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B978-3-437-24401-8.50009-1

10.1016/B978-3-437-24401-8.50009-1

978-3-437-24401-8

a-c Kompressionsosteosynthese.

Bildung von weichem Kallus mit hypertrophem Knorpel, 7 Tage nach Fraktur, Movat's Pentachromfärbung; Bildung des Fixationskallus.

Histomorphologischer Ablauf der Frakturheilung (nach Wornom).

Übergang vom weichen zum harten Kallus mit Knochenbildung am unteren Bildrand und Knorpel darüberliegend, 14 Tage nach Fraktur, Movat's Pentachromfärbung.

Vollständiger resorbierter Knorpel mit Knochen, 21 Tage nach Fraktur, Movat's Pentachromfärbung.

Frakturheilung über spindelförmige Kallusbildung bei kindlicher Schaftfraktur.

Formen der Pseudarthrose.

Morbus Paget. Charakteristisch ist das Nebeneinander von fleckigen Sklerosefeldern und osteopenischen Bezirken im seitlichen Schädelröntgenbild (Osteoporosis circumscripta cranii).

Kriterien der biologischen Potenz eines Knochentransplantats (nach Mutschler u. Lane)

Tab. 4.1
Biologische Eigenschaft Transplantatwirkung
Osteogene Aktivität Osteogenese durch übertragene Zellen
Osteoinduktive Aktivität Osteoblastäre Transformation von mesenchymalen Zellen durch Faktoren in der extrazellulären Matrix
Osteokonduktion Leitschienenwirkung durch Struktur und Oberflächenbeschaffenheit des Transplantats
Vaskularität Erhöhte Knochenregeneration durch schnelle Blutversorgung des gestielten Transplantats
Biomechanische Stabilität Mechanische Festigkeit eines Transplantats gegenüber verschiedenen Krafteinwirkungen

Pathophysiologie des Knochens

Caroline Seebach

Ingo Marzi

  • 4.1

    Knochenheilung 40

    • 4.1.1

      Direkte Frakturheilung 40

    • 4.1.2

      Indirekte Frakturheilung 40

  • 4.2

    Heilungsverzögerungen, Pseudarthrose 42

    • 4.2.1

      Definition 42

    • 4.2.2

      Ätiologie 42

    • 4.2.3

      Klassifizierung 43

    • 4.2.4

      Klinik und Diagnose 44

    • 4.2.5

      Therapie 44

  • 4.3

    Osteoporose 45

  • 4.4

    Hyperostosen 45

    • 4.4.1

      Lokale und multiple Hyperostosen 45

    • 4.4.2

      Systemische Hyperostosen (M. Paget) 46

  • 4.5

    Knochentransplantation 47

    • 4.5.1

      Grundlagen 47

    • 4.5.2

      Autogene Transplantate 48

    • 4.5.3

      Allogene Transplantate 49

    • 4.5.4

      Ersatzmaterialien 50

Knochenheilung

Man unterscheidet eine direkte Frakturheilung in der Regel nach stabilen Osteosynthesen von einer indirekten Frakturheilung mit Kallusbildung.

Direkte Frakturheilung

Die primäre, direkte Frakturheilung kommt nicht spontan vor, kann aber durch eine stabile Osteosynthese und eine vollständige Ruhigstellung induziert werden ( Abb. 4.1). Dabei werden zur Schließung des Frakturspaltes die physiologischen Umbauprozesse am Knochen mobilisiert. Im Vergleich zur Heilung durch induktive Kallusbildung verläuft die primäre, direkte Frakturheilung ausgesprochen langsam. Im Gegensatz zur sekundären Frakturheilung, bei der sowohl parossal als auch im Markraum Kallus gebildet wird, wird bei der primären Frakturheilung der Frakturspalt nicht vollständig überbrückt. Voraussetzung für einen primären knöchernen Durchbau ist daher die exakte Reposition und Kompression der Frakturfragmente. Der Knochen heilt nur dann primär, wenn die Fraktur ununterbrochen absolut ruhiggestellt wird, damit die zarten Gefäße aus dem Markraum den devitalen Knochen rekanalisieren und den Frakturspalt überbrücken können. Wird eine Fraktur mit einer starren Kompressionsplatte stabilisiert und der Bruchspalt komprimiert, werden die ne-krotischen kortikalen Knochenareale an der Bruchstelle nicht resorbiert. Der devitalisierte Knochen wird vielmehr wie beim physiologischen Knochenumbau durch neu gebildete Haverssche Systeme mit reifen Osteonen geschlossen. Zur Überbrückung wird auch endostal Knochen gebildet. Die Revaskularisierung geht von den benachbarten medullären Gefäßen aus.
Nach abgeschlossener primärer Frakturheilung ist die Belastbarkeit ausgezeichnet. Ihre wichtigsten Nachteile sind darin zu sehen, dass sie im Vergleich zur induktiven Kallusbildung wesentlich langsamer verläuft und dass die Fraktur durch eine starre Osteosynthese über längere Zeit künstlich stabilisiert werden muss. Dies muss bei einer vorgesehenen Metallentfernung berücksichtigt werden, da der Fortschritt der Umbauprozesse nach initialer Heilung radiologisch nicht sicher beurteilt werden kann. Eine Remodelingphase von 1–1,5 Jahren ist hier prinzipiell anzunehmen.

