pronounced pain relief than the respective single therapies [3]. While the cortisone effect dominated in the first few weeks, the hyaluronic acid component provided lasting improvement for up to 26 weeks. The well-tole­rated combination thus appears not only to enable effective short-term symptom control, but also to cushion the potentially adverse effects of cortisone on cartilage through the protective effect of hyaluronic acid, offering longer-term benefits. These clinical results are supported by several preclinical studies. In an in vitro model, bovine osteochondral tissue cultures were treated with inflammatory mediators (interleukin-1β and interleukin-17) to simulate an osteo­arthritis-like environment [4].

The combined use of hyaluronic acid and glucocorticoids showed a significantly stronger inhibition of cartilage-­degrading enzymes such as matrix metalloproteinases and proinflammatory cytokines compared to single doses. At the same time, the vitality of the cartilage cells was better preserved and there was a reduction in structural cartilage degradation.

A similar study investigated the effects of combination therapy on arthritic human cartilage cells in a 2D cell culture [5]. Here, too, a significantly stronger chondroprotective effect was demonstrated, including reduced expression of cartilage-degrading genes and preser­vation of collagen type II synthesis and cell vitality. Another study also examined the effects of co-administration of hyaluronic acid with steroids and various local anesthetics in a human cell culture [6]. As can be seen in Figure 2, hyaluronic acid enhanced the positive effects of glucocorticoids while significantly reducing their cell-damaging effects, especially in combination with individual local anesthetics.

Conclusion

In summary, both clinical and preclinical studies suggest that the combination of hyaluronic acid with glucocorticoids represents a promising addition to conservative osteoarthritis therapy due to synergistic effects. The simultaneous use of both substances not only enables effective short-term symptom control, but also offers longer-term benefits by protecting the cartilage structure and cushioning the potentially adverse effects of steroids. For daily practice, this means that combined administration is a worthwhile, potentially safer, and more effective alternative to cortisone injections alone.

Literature

1. Nakazawa F, Matsuno H, Yudoh K, Watanabe Y, Katayama R, Kimura T. Corticosteroid treatment induces chondrocyte apoptosis in an experimental arthritis model and in chondrocyte cultures. Clin Exp Rheumatol. 2002;20:773–81.
2. McAlindon TE, LaValley MP, Harvey WF, Price LL, Driban JB, Zhang M, et al. Effect of intra-articular triamcinolone vs saline on knee cartilage volume and pain in patients with knee osteoarthritis a randomized clinical trial. JAMA – J Am Med Assoc. 2017;
3. Hangody L, Szody R, Lukasik P, Zgadzaj W, Lénárt E, Dokoupilova E, et al. Intraarticular Injection of a Cross-Linked Sodium Hyaluronate Combined with Triamcinolone Hexacetonide (Cingal) to Provide Symptomatic Relief of Osteoarthritis of the Knee: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Multicenter Clinical Trial. Cartilage. 2018;9:276–83.
4. Bauer C, Moser LB, Kern D, Jeyakumar V, Nehrer S. The Combination of Glucocorticoids and Hyaluronic Acid Enhances Efficacy in IL-1β/IL-17-Treated Bovine Osteochondral Grafts Compared with Individual Application. Int J Mol Sci. 2023;24.
5. Bauer C, Moser LB, Jeyakumar V, Niculescu-Morzsa E, Kern D, Nehrer S. Increased Chondroprotective Effect of Combining Hyaluronic Acid with a Glucocorticoid Compared to Separate Administration on Cytokine-Treated Osteoarthritic Chondrocytes in a 2D Culture. Biomedicines [Internet]. 2022;10. Available from: https://www.mdpi.com/2227-9059/10/7/1733
6. Moser LB, Bauer C, Jeyakumar V, Niculescu‐morzsa EP, Nehrer S. Hyaluronic acid as a carrier supports the effects of glucocorticoids and diminishes the cytotoxic effects of local anesthetics in human articular chondrocytes in vitro. Int J Mol Sci. 2021;22.

Parallel zur Steroidinjektion hat sich die Injektion von Hyaluronsäure durch Ihre Wirkung als Viskosupplementation als knorpelschützende Therapieform eta­bliert. In den letzten Jahren rückt verstärkt die kombinierte Anwendung von Steroiden und Hyaluronsäure in den Fokus. Ziel ist es, die rasche Wirkung der Steroide mit der strukturellen Schutzwirkung der Hyaluronsäure zu vereinen. 

Das Dilemma in der Praxis: Schnelle Hilfe – Langfristiger Schaden?

Die stark entzündungshemmende Wirkung von Kortison ist unbestritten und führt oft zu einer raschen klinischen Besserung bei Arthrose, doch diese kurzfristige Lösung hat eine Kehrseite. Die Forschung hat gezeigt, dass Kortikosteroide den programmierten Zelltod von Knorpelzellen auslösen [1] und wiederholte Injektionen somit das Risiko einer Knorpelschädigung und einer beschleunigten Arthrose-Progression bergen [2]. Dieser Umstand stellt Behandelnde und Patienten vor die Herausforderung, dass die symptomatische Linderung einen fortschreitenden strukturellen Schaden am Gelenk maskieren könnte.

Hyaluronsäure: Mehr als nur Schmiermittel

Hier kommt die Hyaluronsäure (HA) ins Spiel, deren Wirkung weit über die eines reinen „Schmiermittels“ zur Viskosupplementation hinausgeht. HA ist ein biologisch aktives Molekül mit vielfältigen Funktionen im Gelenk:

• Mechanischer Schutz: HA verbessert die viskoelastischen Eigenschaften der Gelenkflüssigkeit und schützt so mechanisch die Gelenkoberflächen.
• Entzündungshemmung: HA moduliert die Entzündungsantwort, u. a. durch die Interaktion mit CD44-Rezeptoren auf den Knorpelzellen, was die Ausschüttung entzündlicher Mediatoren hemmt.
• Chondroprotektion: HA schützt die Knorpelzellen direkt vor den zellschädigenden Effekten der Steroide.
• Diese Eigenschaften machen Hyaluronsäure zu einem idealen Partner, um den negativen Effekten der Kortikosteroide entgegenzuwirken.

Präklinische und klinische Evidenz: Was sagt die Wissenschaft?

Die Kombinationstherapie stellt einen vielversprechenden Lösungsansatz dar, dessen synergistische Effekte bereits durch mehrere Studien belegt sind. So zeigte eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Multicenterstudie aus dem Jahr 2018 mit 368 Patienten, dass die gemeinsame Verabreichung von Kortison und Hyaluronsäure zu einer signifikant schnelleren und ausgeprägteren Schmerzlinderung führte als die jeweiligen Einzeltherapien [3]. Während die Kortison-Wirkung in den ersten Wochen dominierte, sorgte die Hyaluronsäure-Komponente für eine anhaltende Besserung bis zu 26 Wochen. Die gut verträgliche Kombination scheint somit nicht nur eine effektive kurzfristige Symptomkontrolle zu ermöglichen, sondern durch den protektiven Effekt der Hyaluronsäure auch die potenziell nachteiligen Effekte des Kortisons auf den Knorpel abzufedern und längerfristige Vorteile zu bieten.

Unterstützt werden diese klinischen Ergebnisse durch mehrere präklinischen Studien. In einem In-vitro-Modell wurden bovine osteochondrale Gewebekulturen mit Entzündungsmediatoren (Interleukin-1β und Interleukin-17) behandelt, um ein arthroseähnliches Milieu zu simulieren [4]. Die kombinierte Anwendung von Hyaluronsäure und Glukokortikoiden zeigte eine deutlich stärkere Hemmung knorpelabbauender Enzyme wie Matrix-Metalloproteinasen sowie proinflammatorischer Zytokine im Vergleich zu den Einzelgaben. Gleichzeitig blieb die Vitalität der Knorpelzellen besser erhalten und es zeigte sich eine Reduktion des strukturellen Knorpelabbaus. 

