Laborchemische Kontrolle der Kallusreifung – eine tierexperimentelle Studie

J. Schmidt; H. Winker; I. Schmidt; A. Ekkernkamp; H. Merk

doi:10.1055/s-2008-1038766

Zeitschrift für Orthopädie und Unfallchirurgie, Table of Contents

Z Orthop Unfall 2008; 146(4): 490-497
DOI: 10.1055/s-2008-1038766

Kallusreifung

Laborchemische Kontrolle der Kallusreifung – eine tierexperimentelle Studie

Biochemical Control of Callus Maturation – An Experimental Animal StudyJ. Schmidt¹ , H. Winker² , I. Schmidt³ , A. Ekkernkamp⁴ , H. Merk⁵

¹Unfallchirurgie, HELIOS Klinikum Berlin-Buch
²Abteilung für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, HELIOS Klinikum Erfurt
³Unfallforschung, HELIOS Klinikum Berlin-Buch
⁴Unfallchirurgie, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
⁵Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Universitätsklinikum Greifswald

Abstract

Zusammenfassung

Studienziel: Nachweis der Möglichkeit, dass die Kallusreifung laborchemisch kontrolliert werden kann. Methode: In einem Tierversuch am Schaf wurden in 2 Gruppen Knochendefekte von 5 cm herbeigeführt, in der Gruppe A mit begleitendem Weichteilschaden und in der Gruppe B ohne. Während der Kallusdistraktion und Reifung wurden Osteocalcin, AlP, NTx, Calcium und Phosphat regelmäßig bestimmt. Zu festgesetzten Zeitpunkten wurden Tiere der jeweiligen Gruppen euthanasiert und der Kallus histologisch aufgearbeitet. Ergebnisse: Gesamt-AlP und NTx zeigen im Verlauf der Distraktion und Reifung des Kallus zunächst einen Abfall der Werte, um dann zu einem Zeitpunkt Docking + 1 Transportzeit signifikant anzusteigen. Zum gleichen Zeitpunkt zeigen die histologischen Auswertungen eine eindeutige Zunahme der Knochenstabilität, die annähernd die Struktur eines gesunden Vergleichsknochens erreicht. Schussfolgerung: Mit der Kombination der bereits im klinischen Alltag bestimmten Werte AlP und NTx ist im Tierversuch das Monitoring der Kallusreifung möglich.

Abstract

Aim of the Study: The purpose of this study was to verify the possibility of monitoring the callus maturation biochemically. Method: In an experimental study on sheep, animals with bone fractures with a length 5 cm each were divided into group A (with concomitant damage of the soft tissue) and group B (without soft tissue damage). During callus traction and maturation, biochemical parameters (osteocalcin, AlP, NTx, calcium, phosphate) were measured. Animals of each group (A + B) were euthanised at fixed points in time (according to protocol) and the callus was prepared histologically. Results: Total AlP and NTx values were initially reduced during the callus traction and maturation, but increased significantly at the time of Docking + 1 transportation time. At the same time, the histological evaluation showed a definite increase of the bone stabilisation, which approximately resembles the structure of a healthy bone as reference. Conclusion: With the combination of the AlP and NTx values already determined in the daily clinical routine the monitoring of callus maturation in animal studies becomes possible.

Schlüsselwörter

Kallusdistraktion - Laborkontrollen - Histologie - Monitoring

Key words

callus distraction - biochemistry tests - histology monitoring - animal test - bone maturation - segment transport

