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Zbl. Vet. Med. A, 27, 628-634 (1980) @ 1980 Verlag Paul Parey, Berlin und Hamburg ISSN 0300-871 1iInterCode: ZVRAAX Aus der Universitatsklinik fiir Chirurgie und Augenheilkunde Vorstand: 0. Univ.-Prof. Dr. E. Eisenmenger der Veterinarmedizinischen Universitat Wien und der Abteilung Jiir Neonatologie der Universitats-Kinderklinik Wien Leiter: Prof. Dr. 0. Thalhammer Die Kollagenaseaktivitat beim KreuzbandriR des Hundes und ihre Hemmung in vitro Von G. W. NIEBAUER und G. LUBEC Mit 2 Abbildungen und 2 Tabellen (Eingegangen am 21. Marz 1980) Beim sogenannten sekundaren KreuzbandriB des Hundes in Verbindung mit einer Gonarthritis deformans (PAATSAMA, 1952 [Lit. 111) erscheint die Frage nach der Kausalitat dieser Lasion unzureichend geklart. Begunstigt eine vorhergehende deformierende Gelenkserkrankung mit Schwachung des Bandapparates einen sekundaren Bandrii3 oder induziert erst der Rii3 eines vielleicht degenerativ geschadigten Bandes die folgende chro- nische Gelenksentzundung? TIRGARGI (1975,1977) [ 17,181 sowie O ~sso~ und Mitarbeiter (1972) [ 101 sehen den Kreuzbandrii3 als Ursache der degenerativen Gelenksschadigung an, SINGLETON (1957) [15] und SCHEBITZ (1960) [13] dagegen halten die dege- nerative Kniegelenksentzundung fur die eigentliche Ursache des sekundaren Kreuzbandrisses. Eigene klinische Beobachtungen ergaben, daB einseitigen Spontanrupturen des vorderen Kreuzbandes haufig chronische Entzundungen vorangingen. Auch der beidseitige Bandrii3 mit ahnlicher Anamnese ist in unserem Krankengut keine Seltenheit [ 121. In der Veterinarliteratur werden in letzter Zeit haufiger rheumatoide Polyarthritiden des Hundes beschrieben [I, 4, 9, 141. Vielfach wird in diesen Berichten auf gleichzeitig vorliegende Kreuzbandrisse im Kniegelenk hingewie- sen, ohne jedoch den moglichen immunpathologischen Zusammenhangen nach- zugehen. U. S. Copyright Clearance Center Code Statement: 0300-871 1/80/2708-0628$02.50/0

Die Kollagenaseaktivität beim Kreuzbandriß des Hundes und ihre Hemmung in vitro

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Page 1: Die Kollagenaseaktivität beim Kreuzbandriß des Hundes und ihre Hemmung in vitro

Zbl. Vet. Med. A, 27, 628-634 (1980) @ 1980 Verlag Paul Parey, Berlin und Hamburg ISSN 0300-871 1iInterCode: ZVRAAX

Aus der Universitatsklinik fiir Chirurgie und Augenheilkunde Vorstand: 0. Univ.-Prof. Dr. E. Eisenmenger

der Veterinarmedizinischen Universitat Wien und der Abteilung Jiir Neonatologie

der Universitats-Kinderklinik Wien Leiter: Prof. Dr. 0. Thalhammer

Die Kollagenaseaktivitat beim KreuzbandriR des Hundes und ihre Hemmung in vitro

Von

G. W. NIEBAUER und G. LUBEC

Mit 2 Abbildungen und 2 Tabellen

(Eingegangen am 21. M a r z 1980)

Beim sogenannten sekundaren KreuzbandriB des Hundes in Verbindung mit einer Gonarthritis deformans (PAATSAMA, 1952 [Lit. 111) erscheint die Frage nach der Kausalitat dieser Lasion unzureichend geklart.

Begunstigt eine vorhergehende deformierende Gelenkserkrankung mit Schwachung des Bandapparates einen sekundaren Bandrii3 oder induziert erst der Rii3 eines vielleicht degenerativ geschadigten Bandes die folgende chro- nische Gelenksentzundung?