Indirekte Frakturheilung

Der Knochen nimmt eine Sonderstellung ein, da er im Gegensatz zu allen anderen Organen, die durch Bildung von Narbengewebe heilen, selbst bei vollständiger Kontinuitätsunterbrechung die Fähigkeit zur organotypischen Regeneration besitzt. Dies bedeutet, dass die während der embryonalen Entwicklung ablaufenden Prozesse der Skelettbildung erneut nachvollzogen werden. Diese sekundäre, indirekte Frakturheilung läuft in mehreren Phasen ab, in denen im Gegensatz zur primären Frakturheilung zunächst bindegewebiger Kallus die Fraktur fixiert, um sie in weiteren Schritten zunehmend mechanisch zu stabilisieren ( Abb. 4.2). Im Prozess des abschließenden Remodelings werden übermäßig gebildete Kallussubstanz wieder abgebaut und Fehlstellungen in gewissen Grenzen korrigiert.
Frakturphase
Durch die Gewalteinwirkung werden die periostalen und medullären Blutgefäße durchtrennt, es bildet sich ein Hämatom. Bereits in den ersten Minuten bis Stunden nach einer Fraktur kommt es im Bruchspalt zur Freisetzung und Anreicherung von Morphogenen und Wachstumsfaktoren und zur Aktivierung pluripotenter Zellen.
Entzündungsphase
Das Stadium der Entzündung beginnt mit der Hämatombildung und hält so lange an, bis sich ein bindegewebiger Kallus zu bilden beginnt. Dieser tritt zunächst periostal und später im Markraum auf und hat eine ausgesprochen starke mitotische und metabolische Aktivität. Zur Bildung des bindegewebigen Kallus tragen repetitive Mikrobewegungen an der Bruchstelle als mechanischer Reiz entscheidend bei. Mit dem bindegewebigen Kallus entsteht ein Gerüst für die Bildung des Fixationskallus, durch den die Fraktur stabilisiert und der Frakturspalt schließlich überbrückt wird. Trotz der intensiven angiogenetischen Aktivität während der bindgewebigen Kallusbildung bleibt die Sauerstoffspannung niedrig und der ph-Wert im sauren Bereich, da selbst die infolge der Gefäßneubildung vermehrte Sauerstoffzufuhr dem enormen Zellreichtum und damit hohen Bedarf im Kallusgewebe nicht gerecht werden kann.
Granulationsphase
Nach 48–72 Stunden ist die Entzündungsphase abgeklungen. Im Frakturhämatom lässt sich bereits ein lichtes Netz von Fibrin und Kollagenfi-brillen nachweisen, welches rasch durch Granulationsgewebe mit Fibroblasten, neu gebildetem Kollagen und zahlreichen Kapillaren ersetzt wird. Bereits in frühen Stadien findet eine zunehmende Mineralisierung in den Kollagenfibrillen in der Nähe der Fibroblasten statt. Das entstandene Granulationsgewebe führt zur ersten Brückenbildung zwischen den Fragmenten, dem so genannten weichen Kallus ( Abb. 4.3). Die Osteoklasten beginnen nun auch den Abbau toter Fragmentenden. Die ersten Chondroblasten treten auf, und es zeigt sich die erste subperiostale Knochenneubildung durch Osteoblasten. Der Vorgang wird als primäre Kallusreaktion bezeichnet. Gleichzeitig wandert aus dem Markraum ein Blastem in das Hämatom ein und füllt die Frakturspalten als so genannter medullärer Kallus. Am Ende dieser Phase, nach ca. 3–4 Wochen, sind die Fragmente teils durch Bindegewebe, teils durch Knorpel weich miteinander verbunden.
Phase der Kallushärtung
Der bindegewebige Kallus beginnt sich unter der Bildung von verkalkter Knorpelsubstanz in den Fixationskallus umzuwandeln ( Abb. 4.4). Dieser Prozess ist erst abgeschlossen, wenn die Knochenfragmente fest miteinander verbunden sind. Die Bildung des Fixationskallus ähnelt den Vorgängen an der intakten Wachstumsplatte. An dem von der verkalkten Knorpelsubstanz gebildeten Gerüst siedeln sich Osteoblasten an. Im weiteren Verlauf wird Knochenmatrix abgelegt und mineralisiert ( Abb. 4.5). Sowohl der Abbau nekrotischen Knochens als auch der Umbau mineralisierten Knorpels in Knochen erfolgt durch eine multizelluläre Grundeinheit (basic multicellular unit, BMU). Diese besteht aus Zellen, Interzellularsubstanz und Kapillaren mit zeitabhängig unterschiedlichen Aktivitäten und Fähigkeiten. Schließlich entsteht sowohl im end- als auch periostal gebildeten Kallus der unreife Faserknochen, welcher nicht entsprechend seiner mechanischen Beanspruchung orientiert ist, sondern sich entlang der Kapillaren ausbreitet. Während dieser Heilungsphase steigt die Durchblutung und damit auch die Sauerstoffspannung an der Bruchstelle an.
Modeling und Remodeling Phase
Das letzte Stadium der Frakturheilung ist die Phase des Knochenumbaus, beginnt etwa 6 Wochen nach der Verletzung und erstreckt sich über Wochen und Monate. Dabei wird der ausgedehnte Fixationskallus, also das parossal und im Markraum gebildete und aus unreifen Faserknochen bestehende Kallusgewebe, allmählich entsprechend der mechanischen Beanspruchung mit Hilfe der BMU in ausgereiften Lamellenknochen umgebaut. Klinisch ist die Frakturheilung abgeschlossen, wenn der Knochen an der Frakturstelle seine normale Festigkeit wiedererlangt hat, was bereits nach 6 Wochen möglich sein kann. Radiologisch kann die Knochenbruchheilung ebenfalls bereits nach 6 Wochen abgeschlossen sein ( Abb. 4.6). Biologisch gilt sie erst als abgeschlossen, wenn sämtliche reparative Prozesse an der Bruchstelle zum Stillstand gekommen sind. Dies kann Monate und Jahre dauern, wie sich szintigraphisch anhand der vermehrten Stoffwechselaktivität an der Bruchstelle nachweisen lässt.

Heilungsverzögerungen, Pseudarthrose

Definition

Als Pseudarthrose (Falsch-, Scheingelenk) bezeichnet man eine länger als 6 Monate ausbleibende knöcherne Vereinigung zweier Frakturenden, meist auf dem Boden einer mangelnden Ruhigstellung während der Heilungsphase. Bei der klinischen Symptomatik der vorwiegend an der unteren Extremität lokalisierten Heilungsverzögerung stehen Schmerzen, Schwellung und Belastungsunfähigkeit im Vordergrund.

Ätiologie

Für die Entstehung eines Falschgelenkes kommen sowohl mechanische als auch biologische oder endokrine Faktoren in Frage. Manche dieser Faktoren spielen während des gesamten Heilungsverlaufes eine Rolle, andere nur zu einem bestimmten Zeitpunkt.
Die wesentliche mechanische Ursache ist die lokale Instabilität durch mangelhafte Ruhigstellung der Fraktur und fortlaufende Scherung und Stauchung im Frakturbereich. Der sich aus dem Kallus bildende Geflechtknochen wird immer wieder zerrissen bzw. es wird bei der primären Frakturheilung eine Überbrückung des Frakturspaltes durch auswachsende Haverssche Systeme verhindert.
Der wichtigste biologische Faktor sind Durchblutungsstörungen (Mikroangiopathien) im Bereich der Knochenfragmentenden mit völliger Devitalisierung des Knochens. Auch Substanzverlust und Denervierung stören den Regenerationsablauf, ebenso wie Durchblutungsstörungen der angrenzenden Weichteilgewebe, Infektion mit Sequesterbildung und allgemeine Faktoren (Alter des Patienten, medikamentöse Dauerbehandlung, Röntgenbestrahlung), die die Vitalität des Gewebes herabsetzen und die Frakturheilung verzögern. Glukokortikoidüberschuss, Zytostatika, Röntgenstrahlen, Gonadenhormonmangel oder ein juveniler Diabetes mellitus können aufgrund der daraus resultierenden Osteopenie die Frakturheilung verlangsamen. Schwere Anämien verändern die Sauerstoffspannung an der Bruchstelle. Ein Mangel an Vitamin D bzw. seinen Metaboliten führt zu einer gestörten Mineralisation des Frakturkallus (z. B. Osteomalazie), wodurch der knöcherne Durchbau verzögert ist oder ganz ausbleibt. Weitere biologische Störungen sind Fehldifferenzierungen der beteiligten Zellen (z. B. Hyperparathyreoidismus, Metastasen, Neuropathien) oder Fehler des Modeling und des Remodeling (z. B. Osteogenesis imperfecta), die zu Knochenheilungsstörungen führen.

