by G. H. | Aug 19, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Midkine-Defizienz verzögert die Chondrogenese während der frühen Phase der Frakturheilung
Haffner-Luntzer M, Heilmann A, Rapp A, Schinke T, Amling M, Ignatius A, Liedert A
Fragestellung: Ein potenziell wichtiger Wachstumsfaktor in der Frakturheilung ist Midkine (Mdk). Das Molekül wird in der frühen Phase der Frakturheilung in MSCs und Chondrozyten exprimiert (Ohta et al., 1999). Interessanterweise weisen Mdk-defiziente (Mdk-/-) Mäuse einen veränderten Knochen-Phänotyp auf, der sich durch eine erhöhte trabekuläre Knochenbildungsrate auszeichnet. Außerdem verringert Mdk-Defizienz eine Ovarektomie induzierte Osteoporose in Mäusen (Neunaber et al., 2010). Zusätzlich konnte in vivo ein negativer Einfluss von Mdk auf die mechanisch induzierte Knochenbildung und in vitro ein Einfluss von Mdk auf den Wnt-Signalweg in Osteoblasten nachgewiesen werden (Liedert et al., 2011). Aufgrund dieser Ergebnisse liegt die Vermutung nahe, dass Mdk eine wichtige Rolle in der Frakturheilung spielt. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die Frakturheilung in Mdk-/- Mäusen zu untersuchen.
Methodik: 18 weibliche Mdk-/- und 20 Wildtyp-Mäuse (C57BL/6) wurden für die Studie untersucht. Bei den Mäusen wurde eine standardisierte Femur-Osteotomie durchgeführt, die mittels eines externen Fixateurs stabilisiert wurde. Der Verlauf der Frakturheilung wurde 21 und 28 Tage post-op mittels Dreipunkt-Biegung, µCT und unentkalkter Histologie untersucht. 10 Tage post-op wurden histomorphometrische Daten anhand entkalkter histologischer Schnitte gewonnen. Die Ergebnisse wurden mittels Mann-Whitney-U Test hinsichtlich ihrer Signifikanz analysiert (p<0,05; n=6-7).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die histomorphometrische Auswertung der Frakturkalli ergab einen signifikant verringerten Knorpelanteil im Gesamtkallus Mdk-defizienter Mäuse 10 Tage post-op, 21 Tage post-op war der Knorpelanteil in diesen Tieren signifikant erhöht. Die frakturierten Femora der Mdk-/- Tiere wiesen 21 Tage post-op eine signifikant erniedrigte Biegesteifigkeit auf. Die µCT-Analyse ergab keine Unterschiede hinsichtlich der Knochenmineraldichte (BMD). Das Flächenträgheitsmoment (Ix) hingegen war in den Mdk-/- Tieren signifikant verringert. 28 Tage post-op ergab sich weder in der Biegesteifigkeit, noch in BMD und Ix ein Unterschied zwischen den Tiergruppen.
Mdk-defiziente Mäuse weisen eine verzögerte Chondrogenese im Verlauf der Frakturheilung auf. Da bereits nachgewiesen werden konnte, dass eine Mdk-überexprimierende chondrogene Zelllinie eine verstärkte Chondrogenese zeigt (Ohta et al., 1999), liegt die Vermutung nahe, dass Mdk eine wichtige Rolle bei der enchondralen Ossifikation während der frühen Phase der Frakturheilung spielt. Die verzögerte Chondrogenese in Mdk-/- Tieren könnte auch die Ursache für das verringerte Flächenträgheitsmoment und somit auch für die schlechtere Biegesteifigkeit der Femora 21 Tage post-op sein. 28 Tage post-op war die Frakturheilung in beiden Tiergruppen gleich weit fortgeschritten. Daraus schließen wir, dass die Frakturheilung durch Mdk-Defizienz zu einem frühen Zeitpunkt beeinflusst wird, aber die Mdk-Defizienz nicht zu einer Störung der späten Frakturheilung führt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocSA33-712
doi: 10.3205/14dkou573, urn:nbn:de:0183-14dkou5731
Published: October 13, 2014
© 2014 Haffner-Luntzer et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Aug 12, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Neutrophile Granulozyten bei der Frakturheilung: Freund oder Feind?
