Ein neues Infektmodell an der Ratte

Abstract

Infektionen des Knochens in Zusammenhang mit Osteosynthesematerialien sind zwar selten, haben aber weitreichende Konsequenzen für den Patienten. Eine langwierige, systemische Antibiotikatherapie, multiple Revisionseingriffe mit all ihren Komplikationen bis hin zur Amputation einer Extremität können die Folge sein. Um die pathologischen Vorgänge bei einer Implantat - assoziierten Osteomyelitis zu untersuchen und Therapiestrategien zu testen, wurde eine neue, verlässliche und einfach zu handhabende Methode entwickelt, um eine Fremdkörper induzierte Osteomyelitis an Ratten zu erzeugen. Hierfür wurde in den Markraum von jeweils 10 Rattentibiae Staphylokokkus aureus in drei unterschiedlichen Konzentrationen (106, 103 , 102 KBE/10μl) appliziert und danach ein Titan - Kirschnerdraht implantiert. Einer Kontrollgruppe wurde anstelle der Keime steriler Phosphatpuffer inokuliert. Alle Tiere wurden bis zu ihrer Tötung am 28. postoperativen Tag in wöchentlichen Intervallen untersucht, Röntgenbilder angefertigt, ein Blutbild bestimmt und das Körpergewicht und die Temperatur der Tiere gemessen. Nach der Tötung der Tiere wurde die Infektion des Knochens mit histologischen und mikrobiologischen Methoden erfasst. Von jeweils 5 Tibiae der einzelnen Gruppen wurden longitudinale, 5 m dicke Schnitte in einer sagittalen Ebene erzeugt, nach Masson Goldner gefärbt und mittels eines Scores ausgewertet. Die anderen 5 Knochen der jeweiligen Gruppen wurden steril zermahlen und die Keimmenge pro Gramm Knochen quantifiziert. Das Modell erlaubt eine Standardisierung sowohl der inokulierten Keimmengen als auch der post mortem nachgewiesenen KBE/g Knochen. Die Infektionsrate von 100% wurde mit sehr niedrigen, noch nie zuvor in der Literatur erwähnten Keimmengen reproduzierbar erzeugt. Dies ermöglicht es, die Wirksamkeit von systemisch applizierten Antibiotika oder von neuen Techniken zur lokalen Infektbekämpfung zu quantifizieren.

Infection related to osteosynthesis often has dramatic consequences for the patient. Prolonged hospitalization with systemic antibiotic therapy, several revision procedures, possible amputation, and even death may occur. To investigate the pathology of infection in orthopedic surgery, a new rat model of implant related osteomyelitis was developed. Three different concentrations (10(6), 10(3), and 10(2) colony-forming units (CFU)/10 microl) of Staphylococcus aureus were inoculated into the tibial medullary cavity with simultaneous insertion of a titanium Kirschner wire. Controls received phosphate-buffered saline (PBS). Each group consisted of 10 animals. Animals were followed for 4 weeks until sacrifice. X-rays of the tibiae were taken weekly, blood counts were analyzed, and body temperature and weight were determined. After sacrifice, infection was evaluated by histological and microbiological investigations. All animals inoculated with Staph. aureus in either concentration developed microbiological, histological, and radiological signs of osteomyelitis in correlation to the amount of inoculated bacteria. X-rays clearly revealed osseous destruction after 14 days with progression of osteomyelitis during the following weeks. CFU/g bone and bone weight after sacrifice showed dependence on the amount of inoculated CFU. The histological results confirmed the radiological findings. No significant changes in blood counts, body weight, and body temperature between the groups could be observed. The results demonstrate that it is possible to develop a model of implant-related osteomyelitis in rats with dependence on the amount of inoculated bacteria. No other promoters of infection besides intramedullary insertion of titanium Kirschner wires were used in this model.