Korrelation zwischen Dichte und Resorption von frisch gefrorenen und autogenen Knochentransplantaten

Abstract

Studiendesign. In dieser Analyse wurde das Ergebnis von frisch gefrorenen gegenüber autologen Knochenblocktransplantaten für die horizontale Kammaugmentation bei Patienten mit Atrophien der Klasse IV nach Cawood und Howell verglichen. Methoden. Siebzehn Patienten erhielten autologe Transplantate und 21 Patienten erhielten frisch eingefrorene Knochentransplantate. 1 Woche und 6 Monate nach dem Eingriff wurden CT-Scans durchgeführt, um Volumen und Dichte der Transplantate zu analysieren. Ergebnisse. Zwei autologe und 3 frisch eingefrorene Transplantate versagten. Autologe und frisch eingefrorene Transplantate verloren 28 % bzw. 46 % ihres ursprünglichen Volumens. Bemerkenswert ist, dass weniger dichte frisch eingefrorene Blöcke mehr Volumen verloren als dichtere Transplantate (61 % gegenüber 16 %). Schlussfolgerungen. Nach diesen 6-Monats-Ergebnissen kann nur dichteres frisch gefrorenes Knochentransplantat eine akzeptable Alternative zu autologem Knochen für die horizontale Kammaugmentation sein. Weitere Studien sind erforderlich, um das Verhalten des Transplantats zu längeren Zeitpunkten zu untersuchen.

1. Einleitung

Knochentransplantate werden häufig verwendet, um Atrophien des Alveolarkamms im Hinblick auf implantatgetragene Rehabilitationen zu korrigieren. Autologes Knochenmaterial (AB) gilt derzeit als Goldstandard für diese Verfahren, obwohl es erhebliche Nachteile aufweist, wie z. B. eine hohe Morbidität aufgrund der Schaffung einer chirurgischen Spenderstelle und eine begrenzte Verfügbarkeit, insbesondere bei Entnahme aus intraoralen Bereichen. Daher wurden in den letzten Jahren alternative Materialien wie frisch gefrorener Knochen (FFB) von homologen Spendern vorgeschlagen.

Knochentransplantate unterliegen in der Regel im ersten Jahr nach dem Eingriff einem umfangreichen Umbau und einer Resorption, was die Durchführbarkeit einer wirksamen Rehabilitation beeinträchtigen kann. Ein tieferes Verständnis der Eigenschaften dieser Transplantate, die ihre Resorption vorhersagen können, ist daher von größter Bedeutung. Einige Autoren vermuten, dass die Resorptionsrate der Transplantate von ihrem embryologischen Ursprung abhängt, da Transplantate aus membranösem Knochen (wie Kalvarien- oder Unterkieferknochentransplantate) nicht so stark resorbiert werden wie Transplantate aus endochondralem Knochen (wie Beckenkammtransplantate), obwohl der Grund für dieses Phänomen noch nicht ganz klar ist. In anderen Studien wurde beobachtet, dass Spongiosa-Transplantate schneller resorbiert werden als Kortikalis-Transplantate, und daraus wurde gefolgert, dass die Resorption hauptsächlich durch die Transplantatstruktur und Mikroarchitektur beeinflusst wird. Auch die Dichte des Knochentransplantats kann mit seiner Resorption zusammenhängen, da gezeigt wurde, dass Transplantate mit hoher Dichte weniger resorbiert werden als Transplantate mit niedriger Dichte. Die Beziehung zwischen der Knochenresorptionsrate und der Transplantatdichte kann ein wichtiger Parameter für das Verständnis der Mechanismen sein, die das biologische Verhalten von Knochentransplantaten regeln.

Die Knochendichte kann mit hoher Reproduzierbarkeit mit Hilfe von CT-Scans gemessen werden, die standardisierte Werte auf der Hounsfield-Skala (HU) liefern. Andere verwendete Methoden wie die Cone-Beam-Computed-Tomographie (CBCT) oder intraorale Röntgenaufnahmen garantieren keine angemessene Genauigkeit bei der Dichtebestimmung. CT-Scans können auch verwendet werden, um Veränderungen des Transplantatvolumens zu beurteilen. Tatsächlich kann das Transplantatvolumen auf der Grundlage von CT-Daten rekonstruiert werden, wie an anderer Stelle beschrieben. Andere Methoden, wie lineare Messungen mit Messschiebern und parodontalen Sonden oder Röntgenaufnahmen, liefern keine dreidimensionalen Daten des Knochentransplantatvolumens.