Full Text

References

Literatur

1 Allgöwer M. Osteosynthese und primäre Knochenheilung. Arch Klin Chir. 1964; 308 423-425
2 Apone S, Lee M Y, Eyre D R. Osteoclasts generate cross-linked collagen N-telopeptides (NTx) but not free pyridinolines when cultured on human bone. Bone. 1997; 21 129-136
3 Bowles S A, Kurdy N, Davis A M, France M W, Marsh D R. Serum osteocalcin, total and bone specific alkaline phosphatase following isolated tibial shaft fracture. Ann Clin Biochem. 1996; 33 196-200
4 Calvo M S, Eyre D R, Gundberg C M. Molecular basis and clinical application of biological markers of bone turnover. Endocr Rev. 1996; 17 333-368
5 Crofton P M. Biochemistry of alkaline phosphatase isoenzymes. CRC Crit Rev Clin Lab Sci. 1982; 16 161-194
6 de Bernard B, Gherardini M, Lunazzi G C, Modricky C, Moro L, Panfili E. Alkaline phosphatase of matrix vesicles from preosseous cartilage is a Ca²⁺ binding glycoprotein. The chemistry and biology of mineralized tissues. Birmingham, Alabama; EBSCO Media Inc. 1985: 142-145
7 Delesse M A. Procédé mécanique pour déterminer la composition des roches. 3^ieme ed. Paris; F. Savy 1866
8 Eyre D R. The specifity of collagen cross-links as markers of bone and connective tissue degradation. Acta Orthop Scand. 1995; 66 (Suppl. 266) 166-170
9 Fink B, Feldkamp J, Fox F. Der Verlauf von Osteocalcin und knochenspezifischer alkalischer Phosphatase bei der Kallusdistraktion. Z Orthop. 1997; 135 A55
10 Forst H M. Dynamics of bone remodeling. Boston; Little, Brown 1964
11 Fujimoto D, Morigachi T, Ishida T, Hayashi H. The structure of pyridinoline, a collagen crosslink. Biochem Biophys Res Comm. 1978; 84 52-57
12 Garnero P, Delmas P D. Measurement of biochemical markers: methods and limitations. Bilezikian JP, Raisz LG, Rodan GA, eds. Principles of bone biology. Chapter 93. San Diego; Academic Press 1996
13 Glowacki J, Lian J B. Impaired recruitment of osteoclast progenitors by osteocalcin-deficient bone implants. Cell Differ. 1987; 21 247-254
14 Klapp F. Precursors of the Ilizarow technique. Injury. 1999; 20 25-28
15 Kress B C. Bone alkaline phosphatase in normal and disease process. Schmidt-Gayk H, Blind E, Roth H-J, eds. Calcium regulating hormones and markers of bone metabolism: measurement and interpretation. Heidelberg; Clin Lab Publications 1997: 171-181
16 Kuwana T, Sugita O, Yakata M. Sugar chain heterogeneity of bone and liver alkaline phosphatase in serum. Enzyme. 1991; 45 63-66
17 Leung K S, Fung K P, Liu P P, Lee K M. Bone specific alkaline phosphatase activities in plasma and callus during callotaxis in rabbits. Life Sci. 1995; 57 637-643
18 Mechanic G L, Banes A J, Hemni M, Yamauchi M. Possible collagen structural control of mineralization. The chemistry and biology of mineralized tissues. Birmingham; Alabama: EBSCO Media 1985: 98-102
19 Mende L M, Hug N L, MatthewsHR, Chapman G E. Primary structure of osteocalcin from ovine bone. Int J Pept Protein Res. 1984; 24 297-302
20 Merz W A. Die Streckenmessung an gerichteten Strukturen im Mikroskop und ihre Anwendung zur Bestimmung von Oberflächen-Volumen-Relationen im Knochengewebe. Mikroskopie. 1967; 22 132-142
21 Meyer R A, Meyer M H, Tenholder M. Gene expression in older rats with delayed union of femural fractures. J Bone Joint Surg [Am]. 2003; 85 1243-1254
22 Miller E J. Recent informations on the chemistry of the collagens. The chemistry and biology of mineralized tissues. Birmingham, Alabama; EBSCO Media 1985: 80-92
23 Piltz S, Lob G. Komplikationen in der Unfallchirurgie. Unfallchirurg. 1998; 101 856-865
24 Schmidt J, Thiesen F, Grubert S, Menzel D, Winker K H. Ein neues Frakturmodell für ein kombiniertes Weichteil-Knochentrauma beim Versuchstier Schaf. Akt Traumatol. 2001; 31 245-249
25 Smith E S, Guttman L. Measurement of internal boundaries in tri-dimensional structures by random sectioning. J Metals. 1953; 5 81-87
26 Trampisch H J, Windeler J. Medizinische Statistik. 2. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York; Springer 2000
27 van Straalen J P, Sanders E, Prummel M F, Sanders G T. Bone-alkaline phosphatase as indicator for bone formation. Clin Chim Acta. 1991; 201 27-33
28 Windhagen H, Witte F, Hurschler C, Maciejewski O, Linnenberg D, Thorey F. Bone turnover during distraction osteogenesis in an experimental sheep model. Arch Orthop Trauma Surg. 2002; 122 279-282
29 Wu J J, Eyre D R. Fine powdering exposes the mineral-protected collagen of bone to protease digestion. Calcif Tissue Int. 1988; 42 243-247

Dr. Jörg Schmidt

Unfallchirurgie
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