Wissen

Erklärung mit Kernwaffen-Effekt Gelenkknorpel erneuert sich nicht mehr

Normalerweise ist der Gelenkknorpel eine Art Stoßdämpfer im Gelenk. Arthrose macht sich zunächst bemerkbar, indem Bewegungen nach einer Ruhephase schmerzen. Später reibt Knochen auf Knochen, das Gelenk ist warm, dick und schmerzt.jpg

Normalerweise ist der Gelenkknorpel eine Art Stoßdämpfer im Gelenk. Arthrose macht sich zunächst bemerkbar, indem Bewegungen nach einer Ruhephase schmerzen. Später reibt Knochen auf Knochen, das Gelenk ist warm, dick und schmerzt.

(Foto: dpa-tmn)

Auch Fußballer sind oft betroffen - Schädigungen des Gelenkknorpels wie Arthrose lassen sich kaum behandeln. Das Gerüst des Knorpels wird nur bis zum Jugendalter gebildet - aber warum? Bei der Klärung der Frage halfen die Atomtests der 1950er- und 1960er-Jahre.

Gelenkknorpel erneuert sich im Erwachsenenalter nicht mehr nennenswert. Das liegt einer Studie zufolge daran, dass sich das Kollagen-Gerüst, das dem Gewebe Festigkeit verleiht, nach der Jugend nicht mehr regeneriert. Dies gilt sowohl für gesunde Menschen als auch für Arthrose-Patienten. Die im Fachblatt "Science Translational Medicine" vorgestellte Untersuchung erklärt mithilfe des sogenannten Kernwaffen-Effekts, warum Gelenkerkrankungen mit Knorpelschädigung so schwer zu behandeln sind. Eine deutsche Expertin spricht von einer sehr wichtigen Studie.

Gelenkknorpel dient vor allem dazu, Stöße elastisch abzufedern. Diese Art des Bindegewebes besteht insbesondere aus einem Gerüst von Kollagen-Fasern, den dazwischenliegenden, für die Elastizität sorgenden Proteoglykanen sowie Wasser. Verletzungen oder Erkrankungen können den Knorpel stark schädigen. Allein in Deutschland leiden Millionen meist ältere Menschen an Arthrose, die mit Schmerzen, Steifheit und eingeschränkter Beweglichkeit einhergeht. Die Behandlung ist schwierig, oft wird das betroffene Gelenk durch eine Prothese ersetzt.

Warum keine Regeneration?

imago62620452h.jpg

Ein großer Teil der Bildung des Kollagen-Gerüsts findet vor dem Erwachsenenalter statt.

(Foto: imago/Westend61)

Dass Gelenkknorpel sich nach Schädigungen kaum regeneriert, war bekannt - unklar war aber, warum. Dies untersuchte das Team nun an 23 Menschen im Alter von 16 bis 78 Jahren, darunter 15 Arthrose-Patienten. Bei Knieoperationen - meist wegen Arthrose oder eines Knochentumors - entnahmen die Mediziner Gewebeproben vom Schienbeinkopf. Die untersuchten sie dann anhand des sogenannten Kernwaffen-Effekts.

Dieser beruht darauf, dass die Atomwaffentests von 1955 bis 1964 in der Atmosphäre den Gehalt des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops C14 drastisch ansteigen ließen. Das Isotop wird von Lebewesen über Luft oder Nahrung aufgenommen und lagert sich im Körper permanent ein. Somit weist jenes Gewebe, das in den Jahren nach 1955 gebildet wird, höhere C14-Werte auf. Ab Mitte der 1960er Jahre sanken die Konzentrationen in der Atmosphäre wieder, was das damals gebildete Gewebe ebenfalls reflektiert.