TIRGARGI (1975,1977) [ 17,181 sowie O ~ s s o ~ und Mitarbeiter (1972) [ 101 sehen den Kreuzbandrii3 als Ursache der degenerativen Gelenksschadigung an, SINGLETON (1957) [15] und SCHEBITZ (1960) [13] dagegen halten die dege- nerative Kniegelenksentzundung fur die eigentliche Ursache des sekundaren Kreuzbandrisses.

Eigene klinische Beobachtungen ergaben, daB einseitigen Spontanrupturen des vorderen Kreuzbandes haufig chronische Entzundungen vorangingen. Auch der beidseitige Bandrii3 mit ahnlicher Anamnese ist in unserem Krankengut keine Seltenheit [ 121.

In der Veterinarliteratur werden in letzter Zeit haufiger rheumatoide Polyarthritiden des Hundes beschrieben [ I , 4, 9, 141. Vielfach wird in diesen Berichten auf gleichzeitig vorliegende Kreuzbandrisse im Kniegelenk hingewie- sen, ohne jedoch den moglichen immunpathologischen Zusammenhangen nach- zugehen.

U. S. Copyright Clearance Center Code Statement: 0300-871 1/80/2708-0628$02.50/0

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2

3 L

5

6

Wie aus den spater genauer beschriebenen eigenen Operationsbefunden er- sichtlich ist, fanden sich Xhnlichkeiten zu den zitierten rheumatoiden Arthri- tiden.

Als einer der Mediatoren einer immunologischen Arthritis wird die Kolla- genaseaktivitat im Gelenk angesehen [ 161.

Kollagenase ist ein besonders in Entzundungsbereichen vermehrt vorkom- mendes Enzym, welches imstande ist, natives Kollagen abzubauen. Die Abbau- fragmente konnen immunogene Wirkung besitzen. Die im Falle einer Immun- reaktion gebildeten Kollagenautoimmunkomplexe werden phagozytiert, aus den Granulozyten werden lysosomale Enzyme und erneut Kollagenase frei. Der pathogene Circulus vitiosus im Gelenk ist in Gang gesetzt. Oberdies durfte eine alterierende enzymatische Wirkung der Kollagenase durch direkten An- griff auf das Knorpelgewebe bestehen [ 161.

Erhohte Kollagenaseaktivitat im Kniegelenk, ob Ursache, Folge oder Be- gleiterscheinung eines Kreuzbandrisses, fordert daher die im Gelenk ablaufen- den Ab- und Umbauvorgange.

Eine Hemmung der Kollagenaseaktivitat sollte daher, welche Rolle die Kollagenase in der Pathogenese des Kreuzbandrisses auch immer spielt, eine Verbesserung des Gelenkzustandes zur Folge haben.

SchBferbastard a” 7 J. sek. KBR einseitig

Boxer $ 8 J. sek. KBR einseitig

Deutsche Dogge b. 6 J. sek. KBR bil., villose Synovitis

Bastard $ 8 J. sek. KBR einseitig, glatter RiO, trockenes Gelenk

Spaniel a” 1 J. traumat? KBR einseitig, Unfall vor 1L Tagen

Material und Methodik Die vorliegenden Untersuchungen wurden an 15 wegen Kreuzbandrisses operierten

Hunden verschiedener Rasse, Alters und Geschlechtes durchgefiihrt (siehe Tab. 1). In der Kontrollgruppe wurden 5 gesunde Hunde jeweils an beiden Kniegelenken untersucht.

