Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Sexualhormone Östrogen und Testosteron auf die Frakturheilung

Abstract

Die Regulation des Frakturheilungsprozesses wird als ein Zusammenspiel von auto–, para– und endokrinen Mechanismen verstanden. Diese Arbeit konzentriert sich dabei auf die zellulären Vorgänge am Ort der Frakturheilung und deren biomechanischer Relevanz unter einer während der Frakturheilung zugeführten Sexualhormontherapie mit Östrogen und Testosteron. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu klären, ob sich mit Hilfe der Applikation von Sexualhormonen während der akuten Phase der Knochenbruchheilung eine Änderung des Heilungsverlaufes, mit Aussicht auf Verbesserung oder gar Beschleunigung dieses Prozesses, erreichen lässt. Hierzu wurden Wildtypmäuse radiologisch, histologisch, histomorphometrisch, biomechanisch und computertomographisch untersucht. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass durch die Applikation von Sexualhormonen während der akuten Phase der Frakturheilung eine signifikante Steigerung der biomechanischen Kompetenz erreicht werden kann. Als dafür ursächlich konnte die unter Sexualhormonapplikation stark signifikant gesteigerte Knochenformation durch Osteoblasten, sowie die daraus resultierende Steigerung des Knochenmasse–Phänotyps, nachgewiesen werden. Als strukturelles Korrelat dieser Beobachtung ließ sich in den durchgeführten computertomographischen Analysen, nach Ablauf der jeweiligen Experimente, eine vollständig wiederhergestellte strukturelle Integrität der Femora der mit Sexualhormonen behandelten Tiere im Vergleich zu denen der entsprechenden Kontrollgruppe eruieren. Wie histologisch und histomorphometrisch herausgearbeitet, betreffen diese Veränderungen nicht nur den trabekulären, sondern auch den kortikalen Knochen im Bereich der Knochenbruchheilungszone. Dies ist von besonderer biologischer Relevanz, da der kortikale Knochen eine gesteigerte biomechanische Kompetenz zur Folge hat. Ein weiterer Kernpunkt dieser Arbeit ist, dass als ein herausragender Effekt der Applikation von Sexualhormonen die Frakturheilung nicht nur verbessert, sondern 66 auch signifikant beschleunigt werden konnte. Dies wird beim Vergleich der Frakturheilungsdauer deutlich, die bis zum Erreichen der physiologischen biomechanischen Belastbarkeit zwischen den mit Östrogen behandelten Tieren und den Kontrollgruppen stark differiert. Hier ließ sich eine Reduktion der Knochenbruchheilungsdauer um bis zu 25% verzeichnen. Besondere Aufmerksamkeit verdient weiterhin die Tatsache, dass Sexualhormone während der Dauer der Frakturheilung gegeben, scheinbar nur spezifisch am Ort der Knochenreparatur wirken und sich in anderen Bereichen des Skelettsystems keine signifikanten Abnormitäten finden. Diese Dissoziation von Frakturheilungs– und Knochenstoffwechsel insgesamt, kann die Basis für einen etwaigen Einsatz von Sexualhormonen als Medikament für zukünftige Therapieprinzipien der Knochenbruchheilung bilden. Der Frakturheilungsprozess könnte so positiv moduliert werden, ohne dass der Patient zwangsläufig durch Nebenwirkungen der Sexualhormontherapie auf den Rest des Skelettsystems gefährdet ist.

Experimental investigations for the influence of the sex steroids Estrogen and Testosteron on fracture healing Results: after 20 days of fracture healing and application of estrogen or testosteron in a mice-fracture-healing-model we observed an increase in bone formation by osteoblasts, a higher x-ray density and an increase in biomechanical stability. We also observed an acceleration of fracture healing by nearly 25%. In micro-CT analisis we found, in sharp contrast to the control group, the normal structural integrty in the treated animals at day 20 of fracture healing.