Eine ähnliche Studie untersuchte die Effekte der Kombinationstherapie auf arthrotische humane Knorpelzellen in einer 2D-Zellkultur [5]. Auch hier wurde eine signifikant stärkere chondroprotektive Wirkung nachgewiesen, u. a. durch reduzierte Expression knorpelabbauender Gene sowie Erhalt der Kollagen-Typ-II-Synthese und Zellvitalität. Eine weitere Studie untersuchte ebenfalls in einer humanen Zellkultur die Auswirkungen einer gemeinsamen Verabreichung von Hyaluronsäure mit Steroiden und unterschiedlichen Lokalanästhetika [6]. Dabei zeigte sich, wie in Abbildung 2 zu sehen ist, dass Hya­luronsäure die positiven Effekte der Glukokortikoide verstärkte und gleichzeitig deren zellschädigende Wirkung – insbesondere in Kombination mit einzelner Lokalanästhetika – deutlich reduzierte. 

Fazit 

Zusammenfassend sprechen sowohl klinische als auch präklinische Studien dafür, dass die Kombination von Hyalu­ronsäure mit Glukokortikoiden durch synergistische Effekte eine vielversprechende Erweiterung der konservativen Arthrosetherapie darstellt. Die gleichzeitige Anwendung beider Substanzen ermöglicht nicht nur eine effektive kurzfristige Symptomkontrolle, sondern bietet auch längerfristige Vorteile, indem Hya­luronsäure die Knorpelstruktur schützt und die potenziell nachteiligen Effekte von Steroiden abfedert. Für die tägliche Praxis bedeutet dies, dass die gemeinsame Gabe eine überlegenswerte, potenziell sicherere und wirksamere Alternative zur reinen Kortison-Injektion ist. 

Literatur

1. Nakazawa F, Matsuno H, Yudoh K, Watanabe Y, Katayama R, Kimura T. Corticosteroid treatment induces chondrocyte apoptosis in an experimental arthritis model and in chondrocyte cultures. Clin Exp Rheumatol. 2002;20:773–81.
2. McAlindon TE, LaValley MP, Harvey WF, Price LL, Driban JB, Zhang M, et al. Effect of intra-articular triamcinolone vs saline on knee cartilage volume and pain in patients with knee osteoarthritis a randomized clinical trial. JAMA – J Am Med Assoc. 2017;
3. Hangody L, Szody R, Lukasik P, Zgadzaj W, Lénárt E, Dokoupilova E, et al. Intraarticular Injection of a Cross-Linked Sodium Hyaluronate Combined with Triamcinolone Hexacetonide (Cingal) to Provide Symptomatic Relief of Osteoarthritis of the Knee: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Multicenter Clinical Trial. Cartilage. 2018;9:276–83.
4. Bauer C, Moser LB, Kern D, Jeyakumar V, Nehrer S. The Combination of Glucocorticoids and Hyaluronic Acid Enhances Efficacy in IL-1β/IL-17-Treated Bovine Osteochondral Grafts Compared with Individual Application. Int J Mol Sci. 2023;24.
5. Bauer C, Moser LB, Jeyakumar V, Niculescu-Morzsa E, Kern D, Nehrer S. Increased Chondroprotective Effect of Combining Hyaluronic Acid with a Glucocorticoid Compared to Separate Administration on Cytokine-Treated Osteoarthritic Chondrocytes in a 2D Culture. Biomedicines [Internet]. 2022;10. Available from: https://www.mdpi.com/2227-9059/10/7/1733
6. Moser LB, Bauer C, Jeyakumar V, Niculescu‐morzsa EP, Nehrer S. Hyaluronic acid as a carrier supports the effects of glucocorticoids and diminishes the cytotoxic effects of local anesthetics in human articular chondrocytes in vitro. Int J Mol Sci. 2021;22.

Die Sportmedizin befasst sich intensiv damit die positiven Effekte von Sport für die Menschen nutzbar zu machen und negative Effekte wie Überlastung zu verhindern und Verletzungen optimal zu behandeln. Operative und konservative Therapien werden komplementär eingesetzt, Physikalische Medizin und Physiotherapie unterstützt den Prozess des Wiedereinstiges nach Verletzung, die Sportwissenschaft und neue Technologien bis hin zur Künstlichen Intelligenz optimieren die sportliche Belastung.

Die Wissenschaft liefert neue Ansätze Gewebe wiederherzustellen und Gewebsdefekte zu regenerieren – durch Tissue Engineering und Regenerativer Medizin mit Zelltherapien, Wachstumsfaktoren bis hin zur Optimierung des Sekretoms durch nanogroße Vesikel, die die Gewebeheilung nachhaltig modulieren. Alle Anstrengungen werden unternommen, um Sport sicher und nachhaltig für unsere Gesundheit zu gestalten.

Die Faszination des Sports am Berg in großen Höhen, bei Hochgeschwindigkeit am Schi im Wintersport oder auch bei Ausdauerbelastungen jenseits des Marathons ist ungebrochen und motiviert viele Menschen hinaus in die Natur zu gehen und sich einfach zu „bewegen“.

Diese Zeilen fassen schon zusammen, welche Themen Sie am Jahreskongress der GOTS in Krems in Österreich erwarten. Eine umfassende Zusammenschau der Problemzonen des Sports – wie Überlastung, Verletzungsprophylaxe und Präventionsstrategien, sowie Einblicke in die neuen Technologien der Wissenschaft und modernen Sporttechnologien mit denen die Belastung monitiert und gesteuert werden kann. Umgang mit schweren Verletzungen, sportlichen Belastungen in großen Höhen, aber auch die richtige Ernährung und Betreuungsmaßnahmen bei den immer mehr nachgefragten Extremevents. Die sportmedizinische Betreuung ist hier sehr gefordert und braucht Expertise von allen Fächern, die weit über die klassischen Fächer der Medizin hinausgehen.

Aber auch die Faszination des Sports soll dargestellt werden: vom Beachvolleyball im Sand und Marathon in der Wachau bis zum Highspeed im Schnee und Klettern ohne Seil. Weiters erwarten Sie Demonstrationen von aktuellen operativen Techniken in Videopräsentationen, aber auch live im bereitgestellten Operationslab sowie moderne Sportbetreuungsstrategien bei internationalen Wettkämpfen und natürlich auch Praktisches aus der Manuellen Medizin und Präventionsübungen sowie Hands-On Sonographie. Sportmedizinische ExpertInnen aus D-A-CH sowie Ehrengäste aus Luxemburg und Italien referieren die neuesten Erkenntnisse und diskutieren mit Ihnen Fragen, die sich Ihnen liebe SportmedizinerInnen im täglichen Beruf stellen.

Sportlerinnen und Sportler berichten von ihrer Motivation und der Faszination des Sports, der sie zu Höchstleistungen treibt. Aber es ist auch unsere besondere Verantwortung, wie wir unsere Kinder vor Überlastung schützen, wenn zu viel, zu früh trainiert wird und Umgangsregeln mit jungen Menschen verletzt werden.

Mit der vollen Unterstützung der GOTS-Geschäftsstelle und unseren Industriepartnern ist es gelungen, ein großartiges Programm in Krems aufzustellen.

Ein Morgenlauf zu Gunsten der Organisation Future4kids entlang dem Donau Ufer am Eingang der UNESCO Welterberegion Wachau soll auch Ihre Aufmerksamkeit auf die wunderschöne Umgebung des landschaftlich einmaligen Donautales lenken. Daneben werden gesellschaftlicher Austausch und Kommunikation bei gemeinsamen Abenden möglich sein.

„Gemeinsam für den Sport“ hoffen wir mit diesem Kongress einen wertvollen Beitrag für die Weiterentwicklung des Sports und der Bewegung zu leisten. Machen Sie mit, seien Sie dabei!

