Knochentransplantate – Typen, Mechanismus, Techniken und Komplikationen

Knochentransplantate werden verwendet, um erkrankte Knochen in Ihren Hüften, Knien, Ihrer Wirbelsäule und manchmal anderen Knochen und Gelenken zu reparieren und wieder aufzubauen. Ein Knochentransplantat verpflanzt Knochengewebe. Transplantate können auch Knochenverlust reparieren, der durch einige Arten von Frakturen oder Krebs verursacht wird. Sobald Ihr Körper das Knochentransplantat akzeptiert, bietet es einen Rahmen für das Wachstum von neuem, lebendem Knochen.

Knochen haben die Fähigkeit, sich vollständig zu regenerieren, wenn der Raum zum Einwachsen bereitgestellt wird. Wenn nativer Knochen wächst, ersetzt er das Transplantatmaterial vollständig und führt zu einer vollständig integrierten Region des neuen Knochens.

Arten von Knochentransplantaten

Abhängig von der Quelle, aus der das Transplantat entnommen wird, können die Knochentransplantate Autotransplantate oder Allotransplantate sein.

Autotransplantiert

Diese Art von Transplantat, auch autologes oder autogenes Knochentransplantat genannt, wird von derselben Person erhalten, die das Transplantat erhält. Knochen können aus nicht essentiellen Knochen, wie dem Beckenkamm, gewonnen werden. Der Beckenkamm ist die häufigste Quelle für Autotransplantate in der orthopädischen Chirurgie. Andere Orte, an denen Transplantate entnommen werden können, sind Fibula oder Metaphysen von langen Knochen.

Von den langen Enden der Knochen können jedoch sehr kleine Mengen entnommen werden.

Autogener Knochen wird für die Transplantation am meisten bevorzugt und gilt als Goldstandard. Es besteht kein Risiko einer Transplantatabstoßung, da das Transplantat aus dem eigenen Körper des Patienten stammt. Es ist der effizienteste Transplantattyp.

Die Autotransplantation erfordert jedoch einen zusätzlichen chirurgischen Eingriff. Dies erhöht die Operationsbelastung für den Körper des Patienten und das Potenzial für postoperative Schmerzen und Komplikationen.

Normalerweise wird ein Knochentransplantat nach der Entnahme entweder in Blöcken oder Splittern verwendet. Manchmal werden Transplantate auch entnommen, insbesondere mit ihrem versorgenden Gefäß, und das Blutgefäß wird mit dem Blutgefäß an der Empfängerstelle reanastomosiert.

Ein solches Transplantat wird als vaskularisiertes Transplantat bezeichnet.

Vaskularisierte Fibulae-Transplantate wurden verwendet, um die Skelettintegrität langer Knochen von Gliedmaßen wiederherzustellen, in denen angeborene Knochendefekte vorhanden sind, und um Knochensegmente nach einem Trauma oder einer bösartigen Tumorinvasion zu ersetzen. Das Periost und die Ernährungsarterie werden im Allgemeinen mit dem Knochenstück entfernt, so dass das Transplantat am Leben bleibt und wächst, wenn es in die neue Wirtsstelle transplantiert wird. Sobald der transplantierte Knochen an seinem neuen Ort befestigt ist, stellt er im Allgemeinen die Blutversorgung des Knochens wieder her, an dem er befestigt war.

Allotransplantation

Allotransplantat-Knochen wird von einer anderen Person als derjenigen, die das Transplantat erhält, entnommen. Allograft-Knochen wird von Leichen entnommen, die ihren Knochen gespendet haben, damit er für lebende Menschen verwendet werden kann, die ihn benötigen; es wird typischerweise von einer Knochenbank bezogen.

Es stehen drei Arten von Knochenallotransplantaten zur Verfügung.

