Sehnen haben eine Schlüsselrolle in der Fortbewegung durch die Übertragung von mechanischen Kräften von der Muskulatur auf die Sehnen. Der Hauptbestandteil des Sehnengewebes ist Kollagen; dabei dominiert Kollagen Typ I. Kollagen hat einen Anteil von 60–80 % am Trockengewicht von Sehnen. Die Kollagenstruktur ist hierarchisch organisiert: Tropokollagenmoleküle bilden Fibrillen, diese wiederum Fasern und schließlich Faszikel, die entlang der Längsachse der Sehne ausgerichtet sind. Diese Organisation trägt zur hohen Zugfestigkeit und Ermüdungsresistenz des Sehnengewebes bei. Obwohl Sehnen häufig als eine homogene Struktur betrachtet werden, variieren ihre Eigenschaften im Verlauf der Sehne. Sehnenverletzungen treten sowohl beim Menschen als auch beim Pferd häufig auf. Beim Pferd ist insbesondere die oberflächliche Beugesehne verletzungsanfällig. Verletzungen der oberflächlichen Beugesehne machen nach den in der Studie angeführten Angaben etwa 75 % bis 93 % aller Sehnenverletzungen des Pferdes aus. Besonders häufig ist der mittlere Metakarpalbereich betroffen, der im Vergleich zu anderen Abschnitten der Sehne einen geringeren Querschnitt aufweist.
Neben diesen anatomischen Faktoren könnten auch intrinsische Unterschiede der verschiedenen Sehnenregionen eine Rolle spielen. Bislang wurden die mechanischen Eigenschaften der oberflächlichen Beugesehne entweder makroskopisch durch Zugversuche oder auf mikroskopischer Ebene, beispielsweise an den Kollagenfibrillen, untersucht. Eine gleichzeitige Untersuchung der makro- und mikroskopischen mechanischen Eigenschaften innerhalb derselben Sehnen sowie ein direkter Vergleich verschiedener Regionen entlang der Sehne waren jedoch noch nicht durchgeführt worden. Das Ziel der vorliegenden Studie war, regionale Unterschiede der mechanischen Eigenschaften sowohl auf makroskopischer als auch auf mikroskopischer Ebene gemeinsam mit regionalen Unterschieden der biochemischen Zusammensetzung der equinen oberflächlichen Beugesehne zu untersuchen.
Das Studienmaterial stammte von neun aus studienunabhängigen Gründen euthanasierten Pferden. Es handelte sich um Pferde unterschiedlicher Rassen mit einem medianen Alter von 12 Jahren (Spannbreite 1–20 Jahre). Innerhalb einer Stunde nach der Euthanasie erfolgte die Entnahme von etwa 20 Zentimetern Sehnengewebe der Vordergliedmaße vom proximalen Metakarpus bis zum Krongelenk. Die Sehne wurde in drei Regionen von ungefähr sieben Zentimetern Länge eingeteilt. Aus jeder Region wurden Proben gewonnen. Zugversuche lieferten Werte zum makroskopischen Elastizitätsmodul und die Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur mikroskopischen Steifigkeit des Materials. Biochemische Analysen erfassten Wassergehalt, Zellularität (anhand des DNA-Gehalts) sowie den Gehalt an Glykosaminoglykanen (GAG) und Kollagen. Histologisch bewerteten bei drei Pferden zwei unabhängige Untersucher Kollagenausrichtung, Vaskularisation, Grundsubstanz, Zellularität und Zellmorphologie.
Zwischen den drei untersuchten Regionen bestanden Unterschiede in den makroskopischen mechanischen und in den biochemischen Eigenschaften. Bei der longitudinalen makroskopischen Untersuchung betrug der Elastizitätsmodul in der proximalen Region durchschnittlich 148,0 ± 66,7 MPa, in der mittleren Region 174,2 ± 63,0 MPa und in der distalen Region 106,0 ± 42,6 MPa. Zwischen der mittleren und distalen Region bestand ein signifikanter Unterschied. Der Elastizitätsmodul war distal um den Faktor 1,67 geringer beziehungsweise um 68,2 MPa niedriger als in der mittleren Region.
