dc.contributor.author
Spies, Melanie
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:25:46Z
dc.date.available
2008-09-23T10:28:21.876Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10478
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14676
dc.description.abstract
Die Frakturheilung ist ein komplexer und multifaktorieller Vorgang, der durch
das Zusammenspiel unterschiedlicher Zellsysteme und Signalkaskaden gesteuert
wird. Biomechanische Rahmenbedingungen, wie interfragmentäre Bewegungen, und
Manipulationen, wie die im klinischen Alltag häufig stattfindende
Hämatomausräumung, nehmen Einfluss auf diesen Heilungsprozess. Um die Folgen
unterschiedlicher interfragmentärer Bewegungen auf die Genexpression im
Frakturhämatom und den daraus resultierenden Heilungsverlauf, sowie die
Auswirkungen der Hämatomentfernung zu untersuchen, wurde eine standardisierte
Osteotomie am Schafmodell durchgeführt. Die Versorgung erfolgte mittels zweier
identisch montierter externer Fixateure, die unterschiedlich große
interfragmentäre Bewegungen (rigide versus kritisch) zuließen. Vier Tage nach
der Osteotomie wurde das im Spalt befindliche Frakturhämatom entfernt und
molekularbiologisch auf die Expression folgender heilungsrelevanter Faktoren
untersucht: Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2), BMP-4, BMP-7, Cysteine-rich
Protein 61 (CYR61), Hypoxia-inducible Factor-1α (HIF-1α), Insulin-like Growth
Factor-1 (IGF-1), Interleukin-1 (IL-1), IL-6, Kollagen-Typ II (Coll II),
Matrix Metalloproteinase-13 (MMP-13), Osteopontin (OPN), Platelet Derived
Growth Factor-BB (PDGF-BB), Transforming Growth Factor-β1 (TGF-β1), Tumor
Necrosis Factor-α (TNF-α) und Vascular Endothelial Growth Factor-A164
(VEGF-A164). Zusätzlich erfolgte eine histologische und immunhistochemische
Aufarbeitung des Hämatomgewebes. Zehn Tage nach der Hämatomentfernung und
somit zwei Wochen post operationem, wurden histologische, histomorphometrische
und immunhistochemische Untersuchungen des Osteotomiegebietes durchgeführt. Im
vier Tage alten Frakturhämatom konnte eine Expression aller untersuchten
Faktoren dokumentiert werden. Der Vergleich beider Fixateursysteme zeigte
lediglich bezüglich MMP-13 und IL-6 eine signifikant geringere mRNA-Synthese,
bezüglich BMP-4 einen Trend zu einer geringeren Expression in der Gruppe mit
kritischer Fixateurversorgung (erhöhte interfragmentäre Bewegungen).
Histologisch fanden sich im Hämatomgewebe unabhängig von der
Osteosynthesestabilität Erythrozytenkomplexe, die teilweise von Fibrinnetzen
und inhomogen verteilten Entzündungszellen durchsetzt waren. Zusätzlich wurde
das Hämatom vereinzelt von Zellen infiltriert, die in ihrer Größe die
Entzündungszellen übertrafen und eine erniedrigte Kern-Zytoplasma-Relation
aufwiesen. Auch zwei Wochen nach der Osteotomie mit zusätzlicher
Hämatomentfernung zeigte sich in beiden Gruppen ein ähnliches Bild. Weder in
der Gesamtkallusfläche noch in der Zusammensetzung des Kallus mit ca. 99%
Bindegewebsanteil und nur 1% mineralisiertem Kallus konnten signifikante
Unterschiede zwischen dem rigiden und dem kritischen System nachgewiesen
werden. Das Osteoklastenaufkommen konzentrierte sich auf das periostale
Osteotomiegebiet, wobei die Dichte trabekulär tendenziell im kritischen System
erhöht war. Die unterschiedliche Fixateurversorgung führte im Osteotomiegebiet
zu keinen signifikanten Unterschieden hinsichtlich der Gefäßdichte im
Gesamtkallus. Eine differenzierte Betrachtung zeigte jedoch im periostalen
Kallusgebiet eine signifikant niedrigere Dichte nach kritischer Fixation als
nach rigider. Diese Ergebnisse wurden auch bei der Unterscheidung der
Gefäßgröße für kleine Blutgefäße bestätigt. Generell war festzustellen, dass
sowohl bei der gesamten als auch bei der differenzierten Betrachtung
signifikant mehr kleine als große Gefäße im rigiden System zu finden waren. Im
kritischen Fixateursystem wies die größenspezifische Gefäßverteilung lediglich
einen starken Trend auf. Die Ergebnisse zeigen, dass schon im vier Tage alten
Frakturhämatom trotz der sehr geringen Organisation viele
knochenheilungsrelevante Faktoren unterschiedlichster Funktion exprimiert
werden. Der Einfluss biomechanischer Rahmenbedingungen auf die Genexpression
zu diesem Zeitpunkt scheint jedoch überwiegend noch nicht bzw. nicht mehr
sichtbar zu sein. Der Vergleich mit der Vorgängerstudie von Schell et al.