Der GOTS-Kongress findet in diesem Jahr vom 15.-17. Mai in Krems statt. Weitere Infos finden Sie HIER

Nach Sportverletzungen kann eine operative Versorgung notwendig sein, die präzise vermessene Parameter auf Röntgenbildern erfordert. Beispielsweise bei Meniskusverletzungen oder Knorpelschäden ist die radiologische Beurteilung der Beinachse relevant und sollte gegebenenfalls berücksichtigt und korrigiert werden [7, 8]. Trotz der technologischen Fortschritte werden Röntgenbilder im klinischen Alltag weiterhin manuell von Ärzten beurteilt, vermessen und in narrativer Form beschrieben. Diese traditionelle Methode ist jedoch subjektiv und kann zu erheb­lichen Unterschieden in den Ergebnissen führen. 

Interrater und Intrarater Variabilität

Die manuelle Bewertung und Vermessung von Röntgenbildern sind von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig, wie Stress, Ermüdung und Unachtsamkeit im klinischen Alltag. Die intrarater Variabilität bezeichnet Unterschiede zwischen Bewertungen desselben Befunders, während die interrater Variabi­lität Unterschiede zwischen verschiedenen Befundern beschreibt. Trotz einer Datenmenge von fünf Megabyte in einem DICOM Röntgenbild werden die Bilder immer noch subjektiv auf einem Bildschirm bewertet, ähnlich wie vor hundert Jahren. Die Genauigkeit von manuellen Auswertungen zeigt bereits in früheren Studien eine gewisse Variabilität [9 –11]. Im Gegensatz dazu ist ein auf KI basierender Algorithmus unabhängig von der Erfahrung oder der Tagesverfassung eines Befunders. Die Software kann die volle Dateninformation nutzen und beispielsweise Kontrastunterschiede auf den Pixel genau beurteilen, was zu präzisen und reproduzierbaren Ergebnissen führt.

Künstliche Intelligenz, Machine Learning und Deep Learning

KI hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, insbesondere durch den Fortschritt in der Rechenleistung und die Verfügbarkeit umfangreicher Datensätze. Dies hat die Entstehung von Untergruppen wie Machine Learning (ML) ermöglicht (Abb. 1). ML-Algorithmen können Muster erkennen und Probleme ohne explizite Programmierung lösen. Deep Learning (DL), eine Weiterentwicklung von ML, nutzt neuronale Netzwerke zur Lösung komplexer Aufgaben wie Bilderkennung, insbesondere in der medizinischen Bildgebung zur Erkennung von Anomalien auf Röntgenbildern. Die Qualität und Vielfalt der Trainingsdaten sind entscheidend für die Entwicklung zuverlässiger Modelle, da Trainingsdaten von niedriger Qualität und Vielfalt zu Verzerrungen, geringer Robustheit gegenüber neuen Daten und „Overfitting“ führen können, was die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Modelle einschränkt. Overfitting entsteht, wenn ein Modell zu stark auf Trainingsdaten fokussiert ist und dadurch bei neuen Daten schlecht funktioniert. Daher sind hochwertige Trainingsdaten entscheidend, um eine breite Palette von Szenarien genau zu verarbeiten.

Interne vs. Externe Validierung

Die Entwicklung eines DL-Algorithmus erfordert Training und Validierung zur Bewertung der Genauigkeit. Validierung kann intern oder extern erfolgen. Interne Validierung teilt denselben Datensatz in Trainings- und Validierungsdaten auf, während externe Validierung separate Datensätze verwendet. Interne Validierung ist einfacher, erlaubt jedoch keine Aussage über die Anwendbarkeit auf andere Datensätze und kann zu Bias führen. Ein Beispiel dafür ist die Untersuchung von Zech et al., die zeigte, dass das Wort „portable“ als entscheidender Faktor für die Diagnose einer Lungenentzündung auf Thorax-Röntgenbildern fungierte, obwohl es nur als Kennzeichnung für das tragbare Röntgengerät auf den Bildern erschien [12]. Externe Validierung hingegen verwendet einen zusätzlichen Datensatz (aus einer anderen Einrichtung) und ist aufwändiger, aber verringert die Nachteile der internen Validierung. Oft wird eine externe Validierung für die Zulassung als Medizinprodukt gefordert. 

Muskuloskelettale Erkrankungen und Bildgebende Diagnostik

Geschätzte 25 % aller Patienten, die in der Hausarzt-Praxis vorstellig werden, klagen über muskuloskelettale (MSK) Beschwerden, viele davon verbunden mit sportlicher Aktivität [13]. Mit der wachsenden Anzahl an Röntgenbildern, die befundet werden müssen, stehen befundende Ärzte unter erhöhtem Druck, eine hohe Qualität aufrecht zu erhalten. Die geschätzte radiologische Fehlerrate liegt bei 4 – 30 %. Auf eine Milliarde Röntgenbilder im Jahr würden demzufolge etwa 40 Millionen radiologische Bilder fehlerhaft diagnostiziert [14, 15]. Die Implementierung von KI in die MSK-Bildgebung kann aktuell so verstanden werden, dass bestimmte, klar definierte Aufgaben, die normalerweise von Radiologen oder Orthopäden durchgeführt werden, übernommen werden können. Dies beinhaltet Aufgaben, wie die Erkennung und Vermessung von anatomischen Strukturen, Frakturerkennung sowie komplexere Aufgaben, wie die Beurteilung des anatomischen Knochenalters oder der Klassifizierung von unterschiedlichen Stadien der Arthrose. 

Automatisierte Vermessung der Beinachse

Eine Abweichung der Beinachse ist assoziiert mit einem schlechteren Outcome bei Knorpel- und Meniskuseingriffen sowie erhöhtem Risiko der Kniegelenksarthrose. Die korrekte Vermessung und Beurteilung der Beinachse ist z. B. bei Umstellungsosteotomien wichtiger. Das American College of Radiology Data Science Institute erkannte die automatische Vermessung von Ganzbein-Röntgenbildern als „AI Use Case“ an, da gezeigt werden konnte, dass die Reproduzierbarkeit durch KI verbessert und eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann (Abb. 2) [5, 16, 17]. 

IB Lab HIPPO – Vermessung von Hüfte und Becken

Das HIPPO-Modul dient zur Messung der Hüftpositionierung und der Beckenmorphologie, hinsichtlich der Vermessung der gängigsten Winkel und Messdistanzen auf einem Röntgenbild des Beckens und ist für erwachsene Menschen zwischen 18 und 95 Jahren mit Hüftschmerzen vorgesehen, bei Verdacht auf angeborene Erkrankungen, femoral-acetabuläre Impingement oder Arthrose der Hüfte. Mithilfe von Hüftwinkelmessungen können Ärzte geeignete Maßnahmen und Therapien für frühe Anzeichen einer Hüfterkrankung, einschließlich Arthritis und Dysplasie, ergreifen. HIPPO führt objektive, stand­ardisierte Messungen der wichtigsten Hüftwinkel auf digitalen Röntgenbildern durch. Dazu gehören die CCD- und LCE-Winkel sowie der Tönnis-Winkel (Acetabular Index), der Sharp-­Winkel und der Femoral Extrusion Index. Bei bilateralen stehenden AP-Hüftröntgenaufnahmen unterstützt HIPPO den medizinischen Experten bei der Erkennung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Beinlängenunterschieden. Die Messwerte sind präzise und die Lese- und Berichtszeit kann bei Verwendung von HIPPO von 3,5 Minuten auf 30 Sekunden pro Bild reduziert werden. Femoroacetabulares Impingement und Hüftdysplasie sind die beiden Hauptursachen für Hüft­degeneration, wobei sie im Endstadium zum Hüftgelenkersatz führen. 