Kovtun A, Baur S, Wiegner R, Huber-Lang MS, Ignatius A
Fragestellung: Die Frakturheilung beginnt mit einer inflammatorischen Phase, die durch die Freisetzung von pro- und anti-inflammatorischen Mediatoren und die Rekrutierung von Immunzellen charakterisiert ist (Claes et al. 2012). Neutrophile Granulozyten gehören zu den ersten Zellen, die nach der Fraktur das Hämatom invadieren und hier „the first line of defence“ repräsentieren. Allerdings wurde die Rolle von Neutrophilen bei der Frakturheilung bisher kaum untersucht. Bisher existieren nur wenige experimentelle Studien im Rattenmodell. Diese Arbeiten postulierten einen negativen Einfluss neutrophiler Granulozyten auf die Knochenbildung, da ihre Depletion zu einer Verbesserung der Frakturheilung führte (Grøgaard et al. 1990, Chung et al. 2006). Eine Limitation dieser Arbeiten war jedoch die Applikation eines unspezifischen Antiserums zu Neutrophilendepletion, das weitere unspezifische Wirkungen haben dürfte. Ziel unserer Arbeit war es daher, die Rolle von Neutrophilen bei der Frakturheilung spezifischer zu analysieren.
Methodik: Wir führten Frakturheilungsstudien in einem Mausmodell mit spezifischer Neutrophilendepletion durch. Die Depletion neutrophiler Granulozyten wurde in C57BL/6J Mäusen (12 Wo alt, männlich) mit Hilfe eines spezifischen anti-Neutrophilen Antikörpers durchgeführt (anti-Ly-6G-Antikörper, Klon 1A8, BioLegend). 24 h nach der Injektion des Antikörpers erhielten die Mäuse eine Osteotomie des rechten Femurs, die mittels Fixateur Externe stabilisiert wurde. Nach einer Heilungszeit von 21 Tagen wurden die Frakturkalli biomechanisch, mikro-computertomographisch (µCT), histomorphometrisch und immunhistologisch untersucht. 24 Stunden nach Fraktur wurde Serum gewonnen und die Konzentration des Anaphylatoxins C5a mittels ELISA untersucht. Statistik: Student T-Test, Signifikanzniveau p<0.05.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Depletion führte zu einer signifikanten Erniedrigung von peripheren (ca. -80% bis Tag 7 nach Osteotomie) und lokalen (-62% 24h nach Osteotomie) Neutrophilen. Anti-Ly-6G-Antikörper-behandelte Tiere zeigten eine signifikant schlechtere Biegesteifigkeit des Femurs 21 Tage nach Osteotomie (-19%). Außerdem zeigte die histomorphometrische Untersuchung eine verringerte Knochenbildung im Frakturkallus von diesen Mäusen (-55%), was auch durch µCT-Daten bestätigt wurde. Die Konzentration von C5a im Serum war nach Antikörper-Behandlung unverändert.
Im Gegensatz zur bisher existierenden Literatur, die eine negativen Wirkung neutrophiler Granulozyten bei der Frakturheilung postulierte (Grøgaard et al. 1990, Chung et al. 2006), zeigen unsere Ergebnisse, dass die Invasion und Aktivierung von Neutrophilen in das Frakturhämatom für die reguläre Frakturheilung wichtig sein dürfte, da ihre spezifische Depletion die Frakturheilung signifikant verschlechterte. Unsere derzeitigen Arbeiten beschäftigen sich mit den zugrunde liegenden molekularen Mechanismen und der Rolle von Neutrophilen bei der durch ein schweres Trauma gestörten Frakturheilung.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocSA33-812
doi: 10.3205/14dkou572, urn:nbn:de:0183-14dkou5721
Published: October 13, 2014
© 2014 Kovtun et al.
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by G. H. | Jul 15, 2019 | Chirurgische Orthopädie, News
Etablierung und Validierung eines Polytraumamodells der Maus zur in vivo Analyse der posttraumatischen Immunantwort und Interaktion von hämorrhagischen Schock und Frakturheilung
Kleber C, Becker C, Reinhold JM, Malysch T, Tsitsilonis S, Duda GN, Schmidt-Bleek K, Schaser KD
Fragestellung: Extremitätenverletzungen und der hämorrhagische Schock (hS) gehören zu den führenden Verletzungen des Polytraumas. Die posttraumatische Immunantwort wird durch den hS beeinflusst und interagiert mit der Frakturheilung. Der prognostische Effekt des hämorrhagischen Schocks auf die Frakturheilung wird kontrovers diskutiert.
Ein valides Tiermodell der Maus, welches eine Kombination aus Frakturen (Fx) mit einem hS simuliert und eine Immunmodulation erlaubt, fehlen bislang.
Deshalb entwickelten wir nach Genehmigung der Tierexperimente ein neues Polytraumamodell der Maus, welches für die Einzelverletzungen bereits standardisierte Modelle (hS; Fx: Femurosteotomie+ Fixateur ext.; Tibiafraktur+ Nagel) sequentiell kombiniert.