Klassifizierung

Von verzögerter Heilung spricht man, wenn vier Monate nach Fraktur eine knöcherne Überbrückung noch nicht stattgefunden hat, jedoch zumindest radiologisch eine Heilungsaktivität sichtbar ist. Erst wenn auch nach sechs Monaten keine Konsolidierung eingetreten ist, wird von einer Pseudarthrose gesprochen ( Abb. 4.7).
Die ursächlichen Faktoren der Pseudarthroseentstehung spiegeln sich auch im morphologischen Befund des Falschgelenkes wider:
  • Bei vorherrschender Instabilität kommt es zur besonders voluminösen periostalen Kallusbildung an beiden Frakturenden, ohne dass eine knöcherne Heilung eintritt. Das Gewebe ist gut vaskularisiert, die Frak-turenden können im Bereich der Pseudarthrose elefantenfußähnlich verbreitert sein (hypertrophe Pseudarthrose).

  • Bei avaskulären Fragmenten ist dagegen eine Gewebsreaktion im Frakturbereich nicht möglich. Die Pseudarthrose bleibt ohne Kallusbildung und zeigt atrophische Fragmentenden (hypotrophe, avitale Pseudarthrose).

  • Von einer Defektpseudarthrose spricht man, wenn durch einen großen Knochendefekt die Frakturfragmente so weit auseinanderliegen, dass auch mit Kallusbildung keine knöcherne Überbrückung möglich ist. Zusätzlich kann in diesem großen Knochendefekt ein Weichteilinterponat im Frakturspalt liegen, so dass es zu keiner knöchernen Konsolidierung kommen kann.

Aus therapeutischer Sicht werden dementsprechend biologisch reaktionsfähige Pseudarthrosen (hypertrophische Pseudarthrosen), biologisch reaktionsunfähige Pseudarthrosen (atrophische Pseudarthrosen) und Defektpseudarthrosen voneinander unterschieden. Darüber hinaus müssen infizierte und nichtinfizierte Pseud-arthrosen getrennt betrachtet werden, was das Therapiekonzept betrifft.

Klinik und Diagnose

Bei voller Ausprägung eines Falschgelenkes ist die pathologische Beweglichkeit eines Skelettabschnittes das führende Symptom. Bei straffen Pseudarthrosen ist jedoch eine pathologische Beweglichkeit nicht nachzuweisen. Die klinische Symptomatik wird dann von Schmerzen, Schwellung und Belastungsunfähigkeit bestimmt. In diesen Fällen ist das Röntgenbild entscheidend, das entsprechend der Klassifizierung eine Einteilung in hypertrophische, atrophische und Defektpseudarthrosen erlaubt. Unter Umständen ist aus der Röntgenübersichtsaufnahme keine gesicherte Aussage über den knöchernen Durchbau zu treffen. Dann ist eine CT-Diagnostik erforderlich, um den Stand der Knochenheilung zu dokumentieren. Mit der Kernspintomographie kann die Vitalität der knöchernen Strukturen dokumentiert werden.

Therapie

Die ursächlichen Faktoren der Pseudarthrosenentstehung und die Morphologie des Falschgelenkes bestimmen das therapeutische Vorgehen. Entscheidend ist die sorgfältige Analyse der Situation, um festzustellen: Ist der Fehler in der Stabilität, in der Biologie oder im Vorliegen eines großen Knochendefektes begründet?
Fehler der Stabilität
mit Bildung einer hypertrophen Pseudarthrose bedürfen einer zuverlässigen Stabilisierung, die nur durch eine sachgerechte Osteosynthese erreicht werden kann. Bei einer echten Falschgelenksbildung muss die Pseudarthrosenmembran reseziert werden, die Knochenenden angefrischt und eine erneute Frakturheilung induziert werden.
Fehler der Biologie
erfordern eine Verbesserung der Vitalität. Die Therapie zielt darauf ab, die gesamte Mediatorenkaskade der Knochenheilung wieder in Gang zu setzen. Daher wird bei atrophischen Pseudarthrosen einerseits die Dekortikation, andererseits die Knochentransplantation durchgeführt, um die Vaskularisation im Bereich der Fragmentenden wiederherzustellen. Ein weiterer wesentlicher Punkt ist auch die Wiederherstellung des biologischen Lagers, so dass in vielen Fällen auch die Vaskularität des umgebenden Gewebes optimiert werden muss, beispielsweise durch Muskellappenplastiken. Bei der Knochentransplantation geht man heute davon aus, dass ihr eigentlicher Effekt in der Übertragung verschiedener Mediatoren und weniger in der Wirkung der transplantierten Zellen liegt. Jedoch ist die allogene Knochentransplantation durch die HIV-Problematik schwieriger und aufwendiger geworden, denn Vorschriften für Gewebetransplantation, Führen von Knochenbanken und das Autoklavieren des Transplantates sind deutlich verschärft worden.
Defektpseudarthrosen
benötigen zur Überbrückung einen durch Osteosynthese fixierten kortikospongiösen Span. Auch Verschiebungen der Fragmentenden zueinander mit speziellen Fixationssystemen sind möglich (Segmenttransport). Bei infizierten Pseudarthrosen wird die Stabilität der Fragmente in erster Linie durch einen Fixateur externe erreicht. Dabei muss das infizierte Gewebe radikal entfernt werden und in gleicher Sitzung oder später eine Spongiosaplastik durchgeführt werden. Unter diesen Umständen ist eine Ausheilung auch von Infekt- und Defektpseudarthrosen ohne Verkürzung des Gliedmaßenabschnittes in vielen Fällen möglich. Auf die zusätzliche Sanierung der umgebenden Weichteile ist auch hierbei Wert zu legen.
Stoßwellen und gepulster Ultraschall
Unter den Stoßwellen kommt es vermutlich zu Mikrofrakturen. Diese scheinen vor allem das Mediatorensystem wieder in Gang zu setzen, so dass es zur Reaktivierung der Frakturheilung bei hypothrophen Pseudarthrosen kommen kann. Die positiven Erfahrungen durch gepulsten Ultraschall werden durch eine Beschleunigung der Kalziumpumpen und Verbesserung des Stoffwechsels beschrieben.
Zytokin- und Gentherapie
Bei der Steuerung der physiologischen Frakturheilung spielen Zytokine eine wichtige zentrale Rolle in allen Heilungsphasen. Sie sind chemische Mediatoren, die biologisch wirksam werden, da sie zwischen unterschiedlichen Zellen interagieren, vermitteln und regulieren und so das umgebende Milieu kontrollieren.
Im Frakturhämatom lässt sich Platelet Derived Growth Factor(PDGF), der die Zellproliferation verbessert, in hohen Konzentrationen nachweisen. Das bone morphogenic protein (BMP) aus Stammzellen führt zur Differenzierung dieser Stammzellen in Chondroblasten und Osteoblasten. Wachstumsfaktoren (u. a. BFGF, TGFb, IGF) haben positive Effekte in verschiedenen Phasen der Frakturheilung. Die Frage nach der optimalen Konzentration und der geeigneten Trägersubstanz ist jedoch für die klinische Anwendung noch nicht ausreichend geklärt.
Einen eleganteren und physiologischeren Weg, um die Konzentration der gewünschten Zytokine im Frakturgebiet drastisch anzuheben, versucht die Gentherapie zu nutzen. Dazu werden ortsständige Zellen angeregt, die o. g. Zytokine in hohem Maße zu produzieren. Während die direkte Applikation einiger Zytokine in bestimmten Konstellationen einer problematischen Fraktur- und Arthrodeseheilung zunehmend an klinischer Relevanz gewinnt, ist in der Gentherapie von Störungen der Knochenbruchheilung noch weitere essenzielle Grundlagenforschung erforderlich.
Bedeutung der Weichteile
Das Überleben eines eingebrachten Transplantates ist vor allem abhängig von der Vaskularität und der mechanischen Stabilität. Für die Beurteilung der Vaskularität hat sich die Klassifikation nach Lexer (1935) bewährt. Dabei werden folgende Arten des Transplantatlagers unterschieden:
  • Ersatzstarkes Lager: Im ersatzstarken Lager bestehen keine nennenswerten Durchblutungsstörungen des Knochens, die Weichteile sind normal durchblutet. Der traumatisierte Schaden wird vom Gefäßsystem kompensiert.

