DISSERTATION. Spätfolgen nach konservativer Therapie von isolierten Frakturen des bezahnten Alveolarkamms

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1 DISSERTATION Spätfolgen nach konservativer Therapie von isolierten Frakturen des bezahnten Alveolarkamms A retrospective study of isolated fractures of the alveolar process in the permanent dentition Eine retrospektive Untersuchung des Patientenklientels der Zahntraumaambulanz der Univ. Klinik für Zahnmedizin und Mundgesundheit Graz in den Jahren 1991 bis 2010 eingereicht von Dr.med.dent. Maja MAROTTI zur Erlangung des Akademischen Grades Doktorin der Medizinischen Wissenschaft (Dr. scient. med.) an der Medizinischen Universität Graz ausgeführt an der Universitätsklinik für Zahnmedizin und Mundgesundheit unter der Anleitung von Univ. Prof. Dr. Kurt A. Ebeleseder 2017

2 EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG Ich erkläre ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen nicht verwendet, und die in den benutzten Quellen wörtlich und inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe. Graz, im März

3 DANKSAGUNG Mein besonderer Dank gilt Herrn Univ.-Prof. Dr. Kurt A. Ebeleseder für die Bereitstellung des Dissertationsthemas und die laufende Betreuung der theoretischen und praktischen Arbeit. Darüber hinaus bedanke ich mich bei Herrn Univ.-Prof. DDDr. Michael Payer und Univ.-Prof. Dr. Christof Pertl für die Einbringung ihrer persönlichen Expertise bei der Erstellung des Studienkonzeptes und die wissenschaftliche Betreuung. Des Weiteren danke ich Frau BSc. Stefanie Jauk und Herren MSc. Gerold Schwantzer für die statistische Auswertung der Ergebnisse. 2

4 VORWORT Die ersten Nachkontrollen von Patienten und Patientinnen mit einem Zahntrauma erfolgten in den 60er Jahren in Kopenhagen, Dänemark. Die Therapieprinzipien folgten damals den Empfehlungen in The Classification and Treatment of Traumatic Dental Injuries aus dem Jahr 1960 von R.G. Ellis. Der Pionier in der modernen Zahntraumatologie, J.O. Andreasen, erkannte, dass die Therapieempfehlungen von Ellis bald nach einer Zahnverletzung zu Misserfolgen bzw. ernsthaften Komplikationen und Zahnverlust führten. J.O. Andreasen entwickelte eine neue Zahntraumaklassifikation (1972), die bis zum heutigen Tage fast unverändert angewendet wird. Weiters wurden Standards z.b. in Bezug auf die Befundaufzeichung gesetzt. Somit konnten Daten aus den Patienten- und Patientinnenkarteien für wissenschaftliche Untersuchungen verwendet werden. Mit Hilfe von standardisiertem Zahntraumaprotokoll, radiologischer Untersuchungen, Fotodokumentation sowie von Nachuntersuchungen in vorausbestimmten Zeitabständen, konnten in den siebziger und achtziger Jahren genug standardisierte Daten gesammelt werden, um prospektive klinische Studien planen und durchführen zu können. Insgesamt wurden somit 80 Publikationen über jegliche Art des Zahntraumas betreffend sowohl das bleibende Gebiss als auch das Milchgebiss bis heute veröffentlicht ( Die Literaturangaben in Bezug auf die Fraktur des Alveolarfortsatzes sind aber spärlich und veraltet. Bis dato wurden über dieses Thema wenige Studien publiziert. Die ersten zwei in den Jahren 1969 und 1970, die dritte im Jahr Erst im Jahr 2016 wurde die vierte Studie veröffentlicht. 3

5 INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG Embryonale Entwicklung Entwicklung des Gesichtsskeletts Embryonale Entwicklung des Knochens Entwicklung des Kiefers Entwicklung des Alveolarknochens Entwicklung der Zähne Histologischer Aufbau der Röhrenknochen Geflechtknochen Lamellenknochen Traumatologie des Gesichtsschädels Knochenfraktur Frakturtypen Allgemeine klinische Symptomatik bei der Knochenfraktur Frakturheilung Stabilisation der Frakturenden Histologischer Aufbau des Zahnhalteapparates Das Wurzelzement Zementbildende Zellen Desmodont Alveolarknochen Zelluläre und molekulare Aspekte während der Frakturheilung Zytokine Transforming Growth Factor Beta Superfamily Infektion des Alveolarknochens Infektion der Kieferfrakturlinie Heilung des Desmodonts und Zements Infektion des Desmodonts Dentoalveoläre Verletzungen Klassifikation Verletzung des Alveolarknochens Fraktur des Alveolarfortsatzes Ätiologie Klinische Befunde: Röntgenologische Befunde Therapie Prognose Bisherige Datenlage ZIELSETZUNG DER UNTERSUCHUNG MATERIAL UND METHODE Auswahl des Patienten- und Patientinnenkollektivs Methode Datengewinnung Datenauswertung ERGEBNISSE Allgemein

6 4.2. Einfluss der Zusatzverletzung und des Pulpabefundes auf die Überlebensrate des Zahnes Überlebensrate der Pulpa Endodontische Behandlungsmaßnahmen Einfluss des Wurzelwachstums auf die Überlebensrate der Pulpa Einfluss des Wurzelwachstums auf die Ausbildung der Kanalobliteration Einfluss von Zusatzverletzungen auf die Überlebensrate der Pulpa Einfluss des Verlaufs der Frakturlinie auf die Überlebensrate der Pulpa Einfluss des Zeitpunkts der Erstversorgung auf die Überlebensrate der Pulpa Einfluss der Antibiotika auf die Überlebensrate der Pulpa Einfluss des Pulpabefundes auf den Zustand des apikalen Parodonts Röntgenbefund der apikalen Region nur Recall-PatientenInnen Röntgenbefund der Wurzeloberfläche nur Recall-PatientenInnen Röntgenbefund des marginalen Knochens nur Recall-PatientenInnen Time to Event Analysis (Kaplan Meier Analyse) Univariate und Multivariate Cox Regressionsanalyse Generalized Estimating Equation (clustered data analysis) DISKUSSION Allgemeine Anmerkungen Prävalenz innerhalb des zahntraumatologischen Patientengutes Patientengut Ursachen für AFF Überlebensrate der Zähne Überlebensrate der Pulpa Erhaltungsrate des marginalen Parodonts KONKLUSION LITERATURVERZEICHNIS ANHANG VOTUM TRAUMA STAMMDATENBLATT ZEPAG KLASSIFIKATION

7 ABKÜRZUNGEN UND DEREN ERKLÄRUNGEN S. Seite Abb. Abbildung Aufl. Auflage Bd. Band z. B. zum Beispiel Hrsg. Herausgeber M. Musculus Mm. Musculi N. Nervus R. Ramus μstrain Microstrain Aa. Arteriae mm Millimeter p probability (Wahrscheinlichkeit) Err Error Aufl. Auflage CI Konfidenzintervall DTG Dental Trauma Guide AKK Alveolarkammfraktur HR hazard ratio OR odds ratio 6

8 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Alveolarkammfraktur und Wurzelfraktur Abbildung 2: Alveolarkammfraktur und simulierte Wurzelfraktur Abbildung 3: Boxplot, kein Einfluss der Erstversorgung auf den Pulpabefund Abbildung 4: Zeitabhängige Entstehung einer Pulpanekrose Abbildung 5: Zeitabhängige Entstehung einer entzündungsbedingten Wurzelresorption Abbildung 6: Zeitabhängige Entstehung einer ankylosebedingten Wurzelresorption Abbildung 7: Zeitabhängige Entstehung des marginalen Knochenverlustes Abbildung 8: Zeitabhängiger Zahnverlust Abbildung 9: Signifikanter Einfluss des Wurzelstadiums auf die Entstehung der Pulpanekrose Abbildung 10: Signifikanter Einfluss der Zusatzverletzung auf die Entstehung der Pulpanekrose Abbildung 11: Kein Einfluss des Erstversorgungszeitpunkts auf die Entstehung einer Pulpanekrose Abbildung 12: Keine Signifikanter Einfluss von Antibiotika auf die Entstehung der Pulpanekrose Abbildung 13: Kein Einfluss des Verlaufs der Frakturlinie auf die Entstehung einer Pulpanekrose

9 TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1: Das Vier-Phasen-Modell der Frakturheilung assoziiert mit Signalmolekülen Tabelle 2: Stadien der Frakturreparatur und deren Assoziation mit Regulationsmolekülen Signalmolekülen Tabelle 3: Klassifikation von Frakturverletzungen (Quelle: 49 Tabelle 4: Klassifikation von Luxationsverletzungen (Quelle: 51 Tabelle 5: Bis dato publizierte Studien Tabelle 6: Aus der Studie ausgeschlossene Patienten und Patientinnen Tabelle 7: Aus der Studie ausgeschlossene Zähne Tabelle 8: Patienten- und Patientinnen kollektiv Tabelle 9: Betroffene Zähen pro Kiefer Tabelle 10: Betroffene Zähne Tabelle 11: Anzahl der Zähne mit abgeschlossenen und nicht abgeschlossenen Wurzelwachstum Tabelle 12: Zusatzverletzungen der Zähne Tabelle 13: Verlauf der Frakturlinie, auf Zähne bezogen Tabelle 14: Unfallsort Tabelle 15: Unfallursachen bei Verletzungen in Freien Tabelle 16: Erstversorgung bezogen auf Patienten und Patientinnen Tabelle 17: Zeitpunkt der Erstversorgung bezogen auf Zähne Tabelle 18: Art der Schienung bezogen auf Patienten und Patientinnen Tabelle 19: Schienungsdauer Tabelle 20: Verschreibung eines Antibiotikums Tabelle 21: Legende zum Pulpabefund und Aufschlüsselung der notwendigen Kriterien Tabelle 22: Anzahl der Zähne und deren Datenlage Tabelle 23: Legende über die Untersuchungszeit Tabelle 24: Datenlage zum Zeitpunkt des letzten Behandlungs-/Kontrolltermin Tabelle 25: Datenlage zum Zeitpunkt des Recalls Tabelle 26: Endodontischer Befund der verloren gegangenen Zähne nach AFF Tabelle 27: Sensibilität der Pulpa bei Erstvorstellung Tabelle 28: Sensibilität der Pulpa beim letzten Behandlungstermin Tabelle 29: Sensibilität der Pulpa beim Recall Tabelle 30: Endodontische Behandlung aller betroffenen Zähne Tabelle 31: Pulpabefund bei der letzten Kontrolle und beim Recall Tabelle 32: Aufschlüsselung der endodontischen Behandlungen nach Erstvorstellung Tabelle 33: Zeitpunkt der endodontischen Behandlung nach AFF Tabelle 34: Zeitpunkt der endodntischen Behandlung abhängig von Pulpabefund Tabelle 35: Sensibilität der Pulpa bei Erstvorstellung, bezogen auf den Entwicklungsstand der Wurzel Tabelle 36: Sensibilität der Pulpa beim Behandlungsende, bezogen auf den Entwicklungsstand der Wurzel Tabelle 37: Sensibilität der Pulpa beim Recall eingeteilt nach dem Entwicklungsstand der Wurzel Tabelle 38: Zähne mit obliterierten Kanälen zum unterschiedlichen Zeitpunkt A, B, C Tabelle 39: Vergleich der Zähne mit/ohne Zusatzverletzung und deren Pulpabefund bei der Erstvorstellung Tabelle 40: Vergleich der Zähne mit/ohne Zusatzverletzung und deren Pulpabefund bei der letzten Kontrolle Tabelle 41: Vergleich der Zähne mit/ohne Zusatzverletzung und deren Pulpabefund beim Recall

10 Tabelle 42: Vergleich des Pulpabefundes bei Zähne im Bruchspalt mit Zähen die außerhalb waren (A) Tabelle 43: Vergleich des Pulpabefundes bei Zähne im Bruchspalt mit Zähen die außerhalb waren (B) Tabelle 44: Vergleich des Pulpabefundes bei Zähne im Bruchspalt mit Zähen die außerhalb waren (C) Tabelle 45: Kein signifikanter Einfluss der Erstversorgung auf die Entstehung einer Pulpanekrose Tabelle 46: Keine Einfluss von Antbiotikagabe auf den Pulpabefund (A) Tabelle 47: Keine Einfluss von Antbiotikagabe auf den Pulpabefund (B) Tabelle 48: Keine Einfluss von Antbiotikagabe auf den Pulpabefund (C) Tabelle 49: Radiologischer Befund der apikalen Region (B) Tabelle 50: Radiologischer Befund der apikalen Region (C) Tabelle 51: Chronische apikale Parodontitis nach der letzten Kontrolle und beim Recall Tabelle 52: Wurzelresorption nach der letzten Kontrolle und beim Recall Tabelle 53: Wurzelresorption nach der letzten Kontrolle und beim Recall (2) Tabelle 54: Verlust des marginalen Knochens bei der letzten Kontrolle und beim Recall Tabelle 55: Verlust des marginalen Knochens bei der letzten Kontrolle und beim Recall (2) Tabelle 56: Anzahl der Patienten und Patientinnen und der Zähne während der Beobachtungsze Tabelle 57: Kaplan-Maier-Analyse Tabelle 58: Cox-Regression-Analysen Tabelle 59: Logistische Regressionsanalyse