Methodik: 12-14W alte Mäusen (20-22 g) wurden nach 1 Woche Akklimatisierung in Inhalationsnarkose mit i.p. Buprenorphin-Analgesie operiert. Zur intraoperativen Überwachung wurde ein EKG mittels Nadelelektroden angelegt. Initial erfolgte die Induktion des hS: Präparation A. carotis rechts, Anlegen einer Ligatur kranial, Gefäßclip distal, mikrochirurgische Arterotomie, Einführen eines PE Schlauches, Induktion des Schockes durch sequentielle Blutentnahme (mittleren art. Blutdruckes Zielwert 35±5 mmHg), art. BGA, nach 60min Substitution des 1,5fachen Blutverlustes, Ligatur, Entfernung Katheter.
Stand: Erzeugung der Femur-Fx (lat. Längsinzision am li. Oberschenkel, stumpfe Präparation zwischen M. vast. lat. und bizeps fem. bis zur Femurdiaphyse, Anbringen des MouseExFix und Osteotomie mittels Gigli-Sägedraht) und Tibia-Fx (maximale Flexion Knie li., Stichinzision medial des Lig. patellae, antegrade intramed. Nagelung mittels Stahlkanüle), Fx mittels 3-Punkt Biegetechnik. Histologische Untersuchung der Schockorgane (Lunge, Milz; 3 mm Paraffin-Schnitte, HE Färbung, Zählung stab./segmentkernige Granulozyten und Messung der posttraumatischen IL-6 Konzentration mittels ELISA (R&D Systems).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Rahmen des Experiments beobachteten wir eine Mortalität von 20%.
Es konnte in Analogie zur klinischen Situation ein suffizienter hS induziert werden (pH 7,17, BE -13, Laktat 29). Die Schockorgane (Lunge, Milz) zeigte 24h nach Trauma signifikant höhere Granulozyteninfiltration (p 0,02; 0,012). Die IL-6-Kinetik verlief analog zu unseren klinischen Daten mit Maximum zwischen 6-24h nach Trauma. Die Frakturheilung zeigte im Vergleich zu den Einzelmodellen vergleichbare Resultate im Mikro-CT.
Die klinischen relevanten Modelle des hS und der Femur-/Tibia-Fx konnten erstmals am Mausmodell erfolgreich kombiniert werden. Die standardisierte Erzeugung dieser Verletzungen ist aufgrund der Anatomie und Physiologie der Maus mikrochirurgisch schwierig, erlaubt aber erstmals eine in vivo Analyse/Modulation der posttraumatisch Immunantwort und quantitative Analyse der Interaktion und Kinetik von hS und Frakturheilung (Antikörper, Knockout).
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR22-831
doi: 10.3205/14dkou564, urn:nbn:de:0183-14dkou5647
Published: October 13, 2014
© 2014 Kleber et al.
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by G. H. | Aug 28, 2018 | Fuß, Hand, Knie + Endoprothetik, News, Schulter, Wirbelsäule chir.
Wieviel Heilung braucht die Fraktur? Ermittlung der minimalen biomechanisch erforderlichen Fusionsfläche bei Tibiafrakturen in einem individualisierten Finite Elemente Modell
Tjardes T, Roland M, Otchwemah R, Bouillon B, Diebels S
Fragestellung: Die Diagnose ‚konsolidierten Fraktur‘ unterliegt immer noch keinem Konsens und beruht zu relevanten Anteilen auch auf Erfahrungswerten. Da jede Fraktur und jeder Patient eine einzigartige biomechanische Konstellation darstellen muß die Frage gestellt werden, ob jede Fraktur vollständig durchhaut sein muß, um voll belastbar zu sein, oder ob es ein Minimum an Fusionsfläche gefunden werden kann welches hinreichend ist um die auftretenden Belastungen abzutragen.
Methodik:
1. Frakturmodell:
An Sawbone Modellen der Tibia wurden zwei Frakturen von Typ AO 42-B1 und 42-A2 nachgebildet und mit einer winkelstabilen Plattenosteosynthese (Synthes) in typischer Weise versorgt.