  • Ersatzschwaches Lager: Im ersatzschwachen Lager ist die Vaskularität geschädigt, das medulläre Gefäßsystem ist bedingt funktionsfähig, die Kortikalis ist unvollständig vaskularisiert, die Weichteildurchblutung ist minderwertig.

  • Ersatzunfähiges Lager: Im ersatzunfähigen Lager ist die Durchblutung sowohl des Knochens als auch der Weichteile zerstört.

Einen wesentlichen Einfluss auf die Erfolgsaussichten des eingebrachten Transplantates hat die Vaskularität und mechanische Stabilität des Wirtslagers (vaskularisierter Span).
LITERATUR

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Bücher

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Osteoporose

Kap. 22.3

Hyperostosen

Definition
Bei einem Überwiegen der Knochenanbauvorgänge kommt es zu einer positiven Skelettbilanz mit den Folgen einer erhöhten Knochendichte.

Lokale und multiple Hyperostosen

Melorheostose (lokal)
Pathophysiologie/Epidemiologie
Meist bereits in der Kindheit entstehende progressive Hyperostose einer Gliedmaße mit kerzentropfenartigen, hyperostotischen Veränderungen. Die Ätiologie ist unbekannt. Die Prävalenz liegt bei unter 1/1 Mio.
Klinik und Therapie
Im Erwachsenenalter ist die Erkrankung meist symptomlos. Bei Progredienz können Schmerzen aufgrund von Gelenkkontrakturen bei zunehmender Fibrosierung der Haut und des Subkutangewebes auftreten. Im Röntgenbild finden sich die typischen kerzentropfenartigen Veränderungen. Die Behandlung beschränkt sich auf die Korrektur der Kontrakturen. Dies kann mit Gipsen oder Schienen geschehen. Bei sehr starken etablierten Kontrakturen kann der Ilizarov-Apparat angewendet werden.
Osteopetrose (Marmorknochenkrankheit, Morbus Albers-Schönberg)
Pathophysiologie/Epidemiologie
Bei dieser Erkrankung liegt eine generalisierte Sklerosierung (Marmor) des Skeletts bei unzureichender Osteoklastenfunktion vor. Der primitive knorpelige Knochen persistiert. Radiologisch besteht eine abnorme Knochendichte. Die Prävalenz wurde mit 2,6/1 Mio. (Großbritannien) bzw. 50/1 Mio. (andere Untersuchungen) angegeben.
Klinik und Therapie
Die Prognose bei frühkindlicher Manifestation ist ungünstig. Durch Sklerosierung des Knochenmarks kann es zur ausgeprägten Anämie mit der Gefahr der septischen Infektion kommen. Außerdem treten Spontanfrakturen mit schlechter Heilungstendenz, Minderwuchs, Skoliosen, Spinalkanalstenosen sowie Arthrosen (Hüfte, Knie) auf. Radiologisch zeigt sich eine massiv gesteigerte Knochendichte und Markraumverödung. Neuerdings sind durch Knochenmarktransplantationen, Prednison, Calcitriol, Parathormon und Interferon jedoch überraschende Heilerfolge erzielt worden. Bei späterer Manifestation (Tardaform) können Krankheitszeichen völlig fehlen, so dass die typischen radiologischen Veränderungen als Zufallsbefund aufgedeckt werden.
Osteopoikilose
Pathophysiologie/Epidemiologie
Hereditäre Skelett-erkrankung mit Einlagerung von zahlreichen Knocheninseln in die Spongiosa des normalen Knochens. Die Krankheit wird autosomal-dominant vererbt und tritt mit einer Prävalenz von 0,1/1 Mio. auf mit leichter Bevorzugung des männlichen Geschlechts.
Klinik und Therapie
Es treten ovaläre, rundliche, röntgendichte Flecken im spongiösen Knochen auf. Dies kann schon bei Geburt sichtbar sein oder erst später im Verlauf bemerkt werden. Meist sind die Metaphysen und Epiphysen, selten die Diaphysen der Hand- und Fußwurzelknochen betroffen. Seltener treten die Veränderungen in langen Röhrenknochen, Becken, Schädel oder Wirbelsäule auf. Es handelt sich meist um einen radiologischen Zufallsbefund ohne zugehörige klinische Symptomatik.