I 8 9

Tabelle 1

Bastard $ L J. sek. KBR einseitig und Meniskopathie

Pudel a” 10 J. sek. KBR einseitig und Meniskopathie

Rottweiler P 8 J. sek. KBR einseitig nach Gonitis

I 1 I SDaniel P s J. I sek. KBR beidseitig I

10 I Pudel 8 8 J. sek. KBR einseitig und Meniskopathie, wenig Entzundung

13

1L

Berner Sennenhund a” L J. sek. KBR beidseitig, hochgradige Entzundung,

Pudel a” 8 J. sek. KBR einseitig. wenig Entzundung

villose Synovitis, siehe Abbildung 2

I 12 I Pudel 0 6 J. I sek. KBR einseitiq, wenig Entzundung I

15 Rottweiler d 3 J. sek. KBR beidseitig, hochgradige Entzundung, villose Synovitis, siehe Abbildung 1

Anlaillich der operativen Eroffnung der Kniegelenke konnten Symptome gefunden werden, die einer rheumatoiden Arthritis ahnlich sind (Abb. 1 u. 2): Vermehrte Gelenks- fiillung, teilweise villose Synovitis, Randwulstbildungen, Knorpeldefekte, Pannus-ahnliche Gewebszubildungen und histologisch mononukleares und granulozytares Infiltrat. Das Unter- suchungsmaterial wurde durch Exzision eines etwa 5 mm breiten Streifens Gelenkkapsel aus

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dem lateralen Anteil des Femuropatellargelenkes gewonnen. Die von Fett und ubrigem Bindegewebe befreiten Kapselanteile wurden in gepufferter Hankslosung gewaschen und standardisierte Stanzen im Durchmesser von 2 rnm angefertigt.

Abb. 1 . Ruptur des vorderen Kreuzbandes, Synovitis, Randwulstbildung, Knorpeldefekte (Rottweiler, Rude, 3 Jahre)

Abb. 2. Synovialis mit reichlich rnononuklearem Infiltrat, insbes. Plasmazellen (villose Syno- vitis.) HE-Farbung, mittleres Trockensystem

Die Kollagenaseaktiviiatsbestimmung wurde mittels eines modifizierten Kollagenase- xsays nach GROSS-LAPI~RE durchgefuhrt [3, 71. Die GelenkskapselTtanzen wurden auf ein natives Kollagengel aufgelegt und bei 37 OC in einer feuchten Kamrner sechs Stunden in- kubiert. Bei Kollagenaseaktivitat entsteht im opaleszierenden Gel ein Lysehof, der aus- gemessen wird und der der Enzymaktivitat proportional ist.

Zur Prufung der Suszeptibilitat des Gels gegenuber Kollagenasen wurden je 1 r c l einer clostridialen Kollagenase (Fa. Serva) auf Filterpapier von 2 mm (enthaltend 0,004; 0,008; 0,012 E.) appliziert. Als weitere Suszeptibilitatskontrolle fand in gleicher Weise Trypsin (Fa. Serva) in einer Konzentration von 150 !ig Anwendung.

Fur die Enzyminhibitionsstudien wurden folgende Substanzen in das Kollagengel ein - gebracht: 1. Aethylendiarnintetraacetat (EDTA) 0,005 mg/rnl Kollagengel. 2. 5-Fluorouracilq (Roche, 5 FU) 0,005 mg/ml. 3. 1,lO-0-Phenantrolin (Oph) in einer Konzentration von 0,2 Mol.

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Die Kollagenaseaktivitat beim Kreuzbandril3 des Hundes 63 1

4. Erythromycin@ (Fa. Abbot) in der Konzentration von 0,0005; 0,001; 0,0015 mg/ml Kol- lagengel.

Durch die angefiihrten Substanzen wurde in keinem Fall die Gelbildung der Kollagen- testplatten verhindert.

Tabelle 2

Proben nummer

1

nativ Hemmung durch Lysehof in mrn

E DTA 5 FU Lysehof mm Lysehof mm oph Erythromycin

3.7 2,1 280

I 2 I 3.5 I 2.2 I 2,o I

- X

Standardfehler s Standardfehler des Mittelwertes sji

hemmt immer vollig; keine Lysehofe

2,7 1 Kontrollgruppe (gesunde Kniegelenke)

