Z Orthop Unfall 2008; 146(1): 59-63
DOI: 10.1055/s-2007-989436
Knochendefekt

© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Therapieeffekte von Testosteron auf die Heilung von Knochendefekten

Therapy Effects of Testosterone on the Recovery of Bone DefectsU. Maus1 , S. Andereya1 , H. Schmidt2 , G. Zombory3 , S. Gravius4 , J. A. K. Ohnsorge1 , C. Niedhart1
  • 1Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Schwerpunkt Orthopädie, RWTH Aachen
  • 2Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Schwerpunkt Unfallchirurgie, RWTH Aachen
  • 3Orthopädie, St. Elisabeth-Krankenhaus, Geilenkirchen
  • 4Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
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Publication History

Publication Date:
18 February 2008 (online)

Zusammenfassung

Studienziel: Androgene wirken proliferativ auf Osteoblasten und beschleunigen die Frakturheilung durch systemische und lokale Stimulation des Knochenwachstums. Ziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung, ob die systemische Stimulation der Knochendefektheilung durch Androgene zu einer beschleunigten Defektheilung führt. Methode: 30 Sprague-Dawley-Ratten wurden Trepanationsdefekte mit einem Durchmesser von 1,5 mm in der Femurdiaphyse gesetzt. 10 Tiere wurden als Kontrollgruppe nicht behandelt und je 10 Tiere erhielten 2 Tage vor der Operation entweder 1 oder 10 mg Dihydrotestosteron intramuskulär injiziert. Nach 14 Tagen wurden die Präparate entnommen und makroskopisch, histologisch und histomorphometrisch untersucht. Ergebnisse: Alle Tiere wurden in die Untersuchung aufgenommen und konnten ausgewertet werden. Klinisch zeigten sich keine Komplikationen. Die makroskopische und histologische Untersuchung zeigte keine signifikanten Unterschiede. Alle Defekte waren mit trabekulärem Knochen in direktem Kontakt zum umgebenden Knochen gefüllt. Histomorphometrisch ergab sich ein signifikant geringerer Knochenanteil an der Defektfläche in der Kontrollgruppe als in den beiden Therapiegruppen, die beiden Therapiegruppen unterschieden sich nicht signifikant voneinander. Schlussfolgerung: Die Stimulation der Knochendefektheilung mit Dihydrotestosteron führt zu einem signifikant höheren Knochenanteil im Knochendefekt. In der klinischen Anwendung können Androgene eine Möglichkeit darstellen, gerade bei älteren Patienten die Knochenheilung zu verbessern. Außerdem können sie die Rehabilitation der Patienten durch die Effekte von DHT auf die Muskulatur beschleunigen.

Abstract

Aim: Androgens have proliferative effects on osteoblasts and increase fracture healing by systemic and local stimulation of bone formation. The aim of the present study was to evaluate if the systemic stimulation by androgens leads to increased bone-defect healing. Methods: 1.5-mm trepanation defects were created in the femoral diaphysis of 30 Sprague-Dawley rats. 10 animals were used as untreated controls and 10 animals per group were treated by intramuscular injection of 1 or 10 mg dihydrotestosterone two days prior to surgery. After 14 days the samples were explanted and examined by macroscopy, histology and histomorphometry. Results: All animals were included into the study and were analysed. Clinical observation showed no complications. Macroscopic examination and histology showed no significant differences. All defects were filled with trabecular bone in direct contact to the surrounding bone. Histomorphometry showed a significantly decreased bone content in the controls in comparison to both therapy groups, while the therapy groups showed no significant differences between each other. Conclusion: The stimulation of healing of bone defects with androgens leads to a significantly higher bone content inside the defects. In clinical application, androgens may be a possibility to increase bone formation, especially in elderly patients. Furthermore, it may be possible to shorten postoperative rehabilitation because of the effects of androgens on muscles.