1. Frischer oder frisch gefrorener Knochen
2. Gefriergetrocknetes Knochenallotransplantat
3. Demineralisiertes gefriergetrocknetes Knochenallotransplantat

Xenotransplantation

Xenotransplantate sind Transplantate, die von anderen Spezies als Menschen genommen werden. Bisher haben Xenotransplantate nur historische und experimentelle Bedeutung.

Knochenersatz

Knochenersatzstoffe sind synthetische Materialien, die darauf abzielen, Knochentransplantate zu ersetzen. Mit diesen wurden teilweise Erfolge erzielt und diese werden gesondert besprochen.

Ein Knochentransplantat wird klinisch verwendet, um eine Brücke aus osteogenem Gewebe zu bilden, entweder in einem Teil des Skeletts, das einen Mangel aufweist, oder um eine knöcherne Fusion des erkrankten Gelenks herzustellen.

Indikationen der Knochentransplantation

1668 beschrieb der niederländische Chirurg Job Van Meekeren das erste Knochentransplantationsverfahren. Das Transplantat stammte aus dem Schädel eines Hundes und wurde erfolgreich verwendet, um einen traumatischen Defekt im Schädel eines Soldaten zu reparieren.

Duhamel wird die Arbeit an der Osteogenese durch seine Experimente zur periostalen Knochenneubildung im Jahr 1742 zugeschrieben.

1867 zeigte Ollier, dass Autotransplantate lebensfähig sind und separate lebende Knochenfragmente in einer geeigneten Umgebung leben und wachsen können.

Knochentransplantate werden für verschiedene Erkrankungen verwendet

• Verzögerte und nicht geheilte Frakturen.
• Die Arthrodese der Gelenke.
• Füllen von Hohlräumen oder Defekten, die aus Zysten, Tumoren, Traumata oder anderen Pathologien resultieren.
• Fusion des Wachstumsfugenknorpels.
• Knochen- und Muskeltransfer bei Banddefekten.

Wie wirken Knochentransplantate?

Ob Transplantation oder Implantat, Knochentransplantat erfüllt folgende Funktionen:

Osteogenese

Osteogenese bezieht sich auf die neue Knochensynthese durch Transplantat- oder vom Wirt stammende Zellen.

Osteoinduktion

Knochenmorphogenes Protein, das in frischen Autotransplantaten und modifizierten Allotransplantaten vorhanden ist, induziert Veränderungen in den Mesenchymzellen des Wirts, um Osteoblasten zu bilden.

Osteokonduktion

Das Transplantat fungiert als Rahmen oder Gerüst, in das neue Kapillaren, perivaskuläres Gewebe und Osteoprogenitorzellen einwachsen.

Die folgenden Bilder zeigen die Heilung der Läsion [aneurysmatische Knochenzyste] im oberen Schienbein.

Funktionen von Knochentransplantaten

Knochentransplantate dienen zwei Funktionen, einer mechanischen Funktion und einer biologischen Funktion. In bestimmten Anwendungen kann eine wichtiger sein als andere, aber meistens sind die beiden Funktionen eng miteinander verflochten. Die biologische Nettoaktivität eines Transplantats ist die Summe seiner inhärenten biologischen Aktivität (lebende Zellen und ihre Produkte) und seiner Fähigkeit, umgebende Wirtsgewebe zu relevanter biologischer Aktivität zu aktivieren (vermittelt durch bioaktive Faktoren innerhalb der Matrix) und seiner Fähigkeit, das Einwachsen zu unterstützen des Wirtsgewebes.

Das Transplantat kann seine biologische Aktivität nicht isoliert ausüben. Es ist von der Umgebung abhängig, ob Zellen auf seine Signale reagieren. Die mechanische Umgebung der Transplantatstelle ist ebenfalls wichtig. Knochentransplantate werden als Reaktion auf eine mechanische Belastung, der sie ausgesetzt sind, umgebaut.

Die Inkorporation von Knochentransplantaten ist ein komplexer, facettenreicher Prozess, und mehrere Variablen beeinflussen seine Rate, sein Muster und seine Vollständigkeit. Die Eingliederung eines Knochentransplantats beginnt mit der Homöostase bei intaktem Knochen. Im Gegensatz zu anderen Geweben heilt Knochen durch Regeneration und Ersatz durch zusätzlichen Knochen.

