Frakturen mit schweren Weichteilschäden und deren Folgezustände bestimmen entscheidend die Prognose komplexer Extremitätenverletzungen. Die Weichteilschädigung besitzt dabei zentrale Bedeutung für das Frakturmanagement. Unklar ist bis heute jedoch, welche spezifischen Pathomechanismen bei Vorliegen eines schweren Weichteilschadens zu einer verzögerten Frakturheilung führen. Vor diesem Hintergrund wurde ein klinisch relevantes tierexperimentelles Modell der geschlossenen Weichteilverletzung etabliert. Mit Hilfe dieses Modells wurde die Mikrozirkulation des Skelettmuskels und des Periostes der Ratte sowohl nach Weichteilschaden als auch nach einfacher Fraktur zuverlässig und mit guter Bildqualität mittels intravitaler Fluoreszenzmikroskopie direkt quantitativ analysiert. Es kommt beim geschlossenen, traumatisch bedingten Weichteilschaden zu einer protrahierten Ausbildung von spezifischen pathologischen Veränderungen in der nutritiven Perfusion des Skelettmuskels und des Periostes. Diese sind mit einer signifikanten Zunahme der mikrovaskulären Permeabilität als Anzeichen eines sich progressiv entwickelnden Endothelzellschadens vergesellschaftet. Weiterhin führt der geschlossene Weichteilschaden zu einer massiven traumatisch-induzierten Entzündungsreaktion, die durch eine drastische Zunahme der Akkumulation und Adhärenz von Leukozyten am mikrovaskulären Endothel postkapillärer Venolen gekennzeichnet ist. Diese Mikrozirkulationsstörungen werden bei kombinierter Fraktur und Weichteilschaden noch akzentuiert. Weitere Untersuchungen konnten den pathogenetischen Einfluss eines schweren Weichteilschadens auf die Biomechanik der Frakturheilung im Tiermodell der Ratte quantitativ ermitteln. Nach Fraktur mit assoziiertem Weichteilschaden wurde im Vergleich zu einfacher Fraktur eine signifikant geringere Versagenslast und Energieabsorption in der Frühphase der Frakturheilung nachgewiesen. Es fand sich ein funktioneller Zusammenhang der initialen mikrovaskulären Dysfunktion mit den biomechanischen Testergebnissen zu 3 Wochen nach Verletzung. Unterschiedliche therapeutische Ansätze zur Reduktion der mikrovaskulären Dysfunktion im Skelettmuskel mit vasoaktiven, anti-inflammatorischen und anti- oxidativ wirksamen Substanzen wie hypertonen-hyperonkotische Lösungen, N-Acetylcystein und COX-2-Inhibitoren wurden in verschiedenen Teilprojekten untersucht. Dabei konnte mit Hilfe intravitalmikroskopischer und Laser- Doppler-103 Flowmetrischer Techniken eine nahezu komplette Restitution der posttraumatisch gestörten kapillären Perfusion sowie eine signifikante Verminderung der mikrovaskulären Permeabilität, Leukozytenadhärenz, Ödemmanifestation und Myonekroserate demonstriert werden. Das verzögerte posttraumatische Auftreten von mikrovaskulärem Perfusionsversagen, endothelialer Permeabilitätsstörung, Leukozytenadhärenz und intramuskulärer Drucksteigerung sowie Ödem lässt somit auf eine pathogenetische Bedeutung der Mikrozirkulationsstörung für die Entwicklung des Sekundärschadens schließen. Außerdem konnte die Korrelation von mikrovaskulärer Dysfunktion und biomechanischer Stabilität die kausale Bedeutung der Mikrozirkulationsstörung für die verzögerte Frakturheilung bei schwerem Weichteilschaden aufzeigen. Es kann gefolgert werden, dass biologisch-kausal wirksame Therapiekonzepte mit der Zielsetzung der Gewebeprotektion und der Minimierung des Sekundärschadens diesen Mikrozirkulationsstörungen früh und effektiv entgegenwirken müssen. Die vorliegenden Ergebnisse könnten langfristig dazu dienen, die Mikrozirkulation von Periost und Skelettmuskel bei effektiven Behandlungsalgorithmen der Fraktur mit schwerem Weichteilschaden zu berücksichtigen. Durch die Kenntnis der spezifischen Pathomechanismen sind wir in der Lage, effektivere therapeutische Ansätze zu erarbeiten
Major loss of tissue is an almost invariable consequence of severe closed soft tissue injury (CSTI). Among the many factors which determine outcome of complex injuries, the role of closed soft tissue damage remains only partly understood. Clinically, the extent of soft tissue trauma determines the outcome of complex injuries and has significant influence on bone healing. The extent and the temporal relationship of periosteal microcirculatory deteriorations after severe closed soft tissue injury (CSTI) are not known. We hypothesized that progressive tissue damage following severe CSTI is secondary to delayed and prolonged microvascular perfusion failure and increased leukocyte recruitment. This study also evaluates the hypothesis that periosteal microcirculation is adversely affected and the manifestation of trauma-initiated microvascular impairment in periosteum is substantially prolonged following CSTI. To test this hypothesis the specific aims of the present study were to quantitatively analyze the skeletal muscle and periosteum microcirculation, i.e. nutritive perfusion and leukocyte-endothelial cell interaction, following standardized fracture and CSTI using a new animal model. Skeletal muscle (extensor digitorum longus muscle) and periosteum (meta-/ diaphyseal tibia) microvascular perfusion were analyzed by intravital multifluorescence microscopy and laser-Doppler flowmetry. The microvascular response to CSTI alone or in combination with fracture was characterized by a significant reduction of capillary perfusion which was paralleled by an increase in capillary diameter throughout the entire 5 day observation period when compared with controls. Trauma-induced inflammatory response was reflected by a markedly increased rolling and adherence of leukocytes, primarily restricted to the endothelium of postcapillary venules. This was accompanied by increased microvascular permeability indicative of substantial loss of endothelial integrity. Following fractures with soft tissue trauma the microvascular deteriorations in skeletal muscle were accompanied by similar qualitative and temporal changes in the periosteum. In addition, a decreased total failure load and energy absorption in the early fracture healing period was found. Regression analysis between initial capillary perfusion disturbances and biomechanical stability (energy absorption at 3 weeks) revealed a positive functional association. Different therapeutic approaches using vasoactive and anti-inflammatory substances designed to reduce microvascular dysfunction and leukocyte adherence in skeletal muscle, e.g. hypertonic-hyperoncotic solutions, N-acetylcysteine, COX-2 inhibitors, were investigated. These studies revealed a marked and rapid restoration of posttraumatically disturbed microcirculation and a significant reduction in trauma-induced edema, leukocyte infiltration and myonecrosis (assessed by loss of desmin immunoreactivity). The delayed manifestation of trauma-induced microcirculatory derangements, leukocyte activation, edema formation, tissue pressure and myonecrosis underscores the underlying and prognostic importance of microvascular dysfunction for evolving secondary tissue damage. Furthermore, the correlation between microvascular perfusion deficits and decrease in biomechanical stability indicate a causative role of microcirculatory disturbances for delayed fracture healing. Therefore, clinical management of CSTI aimed at soft tissue preservation should consider improvement of microvascular perfusion and the inhibition of leukocyte-mediated tissue injury. These results may have further therapeutic implications in terms of supporting microvascular blood supply and tissue viability in the early posttraumatic period, preserving periosteal integrity and considering the interaction of skeletal muscle damage and periosteal microvascular injury during management of muskuloskeletal trauma.