11 ZUSAMMENFASSUNG Die Alveolarfortsatzfraktur (AFF) gehört zu den seltenen Zahnverletzungen. In den letzten fünfzig Jahren wurden nur vier Studien diesbezüglich veröffentlicht. In der vorliegenden retrospektiven Studie wurden die Spätfolgen nach isolierter Fraktur des bezahnten Alveolarfortsatzes nachuntersucht. Ziel der Untersuchung war die Überlebensrate der Zähne, der Pulpa und die Erhaltungsrate des marginalen Parodonts. In die Studie wurden 126 Patienten und Patientinnen mit 329 bleibenden Zähen eingeschlossen. Zum Recall erschienen 31 Patienten und Patientinnen (24,6 %) mit 75 betroffenen Zähnen (22,8 %). Beim letzten Kontrolltermin war die Überlebensrate der Zähne 99,4 %. Eine Pulpanekrose wurde bei 43 %, eine Obliteration des Pulpenkanals in 2,8 %, die Entstehung einer Wurzelresorption bei 4,3 % und ein Verlust marginalen Knochens bei 7,7 % aller Zähne diagnostiziert. Bei 34 % der Zähne wurde angenommen, dass sie lebende Pulpen beherbergten, da sie trotz negativen Sensibilitätstests jahrelang keine sonstigen Zeichen einer Pulpanekrose zeigten (anästhetische Zähne). Bei den Recall- Patienten und - Patientinnen war die Überlebensrate der Zähne 95 %, eine Pulpanekrose wurde bei 49 %, eine Obliteration des Pulpenkanals bei 28 %, die Entstehung einer Wurzelresorption bei 4 % und der Verlust marginalen Knochens bei 17,2 % der nachuntersuchten Zähne festgestellt. Nach einer Beobachtungszeit von fünf Jahren betrug das geschätzte Risiko für einen Zahnverlust 4 % (95 % Konfidenzintervall (CI): 0,0 8,5), für eine Pulpanekrose 48,2 % (95 % CI: 42,0 54,5), für eine entzündungsbedingte Wurzelresorption 7,2 % (95 % CI: 4,4 22,8), für eine ankylosebedingte Wurzelresorption 33,0 % (95 % CI: 22,4 43,69) und für den Verlust marginalen Knochens 16,7 % (95 % CI: 9,6 23,8). In der multivariaten Cox- Regressions-Analyse erhöhten die Faktoren Zusatzverletzung [hazard ratio (HR): 2,68; (95% CI: ), p < 0.001] und abgeschlossenes Wurzelwachstum [HR: 7,50; (95% CI: ), p=0.005] das Risiko einer Pulpanekrose signifikant. Keinen Einfluss hatten der Zeitpunkt der Erstversorgung, Schienungsdauer und typ, Antibiotikagabe und der Verlauf der Frakturlinie. In der logistischen Regressionsanalyse hatten Zähne mit abgeschlossenem Wurzelwachstum ein dreifach höheres Risiko, devital zu werden gegenüber jenen mit offenen Apex [OR = 2,98; (95 % CI: ), p=0.0387]. In dieser Studie wurde bestätigt, dass die betroffenen Zähne bei einer isolierten, konservativ behandelten AFF eine sehr hohe Überlebensrate hatten. Die häufigste Komplikation war die Pulpanekrose, die nach Wurzelkanalbehandlung keinen negativen Einfluss auf den dauerhaften Erhalt des Zahnes hatte. 10

12 ABSTRACT Background/Aim: There is a lack of studies of fractures of the alveolar process (FAP). Only five were published in the last fifty years. The aim of this study was to analyze the risk of pulp necrosis and infection (PN), pulp canal obliteration (PCO), infection-related root resorption (IRR), ankylosis-related resorption (ARR), marginal bone loss (MBL), and tooth loss (TL) as well as to identify the possible risk factors for teeth involved in an isolated alveolar process fracture. In the second part, any late complications of the involved teeth were reported in patients who responded to a follow-up examination. Material and method: This study was a retrospective analysis of 126 patients with 329 traumatized permanent teeth treated in a regional dental trauma clinic. Follow-up examination was performed on 31 (24.6%) patients with 75 (22.8%) teeth. The risks of PN, PCO, RR, MBL and TL were analyzed using the Kaplan-Meier method. Possible risk factors for PN (stage of root development, fracture position in relation to the root apex, concomitant injury, treatment delay and antibiotics) were analyzed using univariate and multivariate Cox regression and Generalized Estimating Equation (GEE). The level of significance was 5%. Results: PN was observed in 43% of the teeth and it was significantly associated with the presence of a concomitant injury and complete root formation. PCO was recorded in 2.8%, root resorption (RR; IRR and ARR) in 4,3%, MBL in 7,7%, and TL in 0.6% of the teeth. Thirty four percent of the teeth were assumed to have normal pulps but they did not respond to pulp sensibility testing. At the follow-up examination, PN was found in 49%, PCO in 28%, RR (IRR and ARR) in 4%, MBL in 17,2%, and TL in 5%. Estimated risk after a 5-year follow-up: PN: 48.2% (95% confidence interval (CI): ), IRR: 7.2 (95% CI: ), ARR: 33.0% (95% CI: ), BL: 16.7% (95% CI: ), TL: 4.0% (95% CI: ). The following factors significantly increased the risk of PN: mature root development [hazard ratio (HR): % CI: ), p=0.005] and concomitant injury [HR: 2.68 (95% CI: ), p < 0.001]. In a logistic regression model, teeth with mature roots had a 3-fold risk of becoming nonresponsive to pulp testing. Conclusion: Teeth involved in an isolated alveolar process fracture and managed with a conservative treatment approach appear to have a good prognosis. The most common complication was PN which did not negatively affect the survival of the teeth after root canal treatment. 11

13 1. EINLEITUNG 1.1. Embryonale Entwicklung Entwicklung des Gesichtsskeletts Am Schädel werden zwei Bereiche unterschieden: das Neurokranium, welches eine schützende Kapsel um das Gehirn bildet, und das Viszerokranium, welches das Gesichtsskelett umfasst (Sadler, 1998; S.154). Das Viszerokranium (der Gesichtsschädel) geht aus den beiden ersten Schlundbögen hervor (Sadler, 1998; S. 154). Jeder Schlundbogen besteht aus einem Kern aus mesenchymalem Gewebe, der außen durch Oberflächenektoderm und innen durch entodermales Epithel bedeckt ist. Neben dem Mesenchym finden sich auch Neuralleistenzellen (Sadler, 1998; S ). Jeder Schlundbogen entwickelt eine Knorpelkomponente, einen Nerv, eine Arterie und eine Muskelkomponente. Einige Knorpelanlagen lösen sich während der embryonalen Entwicklung auf, andere bleiben als Knorpel oder Knochen postnatal erhalten (Sadler, 1998; S. 327). Aus dem ursprünglichen Mesoderm der Schlundbögen entsteht die Muskulatur von Gesicht und Hals. Aus dem ersten Schlundbogen, dem Mandibularbogen, entsteht dorsal der Oberkieferfortsatz und ventral der Unterkieferfortsatz. Aus dem Oberkieferfortsatz entwickeln sich der Oberkiefer, das Jochbein und Teile des Schläfenbeins. Der Unterkieferfortsatz enthält die Knorpelspange des 1. Schlundbogens, den Meckel-Knorpel. Durch desmale Ossifikation entsteht um den Meckel-Knorpel herum der Unterkiefer. Der Knorpel bildet sich bis auf einen Rest, das Lig. sphenomandibulare, zurück. Aus dem Unterkieferfortsatz und einem Teil des 2. Schlundbogens gehen auch Incus, Malleus und Stapes hervor (Sadler, 1998; S. 154). Aus der Muskelkomponente des ersten Schlundbogens entstehen auch die spätere Kaumuskulatur (M. temporalis, M. masseter, Mm. pterygoidei) sowie der vordere Bauch des M. digastricus, M. mylohyoideus, M. tensor tympani und M. tensor veli palatini (Sadler, 1998; S. 328). Die nervale Versorgung erfolgt durch motorische und sensorische Fasern des N. trigeminus (R. mandibularis bzw. N. ophthalmicus, N. maxillaris, N. mandibularis) (Sadler, 1998; S ). Im Vergleich zum Neurokranium ist das Viszerokranium zunächst klein. Erst mit dem Durchbruch der Zähne und der postnatalen Entfaltung der Nasennebenhöhlen erhält das Gesicht seine charakteristische Ausprägung (Sadler, 1998; S. 155). 12

14 Embryonale Entwicklung des Knochens Knochen entsteht entweder durch direkte bzw. desmale oder durch indirekte bzw. chondrale Ossifikation. Bei der desmalen Ossifikation geht der Knochen unmittelbar aus dem embryonalen Mesenchym hervor. Ein auf diese Art entstehender Knochen wird Bindegewebsknochen genannt. Bei der chondralen Ossifikation entsteht zunächst ein Knorpelmodell, das schrittweise durch Knochen ersetzt wird (Schiebler et al. 1996; S. 202) Desmale Ossifikation Die direkte oder desmale Ossifikation (Osteogenesis membranacea) ist die häufigste Art der Knochenbildung. So entstehen die perichondralen Knochenmanschetten aller Röhrenknochen und auch der Knochen auf der Oberfläche von Knorpelresten während der chondralen Ossifikation sowie bei der Knochenneubildung. Die Entstehung ganzer Knochen alleine durch desmale Ossifikation findet nur bei einigen Schädelknochen bzw. bei Teilen davon statt. Teilweise oder ganz desmal gebildete Schädelknochen sind Os parietale, Teile der Ossa temporalia, des Os occipitale, der Mandibula und der Maxilla. Auch die Fontanellen, die zunächst knochenfreien Gebiete des Schädelknochens, verknöchern postnatal desmal (Schiebler et al. 1996, S. 202). Eingeleitet wird die desmale Ossifikation ähnlich der Zahnbildung durch Vermehrung der Mesenchymzellen in stärker kapillarisiertem embryonalem Bindegewebe. Die multipotenten Mesenchymzellen differenzieren zu Osteoblasten mit großem Golgi-Apparat und viel rauem endoplasmatischem Retikulum. Die Osteoblasten sezernieren Osteoid (Kollagenfasern und Grundsubstanz) und mauern sich dabei ein. Parallel kommt es zur Mineralisierung dieser Matrix. Das weitere Wachstum des Knochens erfolgt durch Apposition von außen. Die eingemauerten Osteozyten behalten ihren retikulären Charakter und sind durch Fortsätze miteinander verbunden (Schiebler et al. 1996; S. 203). Bei den desmal entstehenden Schädelknochen bildet sich als erstes ein spongiöser Verbund aus Knochentrabekeln. Durch die Anlagerung weiterer Osteoblasten an die Oberfläche der einzelnen Trabekel kommt es zu Vergrößerung und Verbreiterung des Trabekelsystems. In das zwischen den Trabekeln gelegene Bindegewebe wachsen Blutgefäße und undifferenzierte Mesenchymzellen ein, die später zu Knochenmarkszellen differenzieren. Als letzte bilden sich die äußere und innere Kompakta (Lamina externa, Lamina interna). Sie entstehen dadurch, dass hier die Knochenneubildung gegenüber der Knochenresorption überwiegt. Zwischen den beiden Laminae bleibt der Knochen zeitlebens spongiös angeordnet und wird als Diploë bezeichnet (Schiebler et al. 1996; S. 203). 13

15 Chondrale Ossifikation Diese Art der Ossifikation ist typisch für lange Knochen oder Röhrenknochen und kurze Knochen, wie Wirbelkörper. Bei der chondralen Ossifikation (Osteogenesis cartilaginea) entsteht aus dem Mesenchym zunächst ein Primordialskelett bzw. ein Knochenmodell aus hyalinem Knorpel. Das Modell entspricht etwa der Form des zu bildenden Knochens. In der zweiten Phase kommt es zur Ossifikation die in zwei Vorgängen weitgehend parallel stattfindet: a) perichondrale Ossifikation (Ossificatio perichondralis) b) enchondrale Ossifikation (Ossificatio enchondralis) Die chondrale Ossifikation bietet den Vorteil, dass Knorpel relativ schnell gebildet werden und sofort in beschränktem Umfang Stützfunktionen übernehmen können (Schiebler et al. 1996; S. 204) Perichondrale Ossifikation Hier erfolgt die Ossifikation von der Oberfläche aus. Ab dem dritten Embryonalmonat treten an der Oberfläche der Diaphyse der Knorpelmodelle der Röhrenknochen desmale bzw. primäre Ossifikationszentren auf. Die Bildung geht vom Perichondrium, das später als Periost bezeichnet wird, aus. Die Diaphyse wird mit einer unregelmäßig gestalteten Knochenmanschette aus Geflechtknochen umgeben. Die Knochenmanschette verhindert die Ernährung des Diaphysenknorpels. Es kommt zur Hypertrophie der Chondrozyten und durch Resorption der Interzellularsubstanz zur Vergrößerung der Chondrozyten beinhaltenden Lakunen. In weiterer Folge kommt es zur Degeneration der Knorpelzellen und Verkalkung der Lakunen durch Kalziumniederschläge in der Knorpelgrundsubstanz. An der Oberfläche der Knochenmanschette bauen Osteoklasten die neugebildete Knochensubstanz teilweise ab, so dass auch in der Knochenmanschette Lakunen entstehen. Durch diese wachsen aus dem Periost Blutgefäße sowie undifferenzierte Mesenchymzellen und gelangen in den geschädigten Knorpel unter der Knochenmanschette. Hier kommt es zu weiteren Abbauvorgängen von Knorpel sowie zu Anbauvorgängen von balkenartig angeordnetem Geflechtknochen. Immer wieder wird aber das neugebildete Material teilweise abgeräumt, so dass knorpel- und knochenfreie Räume innerhalb der Knochenmanschette entstehen. In dieser primären Markhöhle befinden sich Blutgefäße, undifferenzierte Mesenchymzellen sowie Chondroklasten, Osteoblasten und Osteoklasten. Ab dem fünften Embryonalmonat überwiegen hier die Stammzellen der Blutbildung und der Knochenmarkraum wird als sekundäre Markhöhle bezeichnet. Wie in der primären sind auch in der sekundären Markhöhle der Knochenabbau auf der Innenseite der Knochenmanschette und die 14

16 Neubildung von Knochensubstanz von großer Bedeutung. Letztendlich kommt es auf diese Weise zu einem Längen- und Dickenwachstum der Röhrenknochen im Bereich der Diaphyse (Schiebler et al. 1996; S.: ) Enchondrale Ossifikation Hier erfolgt die Verknöcherung von der Mitte der Knorpelmatrix aus. Im Bereich der Epiphysenplatte, einer Umbauzone zwischen der Diaphyse und der Epiphyse, sind die Knochenumbauvorgänge besonders deutlich zu erkennen. Im Knorpelgewebe kommt es zur Hypertrophie und zum Abbau von Chondrozyten. In die verbliebenen Lakunen, die durch verkalkte Knorpelgrundsubstanz getrennt sind, sprossen Blutkapillaren und Mesenchymzellen ein. Nach deren Differenzierung zu Osteoblasten wird auf der Oberfläche der Knorpelreste Geflechtknochen gebildet. Er wird zusammen mit dem verkalkten Knorpel wieder abgebaut und durch sekundären Geflechtknochen und schließlich durch Lamellenknochen ersetzt (Schiebler et al. 1996; S. 207). Auch die Epiphysen verknöchern enchondral. Die Ossifikation der Epiphysen ist der letzte Schritt in der Entwicklung eines Röhrenknochens und wird durch die Ausbildung eines Knochenkerns in jeder Epiphyse, dem sekundären Ossifikationszentrum, eingeleitet. Die sekundären Verknöcherungszentren in den Epiphysen verschiedener Knochen treten zu unterschiedlichen Lebenszeiten auf. Aus dem Auftreten und dem Vorhandensein von Knochenkernen in den Epiphysen der Röhrenknochen kann bei Jugendlichen auf deren Alter geschlossen werden (Schiebler et al. 1996; S. 208) Periost und Endost Von außen wird der Knochen von Bindegewebe, dem Periost, bedeckt. Nur in den Bereichen wo Knorpel dem Knochen anliegt, fehlt die Bindegewebsschicht. Das Periost enthält Nerven sowie Gefäße, die der Ernährung des Knochens dienen. Periost besteht aus zwei Bindegewebsschichten, dem Stratum fibrosum und dem Stratum osteogenicum. Das Stratum fibrosum enthält Fibroblasten und Kollagenfasern, die Sharpey-Fasern, die das Periost in der Knochenmatrix verankern. (Schiebler et al. 1996; S. 202). Das Stratum osteogenicum liegt dem Knochen unmittelbar an und ist sehr zell-, nerven- und gefäßreich. Außer den Fibroblasten, kommen hier auch Knochenvorläuferzellen vor. Die Vorläuferzellen sind während des Knochenwachstums sehr aktiv, später werden sie nach Knochenbrüchen wieder aktiviert (Schiebler et al. 1996; S. 191). Knochen ohne oberflächliches Bindegewebe (Periost) unterliegt sofort einer Resorption durch Osteoklasten. Bei chirurgischen Eingriffen am Knochen oder bei Behandlung von Knochenverletzungen ist sein Erhalt wesentlich für dessen Heilung. 15

