Aus der Klinik für Kleintiere

Aus der Klinik für Kleintiere

der Tierärztlichen Hochschule Hannover

sowie

dem Institut für Experimentelle Unfallchirurgie

der Medizinischen Hochschule Hannover

Verhalten von neutrophilen Granulozyten nach Thoraxtrauma und

Marknagelung

INAUGRAL – DISSERTATION

Zur Erlangung des Grades eines Doktors

der Veterinärmedizin

( Dr. med. vet.)

durch die Tierärztliche Hochschule Hannover

Vorgelegt von

Oliver Harms

aus Hamburg

Hannover 2008

Wissenschaftliche Betreuung: Univ. - Prof. Dr. M. Fehr

Tierärztliche Hochschule Hannover

Univ. - Prof. Dr. Dr. habil. M. van Griensven

Medizinische Hochschule Hannover

1. Gutachter: Univ.- Prof. Dr. M. Fehr

2. Gutachter: Univ.- Prof. Dr. M. Ganter

Tag der mündlichen Prüfung: 10.11.2008

Für

Anna und Leo

und

meinen Vater

Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung .............................................................................................................. 8 2. Literaturübersicht............................................................................................... 10

2.1 Historische Übersicht ...................................................................................... 10 2.2 Die Fettembolie............................................................................................... 11 2.3 Marknagelung mit Bohrung verglichen mit Marknagelung ohne Bohrung....... 12 2.4 Mechanismen der pulmonalen Schädigung .................................................... 13 2.5 Die inflammatorischen Mediatoren.................................................................. 13 2.6 Einfluss der Femurnagelung auf die Immunantwort ........................................ 16 2.7 Kurzfassung .................................................................................................... 17

3. Material und Methode......................................................................................... 18

3.1 Versuchstiere .................................................................................................. 18 3.2 Versuchstiergruppen ....................................................................................... 18 3.3 Versuchsprotokoll............................................................................................ 19

3.3.1 Versuchstiervorbereitung.......................................................................... 19 3.3.2 Bronchoalveoläre Lavage (BAL)............................................................... 20 3.3.3 Blutproben ................................................................................................ 21 3.3.4 Thorakotomie und Lungenkontusion ........................................................ 21 3.3.5 Osteosyntheseverfahren .......................................................................... 21 3.3.6 Histologische Proben................................................................................ 22

3.4 Untersuchungen.............................................................................................. 23

3.4.1 Pulmonalkapilläre Permeabilität ............................................................... 23 3.4.2 Polymorphkernige Leukozyten (PMNL) Aktivitätskapazität ...................... 23 3.4.3 Gerinnungsparameter............................................................................... 24

3.4.3.1 Fibrinogen ………………………………………………………………...25 3.4.3.2 Faktor V……………………………………………………………………..25 3.4.3.3 Antithrombin III……………………………………………………………..25 3.4.3.4 D–Dimere…………………………………………………………………...26

3.4.4 Histologie.................................................................................................. 26 3.5. Statistik .......................................................................................................... 27

4. Ergebnisse .......................................................................................................... 28 4.1. Pulmonalkapilläre Permeabilität..................................................................... 28 4.2 Polymorphkernige Leukozyten (PMNL) Aktivitätskapazität im Blut ................. 30 4.3.Fibrinogen ....................................................................................................... 32 4.4. Faktor V ......................................................................................................... 34 4.5. Antithrombin III ............................................................................................... 36 4.6. D-Dimere........................................................................................................ 39 4.7. Histologie ....................................................................................................... 42

4.7.1. PMNL Diapedese .................................................................................... 42 4.7.2. Interstitielle Verdickung der Lunge .......................................................... 44

5. Diskussion .......................................................................................................... 47 6. Zusammenfassung............................................................................................. 52 7. Summary ............................................................................................................. 53 8. Literaturverzeichnis............................................................................................ 54 9. Anhang ................................................................................................................ 71

Abkürzungsverzeichnis AO Arbeitsgemeinschaft Osteosynthese

ARDS Adult respiratory distress Syndrom

AT III Antithrombin 3

BAL Bronchoalveoläre Lavage

CD Cluster of Differentiation

cm Zentimeter

cm2 Quadratzentimeter

CO2 Kohlendioxid

dl Deziliter

EDTA Ethylen-Diamin-Tetra-Azetat

EKG Elektrokardiogramm

Fa. Firma

FES Fett-Embolie-Syndrom

Fix ex Fixateur externe

HLA-DR Humanes Leukozytenantigen-System mit Isotyp Bezeichnung

IgG Immunglobulin G

IL Interleukin

kg Kilogramm

KGW Körpergewicht

l Liter

mm Millimeter

mmHg Druck, den ein Milimeter einer Quecksilbersäule ausübt

mg Milligramm

min Minute

ml Milliliter

MOV Multiorganversagen

MW Mittelwert

µg Mikrogramm

n Anzahl

NaCl Natriumchlorid

ng Nanogramm

nm Nanometer

Nr. Nummer

OP Operation

OS Osteosynthese

O2 Sauerstoff

p Irrtumswahrscheinlichkeit

PMNL Polymorphkernige Leukozyten

RFN Reamed femoral nailing = aufgebohrte Marknagelung

RIA reaming, irrigation, aspiration

STAWN Standardabweichung

UFN Unreamed femoral nailing = Unaufgebohrte Marknagelung

U/P Ratio Urea=Harnstoff/Protein Ratio

% Prozent

°C Grad Celcius

> größer als

< kleiner als

Einleitung

8

1. Einleitung

Als eine der häufigsten Methoden zur Versorgung einer Femurschaftfraktur, gilt die

intramedulläre Nagelung. Neben deren Vorteile, stellt die Intravasation von

Knochenmarkfett in die Lunge eine der Hauptkomplikationen dar. In der Folge

können kardiorespiratorische und systemische Komplikationen auftreten (HARMAN

u. RAGAZ 1950; GURD 1970; GURD u. WILSON 1974; WENDA et al. 1988; PAPE

et al. 1991; HAUSMAN u. HUDABIUNIGG 1994; MÜLLER et al. 1994; HEIM et al.

1995; KRATOCHWILL et al. 1995; JOHNSON u. LUCAS 1996; HOFMANN et al.

1999). Bereits im 19. Jahrhundert wurde die Fettembolie in Lungengefäßen als

Krankheitsbild bei einem Patienten, der nach einem Trauma verstorben war,

beschrieben (ZENKER 1862). Ende der sechziger Jahre wurde die Fettembolie und

ein daraus resultierender Komplex als Fett-Embolie-Syndrom (FES) beschrieben

(PELTIER 1969, 1988; GURD 1970; GURD u. WILSON 1974; WENDA et al. 1993;

PELL et al. 1993; KRATOCHWILL et al. 1995; HOFMANN et al. 1999). Beim

Menschen kann das FES zu schweren Lungenfunktionsstörungen führen, die als das

adult respiratory distress syndrome (ARDS) bekannt sind und zum Tod führen

können (PELL et al. 1993). Polytraumatisierte Patienten, insbesondere die an einer

zusätzlichen Lungendysfunktion, z. B. Lungenkontusion im Rahmen eines

Thoraxtraumas leiden, sind besonders gefährdet (WENDA et al. 1990; PAPE et al.

1991; HUGHES et al. 1993; WELLER 1993; HAUSMANN u. HUDABIUNIGG 1994;

MÜLLER et al. 1994; WOZASEK et al. 1994; HEIM et al. 1995; KRATOCHWILL et al.

1995; JOHNSON u. LUCAS 1996; DUWELIUS et al. 1997; KRÖPFL et al. 1997;

SCHEMITSCH et al. 1997; HOFMANN et al. 1999; HERSCOVICI et al. 2000). Die

Ätiologie der Fettembolie war Mittelpunkt vieler Studien. Wie die Untersuchungen

von HOFMANN et al. (1999) zeigen, kann jede Erhöhung des intramedullären Drucks

zu einer Intravasation von Markraumbestandteilen führen. Mögliche Ursachen dieser

Druckerhöhungen stellen instabile Frakturen oder das Einführen von Instrumenten,

Osteosyntheseimplantaten, Bohrungen oder Knochenzement in den Markraum dar

(WOZASEK et al. 1994; KRÖPFL et al. 1997, 1999). Die Druckerhöhung führt zu

einer Umverteilung des Markrauminhaltes und als Folge wird Markrauminhalt in den

Einleitung

9

medullären venösen Sinus gepresst (HOFMANN et al. 1999). Aus der

Markraumhöhle werden Mikroemboli über das venöse System und das Herz in die

Lungengefäße transportiert. Dort kommt es zu einer Obstruktion der Kapillaren,

welches zu erhöhtem pulmonalen arteriellen Druck und schließlich zur

Herzdekompensation führen kann. Bei der Pathogenese von FES und ARDS als ein

komplexes Phänomen, sind mechanische, inflammatorische, zelluläre und humorale

Faktoren sowie die Aktivierung der Gerinnungskaskade beteiligt (WENDA et al.

1990; MÜLLER et al. 1992, 1994; HAUSMANN u. HUDABIUNIGG 1994; HEIM et al

1995; JOHNSON u. LUCAS 1996; PAPE et al. 1998; HOFMANN et al. 1999).

Entlang eines chemotaktischen Gradienten migrieren die neutrophilen Granulozyten

in das Zielgewebe. Bei Polytrauma wird eine verringerte Apoptose der neutrophilen

Granulozyten beobachtet, was darauf hindeutet, dass die neutrophilen Granulozyten

länger überleben und somit zu einer Lungenschädigung beitragen können (ERTEL

1997; JIMENEZ 1997).

Die vorliegende Arbeit untersucht, ob die durch herkömmliche

Osteosyntheseverfahren verursachten Effekte auf die systemische inflammatorische

Antwort, die Aktivierung der Gerinnungskaskade und die pulmonale Permeabilität

durch die Anwendung eines neuen Bohrsystems, welches bohren, saugen und

spülen vereint, vermindert werden kann. Darüber hinaus wird der Einfluss bei einer

vorhandenen Lungenkontusion untersucht.

Literaturübersicht

10

2. Literaturübersicht

2.1 Historische Übersicht

Bevor man im letzten Jahrhundert mit der osteosynthetischen Frakturversorgung

begann, galt die Fettembolie als ein bekanntes Phänomen. Verschiedene

ätiologische Theorien, u.a. die Ausschüttung humoraler Mediatoren wie Thromboxan,

toxische Effekte und Veränderungen in der Gerinnungskaskade wurden damals

postuliert (BRADFORD et al. 1970; BAKER et al. 1971; MEEK et al. 1972; WATKINS

et al. 1982). Bis in die siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts war die

zweithäufigste, nicht akute Todesursache nach dem Trauma, das Fett–Embolie–

Syndrom. Frakturen wurden durch Traktion behandelt, die Häufigkeit von

Fettembolien wurde allerdings nicht reduziert (GORIS et al. 1982). Mehrere Autoren

konnten zeigen, dass die frühzeitige Frakturversorgung der Schlüssel zur

Vermeidung einer Fettembolie ist (HURTER 1970; RISKA et al. 1976; COPPOLA u.

ANZEL 1983; SEIBEL et al. 1985).

Erstmals wurde der Zusammenhang zwischen intramedullärer Nagelung und dem

Auftreten einer Fettembolie von PELTIER 1952 dokumentiert. Dennoch dauerte es

bis in die achtziger Jahre des letzten Jahrhunderts, dass der pulmonalen

Komplikationen vermehrte Aufmerksamkeit geschenkt wurde. In einer Studie von

ECKE et al. (1985) wurden die Daten von 1127 Patienten mit Femurschaftfrakturen

ausgewertet. Die Studie weist auf ein hohes Auftreten pulmonaler Komplikationen bei

unter 30 Jahre alten Patienten hin, wenn diese mit einer primären aufgebohrten

Marknagelung operativ versorgt wurden. Eine Fettintravasation aus dem Markraum

wurde als Hauptursache für die pulmonalen Dysfunktionen angenommen.