Wie verbessert Knochentransplantation die Knochenheilung?

Ein Knochentransplantat stimuliert entweder den Empfängerknochen selbst oder bewirkt eine Veränderung im Knochen, um die Knochenheilung zu verbessern. Ein Knochentransplantat wird durch die folgenden Prozesse eingebaut.

Osteogenese

Osteogenese ist die Synthese von neuem Knochen ohne Anzeichen eines zellulären Ursprungs, dh entweder durch Zellen von transplantiertem Knochen oder dem Wirtsknochen. Korrekt behandeltes frisches kortikales und spongiöses Autotransplantat kann neuen Knochen produzieren. Spongiosa mit ihrer größeren Oberfläche, die mit ruhenden Auskleidungszellen oder aktiven osteoblastischen Zellen bedeckt ist, hat ein größeres Potenzial zur Bildung von neuem Knochen von Transplantatursprung als der kortikale Knochen.

Diese frühe Knochenbildung entweder durch Transplantatzellen von kortikalem oder spongiösem Knochen ist entscheidend für die Kallusbildung während 4 bis 8 Wochen nach der Operation und beschleunigt den Knocheneinbau.

Osteoinduktion

Osteoinduktion ist die Rekrutierung der mesenchymalen Zellen des das Transplantat umgebenden Wirtsbetts, um in knochenbildende Zellen und knorpelbildende Zellen differenziert zu werden.

Die mesenchymalen Zellen entstehen im Allgemeinen aus perivaskulären Zellen, die mit proliferierenden Blutgefäßen, retikulären Elementen des Knochenmarks, trabekulären Oberflächen und der Kambiumschicht des Periosts assoziiert sind.

Diese Zellen können sich dann als Osteoblasten, Osteoklasten, Chondroblasten, Chondroklasten, Fibroblasten und gelegentlich Lipoblasten spezialisieren. Die Rekrutierung und Differenzierung dieser Zellen wird wahrscheinlich durch niedermolekulare Polypeptide wie Glycoprotein Bone Morphogenic Protein (BMP) moduliert.

BMP ist ein hydrophobes, nicht artspezifisches Protein, dessen Aktivität keine lebensfähigen Transplantatzellen erfordert und das sowohl in frischen Autotransplantaten als auch in modifizierten Allotransplantaten vorhanden ist. Die anderen von Transplantaten stammenden Faktoren neben BMP sind transformierender Wachstumsfaktor, Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor I & II, saure und basische Fibroblasten-Wachstumsfaktoren, von Blutplättchen stammende Wachstumsfaktoren, Interleukine, Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierende Faktoren usw.

Es wird angenommen, dass die Osteoinduktivität eines mineralisierten Transplantats minimal ist, außer dass lebende Transplantatzellen möglicherweise osteoinduktive Faktoren produzieren, aber die Osteoinduktivität der demineralisierten Knochenmatrix wurde wiederholt gezeigt.

Die Gesundheit des Wirtsbetts ist im Prozess der Osteoinduktion kritisch, da neue Osteoprogenitorzellen durch Induktion von restlichen mesenchymalen Zellen im Markretikulum, Endost, Periost und Bindegewebe rekrutiert werden.

Osteokonduktion

Zusätzlich zu den oben erwähnten biologischen Funktionen kann das Transplantat strukturelle Unterstützung bieten, bis das Empfängergewebe Gewicht tragen kann. Sie bieten nicht nur mechanischen Halt, sondern fungieren auch als Gitter oder Gerüst für das Einwachsen von neuem Wirtsknochen2.