In dieser Studie soll untersucht werden, ob eine Korrelation zwischen Dichte und Resorption von AB- und FFB-Blocktransplantaten besteht, und zwar anhand von CT-Scans, die 1 Woche (T0) und 6 Monate (T1) nach der Transplantation aufgenommen wurden.

2. Materialien und Methoden

Alle achtunddreißig Patienten (gesund, maximal 10 Zigaretten/Tag), die ein oder mehrere Implantate für eine teilweise oder vollständige Zahnlosigkeit benötigten, wurden in die Studie aufgenommen. Die Patienten wurden vor der Aufnahme in die Studie ausführlich schriftlich und mündlich informiert, und es wurde eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt. Die Studie wurde von der Ethikkommission der Provinz Parma (Comitato Etico Unico di Parma) genehmigt.

Einschlusskriterien waren:(i) mindestens 18 Jahre alt;(ii) Atrophie der Klasse IV nach Cawood und Howell, definiert als atrophischer Knochen mit messerscharfem Alveolarkamm und unzureichender Breite;(iii) angemessene Mundhygiene, d.h. Plaque-Index-Score und Vollmund-Blutungs-Score ≤25%. Die Mundhygiene wurde verbessert, bis angemessene Plaque- und Blutungswerte erreicht waren.

Ausschlusskriterien waren:(i) vorangegangene Strahlentherapie im Kopf- und Halsbereich;(ii) Leukozytenfunktionsstörungen in der Vorgeschichte;(iii) Blutungsstörungen in der Vorgeschichte;(iv) Nierenversagen in der Vorgeschichte;(v) metabolische Knochenstörungen;(vi) unkontrollierte endokrine Störungen;(vii) HIV-Infektion;(viii) Erkrankungen, die eine chronische Einnahme von Antibiotika erfordern;(ix) Einnahme von Steroiden;(x) Alkohol- oder Drogenmissbrauch;(xi) Rauchen von >10 Zigaretten pro Tag (oder Zigarrenäquivalenten).Eine geschützte Computersoftware (Minitab 1.5, Minitab, State College, PA, USA) wurde verwendet, um die Patienten nach dem Zufallsprinzip einem AB- oder FFB-Blocktransplantat zuzuordnen. Das Ergebnis der Zuteilung wurde dem Chirurgen mitgeteilt, der am Tag der Operation anwesend war. Die CT-Prüfer waren gegenüber der Zuteilung verblindet.

Alle Patienten erhielten 1 Stunde vor der Operation 2 g Amoxicillin zur Antibiotikaprophylaxe. Unmittelbar vor dem Eingriff wurden alle Patienten eine Minute lang mit Chlorhexidin 0,2 % gespült.

AB-Blöcke wurden von intraoralen Stellen entnommen (Unterkiefersymphyse oder retromolares Trigon/Mandibularramus), während FFB-Blöcke vom tibialen Hemiplateau von der Banca del Tessuto Muscoloscheletrico (IOR, Bologna, Italien) bereitgestellt wurden.

