Biomarker der Osteoarthritis des Hundes: Untersuchung von Myeloperoxidase, C-reaktivem Protein, Hyaluronsäure und C2C in Synovia und Serum

Abstract

Die Osteoarthritis des Hundes ist eine degenerative Gelenkerkrankung, die sekundär aus verschiedenen Form- und Funktionsstörungen hervorgeht. Langfristig führt die Erkrankung zur Immobilität des Gelenks und chronischen Schmerzen. Die Diagnose wird meist aufgrund der klinisch-orthopädischen und röntgenologischen Befunde am Bewegungsapparat gestellt. Frühzeitig diagnostiziert können geeignete therapeutische Maßnahmen den Verlauf der Osteoarthritis verlangsamen und so die Lebensqualität des Tieres längerfristig erhalten. Insbesondere Röntgenuntersuchungen sind jedoch nicht ausreichend sensitiv, um initiale entzündliche Prozesse der Osteoarthritis darzustellen. Biochemische Marker, die diagnostische und prognostische Informationen über frühe Stadien der Osteoarthritis liefern, stehen im Fokus der aktuellen Forschung. Die Überwachung des Kranheitsverlaufs und Therapieerfolgs anhand einer präziseren Graduierung pathologischer Prozesse im Gelenk sind denkbar. Neue Erkenntnisse könnten zudem als Grundlage zur Entwicklung von Therapiestrategien dienen. Mit diesen Zielsetzungen wurde bereits eine Vielzahl an Marker untersucht. Dennoch sind weitere Arbeiten erforderlich bis die Marker für den routinemäßigen Einsatz in der klinischen Diagnostik verwendbar sind. Ziel dieser Studie war es, die Biomarker Myeloperoxidase, C-reaktives Protein, Hyaluronsäure und C2C in Synovia und Serum von Hunden mit und ohne Osteoarthritis auf ihre Eignung als diagnostische Marker der Osteoarthritis zu untersuchen. Für die Konzentrationsmessung caniner Synovia wurde ein kommerzieller Hyaluronsäure-Assay validiert. Unabhängig von der primären Erkrankungsursache, aber unter Berücksichtigung klinischer, röntgenologischer, intraoperativer und synovialer Befunde, wurden die Gelenke in verschiedene Ausprägungsgrade der Osteoarthritis eingeteilt. Es wurde untersucht, ob zwischen Gelenken ohne, mit gering- und mit hochgradiger Osteoarthritis Unterschiede in den Konzentrationen bzw. Aktivitäten der Marker vorlagen. Um zu prüfen, ob die alleinige Bestimmung der Serumwerte zu zuverlässigen diagnostischen Aussagen führen kann, wurden die Konzentrationen bzw. Aktivitäten in Synovia und Serum verglichen. In einigen Fällen wurden Verläufe der Markerkonzentrationen bzw. -aktivitäten über 16 Wochen verfolgt und in Bezug zu den Ausprägungsgraden der Osteoarthritis gesetzt. Es wurden drei Quotienten berechnet, bei denen die Marker kombiniert wurden. Die Quotienten wurden bei den verschiedenen Ausprägungen der Osteoarthritis analysiert. Der Hyaluronsäure-ELISA lieferte zuverlässige Ergebnisse für die eigenen caninen Synoviaproben. Die Biomarker wiesen signifikante Konzentrations- bzw-Aktivitätsunterschiede in Synovia zwischen gesunden Kontrollgelenken und osteoarthritisch veränderten Gelenken auf. Für alle Marker konnten signifikante Konzentrations- bzw. Aktivitätsunterschiede in Synovia zwischen Gelenken ohne Osteoarthritis und solchen mit hochgradigen Veränderungen festgestellt werden. Die synovialen Myeloperoxidase- Aktivitäten und die Hyaluronsäure-Konzentrationen unterschieden sich zudem zwischen gesunden Gelenken und geringgradig veränderten Gelenken signifikant. Allein die synovialen Hyaluronsäure-Konzentrationen wiesen signifikante Unterschiede zwischen gering- und hochgradig erkrankten Gelenken auf. Bei den Markern überschnitten sich Werte zwischen den Ausprägungsgraden, so dass die Richtigkeit eingeschränkt ist. Die Marker können demnach einen Trend anzeigen, sollten aber nicht als alleiniges Diagnostikum für osteoarthritische Veränderungen angewandt werden. Die Ergebnisse bei den Folgeuntersuchungen der Marker nach 8 und 16 Wochen lassen darauf schließen, dass Myeloperoxidase und Hyaluronsäure in Synovia nützliche Indikatoren für die Aktivität der Erkankung im Zuge von Verlaufskontrollen sein können. Anhand der Serumkonzentrationen bzw. -aktivitäten der Biomarker konnten keine zuverlässigen Aussagen getroffen werden. Denkbar ist, dass sytemische Einflüsse auf die Marker wirken. Die Bestimmung der Marker im Serum kann aufgrund der vorliegenden Ergebnisse nicht empfohlen werden. Durch die Berechnung von Quotienten aus jeweils zwei korrelierenden Markern war eine deutlichere Diskriminierung zwischen den verschiedenen Ausprägungsgraden der Osteoarthritis nicht möglich. Mit dieser Arbeit wurden neue Erkenntnisse hinsichtlich der Biomarker gewonnen. Somit konnten nicht nur Unterschiede zwischen gesunden und osteoarthritisch veränderten Gelenken nachgewiesen werden, es konnte darüber hinaus die Ausprägung der Osteoarthritis im Gelenk reflektiert werden. Als besonders nützlich erwiesen sich hierbei Myeloperoxidase und Hyaluronsäure in Synovia. Diese Marker können dazu beitragen, bereits geringgradige (frühe) osteoarthritische Prozesse aufzudecken. Die Ergebnisse der Arbeit können als Basis für weitere Studien genutzt werden.