Der dreidimensionale Prozess des Einwachsens sprießender Kapillaren, Gewebe und Osteoprogenitorzellen aus dem Empfängerbett in die Struktur des Transplantats wird als Osteokonduktion bezeichnet. Die Osteokonduktion kann aus der aktiven Knochenbildung und Osteoinduktion resultieren, z. B. in einem frischen kortikospongiösen Autotransplantat, oder sie kann passiv ohne die aktive Beteiligung des Transplantats erfolgen, wie es bei den meisten kortikalen Allotransplantaten der Fall ist. Das Transplantat wird allmählich resorbiert und vollständig durch neuen Wirtsknochen ersetzt, ein Prozess, der von Phemister als schleichende Substitution bezeichnet wird.

Abfolge der Ereignisse bei der Eingliederung von Knochentransplantaten

1. Hämatombildung (wirtsabhängig)
2. Organisation des Hämatoms durch die lokale Entzündungsreaktion (wirtsabhängig)
3. Neovaskularisation, d. h. Eindringen von Neokapillaren mit perivaskulärem Gewebe in das Transplantat (wirtsabhängig)
4. Zytodifferenzierung durch eine Wechselwirkung zwischen den vom Wirt stammenden Zellen und dem transplantierten Material (Chemomodulation und Interaktion mit der Umwelt)
5. Schleichende Substitution (Resorption durch Osteoklasten und Neoosteogenese aus osteogenen Zellen)
6. Remodeling (fortgesetzte Resorption und Neoosteogenese unter Einfluss von funktionellem Stress und Belastung) zum trabekulierten Knochen.

Das anfängliche Ereignis ist die Bildung eines Hämatoms, das reich an Thrombozyten-Wachstumsfaktor, anderen Wachstumsfaktoren und Zytokinen ist. Eine lokale Entzündungsreaktion wird durch das Implantationsverfahren und durch das Vorhandensein des Transplantats stimuliert.

Klinisch wurde ein Knochentransplantat erfolgreich eingegliedert, wenn sich die Schnittstelle „Wirtstransplantat-Wirtsknochen“ verbindet und der betroffene Bereich die physiologische Belastung ohne Fraktur oder Schmerzen toleriert.

Verschiedene Arten der Knochentransplantation

Einzelne Onlay-Kortikalis-Knochentransplantation

Der Begriff Onlay-Knochentransplantation wurde von Campbell geprägt. Die Technik beinhaltet eine Knochentransplantation, bei der das transplantierte Gewebe direkt auf die Knochenoberfläche des Empfängers gelegt wird. Die Technik ist eher von historischer Bedeutung. Die Technik wird heute nur noch selten angewendet.

Duale Onlay-Knochentransplantation

Dies wurde von Boyd entwickelt. Zwei kortikale Onlay-Transplantate werden einander gegenüberliegend auf dem Wirtsknochen über der Pseudarthrose platziert und mit demselben Schraubensatz befestigt; Sie greifen die Fragmente wie ein Schraubstock. Jeder Zwischenraum an den Knochenenden wird mit Spongiosaspänen gefüllt.

Doppeltransplantationen wurden auch für andere Pseudarthrosen verwendet und werden nur noch selten durchgeführt.

Bis relativ inerte Metalle verfügbar wurden, waren Onlay-Knochentransplantate die einfachste und wirksamste Behandlung für die meisten nicht vereinigten Diaphysenfrakturen.

Inlay-Knochentransplantation

In der Kortikalis des Wirtsknochens wird ein Schlitz oder ein rechteckiger Defekt erzeugt, und ein Transplantat derselben Größe oder etwas kleiner wird in den Defekt eingepasst. Die Technik wird immer noch gelegentlich in der Arthrodese eingesetzt.

Zapfenknochentransplantation

Der Begriff Stift wird verwendet, um einen Holzstift zu bezeichnen, der in eine Oberfläche gesteckt oder getrieben wird. Stifttransplantate werden ähnlich bei kleinen Knochen wie dem Kahnbein oder kleinen Fragmenten wie dem lateralen Kondylus oder dem medialen Malleolus verwendet. Der Zapfen wird in die Knochenfragmente eingeführt, nachdem ein Loch über die Fragmente gebohrt wurde.