Literatur

  • 1 Strates B S, Stock A J, Connolly J F. Skeletal repair in the aged: a preliminary study in rabbits.  Am J Med Sci. 1988;  296 266-269
  • 2 Quarto R, Thomas D, Liang C T. Bone progenitor cell deficits and the age-associated decline in bone repair capacity.  Calc Tissue Int. 1995;  56 123-129
  • 3 Niedhart C, Pingsmann A, Jürgens C, Marr A, Blatt R, Niethard F U. Komplikationen nach Entnahme autologen Knochens aus dem ventralen und dorsalen Beckenkamm - eine prospektive, kontrollierte Studie.  Z Orthop. 2003;  141 481-486
  • 4 Younger E M, Chapman M W. Morbidity at bone graft donor sites.  J Orthop Trauma. 1989;  3 192-195
  • 5 Deijkers R L, Bloem R M, Petit P L, Brand R, Vehmeyer S B, Veen M R. Contamination of bone allografts: analysis of incidence and predisposing factors.  J Bone Joint Surg [Br]. 1997;  79 161-166
  • 6 Tomford W W, Starkweather R J, Goldman M H. A study of the clinical incidence of infection in the use of banked allograft bone.  J Bone Joint Surg [Am]. 1981;  63 244-248
  • 7 Lu J, Descamps M, Dejou J, Koubi G, Hardouin P, Lemaitre J, Proust J P. The biodegradation mechanism of calcium phosphate biomaterials in bone.  J Biomed Mater Res. 2002;  63 408-412
  • 8 Wang J S, Aspenberg P. Basic fibroblast growth factor promotes bone ingrowth in porous hydroxyapatite.  Clin Orthop Relat Res. 1996;  333 252-260
  • 9 Hollinger J O, Leong K. Poly (-hydroxy acids): carriers for bone morphogenetic proteins.  Biomaterials. 1996;  17 187-194
  • 10 Koempel J A, Patt B S, O'Grady K, Wozney J, Toriumi D M. The effect of recombinant human bone morphogenetic protein-2 on the integration of porous hydroxyapatite implants with bone.  J Biomed Mater Res. 1998;  41 359-363
  • 11 Salkeld S L, Patron L P, Barrack R L, Cook S D. The effect of osteogenic protein-1 on the healing of segmental bone defects treated with autograft or allograft bone.  J Bone Joint Surg [Am]. 2001;  83 803-816
  • 12 Kasperk C H, Wergedal J E, Farley J R, Linkhart T A, Turner R T, Baylink D. Androgens directly stimulate proliferation on bone cells in vitro.  Endocrinology. 1989;  124 1576-1579
  • 13 Weisman Y, Cassorla F, Malozowski S, Krieg R J, Goldray D, Kaye A M, Sömjen D. Sex-specific response of bone cells to gonadal steroids: modulation in perinatally androgenized females and in testicular feminized rats.  Steroids. 1993;  58 126-133
  • 14 Vanderschueren D, Van Herck E, Suiker A M, Visser W J, Schot L P, Bouillon R. Bone and mineral metabolism in aged male rats: short and long term effects of androgen deficiency.  Endocrinology. 1992;  135 2906-2916
  • 15 Vanderschueren D, Van Herck E, Suiker A MH, Visser W J, Geussens P, Schot L PC, Bouillon R, Rush E B, Einhorn T A. Bone and mineral metabolism in the androgen resistant (testicular feminized) male rat.  J Bone Miner Res. 1993;  8 799-807
  • 16 Niedhart C, Koch S, Maus U, Redmann E, Siebert C, Niedhart F U. A composite of injectable tricalcium phosphate and modified rhBMP‐2 is superior to autologous bone graft in rats.  J Biomed Mater Res. 2003;  65A 17-23
  • 17 Niedhart C, Maus U, Redmann E, Siebert C H, Niethard F U. In vivo testing of a new in situ setting β-tricalcium phosphate cement for osseous reconstruction.  J Biomed Mater Res. 2001;  55 530-537
  • 18 Feighan J E, Davy D, Prewet A B, Stevenson S. Induction of bone by a demineralized bone matrix gel: a study in a rat femoral defect model.  J Orthop Res. 1995;  13 881-891
  • 19 Hass H J, Krause H, Kroker S, Wagemann W, Meyer F. Bone formation using human demineralised bone matrix (Grafton) for the treatment of bone cysts in children.  Eur J Pediatr Surg. 2007;  17 45-49
