Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die Expansion des Weichgewebes die Einheilung eines anschließend eingebrachten Knochenaugmentates positiv unterstützt hat.
Dies ist vor allem auf die Verwendung der selbstquellenden Hydrogelexpander und die damit einhergehende vorherige Vermehrung der kapillaren Gefäßdichte zurückzuführen, wie sie ohne Expansion nicht zu finden ist.
Im Vergleich zur Gruppe ohne Expansion ist eine knöcherne Durchbauung zwischen dem Augmentat und dem Lagerknochen, der Calvaria, histologisch nachweisbar.
Für die hier vorgestellten Versuche wurde das chronische Untersuchungsfenster der Kopfkammer an Lewis-Raten verwendet. Diese experimentelle Untersuchungsmethode hat sich in den vergangenen Jahren als ein vielseitiges Modell zur Analyse der Mikrozirkulation entwickelt [76].
Für in vivo Untersuchungen der mikrovaskulären Perfusion unterschiedlicher Gewebe stehen verschiedene Techniken, wie die Laser-Doppler-Flowmetrie und die Polarographic Oxymetrie zur Verfügung [27, 74, 77]. Ein großer Nachteil dieser Methoden ist, dass sie nur eine indirekte Darstellung der Perfusion ermöglichen und dementsprechend auch keine Betrachtung des Blutflusses einzelner Kapillaren/ Gefäße erlauben. Im Gegensatz dazu ist mit Hilfe der IVM die Durchführung von repetitiven sequentiellen Verlaufsuntersuchungen der Perfusion individueller identischer Kapillaren sogar über einen längeren Zeitraum am wachen und nicht anästhesierten Tier technisch möglich [73, 77]. Hierdurch lassen sich Veränderungen der mikrozirkulatorischen Parameter verschiedener Gewebe wie Muskeln, Haut oder des Periostes zuverlässig beurteilen.
Ein weiterer entscheidender Vorteil des chronischen Untersuchungsfensters ist zudem, dass für diese repetitiven Analysen keine erneuten chirurgischen Eingriffe zur Darstellung der Mikrozirkulation notwendig sind. In den vorliegenden Untersuchungen konnte es erfolgreich eingesetzt werden. Bei den Versuchstieren waren im gesamten Versuchszeitraum keine Entzündungsreaktionen nachweisbar.
Die intravitalmikroskopische Analyse der Mikrozirkulation ermöglicht somit Aussagen über die Vaskularisation sowie der Neovaskularisation verschiedener Gewebe.
Mit den bisher bekannten und verwendeten Methoden war dies nicht möglich, da diese oft auf Akutuntersuchungen oder nur auf einen Untersuchungszeitraum von wenigen Stunden begrenzt waren.
Die simultane Verwendung der beiden Fluoreszenzfarbstoffe FITC-Dextran und Rhodamin- 6G erlauben sowohl die Beurteilung der arteriolären, kapillären als auch venulären Perfusion, zellulärer Interaktionen wie die Leukozyten-/ Thrombozyten-Endothelzell-Interaktion sowie
Schädigung [77].
Die ersten intravitalmikroskopischen Analysen wurden 10 Tage post augmentationem und 5 Tage nach Kammerinsertion durchgeführt. Dadurch entfällt die präparationsbedingte arterioläre Konstriktion und eine Verminderung der nutritiven Perfusion, welche nach der chirurgischen Traumatisierung von Haut- und Muskelgewebe für diese Methode beschrieben wird [27], sowie auch die inflammatorische Antwort des Gewebes auf die mechanische Reizung. Es ist somit anzunehmen, dass die erhobenen Ausgangswerte einer physiologischen Perfusion entsprechen.
Für alle Versuche werden isogene männliche Lewis-Ratten mit einem Gewicht von 280-320g verwendet, da diese sich für die Untersuchung selbstquellender Expander besonders gut eignen.
Durch die Verwendung von Ratten anstelle von Hamstern oder Mäusen als Versuchstiere wird für Folgestudien ein Vergleich mit genetisch manipulierten Tieren oder auch immuninkompetenten Spezies, die eine Implantation von humanem Gewebe erlauben, ermöglicht.
