Das Ziel dieser Studie war die Evaluierung zweier radiologischer Methoden zur Belastbarkeitsvorhersage des Regenerates bei einem Verfahren zur Kallusdistration. Im Rahmen einer tierexperimentellen Großtierstudie (Tiermodell Yucatan-Schweine) wurden die DLR und die DFR als Röntgenverfahren zur Dokumentation des zeitlichen Verlaufs der Regeneratkonsolidierung verwendet. Nach Tötung der Tiere erfolgte der Vergleich zwischen den radiologischen Daten und den biomechanisch gemessenen Werten der untersuchten Tibiae (Festigkeit, Steifigkeit). Das Knochengewicht wurde mittels einer Eichkurve in Aluminiumäquivalent EAT umgerechnet. Anhand der EAT-Werte der einzelnen Versuchstage konnte ein Zuwachs an Knochenfestigkeit festgestellt werden. Die Festigkeit des Knochenregenerates wurde nach der Tötung der Tiere biomechanisch bestimmt und daraufhin mit den EAT-Werten des letzten Versuchtages korreliert. Die digitalisierte Filmradiographie zeigte eine Korrelation des EAT-Wertes am letzten Versuchstag mit der torsionalen Steifigkeitsmessung von r=0,71 und mit dem maximalen Drehmoment von r=0,69. Die DLR konnte demgegenüber eine Korrelation des EAT-Wertes der Distraktionszone mit der torsionalen Steifigkeit von r=0,89 ebenso wie mit dem maximalen Drehmoment von r=0,8 nachweisen. Demzufolge ist eine zuverlässige Verlaufsbeurteilung des Knochenregenerates mit der hier eingeführten Dichtemessung möglich. Beide Verfahren sind geeignet, quantitative Aussagen über die Belastbarkeit des Kallusgewebes bei der Distraktionsosteogenese im Tiermodell zu machen. Die Meßungenauigkeit der Methode war vernachlässigbar, die Meßergebnisse waren unabhängig vom Untersucher. Trotz der hohen Genauigkeit dieser Methode im Tiermodell kann noch keine Aussage über die Anwendung der Verfahrens beim Menschen gemacht werden. Daher werden weitere Studien notwendig sein, um hierüber Klarheit zu schaffen. / The aim of the study was an evaluation of two radiologic methods to predict the strength of bone regeneration in distraction osteogenesis. In this animal study the digitized radiography and the digital luminescence radiography were used for the documentation of bone regeneration. After the death of the animals a comparision between radiologic data and biomechanical data of the tibia was performed. The bone mass was determined by a calibration curve in equivalent aluminium thickness (EAT). On the basis of the EAT data of each examination day an increase of the bone strength could be determined. The bone strength was assessed after the sacrification by biomechanical testing and correlated with the radiologic data of the last examination day. The digitized radiography showed a correlation with the torsional stiffness of r=0,71 and with the maximal torsional moment of r=0,69. The digital luminescence radiography showed a correlation with the torsional stiffness of r=0,89 and with the maximal torsional moment of r=0,8. Therefore a reliable bone mass measurement is available by this method. Both radiographic procedures are suitable to predict the strength of bone regeneration in distraction osteogenesis in this experimental animal study. The inaccuracy of the method was negligible and independent to the investigator. But for all that high accuracy of the method a statement concerning the applicability of this method in humans in not possible. Therefore further investigation are neccessary.

Die Auswirkung der systemischen Applikation von 100µg/kg/KG rekombinantem speziesspezifischem Wachstumshormon (GH) über 26 Tage auf den Knochenumbau des Yucatan-Minischweins wurde an Wirbelkörpern, Beckenkämmen und Rippen histomorphometrisch untersucht. Der Einfluss der Distraktionsosteogenese auf die Mineralappositionsrate wurde ermittelt. 24 Tiere wurden an der linken Tibia osteotomiert, ein Fixateur externe wurde zur Distraktionsosteogenese von 2mm/d angelegt. 12 Tiere erhielten Wachstumshormon, 12 Placebo. Eine polychrome Fluoreszenzmarkierung wurde i.v. appliziert. Post mortem wurden Schnitte und Dünnschliffe der genannten Knochen angefertigt. Mittels Bildanalysesystem erfolgte die histomorphometrische Auswertung anhand der Parameter Knochendichte, Porosität, Trabekeldicke, Trabekelumbauparameter und Mineralappositionsrate (MAR). Signifikante Veränderungen durch Wachstumshormongabe konnten gezeigt werden. Unterschiede zwischen den Lokalisationen traten auf. So war die Knochendichte der GH-Tiere an Wirbelkörpern und Rippen signifikant geringer als in der Placebogruppe, kein signifikanter Unterschied zeigte sich am Beckenkamm. An allen 3 Lokalisationen war in der Wachstumshormongruppe eine signifikant erhöhte kortikale Porosität zu finden. Nur am Wirbelkörper waren die trabekuläre Knochendichte und die Trabekeldicke bei den GH-Tieren signifikant geringer als bei den Kontrolltieren. Die Knochenresorption war in der GH-Gruppe am Beckenkamm signifikant erhöht. Die Formation war bei den GH-Tieren sowohl iliakal als auch vertebral signifikant erhöht. Insgesamt ergab sich damit ein signifikant verminderter Anteil an ruhender Oberfläche bei den GH-Tieren. In ihrer Ausprägung waren diese Parameter zwischen Wirbel und Beckenkamm signifikant