Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen

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1 Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen I. Historisches Die ersten experimentellen Untersuchungen iiber Riickenmarksverletzungen gehen auf SCHMAUS (1890) zuriick, der Schliige auf Holzplatten, die iiber der Wirbelsiiule von vertikal aufgehiingten Kaninchen befestigt waren, ausfiihrte und Riickenmarksverletzungen erzeugte. Der Autor beschrieb degenerative Veriinderungen am Riickenmark. Die gebrauchte Nomenklatur kann heute nicht mehr als adiiquat bezeichnet werden. BIKELES (1895) fiihrte iihnliche Versuche aus. WATSON (1891) unternahm mit Hunden Fallversuche an einem eigens dafiir konstruierten Geriit. Er konnte die Befunde von SCHMAUS nicht bestiitigen. KIRCHGASSER (1897) sowie SCAGLIOSI (1898) untersuchten Riickenmarkstraumen bei Kaninchen und beschrieben degenerative Veriinderungen in den wei13en Strangarealen und Veriinderungen an den Vorderhornzellen ohne V orliegen von Blutungen oder traumatischen Schiiden an der Wirbelsiiule. DE LUZENBERGER (1898) beschrieb degenerative Veriinderungen in den anterolateralen wei13en Strangarealen von Meerschweinchen nach mechanischer Gewalteinwirkung. SPILLER (1899) berichtete iiber morphologische Schiiden am Riickenmark einer jungen Katze, die durch eine zufallende Tiir eingeklemmt worden war; er berichtete iiber degenerative Veriinderungen der Vorder- und Vorderseitenstriinge des Riickenmarks. STCHERBAK (1907) beschrieb nach Vibrationsanwendung eine Nekrose der grauen Substanz des Riickenmarks. D'ABUNDO (1916) berichtete iiber nekrotische Veriinderungen in den Hinterstriingen nach Zentrifugation von Kleintieren. MAIRET u. DURANTE (1917, 1919) berichteten iiber Blutungen im Riickenmark von Kaninchen, die Explosionen ausgesetzt waren. MARINESCO (1918) beschrieb iihnliche Blutungen im Riickenmark von Giinsen, die Explosionen ausgesetzt waren. AYER (1919) komprimierte das Riickenmark von Tieren durch Parafininjektion. Der Autor berichtete, abgesehen von einigen entziindlichen Veranderungen am Riickenmark, iiber normale Befunde. Roussy et al. (1920) verabfolgten Schliige auf die Brustwirbelsaule von Meerscj:lweinchen und einem Kaninchen und berichteten iiber Veriinderungen an den Markfasern; indirekte Gewalteinwirkungen fiihrten angeblich zu intrazelluliiren Veriinderungen. Bei diesen experimentellen Untersuchungen wurde kein Versuch unternommen, die einwirkenden physikalischen Kriifte zu messen, so dab keinerlei Werte tiber die Intensitiit der einwirkenden Gewalt vorliegen. Die Beschreibung der morphologischen Gewebsreaktion ist durchwegs nicht adiiquat, die angewandten Fiirbetechniken und die benutzte Nomenklatur fur die Beschreibung der Gewebeschiiden ist inadiiquat und unzureichend. II. Verletzungstypen im Tiermodell 1m Tiermodell wurden folgende Verletzungstypen entwickelt und angewandt:

2 Herabfallen von Gewichten bekannter Masse und Oberfliiche Friihe, jetzt nur noch historisch zu betrachtende Experimente Friihe, jetzt wohl nur noch historisch zu betrachtende Experimente mit groben undifferenzierten Gewalteinwirkungen ohne jegliche Kenntnis der auftretenden physikalischen GroBe und durchwegs unzureichenden histologischen Untersuchungen und/oder inadiiquater Nomenklatur bei der Beschreibung der traumatischen Gewebeschiiden.Eine Auswahl dieser Arbeiten wurde im vorhergehenden Abschnitt vorge1egt. 2. Herabfallen von Gewichten bekannter Masse und Oberflache aus einer bestimmten