0,52

0,13

n = 10 t - Test : p 6 0,0001 X = 2,07

1 - 1L I 2.1 I 2.1 I 2.0 I

Diskussion Das Vorliegen erhohter Kollagenaseaktivitat in den untersuchten Gelen-

ken ist Ausdruck einer entziindlichen Reaktion. Die Ursache der gesteigerten Aktivitat dieses proteolytischen Enzyms konnte einerseits vermehrte Produk- tion und damit verstarktes Freiwerden dieses Enzyms sein, oder aber durch eine Aktivitatsverminderung von Proteinaseinhibitoren verursacht sein. Diese Inhibitoren z. B. a,-Makroglobulin im Serum hemmen die Enzymaktivitat [ 161. Als Entstehungsorte der Kollagenase kommen Granulozyten (Zellzer- fall) und Synovialisgewebe selbst in Frage (LAZARUS u. Mitarb., [S]). Kolla- genase wurde vor allem in der menschlichen Synovia von rheumatoiden Ar- thritispatienten gefunden [ 21. Dabei scheint ein Aktivatior, der nur in rheuma- toider Arthritis-Synovia vorkommt, Leukozytenprokollagenase zu aktivieren. In Arthrose-Synovia konnte dieser Aktivator nicht gefunden werden [ 191.

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Somit bestehen auf Grund der erhohten Kollagenaseaktivitat Anhalts- punkte dafiir, dai3 der sekundare Kreuzbandria in Zusammenhang mit einer Immunerkrankung (Kollagenose) steht. Die als Folge eines Bandrisses auftre- tende Entziindung konnte erhohte Kollagenasebildung hervorrufen, wobei das Enzym die Bandreste abbaut. Gleichzeitig entstehen im Gelenk enzymatisch bedingte Alterationen.

Ebenso konnte allerdings die erhohte Kollagenaseaktivitat Ausdruck einer immunologischen Gelenksentziindung sein - eines intraartikularen Circulus vitiosus -, der, wie in der Einleitung beschrieben, durch Bildung von Kollagen- autoantikorpern oder Immunkomplexen sowie deren Phagozytose in Gang ge- halten wird. Dieser rheumatoide Entzundungsprozei3 ware in bestimmten, pra- disponierten Fallen auch als Ursache eines Kreuzbandrisses denkbar, indem die aktivierten Proteinasen die helikale Struktur des Kollagens angreifen und natives, nicht immunogenes Kollagen in immunkompetentes Kollagen zer- legen. Weitere immunologische Untersuchungen miissen diesen ersten Ver- mutungen folgen. Diese Theorie wiirde den positiven therapeutischen Ein- flui3 des sogenannten ,,cleaning up" bei der operativen Versorgung des Kreuz- bandrisses erklaren. Die Entfernung des immunkompetenten Gewebsmaterials aus dem Gelenksbereich vermindert die Bildung von Immunkomplexen. Der Eff ekt ist mit der Synovektomie bei der operativen Therapie der rheumatoiden Arthritis des Menschen vergleichbar.

Unbeschadet der diskutierten pathologischen Mechanismen, konnte die Kollagenaseaktivitatshemmung, auf welcher Ebene auch immer, eine Unter- brechung der gelenksalterierenden Wirkung verursachen.

Die Memmung der Kollagenaseaktivitat in vitro hat daher therapeutische Konsequenzen. Erythromycin@ hemmt die Proteinaseaktivitat und ist als gut vertragliches Antibiotikum in Verwendung. Wir haben daher bereits in vivo mit Untersuchungen der Wirkung von Erythromycin@' zur Therapie der ver- schiedenen Stadien des Kreuzbandrisses sowie der postoperativen Heilungsfor- derung begonnen.

Die teilweise Hemmung der Kollagenaseaktivitat durch EDTA laflt auf eine Beteiligung der Granulozyten an der Produktion und Freisetzung von Kollagenase und anderen Metalloproteasen schliei3en [ 61. Der Nachweis der Spezifitat des Enzyms wurde durch die komplette Hemmung der Kollagenase- aktivitat durch o-Phenantrolin erbracht. Der teilweisen Aktivitatshemmung durch das Zytostatikum 5-Fluorouracil@ kommt auf Grund der Nebenwirkun- gen dieses Praparates wenig klinische Bedeutung zu.