Medulläre Knochentransplantation

Wenn ein Knochentransplantat im Mark beider Fragmente über die Frakturstelle platziert wird, wird es zu einem Marktransplantat. Markknochentransplantate haben keine guten Ergebnisse gezeigt.

Marktransplantate werden jetzt in den Mittelfußknochen, den Mittelhandknochen und dem distalen Ende des Radius verwendet.

Osteoperiostale Knochentransplantation

Das Transplantatgewebe wird mit intaktem Periost entfernt. Osteoperiostale Transplantate sind weniger osteogen als multiple Spongiosatransplantate und werden heute selten verwendet.

Multiple Spongiosa-Chip-Knochentransplantation

Diese werden häufig zum Pfropfen als verwendet

• Zum Füllen von Hohlräumen oder Defekten, die durch Zysten, Tumore oder andere Ursachen entstanden sind
• Knochenblöcke zu erstellen
• Zur Erstellung eines Keils bei Osteotomien.
• Um die Heilung zu beschleunigen
• Bei Arthrodese der Wirbelsäule

Halbzylindrische Knochentransplantation

Halbzylindrische Knochentransplantation wird verwendet, wenn die Defekte im Knochen groß sind. Ein massives halbzylindrisches Kortikalistransplantat aus dem betroffenen Knochen wird über den Defekt platziert und durch spongiösen Beckenknochen ergänzt.

Dieses Verfahren wird bei begrenzten Operationen im Falle einer Tumorresektion verwendet.

Ganzknochentransplantation Knochentransplantation

Eine Ganzknochentransplantation wird zur Überbrückung langer Defekte im diaphysären Teil der Knochen der oberen Extremität verwendet, es sei denn, die Pseudarthrose befindet sich in der Nähe eines Gelenks. Die Fibula ist ein entbehrlicher Knochen und wird am häufigsten für die Transplantation ganzer Knochen verwendet.

Nach einer Knochentransplantation können Komplikationen der Knochentransplantation auftreten.

Die Knochentransplantation ist ein sehr häufiges Verfahren in der Orthopädie und der Beckenkamm ist derzeit die häufigste Entnahmestelle.
Die Gewinnung von Knochen aus dem Beckenkamm kann mit erheblicher Morbidität verbunden sein. Sowohl der vordere als auch der hintere Teil des Beckenkamms werden häufig zum Zweck der Knochentransplantation verwendet.

Eine Überprüfung der Literatur zeigt die folgenden berichteten Komplikationen der Knochentransplantation.

Komplikationen der Knochentransplantation

Arterielle Verletzung

Eine Verletzung der oberen Gesäßarterie ist eine seltene, aber eine der schwerwiegenden Komplikationen der Knochentransplantation im Falle der Entnahme des hinteren Beckenkamms. Die Verletzungsursache ist normalerweise eine übermäßige Muskelretraktion oder die Platzierung von Retraktoren in der Ischiaskerbe. Wenn diese arteriellen Verletzungen auftreten, sind sie schwer zu kontrollieren und erfordern manchmal eine zusätzliche chirurgische Freilegung, einschließlich der Entfernung der Ischiaskerbe oder eines anterioren oder retroperitonealen chirurgischen Zugangs. Das Gefäß kann auch durch ein angiographisches Embolisationsverfahren kontrolliert werden.

Manchmal manifestieren sich auch Verletzungen der Arteria glutealis superior spät als Glutealarterien-Aneurysma.

Ureterverletzung

Patienten mit postoperativer Hämaturie, aufgeblähtem Bauch, Ileus und Fieber sollten auf Verletzungen des Urogenitaltrakts untersucht werden. Der Harnleiter liegt näher an der A. glutealis superior und der Ischiaskerbe bei Frauen, besondere Aufmerksamkeit sollte dem Schutz der Ischiaskerbe geschenkt werden, wenn bei einer Patientin ein Transplantat aus dem hinteren Beckenkamm entnommen wird.