Vor dem Transplantationseingriff wurden die FFB-Blöcke in einer 600 mg/L Rifampicin- und Kochsalzlösung (Rifadin, Lepetit, Lainate, Italien) bei 37°C aufgetaut, entsprechend den Anweisungen des Herstellers. Nach lokaler Anästhesie mit Articain 4% und Adrenalin 1 : 100.000 (Optocain, Molteni Dental S.p.A.) wurde ein trapezförmiger Mukoperiostlappen angehoben, um den Zugang zum Empfängerbereich zu ermöglichen. Im Unterkiefer wurde eine Inzision in der Mitte des Kieferkamms vorgenommen, während im Oberkiefer eine abgeschrägte Inzision leicht nach palatinal zum Kamm des Alveolarkamms durchgeführt wurde. Die Inzision wurde, sofern angezeigt, im gingivalen Sulkus der Nachbarzähne fortgesetzt. Um den chirurgischen Zugang zu erleichtern und die Beweglichkeit des Lappens zu verbessern, wurden bukkale vertikale Entlastungsschnitte angelegt. Das subperiostale Gewebe wurde disseziert, um eine ausreichende Sicht auf den darunter liegenden Knochen zu erhalten. Dann wurde der Lappen vorsichtig angehoben. Die Kortikalis des Empfängerknochens wurde mit Rund- oder Fissurenbohrern unter reichlicher Kochsalzspülung perforiert, um eine mehrfache Kommunikation mit dem Knochenmarkraum herzustellen und so die Bildung des Blutgerinnsels und die Blutversorgung durch enossale Gefäße zu begünstigen. An der Basis des Lappens wurde eine Inzision durch das Periost vorgenommen, um eine spannungsfreie Abdeckung des Transplantats zu ermöglichen. Die Transplantate wurden mit Titanschrauben (Cizeta Surgical, Bologna, Italien) an den Empfängerstellen fixiert. Lücken um sie herum wurden mit Knochenspänen aufgefüllt. Kollagenmembranen (Osseoguard, Biomet 3i, Indiana, USA) wurden als Abdeckung auf die Transplantate gelegt. Der Verschluss der Wunde bei primärer Intention erfolgte mit monofilen Nähten (Prolene 3-0 und 5-0, Ethicon, Johnson & Johnson, Amersfoort, Niederlande). Antibiotika (Amoxicillin, 2 g/Tag für 10 Tage) und Schmerzmittel wurden nach Bedarf verabreicht.

Alle Patienten unterzogen sich CT-Scans (Siemens CT4350) bei T0 und T1. Die Computertomographen wurden wie folgt eingestellt: Gantry: 0, Auflösung: 512 × 512 Pixel, WL (Fensterebene): 400, WW (Fensterbreite): 4000, 130,00 Kv, 47 mA, Belichtungszeit: 800 ms, Schichtdicke: 1,25 mm und Schichtrekonstruktion: 0,5 mm.

Acryl-Röntgenschablonen wurden positioniert, um die Neuausrichtung verschiedener CT-Scans zu ermöglichen.

CT-Scans wurden wie zuvor veröffentlicht analysiert. Die Scandaten wurden in eine Dicom-Viewer-Software (OsiriX Imaging Software) importiert. Querschnittsbilder senkrecht zum Panoramabogen wurden im transplantierten Bereich in einem Abstand von 1 mm erstellt. Der Transplantatbereich wurde als Region of Interest (ROI) freihändig auf dem axialen Querschnittsbild nachgezeichnet. Die Transplantate wurden dreidimensional rekonstruiert, indem alle ausgewählten 2d-ROIs berechnet wurden. Wenn die Transplantatränder unklar waren, wurde die transplantierte Fläche anhand der Morphologie der kontralateralen Seite bestimmt. Das Gesamttransplantatvolumen, sein Minimum, Maximum und die mittlere Dichte wurden durch Stapeln der berechneten ROIs ermittelt. Die Dichte wurde anhand der Hounsfield-Skala (HU) gemessen.

Zur Bewertung der Unterschiede in der Dichteänderung wurde der Studententest angewandt. Die lineare Regressionsanalyse und der Pearson-Korrelationstest wurden verwendet, um die Korrelation zwischen den Parametern zu untersuchen. Das Signifikanzniveau wurde auf .

3 festgelegt. Ergebnisse

Achtunddreißig Transplantate wurden durchgeführt, 17 aus AB und 21 aus FFB (Abbildung 1). Dreizehn AB- und 13 FFB-Blöcke wurden im Oberkiefer transplantiert, während 4 AB- und 8 FFB-Blöcke im Unterkiefer transplantiert wurden.

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Abbildung 1

(a) Atropher Kamm vor der Transplantation; (b) homologes Knochentransplantat an Ort und Stelle und (c) nach 6 Monaten Heilung während des chirurgischen Eingriffs zur Implantation. Die CT-Scans wurden vor dem Eingriff (d), eine Woche nach der Operation (e) und nach sechsmonatiger Einheilung (f) aufgenommen.

