Schädel-Hirn-Trauma und Knochenheilung: Radiologische und Biomechanische Analyse in einem kombinierten Trauma-Mausmodell
Locher R, Schaser KD, Lünnemann T, Garbe A, Schmidt-Bleek K, Haas NP, Wichlas F, Tsitsilonis S
Fragestellung: Es ist empirisch bekannt, dass Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma (SHT) und Frakturen (Fx) der langen Röhrenknochen eine erhöhte Stimulation des Knochenmetabolismus zeigen können. Nur wenige klinische und experimentelle Studien widmen sich diesem Zusammenhang und analysieren die Radiomorphologie und Biomechanik der Frakturheilung nach SHT. Ziel unserer Studie war die radiologische und biomechanische quantitative Evaluation der Auswirkung des SHT auf die Knochenheilung anhand eines standardisierten, reproduzierbaren Trauma-Mausmodells.
Methodik: Weibliche C57/Black6N-Mäuse (n=138, 12 Wochen alt) wurden in 4 Gruppen unterteilt, wobei Femurosteotomie und SHT als Variablen dienten. I: Fx-Gruppe, nur Osteotomie n=33; II: SHT-Gruppe, nur SHT n=36; III: Kombinationsgruppe, SHT & Osteotomie n=39; IV: Kontrollgruppe, keine Intervention n=30. Die Femurosteotomie wurde mittels Fixateur externe und die SHT-Induktion mittels Controlled Cortical Impact Injury durchgeführt. Die in-vivo-Knochenheilung wurde wöchentlich mittels quantitativer (Knochenvolumen und -dichte) und qualitativer (Überbrückung des Osteotomiespaltes) Mikro-CT-Untersuchung für 3 bzw. 4 Wo postoperativ evaluiert. Nach Tötung erfolgte die biomechanische Torsionstestung des Femurs (Steife und Festigkeit).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Kombinationsgruppe zeigte neben einem signifikant höheren Kallusvolumen (p<0.05) ab der 2. Woche mit Tendenz zur höheren Mineralisationsdichte (p=0.053) auch qualitativ eine höhere Überbrückungsrate im Vergleich zur Fx-Gruppe (Tabelle 1 [Tab. 1]).
Biomechanisch erwies sich der Kallus der Kombinationsgruppe hinsichtlich Festigkeit (p<0.05) stabiler mit Trend (p=0.057) zur höheren Steifigkeit verglichen mit der Fx-Gruppe (Tabelle 2 [Tab. 2]). Das isolierte SHT schien die Biomechanik des nicht verletzten Knochens negativ zu beeinflussen, da signifikant reduzierte Festigkeitswerte im Vergleich zu den unverletzten Kontrollen bis zu 3 Wochen nach Trauma erkennbar waren (p<0.05).
Die Daten bestätigen die klinische Hypothese der Stimulation der Frakturheilung bei einem SHT. Der neugebildete Kallus nach Fx & SHT hat sowohl ein höheres Volumen als auch eine höhere Mineralisierungsdichte und ist damit biomechanisch suffizienter und stabiler als bei isolierten Frakturen. Dass ein isoliertes SHT eher die Biomechanik des Knochens verglichen mit der Kontrollgruppe reduziert, lässt eine enge Interaktion von SHT und Frakturheilung mit Stimulation des Knochenstoffwechsels nur im Frakturfall vermuten. Die standardisierte Etablierung dieses Mausmodells erlaubt erstmals die serielle quantitative in-vivo-Analyse der durch SHT beschleunigten Frakturheilung und kann somit für weitere Studien zur therapeutischen Modulation der Interaktion von SHT und Frakturheilung dienen. Die Erklärung der biologischen Basis dieses Phänomens könnte neue Wege in der Optimierung der Behandlung von Knochendefekten, Pseudarthrosen und Osteoporose erschließen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocSA33-1573
doi: 10.3205/14dkou571, urn:nbn:de:0183-14dkou5711
Published: October 13, 2014
© 2014 Locher et al.
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