Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Jeannine Katharina Holschbach

Frakturheilung bei Paraplegie im Rattenmodell

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95- 105569

title (engl.)

Fracture healing after an acute spinal cord injury in a rat model

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/holschbachj_ws14.pdf

abstract (deutsch)

Als Komplikationen nach Verletzungen des Rückenmarks (ASCI) werden beim Menschen heterotope Ossifikationen (HO) und eine beschleunigte Frakturheilung der langen Röhrenknochen, sowie vermehrte Kallusbildung beobachtet. Dafür werden sowohl systemische, als auch lokale Faktoren als Ursache genannt. Die Pathogenese dieser Beobachtung ist noch nicht vollständig bekannt und ein standardisiertes, reproduzierbares Tiermodell zur Untersuchung der Auswirkungen einer ASCI auf die Knochenheilung existiert derzeit nicht. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, ein reproduzierbares standardisiertes Tiermodell zur Untersuchung der Knochenheilung bei Paraplegie zu etablieren und anhand dieses Modells erste Hinweise darauf zu erlangen, ob der Kallusbildung ein humoraler oder lokaler Faktor als Ursache zugrunde liegt. Zur Untersuchung der Fragestellung wurden weibliche Sprague Dawley Ratten (3-6 Monate) in sieben Gruppen operiert. Bei Gruppe I (n=10) wurde ein akutes Rückenmarktrauma (ASCI) mit der Ballonkontusionsmethode nach VANICKY et al. (2001) geschaffen und im direkten Anschluss eine PEEK Plattenosteosynthese und -ostektomie (2mm) am rechten Femur vorgenommen. An diesem Modell wurde die Knochenheilung mittels radiolologischer und histologischer Methoden 14 Tage postoperativ charakterisiert. Als Kontrolle diente eine Gruppe ohne ASCI, nur mit Femurosteosynthese und -ostektomie (Gruppe III, n=7) und eine Gruppe der zusätzlich ipsilateral eine Durchtrennung des N.ischiadicus zugefügt wurde (Gruppe V, n=7). Um zu untersuchen ob ein lokaler oder systemischer Faktor der HO zugrunde liegt, wurde eine Gruppe mit ASCI und Humerusosteosynthese und -ostektomie (Gruppe II, n=6) operiert und auch gegen eine Kontrollgruppe ohne ASCI (Gruppe IV, n=8) verglichen. An zwei weiteren Gruppen Femurosteosynthese und -ostektomie mit ASCI (Gruppe VI, n=8,) und Kontrollgruppe ohne ASCI (Gruppe VII, n=7) mit einem Untersuchungszeitraum von 28 Tagen, sollte die Frage beantwortet werden, ob sich das Rückenmarktrauma auf die frühe oder späte Phase der Knochenheilung auswirkt. Anhand des Basso-Beattie-Breshnahan (BBB) -Scores wurde bei allen Gruppen der Grad der motorischen Störung und die Regeneration der Gliedmaßen caudal der Rückenmarkschädigung und der operierten Vordergliedmaße, einen Tag postoperativ und am Tag der Euthanasie bestimmt. Mit dem μCT wurden das Kallusvolumen (BV), die Kallusfläche (BS) und Parameter der Trabekelmorpho- logie (Trabekelabstand=Tb.Sp., Trabekelanzahl=Tb.N. und Trabekeldicke=Tb.Th.) an der operierten Gliedmaße ex vivo untersucht und eine qualitative Histologie angeschlossen. Es konnte keine Korrelation zwischen dem Grad der motorischen Dysfunktion und dem Kallusvolumen gefunden werden. Eine im Vergleich mit der Kontrollgruppe vermehrte Kallusbildung wurde im Zusammenhang mit einer ASCI nach 14 Tagen am Femur und Humerus festgestellt. Allerdings war 28 Tage postoperativ kein statistisch signifikanter Unterschied im Kallusvolumen zwischen der Verum und der Kontrollgruppe feststellbar. Einen Hinweis darauf, dass sich eine Stimulation der Knochenbildung nach ASCI nicht nur caudal der Rückenmarkverletzung, sondern auch cranial auf die Extremität oberhalb des Rückenmarktraumas auswirkt, gab das Ergebnis, dass eine im Vergleich zur Kontrolle gesteigerte Kallusbildung auch am Humerus mit ASCI beobachtet wurde. Ein gesteigertes Kallusvolumen nach Schädigung des peripheren Nervengewebes, sowohl im Vergleich zur Kontrolle als auch zur Gruppe mit Femurostektomie (ASCI nach 14 Tagen), lässt den Schluss zu, dass nicht nur humorale Faktoren eine vermehrte Kallusbildung bewirken, sondern auch lokale/ nervale Faktoren. Eine enchondrale Ossifikation zeigte sich histologisch in allen Gruppen ohne dass signifikante Unterschiede festgestellt wurden.