Canine osteoarthritis is a degenerative joint disease, mainly secondary to different preceding joint lesions. The course of the disease leads to joint immobilization and chronic pain development. The diagnosis is confirmed by clinical orthopaedic and radiographic examinations of the affected joint. An early diagnosis may offer the opportunity to retard the progression of the disease by applying adequate therapeutic measures and, therefore, to maintain the animal’s quality of life for the longer term. Unfortunately, especially radiographic examinations are not suitable to identify early inflammatory osteoarthritic processes. Biochemical markers, which provide diagnostic and prognostic information about early stages of osteoarthritis, are in the focus of today’s research. A more accurate graduation of pathologic processes in the joint may permit monitoring the course of the disease and its response to therapy. Additionally, new insights in the relations of biomarkers may help to develop new therapeutic strategies. Heading for these aims, a multitude of markers has been studied. However, further investigations are needed until the markers are suitable for routine application in clinical settings. The aim of this study was to evaluate myeloperoxidase, C-reactive protein, hyaluronic acid and C2C in canine synovial fluid and serum with respect to their potential as diagnostic markers of osteoarthritis. A commercial hyaluronic acid assay was validated for canine synovial fluid samples. Samples of healthy controls were compared to those of diseased dogs with secondary osteoarthritis. Irrespective of the primary joint disease, but considering the clinical, radiographic, intraoperative and synovial fluid findings, the joints were classified in different degrees of osteoarthritis. Differences in the concentrations resp. activities of the markers between joints without and with mild or severe osteoarthritic lesions were investigated. Synovial fluid and serum values were compared to assess whether measurements of the markers in serum alone would be of diagnostic value. In some cases the concentrations resp. activities of the markers were monitored in the course of 16 weeks. The results were related to the degrees of osteoarthritis. By combining the markers, three ratios were calculated and evaluated with regard to the degrees of osteoarthritis. The hyaluronic acid assay used for canine synovial fluid samples provided reliable results. All biomarkers showed significant differences in synovial fluid concentrations resp. activities between control joints and osteoarthritic joints. Regarding the degrees of osteoarthritis, all markers had significant differences in synovial fluid concentrations resp. activities between joints without osteoarthritis and those with severe lesions. Moreover, synovial fluid myeloperoxidase activities and hyaluronic acid concentrations differed significantly between controls and mildly affected joints. Exclusively, synovial fluid hyaluronic acid concentrations revealed significant differences between mildly and severely affected joints. It should be emphasized that values of all markers overlapped between groups and, therefore, the accuracy is limited. The markers were able to indicate a trend of disease processes but should not be used as the only diagnostic tool. The results of the follow-up examinations indicated that myeloperoxidase and hyaluronic acid might be useful indicators of disease activity in the course of continuous measurements. No reliable conclusions could be made by determination of marker concentrations resp. activities in serum. Possible systemic influences on the biomarkers might have contributed to these results. Accordingly, measurements in serum are not recommended for the markers examined here. The ratios that were calculated from two correlating markers respectively were not able to improve the discrimination between the degrees of osteoarthritis. The study presented here helped to gain new insights concerning the examined biomarkers. Differences in marker concentrations resp. activities between healthy and osteoarthritc joints could be demonstrated, as well as the degree of osteoarthritic lesions. Myeloperoxidase and hyaluronic acid in synovial fluid were proved to be particularly useful. These markers might contribute to the detection of mild (early) osteoarthritc processes within the joint. On the basis of these findings further investigations can be designed.