Anfang der neunziger Jahre des letzten Jahrhunderts erschienen viele Publikationen

mit unterschiedlichen Ergebnissen, besonders bei Patienten mit Thoraxtraumata. Die

frühe Versorgung einer Femurfraktur durch eine aufgebohrte Marknagelung führte

häufig zum ARDS mit erhöhter Mortalität (REIKERAS 1987; NAST-KOLB et al. 1990;

PAPE et al. 1993a). Die entstehende Kontroverse regte schließlich den Gebrauch

der unaufgebohrten Marknagelung an. Allerdings wurde in zwei Studien angedeutet,

Literaturübersicht

11

dass nicht die Methode, sondern die Brustverletzung die Häufung von ARDS und

Mortalität bedingt (BONE et al. 1995, 1998). Zahlreiche klinische Studien haben sich

mit dieser Fragestellung befasst und weitere Publikationen in der Molekularmedizin

verweisen auf das inflammatorische System in der Pathogenese des ARDS und des

Multiorganversagens (MOV) (GRANGER u. KUBES 1994; MOORE u. MOORE 1995;

GIANNOUDIS et al. 1999b). Neue Möglichkeiten, biochemische Wege zu detektieren

und zu messen, wurden entwickelt und das Wissen um die immuninflammatorischen

Antworten des Körpers wurde immens ausgeweitet. Es hat sich gezeigt, dass eine

Kaskade der inflammatorischen Reaktion direkt nach dem Trauma in Gang gesetzt

wird (GIANNOUDIS et al. 1998b) und die Marknagelung diese Reaktion verstärken

kann (PAPE et al. 1994).

Die systemischen Effekte der Femurmarknagelung werden im folgenden

beschrieben.

2.2 Die Fettembolie

Als potentielle Nachteile der aufgebohrten intramedullären Marknagelung gelten die

systemischen Effekte, die man dem erhöhten intramedullären Druck und der

Fettembolisation zuschreiben kann, wie dies KÜNTSCHER (1950) erstmals

beschrieb. Zur gleichen Zeit beobachten auch andere Autoren unerwartete

Nebenwirkungen bei Patienten nach aufgebohrter Femurmarknagelung (WATSON et

al. 1950; PELTIER 1952). Es gibt Belege, dass eine Instrumentation der

Markraumhöhle eine Intravasation von Knochenmarkfett zur Folge hat. Blutproben,

die aus der Femoralisvene während der Femurbohrung entnommen wurden,

enthielten Markraumbestandteile (DANCKWARDT-LILLIESTROM 1969).

Untersuchungen an einem Patienten, der nach bilateraler aufgebohrter

Femurnagelung verstorben war, zeigten Knochenmarkfett in Lunge, Nieren und

Gehirn (GIANNOUDIS 1999a). BAUMER et al. (1989) beschrieben einen weiteren

Fall von intraoperativer Fettembolie während bilateraler aufgebohrter

Femurnagelung, bei dem eine gelbe ölige Flüssigkeit aus dem Trachealtubus des

Patienten abgesaugt wurde. Während der intraoperativen Echographie kann auch

eine Intravasation von Fett in Lungengefäße nachgewiesen werden (PELL et al.

Literaturübersicht

12

1993; AOKI et al. 1998). Etliche Mechanismen für die systemische Intravasation von

Fett werden vermutet. Die Erhöhung des intramedullären Drucks während der

Nagelung wird von vielen Publikationen bestätigt, experimentell wurden Drücke über

300 mmHg am Femur gemessen (STURMER 1993). In einem Modell mit

Schafstibiae wurden Drücke um die 1000 mmHg gemessen (STURMER u.

SCHUCHARDT 1980). Bei Patienten mit Femurfrakturen wurden Drücke von 140 bis

830 mm Hg beschrieben (WENDA et al. 1988). Andere Autoren erklären sich die

Komplikationen durch einen Shunt zwischen dem arteriellen und venösen

Gefäßsystem und vermuten, dass ein Anstieg im intramedullären Druck dieses

Gleichgewicht stört (TOTHILL et al. 1987). Möglicherweise ist es eine Kombination

all dieser Überlegungen, die eine Intravasation von Fett in die Zirkulation bewirken.

2.3 Marknagelung mit Bohrung verglichen mit Marknagelung ohne Bohrung

Die Bedenken aufgrund der Fettembolisation durch Markraumbohrung führt zur

Verwendung dünnerer Nägel, die ohne Markraumbohrung eingebracht werden

können. Verschiedene Autoren haben versucht, den Grad der Fettembolisation bei

den beiden Techniken zu quantifizieren. NEUDECK et al. (1994) untersuchten den

intramedullären Druck bei aufgebohrter und unaufgebohrter Marknagelung sowie bei

der Plattenosteosynthese an einer experimentell herbeigeführten Fraktur am

Schaffemur. Allerdings ergaben sich bei aufgebohrter wie auch bei unaufgebohrter

Marknagelung keine Unterschiede im Druckanstieg. Die Plattenosteosynthese

verursachte hingegen keinen nennenswerten Anstieg des intramedullären Drucks.

KRÖPFL et al. (1997) verweisen darauf, dass das Einbringen eines unaufgebohrten

Marknagels mit einem signifikanten Anstieg des intramedullären Drucks verbunden

ist. Die selben Autoren berichten von einem signifikanten Unterschied zwischen

unaufgebohrter Marknagelung und aufgebohrter Marknagelung. Zudem verweisen

sie darauf, dass die Knochenmarkintravasation bei der unaufgebohrten

Marknagelung weniger häufig als in der aufgebohrten Marknagelung bei

Femurfrakturen auftritt.

Die Ergebnisse der transoesophagealen Echokardiographie differieren. Einige

Autoren beschreiben, dass die Emboliebildung bei beiden Techniken gleich sei

Literaturübersicht

13

(COLES et al. 2000). Andere betonen einen unterschiedlichen Anstieg in Ausmaß

und Anzahl der Embolie nach aufgebohrter Marknagelung (WENDA et al. 1993).

2.4 Mechanismen der pulmonalen Schädigung

Eine Embolisation von Knochenmark in die Lunge führt zur Obstruktion der

pulmonalen Gefäße und Schädigung der Lunge. In experimentellen Studien am Tier

wurden Drücke von 300 bis 400 mmHg in der intakten Femurmarkhöhle erzeugt,

danach zeigten Blutproben aus der Vena cava caudalis Emboli aus Knochenmarkfett

und Thrombozyten mit einer Größe von bis zu drei Zentimeter (NERLICH u.

NERLICH 1985). Als pathogenetisch bedeutsam wurde der hohe Gehalt an

Thromboplastin im Knochenmark, welches zur Agglutination von Thrombozyten und

Fett beiträgt, vermutet (STRECKER et al. 1993). Daneben wurden Veränderungen

des pulmonalen arteriellen Druckes (PAPE et al. 1992) und die Aktivierung eines

alternativen Weges der Koagulation durch zerstörte Fettzellen und

Knochenmarksraumdebris aufgeführt (PAPE et al. 1998). Allerdings scheinen diese

Mechanismen nicht auszureichen, um die auftretenden Veränderungen zu erklären.

Desweiteren wurden nachteilige Effekte von Fett innerhalb der Lunge postuliert, so

favorisieren einige Autoren die Idee, dass der toxische Einfluss von Fett zu

pulmonalen Endothelschäden führen kann (MANNING et al. 1983). Dokumentiert

war, dass Fett zu Triglyceriden abgebaut werden kann und diese die alveoläre

Architektur beschädigen können (PELTIER 1955). Andere Autoren vermuten, dass

der durch eine Hypoxie verursachte Endothelschaden zur Freisetzung humoraler

Mediatoren führt, was dann die Lungenfunktion verschlechtert (MONCADA u. VANE

1980).

2.5 Die inflammatorischen Mediatoren

JAKOBOVITZ-DERKS und DERKS (1979) untersuchten die zeitliche Abfolge von

pulmonalen morphologischen Veränderungen nach Fettinfusion beim Hund. Sie

konnten multiple Hinweise für eine Invasion inflammatorischer Zellen in das

Literaturübersicht

14

pulmonale Gewebe sowie Anzeichen für eine erhöhte pulmonale Permeabilität

feststellen.

Auch ein traumatischer Insult stellt einen inflammatorischen Zustand her. Innerhalb

dieses Prozesses existiert ein feines Gleichgewicht zwischen heilsamen Effekten der

Entzündung und dem Potential, dass dieser Prozess Gewebeschäden hervorruft, die

letztendlich zum ARDS und MOV führen können. Wahrscheinlich sind die wichtigsten

Bestandteile der Körperabwehr in diesem Prozess die Cytokine, die Leukozyten, das

Endothel und deren Interaktionen (GRANGER u. KUBES 1994). Außerdem spielen

reaktive Sauerstoffradikale, Eicosanoide und Störungen in der Mikrozirkulation eine

wichtige Rolle (CIPOLLE et al. 1993). In der Pathogenese der Lungenschädigung

und der systemischen Organschädigung kommt den inflammatorischen Zellen die

größte Bedeutung zu. So zeigten Untersuchungen der bronchoalveolären

Lavageflüssigkeit bei Patienten mit ARDS eine erhöhte Anzahl von neutrophilen

Granulozyten und deren schädigenden Substanzen, wie die Elastase (IDELL et al.

1985). Desweiteren ergaben Autopsien von Patienten, die an ARDS gestorben

waren, dass eine hohe Anzahl von neutrophilen Granulozyten in der Mikrozirkulation

der Lunge sequestriert waren (ORELL 1971). Hydrogenperoxide, die man in der

Ausatemluft von Patienten mit ARDS nachweisen konnte, stammen wahrscheinlich

von aktivierten inflammatorischen Zellen innerhalb der geschädigten Lunge (RIEDE

et al. 1978; BALDWIN et al. 1986). Zudem werden eine erhöhte Superoxid- und

Hydroxyl-Radikalen-Produktion für den veringerten Gasaustausch verantwortlich

gemacht (RIVIKIND et al. 1991). Auch Tiermodelle mit akuter Lungenschädigung

verursacht durch Endotoxine, Bakterien, Hyperoxie und Mikroembolisation haben die

große Bedeutung der neutrophilen Granulozyten gezeigt (ST JOHN et al. 1991). So

vermindert eine Verringerung der Neutrophilen vor dem traumatischen Insult die

Lungenschädigung (STEPHENS et al. 1988). Es konnten die Fett induzierten

Lungenschäden durch Neutropenie verhindert werden (BALK et al. 1988;

ANDREASSON et al. 1989; DOERSCHUK et al. 1989). Isolierte humane mit Ölsäure

versetzte neutrophile Granulozyten zeigten einen Anstieg der CD11b Expression auf

der Zelloberfläche (MASTRANGELO et al. 1998). Dies führt zu der Annahme, dass

Ölsäure als Derivat des fettigen Materials, das nach Fraktur eines Röhrenknochens

oder während des Bohrvorganges aus der Markhöhle freigesetzt wird, einer der

Literaturübersicht

15

wesentlichen Faktoren für den Anstieg der polymorphkernigen Leukozyten ist

(MASTRANGELO et al. 1998). Lipidmediatoren, wie das Leukotrien B4 führen

ebenfalls zu einem CD11b Anstieg und geben das Signal für die gleichzeitige

Freisetzung von Elastase und Superoxiden in humanen neutrophilen Granulozyten,

was die Stimulationskraft der Fettmediatoren auf die polymorphkernigen Leukozyten

unterstützt (PARTRICK et al 1997). Damit scheint der kritische Punkt in der

Entwicklung des Lungenschadens in der Adhäsion der Neutrophilen mit dem

Endothel zu liegen. Die Applikation von Cyclooxygenasehemmern, wie z.B.

Ibuprofen, führt zur Reduktion von Prostaglandinen und somit zu einer Reduzierung

der Lungenschädigung im Tiermodell (CAREY et al. 1991). Auch die Gabe von

monoklonalen Antikörpern gegen CD11b und CD18 Komponenten des

Adhäsionsrezeptorkomplex von neutrophilen Granulozyten mit dem Endothel

verringert die Lungenschädigung signifikant (WALSH et al. 1991).