  • 20 An H S, Simpson J M, Glover J M, Stephany J. Comparison between allograft plus demineralized bone matrix versus autograft in anterior cervical fusion. A prospective multicenter study.  Spine. 1995;  20 2211-2216
  • 21 Martin Jr G J, Boden S D, Titus L, Scarborough N L. New formulations of demineralized bone matrix as a more effective graft alternative in experimental posterolateral lumbar spine arthrodesis.  Spine. 1999;  24 637-645
  • 22 Cammisa Jr F P, Lowery G, Garfin S R, Geisler F H, Klara P M, McGuire R A, Sassard W R, Stubs H, Block J E. Two-year fusion rate equivalency between Grafton DBM gel and autograft in posterolateral spine fusion: a prospective controlled trial employing a side-by-side comparison in the same patient.  Spine. 2004;  29 660-666
  • 23 Maus U, Andereya S, Gravius S, Ohnsorge J AK, Siebert C H, Niedhart C. BMP‐2 incorporated in a tricalcium phosphate bone substitute enhances bone remodelling in sheep.  J Biomat Appl. 2008; 
  • 24 Kasperk C H, Fitzsimmons R, Strong D, Wergedal J, Mohan S, Jennings J, Baylink D J. Studies on the mechanisms whereby androgens enhance mitogenesis and differentiation in bone cells.  J Clin Endocrinol Metab. 1990;  71 1322-1329
  • 25 Gruber H E, Ivey J L, Thompson E R, Chesnut C H, Baylink D J. Osteoblast and osteoclast cell number and cell activity in postmenopausal osteoporosis.  Mineral Electrolyte Metab. 1986;  12 246-254
  • 26 Frankle M, Borrelli J. The effects of testosterone propionate and methenolone enanthate on the healing of humeral osteotomies in the Wistar rat.  J Invest Surg. 1990;  3 93-113
  • 27 Tarsoly E, Janossy J, Kosztura L. Effect of testosterone on fracture healing in hypophysectomised rats.  Acta Histochem. 1979;  65 25-33
  • 28 Lu T W, O'Connor J J, Taylor S JG, Walker P S. Influence of muscle activity of the forces of the femur: comparison between in vivo measurements and calculation.  Trans Orthop Res Soc. 1997;  22 721
  • 29 Burr D B. Muscle strength, bone mass and age-related bone loss.  J Bone Miner Res. 1997;  12 1547-1551
  • 30 El Haj A J, Minter S L, Rawlinson S CF, Suswillo R, Lanyon L E. Cellular responses to mechanical loading in vitro.  J Bone Miner Res. 1990;  5 923-932
  • 31 Chow J WM, Fox S W, Lean J M, Chambers T J. Role of nitric oxide and prostaglandins in mechanically induced bone formation.  J Bone Miner Res. 1998;  13 1039-1044
  • 32 Fujimura R, Ashizawa N, Watanabe M, Mukai N, Amagai H, Fukubayashi T, Hayashi K, Tokuyama K, Suzuki M. Effect of resistance exercise training on bone formation and resorption in young male subjects assessed by biomarker of bone metabolism.  J Bone Miner Res. 1997;  12 656-662
  • 33 Wang C, Eyre D E, Clark R, Kleinberg D, Neman C, Iranmanesh A, Veldhuis J, Dudley R E, Berman N, Davidson T, Barstow T J, Sinow R, Alexander G, Swerdloff R S. Sublingual testosterone replacement improves muscle mass and strength, decreases bone resorption, and increases bone formation markers in hypogonadal men - a clinical research center study.  J Clin Endocrinol Metab. 1996;  81 3654-3662
  • 34 Baran D T, Bergfeld M A, Teitelbaum S L, Avioli L V. Effect of testosterone therapy on bone formation in an osteoporotic hypogonadal male.  Calcif Tiss Res. 1978;  26 103-106
  • 35 Raisz L G, Wiita B, Artis A, Bowen A, Schwartz S, Trahiotis M, Shoukri K, Smith J. Comparison of the effects of estrogen alone and estrogen plus androgen on biomechanical markers of bone formation and resorption in postmenopausal women.  J Clin Endocrinol Metab. 1996;  81 37-43
  • 36 Abraham D, Carpenter P C. Issues concerning androgen replacement therapy in postmenopausal women.  Mayo Clin Proc. 1997;  72 1051-1055

Dr. Uwe Maus

Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Schwerpunkt Orthopädie
RWTH Aachen

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