Die Heilung gebrochener Knochen ist komplizierter, als es aussieht

Von Tara Haelle

Aug. 26, 2022 - Die Heilung eines gebrochenen Knochens ist nicht immer ein einfacher Prozess, bei dem man einen Gips anlegt und darauf wartet, dass der Körper mit der Zeit sein Ding macht. Die vielen Materialien, aus denen unsere Knochen bestehen, haben unterschiedliche Dichten und beeinflussen auf verschiedene Weise, ob ein Bruch richtig heilt.

Ein Bruch, der nicht richtig verheilt, wird als Nonunion bezeichnet und kann bei einem langen Knochen, z. B. einem Beinknochen, zu einer Behinderung führen. Ärzte können nicht immer feststellen, wann eine Nonunion eingetreten ist, und schon gar nicht vorhersagen, wie wahrscheinlich sie ist. Die Forschung im Bereich der bildgebenden Verfahren für Knochen ist jedoch auf dem Weg, dies zu ändern und den Ärzten einen Blick in die Zukunft zu ermöglichen, damit sie Probleme früher erkennen können.

Maschinenbauforscher an der Lehigh University in Bethlehem, Pennsylvania, nutzen die Knochendarstellung und virtuelle mechanische Tests, um ein genaueres Modell des Heilungsprozesses zu entwickeln.

Ein virtuelles Modell kann Ärzten helfen zu erkennen, wann ein Knochen von einem gesunden Heilungsprozess abweicht, so dass sie früher eingreifen können. Der Schlüssel dazu ist ein besseres Verständnis des physikalischen Prozesses in der Heilungszone, in der die Fraktur tatsächlich repariert wird.

Im Inneren des Gipses

Der Heilungsprozess beginnt, wenn der Körper die Fraktur erkennt und Immunzellen aussendet, die eine Entzündung verursachen. Die Schwellung ist das Warnsignal des Körpers, den verletzten Teil nicht mehr zu benutzen.

Außerdem sammeln sich Blutzellen um die Verletzung herum, und diese Zellmasse - ein Hämatom oder ein Blutgerinnsel - füllt den Raum im Bruch aus. Im Laufe der nächsten Woche ersetzt eine Art weicher Knochen, der so genannte Kallus, allmählich das Blutgerinnsel und hält den Knochen zusammen, wenn auch noch nicht stark genug, um den Knochen zu benutzen. Nach einigen Wochen hat die Kallusschicht Zeit, sich zu verhärten, und dann beginnt harter Knochen, die harte Kallusschicht zu ersetzen.

Es ist jedoch schwierig, auf Röntgenbildern zu erkennen, wie gut diese späteren Stadien ablaufen, da sich harte Kallus und harter Knochen so sehr ähneln. Ingenieure arbeiten daran, die mechanischen Eigenschaften von Knochen und Kallus, wie Masse und Dichte, zu verstehen, um besser vorhersagen zu können, wann harter Knochen den Kallus vollständig ersetzt hat. Eine zu frühe Vorhersage könnte den Heilungsprozess behindern, wenn die Person den Knochen normal nutzt, bevor er vollständig verheilt ist.

Frühere Computermodelle waren nicht in der Lage, harte Kallus von hartem Knochen zu unterscheiden, vor allem weil Kallus selbst aus verschiedenen Gewebetypen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften besteht.

Die neue Forschungsarbeit stützt sich jedoch auf die Prüfung der Belastung, die auf den Knochen während der Drehung einwirkt. Die Forscher speisten diese Testergebnisse und die entsprechenden CT-Bilder in einen Computer ein, um den Heilungsprozess zu modellieren. Hellere Bereiche auf dem Bild stehen für steiferen, härteren Knochen, so dass ihre Arbeit den Forschern half, den Grenzwert zu ermitteln, ab dem das Material keine Kallus mehr ist und sich in Knochen verwandelt. Die Kenntnis dieses Schwellenwerts kann dazu beitragen, das Auftreten einer Nonunion früher zu erkennen, was wiederum den Ärzten helfen kann, besser zu verstehen, wie und warum der Heilungsprozess scheitert, damit sie helfen können.