Automatisierte Vermessung des Cobb Winkels

Sport wird in den Leitlinien der International Scientific Society on Scoliosis Orthopeadic and Rehabilitation Treatment aufgrund des positiven psychologischen, neuromuskulären und generell gesundheitlichen Effekts bei Skoliose empfohlen. Die Inzidenz der adoleszenten idiopathischen Skoliose wird auf 2 – 3 % geschätzt, wobei sie durch einen Cobb-Winkel von > 10° definiert ist [18]. Da ab einem Cobb Winkel von < 50° das Risiko einer Progression der Skoliose erhöhte ist und operative Versorgung indiziert sein kann, sollte dieser möglichst genau bestimmt werden [19]. Manuelle Vermessungen des Cobb Winkels zeigten in der Vergangenheit eine Ungenauigkeit von bis zu 8° [9]. 

Die automatisierte Vermessung durch KI-Algorithmen (Abb. 4) zeigt großes Potenzial, diese Messungenauigkeit zu reduzieren. 

Potenzial der KI für den Befundablauf in der Sportmedizin

Wie eingangs erwähnt, wird die Befundung von Röntgenbildern nach wie vor manuell durchgeführt. Mess- bzw. Befundergebnisse erfordern ein hohes Maß an Genauigkeit, welche für die Erkennung von Erkrankungen und der Zuweisung adäquater Therapien entscheidend sind. Aktuelle Abläufe führen bei der Befundung teilweise zu Übereinstimmungsraten von nur 30 % [20]. KI kann die Genauigkeit der präoperativen Planung sportmedizinischer Eingriffe erhöhen und damit zu besseren postoperativen Ergebnissen führen. Durch eine verbesserte Standardisierung können zudem robustere Daten für zukünftige Studien generiert werden, wodurch Normparameter neu definiert und Operationsindikationen entsprechend adap­tiert werden können. KI-Software unterstützt Ärzte im klinischen Alltag, indem sie zeitaufwändige Aufgaben reduziert und die Arbeitslast verringert, was die Qualität verbessern kann. Dennoch erfordern die Ergebnisse der verfügbaren KI-Tools derzeit eine menschliche Validierung, um angemessen genutzt werden zu können.

Bemerkung

Während der Erstellung dieser Arbeit verwendeten die Autoren ChatGPT 3.5 von OpenAI, um den Lesefluss
zu verbessern und Wortsynonyme zu finden. Die Autoren überprüften den Inhalt anschließend und haben diesen entsprechend überarbeitet. 

Weitere Autoren dieses Artikels:

DR. MED. KENNETH CHEN /
UNIVERSITÄT FÜR WEITERBILDUNG KREMS,
ABTEILUNG FÜR ORTHOPÄDIE UND TRAUMATOLOGIE,
LANDESKLINIKUM WAIDHOFEN/YBBS

DR. DR. MED. RICHARD LJUHAR /
IMAGEBIOPSY LAB, RESEARCH & AI DEVELOPMENT ABTEILUNG, WIEN

Lesetipp der Redaktion

Expert-Talk mit PD Dr. Christian Sturm zu KI und Robotik in der Medizin (sportärzte­zeitung 01/24) 

KI und Robotik in der Medizin

Literatur

Präventive Maßnahmen können bis zu 50 % dieser Gelenkverletzungen verhindern. Nicht nur die Gelenke sind durch sportliche Aktivität beansprucht, auch das Herz-Kreislaufsystem ist unter erhöhter, körperlicher Belastung gefordert. Sportmedizinische Untersuchungen können das Risiko eines plötzlichen Herztods bei Sportlern signifikant senken. Vor allem aber ist Inaktivität mit einem erhöhten Sterberisiko assoziiert: Weltweit sterben jährlich 5,1 Millionen Menschen an den Folgen des Rauchens. Demgegenüber stehen 5,3 Millionen Mortalitätsfälle, die auf Bewegungsmangel zurückgehen. 

Hohes Verletzungsrisiko bei Kontaktsportarten 

Rund 200.000 Sportunfälle ereignen sich pro Jahr in Österreich – am öftesten im Alpinen Skilauf und Fußball. Jede Sportart beinhaltet dabei ihr eigenes Risikoprofil – mit unterschiedlichen Verletzungsschwerpunkten. Als ein typischer Verletzungsmechanismus gilt die Kreuzbandruptur, die durch das Einknicken des Kniegelenkes in der Bewegung nach innen passiert, dies wird begünstigt durch eine Kombination aus Becken- und Beinachseninstabilität. Problematisch sind hier vor allem „High Impact“-Sportarten – also solche, die mit dynamischer Belastung und schnellen Richtungswechseln einhergehen. Am häufigsten betroffen sind Verletzungen der unteren Extremitäten und dort vor allem das Sprunggelenk und das Kniegelenk. Gefürchtet sind Rupturen der Kreuzbänder, insbesondere des vor­­d­eren Kreuzbandes, die in der Regel dann auftreten, wenn hohe Geschwindigkeiten auf starke Kraftbelastungen treffen. Dass Kreuzbandverletzungen kein Einzelschicksal darstellen, zeigt die hohe Verletzungsinzidenz – exemplarisch am Beispiel von Fußball: Fußball ist mit 200.000 Profi- und 240 Millionen Amateurspielern weltweit die populärste Sportart mit der höchsten Anzahl aktiver Spieler in Bezug zu den Kreuzbandverletzungen, die sich pro Jahr ereignen würden, die derzeit fünf Millionen Verletzungen pro Jahr betragen. Die Folgen solcher Verletzungen sind langwierige Rehabilitation für Wochen und Monate und sind von langen Ausfallzeiten geprägt, was für den einzelnen Spieler und auch für die Vereine problematisch ist. 

Präventionsstrategien sind gefragt – auch im Freizeitsport

Profisportverbände wie die FIFA haben auf diese Problematik bereits früh reagiert – mit altersadaptierten Präventionsprogrammen, wobei gezieltes propriozeptives sowie muskelkräftigendes Training dazu beitragen kann, dieser Instabilität vorzubeugen und damit das Verletzungsrisiko beträchtlich senkt. Durch viele Studien wurde evident abgesichert, dass solche Programme wirksam sind: Das Risiko einer Fußball-assoziierten Verletzung an den unteren Extremitäten kann durch adäquate Verletzungsprophylaxe um 50 % reduziert werden. Da die Verletzungsmuster im Profisport jenen im Freizeitsport gleichen, gelte es, Präventionsstrategien auf breiter Ebene, sprich in sämtlichen Sportdisziplinen wie Volleyball, Basketball etc. zu implementieren. Dazu muss nicht nur ein Bewusstsein für das Problem geschaffen, sondern auch eine systematische Verletzungserhebung gemacht werden. Dafür ist es wichtig zu schauen, wie Verletzungen überhaupt zustande kommen, die Größe und Anzahl der Schädigungen abschätzen und dann gezielte Maßnahmen durch Trainer und Sportler selbst umsetzen und danach die Verbesserung dokumentieren. Daher ist die Analyse als Grundlage für die Konzeption von Gegenstrategien, wie im Präventionskonzept nach Mechelen beschrieben wichtig. Das Wissen über Prävention muss Menschen bereits in jungen Jahren vermittelt werden, z. B. in Form von spielerischen Bewegungsprogrammen in der Schule oder Verein, da ein hoher Stellenwert einer Frühintervention besteht. Diese ist auch von Bedeutung, um frühzeitigen arthrotischen Veränderungen im Gelenksknorpel – oft eine Folge von langjähriger Unter-, Über- und Fehlbelastung – entgegenzuwirken. So kann der positive Effekt von Sport auf den Organismus genutzt werden und die Reduktion von Übergewicht, Diabetes, Herzkreislauf-Erkrankungen und vielem mehr unterstützt werden. Der zunehmende Anteil von übergewichtigen und bewegungsarmen Kindern ist alarmierend, und braucht dringende Bewegungsimpulse. Sport und Bewegung müssen aber möglichst verletzungsfrei gehalten werden, um diese Effekte auf die Volksgesundheit wirksam zu machen. 

