Entwicklung und histomorphologische Charakterisierung eines metaphysären Frakturheilungsmodells am Großtier

Die Frakturheilung im diaphysären Knochen wird maßgeblich von ihrer
biomechanischen Umgebung beeinflusst. Ein Großteil der klinisch
auftretenden Frakturen befindet sich jedoch im spongiösen Knochen
der Metaphyse. Trotz ihrer vor allem bei Osteoporosepatienten
herausragenden Relevanz wurde der metaphysären Frakturheilung
bisher nur wenig Interesse geschenkt und ihr Verlauf kaum
erforscht. Zudem fehlen Studien, die die biomechanischen Effekte
auf die Knochenheilung in diesem Gebiet berücksichtigen. Aus diesem
Grund war es das Ziel dieser Arbeit, erstmals ein definiertes und
mechanisch charakterisiertes Modell im Großtier zu entwickeln, an
welchem der Einfluss von interfragmentärer Bewegung und Dehnung auf
die metaphysäre Knochenheilung untersucht werden konnte. Dies wurde
unter reproduzierbaren Bedingungen mittels einer gut
standardisierten im Verlauf der Studie neuentwickelten Methodik
durchgeführt. Dazu wurde eine partielle 3 mm breite Osteotomie in
der rechten distalen Femurkondyle von zwölf adulten, weiblichen
Schwarzkopfschafen erstellt. Dort übt die Patella bei
physiologischer Gliedmaßenbelastung eine Kraft auf die Trochlea
aus, die zu einer Durchbiegung des Osteotomiespalts führt. Die
daraus resultierende interfragmentäre Dehnung im Spalt beträgt
abhängig von Lokalisation und Fixationsmethode bis zu 40 %. Sie
wurde durch ein Stahlimplantat mit 3 mm (stabile Fixation) bzw. 2
mm Dicke (flexible Fixation) eingegrenzt. Acht Wochen nach der
Operation fand am explantierten Knochen die computertomographische,
histomorphologische und biomechanische Auswertung statt. In
metaphysären Osteotomieregionen mit sehr kleinen interfragmentären
Dehnungen < 6 % bildet sich signifikant weniger geheilter
Knochen als bei höheren Gewebedehnungen. Die Knochenheilung läuft
verzögert und überwiegend über desmale Ossifikation ab. Für
Frakturzonen mit höheren Dehnungen im Bereich zwischen 6 und 20 %
stellt sich hingegen eine verbesserte Knochenheilung mit mehr
neugebildetem Knochen und sowohl desmaler als auch enchondraler
Ossifikation dar. Interfragmentäre Dehnungen über 20 % führen zu
keiner weiteren Verbesserung der metaphysären Heilung. In dieser
Höhe verursacht IFD stattdessen in einigen Fällen die Entwicklung
von fibrösem Gewebe und Faserknorpel im Osteotomiespalt, was zu
einer Heilungs-verzögerung des Knochens führen kann. Kein Tier
beider Fixationsgruppen zeigt metaphysär eine für diaphysäre
Knochenbereiche unter interfragmentärer Bewegung typische externe
periostale Kallusbildung. Die Dehnungsbereiche aus welchen eine
desmale bzw. enchondrale Ossifikation resultiert, sind in ihrer
Größenordnung mit denen der diaphysären Heilung vergleichbar. In
der Diaphyse führen interfragmentäre Dehnungen unterhalb von 5 % zu
desmaler Ossifikation und Werte zwischen 5 und 15 % zu enchondraler
Ossifikation. Interfragmentäre Dehnungen von mehr als 15 %
verzögern die Heilung des Knochens oder verhindern diese
vollständig. Die Frakturheilung im spongiösen Knochen folgt somit
ähnlichen biomechanischen Gesetzmäßigkeiten, wie sie für den
kortikalen Knochen beschrieben sind. Damit kann belegt werden, dass
auch im metaphysären Knochen Dehnungen unterschiedlicher Größe
unterschiedliche Heilungsmuster induzieren. Anhand des entwickelten
Großtiermodells besteht nun in Zukunft die Möglichkeit, die Heilung
des metaphysären Knochens eingehender zu erforschen. Hierdurch
können grundlegende Erkenntnisse und klinisch wichtige
Fragestellungen sowie die Frakturheilung im osteoporotischen
metaphysären Knochen besser verstanden werden. Dieses
Großtiermodell bietet zudem zum ersten Mal die Möglichkeit, den
Erfolg verschiedener Therapiemaßnahmen sowie pharmazeutischer
Wirkstoffe am metaphysären Knochen unter definierten
biomechanischen Bedingungen zu untersuchen und auf die
Gegebenheiten im Menschen zu übertragen.