Hohe Herabfallen eines Gewichtes von bekannter Masse und Oberfliiche aus einer bestimmten Hohe innerhalb einer reibungsarmen Rohre auf das freigelegte Riickenmark (ALLEN 1911, 1914; OSTERHOLM 1974; NEMECEK 1978, 1981, etc). Es handelt sich urn eine umschriebene lokalisierte Gewalteinwirkung auf das Riickenmark, meist auf die intakt gelassene spinale Dura mater. Die Gewalteinwirkung erfolgt durchwegs auf die freigelegte dorsale Thorakalregion. Dem Riickenmark wird dabei eine umschriebene Prellung oder Kontusion durch den einwirkenden Impaktor zugefiigt. Die Analyse dieser Kontusionsschiiden ergibt jedoch iiberraschende morphologische Einzelbefunde, weil etwa echte Kontusionsschiiden an der Auftreffstelle in der wei Ben Substanz entweder fehlen oder nur geringfiigig sind. Der wesentliche pathomorphologische Gewebeschaden vollzieht sich in der zentral gelegenen grauen Substanz, die pathomorphologische Gewebsveriinderungen im Sinne einer progredienten zentralen hiimorrhagischen Nekrose erzeugt. Kommt es bei hoherer Intensitiit der einwirkenden Gewalt doch zu direkten Gewebeschiiden an der Einwirkungsstelle im Bereich der wei Ben Substanz, so ist dieser Gewebeschaden immer weniger ausgepriigt als der in der zentral gelegenen grauen Substanz. Es soli vorweggenommen werden, dab es ein klinisches Aquivalent fiir diesen Gewebeschaden nach dorsaler Gewalteinwirkung auf das Riickenmark von Menschen gibt, das ist die von BIEMOND beschriebene Contusio spinalis post. Wir werden spiiter aber sehen, dab es gleichgiiltig ist, ob die umschriebene Gewalt auf die Hinterstriinge, Seitenstriinge oder Vorderstriinge einwirkt, denn die wesentlichen Gewebeschiiden finden sich immer im zentral gelegenen Riickenmarksgrau. Die Hinterstriinge wurden in der Versuchsanordnung deshalb gewiihlt, weil sie experimentell am einfachsten zugiinglich waren. Theoretisch konnte auch ein Zugang von anterior gewiihlt werden, etwa den Operationsverfahren von CHIPAULT u. CLOWARD entsprechend. Sie wiirden nur grobere Anforderungen an die operative Technik zur Freilegung des Riickenmarks stellen. Die Ergebnisse dieser experimentellen Untersuchungen werden im folgenden Abschnitt eingehender besprochen, weil sie wesentliche Einblicke in die Deutung entsprechender Liisionen am Riickenmark des Menschen erlauben. Die entsprechende Literatur kann naturgemiib nur in Auswahl und zusammengefabter Form besprochen werden; dem niiher Interessierten wird das Studium der Originalarbeiten und monographischen Darstellungen dringend empfohlen. Einige Autoren hatten in den 20er lahren Versuche durchgefiihrt, bei denen auf das freigelegte Riickenmark von Hunden ein Fingerdruck ausgeiibt worden war. Der Finger wirkte hier als Impaktor. Die Methode hatjedoch den Nachteil, dab der Fingerdruck nicht exakt reproduziert werden kann wie ein in einer reibungsarmen Rohre herabfallender Impaktor. MCVEIGH (1923) legte das Riickenmark von Hunden frei und komprimierte es mit einem Finger. Er erzeugte so Blutungen in der grauen Substanz und Odeme in den Vorder- und Seitenstriingen. THOMPSON (1923) legte das Riickenmark von Hunden frei und iibte Druck durch eine Fingerspitze oder den Handgriff eines Skalpells aus. Der Autor beschrieb konisch konfigurierte Zonen mit Blutungen und degenerativen Veriinderungen. Die Gewebeschiiden erstreckten sich von der Verletzungsstelle nach kranial und kauda!. Der Autor verglich diese Gewebsalterationen mit denen, die er nach SchuBverletzungen des Riickenmarks von Menschen gesehen hatte.

