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Boseckert, Silvia (2004): Funktionell-anatomische Untersuchungen an den Zehengelenken (Articulationes interphalangeae) der Schultergliedmaße des Pferdes. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Functional anatomical investigations on the interphalangeal joints of the forelimb in the horse. The proximal and distal interphalangeal joints are of particular importance in sporting horses, as degenerative diseases or fractures lead to a loss in performance. It was the objective of this study to investigate several biomechanical properties of the coffin and pastern joints. Forty three specimens of 30 male and female horses of different breeds and sizes were examined. Their age ranged between 3 months and 30 years. Using computertomographic osteoabsorptiometry (CT-OAM), the distribution of the subchondral bone density was determined topographically in three-dimensional reconstructions of the distal and proximal interphalangeal joints. The specimens were divided into 6 age groups. Following exarticulation the joints were evaluated for chondral lesions. These were documented by using a template of the respective articular surface and were summed up graphically in order to demonstrate the most common locations for chondral damage. The size of the articular surfaces was determined in order to investigate a relationship between the subchondral bone density and the size of the joints. Five specimens (coffin joint and pastern joint) were examined with regard to split lines in the articular cartilage. The articular cartilage was pierced at regular intervals (2 mm) at 90° angles with needles that had previously been dipped into ink. The subchondral plate of four specimens (proximal and distal interphalangeal joint), after maceration and demineralisation, was investigated with regard to subchondral split lines in the same way as described above. The CT-OAM shows a relatively low subchondral bone density in the first age group (horses up to 9 months). In the following age groups the bone density generally increased, varying with the age of the horse. The maximum bone density is found in the palmar areas of the coffin joint and the pastern joint. As far as the coffin joint is concerned, this is due to weight bearing and the tension of the deep digital flexor tendon, which causes a compressive loading of the navicular bone. The latter is pressed against the distal articular area of the middle phalanx. In the proximal interphalangeal joint, the suspensory apparatus, in addition to weight bearing, has an enhancing effect on the subchondral bone density. The subchondral bone density is significantly higher on the distal articular surface of the proximal phalanx than on the distal articular surface of the middle phalanx. One of the reasons being that the trochlea of the metacarpophalangeal bone is about 20% smaller than the trochlea of the proximal interphalangeal bone. This means that the same weight has to be carried by a smaller area; thus increasing the relative load of the articular surface and resulting in a higher subchondral bone density. The orientation of the cartilaginous and subchondral split lines is quite similar. In the proximal interphalangeal joint the split line pattern has a clear sagittal preference. In principle this applies to the coffin joint, too. In the distal articular surface of the middle phalanx, however, split lines are oriented in a transverse direction at the palmar aspect of the trochlea. This indicates transverse strain of the trochlea in this area. The orientation of the cartilaginous and subchondral split lines is interpreted as an expression of functional adaptation to tensile stress. Cartilage lesions are seen in areas with a high subchondral bone density as well as in areas with a relatively low subchondral bone density. The lesions in areas with a high subchondral bone density are caused by permanent high mechanical loading. In contrast lesions in areas with a relatively low subchondral bone density are attributed to peak loads of a short duration. The investigations on the subchondral bone density could significantly deepen the understanding of the biomechanical properties of the interphalangeal joints. Long-term strain could be visualised by the study of the split lines. This gives evidence of a physiological incongruence of the interphalangeal joints. It is, however, necessary to investigate the contact surfaces and contact pressures in vitro in order to evaluate the articular surfaces with regard to physiological incongruence.