 

abstract (englisch)

In human patients who have sustained acute spinal cord injury (ASCI), hetero trophic ossification and accelerated fracture healing in fractures of the long bones, as well as increased callus formation is a common complication. In this context local and systemic factors have been speculated to be causative. The pathogenesis of these findings is not elucidated and a reproducible animal model for studying the effect of ASCI on bone healing does currently not exist. The aim of this study was to establish a reproducible standardised animal model in order to study bone healing in paraplegic rats and to elucidate the role of humoral or local factors on common formations. For investigation of this issue, female sprague dawley (SD) rats (3-6 month) underwent surgery in seven groups. In group I (n=10) an acute spinal cord injury (ASCI) was created with the balloon contusion method after VANICKY et al. (2001), immediately followed by a PEEK plate osteosynthesis and ostectomy (2mm) of the right femur. Bone healing was analysed 14d post surgery by radiological and histological methods. A control group without ASCI received femurosteosynthesis and –ostektomy (group III, n=7) only and another one ipsilateral resection of a sciatic nerve segment and osteotomy (group V, n=7). A fourth group underwent surgery with ASCI, humerusosteosynthesis and –ostectomy (group II, n=6) in order to elucidate potential systemic effects of ASCI. A group without an ASCI and humerusosteosynthesis and –osteotomy (group IV, n=8) served as control (14 days). Two more groups (femurosteosynthesis, -ostectomy and ASCI (group VI, n=8) and control without ASCI (group VII, n=7)) with a sample period of 28days served for investigation of effect of the spinal cord injury on early (14 days) or the late bone healing (28 days). Based on the Basso- Beattie- Breshnahan (BBB) Score the grade of motoric disabilities and the regeneration was defined in all groups based on mobility of the extremities caudal the spinal cord injury at day one after the surgery and on the day of euthanisation. With the microCT the parameters callusvolume (BV), callussurface (BS) and parameters of the trabecular morphology (trabecular separation = Tb.Sp., trabecular number = Tb.N. and trabecular thickness = Tb.Th.) were analysed followed by a qualitative histology. No correlation between rate of the motorical dysfunction and callus volume could be detected. An increased callus volume in femurostectomies was noticed in rats with an acute spinal cord injury after 14 days when compared to the control group. No statistical significant difference could be evaluated 28 days post surgery between the verum and control group. The stimulation of new bone formation after ASCI did not only affect the area caudal to the spinal cord trauma, but also the extremity cranially to the injured segment as callus formation in the humerus was also increased compared to control. The injury of the sciatic nerve alone caused an increased callus volume in contrast to control and to femurostectomie ASCI after 14 days, conclusively a local/nervous factor must be considered to be causative rather than humoral factors. Endochondral ossification was seen in all groups, with no significant differences.

 

keywords

Frakturheilung, akutes spinales Trauma, heterotope Ossifikationen, fracture healing, acute spinal injury, heterotopic ossification 

kb

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