Der Einfluss von traumatischer Weichteilschädigung auf die Frakturheilung: eine immunhistochemische Untersuchung am Rattenmodell

Abstract

Fractures are always accompanied by damage to the adjacent soft tissues, which are predominantly composed of skeletal muscle. Successful treatment of fractures therefore depends primarily on correct assessment and treatment of the soft tissue injury. Incorrect treatment of the soft tissues, on the other hand, can lead to serious complications and even death of the patient. However, new specific therapeutic approaches can be developed if the pathogenetic soft tissue injury on fracture healing is identified. That would mean a reduction of complications. Therefore, to gain knowledge about the extent to which additional soft tissue damage affects the cellular response of granulocytes, macrophages, osteoblasts, osteoclasts and the sprouting of vessels during fracture healing was the aim of the presented work. For this purpose, six male Sprague--Dawley rats were divided into three groups. One group was induced a separate severe closed soft tissue injury, one group was induced an isolated fracture and the last group was induced a combination of both injuries on the distal left lower leg. Six animals served as controls and remained uninjured. At the end of different time periods (24 hours, 48 hours, one week, three weeks), the animals were killed, their left lower legs were removed, longitudinal sections of the tibiae were made, and these were examined immunohistologically for the presence of granulocytes, macrophages, osteoblasts and vessels by ABC method and for the presence of oteoclasts by TRAP staining. Subsequently, the results were quantitatively examined within defined areas in which the periosteum, the periosteal callus and the endosteal callus were analyzed. Immunohistochemical analysis of the periosteum showed an overall increase in the number of granulocytes, macrophages and vessels within the first 48 hours after intervention, regardless of the kind of injury. In addition, a significant increase in fracture-related vascular sprouting due to the additional soft tissue damage was observed here. In contrast, only a low number of osteoblasts and a complete absence of osteoclasts were observed in the injured periosteum throughout the study period. Furthermore, the analysis of the callus showed an increased number of granulocytes, macrophages, vessels, osteoblasts as well as osteoclasts in each case - regardless of the kind of injury. However, an influence of the additional soft tissue injury could not be found, neither to the fracture-related cellular nor to the fracture-related vascular response. Based on these results, further research can develop new approaches to understand the pathogenetic influence of severe soft tissue damage on fracture healing and thus lead to an improvement of healing results in the future.

Frakturen gehen immer auch mit der Schädigung des angrenzenden, vorwiegend aus Skelettmuskulatur aufgebauten Weichteilmantels einher [117]. Eine erfolgreiche Therapie von Frakturen richtet sich deshalb vor allem nach der korrekten Einschätzung und Behandlung des begleitenden Weichteilschadens [66, 68, 89, 97]. Fehleinschätzungen der Weichteilsituation können dagegen zu schwerwiegenden Komplikationen bis hin zum Tod des Patienten führen [117]. Gelänge es jedoch, den pathogenetischen Einfluss der begleitenden Weichteilverletzung auf die Frakturheilung aufzudecken, ließen sich neue spezifische Therapieansätze entwickeln, die mit einer Verminderung der Komplikationsrate einhergehen. Daher war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, Kenntnisse darüber zu gewinnen, inwieweit sich ein zusätzlicher Weichteilschaden auf die zelluläre Reaktion von Granulozyten, Makrophagen, Osteoblasten und Osteoklasten sowie auf die Einsprossung von Gefäßen während der Frakturheilung auswirkt. Dazu wurde bei jeweils sechs männlichen Sprague--Dawley-Ratten am distalen linken Unterschenkel entweder eine separate, schwere geschlossene Weichteilschädigung, eine isolierte Fraktur oder die Kombination beider Verletzungen induziert. Sechs Tiere dienten als Kontrollgruppe und blieben unverletzt. Nach Ablauf von unterschiedlichen Zeiträumen (24 Stunden, 48 Stunden, eine Woche, drei Wochen) wurden die Tiere getötet, ihre linken Unterschenkel entnommen, Längsschnitte der Tibiae gefertigt und diese mittels ABC-Methode immunhistologisch auf die Präsenz von Granulozyten, Makrophagen, Osteoblasten und Gefäßen sowie mittels TRAP-Färbung auf das Vorhandensein von Oteoklasten hin untersucht. Anschließend wurden die Ergebnisse innerhalb festgelegter Untersuchungsbereiche jeweils für das Periost, den periostalen sowie den endostalen Kallus quantitativ ausgewertet. Die Auswertung der immunhistologischen Analysen des Periosts zeigten innerhalb der ersten 48 Stunden nach Intervention unabhängig vom Verletzungsmuster insgesamt eine Erhöhung der Granulozyten-, Makrophagen und Gefäßanzahl. Zusätzlich konnte hier eine deutliche Zunahme der frakturbedingten Gefäßeinsprossung durch die zusätzliche Weichteilschädigung festgestellt werden. Dagegen war während des gesamten Untersuchungszeitraums nur eine geringe Anzahl von Osteoblasten sowie ein völliges Fehlen von Osteoklasten im verletzten Periost erkennbar. Darüber hinaus zeigte die Analyse des Kallus unabhängig vom Interventionsmuster jeweils eine deutliche Präsenz von Granulozyten, Makrophagen, Gefäßen, Osteoblasten sowie Osteoklasten. Eine Einflussnahme der zusätzlichen Weichteilschädigung auf die frakturbedingte zelluläre sowie vaskuläre Reaktion konnte dabei jedoch nicht festgestellt werden. Basierend auf diesen Ergebnissen lassen sich Forschungsansätze erarbeiten, die den pathogenetischen Einfluss einer schweren Weichteilschädigung auf die Frakturheilung weiter aufklären und dadurch zukünftig zu einer Verbesserung der Heilungsergebnisse führen.