17 Das Endost besteht aus abgeflachtem Bindegewebe, das der Substantia compacta von innen anliegt und somit Spongiosabälkchen sowie die Knochenkanäle (Canales perforantes und centrales) auskleidet (Schiebler et al. 1996; S. 190). Das Endost enthält keine Kollagenfasern, aber dafür Mesenchymzellen (Knochenvorläuferzellen), die zu Fibroblasten und Osteoblasten differenzieren können und den Knochen, wie im Periost, neu bilden können (Schiebler et al. 1996; S. 202; Welsch, 2006; S. 56) Entwicklung des Kiefers Aus dem 1. Schlundbogen gehen der Oberkieferwulst und der Unterkieferwulst hervor. Da die zugehörige Knorpelspange, der Meckel-Knorpel, in der Anlage des Unterkiefers liegt, wird der 1. Schlundbogen als Mandibularbogen bezeichnet. Aus dem Mesenchym des Oberkieferwulstes entstehen durch desmale Ossifikation der Zwischenkiefer, der Oberkiefer, das Jochbein und ein Teil des Schläfenbeins. Der definitive Unterkiefer entsteht wie der Oberkiefer durch desmale Ossifikation. Nur der Bereich der Verschmelzungszone beider Knorpelspangen im Bereich der späteren Kinnspitze, verknöchert enchondral (Sadler, 1998; S. 327). Am Ende der 4. Embryonalwoche liegt im Zentrum der Gesichtsregion das vom ersten Schlundbogen umrahmte Stomodeum. Fünf, aus Neuralleistenmesenchym bestehende Gesichtswülste können differenziert werden: zwei Unterkieferwülste, dorsal vom Stomodeum, zwei Oberkieferwülste, lateral vom Stomodeum, und der Stirnfortsatz, oberhalb des Stomodeums. Auf beiden Seiten des Stirnfortsatzes liegt über dem Stomodeum eine Verdickung des Oberflächenektoderms, die Riechplakode (Sadler, 1998; S. 341). In der fünften Embryonalwoche senkt sich die Riechplakode zur Riechgrube ein. Das umgebende Gewebe wölbt sich zu Wülsten auf, den medialen und lateralen Nasenwülsten (Sadler, 1998; S. 341). In der sechsten embryonalen Woche vereinigen sich die beiden medialen Nasenwülste zum Zwischenkiefersegment. Dieses umfasst das Philtrum der Oberlippe, den Oberkieferanteil mit vier Schneidezähnen und den dreieckigen primären Gaumen. Kranial geht das Zwischenkiefersegment in den rostralen (zur Kopfvorderseite hin) Anteil des Nasenseptums, das aus dem Stirnfortsatz entsteht, über (Sadler, 1998; S. 343). In der sechsten bis zehnten Embryonalwoche kommt es zur Ausbildung von Gaumenplatten, den abwärts gerichteten Fortsätzen der Oberkieferwülste. Nach der Aufrichtung in der siebten Woche, wachsen diese zwei Fortsätze zueinander und verschmelzen letztendlich in der zehnten Woche mit dem primären Gaumen und miteinander zum sekundären Gaumen (Sadler, 1998; S ). 16

18 Entwicklung des Alveolarknochens Der Alveolarfortsatz ist der knöcherne Anteil des Ober- und Unterkiefers, in dem die Zahnwurzeln verankert sind. Der Processus alveolaris in der Maxilla bzw. der Pars alveolaris in der Mandibula sind zahnabhängige Strukturen. Sie entwickeln sich mit der Bildung und dem Durchbruch der Zähne und bilden sich nach deren Verlust zurück. Bei Kindern mit Oligodontie oder Anodontie unterbleibt die Entwicklung der Alveolarfortsätze partiell oder vollständig. In den Alveolen der Alveolarfortsätze sind die Zähne durch die Sharpey-Fasern verankert. Außerdem haben sie die Funktion der Aufnahme und Verteilung von Kräften, die als Druck durch intermittierende Zahnkontakte beim Kauen, Schlucken, Sprechen als auch bei Parafunktionen wie Knirschen oder Pressen ausgelöst werden (Schroeder 2000; S: ) Entwicklung der Zähne Die Odontogenese beginnt in der vierten bis sechsten Woche nach der Ovulation. Die Initiation der Zahnkeimentwicklung, die Morphogenese der formspezifischen Zahnglocke durch das Schmelzorgan, die terminale Differenzierung von Odontoblasten und Ameloblasten und der Beginn der Hartsubstanzbildung sind das Resultat der beeinflussenden Wechselwirkung zwischen den Zellen des Ektoderms und des Ektomesenchyms (Schroeder 2000; S. 21). Die Zellen des Ektomesenchyms induzieren die Bildung des odontogenen Epithels, der Zahnleiste und der epithelialen Zahnsprossungen. Weiters steuern die Zellen des Ektomesenchyms die Entwicklung und formspezifische Gestaltung (Morphogenese) des Schmelzorganes und der Hertwigschen Epithelscheide, d. h. der Zahnform (Schroeder 2000; S. 21). Die Zellen des inneren Schmelzepithels (Präameloblasten) induzieren die Differenzierung von Odontoblasten aus den peripheren Zellen der Zahnpapille. Die Odontoblasten synthetisieren Dentinmatrix, die sie gegen die Basallamina des inneren Schmelzepithels ausschütten. Die Matrix reift zu Prädentin aus und beginnt in der Peripherie zu mineralisieren. Sobald die erste Schicht des Prädentins entsteht, differenzieren die Präameloblasten zu Ameloblasten, welche mit der Synthese der Schmelzmatrix beginnen (Schroeder 2000; S. 22). Die ersten Anzeichen für die beginnende Zahnentwicklung treten als Epitheleinsenkung- und -verdickung in jedem das Stomodeum umgebenden Fortsatz separat auf. Die Epithelverdichtung wird auch als primäres epitheliales oder odontogenes Band bzw. als Zahnplatte bezeichnet. Das odontogene Epithelband teilt sich in der Tiefe der Kiefer in eine vestibuläre Leiste und in die eigentliche Zahnleiste (Schroeder 2000; S. 6). Die Anlagen der 17

19 Milchzähne entstehen durch die Proliferation der Basalzellen direkt aus dem primären epithelialen Band. Sie erscheinen als in das Mesenchym hineinragende epitheliale Zellhaufen. Diese Sprossungen beginnen im Unterkiefer in den Regionen der ersten Milchmolaren, im Oberkiefer in den Regionen der Milchschneidezähne. 44 bis 48 Tage nach der Ovulation werden die Anlagen aller oberen und unteren Milchschneidezähne, -eckzähne und erster Milchmolaren sichtbar. Die Anlagen der zweiten Milchmolaren erscheinen erst zwischen 51. und 53. Tag (Schroeder 2000; S. 7). Die eigentliche Zahnleiste entsteht erst sekundär mit zunehmendem Größenwachstum der Zahnkeime und deren zunehmendem Abstand zueinander (Schroeder 2000; S. 10). Aus den epithelialen Zellverdichtungen werden zunächst eine Zahnknospe (7. bis 10. Woche nach der Ovulation), darauf eine Zahnkappe (8. bis 12. Woche) und schließlich eine Zahnglocke (12. bis 21. Woche) (Schroeder 2000; S. 10). Aus dem determinierten Zahnmesenchym, in welches die epithelialen Zellverdichtungen eingezogen sind, entsteht die Zahnpapille und das eigentliche Zahnsäckchen (Schroeder 2000; S. 14). Auch die spätere Bildung einer formspezifischen Zahnkrone und der dazugehörigen Zahnwurzel wird von den Zellen der Zahnpapille gesteuert (Schroeder 2000; S. 20). Als Zuwachszähne werden die posterior den Milchzähnen gebildeten, bleibenden Molaren bezeichnet. Ihre Anlagen entstehen am distalen Ende der Zahnleiste der Milchmolaren. Die Anlage der ersten bleibenden Molaren wird in der 13. und 15. Woche gebildet. Sie erreichen das Glockenstadium in der 24. Woche und beginnen mit der Dentinbildung kurz vor der Geburt, bzw. in der 24. bis 32. Woche nach der Ovulation. Die Keime der zweiten Molaren erreichen das Glockenstadium sechs Monate, die der dritten Molaren sechs Jahre nach der Geburt und beginnen mit der Dentinbildung zwei bis drei Jahre bzw. sieben bis zehn Jahre nach der Geburt. Alle drei Zuwachszähne werden der 1. Dentition zugerechnet. Sie entstehen durch die distale Verlängerung der Milchzahnleiste, besitzen keinen Zahnvorgänger und bilden eine Ersatzzahnleiste, die aber keine Zahnkeime hervorbringt und verkümmert (Schroeder 2000; S. 17). Zu den Ersatzzähnen gehören die bleibenden mittleren und seitlichen Schneidezähne, Eckzähne und die ersten und zweiten Prämolaren. Ihre Anlagen entstehen lingual bzw. palatinal der Milchzahnkeime aus der apikalen Verlängerung der eigentlichen Zahnleiste. Die Ersatzzahnleiste entsteht während der Auflösung der lateralen Zahnleiste, d. h. während der Ablösung der Glocke des Milchzahnkeimes von der Zahnleiste. Am blinden Ende der Ersatzzahnleiste entstehen die Anlagen der Ersatzzähne. Deren Entwicklung erstreckt sich über einen längeren Zeitraum, wobei das Knospenstadium der mittleren Schneidezähne im fünften Monat nach der Ovulation und die Dentinbildung in den zweiten Prämolaren im Alter von zwei bis drei Jahren beginnen. (Schroeder 2000; S. 20). 18

20 Die Bildung der Zahnwurzel wird von der Hertwigschen Epithelscheide geleitet (Schroeder 2000; S. 25). Die Hertwigsche Epithelscheide besteht aus zwei aneinander liegenden Schichten, dem inneren und äußeren Schmelzepithel. Sie entsteht aus der Verlängerung der zervikalen Schlinge, nachdem das Schmelzorgan, z. B. bei einwurzeligen Zähnen, seine definitive Größe erreicht hat, und damit die zervikale Schlinge in den Bereich der späteren Schmelz-Zement-Grenze gelangt ist. Der Rand der Hertwigschen Epithelscheide bildet ein Proliferationszentrum das nach zentral abknickt und als Diaphragma erscheint, welches die Zahnpapille nach apikal begrenzt. Bei einwurzeligen Zähnen ist die Hertwigsche Epithelscheide mit einem sehr kurzen Rohr zu vergleichen, bei mehrwurzeligen Zähen teilt sich die Hertwigsche Epithelscheide in zwei oder drei Zweigrohre auf (Schroeder 2000; S. 26). 19

21 1.2. Histologischer Aufbau der Röhrenknochen Histologisch lassen sich zwei Arten von Knochengewebe unterscheiden: der Geflechtknochen, der vor allem während der Knochenentwicklung auftritt, sowie der Lamellenknochen. Beide Knochenarten bestehen aus Knochenzellen (mesenchymale Vorläuferzellen, Osteoblasten, Osteozyten und Osteoklasten). Die Interzellularsubstanz des Knochens besteht aus etwa 50 % Mineralien (vorwiegend Phosphat und Kalzium) in Form von Apatitkristallen (wie Hydroxylapatit), aus etwa 25 % organischen Verbindungen, wie Kollagenfasern, und etwa 25 % Wasser. Die Knochenzellen und die Kollagenfasern sind im Geflechtknochen unregelmäßig verteilt, im Lamellenknochen treten sie in regelmäßig angeordneten Strukturen auf (Schiebler et al. 1996; S. 194) Geflechtknochen Geflechtknochen entsteht immer bei der Neubildung des Knochens (Knochenentwicklung oder Knochenbruchheilung). Bei Geflechtknochen findet man in die Grundsubstanz eingebettete Kollagenfasern ohne besondere Verlaufsrichtung. Somit fehlen im Geflechtknochen lamelläre, deutlich voneinander abgegrenzte Knochenschichten. Knochenkanälchen für Blutgefäße und Nerven sind aber ausgebildet. Der Bestand an Mineralien ist geringer, der an Osteozyten aber höher als im Lamellenknochen. Geflechtknochen ist besonders widerstandsfähig gegen Zug- und Beugebelastung. Grundsätzlich wird Geflechtknochen sekundär durch Lamellenknochen ersetzt. Nur in der Pars petrosa des Os temporale, in der Umgebung der Schädelnähte und am Ansatz einzelner Sehnen kommt auch im Erwachsenenalter stellenweise Geflechtknochen vor (Schiebler et al. 1996; S. 196) Lamellenknochen Lamellenknochen ist gekennzeichnet durch die schichtweise Anordnung knöcherner Grundbausteine (Lamellen) und Knochenkanälchen. Die Kollagenfasern haben innerhalb der einzelnen Lamellen dieselbe Verlaufsrichtung. Diese ändert sich jedoch von Lamelle zu Lamelle. Die Osteozyten liegen in den Lamellen in abgeflachten Knochenhöhlen (Lacuna ossea) und sind mittels Fortsätzen, die in Knochenkanälchen (Canaliculi ossei) liegen, verbunden. Die Lamellen sind unterschiedlich angeordnet und können zu einem Lamellensystem gehören, den sogenannten Osteonen oder Havers-Systemen. Die 20

