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Recknagel, Stefan (2012): Einfluss eines schweren Traumas auf die Frakturheilung. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Es gibt klinische Hinweise, dass die Frakturheilung bei polytraumatisierten Patienten gestört ist. Eine der Ursachen könnte die posttraumatische systemische Inflammation darstellen. Das Thoraxtrauma ist eines der häufigsten und zugleich kritischsten Begleitverletzungen, da es verglichen mit anderen Verletzungen zu einer stärkeren systemischen Inflammation führt. Diese systemische Inflammation ist gekennzeichnet durch die Freisetzung von pro inflammatorischen Zytokinen, einer starken Aktivierung der Komplementkaskade und einer dadurch hervorgerufenen Überaktivierung von Immunzellen, was zu einer Schädigung von Organen führt, die initial nicht vom Trauma betroffen waren. Daher stellte sich in dieser Arbeit die Frage, ob die posttraumatische systemische Inflammation der Grund für die klinisch beobachtete Frakturheilungsverzögerung bei polytraumatisierten Patienten darstellt. Des Weiteren wurde der therapeutische Ansatz verfolgt, die Frakturheilungsstörung nach schwerem Trauma durch die Immunmodulation der systemischen Inflammation mittels eines spezifischen C5aR Antagonisten aufzuheben. In Ratten wurde eine Femurosteotomie erzeugt und mittels eines Fixateurs externe stabilisiert. Die Hälfte der Tiere erhielt ein stumpfes Thoraxtrauma. Den Tieren wurde postoperativ Blut entnommen, um die systemische Inflammation nachzuweisen. Um die Frakturheilung nach Thoraxtrauma zu untersuchen, wurden die Kalli nach einer Heilungszeit von 35 Tagen biomechanisch sowie strukturell durch mikrocomputertomographische Messungen und Histomorphometrie analysiert. Um die C5a-vermittelte systemische Inflammation zu inhibieren und somit die Frakturheilung zu verbessern, erhielt eine weitere Tiergruppe unmittelbar und 12 h nach dem Thoraxtrauma einen spezifischen C5aR Antagonisten. Diese Arbeit konnte zeigen, dass das stumpfe Thoraxtrauma und die resultierende systemische Inflammation zu einer drastischen Frakturheilungsverzögerung führte, was durch eine signifikant verminderte Biegesteifigkeit in Verbindung mit einem signifikant kleineren Kallus mit schlechterer Knochenstruktur und weniger neugebildetem Knochen im Frakturspalt gezeigt werden konnte. Die Immunmodulation mittels eines C5aR-Antagonisten konnte den negativen Effekt des stumpfen Thoraxtraumas auf die Frakturheilung vollständig aufheben, möglicherweise durch die Normalisierung der Anzahl und/oder Funktion von Immun- und Knochenzellen lokal im Frakturheilungsgebiet. C5a stellt daher ein therapeutisches Ziel zur Vermeidung von Frakturheilungsstörungen polytraumatisierter Patienten dar.

Abstract

There is clinical evidence, that fracture healing is impaired in polytraumatic patients. One reason might be the complex posttraumatic systemic inflammatory response. In this context the blunt chest trauma represents one oft the most common and most critical injuries because it leads to a stronger systemic inflammation compared to other injury patterns. This systemic inflammation is characterized by the release of pro-inflammatory cytokines, a massive activation of the complement system and the resulting over-activation of inflammatory cells, together frequently leading to secondary tissue and organ damage after severe trauma. Therefore, the question arose, whether the posttraumatic systemic inflammation might be the reason for the delayed fracture healing observed clinically in polytraumatic patients. Furthermore it was investigated whether the impairment of fracture healing after a severe trauma could be abolished by the immunomodulation of the systemic inflammation with a specific C5aR-antagonist. Rats received a femur osteotomy, which was stabilized with an external fixator. Half of the animals underwent an additional blunt chest trauma. Blood was taken from the animals postoperatively in order to evaluate the early systemic inflammatory response. For evaluating the fracture healing outcome, the fracture calli were tested mechanically as well as structurally by micro-computed tomography measurements and by histomorphometry after a healing period of 35 days. To inhibit the C5a-dependent posttraumatic systemic inflammation and therefore to enhance the fracture healing outcome, a further group received a C5aR-antagonist intravenously immediately and 12 h after the blunt chest trauma. This study showed that the blunt chest trauma and the resulting systemic inflammation led to considerably delayed fracture healing, as shown by a significantly reduced flexural rigidity in combination with a significantly diminished callus volume, moment of inertia and relative bone surface as well as decreased amounts of newly formed bone in fracture calli of animals subjected to a blunt chest trauma. Furthermore the immunomodulation by a C5aR-antagonist completely abolished the deleterious effects of a blunt chest trauma on fracture healing, possibly by normalizing the amount and/or function of inflammatory and bone cells locally at the fracture site. C5a therefore represents a potential therapeutic target to prevent delayed bone healing in patients with severe trauma.