Auf mikroskopischer Ebene bestand zwischen den einzelnen Regionen kein signifikanter Unterschied. Der Wassergehalt lag in allen drei Regionen bei etwa 73 %. Histologisch erschien die Kollagenfaserstruktur in der distalen Region weniger linear ausgerichtet als in der proximalen und mittleren Region. Auch bei der Bewertung der Kollagenanordnung anhand des Bonar-Scores wurden distal höhere mittlere Werte festgestellt. Dieser Unterschied erreichte jedoch keine statistische Signifikanz. Der GAG-Gehalt war in der distalen Region etwa dreimal höher als in der proximalen und mittleren Region (Differenz zu proximal 14,33 µg GAG/mg, zur mittleren 14,15 µg GAG/mg). Zwischen proximaler und mittlerer Region bestand kein Unterschied. Auch die histologische Untersuchung zeigte in der distalen Region eine intensivere Färbung auf GAG, was auf höhere Gehalte hinweist. Der auf das Trockengewicht bezogene Kollagengehalt unterschied sich nicht signifikant zwischen den Regionen. Hinsichtlich der Zellularität bestanden keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei Regionen.
Die Ergebnisse zeigen eine regionale mechanische und biochemische Heterogenität der oberflächlichen Beugesehne. Besonders auffällig war auf makroskopischer Ebene der höhere longitudinale Elastizitätsmodul der mittleren gegenüber der distalen Region. Dies steht im Einklang mit der Annahme, dass der mittlere Abschnitt von Energiespeichersehnen wie der oberflächlichen Beugesehne an hohe mechanische Anforderungen bei schneller Fortbewegung angepasst ist. Zwischen proximaler und mittlerer beziehungsweise proximaler und distaler Region bestanden dagegen keine signifikanten Unterschiede. Die Autoren vermuten, dass die Unterschiede der makroskopischen mechanischen Eigenschaften stärker mit der Gewebearchitektur und der Organisation des Sehnengewebes zusammenhängen als mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften einzelner Kollagenfasern oder -fibrillen. Alternativ könnten lokale Heterogenität innerhalb der Regionen oder methodische Grenzen der Rasterkraftmikroskopie mögliche Unterschiede auf mikroskopischer Ebene verdeckt haben.
Die weniger lineare Architektur der distalen Region könnte mit der geringeren longitudinalen Steifigkeit des distalen Abschnitts zusammenhängen. Die mittlere Region ist vorwiegend Zugkräften ausgesetzt und zeigte eine stark ausgerichtete Kollagenarchitektur. Die distale Region könnte dagegen aufgrund ihres anatomischen Verlaufs entlang der proximalen Sesambeine und der proximalen Phalanx komplexeren Belastungen einschließlich Druck- und Scherkräften ausgesetzt sein. Parallel dazu zeigte die distale Region einen deutlich höheren GAG-Gehalt. Regionen von Sehnen, die anhaltenden Druckbelastungen ausgesetzt sind, können faserknorpeliges Gewebe mit einer proteoglykanreichen extrazellulären Matrix entwickeln. Die oberflächliche Beugesehne des Pferdes ist somit entlang ihres Verlaufs weder mechanisch noch biochemisch einheitlich. Die gemessenen Elastizitätsmoduln liegen deutlich unter publizierten Werten für ganze Sehnen (etwa 1189 MPa), möglicherweise bedingt durch die Präparation dünner Längsschnitte. Einschränkend waren außerdem die begrenzte Stichprobengröße und das breite Altersspektrum; nach Altersgruppen getrennt ergaben sich keine Unterschiede. Es sollten weitere Untersuchungen an Pferden mit unterschiedlichem Alter, Trainings- und Verletzungszustand durchgeführt werden.