Einführung

Knochenbrüche sind eine häufige Verletzung und der Heilungsprozess ist komplex. Knochen ist eines der wenigen Gewebe, das heilen kann, ohne eine fibröse Narbe zu bilden. Es gibt zwei Arten der Frakturheilung – indirekte (sekundäre) und direkte Heilung (primäre).

Bruch des 4. Mittelhandknochens

Direkte Heilung tritt auf, wenn die Knochenfragmente zusammen mit Kompression fixiert werden. Es gibt keine Kallusbildung. Die Knochenenden werden durch Osteoklasten- und Osteoblastenaktivität verbunden und geheilt. Indirekte Heilung ist häufiger als direkte Heilung und beinhaltet sowohl endochondrale als auch intramembranöse Knochenheilung. Anatomische Reduktion und stabile Bedingungen sind für eine indirekte Heilung nicht erforderlich. Vielmehr gibt es eine geringe Menge an Bewegung und Gewicht an der Fraktur, die dazu führt, dass sich ein weicher Kallus bildet, der zur sekundären Knochenbildung führt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass zu viel Belastung / Bewegung zu einer verzögerten Heilung oder Nicht-Vereinigung führen kann, die bei 5-10% aller Frakturen auftritt.

Indirekte Heilung tritt normalerweise auf bei:

• nichtoperativer Frakturbehandlung
• operativen Behandlungen, bei denen eine Bewegung an der Frakturstelle auftritt, wie zum Beispiel:
  • Intramedulläres Nageln
  • Externe Fixierung
  • Interne Fixierung von zerkleinerten Frakturen.

Stadien der indirekten Heilung

Akute Entzündungsreaktion

Die akute Entzündungsreaktion erreicht ihren Höhepunkt innerhalb von 24 Stunden und endet nach 7 Tagen. Ein Hämatom bildet sich unmittelbar nach dem Trauma. Diese besteht aus Zellen aus den peripheren und intramedullären Blut- und Knochenmarkszellen. Die Entzündungsreaktion bewirkt, dass das Hämatom um die Frakturenden und innerhalb der Medulla gerinnt, wodurch ein Modell für die Kallusbildung entsteht.

Rekrutierung mesenchymaler Stammzellen

Knochen kann sich nur regenerieren, wenn spezifische mesenchymale Stammzellen rekrutiert, proliferiert und zu osteogenen Zellen differenziert werden. Es ist derzeit nicht genau bekannt, woher diese Zellen stammen.

Erzeugung von knorpeligem und periostalem Knochenkallus

Nachdem sich das Hämatom gebildet hat, bildet sich ein fibrinreiches Granulationsgewebe. Endochondrale Bildung tritt zwischen den Frakturenden und jenseits der periostalen Stellen in diesem Gewebe auf. Diese Bereiche sind weniger stabil, so dass das knorpelige Gewebe einen weichen Kallus bildet, der der Fraktur mehr Stabilität verleiht.

In Tierversuchen erreicht die Bildung von weichem Kallus nach 7 bis 9 Tagen ihren Höhepunkt, wenn die extrazellulären Marker für Typ-II-Prokollagen und Proteoglycan-Kernprotein am höchsten sind. Gleichzeitig tritt eine intramembranöse Ossifikationsantwort subperiostal unmittelbar an den Frakturenden auf. Dies erzeugt einen harten Kallus. Die Überbrückung dieses zentralen harten Kallus verleiht der Fraktur eine halbstarre Struktur, die eine Belastung ermöglicht.

Revaskularisation und Neoangiogenese

Für die Knochenreparatur ist eine ausreichende Blutversorgung erforderlich. Angiogene Wege, Chondrozytenapoptose und Knorpelabbau sind für diesen Prozess essentiell, da Zellen und extrazelluläre Matrices entfernt werden müssen, um sicherzustellen, dass Blutgefäße in die Reparaturstelle gelangen können.

Mineralisierung und Resorption des Knorpelkallus

Der primäre weiche Knorpelkallus muss resorbiert und durch einen harten knöchernen Kallus ersetzt werden, damit die Knochenregeneration fortgesetzt werden kann. In gewisser Weise wiederholt dieses Stadium die embryologische Knochenentwicklung und beinhaltet die Zellproliferation und -differenzierung sowie eine Zunahme des Zellvolumens und der Matrixablagerung.

Knochenumbau

Während der harte Kallus starr ist und Stabilität bietet, bedeutet dies nicht, dass die Frakturstelle alle Eigenschaften eines normalen Knochens aufweist. Eine zweite restaurative Phase ist notwendig. Dieses Stadium führt zur Umgestaltung des harten Kallus in eine lamellare Knochenstruktur mit einer zentralen Markhöhle.Remodellierung tritt auf, wenn der harte Kallus von Osteoklasten resorbiert wird und Lamellenknochen von Osteoblasten abgelagert wird. Dies beginnt bei 3-4 Wochen, aber der gesamte Prozess kann Jahre dauern. Die Remodellierung kann bei jüngeren Patienten (und anderen Tieren) schneller erfolgen.

