Osteoporose ist eine Krankheit, die weltweit Millionen Menschen betrifft und in Anbetracht der überalternden Gesellschaft in Zukunft weiter an Relevanz gewinnen wird. Dass sich eine Ganzkörpervibration vorteilhaft auf Osteoporose auswirken kann, wurde schon in vorausgegangenen Studien belegt (Rubin et al. 2001b; Flieger et al. 1998; Oxlund et al. 2003; Sehmisch et al. 2009; Stuermer et al. 2010a; Stuermer et al. 2010b). Jedoch konnte bisher keine Klarheit über die optimale Anwendung (Dauer, Häufigkeit, Frequenz, Ausrichtung, Amplitude) gewonnen werden. Die bisherigen Versuche unterschieden sich lediglich in den verwendeten Frequenzen und der Therapiedauer.  Um die unterschiedlichen Einflüsse von vertikaler und horizontaler Vibration auf die osteoporotische Frakturheilung zu untersuchen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Tierversuch mit 90 weiblichen Ratten durchgeführt. 15 wurden scheinoperiert und 75 wurden ovarektomiert. Innerhalb einer Latenzzeit von 8 Wochen entwickelten die ovarektomierten Versuchstiere eine Osteoporose. Im Folgenden wurden alle Tiere an der Tibiametaphyse standardisiert osteotomiert und mittels Plattenosteosynthese versorgt. Es wurden sechs Versuchsgruppen gebildet: Vier Gruppen wurden einer horizontalen bzw. vertikalen Ganzkörpervibration mit 35 Hz oder 70 Hz ausgesetzt (35Hz vert, 70Hz vert, 35Hz horiz und 70Hz horiz). Die übrigen zwei Gruppen erhielten keine Ganzkörpervibration, wobei eine Gruppe aus nicht ovarektomierten (SHAM) und die andere Gruppe aus Tieren nach Ovarektomie bestand (OVX). Die Ganzkörpervibration wurde zweimal täglich über einen Zeitraum von vier Wochen mit einer Amplitude von 0,5 mm durchgeführt. Nach Beendigung dieses Zeitraumes wurden die Tiere per Dekapitation getötet und die Tibiae entnommen. Anschließend wurden ein biomechanischer Test, eine μCT-Untersuchung, eine mikroradiographische Untersuchung sowie eine polychrome Sequenzmarkierung durchgeführt. Die ersten beiden Untersuchungen konnten am präparierten Knochen vorgenommen werden. Die letzteren erfolgten nach Einbettung der Knochen in Methylmetacrylat und der Anfertigung von ca. 120 µm dicken histologischen Schnitten. Der biomechanische Test zeigte keine signifikante Veränderung der Elastizität oder der Streckgrenze in allen Gruppen zueinander. Die biomechanischen Eigenschaften des Kallus konnten nur tendenziell bei den hohen Frequenzen von 70 Hz vertikal und 70 Hz horizontal verbessert werden. In der μCT-Untersuchung konnte weder durch horizontale noch durch vertikale Ganzkörpervibration ein signifikanter positiver Einfluss auf die Frakturheilung im Vergleich zur osteoporotischen Kontrollgruppe nachgewiesen werden. Es zeigten sich jedoch positive Tendenzen durch die horizontale Vibration bei 70 Hz. Die mikroradiographische Untersuchung ergab einen positiven Einfluss der vertikalen und der horizontalen WBV bei 70 Hz. Die horizontale Vibration bei 70 Hz konnte im Vergleich zur osteoporotischen Kontrollgruppe die Kortikalisdicke distal ventral, den Knochendurchmesser proximal, die Kallusdicke ventral, die Knochendichte des ventralen und die des endostalen Kallus verbessern.  In der polychromen Sequenzmarkierung konnte insgesamt durch die WBV eine Verschlechterung der frühen und eine Verbesserung der mittleren und späten osteoporotischen Frakturheilung gezeigt werden. In der frühen Phase wirkten sich ventral sowie endostal alle Frequenzen nachteilig aus. In der mittleren Phase war die horizontale Vibration bei 70 Hz in Bezug auf die dorsale Kallusfläche signifikant vorteilhaft gegenüber der osteoporotischen Kontrollgruppe. In der späten Phase erreichte die Gruppe mit horizontaler 35 Hz-Therapie in Bezug auf die ventrale Kallusfläche gegenüber der osteoporotischen Gruppe und der Gruppe mit vertikaler 35 Hz-Therapie signifikante Steigerungen. Dorsal zeigten beide horizontalen Frequenzen signifikant größere Kallusflächen als die Gruppe mit vertikaler 35 Hz-Therapie.  In der Zusammenschau aller durchgeführten Untersuchungen dieser Arbeit kristallisierte sich die horizontale Ganzkörpervibration bei 70 Hz als die vorteilhafteste Frequenz heraus, um die osteoporotische Frakturheilung an der Tibiametaphyse positiv zu beeinflussen.