Hernie

Eine Herniation des Bauchinhalts durch den Spenderstellendefekt ist eine relativ häufige Komplikation. Patienten können Schmerzen im Unterbauch und ein Völlegefühl an der Spenderstelle haben.

Die Computertomographie zeigt meist deutlich einen Leistenbruch. Fortgeschrittenes Alter, Fettleibigkeit, weibliches Geschlecht und ein Transplantat größer als 4 cm.

Lokaler Gewebeverschluss, Kammresektion und -verschluss nach Bosworth, Rotation regionaler Faszienlappen und die Verwendung von synthetischen Netztransplantaten wurden alle vorgeschlagen, um diese Defekte zu behandeln.

Chronische Schmerzen und Nervenverletzungen

Chronischer Schmerz nach il ist eine der am häufigsten berichteten Komplikationen der Knochentransplantation.

Die meisten Fälle resultieren wahrscheinlich aus einer okkulten Nervenverletzung oder einer Destabilisierung des muskulären Ursprungs zum Zeitpunkt der Ernte.

Eine chronische Veränderung der Empfindung an der Entnahmestelle ist eine der am häufigsten berichteten Komplikationen bei der Knochentransplantation aus dem Beckenkamm.

Zum Zeitpunkt der Knochenentnahme aus dem hinteren Beckenkamm wurde über eine Verletzung der N. clunialis superior berichtet. Patienten mit Verletzungen der N. clunialis haben hintere Beckenschmerzen mit Ausstrahlung in das Gesäß, die sich oft durch das Sitzen verschlimmern. Oft können diese Verletzungen mit sequentiellen Nervenblockaden und Desensibilisierung behandelt werden und erfordern gelegentlich eine Exploration und Neuromresektion.

Meralgia paresthetica kann aufgrund einer Verletzung des Nervus cutaneus femoralis lateralis während oder nach der Entnahme des Knochens aus dem vorderen Beckenkamm auftreten. Die Symptome bessern sich mit gelegentlichen Nervenblockaden, Analgetika und Desensibilisierung. Bei einigen Patienten kann eine operative Dekompression oder Nervendurchtrennung erforderlich sein.

Der N. ilioinguinalis ist aufgrund einer medialen Retraktion in diesem Bereich anfällig für Verletzungen, was zu einem Gefühlsverlust der Schambeinfuge, der Basis des Penis und des proximalen Hodensacks oder der großen Schamlippen sowie des anteromedialen Aspekts des Oberschenkels führt.

Infektion

Wie bei jedem anderen chirurgischen Eingriff kann sich die Wunde an der Entnahmestelle infizieren und muss behandelt werden, um die Infektion zu kontrollieren.

Frakturen

Frakturen nach Beckenkamm-Knochenentnahme treten bei der Entnahme anteriorer Teile des Beckenkamms auf. Meistens führt die Fraktur zu einer Verschiebung der Spina iliaca anterior superior. Die Behandlung ist in der Regel nicht operativ und konzentriert sich auf eine kurze Ruhephase, gefolgt von einer unterstützten Bewegung, bis die Fraktur verheilt ist. Gelegentlich kann eine chirurgische Behandlung erforderlich sein.

Kosmetische Mängel

Entfernung der oberen Oberfläche des Darmbeins oder zur Entwicklung einer unbefriedigenden Narbe. Aktuelle Empfehlungen lauten Methoden, die den oberen Beckenrand erhalten, wie die Entfernung eines Abschnitts des Darmbeins unterhalb des Kamms, die Falltür des oberen Kamms und Methoden zur Spaltung des Kamms.

Hämatom

Signifikante Hämatome nach Beckenkamm-Knochentransplantation wurden in bis zu 10 % der Fälle berichtet.

Tumortransplantation

Es gibt Berichte über Muskel-Skelett-Tumoren, die zwischen zwei entfernten Operationsstellen transplantiert wurden.