22 Osteonen bestehen aus einem zentralen Knochenkanal, dem Havers-Kanal (Canales centrales), und um ihn konzentrisch angeordneten Lamellen. Die Havers-Kanäle beinhalten ernährende Blutgefäße sowie ein lockeres Bindegewebe mit undifferenzierten Mesenchymzellen. Die Canales perforantes oder die Volkmann-Kanäle treten senkrecht vom Periost und vom Markraum in den Knochen ein und stehen in Verbindung mit den Havers- Kanälen. Sie beinhalten Gefäße aus dem Periost und dem Endost. Um die Volkmann-Kanäle fehlen konzentrisch angeordnete Lamellen (Schiebler et al. 1996; S. 200). 21

23 1.3. Traumatologie des Gesichtsschädels Knochenfraktur Zu einer Fraktur kommt es, wenn durch direkte oder indirekte Gewalteinwirkung die Elastizitätsgrenze des Knochens überschritten wird. Ein Knochenbruch hinterlässt zwei oder mehrere Bruchstücke, die durch einen Bruchspalt voneinander getrennt sind. Als traumatische Fraktur wird eine Fraktur des Knochens bezeichnet, die aus einer singulären unphysiologischen Belastung resultiert. Eine pathologische Fraktur entsteht im vorgeschädigten Knochen (z. B. bei Osteoporose, Tumoren, Zysten) bereits bei physiologischer Belastung (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 58) Frakturtypen Bei direkten Frakturen bricht der Knochen am Ort der einwirkenden Gewalt, wie bei einem Schlag, Stoß oder Schuss. Indirekte Frakturen treten an anderer Stelle unter Einfluss einer Hebelwirkung auf. Es werden fünf unterschiedliche indirekte Bruchmechanismen unterschieden: a) Biegungsbrüche, b) Stauchungsbrüche, c) Abscherbrüche, d) Abrissbrüche und e) Torsionsbrüche (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 58). Klinisch-deskriptiv werden Frakturen nach dem Bruchspaltverlauf eingeteilt in: a) Querbrüche, b) Schrägbrüche, c) Längsbrüche, d) Trümmerbrüche und e) Defektbrüche sowie f) Frakturen mit und ohne Gelenkbeteiligung (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 60). Bei den unvollständigen (inkompletten) Knochenbrüchen wird der Knochen nur partiell durchtrennt. Hierzu zählen Frakturen mit inkompletter Unterbrechung des Knochenquerschnitts und Fissuren, mit Spalt- oder Sprungbildung ohne Klaffen der 22

24 Fragmente. Beide Formen finden sich nur auf einer Seite der Kortikalis bei erhaltener Kontinuität des Knochens (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 60). Eine weitere Sonderform ist die Grünholzfraktur im Kindesalter. Das noch dicke, elastische Periost wird nicht oder nur partiell durchtrennt und verhindert die Verschiebung der Knochenfragmente (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 60). Bei einem geschlossenen Bruch ist die bedeckende Haut oder Schleimhaut intakt, kann aber geprellt oder abgeschürft werden. Bei einer offenen Fraktur besteht eine mit dem Bruchspalt kommunizierende Wunde der Haut oder der Schleimhaut. Im Falle des alveolären Knochenbruches handelt es sich immer um eine offene Fraktur, da die Bruchfläche über den Parodontalspalt mit der Mundhöhle in Verbindung steht (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 62) Allgemeine klinische Symptomatik bei der Knochenfraktur Bei den Symptomen, die für eine Fraktur typisch sind, wird zwischen sicheren und unsicheren Frakturzeichen unterschieden: a) Sichere Frakturzeichen: Die Deformierung des frakturierten Knochens: Die Deformierung wird an den Extremitäten meistens in Form einer Abknickung sichtbar; im Bereich des Mittelgesichtes kommt es zu einer Dorsal- oder Seitwärtsverlagerung des frakturierten Areals; bei Jochbeinfrakturen kommt es zu einer Abflachung des Jochbeins mit folgender Gesichtsasymmetrie; dislozierte Nasenbrüche sind an Stufen im Nasenrücken oder der Ausbildung einer Sattelnase erkennbar. Intraoral, z. B. Alveolarfortsatzfrakturen, treten schon bei geringer Verschiebung der Fragmente eine Okklusionsstörung und eine Stufenbildung innerhalb der Zahnreihe mit Einriss der angrenzenden Gingiva auf. Die abnorme Beweglichkeit der Fragmente: Regelmäßig nachweisbar ist diese bei Alveolarfortsatzfrakturen, bei Unterkieferbrüchen innerhalb der Zahnreihe bis zum Kieferwinkel sowie bei den meisten Mittelgesichtsfrakturen. Das Auftreten eines Reibegeräusches (Krepitation): Während der Palpation kommt es bei Verschiebung der Frakturenden gegeneinander zur Entstehung eines Reibungsgeräusches (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 62). b) Unsichere Frakturzeichen: 23

25 Diese Symptome kommen regelmäßig bei Frakturen, aber auch bei anderen Erkrankungen vor: Hämatom und Schwellung, Druckschmerz, Stauchungsschmerz und Störung der Funktion (functio laesa) (Neff; Pautke und Horch, 2007; S ) Frakturheilung Bei der Heilung einer Fraktur kommt es zur anatomischen und funktionellen Durchbauung des Bruchspalts mit Knochengewebe. Das Hauptziel jeder Frakturbehandlung ist eine möglichst rasche, anatomisch und funktionell einwandfreie Wiederherstellung des Knochens. Bei der sogenannten primären Frakturheilung erfolgt die Heilung direkt durch Proliferation der Havers-Kanäle quer zum Frakturspalt, die sekundäre Frakturheilung erfolgt indirekt über die Bildung von Geflechtknochen (Kallus). Exakte Reposition und Fixierung der Fraktur haben einen besonderen Einfluss auf die Knochenregeneration. Durch mechanische Dehnungsreize in der Mikroumgebung des Knochengewebes wird die Art der Frakturheilung bestimmt: mechanische Überbelastung (>10000 μstrain) oder Unterbelastung (<1000 μstrain) führen zu pathologischen Heilungsergebnissen. Die Osteoblasten dedifferenzieren und bilden entweder Geflechtknochen (<500 μstrain) oder Bindegewebe (>10000 μstrain). Bei physiologischer Belastung ( μstrain) werden Osteoblasten optimal zur Knochenbildung stimuliert (Neff; Pautke und Horch, 2007; S ) Primäre Frakturheilung Zu einer primären oder osteonalen Knochenbruchheilung kommt es nur, wenn die Frakturenden exakt repositioniert und absolut, d. h. bis auf physiologische Mikrobewegungen, ruhig gestellt sind. Radiologisch zeigt sich bei einer primären Bruchheilung der Bruchspalt von Anfang an schmal und in kürzerer Zeit als bei einer sekundären Bruchheilung vollständig knöchern durchbaut (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 64) Sekundäre Frakturheilung Bei der sekundären Frakturheilung kommt es zur Bildung von Geflechtknochen (Kallus) im Bereich des Bruchspalts und dessen periostaler Auflagerung auf die Kortikalis der Bruchenden. Dabei kann man mehrere Phasen unterscheiden: 24

26 a) In den ersten sechs Tagen wird der Bruchspalt durch ein Hämatom aufgefüllt. Die Gefäße reagieren mit einer aktiven Hyperämie. Es kommt zu einer aseptischen Entzündung. b) In der zweiten Phase, vom siebenten bis zum 12. Tag, wächst Granulationsgewebe aus den eröffneten Markräumen und vom Periost in das Blutkoagulum hinein. Durch die Entzündungsazidose kommt es im Bereich des Bruchspalts zur Demineralisation des Knochens. Die herausgelösten Mineralsalze bleiben an Ort und Stelle und werden bei der späteren Mineralisation wieder eingebaut. c) In der dritten Phase, während der dritten und vierten Woche, kommt es zur Bildung von Osteoidmatrix und Wiedereinlagerung von Mineralsalzen. Unregelmäßig angeordneter Geflechtknochen (Kallus) wird gebildet. d) Nach der vierten Woche wird der Geflechtknochen unter der funktionellen Beanspruchung allmählich zu Lamellenknochen transformiert (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 65). Radiologisch zeigt sich durch den Abbau der nekrotischen Randzone und der Demineralisierung des Frakturbereichs der Bruchspalt nach zwei bis drei Wochen breiter als am Anfang. Die zunächst nicht sichtbaren Kompressionsfrakturen können auf diese Weise erkennbar werden. Nach drei bis vier Wochen wird der periostale Kallus tastbar. Bei der Palpation kann eine federnde, schmerzhafte Beweglichkeit der Bruchenden nachgewiesen werden. Trotzdem besteht in dieser Zeit keine Dislokationsgefahr mehr. Auch nach weitgehender Rückbildung des Geflechtknochens und der Mineralisierung des neuen Lamellenknochens bleibt der Bruchspalt im Röntgenbild noch länger sichtbar (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 65) Stabilisation der Frakturenden Der Knochen hat die bemerkenswerte Eigenschaft, ohne Narben zu heilen. Durch den Reparaturprozess kommt es zur Rekonstruktion des verletzten Knochengewebes. Die Heilung kann, wie oben beschrieben, entweder primär oder sekundär stattfinden. Die bessere" primäre Heilung des Knochens kann nur durch chirurgische Intervention stattfinden. Hutzschenreuter et al. zeigten 1969, dass die primäre Heilung nur durch starre interne Fixation und spaltloser exakter Reposition der Frakturenden stattfinden kann. Bereits ein Spalt von 0,01 mm zwischen den Frakturenden hatte eine sekundäre Heilung des Knochens zur Folge gehabt. In der Studie von Reitzik und Schoorl (1983) kam es auch in der Mandibula bei einer starren Fixation zur einer primären, bei einer semi-rigiden Fixation zu 25

27 einer sekundären Ausheilung der Frakturenden. Weiters wurde festgestellt, dass im Allgemeinen der Knochen schneller und besser ausheilt, wenn er belastet wird (in Funktion steht) als wenn er vollständig immobilisiert und nicht belastet wird. 26

28 1.4. Histologischer Aufbau des Zahnhalteapparates Zum Zahnhalteapparat (Parodontium) zählen vier Strukturen: Das Wurzelzement, der eigentliche Alveolarknochen, das Desmodont und die Gingiva. Diese vier Strukturen verankern den Zahn in der Alveole, ermöglichen Zahnstellungsänderungen, können traumatische Schädigungen wie z. B. Wurzelfrakturen reparieren, decken Knochen und Bindegewebe gegen die Mundhöhle ab, halten die Kontinuität der epithelialen Auskleidung der Mundhöhle aufrecht und dienen der Abwehr gegen Infektionen. Wurzelzement, Desmodont und Alveolarknochen bilden zusätzlich eine entwicklungsgeschichtliche, strukturelle und funktionelle Einheit (Schroeder 2000; S. 187) Das Wurzelzement Das Wurzelzement ist ein mineralisiertes, uneinheitliches Bindegewebe, das der Dentinoberfläche der Zahnwurzel aufgelagert ist. Es dient der Verankerung des Zahnes über in ihm inserierte desmodontale Kollagenfaserbündel (Sharpey-Fasern) in der knöchernen Alveole. Seine weitere Funktion ist adaptiver und reparativer Natur. Das Wurzelzement ist ein Derivat des Zahnsäckchens und erstreckt sich von der Schmelz-Zement-Grenze bis zur Wurzelspitze und weiter in die Foramina apicalia hinein (Schroeder 2000; S ). Im Menschen werden morphologisch und funktionell vier Typen des Zements aufgrund des Vorkommens von kollagenen Fibrillen sowie von Zellen unterschieden Azellulär-afibrilläres Zement Das azellulär-afibrilläre Zement ist schmelzähnlich und enthält weder Zellen noch kollagene Fasern. Hauptsächlich besteht es aus amorphem, stark verkalktem Kollagen. Im Bereich der Schmelz-Zement-Grenze findet man es als Zahnbildungsfehler in Form von Zementzungen oder Zementinseln, die den marginalen Schmelz bedecken, Mehrere Jahre wurde angenommen, dass der Kontakt des neugebildeten Dentins mit den Mesenchymzellen des Zahnfollikels die Differenzierung der letzteren zu Zementoblasten und die Bildung eines azellulären Zements indiziert. In weiteren Studien konnte aber gezeigt werden, dass es zur Bildung des azellulären Zements nach dem Kontakt der Schmelzmatrix Proteine mit den Mesenchymzellen des Zahnfollikels kommt (Schroeder 2000; S ) Azelluläres Fremdfaserzement Das azelluläre Fremdfaserzement enthält keine Zellen und besteht fast ausschließlich aus von außen einstrahlenden Sharpey-Fasern. Incisivi, Canini und Prämolaren werden in den 27

29 koronalen 60 bis 90 % ihrer Wurzellänge von azellulärem Fremdfaserzement bedeckt. Das Zement wird prä- und posteruptiv direkt auf eben entstandenem Dentin von speziellen Fibroblasten des Zahnsäckchens/des entstehenden Desmodonts gebildet. Nach dem Abschluss der Kronenbildung entstehen aus der zervikalen Schlinge des Schmelzorgans die Hertwigsche Epithelscheide und ihr apikal eingezogenes Ende, das Diaphragma. Die Epithelzellen sind zweischichtig eingeordnet, differenzieren sich nicht, aber proliferieren sehr oft. Sie induzieren die Differenzierung der peripheren Zellen der Zahnpapille zu Odontoblasten, die mit der Bildung des Wurzeldentins beginnt. Während der Verlängerung der Wurzelkanten löst sich koronal die Hertwigsche Epithelscheide auf. Ein Maschenwerk von epithelialen Strängen bleibt in einiger Entfernung entlang der gesamten Wurzel über. Diese Stränge sind die Malassez-Epithelreste. Die nicht mehr mit der Epithelscheide bedeckte, aus Prädentin bestehende, neugebildete Wurzeldentinoberfläche kommt in Kontakt mit den fibroblastenartigen Zellen und der extrazellulären Matrix des Zahnsäckchens. Diese Zellen bilden auf der 300 μm langen Strecke von der Wurzelkante einen kurzen Rasen von kollagenen Fibrillen, die in das unverkalkte Prädentin reichen. Dieser Fibrillenrasen wird dann dichter und umscheidet die ihn bildenden Zellen. Die Fibrillen werden zu Fasern gebündelt und später verlängert. Bei der Mineralisation des Prädentins kommt es ab einer Distanz von 300 μm bis 1 mm von der wachsenden Wurzelkantenspitze zur Mitverkalkung dieses Fibrillenrasens, somit zur physischen Verbindung zwischen Zahnwurzel und Zahnsäckchen, d. h. zur Entstehung einer ersten Lage von Wurzelzement. Diese wird Fremdfaserzement genannt, da die verkalkende Zelle (der Odontoblast) nicht die Zelle ist, welche die Faser gebildet und ausgerichtet hat (Fibroblast des Zahnsäckchens). Bei der Dickenzunahme des Fremdfaserzements werden die Fibrillen verlängert. Ab einer Zementdicke von 15 μm werden bereits präeruptiv die Fasern mit gingivalen und desmodontalen Fasern verknüpft und erscheinen als durchlaufende Sharpey-Fasern. Die Dickenzunahme erfolgt posteruptiv durch die Mineralisation der geordneten und der Wurzeloberfläche unmittelbar benachbarten desmodontalen Fasern, die die Verlängerung der ursprünglichen Zementfasern darstellen (Schroeder 2000; S ) Zelluläres Eigenfaserzement Das zelluläre Eigenfaserzement ist ein Zementoblastenprodukt, kann Zementozyten enthalten und besteht aus zelleigenen Fasern. Diese verlaufen parallel zur Wurzeloberfläche und gleichzeitig spiralig zur Wurzelachse. Diese Zementart kommt als der reguläre Teil des Gemischtfaserzements oder bei reparativen Prozessen von Wurzelresorptionslakunen oder bei Wurzelfrakturen vor. Das zelluläre Eigenfaserzement entsteht präeruptiv sowie posteruptiv als erste und weitere Schichten des zellulären Gemischtfaserzements an der 28