Abstract

Huf- und Krongelenk haben insbesondere beim sportlich genutzten Pferd eine besondere Bedeutung, da degenerative Erkrankungen oder Frakturen zum Nutzungsausfall führen können. Das Ziel dieser Studie bestand darin, einige biomechanische Eigenschaften des Huf- und Krongelenkes näher zu untersuchen. Die Zehengelenke von 43 Präparaten (jeweils Huf- und Krongelenk) von 30 Pferden verschiedener Rassen und Größen, beiderlei Geschlechts (Alter von 3 Monaten bis zu 30 Jahren) wurden mittels der dreidimensionalen computertomographischen Osteoabsorptiometrie (CT-OAM) untersucht, um die subchondrale Knochendichte am Huf- und Krongelenk darzustellen. Die untersuchten Präparate wurden in sechs Altersgruppen eingeteilt. Im Anschluss an die Eröffnung der Gelenke wurden diese auf Knorpelschäden hin untersucht und die Läsionen in einer Schemazeichnung dokumentiert. Darüber hinaus wurden die Befunde der einzelnen Gelenkflächen in einem Summationsbild zusammengefasst. Die Größe der einzelnen Gelenkflächen wurde ermittelt, um zu prüfen, ob ein Zusammenhang zwischen der Knochendichte und der Größe der Gelenkfläche besteht. Die Knorpelspaltlinien wurden an fünf Präparaten untersucht. Dazu wurde mit einer, vorher in Tusche getauchten, drehrunden Nadel, in gleichmäßigen Abständen von ca. 2 mm in das Knorpelgewebe eingestochen. Der Einstich wurde senkrecht zur Oberfläche vorgenommen. Die Befunddokumentation erfolgte jeweils mittels Skizzenzeichnung (unter Verwendung einer Lupe). Nach Mazeration und Entkalkung der Präparate konnten die Knochenspaltlinien an je vier Gelenken in entsprechender Weise bestimmt werden. In der Altersgruppe 1 (bis 9 Monate alte Pferde) zeigte sich eine relativ geringe subchondrale Knochendichte. In den folgenden Altersgruppen zeigt die CT-OAM eine allgemeine Erhöhung der subchondralen Knochendichte. Am Hufgelenk wie auch am Krongelenk sind die Dichtemaxima vorwiegend in der palmaren Region lokalisiert. Dies ist am Hufgelenk bedingt durch die Gewichtskraft und den Zug der tiefen Beugesehne, der am Strahlbein durch die Umlenkung in eine Druckbelastung des Strahlbeins umgewandelt wird. Dieses wird dadurch gegen die distale Gelenkfläche des Kronbeins gepresst. Am Krongelenk beeinflusst neben der Gewichtskraft der Fesseltragapparat die subchondrale Knochendichte. An der distalen Gelenkfläche des Fesselbeins ist die subchondrale Knochendichte deutlich höher als an der distalen Gelenkfläche des Kronbeins. Ein Grund hierfür ist, dass die Gelenkwalze des Fesselbeins um rund 20% kleiner ist als die Gelenkwalze des Kronbeins. Dadurch verteilt sich die gleiche Belastung entlang der Zehenachse auf eine kleinere Fläche, die relative Last ist daher höher. Dies wiederum resultiert in einer höheren subchondralen Knochendichte. Die Knorpel- und Knochenspaltlinien verlaufen an den einzelnen Gelenkflächen weitgehend gleichsinnig. Am Krongelenk sind die Spaltlinien überwiegend in der Sagittalen orientiert. Dies gilt grundsätzlich auch für das Hufgelenk. An der distalen Gelenkfläche des Kronbeins stellen sich allerdings im palmaren Bereich Spaltlinien dar, die quer zur Gelenkwalze verlaufen. Dies lässt auf eine Querdehnung der Gelenkwalze in diesem Bereich schließen. Die Ergebnisse legen nahe, dass Dehnungsspannungen an Knorpel und Knochen auftreten und dass deren Kollagenfaserarchitektur an diese Art der mechanischen Beanspruchung funktionell angepasst ist. An mehreren Gelenkflächen zeigen sich Knorpelläsionen an Stellen mit hoher subchondraler Knochendichte, aber auch an Stellen mit relativ geringer Knochendichte. Die Läsionen an Gelenkregionen, die auch sehr hohe subchondrale Knochendichten aufweisen, entstehen durch permanente hohe mechanische Belastungen. Diejenigen Läsionen, die in Bereichen relativ geringer Knochendichte zu finden sind, werden auf kurz einwirkende Spitzenbelastungen zurückgeführt. Die Untersuchungen der subchondralen Knochendichte konnten das Verständnis der Biomechanik der Zehengelenke grundlegend vertiefen. Durch die Spaltlinienuntersuchung konnten langfristig wirkende Dehnungsspannungen visualisiert werden. Dies kann als Hinweis auf eine physiologische Inkongruenz gewertet werden. Zur Beurteilung der Gelenkflächen im Hinblick auf eine physiologische Inkongruenz ist es allerdings notwendig, die Kontaktflächen und Kontaktdrücke in vitro zu untersuchen.