Der Knochenumbau resultiert aus der Erzeugung elektrischer Polarität. Dies tritt auf, wenn Druck in einer kristallinen Umgebung ausgeübt wird.

• Bei axialer Belastung langer Knochen entsteht eine elektropositive konvexe Oberfläche und eine elektronegative konkave Oberfläche
• Dies aktiviert die osteoklastische und osteoblastische Aktivität.
• Dadurch wird der äußere Kallus langsam durch eine lamellare Knochenstruktur ersetzt. Darüber hinaus wird der innere Kallus umgestaltet, wodurch eine Markhöhle ähnlich dem Diaphysenknochen entsteht.

Der Knochenumbau ist nur dann erfolgreich, wenn eine ausreichende Blutversorgung und eine allmähliche Erhöhung der mechanischen Stabilität vorliegen. Wenn nicht, können Komplikationen wie Nicht-Gewerkschaft auftreten.

Direkte Frakturheilung

Die direkte Heilung erfordert eine Reduktion der Frakturenden ohne Spaltbildung sowie eine stabile Fixierung. Daher tritt es normalerweise nicht auf natürliche Weise auf, sondern nach einer offenen Reduktions- und internen Fixationsoperation.

Direkte Knochenheilung kann durch direkten Umbau des Lamellenknochens, der Haverschen Kanäle und der Blutgefäße erfolgen. Der Prozess dauert normalerweise Monate bis Jahre.

Die primäre Heilung von Frakturen erfolgt durch:

• Kontaktheilung
• oder Spaltheilung.

Beide Prozesse bestehen aus dem Versuch, die lamellare Knochenstruktur wiederherzustellen. Eine direkte Knochenheilung ist nur möglich, wenn die Frakturenden zusammengedrückt werden und eine starre Fixierung verwendet wird, um die interfragmentäre Belastung zu verringern.

Kontaktheilung

Eine Fraktur kann sich durch Kontaktheilung vereinigen, wenn der Abstand zwischen jedem Knochenende weniger als 0,01 mm und die interfragmentäre Dehnung weniger als 2% beträgt. In solchen Fällen bilden sich an den Enden der Osteone an der Frakturstelle Schneidkegel. Die Spitzen der Schneidkegel bestehen aus Osteoklasten. Diese Spitzen kreuzen die Bruchlinie und erzeugen Längshohlräume.

Die Hohlräume werden schließlich mit Knochen gefüllt, der von Osteoblasten produziert wird. Dies bewirkt, dass die knöcherne Vereinigung erzeugt wird, während auch die Haversschen Systeme wiederhergestellt werden, die in axialer Richtung ausgebildet sind. Die Haversschen Systeme ermöglichen es Blutgefäßen, die Osteoblasten tragen, in das Gebiet einzudringen. Brückenosteone reifen schließlich zu Lamellenknochen aus, was zu einer Frakturheilung führt, ohne dass sich ein periostaler Kallus bildet.

Gap Healing

Gap Healing ist insofern einzigartig, als knöcherne Vereinigung und Haverssche Remodellierung nicht gleichzeitig stattfinden. Damit eine Spaltheilung erfolgen kann, muss der Spalt weniger als 800 µm bis 1 mm betragen.

Bei diesem Vorgang wird die Frakturstelle weitgehend mit lamellarem Knochen gefüllt, der senkrecht zur Längsachse verläuft und eine sekundäre osteonale Rekonstruktion benötigt. Die primäre Knochenstruktur wird schließlich durch longitudinale revaskularisierte Osteone ersetzt, die Osteoprogenitorzellen tragen, die sich zu Osteoblasten differenzieren. Diese Osteoblasten produzieren dann Lamellenknochen auf jeder Oberfläche der Lücke. Der Lamellenknochen ist senkrecht zur Längsachse abgelegt, was bedeutet, dass er nicht stark ist. Dieser Vorgang dauert zwischen 3 und 8 Wochen. Danach tritt eine sekundäre Umgestaltungsphase ein, die der Kaskade mit Schneidkegeln in Kontaktheilung ähnelt.

1. 1.0 1.1 1.2 1.3 Ghiasi MS, Chen J, Vaziri A, Rodriguez EK, Nazarian A. Knochenbruchheilung in der mechanobiologischen Modellierung: Eine Überprüfung der Prinzipien und Methoden. Knochen Rep. 2017; 6: 87-100.
2. 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2,26 2,27 2,28 Marsell R, Einhorn TA. Die Biologie der Frakturheilung. Verletzung. 2011; 42(6): 551-555.
3. Buza JA, Einhorn T, Knochenheilung im Jahr 2016. In: Clin Cases And Bone Metab. 2016; 13(2): 101-105.