30 Wurzelspitze und in den Furkationen. Da es keine Sharpey-Fremdfasern enthält, dient es als Adaptations- und Reparaturzement und nicht zur Verankerung des Zahnes (Schroeder 2000; S ) Zelluläres Gemischtfaserzement Das zelluläre Gemischtfaserzement besteht aus alternierend aufeinander liegenden Schichten von zellulären Eigenfaserzement und dem azellulären Fremdfaserzement. Es bedeckt die apikalen 10 % bis 40 % der Wurzeloberfläche und die Furkationsbereiche bei den Prämolaren und Molaren. Es enthält teilweise Zementozyten, zementeigene Fibrillen und Sharpey-Fasern. Besteht die letzte Schicht aus azellulärem Fremdfaserzement, so sind die in ihm verankerten Sharpey-Fasern normal dicht angeordnet, aber nicht tief verankert. Das zelluläre Gemischtfaserzement nimmt mit dem Alter stetig zu und wird drei bis viermal so dick wie das azelluläre Fremdfaserzement (Schroeder 2000; S. 153) Zementbildende Zellen Das Wurzelzement wird präeruptiv, posteruptiv und zeitlebens, solange ein funktionsfähiges Desmodont besteht, gebildet. Für seine Bildung sind Zementoblasten, Zementozyten und Fibroblasten zuständig. Alle drei Zelltypen entstehen aus ektomesenchymalen Vorläuferzellen Zementoblasten Zementoblasten ähneln den Osteoblasten. Sie besitzen ein großes Zytoplasma mit großen Golgi-Feldern und zahlreiche Zisternen des rauen endoplasmatischen Retikulums. Die Struktur der Zementoblasten entspricht aktive Protein- und Polysaccharidkomplexe synthetisierenden Zellen. Zwischen deren zytoplasmatischen Fortsätzen entstehen extrazelluläre Räume, in denen die Bündelung der neu synthetisierten Kollagenfibrillen stattfindet (Schroeder 2000; S. 144) Zementozyten Die Zementozyten entstehen aus Zementoblasten, wenn diese während der Zementogenese in das Zement eingeschlossen werden. Man findet sie nur im zellulären Eigenfaserzement bzw. auch im zellulären Gemischtfaserzement. Die in das Wurzelzement eingebetteten Zementozyten sind untereinander mit ihren zytoplasmatischen Fortsätzen in Kontakt. Sie können kollagene Fibrillen und Grundsubstanz synthetisieren, aber auch an resorptiven 29

31 Vorgängen beteiligt sein. Junge Zementozyten unterscheiden sich von den älteren Zementozyten durch deren an Organellen reicherem Zytoplasma (Schroeder 2000; S. 144) Fibroblasten Azelluläres Fremdfaserzement bildende Fibroblasten ähneln strukturell den Bindegewebsfibroblasten, haben aber zusätzlich flache blattartige Fortsätze für die Bündelung von benachbarten Kollagenfibrillen. Diese spezialisierten Fibroblasten findet man in unmittelbarer Nähe der mit azellulärem Zement bedeckten Wurzeloberfläche (Schroeder 2000; S. 145) Desmodont Das Desmodont, auch Periodontium oder Wurzelhaut genannt, ist ein zell- und faserreiches derbes Bindegewebe, das die Wurzeloberfläche des Zahnes mit dem Alveolarknochen verbindet. Krestal des Alveolarknochens geht es kontinuierlich in das Bindegewebe der angewachsenen Gingiva über. Das Desmodont bildet mit dem Wurzelzement und dem Alveolarknochen eine funktionelle Einheit (Schroeder 2000; S. 209). Die Zellen des desmodontalen Gewebes entstammen wie die des Wurzelzements und des Alveolarknochens dem eigentlichen Zahnsäckchen. Das Desmodont befindet sich im Periodontalspalt. Er wird zu etwa % von kollagenen und oxytalanartigen Faserbündeln und deren Zellen ausgefüllt, der Rest sind Gefäße, Nerven, interstitielles Gewebe und freie Zellen. Die Breite des Periodontalspalts variiert bei einzelnen Zähnen, bei unterschiedlicher funktioneller Belastung und mit dem Alter. Bei funktioneller Belastung kommt es zur Verbreiterung des Periodontalspalts und zur Verdickung der kollagenen Faserbündel. Bei zunehmendem Alter oder Funktionsausfall wird der Periodontalspalt schmäler, die Fasern dünner bzw. atrophisch (Schroeder 2000; S ) Zellen des Desmodonts Die Aufgaben der Zellen des Desmodonts sind die Remodellierung des Wurzelzements, der Sharpey-Fasern und des Alveolarknochens. Fibroblasten, Osteo- und Zementoprogenitorzellen, Epithelzellen (Malassez-Epithelreste) und Leukozyten (Lymphozyten und monozytäre Makrophagen) sind regelmäßig und ständig im Desmodont angesiedelt. Zementoblasten, Osteoblasten und Osteoklasten treten unregelmäßig auf und werden nur in den Phasen des Alveolarknochenanbaus oder - abbaus bzw. in den Phasen der Bildung von zellulärem Eigen- oder Gemischtfaserzement beobachtet (Schroeder 2000; ). 30

32 Fasern des Desmodonts Der Faserapparat bildet den größten Anteil des desmodontalen Raumes. Die Fasern werden eingeteilt in primäre Fasern bzw. Faserbündel, die vom Alveolarknochen zum Zement verlaufen, und sekundäre Fasern, die lose und nicht gebündelt sind und Gefäße und Nervenstränge umspinnen. Der größte Anteil der Fasern besteht aus Typ-I-Kollagen und ein kleiner Anteil aus Typ-III-Kollagen. Die kollagenen Faserbündel bestehen aus in Fasern gebündelten und parallel verlaufenden kollagenen quergestreiften Fibrillen. Die Bündel primärer, kollagener Fasern inserieren sowohl im Alveolarknochen als auch im Zement. Entlang der Zahnwurzel verlaufen die Bündel in verschiedenen Abschnitten des Desmodonts in unterschiedlichen Richtungen. Dadurch werden fünf Fasergruppen unterschieden: a) Zementoalveoläre Faserbündel am Alveolarknochenkamm: Diese verlaufen schräg nach apikal vom supraalveolären Wurzelzement zum Kamm des Alveolarknochens (zentral vertikal peripher apikal). b) Horizontale zementoalveoläre Faserbündel: Diese verlaufen im rechten Winkel zur Zahnachse direkt apikal des Alveolarknochenkammes vom Zement bis zum Knochen. c) Schrägverlaufende zementoalveoläre Faserbündel: Diese verlaufen in einem Winkel von ca. 45 º auf etwa zwei Dritteln der Wurzeloberfläche vom Knochen zum Zement (zentral apikal peripher vertikal). d) Apikale zementoalveoläre Faserbündel: Diese verlaufen radiär (in horizontaler und schräger Richtung) um den Wurzelapex. e) Interradikuläre zementoalveoläre Faserbündel: Diese verlaufen im Bereich der Bi- und Trifurkationen auch in radiärer Richtung zum Kamm des interradikulären Knochenseptums (Schroeder 2000; S ). Weiter findet man Oxytalanfasern, die aus Fibrillen, die den elastischen Fibrillen in ihrer Struktur ähneln, bestehen. Oxytalanfasern sind säureresistent, inserieren nur im Zement und enden im Bereich der Blutgefäßwände. Es wird angenommen, dass Oxytalanfasern den Blutdurchfluss im desmodontalen Raum bei funktioneller Beanspruchung des Zahnes regulieren (Schroeder 2000; S. 218) Zwischen den kollagenen und oxytalanen Faserbündeln befinden sich bindegewebige Grundsubstanz, Gefäße und Nerven sowie Zellen. Die Grundsubstanz stellt ein stark visköses Gel dar und besteht aus Glykosaminoglykanen, Glykoproteinen sowie Lipiden (Schroeder 2000; S. 220). Die desmodontalen Fasern unterliegen auch nach dem Abschluss des Zahndurchbruchs einer ständigen Erneuerung, dem sogenannten turnover. Die für die Synthese des Kollagens und der Grundsubstanz, aber auch für den phagozytären und lysosomalen Abbau 31

33 verantwortlichen Fibroblasten bleiben zeitlebens teilungsfähig im desmodontalen Raum. Die Kollagensyntheserate im Desmodont ist zweimal bzw. viermal schneller als in der Gingiva bzw. Dermis. Die Halbwertszeit des Kollagenumsatzes ist in der Gingiva und im Alveolarknochen fünfmal und in der Dermis fünfzehnmal größer als im Desmodont (Schroeder 2000; S. 224) Gefäße und Nerven des Desmodonts Das desmodontale Gewebe ist im Vergleich mit den anderen Bindegewebearten stärker vaskularisiert. Die Blutzufuhr erfolgt über drei Quellen: a) Aa. periodontales longitudinales: Äste der Aa. dentales, die sich vor dem Eintritt in die Foramina apicalia abzweigen und bis in das gingivale Gewebe verlaufen; b) Rami perforantes alveolares: Äste der Aa. Interalveolares und der Aa. interradiculares, die innerhalb der Spongiosa der interdentalen und interradikulären Knochensepten nach koronal verlaufen, aber innerhalb des Knochens abzweigen und durch die Lamina cribriformis des Alveolarknochens seitlich ins Desmodont eintreten; c) Äste der supraperiostalen Arterien die bukkal und palatinal bzw. lingual in der Schleimhaut der Alveolarfortsätze bis zur Gingiva verlaufen (Schroeder 2000; S ). Das Desmodont wird von sensorischen und autonomen Nervenfasergruppen innerviert. Die somatosensorischen, afferenten Nervenfasern treten apikal als Seitenäste des Nn. dentales sowie durch die Lamina cribriformis als Seitenäste der Nervenfasern der interalveolären Knochensepten ins Desmodont ein. Beide Fasergruppen vereinigen sich im desmodontalen Raum zum Plexus dentalis inferior und zum Plexus dentalis superior. Das Desmodontalgewebe kann über die sensorisch-afferenten Nervenfasern Schmerz und Druck registrieren. Die autonomen, sympathischen Fasern flechten sich um die desmodontalen Blutgefäße und sind für die Steuerung der glatten Muskelzellen bzw. für die Blutzirkulation in diesen Gefäßen zuständig (Schroeder 2000; S ) Alveolarknochen Der Alveolarknochen bildet den Alveolarfortsatz. Dieser besteht aus einer äußeren, vom Periost bedeckten Knochenplatte, der vestibulären und der lingualen bzw. palatinalen Kortikalis, aus einer inneren und stark durchlöcherten Knochenplatte, der Lamina cribriformis, sowie aus der zwischen beiden Knochenplatten und auch interdental oder interradikulär zwischen zwei Laminae cribriformes befindlichen Spongiosa. Die äußeren kompakten Kortikalisschichten gehen am Eingang der Alveole in die Lamina cribriformis über. Die Struktur der Kortikalis und der Spongiosa entspricht generell der Struktur anderer 32

34 Knochen. Sie besteht aus Havers-Systemen (Osteonen) und interstitiellen Lamellen. Der die Alveolenwand bildende Alveolarknochen, die Lamina cribriformis, ist eine zwischen 0,1 bis 0,4 mm dünne siebartige Knochenplatte, die die Spongiosa zur Alveole hin abschließt. Im koronalen und apikalen Bereich der Alveolen ist die Lamina cribriformis durch zahlreiche Foramina gekennzeichnet. Diese Öffnungen entsprechen Volkmann-Kanälen und ermöglichen die Verbindung zwischen Desmodont und Spongiosamarkräumen. Ihre Dichte nimmt von Alveole zu Alveole in posteriorer Richtung zu. Die Foramina werden von Blut- und Lymphgefäßen sowie Nervenfasern durchzogen. Im Röntgenbild erscheint die Lamina cribriformis durch den Überlappungseffekt der mesialen und der distalen Alveolarknochenplatten als scheinbar stärker mineralisierte röntgendichte und ununterbrochene Linie, die als Lamina dura bezeichnet wird (Schroeder 2000; S ). Der Alveolarknochen, wie auch der andere Knochen, besteht zu etwa % seines Trockengewichts aus anorganischem und zu etwa % aus organischem Material. Der anorganische Anteil besteht aus etwa 60 % Kalziumphosphatkristallen vom Typ Hydroxylapatit, und zu etwa 40 % aus amorphem Kalziumphosphat. Über 90 % des organischen Anteils ist Kollagen (Schroeder 2000; S. 197). Die Alveolarfortsätze des Oberkiefers werden über Äste der A. maxillaris und der A. infraorbitalis mit Blut versorgt. Die arterielle Versorgung der Pars alveolaris des Unterkiefers erfolgt von innen her über die Äste der A. alveolaris inferior sowie über die Äste der A. submentalis und der A. buccalis, die durch die Volkmann-Kanäle der äußeren Knochenplatte eindringen (Schroeder 2000; S. 198) Osteoblasten Osteoblasten sind größere kubische Zellen; sie besitzen einen großen Zellkern, basophiles Zytoplasma und viele lange zytoplasmatische Fortsätze. Osteoblasten befinden sich immer an der Knochenoberfläche über dem Osteoid und produzieren die kollagenen und die nichtkollagenen Bestandteile der Knochenmatrix. Sie entstehen aus stromalen Stammzellen bzw. Progenitorzellen, die im Knochenmark und an den Knochenoberflächen auftreten. Die Präosteoblasten unterscheiden sich strukturell nicht von Fibroblasten, an ihrer zytoplasmatischen Membran lässt sich jedoch eine spezielle Enzymaktivität (alkalische Phosphatase) nachweisen. Im Gegensatz zu Präosteoblasten des perivaskulären Bindegewebes, z. B. im Desmodont, sind Präosteoblasten des Knochenmarkbindegewebes und des Periosts bereits determinierte, osteogene Progenitorzellen. Desmodontale Progenitorzellen der Osteoblasten bestehen aus zwei Zellpopulationen, den großkernigen Präosteoblasten, und kleinkernigen, fibroblastenartigen Zellen. Sie differenzieren erst nach 33