Die Österreichische Gesellschaft für Sportmedizin und Prävention (ÖGSMP) widmete sich im vergangenen Jahr gemeinsam mit der Deutsch-Österreichisch-Schweizer Gesellschaft für Orthopädisch-Traumatologische Sportmedizin (GOTS) im Rahmen eines Kongresses dem Thema der Prävention und Gesundheitsförderung im Sport, wobei wichtige Impulse für die Zukunft gesetzt werden konnten. 

Die wesentlichste Aufgabe der ÖGSMP im letzten Jahrzehnt war, gemeinsam mit dem Bundesministerium für Gesundheit und der Österreichischen Ärztekammer, die Schaffung des Untersuchungsbogens, die Entwicklung der Lehr- und Lernzielkataloge für Grundkurse und Praxisseminare.

Wir bedanken uns für die Zusammenarbeit mit dem Präsidenten der Gesellschaft, Herrn Univ.- Prof. Dr. med. Stefan Nehrer, den wir gleichzeitig als neuen wiss. Beirat der sportärztezeitung begrüßen dürfen.

Orthopaedics and regenerative medicine

The translation of preclinical results in regenerative research into products that can be used in clinical practice is slow. The reasons range from authorisation issues to ethical discussions about gaps in scientific understanding through to psychosocial issues. Nonetheless, ortho­paedics can be viewed as a pioneer in the clinical application of regenerative medical devices. Orthopaedics and traumatology is a broad field of regenerative medicine with the restoration of musculoskeletal structures, such as the menisci, cartilage, bone and intervertebral discs. Given the high prevalence of injury in athletes,  regenerative medicine is playing an increasingly important role in sports orthopaedics. This includes, on the one hand, tissue engineering, which involves the use of cultured cells of ­various origins on substrates and the addition of growth factors to support tissue regeneration and, on the other, the use of both complex blood deri­vatives (e.g. platelet and cell concentrates with a high proportion of mesenchymal stem cells (MSCs) from bone marrow or adi­pose tissue) and indi­­vi­dual factors such as vesicles or small molecules that intervene in healing and regeneration cascades. The methods have a low adverse effect profile and are often better tolerated than traditional pain and inflammation inhibitors, which furthermore provide only symptomatic relief and do not support any regene­rative potential. In sports medicine in particular, the natural regene­ration potential of the mostly young patients is high and should be researched more intensively.

General strategies in regenerative medicine

In general, regenerative strategies are based on 4 cornerstones:

• cells
• a supporting matrix (biomaterial)
•  

  signals for tissue and cell differentiation

•  

  and environmental factors, such as biomechanical stimuli.

Cells and their source

Cells are the first cornerstone for regene­rative medicine applications. Autologous cell transplants, as in chondrocyte transplantation, are already being used. The evidence for ACT has markedly improved and there are randomised stu­dies confirming by biopsy and MRI the clinical efficacy of the method with restoration of the cartilaginous joint surface in isolated cartilage defects. Long-term studies with a follow-up period of up to 20 years have also confirmed the sustained effect of ACT. In approx. 75 % of cases, the morphology of the joint cartilage is substantially regenerated, which also supports joint longevity and, compared to microfracture, results in improved outcomes, especially beyond the five-year threshold. Just the microfracture-induced bleeding alone results in repair tissue consisting of mixed fibrous tissue and, as recent studies have shown, often in increasing bone formation in the defect, which thins out the cartilage above and ultimately results in failure.

The above impressively demonstrates that repair methods such as microfracture are clinically successful in the short term but are unable to treat cartilage defects in the long term. It is essential, therefore, that cell transplantation be used for large defects in particular, not least because microfracture also negatively affects the outcome of any subsequent cartilage surgery in the long term. Despite these successes with ACT,  the logistics, administration and techno­logy costs are so high that their cost-effectiveness is hard to justify. These criticisms, however, always have to be seen against the background of joint long­evity and the associated improved qua­lity of life and social health economics. Modern approaches are increasingly focusing on stem cells and progenitor cells. Stem cells from bone marrow, umbilical cord blood and adipose tissue have long been used in clinical practice; embryonic stems cells would be another very promising option but for the ethical issues involved. A modern alternative to embryonic stem cells might be induced pluripotent stem cells (iPSC). These are primarily somatic cells that have been reprogrammed to an embryonic stem cell-like state.

Matrices

Matrices are the second cornerstone of regenerative medicine; they are primarily used to provide a support and attach the inserted cells at the defect site. They are thus a scaffold on which new tissue can form. Modern matrices actively emit signals to promote the regeneration process and accordingly provide impulses for regeneration, which can be biological, chemical, or physical. How they emit these signals depends on their design. Modern, smart matrices react to environmental stimuli, whereas more traditional matrices, which are typically absorbable, release their factors as they are absorbed. Matrices consist of a wide variety of natural and synthetic materials and are often copolymers of different components. Natural materials are natural collagens, hyaluronates and fibrin, which are sometimes manufactured recombinantly. Synthetic biomaterials are polylactides and polycaprolactones or combinations of the two. The type of material selected depends on a wide variety of factors, such as porosity, biocompatibility and absorption rate. Modern matrices may also have a micro or nano structure or even be manufactured according to the individual ana­tomy. In this instance, bioprinting allows cells and growth factors to be integrated into the individually manufactured construct. To support the minimally invasive character of modern regenerative approaches overall, increasing use is also being made of matrices made of injectable, self-hardening gels or pastes.

Signals for differentiation

Signals/morphogenetic stimuli that stimulate cells to differentiate into specific tissue are the third cornerstone for regenerative medicine applications. The best known example of this are growth factors such as transforming growth factor beta (TGF-β), which plays an essential role in chondrogenesis. Alongside other stimuli such as transcription factors, trophic factors and small active molecules, the environmental milieu (e.g. hypoxia) can also initiate differentiation processes. A common problem here is that these factors can hardly ever be applied systemically but usually have to be applied locally at the site to be regenerated for days and even weeks. Local application over a prolonged period is the aim of smart scaffolds that are programmed to release such factors. However, to date it is often unclear what factor is required precisely when, in what concentrations it should be applied  and what precise form the kinetics should take.

One pragmatic approach which avoids this problem altogether involves once more MSCs  and other substances harvested from blood such as platelet-rich plasma (PRP). The abundance of individually different trophic factors automatically associated with these pro­ducts saves the user the task of providing the precise concentration/isolating the individual factors. But this also turns a critical eye on blood products such as ACP and PRP. Their clinical efficacy has been demonstrated in both destroyed tissue and degenerative processes such as osteoarthritis. The mixture of anti-­inflammatory, immunomodulatory and regenerative factors can act on the healing cascade and support tissue healing. With chronic pathologies in particular, the introduction of blood components reactivates healing processes through the release of platelet factors and with mesenchymal stem cell-derived microvesicles and can make good a failed attempt at healing that has become chronic.

Mechanical stimuli

Mechanical stimuli are the fourth cornerstone for the success of regenerative methods. They are crucial for the function and development of skeletal structures. The mechanical influence plays an essential role particularly in the initial differentiation phase but also in the later remodelling phase of healing. The use of continuous passive motion devices (CPM) plays an important role in the rehabilitation of cartilage defects. Much movement, little loading is the motto here and ensures optimum cartilage formation post cell transplantation. Another interesting application of mechanical stimuli to promote bone regene­ration is extracorporeal shock wave therapy (ESWT). This is essentially also a regenerative measure to mechani­cally reactivate stalled healing processes using shock waves. The field of mechani­cal stimuli would seem to be a fertile ground for innovative rehabilitation protocols and might come more to the fore in regenerative medicine due to the above mechanisms.