Systemische Hyperostosen (M. Paget)

Definition
Die Osteodystrophia deformans Paget ist eine häufige, herdförmig auftretende idiopathische Skeletterkrankung mit überstürzt ablaufendem Knochenumbau.
Epidemiologie
Die Inzidenz beträgt im mittleren Lebensalter 3–4 und steigt bis zum 9. Lebensjahrzehnt auf 10 an; vor dem 40. Lebensjahr kommt sie dagegen kaum vor. Das männliche Geschlecht ist etwas häufiger betroffen, auffällig ist die geographische Verteilung: Die höchste Prävalenz wird in England, Westeuropa, USA, Australien und Neuseeland registriert.
Ätiologie und Pathogenese
Die Ursache ist unbekannt. Der Primärdefekt dürfte in einem gesteigerten osteoklastischen Knochenabbau liegen, da die aktiven Osteoklasten zahlenmäßig vermehrt und vergrößert sind und mehr Kerne besitzen. In der Folge ist die Knochenbildung kompensatorisch gesteigert. Insgesamt ist der Knochenumbau regellos, was zu einem mechanisch minderwertigem Faserknochen führt, der trotz seiner erhöhten Knochendichte zu Frakturen und Deformierungen neigt. Der lokale Knochenumsatz ist bis zum 20-fachen der Norm erhöht mit einem Serumanstieg der alkalischen Phosphatase. Im Urin ist vermehrt Hydroxyprolin nachweisbar (metabolisches Produkt der kollagenen Grundsubstanz).
Klinik
Bei etwa 30 der Patienten verläuft die Erkrankung asymptomatisch. Symptomatische Patienten leiden unter diffusen Beschwerden am Stütz- und Bewegungsapparat, häufig treten zunächst Rückenschmerzen auf. Bei fortschreitender Erkrankung können die Symptome durch die Deformierung von Skelettabschnitten im Vordergrund stehen. Bei Befall des Schädels wird durch den Knochenanbau der Hut zu klein, die Verbiegung der Unterschenkel imponiert als Säbelscheidentibia. Eine maligne Entartung zum Osteosarkom tritt in weniger als 2 auf.
Diagnostik
Richtungsweisend ist das Röntgenbild, das im Frühstadium lokalisierte Osteolysen (vor allem im Schädel), später dann Sklerosierungen mit grobsträhnigem Umbau der Spongiosastruktur zeigt ( Abb. 4.8). Vorwiegend betroffen sind die lumbosakrale Wirbelsäule, der Schädel, das Becken, das Femur, die Tibia, die Klavikula und das Sternum. Der erhöhte Knochenumsatz spiegelt sich auch bei der szintigraphischen Untersuchung wider, die einen Überblick über alle befallenen Regionen ermöglicht. In der Labordiagnostik zeigt sich eine erhöhte alkalische Phosphatase. Differenzialdiagnostisch sind osteoblastische Metastasen beim Prostatakarzinom auszuschließen (Erhöhung der sauren Phosphatase).
Therapie
Ziel ist die Schmerzbeseitigung und das Verhindern von progredienten Deformierungen, die die Belastungsfähigkeit des Skelettsystems einschränken. Bei asymptomatischen Patienten ohne Deformität ist keine Therapie erforderlich. Antiphlogistika und Kalzitonin reduzieren die Schmerzen, jedoch ist eine Kalzitoninresistenz möglich. Bei schmerzhaften Deformierungen können Umstellungsosteotomien oder bei ausgeprägten Deformierungen auch Gelenkersatzoperationen notwendig werden. Beim Schädelbasisbefall mit Kompression von Hirnnerven kommen neurochirurgisch entlastende Operationen in Frage.
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Knochentransplantation

Grundlagen

Konzept der Spongiosa-, Spantransplantation
Die Indikation zur Transplantation von Knochengewebe und ggf. der Einsatz von Knochenersatzmaterialien wird bei verschiedenen Erkrankungen und Verletzungen des Skelettsystems, u. a. zur Überbrückung von Trümmerzonen bei schweren Knochentraumata, bei größeren Knochendefekten nach Resektion von Tumoren, bei Pseudarthrosen oder osteomyelitischen Herden, Ar-throdesen, Spondylodesen oder Umstellungsosteotomien gestellt. Abhängig von der Knochendefektgröße an langen Röhrenknochen kommt bei kleinen, monokortikalen Defekten (bis zu 2 cm) mit primär ausreichender Stabilität die autogene Spongiosaplastik zur Anwendung. Bei größeren Knochendefekten bzw. Defekt- und Infektpseudarthrosen (von mehr als 2 cm Länge) wird, wenn die Kortikalis verletzt ist und eine primäre Instabilität vorliegt, die Indikation zur bi- oder trikortikalen Spanimplantation gestellt. Wichtig für den Erfolg der Defektbehandlung ist neben der Auswahl des geeigneten biologischen Knochentransplantats bzw. -ersatzmaterials und der geeigneten operativen Stabilisierungsmethode die optimale Sanierung des Weichteillagers.
Auto- und Allograft
Bewährte Behandlungsverfahren bei o. g. Indikationen sind die Transplantation von körpereigenem Knochen (autogenes Transplantat) sowie von humanem Spenderknochen (allogenen Transplantat). Jedoch sind der autogenen Knochentransplantation Grenzen gesetzt: zum einen durch die begrenzte Menge des autogenen Materials; zum anderen ist die Spongiosaentnahme mit einer hohen Morbidität (je nach Literaturangabe bis zu 44,8) verbunden. Daher ist bei Operationen, die einen großen Knochendefekt auffüllen müssen, der Einsatz von allogenem Knochen notwendig. Dabei wird allogener Knochen aus lokal geführten Knochenbanken allein oder häufiger in Kombination mit autogenem Knochen verwendet. Humaner allogener Spenderknochen wird jedoch aus Gründen der biologischen Sicherheit einer Kryokonservierung (Bankknochen) oder auch einer thermischen Desinfektion unterzogen und stellt daher im Unterschied zum Autotransplantat ein avitales Knochentransplantat dar.
Knochenbank
Aufgrund des zunehmenden Bewusstseins der Gefahr, dass durch eine allogene Knochentransplantation zahlreiche Infektionskrankheiten und –als meistgefürchtete Komplikation – eine Infektion mit HIV (human immunodeficiency virus) übertragen werden kann, wurden 1990 erstmalig vom Wissenschaftlichen Beirat der Bundesärztekammer die Richtlinien zur Führung einer Knochenbank veröffentlicht, um das Risiko einer Infektion durch transplantierten allogenen Knochen auszuschließen. Aufgrund dieser sehr anspruchsvollen Richtlinien kam es zu zahlreichen Schließungen von klinikeigenen Knochenbanken. Hinzu kommen noch die rigiden Auflagen des neuen Gewebegesetzes, das 2007 in Kraft getreten ist.
Kallusdistraktionskonzept
Eine Alternative zur Behandlung von großen Knochendefekten im ersatzunfähigen Weichteillager ist der Segmenttransport mit Hilfe der Kallusdistraktion, die von Ilizarov 1954 erstmalig publiziert wurde. Der Vorteil dieser Methode ist, dass keinerlei autogener oder allogener Knochen erforderlich ist, sondern zur Defektüberbrückung eigener ortsständiger, wachsender Knochen entsteht. Beim Segmenttransport wird die Defektzone des Knochens vom ersatzunfähigen oder ersatzgeschwächten Lager in ein gesundes, ersatzstarkes Weichteillager verlegt ( Kap. 5).