Zusammenfassung Gelenkkapselproben von 15 an sekundarem Kreuzbandrifi erkrankten

Hunden wurden mittels eines in vitro Tests (GROSS-LAPI~RE) auf Kollagenase- aktivitat untersucht.

In 13 Fallen wurde eine erhohte Enzymaktivitat festgestellt. EDTA und 5-Fluorouracil hemmten die Kollagenaseaktivitat teilweise, wahrend O-Phenan- trolin und das Antibiotikum Erythromycin@' die Enzymaktivitat in vitro vollstandig blockierten. Auf Grund dieser Befunde wird derzeit die enzym- hemmende Wirkung in vivo bei der chronischen Gonarthritis und dem post- operativen Verlauf von Kreuzbandrissen untersucht.

Da auch das klinische und histologische Bild von Kniegelenken mit sekun- darem Kreuzbandrii3 in vielen Fallen groi3e Ahnlichkeit mit einer rheuma- toiden Arthritis aufweist, wird auf Grund der erhohten Kollagenaseaktivitat ein immunologischer Prozei3 vermutet.

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Summary Collagenase activity

in the ruptured cruciate ligament of the dog and its inhibition in vitro

Joint capsule samples from 15 dogs with secondary cruciate ligament tears were examined by in vitro tests (GROSS-LAPIERE) for collagenase activity.

In 13 cases an increased enzyme activity was found. EDTA and 5-fluor- ouracil partially inhibited the collagenase activity, whereas 0-phenantrolin and erythromycin completely blocked the in vitro enzyme activity. O n the basis of these findings the authors are examining the enzyme-inhibiting effect in vivo in chronic gonarthritis and the post-operative course in cruciate ligament rupture.

Since the clinical and histological picture of the knee joints with secon- dary cruciate ligament rupture are in many cases very similar to those in rheumatoid arthritis, the raised collagenase activity may well represent an immunological process.

Resume Activitk de la collagknase

lors d’une dkchirure du ligment croisk chez le chien et son inhibition in vitro

On a examink l’activitk de la collagknase sur des kchantillons de capsule articulaire de 15 chiens atteints d’une dkchirure secondaire du ligament croisk au moyen d’un test in vitro (GROSS-LAPI~RE).

Une augmentation de l’activitk enzymatique a ktk constatke dans 13 cas. EDTA et 5-fluorouracil ont inhibk en partie l’activitk de la collagknase alors que 0-phknantroline et l’antibiotique Erythromycine@’ ont complhement bloquk in vitro l’activitk de l’enzyme. O n a examink sur la base de ces rksultats l’action inhibitrice de l’enzyme in vivo lors de gonarthrite chronique et dans l’kvolution post-opkratoire d’une dkchirure du ligament croisk.

Etant donne que l’image clinique et histologique de l’articulation du genou avec une dkchirure secondaire du ligament croisk ressemblait dans beaucoup de cas A une arthrite rheumatismale, on a suspect6 un processus immunologique sur la base de l’activitk augmentke de la collagknase.

Resumen La actividad de la colagenasa

en la rotura del li amento cruzado del perro y su in E ibici6n in vitro

Muestras de cipsulas articulares de 15 perros enfermos de rotura secun- daria del ligamento cruzado se examinaron en pruebas in vitro (GROSS- LAPI~RE) en cuanto a la actividad de la colagenasa.

En 13 casos se comprob6 que la actividad enzimitica se hallaba aumen- tada. EDTA y 5-fluorouracilo inhibian en parte la actividad de la colagenasa, mientras que 0-fenantrolina y el antibi6tico eritromicina@ bloqueaban por completo la actividad enzimitica in vitro. A la vista de estos hallazgos, se esti estudiando la acci6n enzimoinhibidora in vivo en la gonartritis crbnica y en el curso postoperatorio de las desgarraduras del ligamento cruzado.

Puesto que tambikn la imagen clinica e histol6gica de las articulaciones fkmorotibiorrotulianas con rotura secundaria del ligamento cruzado tienen una semejanza grande con la artritis reumatoide, se sospecha que se trata de un proceso inmunol6gico en cuenta a la actividad aumentada de la colagenasa.

