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.

Die Knochenregeneration während der Frakturheilung beinhaltet das Zusammenspiel von Wachstumsfaktoren. In einigen Patienten kommt es zu einer verzögerten oder unvollständigen Heilung. Die Gründe hierfür sind bisher nicht komplett verstanden. Neutralisierende Autoantikörper (aAB) gegen Wachstumsfaktoren oder deren Rezeptoren könnten den Heilungsprozess verzögern und potentiell beeinträchtigen In dieser Arbeit wurden 265 Frakturpatienten analysiert. Autoantikörper gegen IGF1 Rezeptor, Insulin Rezeptor, BMP7, BMP2, IGF1 und (Pro)Insulin wurden in den Seren dieser Frakturpatienten gemessen. In Frakturpatienten wurden in 5% der Seren aAB gegen den IGF1R und in 6% gegen den IR gefunden. Das Auftreten von IGF1R- und IR-aAB wurde nicht induziert und war nicht mit dem Heilungsergebnis assoziiert. BMP7-aAB wurden in 1-2,5% gesunder Probanden und Frakturpatienten, die nicht mit rhBMP7 behandelt wurden, detektiert. Patienten, die mit rhBMP7 behandelt wurden, zeigten ein höheres Auftreten der BMP7-aAB Positivität mit 6% zum Zeitpunkt der Operation und 18% vier Wochen nach der Operation. BMP2-aAB wurden in 2% der gesunden Kontrollen und 6% der mit rhBMP7-behandelten Frakturpatienten entdeckt. Bei der Charakterisierung des biologischen Effekts der BMP7-aAB durch einen zell-basierten Reporter-Assay, zeigte sich ein neutralisierender Effekt in Proben mit hohem BMP7-aAB Titer. Als das wichtigste Kriterium für klinische Relevanz wurde die Konsolidierung untersucht. Das Vorhandensein von BMP-aAB wurde nicht signifikant mit der Konsolidierung in Zusammenhang gebracht. Zusammenfassend wurden neue diagnostische Assays zur Detektion von aAB gegen Wachstumsfaktoren und deren Rezeptoren generiert und angewandt um aAB in Seren von Frakturpatienten zu messen. Keiner der identifizierten aAB war negativ mit dem Heilungsprozess assoziiert. Bedenken bezüglich der Sicherheit von rhBMP7 Behandlungen sind berechtigt, da die Anwendung aAB gegen BMP7 induziert, die den BMP7-Signalweg blockieren. / Regeneration of bone during fracture healing includes concerted actions of growth factors. Some fractures show delayed healing or non-union due to as yet unknown reasons. Neutralizing autoantibodies (aAB) against growth factors or their receptors might influence and potentially impair the bone healing capacity. In this study, a cohort of 265 fracture patients with different treatment regimen and healing outcomes were analysed. Autoantibodies against IGF1 receptor, insulin receptor, BMP7, BMP2, IGF1 and (pro)insulin were measured in sera of these fracture patients. The prevalence of aAB against IGF1R and IR was 5% and 6% in fracture patients, respectively. The appearance of IGF1R- and IR-aAB was not induced by the surgical intervention and was unrelated to the healing outcome. BMP7-aAB were found in 1-2.5% of healthy subjects and in fracture patients that were not treated with rhBMP7. Patients that had received rhBMP7 treatment showed a higher incidence of BMP7-aAB positivity of 6% at surgery and 18% four weeks post surgery. BMP2-aAB were found in 2% of healthy controls and 6% of the fracture patients that were treated with rhBMP7. Characterizing the biological effect of BMP7-aAB in a cell-based reporter assay, a neutralizing effect was observed for samples with high titres. As the most relevant clinical outcome, the criterion consolidation was analysed defining whether the fracture gap was closed after six months or not. The presence of BMP-aAB was not significantly associated with the healing outcome. In summary, novel diagnostic assays for the detection and quantification of growth factor and receptor aAB were generated and used to determine aAB in sera from fracture patients. None of the identified aAB were negatively associated with the regeneration process or healing outcome. Ongoing concerns regarding the safety of rhBMP7 treatment are justified as the biological treatment induces aAB against BMP7 that block the BMP signal transduction.