Die durch die Intravasation von Fett hervorgerufene Obstruktion der Mikrozirkulation

und die inflammatorische Reaktion sollen die Neutrophilenkinetik modifizieren und

somit günstige Bedingungen für die durch neutrophile Granulozyten vermittelte

Schädigung der Lunge schaffen (DOERSCHUK et al. 1989). In gesunden

Lungengefäßen zirkulieren die neutrophilen Granulozyten am Rand oder entlang der

Gefäßwand, da nur schwach adhäsive Kräfte vorhanden sind (DOERSCHUK et al.

1989). Dieses Marginationsphänomen wurde anhand von Untersuchungen an

postkapillären Venulen des systemischen Gefäßbettes gezeigt (MACNEE u. SELBY

1990). Dennoch weist einiges darauf hin, dass die pulmonale Zirkulation einzigartig

ist, da sich die Mehrzahl der neutrophilen Granulozyten der Lunge in den Kapillaren

befindet (MACNEE u. SELBY 1990). Videomikroskopische Untersuchungen der

subpleuralen pulmonalen Zirkulation bei Hunden beweisen den Aufenthalt der

neutrophilen Granulozyten im Kapillarbett und nicht in den postkapillären Venulen

(LIEN et al. 1987). WORTHEN et al. (1989) veränderten die Steiffigkeit der

neutrophilen Granulozyten durch deren Aktivierung oder durch pharmakologische

Zerstörung des Cytoskeletts und zeigten dadurch die veränderte Fähigkeit der

neutrophilen Granulozyten, durch fünf µm große Filter zu passieren. Die Ergebnisse

zeigen, dass die physikalischen Hemmnisse des pulmonalen Kapillarbetts, die

Steifheit des Cytoskeletts der neutrophilen Granulozyten und die

Literaturübersicht

16

Adhäsionsmechanismen eine Rolle in der Kinetik der frühen neutrophilen Antwort bei

Lungenschädigungen spielen und im weiteren Verlauf zu Organdysfunktionen führen

können (HARLAN 1987). Die Adhäsion der neutrophilen Granulozyten an und die

Migration durch das Endothel wird gekennzeichnet durch „Rolling, „Attachment“

(Aggregation) und „Diapedesis“(Transmigration). Beim „Tethering“ und „Rolling“

kommt es zu einer transienten Adhäsion der neutrophilen Granulozyten mit dem

Endothel (Anderson 1987; Springer 1990; Butcher 1991). Danach kommt es zu

einem abstoppen („attchment“) der neutrophilen Granulozyten auf den

Endothelzellen, was zu einem stabilen Zell-Zellkontakt führt (VAN GRIENSVEN

1999).

2.6 Einfluss der Femurnagelung auf die Immunantwort

In einer Gegenüberstellung bezüglich der Ausschüttung von inflammatorischen

Mediatoren wurden die Auswirkungen der primären Marknagelung am Femur auf die

Lungenfunktion nach aufgebohrter und unaufgebohrter Marknagelung untersucht

(PAPE et al. 1993b). Ein signifikanter Anstieg der Konzentration von Elastase im

venösen Blut zeigte sich während der aufgebohrten Marknagelung, verbunden mit

einer Aktivierung der polymorphkernigen Leukozyten, gemessen durch die

Cheminolumineszenz. In einer weiteren Studie wurde die Nagelung als „second hit“,

das initiale Trauma als „first hit“ bezeichnet (GIANNOUDIS et al. 1999a). Dabei

wurden sowohl bei der aufgebohrten als auch bei der unaufgebohrten Marknagelung

ähnliche Ergebnisse hinsichtlich der Elastaseausschüttung, der Neutrophilenaktivität,

IL-6 und der Expression von Adhäsionsmolekülen festgestellt. Andere Autoren

untersuchten die immunsuppressiven Auswirkungen der Marknagelung, indem sie

die IL-10 Ausschüttung sowie die Expression von HLA-DR auf mononuklearen Zellen

untersuchten (SMITH et al. 2000). Sie stellten fest, dass die aufgebohrte

Marknagelung mit einer größeren Beeinträchtigung der Immunantwort verbunden ist

als die unaufgebohrte Marknagelung.

In Tierstudien an Ratten wurden die Auswirkungen einer Femurfraktur sowie der

intramedullären Fixation auf die pulmonale Kapillarpermeabilität untersucht (WILLIS

et al. 1999). Die Ergebnisse zeigen, dass die Fraktur allein nicht zu einer erhöhten

Literaturübersicht

17

Permeabilität führt, wohl aber die Fraktur und die Fixation zusammen (WILLIS et al.

1999).

2.7 Kurzfassung

Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass die pulmonale Gefäßobstruktion, die

nach einer intramedullären Nagelung auftreten kann, nicht allein für die

Lungenschädigung verantwortlich ist. Vielmehr sind zahlreiche systemische

Parameter aktiviert, die zusammen die Fähigkeit haben, die Lunge zu schädigen.

Darüber hinaus weisen Cofaktoren wie Volumendefizit, Schock und Lungenkontusion

einen synergistischen Effekt auf. In der Folge kommt es schneller zu einer

irreversiblen Schädigung. Desweiteren spielen die individuellen Gegebenheiten des

einzelnen Patienten eine wichtige Rolle. So belegen Publikationen unterschiedliche,

posttraumatische Komplikationen bei Patienten mit gleicher Verletzungsschwere und

gleichen Risiken (GUILLOU 1993).

Material und Methode

18

3. Material und Methode

3.1 Versuchstiere

Die Untersuchungen wurden an 48 weiblichen Merinolämmern mit einem mittleren

Körpergewicht von 35 kg und einem durchschnittlichen Alter von einem halben Jahr

durchgeführt. Bei der Einstallung der Tiere wurde von jedem Schaf eine Kotprobe auf

Endoparasiten untersucht und eine Entwurmung mit Febendazol (Panacur®, Intervet,

Unterschleißheim) 2,5%ig durchgeführt. Zwei Tage vor Beginn der Versuche wurden

die Tiere aus der Herde (Weidehaltung) isoliert und in Einzelboxen auf Stroh

untergebracht. Vor der Operation wurde eine zwölfstündige Nahrungskarenz

eingehalten. Alle Schafe waren klinisch gesund. Sie zeigten eine physiologische

Wasser- und Futteraufnahme. Die Versuche wurden durch die Bezirksregierung

Hannover genehmigt (Tierversuchsnummer 504-42502-02/512).

3.2 Versuchstiergruppen

Die 48 Merinoschafe wurden in zwei Hauptgruppen (Lungenkontusion und

Kontrollgruppe) mit jeweils vier Untergruppen eingeteilt (Tabelle 1). In der

Kontrollgruppe wurde eine Thorakotomie und die unterschiedlichen

Osteosyntheseverfahren (Fixateur Externe (Fix ex), unaufgebohrte Femurnagelung

(UFN), aufgebohrte Femurnagelung (RFN) sowie die aufgebohrte Marknagelung mit

dem neuen Bohrsystem (RIA)) durchgeführt. In der Kontusionsgruppe wurde die

Lunge zusätzlich vor Durchführung der selben Osteosyntheseverfahren komprimiert.


19

Kontrollgruppe

Kontusionsgruppe

Osteosynthese

Anzahl (n)

Osteosynthese

Anzahl (n)

Fix.Ex.

6

Fix.Ex.

6

RFN

6

RFN

6

UFN

6

UFN

6

RIA

6

RIA

6

Tabelle 1: Einteilung der Versuchstiere in Gruppen und Methode der angewendeten

Manipulation am Femur. Fix.Ex.: Fixateur externe; RFN: reamed femoral nailing

=aufgebohrte Marknagelung; UFN: unreamed femoral nailing = unaufgebohrte

Marknagelung; RIA: reaming, irrigation, aspiration)

3.3 Versuchsprotokoll

3.3.1 Versuchstiervorbereitung

Am Morgen des Versuchstages wurden die Schafe mit einem venösen Katheter zur

Blutentnahme und zur Narkoseinduktion ausgestattet. Dazu wurde die Vena jugularis

externa sinistra nach Rasur und Desinfektion punktiert und ein Jugulariskatheter

(Cava-fix, 1,2x1,7 mm, 50 cm lang, Fa. Braun, Melsungen) platziert. Die

Prämedikation wurde mit Propofol (4 mg/kg KGW; Klimofol®, IVAmed, Mannheim)

und 0,01 mg/kg KGW Buprenorphin (Temgesic®, Essex, München) durchgeführt.

Nach Eintritt der Intubationsfähigkeit wurden die Tiere mit einem Trachealtubus (CH

36; Fa. Mallinckrodt, Burgwedel) intubiert. Um eine Tympanie zu verhindern, wurde


20

eine weitlumige Sonde aus Kunststoff (Boschrohr, Teleflex Medical GmbH, Kernen,

Innendurchmesser 10 mm, Außendurchmesser 15 mm) in den Vormagen oral

eingeführt. Im weiteren Verlauf wurde die Anästhesie mittels eines Sauerstoff-

Isofluran-Gemisches fortgeführt. Dazu schloss man die Tiere an ein

volumengesteuertes Beatmungsgerät (Romulus 19, Dräger Werke, Lübeck) an. Das

Beatmungsgemisch bestand dabei aus 1,8 l/min Sauerstoff und 0,8 % Isofluran. Die

Atemfrequenz betrug 14/min mit einem Atemzugvolumen von 450 ml. Nach erfolgtem

Hautschnitt wurden neben der Arteria carotis communis, die Arteria carotis

communis dexter und die Vena jugularis externa dextra freipräpariert. Zur

kontinuierlichen Kontrolle des arteriellen Blutdruckes wurde ein ca. 15 cm langer

Silikonkatheter (Down Corning Silastics Medical Grade Tubing, Nr. 602-285, Fa.

Down Corning Medical Products, Midland, USA) in die Arteria carotis communis

implantiert. Ein gleichartiger Katheter wurde in die Vena jugularis externa dextra

platziert. Zur Volumensubstitution (10 ml/kg/h) wurde Ringer Lactat Infusionslösung

(Fa. Braun, Melsungen) verwendet. Kontinuierliche EKG-, inspiratorische und

exspiratorische O2- und CO2- sowie Puls- und Blutdruckkontrollen wurden

durchgeführt.

3.3.2 Bronchoalveoläre Lavage (BAL)

Zur Bestimmung der Basiswerte in den Thorakotomiegruppen und den

Kontusionsgruppen wurde zunächst eine BAL durchgeführt. Auf den Tubus wurde

ein Verbindungsstück (Portex, Altdorf) aufgesetzt, welches das Einführen des

Bronchoskops (Olympus-BF 1T10, New York, USA) bei fortwährender Beatmung

erlaubte. Unter leichter Anästhesie (Isofloran) wurde das Bronchoskop in einen

Bronchus vierter Ordnung des Lobus caudalis der rechten oder linken Seite

vorgeschoben. Der durch das Bronchoskop nach tracheal verschlossene Bronchus

(sog. Wedge-Position) wurde durch Injektion von 60 ml steriler 0,9 %iger NaCl-

Lösung (Fa. Braun, Melsungen) und sofortiges Absaugen durch das Bronchoskop

derselben gespült. Durchschnittlich wurden 70% der injizierten Flüssigkeitsmenge

zurück gewonnen. Nach der gleichen Methode wurde auch bei den anderen BAL´s

zu den anderen Zeitpunkten verfahren. Um die Resultate durch vorangegangene


21

Lavagen nicht zu beeinträchtigen, wurden verschiedene Segmente beider Seiten

ausgesucht. Die durch die BAL gewonnene Flüssigkeit wurde über 10 Minuten mit

350 g bei einer Temperatur von 10°C zentrifugiert (Allegra 6KR Centrifuge,

Beckmann Coulter, USA).

3.3.3 Blutproben

Nach Durchführung der BAL wurde zur Bestimmung der Basiswerte Blut aus der

Vena jugularis externa entnommen. Dies wurde jede halbe Stunde bis zur

Euthanasie wiederholt. Nach Zentrifugieren des Blutes wurde das Serum bis zur

Weiterverarbeitung im Labor auf Eis gelagert.