[130] konnte zeigen, dass eine Entfernung des Hämatomgewebes in dieser
initialen Phase der Frakturheilung den Verlauf stark zu beeinträchtigen
scheint, so dass unabhängig von den wirkenden interfragmentären Bewegungen
zwei Wochen nach der Osteotomie Kallusgewebe mit wenig organisierten Anteilen
im Osteotomiespalt vorherrscht. Auch die Gegenüberstellung der Osteoklasten-
bzw. Gefäßdichte mit den entsprechenden Vorgängerstudien von Lienau et al.
[75] bzw. Schell et al. [130] weist auf eine Beeinflussung der Dichte durch
die Hämatomausräumung hin. Jedoch scheint diese nicht maximal ausgeprägt zu
sein, so dass eine Auswirkung biomechanischer Rahmenbedingungen auf den
Heilungsprozess dokumentiert werden konnte. Diese Studie hat gezeigt, dass
sowohl erhöhte interfragmentäre Bewegungen als auch die im klinischen Alltag
häufig stattfindende Hämatomausräumung den Heilungsverlauf beeinflussen und
verzögern.
de
dc.description.abstract
Fracture healing is a complex and multifactorial process which is controlled
by the interaction of different cell systems and signalling cascades.
Biomechanical conditions such as interfragmentary movements have an influence
on the healing process. Furthermore, biological manipulations such as hematoma
removal, which is often performed in everyday clinical life, also affect the
further healing process. This study aimed to examine the effect of different
interfragmentary movements on the gene expression in a hematoma formed after
osteotomy, as well as the effect of the hematoma removal on the further
healing process. Therefore, a standardized tibial osteotomy was performed in
sheep and stabilized with either a rigid or mechanically critical external
fixator. Four days after osteotomy, the fracture hematoma was removed from the
gap and quantitative RT-PCR (qPCR) was performed to determine the gene
expression of the following factors: Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2),
BMP-4, BMP-7, Cysteine-rich Protein 61 (CYR61), Hypoxia Inducible Factor-1α
(HIF-1α), Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1), Interleukin-1 (IL-1), IL-6,
Kollagen-Typ II (Coll II), Matrix Metalloproteinase-13 (MMP-13), Osteopontin
(OPN), Platelet Derived Growth Factor-BB (PDGF-BB), Transforming Growth
Factor-β1 (TGF-β1), Tumor Necrosis Factor-α (TNF-α) und Vascular Endothelial
Growth Factor-A164 (VEGF-A164). Furthermore, the hematoma samples were
analyzed by histology and immunohistochemistry. Ten days after the removal of
the hematoma (two weeks post operationem), histological, histomorphometical
and immunhistochemical examinations were conducted on frontal sections of the
osteotomy region. qPCR analysis demonstrated the mRNA expression of all
investigated genes in the four day old fracture hematoma. The comparison of
both fixation systems merely showed a significantly lower mRNA expression of
MMP-13 and IL-6 and a trend to a lower expression of BMP-4 in the group
stabilized with the critical external fixator (higher interfragmentary
movements). Histological analysis of the four day hematoma samples in both
groups showed a blood clot organized by a loose network of fibrin containing
inflammatory cells. Beside erythrocytes and leukocytes, in sparse areas larger
cells were found that showed a low nuclear-cytoplasmic ratio. Histological
analysis of the osteotomy region two weeks after surgery showed a similar
callus tissue differentiation in both fixator groups. The callus in both
groups consisted of approximately 99% fibrous tissue and 1% mineralized bone.
The appearance of osteoclasts dominated in the periosteal callus area, whereas
the osteoclastic density per mm² trabecular bone was higher in the critical
compared to the rigid fixator group. Immunohistochemical analysis of blood
vessel density in the total callus area two weeks after surgery showed no
difference between both fixator group. But, considering the different callus
regions, a significantly lower density of blood vessels, mainly small blood
vessels, in the periosteal callus was found in the critical compared to the
rigid fixator group. Overall, in the rigid fixator group a significantly
higher density of small than large blood vessels was found in all analyzed
callus regions. In the critical fixator group, there was a trend to a higher
density of small vessels compared to large ones. These results demonstrate
that even in a four day old fracture hematoma, despite very little tissue
organisation, several factors known to play a role during bone healing are
expressed. But, the influence of biomechanical conditions on the gene
expression seems to be not yet visible or even not visible anymore at this
time point. The removal of hematoma tissue during this initial phase of
fracture healing seems to strongly interfere with the healing process leading
to the formation of less developed callus tissue, independent from the
prevailing interfragmentary movements. Furthermore, the osteoclast and vessel
density seem to be influenced by the hematoma removal. In contrast to the
tissue differentiation, an effect of the biomechanical conditions on the
osteoclast and vessel density in the callus could be documented. This study
has shown that increased interfragmentary movements as well as hematoma
removal which is often performed clinically influence and delay the healing
process.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Molekularbiologische, histologische und immunhistochemische Analyse des
initialen Frakturhämatoms unter rigider und kritischer Fixation zum Zeitpunkt
4 Tage post Osteotomie
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. med. H. Bail
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. S. Ruchholtz
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. U. Stöckle
dc.date.accepted
2008-11-21
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000005269-3
dc.title.translated
Molecular biological, histological and immunohistochemical analysis of the
initial fracture hematoma 4 days after osteotomy stabilized with a rigid or
mechanically critical external fixator
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000005269
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000004385
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access