Die Tibiaschaftfraktur ist eine häufig auftretende Verletzung. Der Fixateur externe findet bei der Versorgung von Tibiafrakturen große Verwendung. Die Variabilität und Anpassung an die individuelle Patientensituation stellen den Vorteil der Osteosynthese dar. Gleichzeitig ist unklar, ob und inwiefern die Montageebene die Frakturheilung beeinflusst. Interfragmentäre Bewegungen (IFM) bestimmen die Quantität und Qualität der Kallusbildung. IFM werden wiederum durch die Fixateurmontageebene bedingt. Diese Studie wurde vorgelegt, um den Einfluss der Montageebene auf die Frakturheilung zu bestimmen. Zwei identisch konfigurierte monolaterale Fixateurs externes mit medialer und anteromedialer Montageebene wurden bezüglich ihres Heilungspotentials an der Schafstibia verglichen. IFM und Bodenreaktionsparameter wurden während des neunwöchigen Heilungsverlaufs in vivo ermittelt. Die Knochenkonsolidierung wurde radiologisch und biomechanisch evaluiert. Allein die Änderung der Montageebene führte zu einer Modifikation der IFM. Der Unterschied der IFM war nur in der initialen Heilungsphase signifikant. Diese initialen Unterschiede beeinflussten jedoch bei nicht signifikant unterschiedlicher Gewichtsbelastung die Kallusbildung. Die Gruppe mit anteromedial montierten Fixateur zeigte initial höhere IFM und bewirkte einen radiologisch größeren Kallusdurchmesser und eine biomechanisch größere Kallussteifigkeit im Sinne einer weiter fortgeschrittenen Heilungsphase. Diese erzielten Heilungsergebnisse demonstrieren die Sensitivität der Montageebene und die Bedeutung der initialen biomechanischen Bedingungen, die den Kurs der Frakturheilung beeinflussen. Darum sollte der Montageebene und der dadurch bedingten initialen mechanischen Osteosynthesestabilität in der klinischen Frakturversorgung mehr Beachtung geschenkt werden. / Fractures of the tibia are commonly encountered problems. One of the most common osteosyntheses used to stabilise tibial fractures are external fixators. The fixator allows great freedom in configuration, especially with regard to its mounting plane. Whether and how the mounting plane influences the healing process is still unclear. Interfragmentary movements (IFM) affect the quality and quantity of callus formation. The mounting plane of monolateral external fixators may give direction to those movements. The presented study aimed to determine the influence of the fixator mounting plane on fracture healing. Identically configured fixators were mounted either medially or anteromedially on a standardised ovine tibial diastasis model with regard to their fracture healing potential. IFM and ground reaction forces were evaluated in vivo during a nine week period. Biomechanical and radiological parameters described the bone healing process. Changing only the mounting plane led to a modification of IFM in the initial healing phase. The difference in IFM between the groups was only significant during the first post-operative period. However, these initial differences in mechanical conditions influenced callus tissue formation. The group with the anteromedially mounted fixator, initially showing significantly more IFM, ended up with a radiologically bigger callus diameter and a biomechanically higher callus stiffness as a result of advanced fracture healing. This demonstrates that the initial phase of healing is sensitive to mechanical conditions and influences the course of healing. Therefore, initial mechanical stability of an osteosynthesis should be considered an important factor in clinical fracture treatment.

Im Verlauf der Knochenbildung und Frakturheilung kommt es zu einem Zusammenwirken verschiedener Zell- und Gewebearten. Die beteiligten Zellen unterliegen dabei der Regulation von Wachstumsfaktoren (WF), Zytokinen und Hormonen, die den regelhaften Ablauf kontrollieren und steuernd in Proliferation und Differenzierung von Zellen und deren Matrixsynthese eingreifen. Neben einer optimalen Osteosynthese zur Frakturstabilisation stellt die biologische Beeinflussung der Knochenheilung ein großes Forschungsfeld dar. In Vorarbeiten wurde ein Applikationssystem entwickelt, das mittels einer biodegradierbaren Polymerbeschichtung auf Osteosynthesematerialien die lokale Applikation von WF in biologisch aktiver Form ermöglicht. In vivo wurde an Ratten- und Schweinemodellen erfolgreich die Stimulation der Knochenheilung durch lokal applizierte Wachstumsfaktoren IGF-I, TGF-ß1 und BMP-2 gezeigt. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung zellulärer Prozesse während der beeinflussten und unbeeinflussten Knochenheilung sowie des Effektes der lokalen Applikation von Wachstumsfaktoren von beschichteten Osteosyntheseplatten. Anhand histologischer und immunhistochemischer Untersuchungen, der in situ Hybridisierung an Knochenschnitten und der ELISA-Methode konnte ein früherer Reifungsbeginn des Kallus durch die Wachstumsfaktorenapplikation gezeigt werden, ohne dass es zu Veränderungen der physiologischen Gewebszusammensetzung und der endogenen Wachstumsfaktoren-Expression kam. Durch Zellkulturstudien an primären Osteoblasten und Osteoklasten wurde an isolierten Zelltypen die Wirkung der applizierten WF untersucht und ihr Effekt auf die Zelltypen dargestellt. Die Bildung ektoper Ossifikation im Weichgewebe durch die Wachstumsfaktoren wurde im Schafsmodell ausgeschlossen. Dies stellt einen wichtigen Sicherheitsaspekt beim Einsatz von Wachstumsfaktoren zur Stimulation der Knochenheilung dar. Die lokale Applikation der Wachstumsfaktoren von einer Plattenosteosynthese zur Osteotomiestabilsierung im Rattenmodell zeigte eine signifikante Verbesserung der biomechanischen Stabilität und der Kallusheilung 42 Tage nach Osteotomie Die aus diesen Studien gewonnenen Erkenntnisse liefern Aufschluss zur Weiterentwicklung biologischer Einflussmöglichkeiten auf den