Histopathologische Diagnostik der Arthrofibrose: morphologische Charakteristika und immunhistochemische Beta-Catenin Expression

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Beschreibung zytologischer, histologischer / immunhistochemischer Charakteristika der Arthrofibrose und Festlegung quantitativer- immunhistochemischer Kriterien, welche die Diagnose der Arthrofibrose ermöglichen. Die Arthrofibrose ist klinisch gekennzeichnet als eine fibrosierende Erkrankung als Folgezustand eines operativen, zumeist endoprothetischen Eingriffes, welche zu einer Bewegungseinschränkung oder gar vollständiger Immobilisation führt. Bis dato existieren keine Kriterien für die histopathologische Diagnostik der Arthrofibrose, welche insbesondere aufgrund der klinisch nur unzureichenden Diagnosemöglichkeiten einen wesentlichen Beitrag in der Diagnose und Differentialdiagnose leisten könnten. Anhand eines Patientenkollektives von 262 Patienten mit der klinischen Diagnose Arthrofibrose bestätigte sich histopathologisch die Diagnose Arthrofibrose in 222 Fällen. In diesen 222 Fällen mit der histopathologischen Diagnose Arthrofibrose, wurden die charakteristischen Veränderungen der Arthrofibrose analysiert und semiquantitativ bewertet. Bewertet wurde neben den histopathologischen Veränderungen die Zellularität an Fibroblasten (Abstand der Fibroblasten zueinander). In der histopathologischen Diagnostik ist ein 3-stufiges Graduierungsschema üblich, dieses wurde für die Arthrofibrose übernommen: Definiert wurde eine Arthrofibrose Grad 1, bei einem Abstand von mehr als 2 Fibroblasten-Zelllängen zwischen 2 Fibroblasten, ein Grad 2 bei einem Abstand etwas weniger als 2 Zelllängen und Grad 3 bei einem Abstand etwas weniger als eine Zelllängen (Zytoplasmen und Zellkerne können in direktem Kontakt stehen). In der semiquantitativen Auswertung der Fibroblastenzellularität des Patientenkollektives von 222 Patienten mit Arthrofibrose ergaben sich in 28,8% (n=64) ein Grad 1, 47,7% (n=106) ein Grad 2 und in 23,4% (n=52) ein Grad 3. Das Vergleichs-Kollektiv setzte sich zusammen aus 29 Patienten mit periprothetischer Membran vom Indifferenztyp. Bei der Arthrofibrose Grad 1 konnte bereits ein signifikanter Unterschied zwischen Grad 1 und der Neosynovialis vom Indifferenztyp (p<0,05) festgestellt werden. Ein hoch signifikanter Unterschied in der Fibroblastenzellularität zeigte sich jeweils im Vergleich zwischen der Neosynovialis vom Indifferenztyp mit Grad 2 und Grad 3 (p<0,001). Fasst man Arthrofibrose Grad 2 und Grad 3 zusammen, so kann man mit einem hohen Sicherheitsgrad die Diagnose Arthrofibrose stellen (Sensitivität 0,7117, Spezifität 0,8276). Bei Grad 2 und 3 der Arthrofibrose ist eine Abgrenzung von der Neosynovialis vom Indifferenztyp also eindeutig anhand der Fibroblastenzellularität möglich. Da eine Beta-Catenin-Expression bei Fibromatosen, welche ebenfalls durch eine hohe Fibroblasten-Aktivierung gekennzeichnet sind, beschrieben ist, erfolgte eine immunhistochemische Analyse von 30 Arthrofibrose Fällen. Es wurden je 10 Fälle mit Arthrofibrose Grad 1, 2 und 3, sowie als Vergleichsgruppe 15 Fälle mit periprothetischer Membran vom Indifferenztyp und 8 Fälle mit einer Fibromatose untersucht. Immunhistochemisch zeigte sich eine zytoplasmatische Beta-Catenin-Expression in den Fibroblasten der Arthrofibrose, die Zytoplasmen zeigten eine auffällig starke dendritische Verzweigung. Eine nukleäre Expression, wie sie bei Fibromatosen vorliegt, konnte nicht nachgewiesen werden. In der semiquantitativen Auswertung der Beta-Catenin positiven Fibroblasten ergaben sich signifikant mehr Beta-Catenin positive Fibroblasten / HPF in der Arthrofibrose als in der Neosynovialis von Indifferenztyp (p<0,001), und signifikant weniger Beta-Catenin positive Fibroblasten / HPF als in Fibromatosen. Mit steigendem Arthrofibrosegrad konnten signifikant mehr Beta-Catenin positive Fibroblasten pro HPF nachgewiesen werden (p<0,001, Spearman-Rho, Korrelationskoeffizient 0,796). Dabei wurde der Grenzwert von 20 Beta-Catenin positiven Zellen / HPF festgelegt. Hierdurch kann die histopathologische / immunhistochemische Diagnose einer Arthrofibrose mit einem hohem Sicherheitsgrad gestellt werden (Sensitivität 0,733, Spezifität 0,867). Somit sind erstmals histopathologische, charakteristisiche Veränderungen der Arthrofibrose beschrieben und immunhistochemisch- quantitative Kriterien für die Diagnose einer Arthrofibrose definiert.