35 induktiver Stimulation, wie durch Gewebestress oder Trauma, zu Osteoblasten oder zu Fibroblasten (Schroeder 2000; S ) Osteozyten Junge Osteozyten entstehen aus Osteoblasten, die in die Knochenmatrix eingeschlossen werden. Sie sind kleiner als Osteoblasten, diesen aber strukturell ähnlich. Sie befinden sich immer peripher im neugebildeten Knochen und regulieren die Ausreifung und Mineralisation der neugebildeten Knochenmatrix. Je mehr Knochen neu angelagert wird, desto mehr geraten sie in die Tiefe und werden zu älteren, ausgereiften Osteozyten. Reife Osteozyten besitzen weniger Organellen als junge Osteozyten, aber viele zytoplasmatische Fortsätze, die mit benachbarten Osteozyten im Kontakt stehen. Reife Osteozyten weisen proteinsynthetische Aktivität auf und sind für die Osteolyse sowie Osteoplasie verantwortlich; weiters sind sie am Mineralstoffwechsel beteiligt. Pyknotische, devital erscheinende, Osteozyten können nach Stimulierung mit dem Hormon Calcitonin wieder aktiv werden und ihre Struktur jener der reifen Osteozyten angleichen (Schroeder 2000; S. 204) Osteoklasten Osteoklasten sind große mehrkernige Zellen, die auf der nicht mit Osteoid bedeckten Knochenoberfläche in Mulden, den Howship-Lakunen liegen. Sie entstehen durch Fusion aus hämatopoetischen, mononukleären Vorläuferzellen, die dem Knochenmark, dem Thymus und der Milz entstammen. In ihrem Zytoplasma befinden sich viele Mitochondrien, ein ausgedehnter Golgi-Apparat, viele lysosomale Körper und Vakuolen und wenig raues endoplasmatisches Retikulum. Das Zytoplasma ist reich an saurer Phosphatase und anderen hydrolytischen Enzymen. Sie zeigen einen bürstenartigen Zytoplasmasaum mit zahlreichen Villi, die sich auf der der Knochenoberfläche zugewandten Zellseite befinden und das Resorptionsgebiet im Knochen umgrenzen (Schroeder 2000; S ) Entstehung des Alveolarknochens Der Alveolarfortsatz besteht aus einer äußeren, von Periost bedeckten Knochenplatte, der bukkalen und lingualen/palatinalen Kortikalis, aus einer inneren, siebartigen Knochenplatte, der Lamina cribriformis, und der dazwischen eingelagerten Spongiosa. Die Lamina cribriformis ist der eigentliche Alveolarknochen. Entwicklungsgeschichtlich betrachtet, entsteht der Alveolarknochen bei den Milchzähen und Zuwachszähnen während der Kronen- und Wurzelbildung und bei Ersatzzähnen während des Zahndurchbruchs. Bereits in den Sechziger- und Siebzigerjahren wurde in experimentellen Tierversuchsstudien gezeigt, dass der Alveolarknochen eine vom Zahnsäckchen induzierte Struktur ist. Ten Cate 34

36 und Mills bewiesen 1972 erstmals durch die Anwesenheit mononukleärer Zellen an der Außenseite des neugebildeten Alveolarknochens allotransplantierter Zahnkeime, dass es sich um eine Spenderstruktur handelte. Das gesamte Parodontium, Wurzelzement, Desmodont und Alveolarknochen entstehen aus den dem Schmelzorgan benachbarten Zellen. Die Entwicklung des eigentlichen Alveolarknochens verläuft somit unabhängig von den anderen Kieferanteilen, die über periostale Mechanismen entstehen (Schroeder 2000; S. 195) Alveolarknochenumbau Wie jeder andere Knochen des Körpers unterliegt auch der Alveolarfortsatz einer ständigen Remodellierung. Osteoblasten, Osteozyten und Osteoklasten bilden das den Knochen remodellierende System. Dieses System wird durch Parathormon, den Osteoklastenaktivierungsfaktor sowie Prostaglandine in Richtung Knochenabbau und durch Calcitonin und Östrogene in Richtung Knochenanbau gesteuert. Auch die osteozytäre Osteolyse und osteozytäre Osteoplasie unterliegen der hormonellen Kontrolle. Osteolyse bedeutet beschränkten Abbau von Knochenmineral an den osteozytären Lakunen und Kanälchen. Osteoplasie ist die sekundäre Neubildung von perilakunärem Knochenmineral. Knochenumbau im Bereich der Alveolarfortsätze findet in besonders starkem Maße während des Kieferwachstums und bei Änderung in der Bezahnung statt. Hier überwiegt die Knochenneubildung, die vom Periost als auch vom Endost ausgeht. Die Erneuerungsrate (turnover) des Alveolarfortsatzes scheint höher als die der anderen Knochen zu sein. Auch im Alveolarknochen des in Funktion stehenden bleibenden Gebisses finden Remodellierungsvorgänge statt. Die Remodellierung des eigentlichen Alveolarknochens, der Lamina cribriformis, findet besonders im Rahmen posteruptiver Zahnbewegungen, nach Extraktion im Bereich der Antagonisten und der Nachbarzähne sowie während kieferorthopädischer Maßnahmen statt (Schroeder 2000; S. 205) Anodontie Bei Anodontie handelt es sich um ein Fehlen aller Zahnanlagen in einer oder beiden Dentitionen. Laut Schroeder (1997) sind weltweit insgesamt 34 Fälle bekannt, bei denen eine totale Anodontie der bleibenden Zähne beobachtet wurde. Burzynski und Eskobar (1983) berichteten in einem Review-Artikel über 44 bekannte Fälle, von denen nur 14 ausreichend dokumentiert worden waren. Von diesen 14 Fällen hatte nur ein einziger Patient keinerlei Veränderungen an Haaren, Nägeln und den Schweißdrüsen. In 7 von 14 Fällen wurde die Anodontie als eines der Hauptsymptome der ektodermalen Dysplasie beschrieben. Eine 35

37 nicht assoziierte Anodontie kann demzufolge auftreten, ist aber sehr selten. Die Ursachen sind bis dato unbekannt. 36

38 1.5. Zelluläre und molekulare Aspekte während der Frakturheilung Knochenheilung wird im Allgemeinen vereinfacht in vier Phasen eingeteilt. Diese Phasen können sich zeitlich überlappen: Während in der Peripherie des Frakturspaltes der Knochen zu lamellärem Knochen remodelliert wird, erfolgen weiter zentral Geflechtknochenbildung, Vaskularisation oder Knorpelmineralisation. Auch auf der zellulären Ebene finden Zellproliferation und Differenzierung sowie die Synthese von Knochen- und Knorpelmatrix gleichzeitig statt. Das Vier-Stufen-Modell resultiert aus den histologischen Erkenntnissen, die sowohl bei Menschen als auch aus Tiermodellen gewonnen wurden (Schindeler et al., 2008; Al-Aql al., 2008). Auf der zellulären Ebene sind Entzündungszellen, Endothelzellen, Knochen- und Knorpelvorläuferzellen sowie Osteoklasten die wesentlichen Zellpopulationen, die eine Knochenheilung ermöglichen. Auf der molekularen Ebene wird die Heilung durch drei Gruppen von Signalmolekülen beeinflusst, den pro-entzündlichen Zytokinen und Wachstumsfaktoren, pro-osteogenen Faktoren und den pro-angiogenen Faktoren. Zytokine und Wachstumsfaktoren koordinieren die Zellen, werden aber wiederum in weiterer Folge von ihnen verstärkt sezerniert, um zusätzliche Zellen zu rekrutieren (positive Rückkopplung). Zytokine und Wachstumsfaktoren bewirken außerdem die Migration, Proliferation und Differenzierung multipotenter mesenchymaler Vorläuferzellen, die aus Periost, Knochenmark, Blut und umgebenden Weichgeweben stammen und somit die Knochenneubildung und -reparatur implizieren (Schindeler et al., 2008). Erste Phase: Entzündung Bei einer Fraktur kommt es zur lokalen Unterbrechung der Weichgewebsintegrität und der Blutversorgung sowie zur Zerstörung von Knochenmarksstruktur. Diese Verletzungen führen zur Aktivierung von nicht-spezifischen Wundheilungsprozessen, die normalerweise mit Weichgewebsverletzungen einhergehen. Aus dem Blut im Bereich des Frakturspaltes entsteht ein Hämatom, das von Thrombozyten, Makrophagen und Entzündungszellen (Granulozyten, Lymphozyten und Monozyten) infiltriert wird. Diese Zellen sezernieren außerdem Zytokine und Wachstumsfaktoren. Es kommt zur Ausbildung eines mit Fibrinfäden durchzogenen Blutgerinnsels. In den Thrombus wachsen vom Periost Kapillaren ein. Der Thrombus wird allmählich zu Granulationsgewebe reorganisiert. Abgestorbene Zellen, zerstörtes Knochen- und Weichgewebsmaterial werden von Makrophagen, Riesenzellen und anderen phagozytierenden Zellen abgeräumt (Schindeler et al., 2008). Diese erste Phase wird durch eine Vielzahl an Zytokinen und Wachstumsfaktoren reguliert: transforming growth factor β (TGF-β), platelet-derived growth factor (PDGF), fibroblast 37

39 growth factor-2 (FGF-2), vascular endothelial growth factor (VEGF), macrophage colonystimulating factor (M-CSF), interleukin-1 und -6 (IL-1 und IL-6), bone morphogenetic proteins (BMPs) und tumor necrosis factor β (TNF-β) (Schindeler et al., 2008). Zweite Phase: Bildung von weichem Kallus Die meisten Frakturen heilen durch enchondrale Ossifikation. In dieser Phase werden vor allem Chondroblasten und Fibroblasten angetroffen. Die Chondroblasten produzieren Knorpelmatrix, bis das gesamte Granulationsgewebe durch Knorpel ersetzt wird. Der Knorpel dient der mechanischen Stabilisierung im Frakturbereich, gleichzeitig stellt er aber auch eine Art von Schablone für den späteren Knochenkallus dar. In Bereichen unvollständiger Knorpelproduktion werden die Lücken durch von Fibroblasten sezerniertes Kollagen ausgefüllt. Separate Knorpelinseln wachsen und konfluieren zu einem einheitlichen Knorpel/Kollagen-Knorpel, der den gesamten Frakturspalt ausfüllt und die Frakturenden miteinander verbindet. In der letzten Phase der Knorpelreifung kommt es zunächst zu einer Hypertrophie der Chondrozyten und zu einer darauf folgenden Mineralisation der Knorpelmatrix, die letztlich zum Untergang aller Chondrozyten führt (Schindeler et al., 2008). Die Proliferation der Fibroblasten und Chondrozyten wird durch die koordinierte Expression von Wachstumsfaktoren TGF-β2 und -β3, PDGF, FGF-1, IGF (Insulin-like Growth Factor), BMP-2, -4, -5 und -6 gesteuert (Edgar et al., 2007). Die Invasion des Knorpels durch Endothelzellen und das Einwachsen der Kapillaren wird durch pro-angiogene Faktoren wie VEGF, BMPs, FGF-1 und TGF-β stimuliert (Kalfas 2001, Deckers et al., 2002). Dritte Phase: Bildung von hartem Kallus Charakteristisch für diese Phase sind die hohe Aktivität der Osteoblasten und deren Produktion einer mineralisierten Knochenmatrix. Der weiche Kallus wird in Zonen der Stabilität stufenweise abgebaut, gleichzeitig werden diese Bereiche revaskularisiert. Der neu gebildete irreguläre Knochen wird auch als harter Kallus bezeichnet (Schindeler et al., 2008). Die Matrix des Geflechtknochens wird von reifen Osteoblasten produziert. Sie stammen von osteoprogenen Vorläuferzellen in Periost und Knochenmark (Chen, Zhao und Mundy, 2004; Nakase und Yoshikawa, 2006). In experimentellen Modellen wurde jedoch gezeigt, dass trotz vollkommener Abwesenheit von Vorläuferzellen aus Periost und/oder Knochenmark neuer Knochen gebildet wurde. Die osteogenen Vorläuferzellen stammen demzufolge auch aus anderen Geweben, wie Blut, Gefäßen oder umgebenden Weichgeweben (Schindeler et al., 2008). 38

40 Vierte Phase: Knochenremodellierung Die letzte Phase der Knochenheilung ist der Umbau des harten Kallus (Geflechtknochen) in Lamellenknochen. Die Remodellierung erfolgt in einer Resorption des Geflechtknochens, gekoppelt mit einer Neubildung lamellären Knochens (Mulari et al., 2004). Osteoklasten bewerkstelligen die Resorption des Knochens. Sie heften sich an die zu resorbierende mineralisierte Oberfläche, polarisieren sich und scheiden Proteinasen sowie Säuren in Richtung der Knochenoberfläche aus. Die Säuren demineralisieren die Knochenmatrix, Proteinasen degradieren Proteinkomponenten wie z. B. Kollagen. Die Abbauprodukte werden resorbiert und intrazellulär in Vesikeln verpackt. Die Osteoklasten werden dadurch entweder apoptotisch oder wandeln sich erneut in ihre nicht aktive Form zurück. Die Knochenresorption hinterlässt Gruben, die Howship-Lakunen, in denen sich Osteoblasten ansiedeln und neue Knochenmatrix auf die erodierte Oberfläche ablagern (Schindeler et al., 2008). Die Osteoklasten werden wesentlich durch zwei Zytokine reguliert, dem M-CSF (Macrophage colony-stimulating factor, Monozytenkolonien-stimulierender Faktor) und dem NFκB (RANKL: nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells). M-CSF induziert die Differenzierung der hämatopoetischen mononukleären Vorläuferzellen zu Osteoklasten. RANKL wird von reifen Osteoblasten produziert und ist zuständig für die Koordination zwischen Knochenresorption und Knochenbildung. RANKL wird durch Osteoprotegrin (OPG), einem sezernierten Rezeptor, der am RANKL andockt und ihn ausschaltet, reguliert. OPG hemmt die Osteoklastendifferenzierung (Schindeler et al., 2008). Neben den zwei spezialisierten Zytokinen sind aber andere Wachstumsfaktoren und Zytokine, wie TNF-α, BMPs und TGF-β, an der Osteoklastendifferenzierung und Osteoklastenaktivität beteiligt (Schindeler et al., 2008) Zytokine Zytokine spielen eine wesentliche Rolle in der ersten Phase der Heilung einer Knochenfraktur. Weiters kommen Zytokine am Ende der zweiten und der dritten Phase zum Einsatzt (Al-Aql et al., 2008). IL-1, IL-6 und TNF-α werden von Makrophagen, Entzündungszellen und Zellen mesenchymaler Herkunft in den ersten 24 Stunden nach einer Knochenfraktur sezerniert. Sie initiieren die Reparaturkaskade. Am Tag 3 können sie nicht mehr nachgewiesen werden. IL-1- und IL-6-Spiegel steigen während der Knochenremodellierung wieder an (Kon et al., 2001). TNF-α steigt während der Resorption des mineralisierten Knorpels an. Zusätzlich stimuliert es die mesenchymalen Vorläuferzellen und induziert die Apoptose von 39