3.3.4 Thorakotomie und Lungenkontusion

Die experimentelle Lungenkontusion in der Kontusionsgruppe wurde durch direkte

Lungenquetschung im Rahmen der Thorakotomie durchgeführt. Die Methode ist

1980 von OESTERN beschrieben worden. Der Zugang erfolgte über den fünften

Interkostalraum von rechts. Es erfolgte eine sorgfältige Inspektion der Lunge, um

Vorschädigungen und offene Parenchymverletzungen auszuschließen. Nach

vorsichtigem vorlagern der Lunge wurde mit Hilfe einer speziell angefertigten

Fasszange ein standardisierter Druck von 1–1,5 kg/cm2 auf den rechten Mittellappen

ausgeübt. Dadurch wurde eine Kontusion des pulmonalen Gewebes erzeugt, ohne

dabei Rupturen im Lungengewebe zu bewirken. Anschließend wurde eine

Thoraxdrainage aus Silikon (Down Corning Silastics Medical Grade Tubing, Nr. 602-

285, Fa. Down Corning Medical Products, Midland, USA) gelegt. In der

Kontrollgruppe wurde nur eine Thorakotomie mit Thoraxdrainage durchgeführt.

3.3.5 Osteosyntheseverfahren

Bei der aufgebohrten Marknagelung (RFN Gruppe) wurde der operative Eingriff am

Oberschenkel in Anlehnung an eine von STÜRMER und SCHUCHARDT (1980)

beschriebene Methode an der Schafstibia vorgenommen. Über einen lateralen


22

Zugang auf Höhe des Trochanter major wurde die Fossa trochanterica dargestellt.

Auf Höhe der palpierbaren Trochanterspitze wurde ein ca. drei Zentimeter langer

Hautschnitt in Verlängerung der Femurschaftachse nach kranial durchgeführt. Die

Fasern der Glutealmuskulatur wurden quer zur Faserrichtung auseinandergedrängt.

Die Eröffnung des Markraumes erfolgte mittels Pfriem. Nach Einführen des drei

Millimeter Führungsspießes erfolgte das Vorbohren mit einer Standard AO

Bohrmaschine (Synthes, Bochum). Um den Markraum für das Einbringen des Nagels

entsprechend zu weiten, wurde der Vorgang mit einer biegsamen Welle ohne festen

Kopf unter sukzessivem Austausch von Bohrköpfen in den Größen von 9,5 bis 10,5

mm dreimal wiederholt. Dann erfolgte das Einbringen eines Femurnagels (Synthes,

Bochum), dessen Durchmesser 0,5 mm geringer als der des dicksten Bohrers war.

Die Vorgehensweise bei der unaufgebohrten Marknagelung (UFN Gruppe) erfolgte

bis einschließlich des Vorbohrens zur Eröffnung der Markhöhle wie bei der

aufgebohrten Marknagelung. Statt des mehrfachen Aufbohrens des Markraumes

wurde ein solider in der Humanmedizin verwendeter Femurnagel (Synthes, Bochum)

von zehn Millimeter Durchmesser eingeschlagen.

Bei dem neu entwickelten Bohrsystem (RIA Gruppe) erfolgte das gleiche Vorgehen

wie bei der Gruppe mit aufgebohrtem Markraum. Statt des herkömmlichen Bohrers

wurde jedoch das neue System benutzt (Synthes, Paoli, Pennsylvania).

In einer vierten Gruppe, wurde statt eines Marknagels ein standardisierter Fixateur

externe (Fix Ex Gruppe) angebracht, wie bereits von PAPE et al. (1995) beschrieben.

3.3.6 Histologische Proben

Für die histologischen Untersuchungen wurden nach der Euthanasie Gewebeproben

von der Lunge entnommen. Sie wurden direkt nach Entnahme in 5%ige

Formalinlösung eingelegt und nach dreiwöchiger Fixation der weiteren Bearbeitung

zugeführt.


23

3.4 Untersuchungen

3.4.1 Pulmonalkapilläre Permeabilität

Das Ausmaß der Lungenparenchymschädigung wurde durch die Ratio zwischen

dem Proteingehalt in der BALF und dem Serum charakterisiert. Um die

Proteinkonzentration der BALF volumenabhängig zu berechnen wurde der absolute

Proteingehalt über die gleichzeitig gemessene Harnstoffkonzentration im Plasma und

in der BALF korrigiert nach:

Ratio: (Protein)BAL*(Protein)Plasma*(Harnstoff)Plasma/(Harnstoff)BAL

Harnstoff kann ungehindert zwischen alveolaren und kapillaren Kompartiment

ausgetauscht werde wegen der minimale Größe. Konzentrationen von Protein und

Harnstoff wurden mittels Standardmethoden gemessen (Protein: Lowry Assay,

(LOWRY et al. 1951); Harnstoff: Biochemical Test (PAPE et al. 1998)).

3.4.2 Polymorphkernige Leukozyten (PMNL) Aktivitätskapazität

Die Seperation der Granulozyten aus dem Vollblut erfolgte mit Hilfe eines einstufigen

Dichtegradienten unter Verwendung von 50 % Percoll (mit Polyvinylpyrolidon

ummantelte Kieselerdepartikel, Pharmacia Schweden), das eine Dichte von 1,077

g x cm-3 bewirkt. Blutproben wurden aus dem Katheter der Vena jugularis externa in

Natrium-Citrat-Monovetten entnommen und weiter verarbeitet. Dazu wurden 4 ml

Percoll-Lösung in ein Reagenzröhrchen (Fa. Sarstedt, Nümbrecht) gegeben und

überschichtet mit 1 ml einer 1:1 verdünnten Vollblut/0,9% NaCl Suspension.

Anschliessend wurde die Probe bei 530 g unter 20°C für 20 Minuten zentrifugiert.

Der Überstand, Monozyten, Thrombozyten, Lymphozyten, Plasma und Percoll

enthaltend, wurde dekantiert. Das Sediment wurde mit PBS aufgefüllt und fünf

Minuten bei 530 g unter 20°C zentrifugiert und der Überstand mit Resten der Percoll-

Lösung dekantiert. Die im granulozytenreichen Sediment enthaltenen Erythrozyten

wurden mit 2 ml Aqua bidest im Eisbad lysiert. Zur Wiederherstellung der

physiologischen Osmolarität wurde nach 20 Sekunden 1 ml 2,7%-ige


24

Kochsalzlösung zu der Suspension gegeben. Es folgten erneut zwei Waschvorgänge

mit PBS durch Zentrifugation bei 530 g und 20°C für fünf Minuten. Das Zellsediment

wurde abschliessend in 1 ml MEM-Puffer (Fa. Boehringer, Mannheim) resuspendiert

und in einer Neubauer-Kammer gezählt. Bei stichprobenartig durchgeführten

Trypanblau-Exklusionstesten ergab sich jeweils eine Zellviabilität von über 90%.

Die Chemilumineszenz bestimmt die Aktivität der Granulozyten bezüglich der

generellen Phagozytosefähigkeit und des oxidativen Metabolismus. Die

Chemilumineszenz wurde unter Luminol Verstärkung nach einer von Tono-Oka

(TONO-OKA et al., 1983) beschriebenen Methode an einem Bioluminaten (Biolumate

LB 9505, Berthold Technologies, Wildbad) durchgeführt. Die Messungen erfolgten

bei einer Temperatur von 37°C. Für die Bestimmung der Chemilumineszenz

isolierter Granulozyten wurde zur Messung der Basisaktivität 520 µl MEM, 10 µl

Luminol (22,6 mM), 50 µl Granulozytensuspension und 50 µl gepooltes Plasma

angesetzt. Zur Messung der Aktivität an den Versuchszeitpunkten wurden 500 µl

MEM, 10 µl Luminol, 50 µl Granulozytensuspension, 50 µl gepooltes Plasma und 20

µl nicht-opsoniertes Zymosan (Fa. Sigma, St. Louis, USA) angesetzt. Das

verwendete gepoolte Plasma stammte aus einer Blutabnahme vor Versuchsbeginn

und gewährleistete damit eine gleich bleibende Opsonierung des Zymosans im

Ansatz.

Die maximal erreichten Chemilumineszenz-Werte wurden bestimmt. Die Messungen

wurden simultan gestartet und die Photoemission in counts per minute (cpm) über 60

Minuten aufgezeichnet.

3.4.3 Gerinnungsparameter

Alle Messungen der Gerinnungsparameter wurden aus EDTA-Plasma durchgeführt.

Das Probenmaterial der Versuchstiere wurde zwecks Kalibrierung der Testsysteme

gegen einen gepoolten Standard von zehn, nicht im Versuch befindlichen Schafen

gemessen. Für die Fibrinogen- und Faktor-V-messungen wurde eine

Verdünnungsreihe aus dem gepoolten Plasma hergestellt.


25

3.4.3.1 Fibrinogen

Die Fibrinogenmessung nach CLAUSS (1957) wird zur Erfassung des hämostatisch

aktiven Fibrins eingesetzt. In Gegenwart eines Thrombin-Überschusses ist die

Gerinnungszeit einer verdünnten Probe der Fibrinogenkonzentration umgekehrt

proportional. Die Messungen erfolgten mit dem von der Fa. Roche (Diagnostica

Stago, Roche Diagnostics, Mannheim) entwickelten Testkit. Die Messungen wurden

im Häkchenkoagulometer (Schnitger und Gross, Amelung GmbH, Lemgo)

durchgeführt. Als 100 % - Wert galt eine Verdünnung von 1:40.

3.4.3.2 Faktor V

Die Faktor V Messungen wurden ebenfalls mit dem Häkchenkoagulometer

(Schnitger und Gross, Amelung GmbH, Lemgo) durchgeführt. Der STA Faktor V –

Testkit (Diagnostica Stago, Roche Diagnostics, Mannheim) basiert auf dem

Grundprinzip, dass die Gerinnungszeit des Testansatzes nur von der Aktivität des zu

messenden Faktors in der Probe abhängt. Alle übrigen Faktoren liegen im

Mangelplasma des Testkits im Überschuss vor. Als 100%-Wert galt eine Verdünnung

von 1:20.

3.4.3.3 Antithrombin III

Die Probe wurde mit Heparin und einer definierten Menge Thrombin im Überschuss

versetzt. Sämtliches Antithrombin III wird in einen inaktiven Komplex überführt. Nicht

gehemmtes Thrombin wird aus einem chromogenen Substrat p–Nitroanilin frei. Die

Restmenge Thrombin ist umgekehrt proportional dem Antithrombin III Gehalt. Aus

der Extinktionszunahme bei 405 nm kann die Antithrombin III Aktivität berechnet

werden. Die quantitative Bestimmung der Antithrombin III Aktivität wurde mit dem

Antithrombin III Testkit der Fa. Roche (Roche, Mannheim) auf dem Roche / Hitachi

Gerät 912 (Roche, Mannheim) gemessen.


26

3.4.3.4 D–Dimere

Latexpartikel einheitlicher Größe wurden mit monoklonalen Antikörpern gegen das D

–Dimer–Epitop beschichtet. Die bei Zugabe von D–Dimer–haltigen Blutproben

entstehenden Antigen–Antikörper–Komplexe bewirken eine Zunahme der Trübung

des Testansatzes. Die Extinktionsänderungen pro Zeit ist abhängig von der

Konzentration an D–Dimer–Epitopen in der Probe. Die Messungen wurden mit dem

D–Dimer Testkit (Fa. Roche Diagnostics GmbH, Mannheim) auf dem Roche / Hitachi

912 Gerät (Roche , Mannheim) durchgeführt.

3.4.4 Histologie

In der vorliegenden Arbeit wurden die histologischen Befunde der Lunge

beschrieben. Hierfür wurden die entsprechenden Proben aus dem Fixationsmedium

entnommen und mit einem Einbettautomaten (Hypercenter 2, Fa. Shandon, London,

Großbritannien) nach laborüblichem Schema, d.h. Entwässerung durch aufsteigende

Alkoholreihen, zwei Bäder mit Essigsäurebuthylester als Intermedium und zwei

Bäder Paraffin (Fa. Vogel, Gießen, Schmelzpunkt 58–60°C) eingebettet. Mit einem

Schlittenmikrotom (Fa. Reichert–Jung, Heidelberg) erfolgte die Herstellung ca. 2 µm

dicken Schnitten. Zur Beurteilung wurde bei allen Schnitten eine Hämalaun–Eosin–

Übersichtsfärbung vorgenommen. Es folgte die Beurteilung der Präparate unter dem

Lichtmikroskop anhand einer Gradeinteilung der Veränderungen in gering- mittel-

und hochgradig. Zum einen wurde die PMNL Diapedese zum anderen die

interstitielle Verdickung beurteilt.


