Healing of ligaments and tendons and the effects of hyaluronan. Morphological and biochemical studies in rabbits

Abstract

The poor healing capacity of the anterior cruciate ligament and the development of postoperative adhesions, restricting tendon gliding, are two important clinical problems regarding different, although related, aspects of posttraumatic connective tissue reactions. The aim of this study was to gain more knowledge about the process of ligament and tendon healing at the cell and molecular levels and to investigate the effects of hyaluronan on the repair process. By using in situ hybridization techniques, we showed that the extrasynovial medial collateral ligament, which normally heals without any problem, expressed more procollagen mRNA than the intrasynovial anterior cruciate ligament of the rabbit knee. In both ligaments the synthesis of collagen peaked 14 days after the laceration. An injection of hyaluronan apparently increased the healing capacity of the anterior cruciate ligament at 4 and 12 weeks after surgery.



Hyaluronan, added to cultured tendon segments, inhibited cell proliferation without affecting the synthesis of collagen, non-collagen proteins or proteoglycans. Combined in vivo and in vitro studies showed that proximal division of deep flexor tendons in rabbits caused a transient increase in cell proliferation and signs of matrix degradation, with a gradual decrease of tendon matrix components and tendon weight. The healing tendons and synovial sheaths differed in their ability to produce collagen and proliferate during repair. Hyaluronan, added between the repaired tendon and tendon sheath in vivo, did not affect cell proliferation or synthesis of matrix components in the healing tissues, measured in vitro 5-40 days after repair.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Skador på kroppens ligament och senor är vanliga och medför, förutom mycket lidande för den drabbade, ett stort samhällsekonomiskt problem. Speciellt stora problem orsakar korsbandsskador i knäleden och böjsenskador inom fingrarnas senskideområde. Både ligament och senor är uppbyggda av extracellulärt matrix som består framför allt av kollagen men dessutom av icke-kollagena proteiner och proteoglykaner. Trots morfologiska och biokemiska likheter, uppvisar de olika ligamenten och senorna stora variationer i läkningsförmåga. Korsbanden, belägna inne i själva knäleden har en mycket dålig läkningsförmåga till skillnad från det på insidan av knäleden belägna mediala kollateralligamentet. Orsakerna till dessa skillnader i läkningspotential är ej klarlagda men kan bero på variationer i näringstillförsel samt cellernas olika förmåga att producera matrix komponenter. För att öka kunskapen om detta har vi studerat produktionen av matrixkomponenter i olika ligament och senor, i normala förhållanden samt under läkningsförloppet.



Vid skador på fingrarnas böjsenor uppstår ofta problem med överväxt av kärl och annan vävnad (sammanväxningar) mellan den ihopsydda senan och dess omgivande senskida. Detta leder till att senan förlorar sin glidförmåga och att fingret/fingrarna får nedsatt rörelseomfång. Bland kirurger kallades detta område tidigare "no man's land", dvs. den kroppszon som kirurgen bör hålla sig borta ifrån. Man hade då uppfattningen att dessa senor saknade egen läkningsförmåga och därför var beroende av utifrån inväxande celler och kärl för att kunna läka, dvs. sammanväxningar var nödvändiga för senläkning. Senare studier har dock visat att böjsenorna har en egen läkningsförmåga och att näringstillförseln sker framför allt via diffusion. Det bör därför vara möjligt att utveckla behandlingsmetoder som förhindrar sammanväxningar utan att påverka läkningsförloppet.



Hyaluronan är en intressant substans som i flera studier har uppvisat en gynnsam effekt på läkningen i olika vävnader samt minskat sammanväxningarna mellan sena och senskida efter sensutur. Verkningsmekanismerna för hyaluronan är dock bristfälligt kända även om ett flertal teorier har framförts. Hyaluronan förekommer normalt i ett flertal vävnader och vävnadsvätskor och har experimentellt använts utan märkbara sidoeffekter.