Autogene Transplantate

Gängige Verfahren
Primäre autogene Spongiosaplastik
Die primäre Versorgung eines Knochendefektes mit autogener Spongiosa gilt derzeit als Goldstandard, da sie in den umgebenden Knochen integriert wird und damit die ursprüngliche Stabilität erreicht wird. Zugleich unterliegt sie dem körpereigenen Remodeling und passt sich den biomechanischen Anforderungen an. Allerdings ist ein zweiter Eingriff zur Spongiosaentnahme notwendig mit den potenziellen Komplikationen wie Infekt, Hämatombildung und Nervenschädigung. Der Vorrat an entnehmbarer Spongiosa ist begrenzt. Je nach Einsatz von reiner Spongiosa, kortikospongiösen Spänen oder einer Kombination beider Elemente wird eine zusätzliche Osteosynthese erforderlich.
Bei einer gelenksnahen Fraktur (z. B. Tibiakopffraktur) erfolgt zunächst eine Arthroskopie. Die imprimierte Gelenkfläche wird angehoben, der Knochendefekt wird mit autologer Spongiosa aufgefüllt und mit einer Osteosynthese stabilisiert. Bei diaphysären Frakturen hat die primäre Spongiosaplastik aufgrund der biologischen Osteosynthese (z. B. Verriegelungsnagel oder Platte) an Bedeutung verloren.
Sekundäre autogene Spongiosaplastik
Die sekundäre Spongiosaplastik kann in eine frühsekundäre und eine spätsekundäre Transplantation unterteilt werden.
Frühsekundäre Transplantation
Ist aufgrund der Weichteilverhältnisse oder wegen des Infektrisikos (offene Frakturen) bei der Primärversorgung eine primäre Spongiosaplastik nicht angezeigt, so kann nach einer Weichteilsanierung relativ früh (2.–3. Woche nach Trauma) die autogene Spongiosaplastik erfolgen. Die gute Konditionierung des Weichteillagers ist entscheidend. Meistens handelt es sich dabei um zweit- bis drittgradig offene Frakturen, deren Weichteilschäden durch ortsständige oder mikrovaskuläre Lappenplastiken frühzeitig saniert werden.
Spätsekundäre Transplantation
Die späte sekundäre Spongiosaplastik erfolgt in der Regel nach fehlgeschlagener Osteosynthese bei verzögerter Frakturheilung, bei Pseudarthrosen und hauptsächlich bei der Behandlung der posttraumatischen Osteitis. Bei der Behandlung einer fehlgeschlagenen Osteosynthese steht eine erneute Osteosynthese durch ein geeignetes Implantat im Vordergrund. Die additive autogene Spongiosaplastik kann dann den Heilungsverlauf wesentlich begünstigen.
Bei der Pseudarthrosenbehandlung ist die Indikation zur Spongiosaplastik von der Form und der biologischen Aktivität der Fragmentenden abhängig. Bei der atrophischen Pseudarthrose fehlt die osteogene Potenz des Knochens, so dass auch bei ausreichender Stabilität eine Ausheilung nicht möglich ist, da eine avitale Sklerosezone die knöcherne Überbrückung verhindert (ersatzunfähiges Lager). Daher erfolgt zunächst die Revitalisierung der Sklerose durch Dekortikation oder Resektion, dann wird autogener Knochen angelagert, der eine hohe osteogene Aktivität besitzt.
Bei der posttraumatischen Osteitis muss vor Transplantation der autogenen Spongiosaplastik das Transplantatlager für die Aufnahme und das Einheilen des transplantierten Knochens konditioniert werden. Daher sollte eine ausgiebige Sequestrektomie erfolgen, die ne-krotischen Frakturareale müssen reseziert und das infizierte Weichteil- und Granulationsgewebe entfernt werden. Sehr oft resultiert dadurch ein ausgedehnter knöcherner Defekt, der mit autogener Spongiosa aufgefüllt und überbrückt werden muss. Die Erfolgsquote der Spongiosaeinheilung ist abhängig von der operativen Technik, der Infektsanierung sowie der mechanischen Stabilisierung. Eine erneute Exazerbation des Infektes und die Abstoßung des Transplantates machen häufig mehrfache Spongiosaplastiken erforderlich, wobei nicht selten der zur Verfügung stehende autogene Knochen für die Defektauffüllung nicht mehr ausreicht.
Sonderformen der autogenen Knochentransplantation
Das freie autogene Rippentransplantat und die freien gefäßgestielten Transplantate des Beckenkammes oder der kontralateralen Fibula verursachen durch die eingeschränkte osteogenetische Wertigkeit ihres Transplantats (vor allem kortikaler Knochen) Probleme bei der Revaskularisation, besonders beim Einbau in diaphysäre Knochendefekte. Eine additive autogene Spongiosaanlagerung verbessert die Heilungschance bei langen Ein- und Umbauzeiten. Die freien gefäßgestielten Transplantate (Beckenkamm oder Fibula) erfordern einen hohen operativen Aufwand unter mikrochirurgischen Bedingungen, wobei die dauerhafte Perfusion des freien Knochentransplantats garantiert werden muss; diese vaskularisierten Transplantate können jedoch auch nach Infekten eingesetzt werden, da sie selbst mit zur Infekt-abwehr beitragen.
Die autogenen Spongiosatransplantationen haben wegen der schlecht durchbluteten Weichteillager oft ungünstige Erfolgsaussichten. Das Komplikationsrisiko steht in direktem Verhältnis zur Größe des bestehenden Knochendefektes. Kommt es beim Aufbau des Knochendefektes zu keiner physiologischen Röhrenform, die sowohl axialen wie auch Torsionskräften standhält, sondern zu einer ausgefüllten Knochensäule, ist die Frakturzone den mechanischen Belastungen nicht gewachsen und neigt zu Refrakturen oder Pseudarthrosen. Eine gute Behandlungsalternative zur Überbrückung langstreckiger Defekte an langen Röhrenknochen ist der Segmenttransport mit Hilfe der Kallusdistraktion ( Kap. 5).
Größendimension
Besteht ein ossärer Segmentdefekt unter 2 cm Ausdehnung, ist eine autogene Spongiosaplastik primär angezeigt. Bei größeren Knochendefekten bis 5 cm und stabilen knöchernen Verhältnissen und ohne Infektnachweis kann man dies auch noch mit autogenen kortiko-spongiösen Spänen ersetzen. Die Indikation zur Extremitätenverlängerung ist ab ca. 2–5 cm Defektstrecke und instabilen Knochenverhältnissen im ersatzunfähigen Weichteillager zu erwägen ( Kap. 5).