27

3.5. Statistik

In die statistische Auswertung gingen jeweils die Mittelwerte und die

Standardabweichungen der Parameter ein. Die statistischen Untersuchungen

wurden mit SPSS 11.5 für Windows ® (SPSS, Chicago, Illinois, USA) durchgeführt.

Das für alle Vergleiche zugrunde liegende Signifikanzniveau wurde unterhalb von

0,05 festgelegt (p<0,05). Um Unterschiede zwischen den Gruppen festzustellen,

wurde ein ANOVA Test und ein posthoc Student´s t-Test eingesetzt.

Ergebnisse

28

4. Ergebnisse

4.1. Pulmonalkapilläre Permeabilität

Es gab keine signifikanten Unterschiede bei den Ausgangswerten der

Harnstoff/Protein Ratio zwischen den Thorakotomie- und den Lungenkontusions-

Gruppen (p>0,05).

Die Kontrollgruppe der Fix ex Gruppe zeigt keinen signifikanten Anstieg der

Urea/Protein (U/P) Ratio vom Basiswert bis vier Stunden nach der Osteosynthese

(p>0,05). Die Kontusion hingegen führte zu einem signifikanten Anstieg der U/P

Ratio (p<0,05); dagegen führte die Instrumentation zu keinem Anstieg (p>0,05).

Die Thorakotomie führte nicht zu einem signifikanten Anstieg der U/P-Ratio in der

RFN-Gruppe (p>0,05). Demgegenüber steht der signifikante Anstieg der U/P Ratio

nach Lungenkontusion (p<0,05). Die Bohrung führte zu einem deutlichen Anstieg der

U/P-Ratio in beiden Gruppen der RFN Gruppe (p<0,05). Vier Stunden nach der

Osteosynthese war ein signifikanter Abfall der U/P-Ratio in der Thorakotomiegruppe

im Vergleich zum Basiswert nachzuweisen (p<0,05). Demgegenüber war ein weiterer

deutlicher Anstieg in der Kontusionsgruppe zu beobachten (p<0,05).

In der Kontrollgruppe der UFN Gruppe führte die Thorakotomie nicht zu einem

deutlichen Anstieg der U/P Ratio (p>0,05), dagegen führte die Kontusion zu einem

signifikanten Anstieg der Harnstoff/Protein Ratio (p<0,05). In beiden Gruppen gab es

keinen signifikanten Anstieg der Lungenpermeabilität nach der Osteosynthese

(p>0,05). Beide Gruppen verzeichneten einen Abfall der U/P Ratio, vier Stunden

nach der Instrumentation, der nicht signifikant war (p>0,05).

In der RIA Gruppe kam es ebenfalls zu keinem deutlichen Anstieg der U/P Ratio

nach der Thorakotomie (p>0,05). Die Kontusion führte auch in dieser Gruppe zu

einem signifikanten Anstieg der U/P Ratio (p<0,05). In beiden Gruppen gab es

keinen signifikanten Anstieg der U/P Ratio nach der Osteosynthese (p>0,05). In der

Kontroll- und der Kontusionsgruppe des neuen Bohrsystems kam es zu einem Abfall

der U/P Ratio vier Stunden nach der Instrumentation, der nicht signifikant war

(p>0,05).

Ergebnisse

29

In jeder Gruppe stieg die U/P Ratio nach der Kontusion signifikant an (p<0,05). Nach

der Instrumentation am Knochen stieg die U/P Ratio nur in der RFN-Gruppe deutlich

an.

In den Kontusionsgruppen aller Osteosytheseverfahren waren die Werte direkt nach

der Lungenkontusion vergleichbar. Vier Stunden nach der Instrumentation war der

U/P Ratio Wert in der RFN Gruppe signifikant höher als in allen anderen

Kontusionsgruppen. In der Kontrollgruppe war dies nicht zu beobachten. (Abbildung

1 und 2; Anhang Tabelle 1-4)

Abbildung 1: Pulmonale Permeabilität in den Kontrollgruppen. Die Werte sind

dargestellt als Mittelwert+STAWN. U/P Ratio: Urea/Protein Ratio. 4 post OS: Vier

Stunden nach Osteosynthese. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed

femoral nailing Gruppe. UFN: unreamed femoral nailing Gruppe. RIA: reamed,

irrigation, aspiration Gruppe.

*

Pulmonale Permeabilität in den Kontrollgruppen

0

20

40

60

80

100

120

Basisw

ert

Thora

koto

mie

Osteos

ynth

ese

4 po

st OS

U/P Ratio

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

30

Abbildung 2: Pulmonale Permeabilität in den Kontusionsgruppen. Die Werte sind

dargestellt als Mittelwert+STAWN. U/P Ratio: Urea/Protein Ratio. 4 post OS: Vier

Stunden nach Osteosynthese. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed



4.2. Polymorphkernige Leukozyten (PMNL) Aktivitätskapazität im Blut

Die Kapazität der PMNL Aktivierung der Grundwerte wurde als 100% Wert angesetzt

und die weiteren Werte wurden in Relation zu diesem Ausgangswert bemessen. In

allen vier Kontrollgruppen waren keine signifikanten Unterschiede in der PMNL

Aktivitätskapazität festzustellen (p>0,05).

Außer in der RIA Gruppe (p>0,05) führte die Kontusion der Lunge zu einem

signifikanten Abfall der peripheren/zirkulierenden PMNL Aktivitätskapazität (p<0,05).

In der RFN Gruppe gab es darüber hinaus einen signifikanten Abfall der PMNL

Aktivitätskapazität bis vier Stunden nach der Osteosynthese (p<0,05) (Abbildung 3

und 4; Anhang Tabelle 5-8).

Pulmonale Permeabilität in den Kontusionsgruppen

050

100150200250300350400

Basisw

ert

Kontu

sion

Osteos

ynth

ese

4 po

st O

S

U/P Ratio

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

31

Abbildung 3: PMNL Aktivitätskapazität in den Kontrollgruppen. Die Werte sind

dargestellt als Mittelwert+STAWN. PMNL: Polymorphkernige Leokozyten. 4 post OS:

Vier Stunden nach Osteosynthese. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed



PMNL Aktivitätskapazität in den Kontrollgruppen

0

20

40

60

80

100

120

140

Basisw

ert

Thora

kotom

ie

Osteos

ynth

ese

4 po

st OS

%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

32

Abbildung 4: PMNL Aktivitätskapazität in den Kontusionsgruppen. Die Werte sind

dargestellt als Mittelwert+STAWN. PMNL: Polymorphkernige Leokozyten. 4 post OS:

Vier Stunden nach Osteosynthese. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed



4.3. Fibrinogen

In der Kontrollgruppe der Fix ex Gruppe wurden keine signifikanten Unterschiede im

Fibrinogengehalt nachgewiesen (p>0,05). Vier Stunden nach der Osteosynthese kam

es in der Kontusionsgruppe zu einem signifikanten Abfall der

Fibrinogenkonzentration im Vergleich zum Ausgangswert (p<0,05).

In der RFN Gruppe waren die Unterschiede in der Plasma Fibrinogenkonzentration

vier Stunden post Osteosynthese im Vergleich zum Zeitpunkt der Kontusion und des

Ausgangswertes signifikant (p<0,05).

In der Kontrollgruppe wurden keine auffälligen Unterschiede im Fibrinogenspiegel

der UFN Gruppe festgestellt (p>0,05). Vier Stunden nach der Osteosynthese ist

PMNL Aktivitätskapazität in den Kontusionsgruppen

0

20

40

60

80

100

120

140

Basisw

ert

Kontu

sion

Osteos

ynth

ese

4 po

st OS

%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

33

jedoch ein deutlicher Abfall der Fibrinogenkonzentration im Vergleich zum

Ausgangswert und zum Zeitpunkt der Kontusion festzustellen (p<0,05). Vier Stunden

nach Marknagelimplantation kam es in der Kontusionsgruppe zu einem signifikanten

Absinken in der Fibrinogenkonzentration im Vergleich zur UFN-Kontrollgruppe

(p<0,05).

In der Kontrollgruppe des neuen Bohrsystems traten zu jedem Zeitpunkt signifikante

Erniedrigungen in der Fibrinogenkonzentration im Vergleich zu den anderen Gruppen

auf (p<0,05). Vier Stunden post Osteosynthese kam es zu einem deutlichen

Unterschied der Fibrinogenkonzentration im Vergleich zum Zeitpunkt der Kontusion

und des Ausgangwertes (p<0,05). Außerdem kam es zu einem signifikanten Abfall

der Fibrinogenkonzentration zum Zeitpunkt der Osteosynthese und dem

Ausgangswert (p<0,05). Zu jedem Zeitpunkt besteht ein signifikanter Unterschied in

der Konzentration von Fibrinogen innerhalb der RIA Kontusionsgruppe (p<0,05)

(Abbildung 5 und 6; Anhang Tabelle 17-20).

Abbildung 5: Fibrinogenkonzentration in den Kontrollgruppen. Die Werte sind

dargestellt als Mittelwert+STAWN. 4 post OS: Vier Stunden nach Osteosynthese. Fix

Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed femoral nailing Gruppe. UFN: unreamed

femoral nailing Gruppe. RIA: reamed, irrigation, aspiration Gruppe.

Fibrinogenkonzentration in den Kontrollgruppen

0

20

40

60

80

100

120

140

Basiswert Thorakotomie Osteosynthese 4 post OS

%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

34

Abbildung 6: Fibrinogenkonzentration in den Kontusionsgruppen. Die Werte sind




4.4. Faktor V

In keiner der Gruppen, die mit dem Fixateur externe oder dem konventionellen

Bohrer versorgt wurden, traten auffällige Unterschiede in der Faktor-V-Konzentration

auf (p>0,05).

Vier Stunden post Osteosynthese wurde in der UFN Kontrollgruppe ein deutlicher

Abfall der Faktor-V-Konzentration beobachtet (p<0,05). Ein deutlicher Abfall der

Faktor V Konzentration in der Kontusionsgruppe lag zwischen dem Ausgangswert

und vier Stunden nach Osteosynthese vor (p<0,05).

Zum Ende des Versuchsprotokolls der RIA Kontrollgruppe wurden signifikante

Unterschiede im Vergleich zur Osteosynthese, zur Thorakotomie und zum

Ausgangswert gemessen (p<0,05).

Der Ausgangswert der Faktor-V-Konzentration in der RIA Kontusionsgruppe war

signifikant höher, als zum Zeitpunkt der Osteosynthese und zum Zeitpunkt vier

Stunden nach der Fixierung (p<0,05) (Abbildung 7 und 8; Anhang Tabelle 21-24) .

Fibrinogenkonzentration in den Kontusionsgruppen

0

20

40

60

80

100

120

140

Basiswert Kontusion Osteosynthese 4 post OS

%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

35

Abbildung 7: Faktor V Konzentration in den Kontrollgruppen. Die Werte sind




Faktor V Konzentration in den Kontrollgruppen

0

20

40

60

80

100

120

140

Basisw

ert

Thora

koto

mie

Osteos

ynth

ese

4 po

st O

S

%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

36

Abbildung 8: Faktor V Konzentration in den Kontusionsgruppen. Die Werte sind




4.5. Antithrombin III (AT III)

Vier Stunden nach der Osteosynthese kam es in der Thorakotomiegruppe der Fix ex

Gruppe zu einem deutlichen Abfall der AT III Konzentration im Vergleich zum

Ausgangswert (p<0,05). In der Kontusionsgruppe kam es zu einem signifikanten

Abfall der AT III Konzentration vier Stunden nach der Osteosynthese im Vergleich

zum Ausgangswert (p<0,05). Auffällige Unterschiede zwischen der Kontusions- und

Kontrollgruppe ergaben sich nicht (p>0,05).

