Analysis of cartilage wear particles in equine joints and their relationship to several joint diseases

Abstract

Objective: the main objective of this study was to compare the presence of clinical signs in various joint diseases and the presence, number and amount of cartilage wear fragments found in synovial fluid. It was also matter of this study to analyse the relationship between several equine joint diseases, like osteochondritis dissecans, osteoarthritis, septic arthritis, podarthritis and navicular syndrome, and the presence, number and size of cartilaginous wear particles in the synovial fluid collected from different joints (coffin, fetlock, carpal, tarsal and stifle joints). Materials and Method: 116 samples of synovial fluid from 85 horses were analysed for the presence, number and size of cartilage wear particles. Other synovial fluid analyses, like colour, opacity, viscosity, total protein content and total white blood cell count were also made and compared to the presence of cartilage wear particles. The material was centrifuged and prepared to microscopic examination. The animals presented different joint affections and were divided into 6 groups, accordingly to the presence of clinical signs, radiographic and arthroscopic alterations. Results: There was a significant correlation between cartilage debris and lesions of the articular surfaces in horses with osteoarthritis (middle particles: 11.00 +/- 3.09; control: 0.50 +/- 0.31) and osteochondritis dissecans (middle particles: 12.31 +/- 2.15; control: 0.50 +/- 0.31). Horses with osteochondritis dissecans that showed lameness presented a number of small, middle and big fragments greater than no lame horses. However, the number of cartilage particles in these no lame patients was already significantly increased when compared to control group (small particles found in lame horses: 13.25 +/- 2.35; no lame horses: 4.70 +/- 1.32; control: 1.13 +/- 0.55), which means that even when there is no pain, there can be already cartilage damage. Patients that showed lameness presented in general a greater number of cartilage fragments than horses without pain (small particles in group T3: 12.11 +/- 2.41; control: 1.13 +/- 0.55). This just did not occurred in acute cases, for example, in horses with septic arthritis (middle particles in group T1: 1.73 +/- 0.97; control: 0.50 +/- 0.58), that showed no significant number of cartilage fragments, although severe lameness. Horses with navicular syndrome (small particles: 4.46 +/- 1.67; control: 1.13 +/- 0.55) presented few cartilage fragments when compared to patients with osteoarthritis and osteochondritis dissecans. However, this number was significantly increased when compared to control group. No direct relation between the number of cartilage fragments and colour, opacity, viscosity, total protein content and total white blood cell count was observed in this study. Conclusion: This is a simple minimal invasive method that could permit a better assessment of degenerative joint disease progress, long-term prognosis and evaluation of therapeutic regimes. The presence of cartilage wear particles in other joint disease, as osteochondritis dissecans and podarthritis, and in navicular disease could help the evaluation and prognoses. As it is known that any of these affection could lead to degenerative joint disease, this foresee would be of crucial importance even to evaluate the efficacy of the chosen treatment. Keywords: synovial fluid, cartilage particles, joint disease, articular cartilage, arthritis, osteochondritis dissecans.

Fragestellung: Lahmheit ist eine der Hauptursachen für Schmerzen und Unwohlsein bei Pferden und führt zu finanziellen Verlusten bei den Besitzern. Die Frühdiagnose von Gelenkerkrankungen, insbesondere degenerative Gelenkerkrankungen, stellt eine große Herausforderung für Tierärzte auf der ganzen Welt dar. Eine Untersuchung der Synovia auf Knorpelfragmente könnte einen Gelenkknorpelschaden frühzeitig nachweisen. Das Ziel dieser Studie war nicht nur einen Bezug zwischen Zahl und Größe der Knorpelabriebprodukte zu verschiedenen Gelenkerkrankungen nachzuweisen, sondern eine sehr einfache Methode auch zu entwickeln, die als Diagnosewerkzeug schließlich verwendet werden könnte. Material und Methode: Insgesamt wurden 116 Gelenke (Huf-, Fessel-, Vorderfußwurzel-, Sprung- und Kniegelenk) von 85 Pferden, die zwischen 2 Monaten und 23 Jahre alt waren, punktiert und auf die Anzahl und Größe von Knorpelabriebprodukte untersucht. Die Proben wurden 15 Minuten zentrifugiert und anschließend mikroskopisch ausgewertet. Andere Synovia Untersuchungen, so wie Farbe, Transparenz, Konsistenz, Protein und Gesamtleukozytenzahl wurden auch dargestellt. Die Pferde kamen in die Klinik zur Lahmheitsuntersuchung. Bei diesen Patienten wurde die Diagnose einer Gelenkerkrankung gestellt. Die Pferde wurden anhand klinische, röntgenologische und arthroskopische Befunde in 6 Gruppen geteilt. Ergebnisse: Bei Pferden mit Arthrose konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen Knorpelrückstand in der Synovia und der Beschädigung der Gelenkoberfläche festgestellt werden (mittlere Knorpelpartikel: 11,00 +/- 3,09; Kontrolle: 0,50 +/- 0,31). Dies deckt sich mit der Untersuchung von Evans et al, 1981 und 1982; Kuster et al, 1998. Bei Pferden mit Osteochondritis dissecans gab es eine signifikant erhöhte Anzahl von kleineren, mittleren (mittlere Knorpelpartikel: 12,31 +/- 2,15; Kontrolle: 0,50 +/- 0,31) und großen Knorpelfragmenten. Bei diesen Patienten konnte auch eine Beziehung zwischen Schmerzen und der Menge der Knorpelfragmente festgestellt werden, aber die Anzahl der Knorpelfragmente, bei diesen lahmen Pferden, war trotzdem signifikant erhöht (Kleinere Knorpelpartikel bei lahmen Pferden: 13,25 +/- 2,35; bei nicht lahmen Pferden: 4,70 +/- 1,32; Kontrolle: 1,13 +/- 0,55). Allgemein wurden mehr Knorpelfragmente in Synovia von lahmen Pferden gefunden (kleinere Knorpelpartikel in Gruppe T3: 12,11 +/- 2,41; Kontrolle: 1,13 +/- 0,55). Allerdings, bei akuten Fällen, wie zum Beispiel in Synovia von Pferden mit septischer Arthritis, konnte ein derartiger Zusammenhang nicht festgestellt werden (mittlere Knorpelpartikel in Gruppe T1: 1,73 +/- 0,97; Kontrolle: 0,50 +/- 0,58). Diese Patienten zeigten sehr wenig Knorpelfragmente in ihrer Synovia, dafür aber hochgradige Lahmheit. Im Vergleich zu Pferden mit Arthrose und Osteochondritis dissecans wurden in der Synovia von Pferden mit Hufrehe nur wenige Knorpelfragmente gefunden. Allerdings ist auch hier die Menge der gefundenen Knorpelfragmente significant erhöht im Vergleich zur Kontrollgruppe (kleinere Knorpelpartikel: 4,46 +/- 1,67; Kontrolle: 1,13 +/- 0,55). In diese Studie wurde kein Zusammenhang zwischen Farbe, Transparenz, Konsistenz, Protein oder der Gesamtleukozytenzahl und der Menge von Knorpelfragmenten festgestellt. Schlussfolgerung: Der Nachweis von Knorpelabriebprodukten in der Synovia stellt eine einfache, minimalinvasive Methode zur besseren Einschätzung von degenerativen Gelenkkrankheiten und einen Fortschritt, bezüglich der Prognosestellung und des Therapieansatzes dar. Schlüsselwörter: Synovia, Knorpelabriebprodukte, degenerative Gelenkerkrankungen, Gelenkknorpel, Arthrosis, Osteochondritis dissecans.