Knochenstoffwechsel und die Rolle von WF während der Frakturheilung. / In the process of bone formation and healing, different cell- and tissue types are formed. The cells involved are regulated by growth factors (GF), cytokines and hormones, which control the healing and affect the proliferation and differentiation of cells and their matrix synthesis. Besides the use of the optimal osteosynthesis for fracture stabilization, the biological influence of the bone healing represents a large research field. In previous work an application system for local application of GF in biologically active form was developed. In vivo studies revealed a stimulating effect of locally applied IGF-I and TGF-ß1 in a rat and a pig model. Goal of this work was the investigation of cellular processes during the influenced and uninfluenced bone healing. A further aim was the transfer of the local application method to further stabilization systems (plate osteosynthesis). On the basis of the histology, the immunohistology, in situ hybridizing and ELISA methods an earlier beginning of maturing of the callus by the growth factors could be shown, without changes of the physiological callus composition and the endogenous growth factors expression. In further cell culture studies on primary osteoblasts and osteoclasts the effect of the applied growth factors was examined and their effect on the cell types analyzed. The avoidance of ectopic ossification, an important safety aspect with the use of growth factors to stimulate bone healing, was investigated in a sheep model. It was also possible to proof the efficacy of locally applied growth factors delivered extramedullary from plates. The results of these studies provide further explanations for the action of the used growth factors and are necessary for the ongoing development of the application of growth factors for a clinical use.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der suprakondylären und y-kondylären Humerusfraktur im Kindesalter. Die suprakondyläre Humerusfraktur ist die häufigste Ellenbogenfraktur beim Kind, die y-kondyläre Fraktur ist der suprakondylären ähnlich, tritt aber nur selten auf. Es wurden 172 suprakondyläre und 6 y-kondyläre Humerusfrakturen retrospektiv untersucht. Dazu wurden die Daten von 55 ambulant und 123 stationär behandelten Kindern bezüglich Unfallursache, Therapie und Komplikationen ausgewertet. Die Röntgenbilder der stationären Patienten wurden nachbefundet. 32,5% der stationär behandelten Kinder konnten nachuntersucht werden. Die häufigste Unfallursache war ein Sturz aus der Höhe. Im Patientengut waren Frakturen nach Baumann Klassifikation I, II und III zu ähnlichen Teilen vorhanden. Häufigste Behandlungsverfahren waren, ggf. nach geschlossener Reposition, Ruhigstellung in Gipslonguetten oder Blountscher Schlinge, und geschlossene oder offene Reposition und anschließende Fixation mittels Kirschner Drähten. Die häufigsten Komplikationen waren primäre und sekundäre Nervenstörungen, Abweichung der Ellenbogenachse oder Bewegungseinschränkung nach Therapie. 68,5% der nachuntersuchten Patienten hatten ein exzellentes oder gutes Behandlungsergebnis. Die Analyse der Ergebnisse und deren Vergleich mit den Ergebnissen anderer Autoren zeigen Folgendes: Nicht dislozierte Extensionsfrakturen sollten in der Blountschen Schlinge ruhiggestellt werden. Dislozierte Frakturen müssen exakt und schonend, möglichst geschlossen, reponiert werden. Gekreuzte Kirschner Drähte bieten gute Stabilität. Primäre und sekundäre Nervenstörungen haben eine gute Prognose. Radiologische Hilfsmittel wie Baumannwinkel, Rotationsfehlerquotient und Epiphysenachsenwinkel geben nur eine Orientierung bei der Vermeidung von Abweichungen der Ellenbogenachse oder Bewegungseinschränkungen. Y-kondyläre Frakturen mit nur geringer Dislokation der Kondylenfragmente können primär wie suprakondyläre Frakturen behandelt werden. / This paper deals with supracondylar and y-condylar humerus fractures in childhood. The supracondylar humerus fracture is the most frequent elbow fracture in children, the y-condylar fracture is similar to the supracondylar one, but occurs only rarely. 172 supracondylar and 6 y-condylar humerus fractures have been analysed retrospectively. For that purpose data of 55 outpatients and 123 in-house treated children have been analysed with regard to the cause of accident, therapy and complications. The radiographs of the in-patients have been revaluated. 32.5% of the in-patients have been seen for follow-up. Most frequent cause of accident was a fall from a height. Within the group of patients, fractures that were classified to Baumann I, II and III occurred to equal rates. The treatments which were used mostly are immobilization in plaster casts or Blount´s loop, after closed reduction if necessary, and closed or open reduction followed by fixation by Kirschner wires. The most frequent complications were primary and secondary nerval disorders, deviation of the axis of the elbow or limitation of elbow function after therapy. 68.5% of the follow-up patients had an excellent or good outcome. The analysis of the results including their comparison to the results of other authors have led to the following conclusion: Nondisplaced extension fractures should be immobilized by Blount`s method. Displaced fractures have to be reduced accurately and sparing, if possible by closed reduction. Crossed Kirschner wires provide a good stability. Primary and secondary nerval disorders have got a good prognosis. Radiological tools like angle of Baumann, rotation error quotient and angle of epiphyseal axis only provide an orientation in avoiding deviation of elbow axis or limitation of elbow function. Y-condylar fractures with only slight dislocation of the condylar fragments can primary be treated like supracondylar fractures.