In der Kontrollgruppe der Markraumbohrung mit dem konventionellen Bohrer gab es

einen deutlichen Abfall der AT III Konzentration im Verlauf der Studie (p<0,05). Der

Basiswert der AT III Konzentration in der Kontusionsgruppe war signifikant höher als

zum Zeitpunkt der Osteosynthese (p<0,05). Ebenfalls wurde ein signifikanter Abfall

der AT III Konzentration vier Stunden nach der Osteosynthese im Vergleich zum

Kontusionszeitpunkt und zum Ausgangswert gemessen (p<0,05). Innerhalb der

Gruppen gab es keine deutlichen Unterschiede (p>0,05).

Faktor V Konzentration in den Kontusionsgruppen

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180


%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

37

Der Basiswert in der UFN-Kontrolle war signifikant höher als zum Zeitpunkt der

Osteosynthese und vier Stunden nach der Osteosynthese (p<0,05). Außerdem gab

es einen deutlichen Abfall der AT III Konzentration zwischen der Thorakotomie und

vier Stunden nach der Osteosynthese (p<0,05). Der Vergleich der Basiswerte zum

Zeitpunkt der Osteosynthese mit denen vier Stunden nach der Osteosynthese zeigt

einen signifikanten Abfall der AT III Konzentration in der Kontusionsgruppe (p<0,05).

Vier Stunden nach der Osteosynthese war die AT III Konzentration deutlich geringer

ausgeprägt, als zum Zeitpunkt der Kontusion (p<0,05)

Zum Zeitpunkt der Thorakotomie lag die AT III Konzentration deutlich höher als zum

Zeitpunkt der Osteosynthese in der RIA Gruppe (p<0,05). Desweiteren wurde ein

signifikanter Unterschied zwischen dem Ausgangswert und der Osteosynthese sowie

vier Stunden nach der Osteosynthese festgestellt (p<0,05). Zwischen der

Thorakotomie und vier Stunden post Osteosynthese gab es ebenfalls einen

signifikanten Abfall der AT III Konzentration (p<0,05).

Es gab in der Kontroll- und Kontusionsgruppe der RIA Gruppe gab es einen

deutlichen Unterschied zum Zeitpunkt der Osteosynthese und vier Studen nach der

Osteosynthese zum Ausgangswert der jeweiligen Gruppen (p<0,05). (Abbildung 9

und 10; Anhang Tabelle 13-16).

Ergebnisse

38

Abbildung 9: AT III Konzentration in den Kontrollgruppen. Die Werte sind dargestellt

als Mittelwert+STAWN. AT III: Antithrombin 3. 4 post OS: Vier Stunden nach

Osteosynthese. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed femoral nailing

Gruppe. UFN: unreamed femoral nailing Gruppe. RIA: reamed, irrigation, aspiration

Gruppe.

AT III Konzentration in den Kontrollgruppen

0

10

20

30

40

5060

70

80

90

100

Basiswert Thorakotomie Osteosynthese 4 post OS

%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

39

Abbildung 10: AT III Konzentration in den Kontusionsgruppen. Die Werte sind

dargestellt als Mittelwert+STAWN. AT III: Antithrombin 3. 4 post OS: Vier Stunden

nach Osteosynthese. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed femoral nailing

Gruppe. UFN: unreamed femoral nailing Gruppe. RIA: reamed, irrigation, aspiration

Gruppe.

4.6. D-Dimere

In der Kontroll- und der Kontusionsgruppe der Fix ex Gruppe wurden keine

auffälligen Unterschiede in den Konzentrationen der D-Dimere festgestellt (p>0,05).

Die Kontusion führte nicht zu einem signifikanten Unterschied im Vergleich zur

Kontrollgruppe im gesamten Studienzeitraum (p>0,05). Vier Stunden nach der

Osteosynthese ließ sich ein deutlicher Unterschied in der D-Dimer Konzentration

zwischen den Gruppen (p<0,05) nachweisen.

Es gab einen deutlichen Anstieg vier Stunden nach der Markraumbohrung mit dem

herkömmlichen Bohrer der Konzentration der D-Dimere in der Kontroll- und

Kontusionsgruppe (p<0,05).

Bei den Tieren mit unaufgebohrter Marknagelung kam es vier Stunden post

Osteosynthese zu einem signifikanten Anstieg der D-Dimer Konzentration in der

AT III Konzentration in den Kontusionsgruppen

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


%

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

40

Kontrollgruppe (p<0,05). In der Kontusionsgruppe stieg der D-Dimer Spiegel

signifikant innerhalb des Studienzeitraums an (p<0,05). Allerdings liessen sich keine

deutlichen Unterschiede nach der Kontusion und nach der Osteosynthese (p>0,05)

ermitteln. Es konnte kein deutlicher Unterschied der D-Dimer Konzentration durch die

Kontusion im Vergleich mit der Kontrollgruppe festgestellt werden (p>0,05). Es ergab

sich ein signifikanter Unterschied vier Stunden nach der Osteosynthese (p<0,05)

Die Kontrolluntersuchungen der RIA Gruppe verzeichnete während des Versuchs

einen deutlichen D-Dimer Konzentrationsanstieg (p<0,05). Vom Ausgangswert bis

vier Stunden nach Osteosynthese kam es in der Kontusionsgruppe der RIA Gruppe

zu einem signifikanten Anstieg der D-Dimer Konzentration (p<0,05). Keine anderen

deutlichen Unterschiede wurden festgestellt (p>0,05). Es konnte kein auffälliger

Unterschied zwischen der Kontroll- und Kontusionsgruppe der RIA Gruppe

festgestellt werden (p>0,05).

Die Markraumbohrung mit dem herkömmlichen Bohrer führte zu einem signifikanten

Anstieg der D-Dimer Konzentration verglichen mit dem Fix ex. in der

Kontusionsgruppe (p< 0,05).

Außerdem wurde ein signifikanter Unterschied zwischen den Kontrollgruppen vier

Stunden nach der Osteosynthese beobachtet (Abbildung 11 und 12; Anhang Tabelle

9-12).

Ergebnisse

41

Abbildung 11: D-Dimer Konzentration in den Kontrollgruppen. Die Werte sind




D-Dimer Konzentration in den Kontrollgruppen

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Basisw

ert

Thora

koto

mie

Osteos

ynth

ese

4 po

st O

S

ng/dl

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

42

Abbildung 12: D-Dimer Konzentration in den Kontusionsgruppen. Die Werte sind




4.7. Histologie

4.7.1. PMNL Diapedese

Die Diapedese der PMNL war nicht signifikant unterschiedlich in der Kontrollgruppe

im Vergleich zur Kontusionsgruppe der Fix ex Gruppe (p>0,05). In der RFN Gruppe

kam es zu einer signifikante Erhöhung der PMNL Diapedese in der

Kontusionsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe (p<0,05). Keine deutliche

Erhöhung der PMNL im Interstitium der Lunge wurde in beiden Gruppen der

unaufgebohrten Marknagelung festgestellt (p>0,05).

Auch lagen keine auffälligen Unterschiede zwischen den einzelnen

Osteosyntheseverfahren in den Kontrollgruppen vor (p>0,05). Allerdings wies die

RFN Gruppe eine deutlich erhöhte PMNL Diapedese im Vergleich zu den drei

anderen Verfahren in den Kontusionsgruppen auf (p<0,05) (Abbildung 13 und 14).

D-Dimer Konzentration in den Kontusionsgruppen

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Basisw

ert

Kontu

sion

Osteos

ynth

ese

4 po

st O

S

ng/dl

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

43

Abbildung 13: PMNL Diapedese in den Kontrollgruppen Die Werte sind dargestellt

als Mittelwert+STAWN. PMNL: Polymorphkernige Leukozyten. Fix Ex: Fixateur

externe Gruppe. RFN: reamed femoral nailing Gruppe. UFN: unreamed femoral

nailing Gruppe. RIA: reamed, irrigation, aspiration Gruppe.

PMNL Diapedese in den Kontrollgruppen

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

PMNL Diapedese

Score

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

44

Abbildung 14: PMNL Diapedese in den Kontusionsgruppen. Die Werte sind

dargestellt als Mittelwert+STAWN. PMNL: Polymorphkernige Leukozyten. Fix Ex:

Fixateur externe Gruppe. RFN: reamed femoral nailing Gruppe. UFN: unreamed


4.7.2. Interstitielle Verdickung der Lunge

Im Vergleich der Kontroll- und der Kontusionsgruppe der einzelnen

Osteosyntheseverfahren waren hinsichtlich der interstitiellen Ödembildung keine

signifikanten Unterschiede festzustellen (p>0,05). Allerdings kam es bei der

aufgebohrten Marknagelung im Vergleich zu den anderen Verfahren in der

Kontrollgruppe sowie in der Kontusionsgruppe zu auffälligen Unterschieden (p<0,05).

So wiesen die Lungen der RFN Tiere eine deutlich vermehrte Ödembildung auf

(Abbildung 15 und 16).

PMNL Diapedese in den Kontusionsgruppen

0

0,5

1

1,5

2

2,5

PMNL Diapedese

Score

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

45

Abbildung 15: Interstitielle Verdickung der Lunge in den Kontrollgruppen Die Werte

sind dargestellt als Mittelwert+STAWN. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN:

reamed femoral nailing Gruppe. UFN: unreamed femoral nailing Gruppe. RIA:

reamed, irrigation, aspiration Gruppe.

Interstitielle Verdickung der Lunge in den Kontrollgruppen

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

Interstitielle Verdickung der Lunge

Score

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Ergebnisse

46

Abbildung 16: Interstitielle Verdickung der Lunge in den Kontusionsgruppen Die

Werte sind dargestellt als Mittelwert+STAWN. Fix Ex: Fixateur externe Gruppe. RFN:

reamed femoral nailing Gruppe. UFN: unreamed femoral nailing Gruppe. RIA:

reamed, irrigation, aspiration Gruppe.

Interstitielle Verdickung der Lunge in den Kontusionsgruppen

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Interstitielle Verdickung der Lunge

Score

Fix ex

RFN

UFN

RIA

Diskussion

47

5. Diskussion

In der vorliegenden Studie wurden die Auswirkungen verschiedener

Osteosyntheseverfahren am Femur auf die pulmonale Permeabilität, die PMNL

Aktivitätskapazität und auf diverse Gerinnungsparameter untersucht.

Dabei zeigte sich, dass die aufgebohrte Marknagelung mit einem signifikanten

Anstieg der pulmonalen Permeabilität verbunden war, wenn gleichzeitig eine

Lungenkontusion vorlag. Zusätzlich war ein auffälliger Anstieg der D-Dimer-

Konzentration und ein deutlicher Abfall der Fibrinogenkonzentration während der

Operation festzustellen. Histologisch war eine auffällige Ausprägung eines

pulmonalen Ödems und eine erhöhte Diapedese der polymorphkernigen Leukozyten

zu erkennen. Ohne Lungenkontusion resultierte die aufgebohrte Marknagelung in

einem vorübergehenden signifikanten Anstieg der pulmonalen Permeabilität und

signifikant höheren D-Dimer-Konzentrationen im Vergleich zur Fixateur externe

Gruppe.

In der Gruppe der Tiere, die mit der unaufgebohrten Marknagelung versorgt wurden,

zeigte sich eine ähnliche geringere Aktivierbarkeit der neutrophilen Granulozyten wie

bei den Tieren, die mittels aufgebohrten Marknagelung fixiert wurden. Auch wurden

signifikant niedrigere Konzentrationen von Fibrinogen und höhere D-Dimer-

Konzentrationen gefunden. Eine kurze vorübergehende Veränderung der

pulmonalen Permeabilität wurde nach der Lungenkontusion festgestellt, jedoch nicht

nach der Instrumentation am Femur. Diese Ergebnisse stimmen mit denen der

Histologie überein, da das Ausmaß der Ödembildung und der Diapedese der

Leukozyten in der Lunge im Vergleich zur aufgebohrten Marknagelung geringer war.