Expander werden in der rekonstruktiven und plastischen Chirurgie zur Weichgewebeexpansion eingesetzt [52, 78]. Dabei wird das zu dehnende Weichgewebeareal einer dauerhaften Spannung ausgesetzt, so dass sich hierdurch ein Gewebezuwachs erzielen lässt [78]. Das so gewonnene Weichgewebe kann dann nach vorheriger Entfernung des Expanders zur plastischen Deckung genutzt werden. Die in den Untersuchungen verwendeten Hydrogele zur Anwendung als Gewebeexpander wurden erstmals von Wiese beschrieben [47].
1998 führte Wiese den selbstquellenden Expander ein, um die oben beschrieben Nachteile zu umgehen. Komplikationen, wie sie für herkömmliche Expander beschrieben werden [57], treten auch in den eigenen Untersuchungen bei Verwendung dieser Expander nicht auf. Erst durch die Verlangsamung der Quellung durch eine zusätzliche Vinylhülle kann ein komplikationsloser Weichgewebegewinn ermöglicht werden [79].
Im Gegensatz zu herkömmlichen Expandern bieten Hydrogelexpander den Vorteil, dass sie keiner externen Befüllung mehr bedürfen [47]. Des Weiteren lassen sich Hydrogelexpander in individuellen Formen herstellen und können so miniaturisiert zum Einsatz kommen. Das selbstständige System osmotisch aktiver Expander besteht aus einem Hydrogel, welches sich aus einem Copolymerisat aus Methylmethacrylat und N-Vinylpyrrolidon zusammensetzt.
Die Ergebnisse der jetzigen Untersuchungen decken sich mit denen von Wiese [48], der bereits die Biokompatibilität von Hydrogelexpandern nachgewiesen hat. Der im wasserfreien
dadurch zu einer Drucksteigerung, welche folglich zur Gewebedehnung führt.
Allerdings zeigten klinische Studien, dass die Expander der ersten Generation in der initialen Phase zu schnell durch Quellung an Volumen zunahmen und es dadurch zu Schädigungen der Haut kam [49, 80]. Daraus resultierte, dass eine Steuerung der Volumenzunahme erforderlich ist. Eine Verlangsamung der Quellgeschwindigkeit wird durch Ummantelung der Expander mit einer Silikonhülle erzielt. Mit Einführung der so genannten Expander der zweiten Generation kann die Aufnahme von Flüssigkeit gegenüber den herkömmlichen Hydrogelexpandern verlangsamt werden und führt nach Untersuchungen von Anwander et al. zur Vermeidung von Ischämien in den Weichgeweben [79]. Somit ist also eine Steuerung der Quellgeschwindigkeit möglich.
Bei den in den vorliegenden Untersuchungen verwendeten Expandern handelt es sich um Hydrogelexpander der zweiten Generation.
Vor allem durch technische Probleme ist ein routinemäßiger intraoraler Einsatz von Expandern in bisherigen Versuchen nicht möglich. Die in den eigenen Untersuchungen eingesetzten Hydrogelexpander haben keine technischen Probleme oder Entzündungsreaktionen zur Folge. Komplikationen durch eine zu schnelle Expansion treten nicht auf.
Nach 21-tägiger Expansion zeigt die Quellkurve der Expander unter Standardbedingungen in vitro (Cupola 0,7ml, Firma Osmed, Ilmenau, Deutschland) einen größeren Volumenzuwachs als in den vorliegenden Versuchsergebnissen. Dies ist zum einen vermutlich auf den Gegendruck, der vom Gewebe ausgeht, zurückzuführen. Zum anderen führen auch Proteinpartikel innerhalb der Interzellularsubstanz im Vergleich zu einer reinen 0,9%igen NaCl-Lösung in der Umgebung des Expanders zu einer Änderung des osmotischen Druckkoeffizienten und lassen einen verringerten Flüssigkeitseinstrom vermuten.