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SPECIFICS: Blood-derived products in regene­rative orthopaedic sports medicine

The physiological support of blood-derived products for tissue repair and regeneration is attracting attention for many applications in regenerative medi­cine. Platelet-rich plasma (PRP) is one of the best known blood products commonly used as a supplement in in-vitro cell cultures and for therapeutic applications. The quantity of growth factors and cytokines available in the platelet alpha granules in PRP provides all the necessary anabolic factors to maintain proliferation, differentiation and cell phenotypes. Deviations that arise due to different PRP manufacturing protocols are responsible for the large number of different platelet-rich plasma products in laboratories globally.

Scientific value of PRP etc in tendon injuries

Tendon disorders of any kind make high demands in terms of diagnostics, treatment, rehabilitation and prevention at a fundamental level and often require interdisciplinary collaboration. Interest in and the use of orthobiologics (e.g. platelet-rich plasma and auto­logous conditioned plasma – PRP and ACP) has steadily grown in the last de­cade. Orthobiologics and the procedures followed for their application are often mentioned in the context of tendon injuries. The results of a current survey  in the AOSSM (American Orthopaedic Society for Sports Medicine) confirm just how frequently they are used in routine clinical practice. Tendon injuries, together with osteoarthritis, are the second most common indication for the use of platelet-rich plasma. How­ever, in this context it is viewed critically that with its increasing popularity the indications for its use are not always based on scientific evidence and therapeutic efficacy.

Acute tendon injuries and those due to overuse, together with functionally related structures (bone insertion areas, surrounding synovial tissue, myofascial interfaces), are one of the most common injuries and clinical pictures in athletes across all sports and ages. Epidemiologically, the (weight-bearing) tendons of the lower extremities (e.g. the Achilles tendon, patellar tendon) in particular are commonly involved. A large number of injuries in sports can be ascribed to different forms of overuse with or without concomitant risk factors. Fundamental knowledge of the pathogenesis is essential to understand damage mechanisms and be able to address them adequately and treat them successfully and appropriately depending on the stage. Where the aetiopathogenesis cannot be fully explained, an interaction between a change in metabolic activity (including tenocyte activity), a change in the structural integrity of the tendon and the presence of more or less inflammatory metabolic disorders can be assumed. The individually selected treatment methods share the goal of clinically identifying and impro­ving impaired tendon function in a continuous and progressive treatment process. Careful selection and structuring of the treatment methods is essential here.

Application and/or infiltration as a procedure routinely available in clinical practice

When PRP etc were first used, the available evidence was inadequate due to the inadequate methodological quality of the studies then available. The at times method-related limi­tations of these studies and the different methods used to collect PRP resulted in different compositions and dosages. Moreover, the application and follow-up protocols were not uniform and still hinder scientific analysis and thus ultimately the assessment of this treatment method today. In principle, the cytokines and growth factors found in PRP can enhance the inflammatory and healing process. PRP, applied at the  correct time and in the correct work-up, might thus have a positive effect on tissue regeneration. However, if the timing and work-up are inadequate, then the opposite effect may be triggered. It has now been generally established that the clini­cal efficacy of PRP  depends on both the biological milieu (application as a supplement perioperatively as opposed to purely conservatively) and localisation of the application. The question therefore is no longer whether PRP is gene­rally useful (e.g. irrespective of localisation and severity) but whether it should be applied in each individual case.

Positive effects for the patellar tendon, rotator cuff and radiohumeral epicondylopathy

The scientific data currently available demonstrate positive therapeutic effects, particularly for the patellar tendon, rotator cuff and radiohumeral epicondylopathy and for perio­perative application in Achilles tendon reconstruction. Application of PRP for Achilles tendinopathy does not appear to be superior to other treatment methods and, based on current knowledge, cannot be fully recommended.

Summary of the use of orthobiologics for tendinopathy

• Heterogeneous data available on clinical efficacy – biological milieu and localisation are crucial 
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  Indication must take into account the localisation and be adjusted to the underlying pathology

•  

  Solid data available: patellar  tendon, rotator cuff, radiohumeral epicondylopathy, Achilles tendon reconstruction

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  No monotherapy, no unique selling point!

NB: The indication for infiltration treatment in tendinopathy should always be subject to strict scrutiny irrespective of the active substance applied. The user is in each case responsible for the infiltration and must always check what specific treatment goal is being pursued with the infiltration. In tendino­pathy, the purpose of infiltrations (of any kind) is not to maintain sports activity or weight-bearing capacity at a symptomatic level. The goal of all those involved in the treatment should always be to enable, within a continuous rehabilitation process, a safe return to training and competition in line with the severity of the damage.

First published: GOTS* newsletter

GOTS*: The trinational (Germany, Austria, Switzerland) Society for Orthopaedic and Trauma Sports Medicine (GOTS) is the largest European association of sports orthopaedic and sports trauma specialists. It is the first point of contact in the care of sports injuries and a guarantee of quality in sports trauma care. Its goal is to improve the understanding of sports loads and injuries in order to maintain musculoskeletal function and quality of life. To this end, GOTS promotes trai­ning and continuing education, research and the sharing of information and expertise internationally among doctors active in sports orthopaedics and sports trauma and professional groups in related specialisms.

Orthopädie und Regenerative Medizin

Die Translation präklinischer Ergebnisse aus regenerativer Forschung in anwendbare Produkte ist langsam. Gründe dafür reichen von Zulassungsproblemen, ethischen Diskussionen über Lücken im wissenschaftlichen Verständnis bis hin zu psychosozialen Problemen. Dennoch kann die Orthopädie als Pionier in der klinischen Anwendung regenerativer Medizin-Produkte betrachtet werden.

Die Orthopädie und Traumatologie stellt ein weites Feld der Regenerativen Medizin mit der Wiederherstellung von Strukturen des Bewegungsapparates – wie zB: Meniskus, Knorpel, Knochen, Bandscheibe – dar.

In der Sportorthopädie gewinnt die Regenerative Medizin angesichts der Verletzungshäufigkeiten von Sportlern zunehmend an Bedeutung. Sie inkludiert einerseits das Tissue Engineering, wobei kultivierte Zellen verschiedener Ressourcen auf Trägersubstanzen und Beigabe von Wachstums-faktoren die die Geweberegeneration unterstützen sollen. Andererseits auch die Verwendung von komplexen Blutderivaten, wie Plättchenkonzentrate oder Zellkonzentrate mit hohem Anteil an mesenchymalen Stammzellen aus Knochenmark oder Fettgewebe, sowie auch Anwendung von Einzelfaktoren, wie Vesikel oder small molecules die in die Heilungs- und Regenerationskaskaden eingreifen. Die Methoden zeigen ein niedriges Nebenwirkungsprofil und sind oft besser verträglich als traditionelle Schmerz- und Entzündungshemmer, die noch dazu rein symptomatisch wirken und kein regeneratives Potential unterstützen. Gerade in der Sportmedizin ist das natürliche Regenrationspotential der meist jüngeren Patienten hoch und sollte intensiver beforscht werden.

Allgemeine Strategien der Regenerativen Medizin

Regenerative Strategien im Allgemeinen benötigen 4 Eckpfeiler:

• Zellen
• eine unterstützende Matrix (Biomaterial)
• Signale zur Gewebe- und Zelldifferenzierung
• sowie Umgebungsfaktoren, wie biomechanische Stimuli.

Zellen und deren Quellen

Der erste Eckpfeiler für Anwendungen der Regenerativen Medizin sind Zellen. Autologe Zelltransplantate sind – wie bei der autologen Knorpelzelltransplantation – bereits im Einsatz. Die Evidenzlage der ACT hat sich deutlich verbessert und es liegen randomisierte Studien vor, die die klinische Effizienz der Methode beim isolierten Knorpeldefekt bioptisch als auch im MRT durch die Wiederherstellung der knorpeligen Gelenkoberfläche bestätigen. Langfristige Untersuchungen mit einem Nachuntersuchungszeitraum von bis zu 20 Jahren haben auch die Nachhaltigkeit der ACT bestätigt.