Vier Transplantate (1 Oberkiefer-AB, 1 Oberkiefer-FFB, 1 Unterkiefer-AB und 1 Unterkiefer-FFB) wurden innerhalb der ersten sieben Tage nach dem Eingriff freigelegt. Ein weiteres mandibuläres FFB war bis T2 vollständig resorbiert und wurde als Misserfolg betrachtet (Tabelle 1). Die Transplantate wurden chirurgisch entfernt, und die Patienten wurden von weiteren Untersuchungen ausgeschlossen. Die Merkmale der untersuchten Patienten sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Das anfängliche Volumen von FFB- und AB-Blöcken unterschied sich nicht signifikant (1,22 ± 0,86 cm3 gegenüber 0,74 ± 0,98 cm3, ). Bei T2 kam es sowohl bei AB- als auch bei FFB-Transplantaten zu einer umfassenden Remodellierung, wie die Volumenveränderung auf den CT-Scans zeigte, aber bei FFB war die Resorption deutlich stärker. AB verlor durchschnittlich 28 % des ursprünglichen Volumens, während FFB um 46 % abnahm () (Abbildung 2). Interessanterweise war in einem Fall ein FFB-Transplantat vollständig resorbiert und konnte auf dem zweiten CT-Scan nicht mehr beobachtet werden.

Abbildung 2

Transplantat, das die Veränderung des Volumens von AB- und FFB-Transplantaten anhand von CT-Daten nach 6 Monaten zeigt. Das Volumen der Transplantate nahm in beiden Gruppen im Laufe der Zeit ab, wenn auch in stärkerem Maße bei den FFB-Transplantaten.

Die mittlere anfängliche Dichte der homologen Knochentransplantate betrug 708 ± 335 HU und war signifikant niedriger () als die Dichte der autologen Knochentransplantate (998 ± 232 HU) (Abbildung 3(a)). Die mittlere Dichtevariation betrug 20,31 % in der Kontrollgruppe und 13,59 % in der Testgruppe (Abbildung 3(b)). Der Unterschied zwischen den Gruppen war statistisch nicht signifikant (). Der Pearson-Test ergab, dass für autologe Knochentransplantate keine Korrelation zwischen der anfänglichen Dichte und dem Grad der Resorption bestand (Abbildung 4(a)), während eine solche Korrelation für frisch eingefrorene Knochentransplantate signifikant war (Abbildung 4(b)). Weniger dichte Transplantate neigten dazu, mehr Volumen zu verlieren als dichtere Transplantate: Die durchschnittliche Volumenresorption für frisch gefrorenen Knochen mit einer Dichte von <800 HU (Abbildung 4(b), gestrichelte Linie) betrug -57 %, während sie bei einer Ausgangsdichte von >800 HU bei -15 % lag (). Die Chirurgie hatte keinen Einfluss auf die Resorption von AB- und FFB-Transplantaten.

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Abbildung 3

Die Transplantatdichte wurde 1 Woche nach dem Einsetzen im CT bestimmt (a) und die Veränderung der Transplantatdichte nach 6 Monaten Einheilung (b). Die Dichte der AB-Transplantate war signifikant höher als die der FFB-Transplantate, .

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4. Diskussion

Unseres Wissens gibt es in der wissenschaftlichen Literatur keine Studien über die Korrelation zwischen Volumen und Dichte von frisch gefrorenem homologem Knochen. Wir glauben, dass eine genauere Kenntnis der Veränderungen von frisch gefrorenen Knochentransplantaten im Laufe der Zeit für Kliniker nützlich wäre, um ihre tägliche Praxis zu verbessern.

In unserer Analyse zeigten CT-Scans, dass sowohl AB- als auch FFB-Transplantate nach 6 Monaten eine umfangreiche Resorption erfuhren, wobei FFB-Transplantate deutlich mehr Volumen verloren. Die Resorption der FFB-Transplantate war jedoch sehr variabel und wies von Fall zu Fall große Unterschiede auf, die von einer vollständigen Resorption bis hin zu fast keiner Veränderung des Transplantatvolumens reichten. Diese Ergebnisse stimmen mit denen mehrerer anderer Studien überein und zeigen eine schlechte Vorhersagbarkeit der Resorption des Transplantatvolumens.

