Trotz verbesserter medizinischer Versorgung und intensiver Forschungsarbeit weisen auch heutzutage noch einige Patienten Heilungsstörungen bei Frakturen auf (Haas, 2000). Im Rahmen dieses Projektes wurde ein kritisch-scherweicher Fixateur externe entwickelt, der mechanische Bedingungen erzeugt, deren Größenordnung in der Klinik zu Heilungsstörungen führt. Ziel des vorliegenden Projektes war es, die histologischen Veränderungen im Verlauf einer verzögerten Frakturheilung zu charakterisieren. Es wurde erwartet, dass es innerhalb der neunwöchigen Heilung zu keiner knöchernen Überbrückung des Osteotomiespaltes kommt und dass die Vaskularisierung des Kallus im Vergleich zu einer ungestörten Heilungssituation verändert ist. Die Knochenheilung wurde mit Fokussierung auf die Entwicklung des sogenannten weichen Kallus, bestehend aus Binde- und Knorpelgewebe nach unterschiedlichen Standzeiten der Tiere histologisch, immunhistochemisch sowie histomorphometrisch untersucht. Hierzu erfolgte an 32 Schafen eine standardisierte Tibiaosteotomie der rechten Hintergliedmaße mit Distraktion der Fragmente um 3 mm. Die Tiere wurden randomisiert in vier Gruppen zu je acht Tieren eingeteilt. Am Ende der jeweiligen Standzeiten (zwei, drei, sechs und neun Wochen post operationem) erfolgte die Euthanasierung der Schafe. Wie erwartet konnte innerhalb des neunwöchigen Untersuchungszeitraumes histologisch bei keinem der Tiere eine knöcherne Überbrückung des Osteotomiespaltes festgestellt werden. Der Kallus hatte bis zum Dreiwochenzeitpunkt einen überwiegend bindegewebigen Charakter, was nach Aussagen von Augat et al. (2003) als Indikator für eine ineffektive Heilung gilt, und stellte sich erst sechs Wochen post OP überwiegend knorpelig dar. Die histomorphometrischen Ergebnisse zeigten eine verzögerte und verlängerte chondrale Phase. Das Vorkommen an Hämatom war zum Anfang der Untersuchung über die gesamte Breite des Osteotomiespaltes stark ausgeprägt und erreichte sein Maximum zum Zweiwochenzeitpunkt. Grund hierfür war wahrscheinlich die immer wiederkehrende Ruptur der neu gebildeten Blutgefäße bedingt durch die immense Instabilität der Fixation. Zu den späteren Untersuchungszeitpunkten hingegen waren nur noch spärliche Reste dieses Hämatoms vorhanden. Die Gefäßdichte im Kallus zeigte einen stetigen Anstieg bis zum Sechswochenzeitpunkt. Im Vergleich zu den Ergebnissen einer vorangegangen Studie mit optimalen Heilungsbedingungen (Lienau et al., 2005) trat die maximale Gefäßdichte im Kallus deutlich verzögert auf. Die hohen interfragmentären Bewegungen, induziert durch die Osteotomie-Stabilisierung mittels des scherweichen Fixateur externe, scheinen also die Vaskularisierung des Kallus zu behindern, welches zu einer verzögerten Frakturheilung führt. Für die Zukunft wäre es interessant, das sich bildende Kallusgewebe im Verlauf einer verzögerten Frakturheilung molekularbiologisch zu untersuchen, um eine differentielle Expression von Wachstumsfaktoren im Vergleich zu einer ungestörten Frakturheilung zu identifizieren. Desweiteren wäre es denkbar, eine mechanisch induziert verzögerte Frakturheilung durch biologische Maßnahmen zu stimulieren, wie etwa durch eine Beschichtung der Pins oder das Applizieren von Wachstumsfaktoren o.ä. direkt in den Osteotomiespalt, um den Heilungsverlauf der Osteotomie positiv zu beeinflussen.
Despite advances in the field of orthopaedic research, delayed healing and non-union still occur (Haas, 2000). In this study, an unstable external fixator with high rotational instability was used that allowed interfragmentary movements for a 3 mm gap comparable to those in patients showing compromised bone healing. The aim of the present study was to histologically characterize the different stages of bone healing that occur in this mechanically induced delayed healing model. The hypothesis was that there would be no complete bony bridging of the osteotomy gap after a nine weeks healing period. Furthermore, it was expected that there would be a difference in the vascularization of the callus in comparison to a standard healing situation. Therefore, 32 sheep received a mid-shaft osteotomy of the right tibia (3 mm gap) which was stabilized with the mechanically unstable external fixator. The animals were randomly divided into four groups (n=8 each) with different healing time periods (2, 3, 6 and 9 weeks). After sacrifice, the callus tissue was analyzed by histology/histomorphometry and immunohistochemistry with focus on the development of the soft callus composed of fibrous and cartilaginous tissue. According to the hypothesis, no complete bony bridging of the osteotomy gap was observed by week 9. Three weeks after surgery, the callus was mainly composed of fibrous tissue which may be an indicator for an ineffective healing process (Augat et al., 2003), whilst cartilage was one of the main tissue components at week 6 and 9. Histomorphometrical analysis demonstrated a delayed and prolonged chondral phase. Furthermore, there was a prolonged presence of large remnants of the hematoma in the osteotomy region until day 21 which may have been caused by a rupture of newly formed blood vessels due to the instability. The blood vessel density (number/mm² fibrous tissue) showed a steady increase over the healing period. The maximum density was clearly lower when compared to the blood vessel density of the callus in a standard healing situation of a previous study (Lienau et al., 2005). The high interfragmentary movements induced by the rotationally unstable external fixator in this study may have disturbed the vascularisation of the callus and therefore the healing progress. In future studies it would be interesting to analyze the callus tissue during delayed and standard bone healing on a molecular level in order to identify differential expression patterns of e.g. cytokines and growth factors. Further studies may also clarify if the local application of biological mediators in this mechanically induced compromised bone healing model would lead to an enhancement of the healing process.