In ungefähr 75 % der Fälle gelingt es die Morphologie des Gelenkknorpels annährend zu regenerieren, was auch die langfristige Haltbarkeit unterstützt und im Vergleich zur Mikrofrakturierung vor allem über die Fünfjahresgrenze hinaus bessere Ergebnisse liefert. Die alleinige Blutungsinduktion durch Mikrofrakturierung führt einerseits zu Reparaturgewebe aus fibrösem Mischgewebe und zeigt in neueren Studien oft zunehmende Knochenbildung im Defekt, die das darüber liegende Knorpelgewebe ausdünnt und letztendlich zum Fehlschlag führt.

Dieser Umstand zeigt eindrucksvoll, dass Reparaturmethoden, wie die Mikrofrakturierung kurzfristige, klinische Erfolge bringen, aber nicht in der Lage sind den Knorpeldefekt nachhaltig zu heilen. Daher sind vor allem größere Defekte unbedingt einer Zelltransplantation zuzuführen, nicht zuletzt, weil die Mikrofrakturierung auch langfristig das Ergebnis jeder nachfolgenden Knorpeloperation verschlechtert. Trotz dieser Erfolge der ACT ist der logistische und administrative, sowie der technologische Aufwand so hoch, dass die Kosteneffizienz schwierig zu argumentieren ist. Diese kritischen Anmerkungen müssen aber immer vor dem Hintergrund des lebenslangen Gelenkerhalts und der damit verbundenen, gewonnenen Lebensqualität sowie der sozialen Gesundheitsökonomie gesehen werden.

Moderne Ansätze konzentrieren sich vermehrt auf Stammzellen oder Progenitorzellen. Bei den Stammzellen sind schon länger Knochenmarkzellen, Fettzellen und Nabelschnurblut im klinischen Einsatz; embryonale Stammzellen wären vielversprechend sind aber aus ethischen Aspekten kritisch.

Eine moderne Alternative zu embryonalen Stammzellen könnten „induced pluripotent stemcells„ (iPS) sein. Dabei handelt es sich um primär somatische Zellen, die durch Re-Programmierung zu pluripotenten Stammzellen gewandelt wurden.

Matrices

Matrices sind der zweite Eckpfeiler der Regenerativen Medizin; sie zielen in erster Linie darauf ab, ein unterstützendes Umfeld zu schaffen und eingebrachte Zellen am Defektort zu fixieren. Sie sind somit ein Gerüst, auf dem sich neues Gewebe formen kann.

Moderne Matrices geben aktiv Signale ab, um den Regenerationsprozess zu fördern –sie schaffen somit Impulse für die Regeneration, diese können biologisch, chemisch oder physikalisch sein. Wie sie diese Signale abgeben, hängt von ihrem Design ab. Moderne „smart matrices“ reagieren dabei auf Umgebungsstimuli, traditionellere Matrices, die typischerweise resorbierbar sind, geben ihre Faktoren gleich der Resorptionsrate ab. Matrices bestehen aus unterschiedlichsten natürlichen und synthetischen Materialien und sind oft Ko-Polymere aus verschiedenen Komponenten. Einerseits werden natürliche Kollagene, Hyaluronate oder Fibrin verwendet, die teilweise auch rekombinant hergestellt werden. Synthetische Biomaterialien sind Polylactide oder Polycaprolacton, aber auch Mischformen kommen zur Anwendung. Die Auswahl des Materialtyps hängt von verschiedensten Faktoren wie der Porosität, der Biokompatibilität oder der Resorptionsrate ab. Moderne Matrices können darüber hinaus eine Mikro, bzw. Nano-Struktur aufweisen oder auch individuell anatomisch angepasst gefertigt werden. Hier haben Bioprinting- Verfahren die Möglichkeit, Zellen und Wachstumsfaktoren in das individuell hergestellte Konstrukt einzuarbeiten. Um den minimalinvasiven Charakter moderner, regenerativer Ansätze insgesamt zu unterstützen sind auch vermehrt Matrices aus injizierbaren, selbsthärtenden Gels oder Pasten in Verwendung.

Signale zur Differenzierung

Den dritten Eckpfeiler für Anwendungen der Regenerativen Medizin stellen Signale bzw. morphogenetische Stimuli dar, die Zelldifferenzierungen in eine bestimmte Form provozieren. Prominentestes Beispiel dafür sind Wachstumsfaktoren wie beispielsweise transforming growth factor beta (TGF -β), der wesentlich in die Chondrogenese involviert ist. Neben anderen Stimuli wie Transkriptionsfaktoren, trophischen Faktoren oder „small active molecules“ kann auch das Umgebungsmilieu wie Hypoxie Differenzierungsprozesse einleiten.

Problem dabei bleibt oft, dass diese Faktoren kaum je systematisch, sondern meist lokal an der zu regenerierenden Stelle für Tage bis Wochen angewandt werden müssen. Die lokale Anwendung über eine längere Zeit ist das Ziel von „smart scaffolds“, die solche Faktoren „programmiert“ freisetzen. Jedoch ist bisher oft unklar, welcher Faktor genau zu welcher Zeit benötigt wird, in welcher Konzentration er appliziert werden muss und wie seine Kinetik exakt aussieht.

Ein pragmatischer Ansatz dieses Problem erst gar nicht entstehen zu lassen ergibt sich erneut bei MSCs und anderen aus dem Blut gewonnen Substanzen wie dem platelet-rich-plasma (PRP). Denn die Fülle an individuell unterschiedlichen trophischen Faktoren, die mit diesen Produkten automatisch einhergeht, erspart es dem Anwender die exakte Konzentration bzw. Isolation von Einzelfaktoren durchzuführen. Dies führt aber auch zur kritischen Betrachtung von Blutprodukten wie ACP und PRP. Die klinische Wirksamkeit konnte sowohl bei Gewebezerstörung als auch bei degenerativen Vorgängen- wie bei der Arthrose – gezeigt werden. Die Mischung aus antiinflammatorischen, immunmodulatorischen und regenerativen Faktoren kann auf die Heilungskaskade einwirken und die Gewebeheilung unterstützen. Besonders bei chronischen Pathologien ergibt das Einbringen von Blutbestandteilen die erneute Aktivierung von Heilungsvorgängen durch Freisetzung der Faktoren aus Thrombozyten (Plättchen) und durch Mikrovesikel von mesenchymalen Stammzellen und kann einen fehlgeschlagenen, chronifizierten Heilungsversuch erfolgreich wiederholen.

Mechanische Stimuli

Mechanische Stimuli stellen den vierten Eckpfeiler für den Erfolg regenerativer Methoden dar. Sie sind entscheidend für die Funktion und Entwicklung von skelettalen Strukturen. Vor allem in der initialen Differenzierungsphase aber auch in der späten Remodellingphase der Heilung spielt der mechanische Einfluss eine wesentliche Rolle. In der Rehabilitation von Knorpeldefekten spielt die Anwendung der Motorschiene zur passiven Bewegung des Gelenkes (CPM) eine wichtige Rolle. Viel Bewegen wenig Belasten ist hier die Devise und sichert eine optimale Knorpelbildung nach Zelltransplantationen. Eine interessante Anwendung zur Förderung der Knochenregeneration mittels mechanischer Stimuli stellen extra-korporale Stoßwellen (EKSTW)dar, was im Wesentlichen auch eine regenerative Maßnahme ist, um zum Erliegen gekommene Heilungsvorgänge mechanisch durch Stoßwellen neuerlich zu aktivieren.