Die Anwendung des neuen Spül- und Saug-Bohrsystem bewirkte keine

Veränderungen in der pulmonalen Permeabilität bei erhaltener Aktivierbarkeit der

polymorphkernigen Leukozyten sowie einen signifikant geringeren Anstieg der D-

Dimer-Konzentration im Vergleich zum konventionellen Bohrsystem. Histologisch

Diskussion

48

wurden weniger pulmonale Ödeme und eine geringere Leukozyten-Diapedese

festgestellt.

In der Fixateur Externe Gruppe verursachte die Lungenkontusion ähnliche Folgen

wie in der Gruppe der unaufgebohrten Marknagelung.

In vorangegangenen Untersuchungen wurde die pulmonale lymphatische Fistel als

Nachweis für pulmonale Endothelschäden herangezogen (DEMLING et al. 1981,

1986). Diese Methode gilt als eine sensitive Möglichkeit der Quantifizierung von

Proteinen, die die Endothelbarriere überqueren. Es ist bei dieser Methode notwendig,

die Kontusion 48 Stunden vor der Instrumentation durchzuführen (BAKER et al.

1971; ANDREASSON et al. 1989; HEIM et al. 1995). Dieser Zeitabstand ist

notwendig, um eine Normalisierung des pulmonalen Lymphflusses und des

Proteingehaltes zu erreichen, da die Lymphfistelpräparation und die Thorakotomie

diese Parameter verändern (DWENGER et al. 1996). Aus diesen Gründen wird

dieses Modell in Bezug auf seine klinische Relevanz bezweifelt. Das in der eigenen

Studie verwendete Modell ähnelt eher der klinischen Situation bezüglich der Zeit

zwischen dem Trauma und den nachfolgenden pulmonalen und systemischen

Schäden (NUYTINCK et al. 1988; ANDREASSON et al. 1989; WOZASEK et al.

1994; HEIM et al. 1995; NEUDECK et al. 1996; PAPE et al. 1996)

Um den Grad der pulmonalen Permeabilität zu messen, verwendeten wir im eigenen

Modell die bronchoalveoläre Lavage (BAL). Diese vereint die Vorteile, dass es nicht

zu einer Zeitverzögerung kommt, da keine zusätzliche Operation notwendig ist.

Daneben wird die BAL häufig klinisch durchgeführt und führt nicht zur Beeinflussung

der pulmonale Funktion und nicht zur pulmonalen Infiltration von PMNL (GOLDMAN

et al. 1990; WELBOURN u. YOUNG 1992). Allerdings ist die BAL bezüglich der

Lungenfunktionsprüfung weniger sensitiv als die Lymphfistel. Dies ist mit der

Tatsache zu erklären, dass Mikrogefäßschäden zuerst das Gefäßendothel

beeinflussen und sofort zu einem erhöhten Lymphfluss führen, wenn Serumproteine

in das Interstitium migrieren. Es muss eine wesentlich größere Schädigung vorliegen,

um einen Schaden der alveolären Membran hervorzurufen, mit der Folge, dass sich

Protein in den Alveoli sammelt (BAKER et al. 1971; ANDREASSON et al. 1989).

Die pathogenetischen Veränderungen nach Femurinstrumentation werden durch

primäre und sekundäre Mechanismen verursacht und somit ist es wichtig, diese

Diskussion

49

Mechanismen zu trennen (PAPE et al. 1992, 1994). Zu den primären Mechanismen

zählt die Erhöhung des intramedullären Drucks und als Folge die Fettembolisation in

die pulmonale Zirkulation. Dies führt zu einem vorübergehenden Anstieg des

pulmonalen arteriellen Drucks, des pulmonalen Gefäßwiderstandes und im

schwerwiegenden Fall zu einer akuten Behinderung des Sauerstoffaustausches

(WENDA et al. 1990; HUGHES et al. 1993; WOZASEK et al. 1994).

Druckerhöhungen in den Lungengefäßen können durch nervale Reflexe oder

neurohumorale Veränderungen (z.B. Thromboxanausschüttung) hervorgerufen

werden (WATKINS et al. 1982; REGEL et al. 1989).

Die größten Veränderungen der pulmonalen Physiologie werden vermutlich durch

sekundäre Mechanismen hervorgerufen. Nach Schädigung der Lunge resultieren

kompensatorische Gefäßveränderungen in einer Dilatation der pulmonalen Gefäße,

welche den Thrombi erlaubt, durch die Lunge in den Körper zu gelangen. Darüber

hinaus können Knochenmarkbestandteile zu einer Thrombenbildung führen, sowie

die Gerinnungs- und Fibrinolysekaskade aktivieren. Diese Folgen sind abhängig von

der Schwere der Intravasation von Knochenmarkfett nach Markraumnagelung

(KWAAN 1984; JORGENSEN et al. 1990; DAHL et al. 1995; HEIM et al. 1995;

KRÖPFL 1997; MCINTYRE et al. 1997; PAPE et al. 1998; ROBINSON et al. 2001).

Gerinnungsstörungen, die während einer posttraumatischen Lungendysfunktion

auftreten, werden mit den thromboplastischen Effekten der Fettembolie nach

Markraumnagelung in Verbindung gebracht (KRÖPFL 1997). Ferner ist die

Markraumnagelung mit einem signifikanten Abfall von Faktor V, Fibrinogen, AT III

und Protein C Konzentrationen verbunden, die auf Störungen der unterschiedlichen

Stufen des Gerinnungsystems hinweisen (NUYTINCK et al. 1988; ROBINSON et al.

2001). Neben diesen klassischen Parametern für die Gerinnungsbeurteilung, sind die

D-Dimere ein sensitiver Indikator für die Fibrinolysekaskade. So zeigte sich, dass die

D-Dimere einen wertvollen Screeningmarker für Komplikationen während der

Operation, wie ARDS und MOF, darstellen (KRÖPFL 1997; PAPE et al. 1998).

Daneben wurde darauf hingewiesen, dass die D-Dimer-Konzentration ein Marker für

das Ausmaß der Weichteil- und Knochenschäden ist (KWAAN 1984; JORGENSEN

et al. 1990). In klinischen wie in Tierstudien wurde gezeigt, dass eine lokale Hypoxie

zu einer Aktivierung der polymorphkernigen Leukozyten führt. Das Resultat ist eine

Diskussion

50

Freisetzung von toxischen Sauerstoffradikalen und autolytischen Enzymen (z.B.

Elastase) sowie eine anhaltenden Schädigung des pulmonalen Endothels durch

neutrophile Phagozytose. Man nimmt an, dass die gleichen Mechanismen in der

Entwicklung eines ARDS wirken (DAHL et al. 1995; MCINTYRE et al. 1997).

Da es schon bei vorsichtiger Durchführung der Bohrung zu einer Intravasation von

Fett kommt, wie dies schon WENDA et al (1990) durch Messungen mit dem Gurd-

Test und durch Echokardiographie nachwiesen, verzichteten wir in der eigenen

Studie darauf, diese etablierten primären Mechanismen zu untersuchen (Fettembolie

durch den GURD Test, pulmonaler arterieller Druck, pulmonaler Gefäßwiderstand).

In der vorliegenden Studie wurde demnach nur die sekundären Mechanismen

untersucht. In der „two hit“ Theorie führt ein anfängliches minderschweres Trauma zu

einem Multiorganversagen als Resultat der Reaktivierung der inflammatorischen

Antwort durch einen weiteren Insult („second hit“)(SAADIE u. SCHEIN 1999). Dieser

Insult ist in dieser Studie die Osteosynthese.

In der eigenen Studie wurde ein Schafstiermodell gewählt, da dieses vergleichbar mit

dem humanen kardiovaskulären System ist (HEIM et al. 1995).

Die Instrumentation erfolgte am intakten Femur. Die Relation des Lungenvolumens

zum Gewicht des Schafs ist vergleichbar der des Menschen (NAUCK 1931).

Allerdings ist der Schaffemur in Relation zur Körpergröße kleiner. Die Femurlänge

beträgt 23% der Wirbelsäulenlänge, der humane Femur weist dagegen eine Länge

von 60% der Wirbelsäulenlänge auf. Der intramedulläre Inhalt des Schaffemurs, der

potentiell in das venöse System und die Lunge gelangen kann, beträgt im Verhältnis

zur Körpergröße nur 1/3 des Volumens, welches beim Menschen in das System

gelangen kann. Die Effekte der Bohrung eines intakten Schaffemur und der Situation

eines frakturierten humanen Femur auf die Lungenfunktion sind näherungsweise

vergleichbar (WENDA et al. 1990, 1993, STÜRMER 1993).

Die eigenen Ergebnisse sind in einem Akut-Tiermodell zustande gekommen, d.h. es

wurden nur Resultate bis zu vier Stunden nach der Instrumentation erhalten. Damit

lagen keine Ergebnisse bezüglich der inflammatorischen Reaktion für eine spätere

Phase vor. Es wird aber davon ausgegangen, daß die frühe Phase entscheidend ist

für den weiteren Verlauf. Die eigene Studie zeigt, dass die aufgebohrte

Marknagelung mit signifikanten Störungen der fibrinolytischen Kaskade, im Vergleich

Diskussion

51

zu der unaufgebohrten Marknagelung, vergesellschaftet ist. Diese Störungen spielen

in der Pathogenese des FES und ARDS eine Rolle (WENDA et al. 1990; Müller et al.

1992, 1994; HAUSMANN u. HUDABIUNIGG 1994; HEIM et al 1995; JOHNSON u.

LUCAS 1996; PAPE et al. 1998; HOFMANN et al. 1999).

Zusammenfassend kann man sagen, dass ein vorliegendes Lungentrauma mit dem

neuen Bohrsystem zu einem geringeren Lungenödem und zu einer geringeren

Diapedese der polymorphkernigen Leukozyten führt, als unter Verwendung der

aufgebohrten Marknagelung. Zusätzlich stieg die Konzentration von D-Dimeren beim

neuen Bohrsystem weniger an als bei der hekömmlichen Bohrung. Dies ist ein

Hinweis, dass die Gerinnungskaskadenaktivierung durch die Fettembolie aufgrund

des neuen Bohrsystems weniger stark ausfällt. Somit hat das neue Bohrsystem

insbesondere bei Patienten mit Lungentraumata einen Vorteil im Gegensatz zur

herkömmlichen Markraumbohrung.

Zusammenfassung

52

6. Zusammenfassung

Die intramedulläre Instrumentation am Femur erhöht durch Embolisation von

Markraumbestandteilen bei Polytraumapatienten mit Lungenkontusion das Risiko der

Entstehung eines ARDS.

In der vorliegenden Studie wurden die Auswirkungen verschiedener

Osteosyntheseverfahren auf die Lungenpermeabilität, die inflammatorischen

Veränderungen und die Aktivierung des Gerinnungssystems untersucht.

Im Fall einer Lungenkontusion führte die aufgebohrte Marknagelung zu einer

signifikanten Erhöhung der Lungenpermeabilität. Das war verbunden mit einer

geringeren Stimulierbarkeit der pulmonalen neutrophilen Granulozyten. Histologisch

wurden ein signifikanter Anstieg des pulmonalen Ödems und eine vermehrte

Leukozytendiapedese nachgewiesen. Nach unaufgebohrter Marknagelung ergab

sich eine ähnliche Stimulierbarkeit der neutrophilen Granulozyten wie bei der

aufgebohrten Marknagelung. Ein kurzer vorübergehender Anstieg der pulmonalen

Permeabilität war nach der Lungenkontusion feststellbar, nicht jedoch nach der

Instrumentation am Markraum. Histologisch spiegelt sich dieses Ergebnis in der

weniger ausgeprägten Ödembildung und der geringeren Leukozytendiapedese

wider.

In der Gruppe der mit dem neuen Spül- und Saug- Bohrsystem versorgten Tiere

konnten keine Veränderungen in der Lungenpermeabilität festgestellt werden. Die

polymorphkernigen Leukozyten behielten ihr Stimulierbarkeitsvermögen. Im

Vergleich zur aufgebohrten Marknagelung wurden histologisch geringere Ödeme und

weniger Leukozytendiapedese festgestellt. Die Auswirkungen auf das

Gerinnungssystem waren ebenfalls geringer, was sich an den niedrigeren D-Dimere-

Konzentrationen zeigte.