41 hypertrophen Chondrozyten während der enchondralen Knochenbildung (Edgar et al., 2007). Fehlt TNF-α, kommt es zu einer verspäteten Knorpelresorption und fehlender Knochenneubildung (Al-Aql et al., 2008) Transforming Growth Factor Beta Superfamily Zu dieser Gruppe gehört eine große Anzahl von Wachstumsfaktoren und Differenzierungs- Faktoren, wie die knochenmorphogenetischen Faktoren (BMPs), Transformations- Wachstumsfaktoren (TGF-β), Differenzierungs-Wachstumsfaktoren (GDFs), Aktivine, Inhibine und die Müllersche Inhibitionssubstanz. BMPs (2-8), GDFs (1, 5, 8 und 10), TGF-β 1-3 fördern in unterschiedlichen Phasen der Frakturheilung die primäre und sekundäre Knochenbildung (Al-Aql et al., 2008) Bone Morphogenetic Proteins BMPs werden von Osteoblasten und Chondrozyten produziert. Sie entfalten ihre Wirkung an den Zielzellen (verschiedene pluripotente mesenchymale Zell-Linien) selbständig oder erst in Kooperation mit anderen Wachstumsfaktoren. Sie induzieren unterschiedliche zelluläre Vorgänge, wie Chemotaxis, Proliferation von Vorläuferzellen, Differenzierung sowie Synthese der Knorpel- und Knochenmatrix. Obwohl BMPs sehr ähnliche Struktur und Funktion aufweisen, setzen sie in den einzelnen Phasen der Frakturheilung unterschiedliche Abläufe in Gang. Der BMP-2-Spiegel steigt stark in den ersten 24 Stunden nach der Fraktur an. Weiters wurde festgestellt, dass BMP-2 für die Knochenbildung sowie -heilung und die Aufrechterhaltung der normalen Knochenmasse notwendig ist. Fehlt postnatal BMP-2, können keine Osteoblasten aus den Vorläuferzellen des Knochenmarks differenziert werden. In der embryonalen Knochenbildung wird ihm jedoch keine Funktion zugeschrieben (Al-Aql et al., 2008). BMP-3, -4, -7 und -8 können nur zwischen Tag 14 und 21 der Frakturheilung nachgewiesen werden. An diesen Tagen finden vornehmlich die Resorption der mineralisierten Knorpelmatrix und die Organisation der Osteoblasten statt (Al-Aql et al., 2008). BMP-5 und -6 werden gleichzeitig mit anderen TGF-β-Faktoren nur an den Tagen 3 bis 21 im Tierversuch nachgewiesen. Sie regulieren die primäre und sekundäre Knochenbildung (Al-Aql et al., 2008). BMP-2, -6 und -9 ermöglichen die Differenzierung der Osteoblasten aus den mesenchymalen Vorläuferzellen, wobei die anderen BMPs gleichzeitig die Reifung der Osteoblasten unterstützen (Al-Aql let al., 2008). 40

42 Auch Noggin, der Antagonist der BMPs, spielt eine wesentliche Rolle in der Frakturheilung. Noggin hemmt die BMP-2- und -7, vor allem aber BMP-4 (Al-Aql et al., 2008). Während der Frakturheilung wird seine Bildung gehemmt. Die Bildung und Ausschüttung von Noggin und BMP-4 zeigen ähnliche Verlaufsmuster. Es wird angenommen, dass das BMP-4/Noggin- Gleichgewicht einen wesentlichen Faktor für die Regulierung der Kallusbildung während der Knochenheilung darstellt. Fehlt Noggin während der pränatalen Skelettentstehung, kommt es zu überschüssiger Knorpel- und Knochenbildung (Al-Aql et al., 2008) Transforming Growth Factor Beta TGF-ßs werden in drei Isoformen gebildet. Alle drei Formen werden erstmals sofort nach einer Knochenfraktur von Thrombozyten ausgeschüttet, wie auch in den späteren Phasen von Osteoblasten und Chondroblasten. TGF-βs steigern die Proliferation dieser Zellen sowie die Proliferation der mesenchymalen Vorläuferzellen und der Präosteoblasten. TGF-βs induzieren die Expression der extrazellulären Matrixproteine. TGF-β-1 wird gleichermaßen über die gesamte Frakturheilung gebildet. TGF-β2 und TGF-β3 zeigen im Tierversuch am Tag 7 die höchsten Werte. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Expression des Kollagens Typ II stark an. TGF-β2 und TGF-β3 scheinen eine wichtigere Funktion in der Phase der Knorpelbildung zu haben als TGF-β1 (Al-Aql let al., 2008) Angiogenic Factors Die Umwandlung des Knorpelkallus in Knochen ist ein äußerst empfindlicher Vorgang in der Frakturheilung. Dabei müssen die Chondrozyten apoptotisch werden, die Knorpelmatrix degradiert und entfernt und die Vaskularisation des zu reparierenden Bereiches stattfinden. Weiters müssen die osteogenen Vorläuferzellen differenzieren und Knochenmatrix bilden. Da der Knorpel nicht vaskularisiert ist, ist die Entstehung von Gefäßen für die Knochenneubildung zwingend notwendig (Al-Aql et al., 2008). Die Angiogenese wird über zwei Pfade reguliert. Der erste Pfad läuft über die vaskulären endothelialen Wachstumsfaktoren (VEGF) ab. Sie werden von (durch BMPs stimulierte) Osteoblasten sezerniert. VEGFs regulieren als erste Faktoren die Angiogenese bei der Frakturheilung (Al-Aql et al., 2008). Zu den VEGFs gehören auch die platelet-derived growth factors (PDGF). Sie werden in mehreren Formen von Thrombozyten, Endothelzellen, vaskulären glatten Muskelzellen und Makrophagen gebildet. Die Zielzellen der PDGFs sind primär dermale Fibroblasten und glatte Muskelzellen. PDGFs stimulieren Zellproliferation, Chemotaxis, Kalziummobilisation aus den intrazellulären Speichern sowie die Kollagenbildung im Bindegewebe (Al-Aql et al., 2008). 41

43 Der zweite Pfad verläuft über die Expression von Angiopoetin-1 und -2. Angiopoetine sind vaskuläre morphogenetische Proteine, die für die Ausbildung von größeren Gefäßen und die Reparatur von bestehenden rupturierten Gefäßen zuständig sind. Angiopoetin-1 steigt in der frühen Phase der Knochenheilung an und soll das Einwachsen der Gefäße aus dem Periost ins Blutkoagel initiieren. Angiopoetin-2 und andere VEGFs werden hauptsächlich zum Zeitpunkt der letzten Phasen der Knorpelmineralisation und der initialen Knorpelresorption gebildet (Al-Aql et al., 2008). Auch Osteoklasten können PDGFs bilden. Während der Knochenremodellierung erhöhen sie die Migration und Proliferation der Osteoblasten. In vitro steigern PDGFs die Mineralisation der Knochenmatrix und in vivo die Knochenbildung während der parodontalen Regeneration. Bei einer gestörten Frakturheilung werden geringere Spiegel von PDGFs, wie auch von TGFβ, FGFs, BMP-2 und BMP-4 beobachtet (Al-Aql et al., 2008). PHASE DER FRAKTURHEILUNG Entzündung Bildung des Knorpels und periostale Reaktion Knorpelresorption und primäre Knochenbildung Sekundäre Knochenbildung und Remodellierung BIOLOGISCHER PROZESS Hämatom Entzündung Rekrutierung von mesenchymalen Stammzellen Beginn der Chondrogenese und enchondralen Ossifikation Zellenproliferation und intramembranöse Ossifikation Einsprössen der Gefäße Neo-Angiogenese Phase der größten Osteogenese Rekrutierung der Knochenzellen und Knochenbildung Apoptose der Chondrozyten und Proteolyse der Matrix Neo-Angiogenese Knochenremodellierung Entwicklung des Knochenmarks SIGNALMOLEKÜLE und DEREN FUNKTION IL-1, IL-6 und TNF-α TGF-β, PDGF und BMP-2 GDF-8 TGF-β2 und -β3 und GDF-5 BMP-5 Angiopoetine und VEGFs TNF-α RANKL und MCSF BMP -3, -4, -7 und -8 BMP-5 und -6 VEGFs IL-1, IL-6, RANKL und MCSF TGF-β Tabelle 1: Das Vier-Phasen-Modell der Frakturheilung assoziiert mit Signalmolekülen (Al-Aql et al., 2008) 42

44 SIGNAL- MOLEKÜLE ENTZÜNDUNG KNORPELBILDUNG und PERIOSTALE REAKTION KNORPELRESORPTION und PRIMÄRE KNOCHENBILDUNG SEKUNDÄRE KNOCHENRESORPTION und REMODELLIERUNG Cytokine IL IL TNF-α RANKL OPG MCSF TGF-β- Gruppe BMP-2 BMP-3 BMP-4 BMP-5 BMP-6 BMP-7 BMP-8 TGF-2 TGF-3 GDF-5 GDF GDF Angiogenic factors VEGF A VEGF B VEGF C VEGF D Angiopoetin 1 Angiopoetin Tabelle 2: Stadien der Frakturreparatur und deren Assoziation mit Regulationsmolekülen Signalmolekülen (Al-Aql et al., 2008) 43

45 Infektion des Alveolarknochens Die häufigsten Infektionen des eigentlichen Alveolarknochens (Lamina cribriformis) stellen die marginale und die periapikale Parodontitis dar. Nach Dislokationsverletzung eines Zahnes ist die häufigste Komplikation die Infektion der nekrotischen Pulpa. Kommt es zur (Re-)Invasion dieser Bakterien aus dem Wurzelkanal in das periapikale Parodont, resultiert eine akute apikale Parodontitis und ein periapikaler Abszess kann entstehen. Histologisch wird eine Ansammlung von Leukozyten, eine Desintegration des Desmodonts und eine Destruktion des periapikalen Knochens durch verstärkte Osteoklastenaktivität beobachtet. Durch Schaffung von Platz kann das zum späteren Zeitpunkt gebildete Granulationsgewebe eine Abwehrzone gegen die Erreger bilden (Andreasen und Løvschall, 2007; S. 83). Bei einer chronischen periapikalen Parodontitis befinden sich die Bakterien im Kanal oder am Foramen apicale. Das Granulationsgewebe wird primär gebildet, ohne akute Einschmelzung des Knochens. Histologisch findet man vor allem Lymphozyten, vereinzelt aber auch Leukozyten, Makrophagen und Fibroblasten an. Die das zelluläre Infiltrat umgebende Kapsel wird von Fibroblasten des Desmodonts gebildet. Die Kapsel stellt somit eine Ausbreitung des desmodontalen Gewebes dar. Die Osteoklasten werden von mehreren Seiten angeregt. Die Abbauprodukte der Arachidonsäure (Prostaglandine, Thromboxane, Leukotriene), die Phospholipide der Leukozyten, Makrophagen und Thrombozyten, die Zytokine der aktivierten Plasmazellen und der Lymphozyten, die Immunkomplexe der B- Lymphozyten sowie die bakteriellen Toxine selbst aktivieren die Osteoklasten, um den Knochen zu resorbieren. Das Knochenmark wird anfangs zunehmend fibrös. Später kann es zur Sklerose der Markräume und zum Umbau in eine verdickte Spongiosa kommen. Diese Sklerosezonen zeigen sich auch radiologisch und verschwinden nach einer lege artis Wurzelkanalbehandlung (Andreasen und Løvschall, 2007; S. 84) Infektion der Kieferfrakturlinie Im Bereich des bezahnten Alveolarkamms können Kieferfrakturen via Parodontalspalt mit der Mundhöhle kommunizieren. Zähne im Bruchspalt können durch die Exposition der Wurzeloberfläche oder Zusatzverletzungen wie Subluxation, Avulsion oder Wurzelfraktur eine Infektion im Bereich des Bruchspalts begünstigen. Weiters können involvierte Zähne devital werden und eine periapikale Parodontitis verursachen. Auch Zähne mit bereits bestehender pariapikaler Parodontitis oder infizierten parodontalen Taschen verursachen eine Verzögerung der Frakturheilung (Kamboozia und Punnia-Moorthy, 1993). 44

46 In einem kürzlich publizierten Review-Artikel (Chrcanovic, 2012) wurde anhand von 39 inkludierten Studien über Zähne im Kieferbruchspalt berichtet, dass eine rigide Fixierung durch Osteotomieplatten mit oder ohne intramaxillärer Fixation, eine prophylaktische Antibiotikagabe über mehrere Tage und eine Spülung der Mundhöhle mit 0,2 % Chlorhexidin für mindestens sieben Tage die Infektionsinzidenz einer Kieferfrakturlinie im Zahnbereich reduzieren. Periapikal oder parodontal Gesunde Zähne bzw. Zahnkeime im Bruchspalt sollten nicht mehr entfernt werden. Die Extraktion eines Zahnes aus dem Bruchspalt kann ein zusätzliches Trauma für den Knochen bedeuten, auch die Stabilisierung und die Immobilisation von stark mobilen Fragmenten kann dadurch erschwert werden. Eine längere Beobachtungszeit von im Bruchspalt belassenen Zähnen wurde empfohlen. Um eine unnötige endodontische Behandlung zu verhindern, sollten desensible Zähne über ein Jahr beobachtet werden und erst dann behandelt oder eventuell extrahiert werden, wenn eine apikale Entzündung im Röntgen festgestellt wurde. Im Gegensatz dazu sollten Zähne bei folgenden Umständen aus dem Bruchspalt entfernt werden: Behinderung der Reposition der Frakturenden, frakturierte Wurzel, periapikale Aufhellung, breitflächig zerstörtes Desmodont, frakturierte Alveolenwände, exponierte Wurzeln oder Apices, teilretinierte Weisheitszähne mit oder ohne Pericoronitis, schlechte Mundhygiene oder reduzierter Allgemeinzustand infolge von Alkohol- oder Drogenabusus. 45