Allogene Transplantate

Verwendetes Material
Allogener Knochen wird intraoperativ aus dem exstirpierten Femurkopf bei einer Hüfttotalprothesenimplantation gewonnen. Für die Spenderauswahl, die Blutuntersuchungen, die Aufarbeitung und die Lagerung des Fremdknochens in einer Knochenbank gibt es eindeutige Richtlinien, die unbedingt berücksichtigt werden müssen. In lokalen Knochenbanken erfolgt die Lagerung bei mindestens –80C, wobei die Kühlkette nicht unterbrochen werden darf bis unmittelbar vor der Verwendung.
Allogener Knochen sollte frühestens drei Monate nach seiner Gewinnung eingesetzt werden, da mit zunehmender Lagerungszeit seine Immunogenität abnimmt (Gewebegesetz beachten). Allerdings sollte auch keine Transplantation von Fremdknochen erfolgen, der länger als ein Jahr in der Knochenbank gelagert wurde, denn die knochenheilungsstimulierenden Eigenschaften von allogenem Knochen sind nach einem Jahr stark reduziert, so dass die erwünschten Effekte im Knochendefekt des Patienten nicht mehr erreicht werden können.
Bei Transplantation von Fremdknochen bei Frauen im fortpflanzungsfähigen Alter sollte ABO-kompatibler Knochen verwendet werden, da möglicherweise ein Morbus haemolyticus neonatorum bei einer späteren Schwangerschaft ausgelöst werden kann. Für andere Patientengruppen ist die Beachtung einer ABO-Kompatibilität bei Verwendung allogenen Knochens nicht erforderlich.
Indikationen
Am besten eignet sich die Transplantation rein spongiöser Chips, wenn keine mechanische Stabilität des Transplantats erforderlich ist. Allogene spongiöse Chips sind auf eine stabile Osteosyntheseversorgung angewiesen. Kortikale Anteile sollten vermieden werden. Kortikospongiöse Fremdspäne können direkt verschraubt oder eingepasst werden und sind so teilweise in der Lage, mechanische Belastungen mit zu übernehmen. Allogener Knochen sollte nur in ein gut durchblutetes Transplantatlager implantiert werden. Beim Aufbau knöcherner Defekte in mangeldurchbluteten bzw. sogar infizierten Gebieten sollte auf die Verwendung von Fremdknochen verzichtet werden. Es besteht dann nämlich die Gefahr, dass das Material keinen vaskulären Anschluss findet und als totes Transplantat im Gewebe liegen bleibt, bzw. als Fremdkörper abgestoßen wird und schlimmstenfalls eine lokale Entzündung exazerbieren lässt.
Allogener Knochen wirkt vor allem über seinen osteokonduktiven Effekt, das heißt, er dient einsprossenden Gefäßen bzw. dem reparierenden osteogenetischen Gewebe als Leitschiene. Außerdem können die beim Umbau des eingebrachten allogenen Materials aus der knöchernen Matrix freiwerdenden Wachstumsfaktoren lokal osteoinduktiv wirken, d. h. sie fördern am Transplantationsort die Knochenregeneration bzw. -neubildung. Ab einer bestimmten individualspezifischen Größe ist eine vollständige Umwandlung in körpereigenen Knochen nicht mehr zu erwarten. Sie ist von der biologischen Qualität des Transplantatlagers, der mechanischen Ruhe am Transplantationsort, der immunologischen Kompatibilität etc. abhängig. Histologisch lässt sich nur in einer Kontaktzone von wenigen Zentimetern Länge der Umbauprozess nachweisen. Daher ist eine belastungsstabile Osteosynthese zwischen dem Empfängerknochen und dem Transplantat notwendig. Da der allogene Knochen nicht vollständig in körpereigenen Knochen umgebaut wird, ist eine Metallentfernung in dieser Situation nicht indiziert.

Ersatzmaterialien

Knochenersatzmaterialien sollten Knochen vorübergehend ersetzen können und im Idealfall dem Original-Knochen bzw. Knochentransplantat in Bezug auf biologische Wertigkeit und Knochenheilung möglichst nahe kommen.
Resorbierbare und nichtresorbierbare Ersatzstoffe
Bei der großen Anzahl unterschiedlichster Knochenersatzmaterialien kann folgende Klassifikation vorgenommen werden. Sie ist an der Zusammensetzung des natürlichen Knochens orientiert:
  • Inerte Material- und Strukturkomponente: Matriximplantate,

  • Pool an GDF (growth and differentiation factors): GDF-Implantate,

  • Zelluläre Komponente: Vitalimplantate.

