Heilung von Femurfrakturen
Phasen der Frakturheilung
Frakturheilung und Skelettgewebeheilung beinhalten eine erste anabole Phase, die durch eine Zunahme des Gewebevolumens im Zusammenhang mit der de novo Rekrutierung und Differenzierung von Stammzellen, die Skelett- und Gefäßgewebe bilden, gekennzeichnet ist. Unmittelbar neben der Frakturlinie bildet sich ein knorpeliger Kallus. Peripher zu dieser zentralen Region, an den Rändern des neuen Knorpelgewebes, schwillt das Periost an und die primäre Knochenbildung wird eingeleitet (Phillips 2005, Buckwalter et al. 2001). Parallel zur Entwicklung des Knorpelgewebes werden Zellen rekrutiert, die die entstehenden Blutgefäße bilden, die wiederum den neuen Knochen versorgen und sich in der umgebenden Muskelscheide differenzieren (Hausman et al. 2001, Kurdy et al. 1996). Die Vergrößerung des Gefäßbettes, das den Kallus umgibt und dann in den Kallus hineinwächst, wird durch den erhöhten Blutfluss in den Bereich der Gewebereparatur widergespiegelt. Mit fortschreitender Differenzierung der Chondrozyten wird die extrazelluläre Knorpel-matrix mineralisiert und die anabole Phase der Frakturreparatur endet mit der Chondrozytenapoptose (Young et al. 1998, Gerstenfeld et al. 2003).
Auf die anabole Phase folgt eine verlängerte Phase, in der die katabolen Aktivitäten überwiegen und die durch eine Volumenreduzierung des Kallusgewebes gekennzeichnet ist. In dieser Phase der überwiegend katabolen Aktivität, wie z.B. der Knorpelresorption, finden weiterhin spezifische anabole Prozesse statt; die sekundäre Knochenbildung wird durch die Resorption des Knorpels eingeleitet und die primäre Angiogenese setzt sich fort, während das entstehende Knochengewebe den Knorpel ersetzt. Anschließend, wenn der Knochenumbau beginnt, wird die erste mineralisierte Matrix, die im Laufe der primären Knochenbildung entsteht, von Osteoklasten resorbiert, wonach auch der sekundäre Knochen, der zur Zeit der Knorpelresorption aufgebaut wurde, resorbiert wird. Während das knöcherne Kallusgewebe weiter abgebaut wird, ist diese verlängerte Periode durch gekoppelte Zyklen der Osteoblasten- und Osteoklastenaktivität gekennzeichnet, in denen das Kallusgewebe an die ursprüngliche kortikale Struktur des Knochens angepasst wird (hier “gekoppelte Remodellierung” genannt). In dieser Zeit wird der Markraumund die ursprüngliche Knochenstruktur von hämatopoetischem Gewebe und Knochen wiederhergestellt.
Heilung von Femurfrakturen – Erklärung der Abbildung
Die wichtigsten Stoffwechselphasen (blaue Balken) der Frakturheilung überlappen mit den biologischen Phasen (braune Balken). Die primären metabolischen Phasen (anabol und katabol) der Frakturheilung werden im Kontext von drei großen biologischen Phasen (entzündliche, endochondrale Knochenbildung und gekoppelte Remodellierung) dargestellt, die diese Phasen umfassen. Die primären Zelltypen, die in jedem Stadium gefunden werden, und die Zeitspanne ihrer Prävalenz in jedem Stadium sind angegeben. Die Zeitskala der Heilung entspricht einer geschlossenen Oberschenkelfraktur der Maus, die mit einem intramedullären Stab fixiert ist.
Abkürzungen:
BMP, Bone Morphogenetic Protein; BMPR, Bone Morphogenetic protein Receptor; DKK1, Dickkopf-related protein 1; LRP, LDL-Receptor-related Protein; MSC, mesenchymale Stammzelle; PMN, Polymorphonukleäre Leukozyten; PTH, Parathormon; PTHrP, Parathormon-related Protein; RANKL, Receptor Activator of Nuclear factor ?B Ligand