47 1.6. Heilung des Desmodonts und Zements Verletzungen der Wurzelhaut entstehen bei allen Dislokationen wie z. B. Intrusion, lateraler Dislokation oder Avulsion. Ein Zahntrauma kann von Kompression und Ödem über Einblutung und Abschürfung bis zur Ruptur des Desmodonts führen. Im Tierversuch konnte festgestellt werden, dass desmodontale Vorläuferzellen, die sich in der Nähe des verletzten Areals befinden, nach 3 5 Tagen in dieses Areal migrieren und sich dort teilen. Die Identität dieser Stammzellen ist noch nicht vollständig geklärt. Möglich wäre, dass die Stammzellen nahe der Wurzeloberfläche für die Erneuerung der Fibroblasten, die Stammzellen nahe der Lamina cribriformis für den Nachschub der verloren gegangenen Osteoblasten sorgen (Andreasen und Løvschall, 2007; S. 79). Bei geringgradigem Zahntrauma wie Konkussion oder Subluxation wurde festgestellt, dass bei Verletzungen ohne Zahnlockerung (Konkussion) eine Wurzelresorption häufiger beobachtet wird als bei Subluxation. Bei Lockerung des Zahnes kann das Blut aus dem erweiterten Parodontalspalt über den Sulcus abfließen und dadurch den Kompressionsdruck am Desmodont verringern. Bei Konkussion bleiben die paragingivalen Fasern im Sulcus intakt, somit kann kein Blut aus dem Parodontalspalt abfließen. Die entstehenden Hämatome lösen im Desmodont Blutzirkulationsstörungen und somit Nekrosen auch in den angrenzenden Geweben aus, was zur Wurzelresorption an diesen Stellen führen kann (Andreasen und Løvschall, 2007; S. 79). Über den Heilungsprozess des rupturierten Desmodonts nach Extrusionstrauma oder Subluxation oder nach einer Transplantation des Zahnes wurde im Tierversuch Folgendes festgestellt: Nach 4 Tagen kommt es im zervikalen und apikalen Bereich des Zahnes zur Revaskularisation des rupturierten Desmodonts. Nach 1 Woche ist der Spalt ausgefüllt mit Fibroblasten und Kapillaren. In einigen Arealen kommt es zur erneuten Verbindung der zerrissenen Sharpey-Fasern. Nach 2 Wochen ist ein wesentlicher Anteil der zerrissenen Sharpey-Fasern bereits verbunden. Zu diesem Zeitpunkt hat das rupturierte Desmodont bereits % der mechanischen Eigenschaften eines nicht verletzten Desmodonts erreicht. Nach 8 Wochen unterscheidet sich das verletzte Desmodont histologisch nicht mehr von gesundem Desmodont (Andreasen und Løvschall, 2007; S: 79). Kommt es zusätzlich zum Verlust des Alveolarknochens, wobei die Wurzeloberfläche aber mit intaktem Desmodont bedeckt ist, so erfolgt durch das intakte Desmodont eine Induktion und Neubildung des fehlenden Alveolarknochens (Andreasen und Løvschall, 2007; S: 76). 46

48 Bei einer Intrusion, lateralen Dislokation oder Avulsion mit anschließender Replantation des Zahnes werden Anteile des Desmodonts gequetscht (Andreasen und Løvschall, 2007; S: 76). Die Wundheilung beginnt mit der Resorption des nekrotischen Gewebes durch Makrophagen und Osteoklasten, inklusive des geschädigten Wurzelzements und Alveolarknochens. Letzteres kann, abhängig von Patienten- und Patientinnenalter, Entwicklungsstadium der Wurzel und Zustand der Pulpa, entweder sogenannten Oberflächen- oder Entzündungsresorption führen (reparatur- oder infektionsbedingte Wurzelresorption). Sind größere Areale des Desmodonts verloren gegangen, kommt es zum Wettlauf um den leeren Platz zwischen osteogenen Stammzellen aus dem Knochenmark mit verbliebenen desmodontalen Stammzellen, welche die Erneuerung des Wurzelzements und der Sharpey-Fasern vornehmen. Erreichen die osteogenen Stammzellen das Zahnzement, resultiert eine Ankylose mit anschließender Ersatzresorption (Andreasen und Løvschall, 2007; S. 80) Infektion des Desmodonts Zur Infektion des Desmodonts kommt es durch Ausbreitung von Bakterien aus dem gingivalen Sulcus oder aus dem infizierten Wurzelkanal. Bei einer periapikalen Entzündung kommt es zum Verlust der Sharpey-Fasern, zur Resorption der Wurzelspitze und des umliegenden Alveolarknochens. Die Resorption der unterschiedlichen Gewebe resultiert als Folge der Bakterien und Toxine im infizierten Wurzelkanal. Die Osteoklastenaktivität wird direkt durch den Einfluss der Bakterien und deren Toxine und indirekt durch die in Gang gesetzten Entzündungsprozesse stimuliert. Kommt es nach einer Wurzelkanalbehandlung zu einer weitestgehenden Reduktion bzw. Elimination der Bakterien und deren Toxine aus dem Wurzelkanal, heilt das Desmodont vollständig aus. Dieses Phänomen wurde sowohl bei einer marginalen wie auch einer apikalen Parodontitis und sogar in Situationen, wo das gesamte Desmodont in Folge einer Osteomyelitis betroffen war, beobachtet. Wird die Infektion nicht gänzlich eliminiert, resultiert eine chronische Entzündung des Desmodonts mit minimaler Regeneration des Wurzelzements (Andreasen und Løvschall, 2007; S. 80). Die Ausheilung des Desmodonts nach initialer Wurzelresorption oder chirurgischer Intervention ist von mehreren Faktoren wie Alter, Größe des Defekts und funktionalen Stimuli abhängig, führt aber in den meisten Fällen zur Neubildung des Zements und der Sharpey- Fasern (Andreasen und Løvschall, 2007; S. 80). 47

49 1.7. Dentoalveoläre Verletzungen Klassifikation Die Klassifikation der dentoalveolären Verletzungen nach Andreasen (Andreasen, 1972; Glendor et al., 2007) wird heute als Standard angesehen und in den meisten Publikationen sowohl für das Milch- als auch das bleibende Gebiss verwendet. In Ergänzung zu der Andreasen- und Glendor-Klassifikation dient die Einteilung nach Filippi et al. (2000), die ZEPAG-Klassifikation (im Anhang), welche auf der diagnostischen Graduierung der Zahnhartgewebe, des Endodonts, des Parodonts, des Alveolarknochens und der Gingiva beruht, zur besseren Therapieplanung sowie zur Abschätzung der Prognose der betroffenen Strukturen und im Allgemeinen der verletzten Zähne. Tabellarisch und schematisch lassen sich die wichtigsten Verletzungen wie folgt darstellen: SCHMELZINFRAKTION 1 D: Unvollständige Fraktur des Zahnschmelzes, kein Substanzverlust. T: Keine Therapie notwendig. UNKOMPLIZIERTE KRONENFRAKTUR 2 D: Fraktur des Zahnschmelzes und/oder Zahndentins ohne Eröffnung der Pulpa. T: Reattachment des frakturierten Kronenfragments. Bei Verlust, Restauration der Zahnkrone mit Komposit oder Veneer. KOMPLIZIERTE KRONENFRAKTUR 3 D: Fraktur des Zahnschmelzes und des Dentins mit Eröffnung der Pulpa. T: Mikroamputation der Pulpa, Reattachment des Fragments oder Restauration der Zahnkrone mit Veneer oder Krone. 48

50 KRONEN-WURZELFRAKTUR D: Schmelz-Dentin-Zement-Fraktur der Zahnkrone und der Zahnwurzel ohne/mit Beteiligung der Pulpa. 5 T: Entfernung des koronalen Fragments, oft Wurzelkanalbehandlung, orthodontische/chirurgische Extrusion des apikalen Fragments, Restauration mit Stiftaufbau und Krone. Abhängig vom Verlauf des Frakturspalts ist die Extraktion des gesamten Zahnes die einzige Option. WURZELFRAKTUR 6 7 D: Fraktur des Wurzeldentins und des Wurzelzements mit Beteiligung der Pulpa. T: Reposition des koronalen Fragments und Schienung des Zahnes für mehrere Monate oder länger (in Form eines palatinalen Retainers). ALVEOLARKAMMFRAKTUR D: Fraktur des Alveolarfortsatzes mit oder ohne Beteiligung der Alveole. T: Reposition des frakturierten Alveolarkammsegments und Immobilisation durch Schienung für mehrere Wochen. Tabelle 3: Klassifikation von Frakturverletzungen (Quelle: 49

51 KONKUSSION 1 D: Prellung des Zahnhalteapparates ohne Lockerung oder Dislokation des betroffenen Zahnes verbunden mit erhöhter Perkussionsempfindlichkeit. T: Keine Therapie notwendig; bei starker Perkussionsempfindlichkeit Immobilisation des Zahnes für 2 Wochen. SUBLUXATION 2 D: Verletzung des Zahnhalteapparates, begleitet von erhöhter Zahnbeweglichkeit, aber ohne Dislokation des Zahnes und Sulcusblutung. T: Immobilisation des betroffenen Zahnes für 2 Wochen. LATERALE DISLOKATION 3 D: Dislokation des Zahnes in nicht axialer Richtung, Ruptur und Quetschung des Zahnhalteapparates, oft Fraktur der labialen oder palatinalen/lingualen Alveolenwand. T: Reposition und Immobilisation des Zahnes für mind. 4 Wochen. INTRUSION D: Meistens axiale Dislokation des Zahnes in die Alveole, begleitet mit Ruptur und Quetschung des Zahnhalteapparates und der Fraktur der Alveole. 4 T: Abhängig vom Entwicklungsgrad der Zahnwurzel und der Intrusionstiefe des Zahnes ist eine spontane Reeruption des Zahnes möglich bzw. eine orthodontische oder chirurgische Extrusion des betroffenen Zahnes notwendig. 50

52 EXTRUSION 5 D: Dislokation des Zahnes in der axialen Richtung aus der Alveole heraus, begleitet von der Ruptur des Zahnhalteapparates. T: Reposition des Zahnes und Immobilisation für mindestens 2 Wochen. AVULSION 6 D: Vollständige Dislokation des Zahnes aus der Alveole. Die Alveole ist leer bzw. gefüllt mit dem Blutkoagel. T: Replantation des Zahnes sowie starre Immobilisation für eine Woche und flexible Immobilisation für zwei bis drei Wochen. Tabelle 4: Klassifikation von Luxationsverletzungen (Quelle: 51

53 1.8. Verletzung des Alveolarknochens Fraktur des Alveolarfortsatzes Die Fraktur des Alveolarfortsatzes gehört in der Zahntraumatologie zu den Verletzungen der knöchernen Strukturen. Sie wird nach Andreasen (2007) unterteilt in: a) Splitterbruch der Alveole b) Fraktur der Alveolenwand c) Fraktur des Alveolarfortsatzes d) Fraktur des Unter- und Oberkiefers Ätiologie Verletzungen des Alveolarknochens werden mehrheitlich in Begleitung von Dislokationsverletzungen beobachtet (Werder, von Arx, Chappuis, 2009). Alveolarfortsatzfrakturen werden auch im Zuge komplexer Mund-, Kiefer- und Gesichtstraumata beobachtet (Neff; Pautke und Horch, 2007; S. 100). Frakturen des Alveolarfortsatzes werden überwiegend in höheren Altersgruppen diagnostiziert. Am häufigsten sind Frontzähne, seltener Eckzähne und Prämolaren betroffen (Andreasen, 2007; S. 489) Klinische Befunde: Eine Fraktur des Alveolarfortsatzes ist normalerweise durch Verlagerung und Beweglichkeit des Fragmentes leicht zu diagnostizieren. Bei der Palpation des Vestibulums kann eine Stufe im Knochen tastbar sein. Bei bereits geringer Dislokation des Frakturfragments kommt es zur Okklusionsstörung. Im Bereich der vertikalen Frakturlinien kommen zumindest Papilleneinrisse, wenn nicht vertikale Gingivarisse vor. Bei großer Dislokation des Frakturfragmentes wird, auf der Höhe der horizontalen Frakturlinie, zusätzlich noch ein horizontaler Schleimhautriss im Vestibulum gefunden. Auch Perforationen der Wurzelspitzen oder der bukkalen Alveolenwand durch die Schleimhaut können festgestellt werden. Typischerweise bewegen sich Nachbarzähne mit, wenn die Beweglichkeit eines einzelnen Zahnes geprüft wird. Bei Einklemmen des Frakturfragments in den Frakturlinien kommt es zur Fehlstellung der betroffenen Zähne und zur Okklusionsstörung bzw. Zwangsbissstellung. Der Klang der Zähne im Fragment erscheint bei Perkussion dumpfer als jener der nicht 52

54 involvierten Nachbarzähne. Der Sensibilitätstest der Zähne im Frakturfragment fällt meistens negativ aus (Andreasen, 2007; S ) Röntgenologische Befunde Trotz klinischer Anzeichen für eine AFF ist die Frakturlinie nicht immer leicht radiologisch zu diagnostizieren (Abbildung 3 und 4). Die Frakturlinien können mit intra- und extraoralen Röntgenaufnahmen festgestellt werden. Die Frakturlinie kann apikal der Wurzelspitzen verlaufen oder bezieht die Alveolen mit ein. Sie kann auf jeder beliebigen Ebene zwischen marginalem Knochenseptum und dem apikalen Bereich lokalisiert sein. Sehr häufig wird sie aber im Bereich um das apikale Wurzeldrittel beobachtet. Durchkreuzt die Frakturlinie die interdentalen Septa, sind Zusatzverletzungen wie laterale Dislokation oder Wurzelfraktur wahrscheinlich. Frakturen der Wurzelspitze werden bei Unterkiefer-Frontzähnen durch die Überlagerung der Frakturlinie nicht selten übersehen. Umgekehrt ist auch die Vortäuschung einer Wurzelfraktur durch die knöcherne Frakturlinie möglich (Andreasen, 2007; S ). Abbildung 1: Alveolarkammfraktur und Wurzelfraktur Abbildung 2: Alveolarkammfraktur und simulierte Wurzelfraktur Therapie Die Therapie einer Alveolarfraktur umfasst die Reposition und die Immobilisierung des Fragmentes. Die Wurzelspitzen der beteiligten Zähne können im Bruchspalt verklemmt sein. Die Reposition erfolgt in solchen Fällen durch Zug auf das Fragment nach koronal, anschließendem digitalen Druck auf die bukkal-apikale und auf die lingual-koronale Region 53