Der durch die Volumenzunahme entstehende Druck induziert zwar die gewünschte Gewebedehnung, jedoch zeigt er auch Auswirkungen auf den Knochen. So kommt es durch dauerhaft einwirkenden Druck ab einem Grenzwert zu Knochenresorptionen und Nekrosen.
Um diese Komplikationen zu vermeiden wurde der Expander zusätzlich auf einer Titanplatte als Druckverteiler fixiert. Von Veränderungen der Calvaria ist daher nicht auszugehen [71].
Der Einsatz von Expandern hat im umliegenden Gewebe unterschiedliche Gewebereaktionen zur Folge. Meist bildet sich eine Bindegewebekapsel um den Expander [81, 82]. In gedehnten Geweben kommt es in Abhängigkeit von der Volumenzunahme des Expanders zu unterschiedlichen Vaskularisationsdichten innerhalb der Bindegewebskapseln [52].
gegenüber dem gesunden Periost signifikant erhöhte Gefäßdichte nachweisen. Daher wurde im Gegensatz zu Untersuchungen von La Trenta [83] eine sofortige Augmentatinsertion nach Abschluss der Weichgewebeexpansion vorgenommen. Eine verzögerte Insertion des Augmentates nach Weichgewebeexpansion, wie sie von La Trenta gefordert wurde, ist in diesem Fall nicht notwendig.
Für das Überleben des eingebrachten Knochens spielt die periostale Gefäßdichte eine entscheidende Rolle [84]. Jeder chirurgische Eingriff hat bei subperiostaler Präparation eine Schädigung der periostalen Perfusion zur Folge [20]. Eigene Untersuchungen zeigen, dass es bei Augmentation von nicht expandiertem Weichgewebe sogar zum temporären vollständigen Erliegen der periostalen Perfusion kommt. Eine Kompensation durch Vasodilatation ist jedoch nur in geringem Umfang möglich. Es ist folglich davon auszugehen, dass nach Augmentation eines 0,20cm³ großen Augmentates, wie in den eigenen Untersuchungen, welches zur Lagesicherung zusätzlich mit zwei Mikroschrauben fixiert wurde, die Gefäßdurchmesserreduktion nicht durch Vasodilatation kompensiert werden konnte. Verantwortlich dafür ist vermutlich die aufgebrachte Zugspannung auf das Periost, in dessen Folge es zu einer Reduktion der Gefäßdurchmesser kommt. Nach Abschluss der Weichgewebeexpansion mit einem terminal 0,56cm³ großen Expander über 21 Tage konnte dagegen keine Beeinträchtigung der funktionellen Gefäßdichte nach erfolgter Augmentation festgestellt werden.
Nicht gefäßgestielten Augmentaten bietet die Perfusion aus den umliegenden Geweben in der initialen Einheilphase die einzige Möglichkeit der Ernährung. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass dabei nur die direkt bedeckenden Gewebe für die Ernährung maßgeblich verantwortlich sind. Bei vergleichbarer periostaler Perfusion des Periostes im Bereich um das Augmentat kommt es zur vollständigen Osseointegration nach 19 Tagen, wenn keine Perfusionseinschränkungen auf dem Augmentat vorhanden sind. In der vorliegenden Studie ermöglicht die vorangegangene Weichgewebeexpansion und die damit verbundene physiologische Kapillarperfusion folglich bereits nach 19 Tagen eine vollständige Osseointegration.
Weitere Untersuchungen könnten zeigen, ob Volumengrenzen des zu augmentierenden Materials in der präaugmentativen Weichgewebeexpansion überwunden werden können.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass der Einsatz selbstquellender Hydrogelexpander zu Veränderungen der periostalen Perfusionsverhältnisse geführt haben.
Perfusion in der Gruppe ohne Expansion nahe zu.
Histologisch zeigt sich 19 Tage post augmentationem und vorheriger Weichgewebeexpansion eine komplette knöcherne Durchbauung zwischen dem Augmentat und der Calvaria. Diese lässt sich bei der Gruppe ohne Expansion nicht darstellen.