verschieden. Die MAR war in der GH-Gruppe signifikant höher als in der Placebogruppe, außerdem war sie während der Distraktionsphase signifikant höher als während der Konsolidierungsphase. Vergleicht man die Parameter mit Angaben aus der Literatur, kann bestätigt werden, dass die hier verwendeten Messmethoden geeignet sind, und dass das Yucatan-Minischwein ein geeignetes Modell zur Klärung von Fragestellungen der Knochenbiologie auch im Hinblick auf den Vergleich zum Menschen darstellt. / The effect of systemic application of 100 µg/kg recombinant species specific growth hormone (GH) on the bone remodelling of 24 Yucatan mini pigs for a duration of 26 days was evaluated on vertebral body, iliac crest, and rib. The influence of distraction osteogenesis on the mineral apposition rate (MAR) was examined. 24 animals were osteotomized at the left tibia and treated with an external fixator for distraction osteogenesis of 2 mm/d. 12 of them received GH, the others placebo. A sequential polychrome fluorescent labelling was applied. After sacrifice thin and ground sections were manufactured. Using an image analysis system, a histomorphometrical evaluation was performed by means of bone density, porosity, trabecular thickness, trabecular remodelling parameters, and mineral apposition rate (MAR). Significant changes after GH application were visible. Differences between the locations were found. The bone density of vertebrae and ribs of the treatment group was significantly lower than that of the placebo group, whereas no difference was seen in the iliac crest biopsies. All 3 locations showed a significantly higher cortical porosity in the GH group. The trabecular bone density and the trabecular thickness were significantly decreased only in the vertebral bodies of the treatment group. The bone resorption was significantly elevated in the iliac crests of the GH group. The bone formation was increased in the iliac crest as well as in the vertebrae of the GH treated animals. Therefore, the resting surface was significantly decreased in the GH group. The extent of these effects was significantly different between iliac crest and vertebral body. The MAR was significantly higher in the GH group and during distraction osteogenesis. Compared to results of other study groups these parameters validate the methods of measurement and show that the Yucatan mini pig is a suitable model for research concerning bone biology, especially concerning the comparison with human parameters.

An Yucatan Micropig(R) wurde überprüft, ob die systemische Applikation von Wachstumshormon (GH) in der Lage ist, die Regeneratkonsolidierung bei der Distraktionsosteogenese signifikant zu beschleunigen. Es erfolgte die Entwicklung eines speziellen externen Fixateurs (Halbringf.) mit welchem biomechanische in-vivo Messungen durchgeführte werden konnten. Ebenso wurden serologische, sonographische, röntgenologische, computertomographische, histomorphometrische und post mortem biomechanische Untersuchungen entwickelt und durchgeführt. Die Applikation von rekombinantem spezies-spezifischen Wachstumshormon bei der Distraktionsosteogenese zeigte bei dem von uns gewählten Tiermodell eine signifikante Beschleunigung der Regeneratkonsolidierung. Die biomechanischen Messungen ergaben eine mehr als verdoppelte Steifigkeit und Festigkeit der distrahierten Tibiae nach nur 10 Tagen Konsolidierungszeit im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die CT erbrachte für die mit GH behandelten Tiere einen signifikant erhöhten Mineralisierungsgrad im Regenerat, zum gleichen Ergebnis kam die digitale Lumineszenzradiographie und die sonographische Vermessung des Regeneratdurchbaus. Somit zeigten alle Meßmethoden eine deutliche Beschleunigung der Regeneratkonsolidierung durch systemisch appliziertes GH. In den serologischen Untersuchungen fand sich eine signifikante Korrelation zwischen dem Serumspiegel der b-ALP und dem des IGF-I. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Wirkung des Wachstumshormons auf das Regenerat durch seinen Mediator IGF-I bedingt ist. / To investigate the effect of systemic growth hormone (GH) application experiments were performed in a micropig animal model. Systemic daily s.c. injection of species-specific recombinant GH was investigated in Yucatan micropigs to evaluate the effect on intramembranous bone formation in distraction osteogenesis. Quantitative computed tomography (qCT), quantitative ultrasound, digital luminescence radiography, biomechanical in-vivo and post mortem testing, serological investigations as well as histomorphometric analyses were performed to investigate differences in regenerate formation. Systemic GH administration significantly increased in the present animal model the torsional stability of the regenerate in-vivo as well as post mortem in comparison to the contralateral side. Also all additional methods showed an accelerated regenerate consolidation in case of GH application. Systemic Insulin-like growth factor -I levels correlated well with the bone specific alkaline phosphatase levels. This may indicate, that the effect of GH on the distraction osteogenesis is IGF-I mediated.