Das Feld mechanischer Stimuli scheint ein guter Nährboden für innovative Reha-Protokolle zu sein und könnte aufgrund der oben erwähnten Mechanismen mehr in den Fokus der Regenerativen Medizin rücken.

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SPEZIAL: Blut abstammende Produkte in der Regenerativen Orthopädischen Sportmedizin

Die physiologische Unterstützung Blut abstammender Produkte für die Gewebereparatur und -regeneration gewinnt bei vielen Anwendungen im Bereich der regenerativen Medizin an Aufmerksamkeit. Thrombozytenreiches Plasma (PRP) ist eines der bekanntesten Blutprodukte, das häufig als Supplement in der In-vitro-Zellkultur und für therapeutische Anwendungen verwendet wird. Die Menge an Wachstumsfaktoren und Zytokinen, die im Thrombozyten-Alphagranulat von PRP vorhanden ist, liefert alle notwendigen anabolen Faktoren, um die Vermehrung, Differenzierung und den Phänotyp von Zellen in vitro aufrechtzuerhalten. Abweichungen, die aufgrund verschiedener Herstellungssprotokolle von PRP entstehen, resultieren in einer großen Anzahl verschiedener Plättchen angereicherten Plasmaprodukte in Laboratorien weltweit.

Wissenschaftlicher Stellenwert von PRP & Co bei Sehnenverletzungen

Sehnenbeschwerden jeglicher Art stellen hohe Anforderungen an die elementaren Ebenen der Diagnostik, Therapie, Rehabilitation und Prävention und setzen häufig eine interdisziplinäre Zusammenarbeit voraus. Die Anwendung von Orthobiologica (z.B. plättchenreichem Plasma oder autologem konditionierten Plasma; PRP, ACP) hat innerhalb der letzten Dekade eine stetig wachsende Aufmerksamkeit und Anwendungshäufigkeit erfahren.

Inzwischen werden Orthobiologika und dessen Anwendungsverfahren im Kontext von Sehnenverletzungen häufig genannt. Die Ergebnisse einer aktuellen Umfrage innerhalb der AOSSM (American Orthopaedic Society for Sports Medicine) bestätigen die große Anwendungshäufigkeit im Praxisalltag. So stellen Sehnenverletzungen neben der Osteoarthrose die zweithäufigste Indikation für die Verwendung von thrombozytenangereichertem Plasma dar. In diesem Zusammenhang wird jedoch auch kritisch gesehen, dass die Verwendung weiter an Popularität gewinnt und die Indikationen für die Verwendung nicht immer auf wissenschaftlicher Evidenz und therapeutischer Wirksamkeit beruht.

Akute und überlastungsbedingte Sehnenverletzungen, mitsamt ihren funktionellen Anhangsgebilden (knöcherne Insertionsgebiete, umliegendes synoviales Gewebe, myofasciale Verbindungsstellen) gehören sportart- und altersübergreifend zu den häufigsten Verletzungen und Beschwerdebildern des Sportlers bzw. der Sportlerin.

Insbesondere die (lasttragenden) Sehnen der unteren Extremitäten (z.B. Achillessehne, Patellarsehne) sind epidemiologisch häufig betroffen. Eine große Anzahl der Verletzungen im Sport können einer überlastungsbedingten Kausalität mit oder ohne begleitende Risikofaktoren zugeordnet werden. Fundamentale Kenntnisse über die Pathogenese sind essenziell, um Schädigungsmechanismen zu verstehen und in adäquater Weise stadiengerecht und erfolgreich behandeln zu können. Auf der Grundlage nicht endgültig geklärter Hypothesen zur Ätiopathogenese ist von einer Interaktion veränderter Stoffwechselaktivität (u.a. Tenozytenaktivität), einer veränderten struktureller Integrität der Sehne und dem Vorhandensein von mehr oder weniger entzündlichen Stoffwechselstörungen auszugehen.

Die individuell ausgewählten Therapieverfahren haben das gemeinsame Ziel, die gestörte Sehnenfunktion klinisch zu erfassen und im Rahmen eines kontinuierlichen und progressiven Therapieprozesses zu verbessern. Eine sorgfältige Auswahl und Strukturierung der Therapieverfahren sind hierbei obligat.

Peri- oder intratendinöse Applikation bzw. Infiltration als allgegenwärtiges Verfahren in der Praxis

In der Anfangszeit von PRP & Co war die Studienlage unzureichend und konnte auf der unzureichenden methodischen Qualität der vorliegenden Studien begründet werden. Die zum Teil methodenbedingten Limitationen der vorliegenden Studien und die unterschiedlichen Gewinnungsmethoden von PRP führten zu abweichenden Zusammensetzungen und Dosierungen. Darüber hinaus sind die Anwendungs- und Nachbehandlungsprotokolle uneinheitlich und erschweren die wissenschaftliche Betrachtungsweise und damit letztlich die Beurteilung dieser Therapiemethode bis heute.

Grundsätzlich kann PRP, durch die enthaltenen Zytokine und Wachstumsfaktoren, zu einem verstärkten Entzündungs- und Heilungsprozess führen. PRP könnte daher zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Aufbereitung die Geweberegeneration positiv beeinflussen; wenn Zeitpunkt und Aufbereitung jedoch nicht adäquat sind, können auch gegenteilige Effekte ausgelöst werden.

Grundsätzlich hat sich mittlerweile herausgestellt, dass die klinische Wirksamkeit von PRP sowohl vom biologischen Milieu (Anwendung additiv perioperativ vs. rein konservativ) und der Anwendungslokalisation abhängt. Es stellt sich also nicht mehr die Frage, ob PRP prinzipiell (z.B. lokalisations- und schweregradübergreifend) sinnvoll ist, sondern ob es im individuellen Behandlungsfall angewendet werden sollte.

Positive Effekte für Patellarsehne, Rotatorenmanschette, Epicondylopathia humeri radialis

Zum heutigen Zeitpunkt zeigt die wissenschaftliche Datenlage positive therapeutische Effekte, insbesondere für die Patellarsehne, Rotatorenmanschette, Epicondylopathia humeri radialis, und die perioperative Anwendung bei der Achillessehnenrekonstruktion. Für die Achillessehnentendinopathie scheint die Anwendung von PRP anderen Therapieverfahren nicht überlegen zu sein und kann nach derzeitigem Kenntnisstand nicht hinreichend empfohlen werden.

Zusammenfassung Einsatz von Orthobiologika bei Tendinopathien

• Heterogene Datenlage zur klinischen Wirksamkeit – entscheidend sind biologisches Milieu und Lokalisation
• Indikation muss lokalisationsspezifisch vorgenommen und an die zugrundeliegende Pathologie angepasst werden
• Gute Datenlage: Patellarsehne, Rotatorenmanschette, Epicondylopathia humeri radialis, AS-Rekonstruktion
• Keine Monotherapie, keine Alleinstellungsmerkmal!

Merke: Die Indikation zur Infiltrationstherapie bei Tendinopathien sollte unabhängig vom applizierten Wirkstoff stets streng geprüft werden. Der Anwender ist im Einzelfall für die Infiltration verantwortlich und muss sich stets vergewissern, welches konkrete Behandlungsziel mit einer Infiltration verfolgt wird. Bei Tendinopathien dienen Infiltrationen (jeglicher Art) nicht dazu, eine sportliche Aktivität oder Belastungsfähigkeit auf symptomatischer Ebene aufrecht zu erhalten. Das Ziel aller beteiligten Behandler sollte es stets sein, eine dem Schweregrad der Schädigung angepasste und sichere Wiedererlangung der Trainings- und Wettkampffähigkeit des Sportlers im Rahmen eines kontinuierlichen Rehabilitationsprozesses zu ermöglichen!

Erstveröffentlichung: Newsletter GOTS

Veröffentlicht 26.03.2022