Inwieweit die Vorteile des neuen Bohrsystems auf den Menschen übertragbar sind,

müssen zusätzliche klinische Studien zeigen.

Summary

53

7. Summary

Intramedullary nailing at the femur increases the risk for ARDS due to embolization

of the intramedullary contents. In the polytrauma patient with lung contusion, key

factors are polymorphonuclear leukocytes, free fatty acids and the coagulation

cascade.

In this study, the effects of intramedullary nailing to lung permeability, inflammatory

changes and activation of the coagulation system were investigated.

In the presence of lung contusion, reamed femoral nailing leads to a significant

increase in lung permeability. This is associated with a lower stimulation of

pulmonary polymorphonuclear leukocytes. In the histological slides, a significant

increase of the pulmonary edema and more leukocyte diapedeses were shown.

Unreamed femoral nailing leads to similar stimulation of polymorphonuclear

leukocytes as reamed femoral nailing. A short, temporary rise of pulmonary

permeability was detected after lung contusion, but not after instrumentation of the

intramedullary canal. This is reflected in less edema and fewer leukocyte diapedeses

at the histological slides.

The new reaming, irrigation and aspiration system reveals no changes regarding lung

permeability. The ability of polymorphonuclear leukocytes to become stimulated were

maintained. Histologically, less edema and fewer leukocyte diapedeses were

detected. The influence on the coagulation system was also less, because of lower

concentrations of D-Dimere.

Additional clinical validation of the new reaming, irrigation and aspiration system is

necessary.

Literaturverzeichnis

54

8. Literaturverzeichnis

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Anhang

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9. Anhang Tabelle 1: Pulmonale Permeabilität der Fix ex Gruppe

FIX EX Gruppe

Kontrolle U/P Ratio

MW STAWN

Basiswert 40 19,9

Thorakotomie 32,3 21,7

Osteosynthese

(OS) 40,9 29,7

4h post OS 42,2 38,7

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 34,4 14,3

Kontusion 103,2 20,5

Osteosynthese

(OS) 84,7 39,7

4h post OS 86,4 40,5

Tabelle 2: Pulmonale Permeabilität der RFN Gruppe

RFN Gruppe

Kontrolle U/P Ratio

MW STAWN

Basiswert 38,4 ± 29,1

Thorakotomie 43,3 ± 22,3

Osteosynthese

(OS) 65,1 ± 43,3

4h post OS 52,25 ± 36,1

Kontusion

MW STAWN


Kontusion 102,7 ± 29,1

Osteosynthese

(OS) 178,3 ± 47,4

4h post OS 256,7 ± 77,3

Anhang

72

Tabelle 3: Pulmonale Permeabilität der UFN Gruppe

UFN Gruppe

Kontrolle U/P Ratio

MW STAWN

Basiswert 40 ± 36,2


Osteosynthese

(OS) 54,9 ± 34,3

4h post OS 52,9 ± 28,4

Kontusion

MW STAWN


Kontusion 105,21 ± 33,2

Osteosynthese

(OS) 121,1 ± 41,5

4h post OS 110,6 ± 30,1

Tabelle 4: Pulmonale Permeabilität der RIA Gruppe

RIA Gruppe

Kontrolle U/P Ratio

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 51,32 ± 30,7

4h post OS 48,77 ± 14,8

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 99,67 ± 12,3

4h post OS 91,54 ± 13,4

Anhang

73

Tabelle 6: PMNL Aktivitätskapazität der RFN Gruppe

Tabelle 7: PMNL Aktivitätskapazität der UFN Gruppe

UFN Gruppe

Kontrolle PMNL Aktivität in %

MW STAWN

Basiswert 100

Thorakotomie 101 ± 12

Osteosynthese

(OS) 107 ± 11

4h post OS 108 ± 10

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 100

Kontusion 81 ± 11

Osteosynthese

(OS) 88 ± 13

4h post OS 88 ± 8

RFN Gruppe


MW STAWN

Basiswert 100


Osteosynthese

(OS) 91 ± 17

4h post OS 110 ± 14

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 100

Kontusion 85 ± 12

Osteosynthese

(OS) 70 ± 16

4h post OS 62 ± 10

Anhang

74

Tabelle 8: PMNL Aktivitätskapazität der RIA Gruppe

RIA Gruppe


MW STAWN

Basiswert 100


Osteosynthese

(OS) 102 ± 12

4h post OS 105 ± 15

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 100

Kontusion 104 ± 12

Osteosynthese

(OS) 108 ± 14

4h post OS 92 ± 9

Tabelle 9: D-Dimer Konzentration in der Fix ex Gruppe

Fix ex. Gruppe

Kontrolle

D-Dimer Konzentration in

ng/dl

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,122 ± 0,06

4h post OS 0,158 ± 0,06

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,282 ± 0,16

4h post OS 0,312 ± 0,14

Anhang

75

Tabelle 10: D-Dimer Konzentration in der RFN Gruppe

RFN Gruppe

Kontrolle


ng/dl

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,185 ± 0,04

4h post OS 0,384 ± 0,09

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,298 ± 0,11

4h post OS 0,517 ± 0,02

Tabelle 11: D-Dimer Konzentration in der UFN Gruppe

UFN Gruppe

Kontrolle


ng/dl

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,16 ± 0,06

4h post OS 0,28 ± 0,05

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,33 ± 0,19

4h post OS 0,38 ± 0,07

Anhang

76

Tabelle 12: D-Dimer Konzentration in der RIA Gruppe

RIA Gruppe

Kontrolle


ng/dl

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,13 ± 0,05

4h post OS 0,412 ± 0,26

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 0,283 ± 0,16

4h post OS 0,31 ± 0,08

Tabelle 13: AT III Konzentration in der Fix ex Gruppe

Fix ex Gruppe

Kontrolle AT III Konzentration in %

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 75,3 ± 5,36

4h post OS 70,68 ± 5,04

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 76,24 ± 7,81

4h post OS 69,24 ± 5,75

Anhang

77

Tabelle 14: AT III Konzentration in der RFN Gruppe

RFN Gruppe


MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 75,16 ± 8,56

4h post OS 70,7 ±5,62

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 83,96 ±5,12


Osteosynthese

(OS) 73,96 ± 4,75

4h post OS 67,22 ± 6,33

Tabelle 15: AT III Konzentration in der UFN Gruppe

UFN Gruppe


MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 74,1 ± 3,48

4h post OS 67,96 ± 4,17

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 71,96 ± 4,60

4h post OS 68,56 ± 4,9

Anhang

78

Tabelle 16: AT III Konzentration in der RIA Gruppe

RIA Gruppe


MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 64,66 ± 3,38

4h post OS 60,88 ± 4,54

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 70,21 ± 3,12

4h post OS 61,06 ± 4,76

Tabelle 17: Fibrinogenkonzentration in der Fix ex Gruppe

Fix ex Gruppe

Kontrolle

Fibrinogen

Konzentration in %

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 88,6 ± 22,7

4h post OS 82,2 ± 24,1

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 84,6 ± 20,2

4h post OS 77,4 ± 15,5

Anhang

79

Tabelle 18: Fibrinogenkonzentration in der RFN Gruppe

RFN Gruppe Fibrinogen Konzentration

in %

Kontrolle

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 97,6 ± 14,26

4h post OS 91,4 ± 13,13

Kontusion

MW STAWN


Kontusion 88 ± 12,52

Osteosynthese

(OS) 81,6 ± 12,86

4h post OS 61,6 ± 14,26

Tabelle 19: Fibrinogenkonzentration in der UFN Gruppe

UFN Gruppe

Kontrolle

Fibrinogen Konzentration in

%

MW STAWN

Basiswert 104,6 ± 20,11


Osteosynthese

(OS) 97,8 ± 22,13

4h post OS 88,2 ± 19,1

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 74,8 ± 8,81

4h post OS 63,5 ± 9,5

Anhang

80

Tabelle 20: Fibrinogenkonzentration in der RIA Gruppe

RIA Gruppe

Kontrolle Fibrinogen Konzentration in %

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 59,16 ± 4,98

4 post OS 46,6 ± 7,55

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 94,66 ± 15,09

Kontusion 81,16 ± 13,30

Osteosynthese

(OS) 73 ± 11,60

4h post OS 61,66 ± 6,67

Tabelle 21: Faktor-V-Konzentration in der Fix ex Gruppe

Fix ex Gruppe

Kontrolle

Faktor V Konzentration in

%

MW STAWN


Thorakotomie 86 ± 19,22

Osteosynthese

(OS) 94 ± 19,28

4h post OS 78 ± 20,05

Kontusion

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 107 ± 53,04

4h post OS 79 36,56

Anhang

81

Tabelle 22: Faktor-V-Konzentration in der RFN Gruppe

RFN Gruppe

Kontrolle

Faktor V Konzentration in

%

MW STAWN



Osteosynthese

(OS) 89,2 ± 11,95

4h post OS 84,6 ± 15,16

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 116,6 ± 35,05

Kontusion 103,6 ± 20,42

Osteosynthese

(OS) 90,2 ± 19,53

4h post OS 72,6 ± 21,02

Tabelle 23: Faktor-V-Konzentration in der UFN Gruppe

UFN Gruppe

Kontrolle Faktor V Konzentration in %

MW STAWN

Basiswert 100,6 ± 23,27


Osteosynthese

(OS) 80,8 ± 11,63

4h post OS 63,4 ± 4,92

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 94,66 ± 19,70

Kontusion 81,83 ± 10,02

Osteosynthese

(OS) 75,16 ± 14,99

4h post OS 58,16 ± 15,01

Anhang

82

Tabelle 24: Faktor-V-Konzentration in der RIA Gruppe

RIA Gruppe

Kontrolle Faktor V Konzentration in %

MW STAWN

Basiswert 103,33 ± 18,11


Osteosynthese

(OS) 82,83 ± 11,27

4h post OS 61,6 ± 9,56

Kontusion

MW STAWN

Basiswert 117,5 ± 13,00


Osteosynthese

(OS) 90,33 ± 19,70

4h post OS 68,83 ± 23,50

Anhang

83

Danksagung

Herrn Prof. Dr. Michael Fehr danke ich für die Überlassung des interessanten

Themas, für die stets aufgeschlossene und freundliche Betreuung bei der

Anfertigung der vorliegenden Arbeit und für die unendliche Geduld.

Herrn Prof. Dr. Martijn van Griensven danke ich für die wissenschaftliche Betreuung

sowie menschliche Unterstützung während der Studie und darüber hinaus. Und auch

für seine unendliche Geduld bin ich Ihm sehr dankbar.

Herrn PD Dr. Frank Hildebrand danke ich für die Unterstützung während der Studie

und bei der statistischen Auswertung der Daten.

Herrn Prof. Dr. Ingo Nolte danke ich für die Möglichkeit, die Gerinnungsparameter in

der Klinik für Kleintiere zu messen.

Herrn Prof. Dr. Reinhard Mischke und Herrn Dirk Menzel danke für die tatkräftige

Unterstützung bei den Messungen der Gerinnungsparameter.

Frau Dr. Tanja Barkhausen und Frau Claudia Pütz danke ich für die

wissenschaftliche, moralische und nette Unterstützung während der Studie.

Allen Mitarbeitern des Tierlabors der MHH gilt mein Dank für die Unterstützung, die

zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen hat.

Frau Dr. Friederike Alt danke ich für die Korrektur der orthographischen Fehler und

die konstruktiven Vorschläge.

Herrn Dr. Henning Schenk PhD danke ich für die Hilfe bei meinen zahlreichen

Kämpfen gegen den Computer.

HD danke ich für die wegweisenden Hilfen vor, während und nach meinem Studium.

Anhang

84

Mein besonderer Dank gilt meiner Frau Sonia für Ihre uneingeschränkte und

ständige Unterstützung während der ganzen langen Zeit, insbesondere für die

Erziehung unserer Kinder Anna und Leo während meiner Abwesendheit.

Mein Dank gilt insbesondere auch meiner Mutter und meinem Bruder, die mir die

Abfassung dieser Arbeit ermöglicht haben.

Anna und Leo danke ich für die schöne Ablenkung zwischen den zahlreichen

Stunden am Computer.

Documents

Aus der Klinik für Kleintiere