Vergleichende Analyse der Effektivität von horizontaler und vertikaler Ganzkörpervibration auf die osteoporotische Tibiafrakturheilung im Rattentiermodell

Abstract

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.