Zielsetzung: Klinische Beobachtungen führten zu der Hypothese, dass Frakturen langer Röhrenknochen bei Schädel-Hirn-Trauma (SHT)-Patienten unter einer vermehrten Kallusbildung frühzeitig heilen. Bis zum heutigen Tag gibt es keinen detaillierten quantitativen Beweis für diese Hypothese. Ziel dieser Arbeit war es, an einem Mausmodell mikrocomputertomographisch und biomechanisch zu untersuchen, ob das SHT einen Einfluss auf die Kallusbildung während der Frakturheilung hat. Methoden: Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurde C57/Black6-Mäuse (n=133, weiblich, 12-15 Wochen alt) in vier Gruppen randomisiert (Fraktur-Gruppe, Kombinations-Gruppe, SHT-Gruppe, Kontroll-Gruppe). In der Fraktur-Gruppe wurde den Mäusen das linke Femur mit einem externen Fixateur versorgt und im Anschluss eine Osteotomie durchgeführt. In der Kombinations-Gruppe wurde vor der Osteotomie zusätzlich ein SHT mit dem CCII-Modell (Controlled Cortical Impact Injury Modell) gesetzt. Die Mäuse der SHT-Gruppe erhielten nur ein SHT. Eine Gruppe ohne Operation diente als Kontroll-Gruppe. Der Knochenheilungsverlauf der Kombinations-Gruppe (n=29) und Fraktur-Gruppe (n=30) wurde in wöchentlichen Abständen mikrocomputer-tomographisch beobachtet. Die biomechanischen Eigenschaften des Kallus wurden im Torsionstest untersucht. Ergebnisse: Die Ergebnisse der MikroCT-Untersuchung zeigten, dass sich in der zweiten, dritten und vierten Woche signifikant mehr Kallus in der Kombinations- Gruppe als in der Fraktur-Gruppe gebildet hat (Woche 2: p=0,020, Woche 3 p=0,039, Woche 4 p<0,001). Die Kallusdichte stieg während der ersten drei Wochen in beiden Gruppen auf ähnliche Werte an. In der vierten Woche nahm die Dichte in der Kombinations-Gruppe stärker zu. Dieser Unterschied erreichte aber keine statistische Signifikanz (p=0,053). In der vierten postoperativen Woche war der Kallus in der Kombinations-Gruppe signifikant fester (p=0,029). Die biomechanischen Tests der Femora ergaben nach drei Wochen eine signifikant höhere Festigkeit und Steifigkeit in der Kontroll-Gruppe im Vergleich zur SHT-Gruppe (p=0,029 und p=0,040). VIII Abstrakt Schlussfolgerung: Die Kombination aus SHT und Femurfraktur führt bei Mäusen zu vermehrter Kallusbildung, höherer biomechanischer Kallusfestigkeit und Steifigkeit im Vergleich zur normalen Knochenheilung. Die biomechanischen Ergebnisse der SHT- und Kontroll-Gruppe geben Anlass zu der Vermutung, dass nur die Kombination von SHT und Verletzung eines langen Röhrenknochens zu einer verbesserten Knochenheilung führt. Ohne eine assoziierte Knochenverletzung scheint das SHT eine Schwächung der biomechanischen Eigenschaften des Knochens zu bewirken. Dies könnte für eine Aktion-Reaktion zwischen Gehirn und Knochen sprechen. Die vorliegenden Studienergebnisse bestätigten die klinischen Beobachtungen, dass ein zeitgleich vorliegendes SHT die Knochenheilung beeinflusst. Ein genaueres Verständnis der zugrunde liegenden Stoffwechselwege könnte zu neuen Therapieansätzen in der Frakturversorgung führen.
Clinical observationshave led to the hypothesisthatexuberant callus formation in long bone fractures results from the simultaneous presence of atraumatic braininjury(TBI). Untiltoday,no detailed quantitative proof for this hypothesisexists.Aim of this experimental study was to investigate the influence of TBI on the callus formation with the use of MikroCT and biomechanical trails in a mouse model. Materials and methods:In this study,C57/Black6 mice(n=133, female, 12-15 weeks aged)were randomized intofour groups (fracture group, TBI group, combined-trauma group,control group). Femoral osteotomy and stabilization with an external fixatorwereperformed in the fracture group. In the combined-trauma group, prior to femoral osteotomy TBI was induced bythe CCII-Model (Controlled Cortical Impact Injury Model). In the TBI group,only TBI was induced. A group with no operation served ascontrol group. The bone healing process of the combined-trauma group (n=29) and the fracture group (n=30) was examined weekly by micro-CT scans. The biomechanical characteristics of the callus were examined by torsional testing. Results: The results of theMicro-CT Scans showed that after two,three and four weeks there was significantly more callusformationin the combined-trauma groupcompared to the fracture group (week 2: p=0,020, week 3: p=0,039, week 4.p<0,001). The increased mineraldensitywas comparable in both groups during the first three weeks. In the fourth week,mineral density was higher in the combined-traumagroup however, without statistical significance(p=0,053). In the fourth week,the torsional strength wassignificantly higher in the combined-trauma group(p=0,029). Biomechanical testof the femoraafter three weeks revealed significantly higher torsional strength and torsional stiffness in the control groupcompared to the TBI group (p=0,029and p=0,040). Conclusions:The combinationof TBIand long bone fractureresults in an increased formation of callus, higher biomechanical torsional strength and stiffness compared tobone healingwithout TBIin mice. The biomechanical results of the TBI and control group show that only the combination of TBI with long bone fracture leads to improvedbone healing. Without an associatedlong bone fracture TBI leads to decreased biomechanical properties of the bone.This suggests an action-reaction between the brain and the bone. The present study results confirmthe empirical clinicalobservations of TBI-stimulatedbone healing. Further research of theunderlying metabolic pathways could lead to new therapy strategies in fracture care.