Fasern bilden sich im Erwachsenenalter kaum noch

Per Massenspektometrie rekonstruierten die Forscher anhand des C14-Gehalts, wann das Kollagen-Gerüst im Knieknorpel der Teilnehmer entstanden war. Die Ergebnisse zeigen, dass sich diese Fasern im Erwachsenenalter kaum noch bilden. So hatte etwa das Gewebe des ältesten Spenders, der 1935 geboren wurde, sehr niedrige C14-Werte. Nach dem Alter von 20 Jahren seien seine Kollagen-Fasern nicht mehr in nennenswertem Maße erneuert worden, folgern die Autoren.

Ähnlich verhielt es sich bei einem 1944 geborenen Spender. Das Kollagen-Gerüst im Gelenkknorpel ist demnach eine permanente Struktur. Überraschenderweise galt dies für gesunde Menschen ebenso wie für Arthrose-Patienten. Bisher dachten Experten, dass der Knorpelschwund zu einer verstärkten Neubildung der Kollagen-Matrix führen würde. "Unsere C14-Daten zeigen, dass weder Erkrankungen (Arthrose) noch Belastung oder Schäden die Trägheit der Kollagen-Matrix in irgendeiner feststellbaren Weise beeinflussen", betont das Team.

In welchem Alter das Kollagen-Gerüst entsteht, hängt der Studie zufolge auch vom Belastungsgrad ab. Das zeigt der Vergleich der Konzentrationen des Kohlenstoff-Isotops von verschiedenen Arealen des Knieknorpels. In den mechanisch stärker belasteten zentralen Teilen des Knieknorpels entsprach der C14-Gehalt den atmosphärischen Werten im Alter von durchschnittlich 11 Jahren, in den weniger belasteten seitlichen Arealen dem Alter von etwa 13 Jahren. "Diese Daten zeigen, dass ein großer Teil der Bildung des Kollagen-Gerüsts vor dem Erwachsenenalter stattfindet."

Therapien für Schädigungen des Knorpelgewebes

Diese Erkenntnisse seien ein wichtiger Schritt, um gezielte Therapien für Schädigungen des Knorpelgewebes zu entwickeln. Arthrose gehe nicht mit einer verstärkten Neubildung der Kollagen-Fasern einher, "stattdessen ist Arthrose höchstwahrscheinlich verbunden mit einem mechanisch oder biochemisch verursachten Zusammenbruch größerer Knorpel-Strukturen ohne Bildung einer neuen Kollagen-Matrix".

Dies decke sich damit, dass das Verpflanzen von Knorpelstücken in geschädigte Gelenke sowie Versuche, die Bildung des Kollagen-Gerüsts mit Medikamenten oder Stammzellen zu stimulieren, bislang eher dürftige Erfolge hätten. Dagegen widerspreche das Resultat nicht dem Therapieansatz, die Produktion von Proteoglykanen durch Körperübungen und sportliche Aktivitäten zu erhöhen.

Konzentration auf Schadensverhinderung

Die Forschung solle sich nun verstärkt darauf konzentrieren, krankhafte Knorpelschädigungen zu verhindern oder - bei schon eingetretener Arthrose - die verbleibenden Kollagen-Strukturen durch Medikamente zu schützen, empfehlen die Autoren.

"Diese wichtige und innovative Studie liefert mit einer eleganten Methode prinzipiell den Beweis dafür, dass die Kollagen-Fasern im Gelenkknorpel von Erwachsenen nicht mehr erneuert werden - unabhängig davon, ob eine Arthrose vorliegt oder nicht", sagt Susanne Grässel von der Orthopädischen Klinik der Universität Regensburg. Bisher sei man davon ausgegangen, dass Arthrose mit einem verstärkten Umbau der Kollagen-Matrix einhergehe. "Das ist aber offensichtlich nicht der Fall", sagt die Leiterin der Abteilung Experimentelle Orthopädie.

Zwar produzieren die Knorpelzellen zumindest im Anfangsstadium einer Arthrose verstärkt Kollagen, dieses werde aber nicht in die Matrix eingebaut und ersetze verlorene Kollagen-Fasern nicht. Warum, sei noch unklar.

Quelle: ntv.de, Walter Willems, dpa