Avhandlingen grundar sig på fem vetenskapliga uppsatser och syftet har varit att studera ligament- och senläkning på cellnivå samt att undersöka effekterna av hyaluronan på läkningsförloppet. I samtliga arbeten har kanin används som försöksdjur. I första delarbetet jämförde vi uttrycket av mRNA för typ I kollagen i normala och läkande korsband samt mediala kollateralligament. Information från cellens arvsmassa överförs av mRNA till cellens "proteinfabriker" för tillverkning av ett visst protein (äggviteämne), exempelvis kollagen. Kollagen typ I utgör ca 95% av totala mängden kollagen i ligament och sena, vilket innebär att bestämning av mängden typ I kollagen mRNA reflekterar merparten av ligamentets/senans kollagenproduktion. Vi fann att uttrycket av mRNA för typ I kollagen var konstant högre i mediala kollateral ligament jämfört med korsband både under normala förhållanden samt under läkning. Uttrycket av typ I kollagen mRNA var högst 14 dagar efter skadetillfället vilket visar att kollagensyntesen ökar efter skada och når sitt maximum efter ca 14 dagar. Korsbandet uppvisade en låg kollagenproduktion vilket skulle kunna bidraga till dess sämre läkningspotential.



I det andra delarbetet visade vi att hyaluronan injicerat i knäleden vid skadetillfället förbättrade läkningsförmågan hos partiellt skadade korsband. Morfologisk utvärdering utfördes 4 och 12 veckor efter skadan. Kärlnybildning och god cellorganisation iakttogs hos de ligament som hade behandlats med hyaluronan medan kontroll-ligamenten saknade överbryggande vävnad i skadeområdet samt uppvisade minimalt antal kärl och celler. Resultaten indikerar att hyaluronan kan stimulera läkningen av de svårläkta korsbanden i knäleden.



I det tredje delarbetet visade vi att hyaluronan hämmade celltillväxten utan att påverka syntesen av kollagen, icke-kollagena proteiner eller proteoglykaner i odlade sensegment. Utifrån tillfört hyaluronan skulle således kunna verka som en modulator av sencellernas tillväxt och resultaten indikerar en möjlig mekanism för hyaluronanets hämmande effekt på sammanväxningar efter senkirurgi.



I det fjärde delarbetet undersökte vi hur två morfologiskt och biokemiskt specifika segment av de djupa böjsenorna till kaninens tår/fingrar biokemiskt påverkas efter delning på ankelnivå. Vi fann att den perifera delen av de avskurna senorna uppvisade en övergående ökning av celltillväxt samt en gradvis minskning av senans matrixinnehåll och vikt. Dessa resultat talar för att en delad och därmed avlastad sena genomgår en gradvis nedbrytning, vilket bör beaktas då man överväger lämplig tidpunkt för att sy ihop en tidigare avskuren sena samt i experimentella situationer då man studerar senläkning i ett avlastat sensystem.



Femte delarbetet beskriver biokemiskt hur cellaktiviteter i senan och dess omgivande senskida påverkas under läkningsförloppet samt de biokemiska effekterna av hyaluronan. Vi fann att celltillväxten ökade i senan men minskade i senskidan 5 dagar efter det att vävnaderna hade delats och reparerats. I läkande senor minskade syntesen av kollagen samtidigt som syntesen av icke-kollagent protein var oförändrad, det omvända förhållandena gällde för läkande senskida. Resultaten visar att cellerna i läkande senor och senskidor skiljer sig åt i förmåga att tillväxa och producera kollagen under de första sex veckorna av läkningsfasen. Hyaluronan som tillsattes mellan sena och senskida vid operationstillfället, påverkade inte celltillväxt och matrixsyntes i läkande sena och senskida uppmätta 5-40 dagar efter kirurgi. Dessa fynd indikerar att eventuella biokemiska effekter av hyaluronan på läkningsprocessen sker på ett mycket tidigt stadium.

• author: Wiig, Monica
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Fridén, Jan, Göteborg
• publishing date: 1996
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: orthopaedics, Surgery, type I procollagen mRNA, tendon sheath, tendon, proteoglycan, ligament, in situ hybridization, hyaluronan, healing, collagen, connective tissue remodelling, traumatology, Kirurgi, ortopedi, traumatologi, Skeleton, muscle system, rheumatology locomotion, Skelett, muskelsystem, reumatologi
• pages: 116 pages
• defense location: Aulan, Medicinskt Forskningscentrum, Malmö University Hospital, Malmö
• defense date: 1996-05-10 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEHS-1001-SE
• ISBN: 91-628-2013-3
• language: English
• LU publication?: no
• id: 667f1d13-5100-4c46-bf3e-dea9f68ff60e (old id 28349)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:15:35
• date last changed: 2018-11-21 21:03:40