2. Generierung des Datensatzes zur Modellentwicklung:
CT der Sawbones (Siemens, Somatom Definition Flash, DICOM Format)
3. Bildsementierungsprozeß (edge preserving regularization processes)
4. Entwicklung des Finite Elemente Modells:
Unter Nutzung des sog. ‚Hanging Node‘ Prinzips wird eine Reduktion des Datenvolumens erreicht
5. Festlegen der mechanischen Rahmenparameter: Stopkriterium des Optimierungsalgorythmus ist das Erreichen von 20% des maximalen von Mises Stresses (max.79,42) in Knochen/Implantat bei Belastungssimulation ohne Frakturheilung (Belastung entsprechend einem 80kg schweren Menschen)
6. Optimierungsalgorhytmus
Ein 16-schrittiger Optimierungsalorhytmus ermittelt die kleinste Fusionsfläche und deren Lokalisation die erforderlich ist um den Belastungsvorgaben (Stopkriterium) zu genügen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Um eine physiologische Belastbarkeit der Fraktur zu erreichen ist eine deutlich geringere Fusionsfläche erforderlich als die komplette Frakturfläche. Im Abhängigkeit der Wahl der mechanischen Rahmenbedingungen ist eine Fusion auf <10% der Gesamtfrakturfläche hinreichend, um das vorgegeben Belastungsmaximum (20% des bei Belastung ohne Frakturheilung auftretenden von Mises Stresses in Knochen/Implantat)zu gewährleisten. Der entwickelte Workflow (s. Methodik 2.-5.) ist hinsichtlich der erforderlichen Rechenkapazität so strukturiert, daß er auf handelüblichen Desktop PC benutzt werden kann. Damit ergibt sich die Möglichkeit nach entsprechender Validierung die Frakturheilung individualisiert unter biomechanischen Gesichtspunkten zu beurteilen und ggf. eine gezielte Therapie (Spongiosaplastik) ausschließlich in den biomechnisch relevanten Bereichen der Fraktur durchzuführen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI60-442
doi: 10.3205/14dkou438 , urn:nbn:de:0183-14dkou4385
Published: October 13, 2014
© 2014 Tjardes et al.
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by G. H. | Nov 6, 2017 | Kinderorthopädie, Knie + Endoprothetik, News
Wann zur Operation?
Eichin M, Stoll S, Meili S, Käch K
Fragestellung: Die Versorgung suprakondylärer Frakturen bei Kindern mit gekreuzten Spickdrähten ist eine häufige Operation in der Kindertraumatologie. Doch von welchen spitalinternen Faktoren ist die Qualität der Versorgung abhängig? Wir untersuchen die Fälle der letzten 7 Jahre an unserem Level I Traumazentrum.
Methodik: Sämtliche Fälle wurden retrospektiv aufgearbeitet. Erfasst wurden die OP-Zeit, der OP-Zeitpunkt, die Bildverstärker-Zeit, die OP-Lagerung und die postoperativen Komplikationen. Ausschlusskriterien waren offene Frakturen, offene Repositionen, Alter unter 12 Monaten oder über 15 Jahre, die monokondyläre Versorgung, Gefäss-Nervenverletzungen der betroffenen Extremität, sowie unfallbedingte systemisch-neurologische Verletzungen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Das Kollektiv umfasste 80 Patienten. Der Mittelwert (MiW) der Operationszeit betrug 44.7 Min., der Median (MeW) 39.5 Min. Der MiW der Röntgenzeit war 3.5Min., der MeW 1.9Min. Die Gruppe der in der Nacht operierten Patienten (NOP, n=47. 20:00-08:00) wies eine längere Operationszeit als die Taggruppe auf (DOP, n=33, 08:00-20:00): 47.5Min. vs. 40.5Min. Die Röntgenzeit war ebenfalls länger (4.1Min NOP vs.2.9Min DOP). In der Untergruppe von 20:00 bis 00:00 waren die Operationszeiten im Mittel und auch im Median kürzer (MiW 38Min., MeW 34Min.) als in der Gruppe von 00:00-08:00 (MiW 40.3Min., MeW 40Min.). Die OP-Zeit wurde durch die Operationslagerung nicht beeinflusst (Rücken- vs. Bauchlage: 44.3Min. vs. 44.6Min.). Die postoperative Komplikationsrate betrug 6.1%, (n=5, 3 Nervenverletzungen, 2 Rotationsfehler). Sämtliche Komplikationen fanden sich in der Nachtgruppe zwischen 20:00 und 08:00. Die Verteilung der Komplikationen ist im Fisher-Exact-Test signifikant (p=0.0093).
Bei der Versorgung suprakondylärer Frakturen bei Kindern erhöhen sich die Operationszeiten und die Röntgenzeiten bei einer nächtlichen Versorgung gegenüber der Versorgung am Tag. Diese Erhöhungen waren in unserem Kollekiv nicht statistisch signifikant. Alle postoperativen Komplikationen fanden sich im Patientengut in der Nachtgruppe. Diese Verteilung hingegen war statistisch signifikant. Die Versorgung der suprakondylären Frakturen hat eine tiefe Komplikationsrate, wir empfehlen aber bei fehlenden zwingenden Indikationen zur zeitnahen Operation (Gefäss-Nervenverletzungen, offene Frakturen) die Versorgung am Tage.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI46-1531
doi: 10.3205/14dkou317, urn:nbn:de:0183-14dkou3171
Published: October 13, 2014
© 2014 Eichin et al.
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