Externe Fixateure werden häufig für die Stabilisierung und Behandlung schwerer Frakturen genutzt. Schraubenkanalinfektionen können dabei zu Komplikationen, wie Osteomyelitis und Stabilitätsverlusten führen. Es ist unklar, ob Schraubenkanalinfektionen zu Schraubenlockerungen führen, oder aber ob der Stabilitätsverlust von Schrauben in Schraubenkanalinfektionen resultiert. Das Ziel dieser Studie ist es, einen Zusammenhang zwischen der mechanischen Stabilität, dem Auftreten von Infektionen und der osseären Verankerung darzustellen. An 27 Schafen wurde eine standardisierte Osteotomie (3mm weiter Frakturspalt) der rechten Tibia durchgeführt und mit einem monolateralem Fixateur externe stabilisiert. Während der täglichen Pinpflege wurde die Haut um die Schraubeneintrittsstellen begutachtet. Radiologische Verlaufskontrollen erfolgten in wöchentlichen Abständen. Nach 3, 6 und 9 Wochen wurden die Tiere getötet, die Ausdrehmomente der Schrauben gemessen und mikrobiologische Abstriche genommen. Knochenschnitte durch die Schraubenkanäle wurden für histologische, histochemische und histomorphometrische Analysen genommen. In dieser Studie scheint es zu einer Zunahme der Stabilisierung der osseären Verankerung während des Heilungsverlaufes zu kommen. Da die kortikale Knochendichte über die Zeit abnimmt, kann die zunehmend stabilere Verankerung der Schrauben einzig über eine gleichzeitige periostale Kallusdichtezunahme erklärt werden. Die größten Ausdrehmomente des neugebildeten periostalen Kallus wurden zum Sechswochenzeitpunkt gemessen. Danach nimmt die periostale Kallusfläche ab, wohingegen die Kallusdichte zunimmt. Die mikrobiologische Besiedelungsrate (15%) war dreifach höher als die klinisch bestätigten Infektionen. Hingegen war die Osteolyserate (28%) doppelt so hoch wie die mikrobiologisch bestätigte Infektionsrate. Eine Korrelation zwischen Infektion, Osteolyse und Pinlockerung konnte nicht gefunden werden. / External fixators are frequently used for the stabilization and the treatment of problematic fractures. Pin track infections have been shown to cause complications such as osteomyelitis and loss of stability of osteosynthesis. It remains unclear, whether pin track infection provokes pin loosening, or loss of the pin stability results in pin track infections. The aim of this study was to investigate the correlation between the mechanical stability of pins, the incidence of pin track infections and the osseus anchorage of pins. 27 sheep underwent a standardized osteotomy (3 mm gap) of the right tibia. The tibiae were stabilized by a monolateral external fixator. Within the daily pin care routine, the skin around the pin entries was scored. Radiographs were taken at weekly intervals. After 3, 6 and 9 weeks, the animals were sacrificed, the extraction torque of all pins was determined and microbiological analyses were taken. Bone sections through the pintracks were taken for histological, histochemical and histomorphometrical analysis. This study reveals an increasing stability of osseous pinanchorage over the course of healing. As the cortical bone density decreased over time, the increased anchorage-stability of the pins can only be explained by the simultaneous increase of the periosteal callus bone density. The magnitude of the extraction force is determined by the newbuilt periosteal callus, which is at its biggest value at six weeks. Afterwards, the periosteal callus area abates, while the callus bone density accumulates. The microbiologically affirmed infection rate (15%) was three times higher than the one clinical ascertained. In contrast the evidence of osteolysis (28%) was twice as high as the microbiologically diagnosed infection-rate. Despite the low infection rate, evidence of cortical lysis coud not be prevented. No correlation could be found between infection, osteolysis and pin loosening.