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NIEBAUER und LUBEC

Literaturverzeichnis ALEXANDER, J. W., S. BEGG, R. DUELAND, and R. D. SCHULTZ, 1976: Rheumatoid Arthritis in the dog: Clinical diagnosis and managemznt. J. Amer. Anim. Hosp. Ass.

BAUER, E., A. EISEN, and J. JEFFREY, 1971: Studies on purified rheumatoid synovial collagenase in vitro and in vivo. J. Clin. Invest. JO, 2056. GROSS, J., and C. M. L A P I ~ R E , 1962: Collagenolytic activity in amphibian tissues: a tissue culture method. Proc. N. A. J. 48, 1014-1022. HALLIWELL, R. E., R. B. LAVELLE, and K. M. BUTT, 1972: Canine rheumatoid arthritis a review and a case report. J. small Anim. Pract. 13, 239-243. LAZARUS, G., R. BROWN, J. DANIELS, and H . FULLMER, 1968: H u m a n granulocyte Collagenase. Science lli9, 1483. LUBEC, G., 1977: Collagenase Activity in the Human umbilical Cord. Padiatrie Pad- ologie 12, 58-262. LUBEC, G., 1977: Collagenase activity of ra t kidney with glomerulonephritis during the heterologous phase. Clinica Chimica Acta 76, 89-94. NEWTON, C. D., A. J. LIPOWITZ, R. E. HALLIWELL, H. L. ALLEN, D. N. BIERY, and H. R. SCHUMACHER, 1976: Rheumatoid Arthritis in dogs. J. Amer. Vet. Med. Assoc.

NIEBAUER, G. W., G. PUNZET und H. PLENK, Jr., 1977: Rheumatoide Arthritis beim Hund. Wien. Tierarztl. Mschr. 64, 224-230. OLSSON, S., J. L. MARSHALL, and E. STORY, 1972: Osteophytosis of the knee joint in the dog. Acta Radiol. Supp. 319, 165. PAATSAMA, S., 1952: Ligament injuries of the canine stifle joint. A clinical and ex- perimental study. Thesis Helsinki. PUNZET, G., und I. WALDE, 1974: Spatergebnisse der chirurgischen Behandlung der Ruptur des vorderen Kreuzbandes beim Hund. Kleintier Prax. 19, 153-165. SCHEBITZ, H. , 1961 : Zur Rontgendiagnose der Kniegelenkserkrankung beim Hund. Vortrag vor der Miinch. Tierarztl. Gesellsch. 1 3 . 7. 60. Ref.: Mhefte Tierheilk. 13, 26. SCOTT, D. W., 1975: Rheumatoid Arthritis in a Dog. Cornell Vet. (Ithaca) 6J, 1 , 100-1 11. SINGLETON, W. B., 1957: Differential diagnosis and Surgical treatment of some abnormal stifle conditions in the dog. Vet. Rec. 69, 1387. STEFFEN, C., 1978: Grundlagenuntersuchungen iiber die chronische Polyarthritis nls Kollagenautoimmunkrankheit. Z. Rheumatol. 37, 131-147. TIRGARI, 1977: Changes in the canine stifle joint following rupture of the anterior cruciate ligament. J. small Anim. Pract. 19, 17-26. TIRGARI, M., 1978: The surgical significance of the blood supply of the canine stifle joint. J. small Anim. Pract. 19, 8, 451-462. WIZE, J., T. ABGAROWICZ, E. WOITECKA, S. KSIEZNY, and A. DUNCEWITZ, 1975: Activa- tion of human leucocyteprokollagenase by rheumatoid synovial tissue culture medium. Ann. rheum. Dis. 34, 520.

12, 6, 727-734.

168, 2, 113-121.

Anschrift der Verfasser: Univ.-Ass. Dr. G. W. NIEBAUER, Univ.-Klinik f. Chirurgie u. Augenheilkunde der Vet. Med. Univ. Wien, Linke Bahngasse 1 1 , A-1030 Wien und Univ.- Ass. Dr. G. LUDEC, Univ.-Kinderklinik, Wahringer Giirtel 74-76, A-1090 Wien.