Auf der Grundlage unserer Ergebnisse war es möglich, eine lineare Korrelation zwischen der anfänglichen Dichte der FFB-Transplantate und ihrer Resorption bei T1 aufzuzeigen, da dichtere Transplantate weniger Resorption aufwiesen als Transplantate mit geringer Dichte. Diese Korrelation war unabhängig von der embryologischen Herkunft der Transplantate, da alle FFB-Blöcke in dieser Studie aus der Tibia entnommen wurden. Die FFB-Transplantate wiesen einen großen Dichtebereich auf, je nachdem, aus welchem Teil der Tibia sie entnommen wurden. Die Tibia ist ein langer Knochen mit einer großen Epiphyse, die sich zu einer schmaleren, dichteren Diaphyse verjüngt, die hauptsächlich aus dickem Kortikalisknochen mit hohen HU-Werten besteht. Andererseits wiesen AB-Transplantate, die von intraoralen Stellen (entweder von der Unterkiefersymphyse oder vom Ramus) entnommen wurden, einen begrenzten Dichtebereich auf, was die Möglichkeit erschwert haben könnte, eine Korrelation zwischen Dichte und Resorption zu finden, die in klinischen und präklinischen Berichten beobachtet worden ist. Es ist jedoch auffällig, dass die Dichte der AB-Transplantate mit der von dichteren FFB-Transplantaten vergleichbar war und somit auch ihre Resorption.

Vorangegangene Studien haben eine Korrelation zwischen der Knochendichte und ihrer Struktur gezeigt und gehen so weit, dass sie eine dichtebasierte Klassifizierung der Knochenqualität vorschlagen. Daher ist zu vermuten, dass in diesem Fall die Architektur des FFB-Transplantats in Bezug auf die kortikale und spongiöse Zusammensetzung eine Rolle bei der Resorption gespielt haben könnte. Spin-Neto berichtete, dass kortikale FFB-Transplantate nach 5 Monaten nicht mehr signifikant umgebaut wurden. Weder neu gebildeter noch ursprünglicher Knochen stand in Kontakt mit dem Transplantat, das nekrotische Anteile, osteoklastische Aktivität und von dichtem Bindegewebe durchsetzte Bereiche aufwies. Im Gegensatz dazu beobachtete Orsini, dass kortiko-zelluläre Transplantate gut in die Empfängerbereiche integriert waren, der transplantierte Knochen in enger Kontinuität mit dem neuen Knochen stand und die Markräume kleine neu gebildete Gefäße enthielten. Diese Überlegungen machen deutlich, dass kortikale Transplantate hart und resistent gegen das Eindringen von Gefäßen sind, aber vor ihrer vollständigen Integration durch Degeneration zunehmend geschwächt werden und über längere Zeit als Gemisch aus nekrotischem und lebensfähigem Knochen verbleiben. Im Gegensatz dazu werden spongiöse Transplantate schneller remodelliert und revaskularisiert als kortikale Transplantate, aber sie unterliegen im Allgemeinen einer stärkeren Resorption. Die Remodellierung von FFB-Transplantaten und ihre klinische Relevanz müssen jedoch noch untersucht werden.

Es ist auch zu beachten, dass andere Variablen, wie Alter und Geschlecht des Spenders, die Leistung von Knochentransplantaten beeinflussen können; dennoch liegen diesbezüglich keine Daten vor.

Fünf Transplantate versagten kurz nach dem Einsetzen. Diese Misserfolge waren jedoch recht gleichmäßig über die Gruppen verteilt, da sowohl autologe als auch homologe Transplantate unabhängig von ihrer Transplantationsstelle versagten. Es ist reine Spekulation zu ergründen, warum diese Misserfolge auftraten, zumal bei diesen Patienten keine nennenswerte Abweichung vom chirurgischen Protokoll auftrat. Die Misserfolge können nicht dem Transplantattyp oder den Transplantatmerkmalen wie Dichte oder Volumen zugeschrieben werden, da diese sich nicht signifikant von den erfolgreichen Transplantaten unterschieden.

Aus unseren Ergebnissen können wir schließen, dass FFB-Transplantate mit einer Dichte >800 HU aufgrund ihres geringeren Resorptionsgrades klinisch gegenüber weniger dichten Transplantaten vorzuziehen sind. Weitere Studien, die das Verhalten von AB-Transplantaten mit einem breiteren Dichtebereich analysieren, werden empfohlen.

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass es keinen Interessenkonflikt in Bezug auf die Veröffentlichung dieser Arbeit gibt.