Osteoneogenese und Innervation des interfragmentären Raumes durch neuropeptidpositive Fasern am Beispiel des Distanzosteosynthesemodells der Kaninchentibia

Bisher wird in der Literatur keine standardisierte
tierexperimentelle Methode beschrieben, mit der in der Frühphase
der Knochenheilung ausreichend interfragmentäres Gewebevolumen für
die histologische, biochemische oder immunocytochemische Analyse
gewonnen werden kann. Es wird ein entsprechend variiertes
Distanzosteosynthesemodell vorgestellt, das aus dem Frakturbereich
der Kaninchentibia ausreichend Gewebe für differenzierte Analysen
liefert. Mit guter Vaskularität, hoher Knochenappositionsrate sowie
schneller Zellproliferation und –differenzierung scheint der
Kaninchenknochen für relativ begrenzte Untersuchungszeiträume und
für Fragestellungen zur Frühphase der Knochenheilung besonders
geeignet. Untersuchungen an diesem Modell zum qualitativen und
quantitativen Nachweis unterschiedlicher Zellen im
interfragmentären Raum zu verschiedenen Zeitpunkten der
Frakturheilung werden beschrieben, besondes berücksichtigt dabei
neuropeptidpositive Nervenfasern, vor allem das Calcitonin
gene-related peptide (CGRP). Daten und Fakten zu Vorkommen,
Verteilung, Struktur, Sequenz und Biochemie des Peptids, wie sie
die aktuelle internationale Literatur dokumentiert, ergänzen den
experimentellen Teil der Arbeit. An der Tibia von insgesamt 30
Tieren wurde – in einem standardisierten operativen Verfahren – ein
definierter interfragmentärer Raum geschaffen. Nach Ablauf des
vorgesehenen Beobachtungszeitraumes erfolgte die Tötung der Tiere
vor Entnahme des jeweiligen Präparates. Nach Freilegen der
Osteosynthese wurde im interfragmentären Raum ein definiertes 3mm
dickes zylinderförmiges Segment entnommen und fixiert; außerdem
wurden jeweils osteotomienah und –fern zwei weitere Gewebeproben
aus dem Markraum der Tibia isoliert. Die anschließenden
Untersuchungen im gewonnenen Material umfaßten mikroskopische
Analysen der Morphologie von Hämatom, Fibringerüst,
Granulationsgewebe während unterschiedlicher Phasen der
Frakturheilung, die immunocytochemische Darstellung
neuropeptidpositiver Fasern und mikroskopische qualitative und
quantitative Analysen neuropeptidpositiver Fasern zu den gewählten
Zeitpunkten. Bei den nach 5 Tagen getöteten Tieren fanden sich in
den untersuchten Präparaten vor allem ein konsolidiertes
Frakturhämatom. Ein feines Fibrinnetz war in den Randgebieten des
interfragmentären Raumes zu sehen. Gefäßlakunen, Kapillaren und
Mineralisationsinseln waren nicht erkennbar. In der zweiten
Tiergruppe konnte gezeigt werden, daß nach 10 Tagen der Abbau
schollig zerfallener Erythrozyten durch Phagozyten weiter
vorangeschritten war; Der Zellgehalt verringerte sich insgesamt
zugunsten einer beginnenden Faserbildung. Das Fibrinnetz hatte
weiter zugenommen und zeigte vereinzelt Septen; Am 15. Tag postop.
war das Fibrinnetz nicht mehr erkennbar, stattdessen neu
entstandenes Bindegewebe, Gefäßstrukturen und vereinzelte
Mineralisations-inseln. Perivaskulär, an den Gefäßsinusoiden und
begleitend zu Precursorzell-ansammlungen ließen sich frühestens am
10. und spätestens am 15. Tag nach der Osteotomie mit Hilfe
immunocytochemischer Verfahren neuropeptidpositive Fasern
nachweisen. In diesen Untersuchungen konnte CGRP im Gegensatz zu
bisher durchgeführten Versuchen unterschiedlicher Autoren erstmals
schon in der Frühphase der Frakturheilung nachweisen werden. Dies
ist von besonderer Bedeutung, da die Innnervation des Knochens ein
hochentwickeltes regulatorisches Element repräsentiert, das sowohl
lokale Anforderungen registriert wie auch durch Freisetzung aktiver
Neuropeptide den gesamten Knochenstoffwechsel unmittelbar
beeinflußt. Wie aus früheren Studien hervorgeht, sind Neuropeptide
dort zahlreich vorhanden, wo hohe Knochenstoffwechselraten zu
verzeichnen sind. Außerdem sind sie häufig in unmittelbarer Nähe
von Blutgefäßen konzentriert. Die Beobachtung, daß CGRP während der
frühen Frakturheilung hauptsächlich in der Nähe von Blutgefäßen
auftritt, legt den Schluß nahe, daß es durch seine bekannten
vasodilatierenden Eigenschaften den Blutfluß in die verletzte
Region verstärkt und so die Knochenheilung unterstützt.
Experimentelle Untersuchungen zeigen, daß neurale Einflüsse auf den
Knochen von Neuropeptiden vermittelt werden. Wie alle regulativen
Proteine und Faktoren agieren Neuropeptide über
Second-messenger-Systeme und können auch in niedrigen
Konzentrationen das Remodeling beeinflussen. Durch ihre sensorische
Funktion nehmen Nervenfasern mechanische Ansprüche wahr und setzen
im weiteren Verlauf Neuropeptide frei. Sie sind in der Lage, die
Lücke zwischen systemischen und primär lokalen regulativen
Elementen zu füllen. Grundsätzlich ist die Selbstheilung des
Knochens durch die Größe des Defekts limitiert. Meist sind
chirugische Interventionen nötig und die unterschiedlichsten
Hilfsmittel unumgänglich. In jüngster Zeit sind v.a.
Knochenersatzmaterialien von zunehmender Bedeutung. Ihre Zukunft
scheint in der Entwicklung osteoinduktiver Implantate zu liegen.
Auch unter diesem Aspekt gewinnt unser Distanzosteosynthesemodell
besondere Bedeutung. Der große interfragmentäre Raum bietet
optimale Bedingungen für gezielte Untersuchungen, die zur
Weiterentwicklung von Knochen-ersatzmaterialien führen können.