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Um experimentell zu klären, ob bestimmte Vibrationsfrequenzen zur osteoanabolen Stimulation des Knochens und speziell zur Verbesserung der Frakturheilung bei Osteoporose geeigneter sind als andere, wurde in dieser Arbeit die Frakturheilung an der proximalen Tibiametaphyse der ovarektomierten Ratte unter einer vertikalen Vibrationsbehandlung mit Frequenzen von 35, 50, 70 und 90 Hz vergleichend untersucht. Die Tiere wurden dafür nach Tibiaosteotomie und Plattenosteosynthese über 30 Tage für jeweils 15 Minuten der für ihre Gruppe spezifischen Vibrationsfrequenz ausgesetzt. Die Amplitude der Vibration betrug dabei stets 0,5 mm. Die quantitative Analyse des Frakturkallus mittels Mikroradiographie und Micro-CT ergab deutliche Anhaltspunkte für eine überlegene osteoanabole Potenz der 70Hz-Vibration in Gestalt einer gegenüber allen anderen Vibrationsgruppen signifikant erhöhten endostalen Kallusdichte sowie einer gegenüber der nichtvibrierten OVX-Gruppe signifikant erhöhten periostalen Kallusdichte und -dicke. Auch kortikaler und trabekulärer Knochen profitierten von der 70Hz-Vibration, was sich in der unter dieser Frequenz - zumindest hinsichtlich der Belastbarkeit - besten Kallusqualität widerspiegelte.  Die 35Hz-Vibration kann die Kallusbildung ebenfalls anregen und damit auch die biomechanischen Eigenschaften des Kallus (Steifheit) verbessern. Kallus und kortikaler Knochen werden durch 35 Hz aber schlechter stimuliert als durch alle anderen untersuchten Frequenzen. Die 50Hz-Vibration verbessert die biomechanischen Eigenschaften in ähnlicher Weise, sie stimuliert Kallus und Kortikalis dabei etwas besser als 35 Hz, aber deutlich schlechter als 70 Hz. Auch die 90Hz-Vibration hat einen stimulierenden Effekt auf Kallus, Kortikalis und trabekulären Knochen, insbesondere die Kallusstimulation ist aber wieder deutlich schlechter als unter der Frequenz von 70 Hz. Die 90Hz-Vibration hat zudem eine übermäßige Reizung des Kallus zur Folge, die sich in den schlechtesten biomechanischen Eigenschaften aller untersuchten Frequenzen manifestiert.  Als Synthese der mit den verschiedenen Untersuchungsverfahren dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse kann eine Überlegenheit der Vibrationsfrequenz von 70 Hz für die Stimulation der Frakturheilung bei Osteoporose festgestellt werden. Diese Ergebnisse am Rattentiermodell sollten - vor Beginn einer klinischen Studie - am Großtiermodell verifiziert werden.