Matriximplantate
Als Vertreter der teil- und vollsynthetischen matrixanalogen Materialien sind Keramiken wie Endobon, Pyrost, Ceros 82, Cerasorb als rein mineralische Implantate oder auch Collagraft als Kollagen-Mineral-Komposit zu nennen. Auch kalziumphosphatbasierter Knochenzement und Biogläser sind hier anzuführen.
Biogläser bestehen überwiegend aus SiO2-Verbindungen. Sie sind meist bioaktiv, werden jedoch nicht resorbiert. Tutoplast u. a. stellen Knochenderivate dar, die durch verschiedene chemische Behandlungsschritte aus natürlichem Knochen erhalten werden. Diese Materialien können nach Transplantation jedoch keine zellgebundene oder faktorvermittelte Aktivität entfalten, sondern fungieren als biologisch passive Implantate als Volumenfüller. Sie zeigen z. T. sehr gute biomechanische und osteokonduktive Eigenschaften, verfügen aber über keine osteogene oder osteoinduktive Aktivität. Ihre sinnvolle Anwendung setzt daher ein vitales Lager voraus. Einen weiteren Nachteil stellt insbesondere bei HA-Keramiken die geringe Biodegradierbarkeit dar (schlechte Resorbierbarkeit). Lediglich HA-Partikel bis zu einer Größe von 50 m werden phagozytiert. Die wesentlich schneller abbaubaren -TCP-Keramiken (gute Resorbierbarkeit) erweisen sich hierbei vorteilhafter, jedoch nimmt die Belastbarkeit ab, und die durch den raschen Abbau freigesetzten Kristallkörner verlegen Blut- und Lymphgefäße. Generell besteht eine ausgezeichnete Gewebeverträglichkeit der Keramiken sowie eine gute Osteoaffinität, die bis zum direkten knöchernen Verbund mit dem umgebenden Knochen reicht. Eine hohe Porosität zieht aber wiederum eine geringe mechanische Stabilität nach sich.
Bei kalziumphosphatbasierten Knochenzementen verhindert das plombenartige Verschließen des Defekts das Einwachsen von Granulationsgewebe. Die Knochenregeneration und gleichzeitig auch der Zementabbau sollen hierbei durch die Integration des Zements in das physiologische Remodeling des Knochens stattfinden.
Wenn es gelingt, bei Kunststoffen (wie z. B. Vliese mit 98 Porosität) zusätzlich zu den strukturellen und biomechanischen Vorteilen auch eine ausreichende Biokompatibilität und Biodegradierbarkeit zu erlangen, werden sie zukünftig zunehmend an Bedeutung gewinnen.
GDF-Implantate
Bei diesen Kompositionsimplantaten aus einem Ma-triximplantat und aufgebrachten bzw. natürlicherweise darin enthaltenen GDF (growth and differentiation factors) dient der Implantatgrundkörper als Carrier für die Wirkstoffe mit definierter biologischer Aktivität. Hier sind wichtige Eigenschaften für die Adsorption von Faktoren und ihre kontrollierte Freisetzung nach Implantation neben den bereits erwähnten Anforderungen an das Matriximplantat erforderlich. Klinisch werden derzeit nur GDF-Implantate natürlichen Ursprungs benutzt (Grafton u. a.). Synthetische rekombinante Biofaktoren sind in Deutschland bisher nicht zugelassen. Verschiedene osteoinduktive BMP-Kompositmaterialien haben sich in der präklinischen Prüfung bewährt, befinden sich aber derzeit in der klinischen Prüfung. Auch andere Faktoren wie TGF-2 und IGF-1 sowie andere Faktor-Carrier wie Keramiken, metallische Implantate, Kalziumphosphatzemente, Kunststoffe oder natürliche Polymere wie Kollagene oder Hyaluronsäure konnten präklinisch erfolgreich verwendet werden. Ein bisher ungelöstes Problem ist die Entwicklung eines geeigneten Matriximplantats der GDF-Implantate, welches die gleiche Biokompatibilität und Bioverfügbarkeit gewährleistet wie im natürlichen Knochen. Viele Matriximplantate neigen zu einer vorschnellen und schlagartigen Freisetzung der adsorbierten Faktoren mit unerwünschten Folgen.
Vitalimplantate
Sie stellen ein Komposit aus einem inerten Matriximplantat und verschiedenen lebenden Zellen dar, die auf verschiedene Weise aufgebracht sein können. Bei den Zellen handelt es sich aber immer um Zelltypen mit natürlichem oder künstlich hervorgerufenem osteogenem Potenzial. Gute Resultate zeigte das Aufbringen von rotem Knochenmark auf HA-Keramiken oder auch Kollagen. Es beruht auf der Anwesenheit von Osteoprogenitorzellen im Mark, jedoch ist ihre Anzahl patientenindividuell und altersabhängig und schränkt so das Verfahren ein.
Bei den modernen Methoden des Bio- oder Tissue-Engineering werden autologe Zielzellen (differenzierte Osteoblasten, Osteoprogenitorzellen, adulte stromale Stammzellen, Zellen des Muskelgewebes) nach Biopsie ex vivo gezüchtet, vermehrt und charakterisiert. Dadurch ist ein Vitalimplantat definierter reproduzierbarer Qualität bezüglich Anzahl, Art und zellulärem Differenzierungszustand herzustellen.
GDF- und Vitalimplantate werden zunehmend an Bedeutung gewinnen, da sie dem Verhalten von natürlichem Knochengewebe in seinen vielfältigen Eigenschaften näherkommen als die bisher dominierenden, biologisch inerten Matriximplantate, welche jedoch in der Behandlung von Knochendefekten in relativ ersatzstarkem Lager ihren Platz weiterhin behalten werden. Hingegen werden GDF- und Vitalimplantate bei Knochendefekten in einem ersatzschwachen Lager, wie z. B. bei schlechtem Allgemeinzustand, höherem Alter, bestehenden Vorerkrankungen (Diabetes) oder bei ausgedehnten Defekten von Bedeutung sein.
Biologische Potenz
Die biologische Potenz eines Knochentransplantates wird anhand von verschiedenen Kriterien beurteilt ( Tab. 4.1). Der höchste therapeutische Wert kommt den autogenen Knochentransplantaten zu. Innerhalb des autogenen Knochens weisen die Spongiosatransplantate aufgrund ihrer Struktur die größte osteogene Potenz auf und finden die häufigste Anwendung. Das gefäßgestielte Transplantat weist die größte biologische Potenz auf, jedoch ist es aufgrund des besonderen operativen Aufwands und der Schwierigkeit des Verfahrens klinisch von geringer Bedeutung.
Gesicherte Einsatzgebiete
Indikationen für Knochenersatzmaterialien sind:
  • Das Auffüllen ossärer Defekte durch Frakturen, Tumoren, Zysten etc.,

  • Fusionen im Bereich der Wirbelsäule,

  • Arthrodesen,

  • Fraktur-Prävention bei Osteoporotikern durch Einbringen stabiler Transplantate in gefährdete Bereiche (z. B. Schenkelhals).

Um die Knochenheilung in Bezug auf Menge und Qualität des neu gebildeten Knochens und die Zeiteinheit, in der die knöcherne Reparation stattfindet, positiv zu beeinflussen, muss ein Knochenersatzmaterial eine osteoinduktive, osteokonduktive und eine osteostimulierende Wirkung besitzen. Außerdem sollte es weder lokale noch systemisch toxische Effekte, keine Kanzerogenität, jedoch Histokompatibilität, Bioaktivität, Belastungsstabilität, Resorbierbarkeit, Sterilisierbarkeit und Formbarkeit aufweisen. Ein Werkstoff, der alle diese Eigenschaften besitzt, ist bisher noch nicht gefunden worden. Bei den bisher bekannten Werkstoffen stehen sich Stabilität und Osteokonduktivität/Resorbierbarkeit scheinbar unversöhnlich gegenüber:
  • Aluminiumoxid-Keramiken sind belastungsstabil, aber bioinert;

  • Hydroxylapatit-Keramiken sind zwar osteokonduktiv, versagen jedoch schnell bei Torsions- und Scherkräften und sind nur als Granulat resorbierbar;

  • Resorbierbare Keramiken, wie z. B. Trikalziumphosphat, zeigen noch schlechtere mechanische Kennwerte.

Die Idee des Komposits beinhaltet, dass osteokonduktive Materialien zusätzlich eine osteoinduktive Komponente erhalten. Durch die Zugabe einer induktiv oder stimulierend wirkenden Komponente zu einer stabilen Grundsubstanz erreicht man primär belastungsstabile Verhältnisse, so dass das Transplantat von körpereigenem Knochen durchbaut oder sogar ersetzt wird.
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