The aim of this study was to describe cytological, histological / immunohistochemical characteristics of arthrofibrosis and the establishment of quantitative immunohistochemical criteria, which enable the diagnosis of arthrofibrosis. The arthrofibrosis is characterized clinically as a fibrosing disease after operations of the joint, mostly after endoprosthetic surgery, which leads to a restriction of movement or even complete immobilization. Hitherto, there have been neither histopathological nor immunohistochemical criteria for diagnosing arthrofibrosis. Based on a group of 262 patients with clinical diagnosis of arthrofibrosis, the diagnosis of arthrofibrosis confirmed histopathologically in 222 cases. In these 222 cases with histopathological diagnosis of arthrofibrosis, the characteristic histopathologic changes were analyzed and semi-quantitatively assessed. It was determined a 3-stage graduation, which is based on the fibroblastic cellularity (distance of the fibroblasts to each other): grade 1 was defined if the distance between the fibroblasts was more than 2 cell lengths, grade 2 if the distance was slightly less than 2 cell lengths and grade 3 if the distance was slightly less than one cell length (the cytoplasms and nuclears of the fibroblasts may be in contact). In 222 cases with arthrofibrosis, grade 1 was found in 28.8% (n = 64), grade 2 was found in 47.7% (n = 106) and grade 3 was found in 23.4% (n = 52). The control group consisted of 29 cases with periprosthetic membrane of indifferent type (type IV membrane). The difference of fibroblast cellularity of type IV membrane compared to arthrofibrosis grade 1 (p<0.05), grade 2 (p <0.001) and grade 3 (p <0.001) was significant. Combining arthrofibrosis grade 2 and grade 3, the arthrofibrosis diagnosis could be made with a sensitivity 0.7117 and specifity 0.8276. For arthrofibrosis grade 2 and 3 a differentiation to the type IV membrane is therefore clearly possible, by using fibroblast cellularity. In fibromatoses, which are also characterized by a high fibroblast activation, a beta-catenin expression is described. Therefore an immunohistochemical beta-catenin analysis was performed in 30 cases of arthrofibrosis (10 cases of each arthrofibrosis grade), 15 cases with type IV membrane and 8 cases of fibromatosis. The immunohistochemical analysis of arthrofibrosis revealed cytoplasmatic beta-catenin positivity of the fibroblasts. Beta-catenin positive fibroblasts were characterised by markedly dendritically ramified cytoplasma sections close and distant to the nucleus. A nuclear expression, as found in fibromatoses, could not be detected. In the semi-quantitative analysis of beta-catenin positive fibroblasts, there were significantly more beta-catenin positive fibroblasts / HPF in the arthrofibrosis than in the type IV mebrane (p <0.001) and significantly less beta-catenin positive fibroblasts / HPF than in fibromatosis. With increasing grade of arthrofibrosis significantly more beta-catenin positive fibroblasts per HPF were detected (p <0.001, Spearman-Rho correlation coefficient 0.796). A threshold value of 20 beta-catenin positive cells/HPF was determined. This enables the histopathological diagnosis of an arthrofibrosis to be made with a high degree of certainty (sensitivity: 0.733, specifity: 0.867). Thus the first histopathological, characteristic changes of the arthrofibrosis are described and immunohistochemical quantitative criteria for the diagnosis of arthrofibrosis are given.