3 634 Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen 3. Autblasen von Ballons oder Manschetten Aufblasen von Ballons oder Manschetten, die entweder epidural oder subdural gelegen sind und in unterschiedlichem MaBe fiir verschiedene Zeitraurne aufblasbar sind und damit einen ringformigen Druck mit Kompression auf das entsprechende Ruckenmarkssegment ausiiben. Auch diese Modelle lassen sich standardisieren. Sie unterscheiden sich von so1chen mit plotzlich einsetzender Gewalteinwirkung. Aufblasbare Ballons iiber oder urn das Riickenmark von Hunden wurden von TARLOV u. KLINGER (1954) sowie TATOR u. DEEKE (1972,1973) angewandt. In derartigen Versuchen kann sowohl die Zeitspanne fiir den Anstieg der Druckerhohung als auch die Zeitdauer der Einwirkung des Druckes variiert werden. Die neurologischen Befunde waren im wesentlichen abhiingig von der Schnelligkeit, mit der der erhohte Druck erzielt wurde, von seiner Dauer und Intensitiit. KAMIYA (1967) komprimierte vordere Anteile des Halsmarks von Hunden mit verschiedenen epidural gelegenen Objekten. Die Mikrovaskulatur des Riickenmarks wurde mit Hilfe intravaskuliir verabfolgten Bariumsulfates untersucht. Zentrale Durchblutungsstorungen lieben sich nachweisen, obwohl die A. spinalis ant. lediglich geringgradige Kompressionen zeigte. Wurde eine Durchblutungsstorung sowohl in der A. spinalis ant. als auch in den zentralen GefiiBen des Riickenmarks an de Stelle der Kompression sichtbar, so kam es in liingsverlaufenden RiickenmarksgefiiBen in der Umgebung des Zentralkanals zu einer kompensatorischen Erweiterung. SCHRAMM et al. (1979), die das Riickenmark gradweise komprimierten, fanden iihnliche histologische Veriinderungen wie die bei der Allen-Methode, niimlich Uberwiegen der Gewebeschiiden in der grauen Substanz. DE LA TORRE (1981) hob hervor, dab bei anterior gelegenen Ballonen eine Kompression der A. spinalis ant. eintrete, die das morphologische Bild beeinflusse. Eine iihnliche Versuchsanordnung wurde von CRAIG (1932) entwickelt, der Knochenwachs in den extraduralen Raum von Hunden einbrachte. Der Autor beschrieb degenerative Gewebsalterationen der Hinterstriinge in Hohe der Kompression und zystische Veriinderungen kaudal der Kompressionsstelle. 4. Glatte Durchschneidungen des Riickenmarks mit Skalpell Glatte Durchschneidungen des Riickenmarks mit Hilfe eines feinen scharfen Skalpells entweder in einer horizontalen Ebene (Zusammenhangsdurchtrennung) oder in der Liingsrichtung von dorsal her. Wird das Riickenmark durch eine dorsale longitudinal verlaufende Myelotomie verletzt, auch wenn der Schnitt iiber mehrere Segmente verliiuft, so ist die Gewebsreaktion recht gering oder praktisch nicht nachweisbar. Diese Verletzungstypen entsprechen beim Menschen Messerstichverletzungen. SCHLOTE (1967) fiihrte Schnittverletzungen der Hinterstriinge von Ratten mit einem Rasiermesser durch. Neun Stunden nach der Verletzung konnte der Autor bei elektronenmikroskopischer Untersuchung ein Plasmaexudat in der Umgebung der Verletzungsstelle in der grauen Substanz nachweisen, das in den extrazelluliiren Raum infiltrierte. Einige der Zellmembranen des Neuropils waren aufgerissen; dadurch konnte Plasma in das Zytoplasma eindringen. Fibrin konnte zwischen den GefiiBen und dem Neuropil nachgewiesen werden. 5. Quetschverletzungen des Riickenmarks Quetschverletzungen des Riickenmarks durch Quetschungen mit Pinzetten oder Zangen etc. Auch dieser Verletzungsmechanismus ist in gewissem MaBe quantifizierbar, als das AusmaB der Quetschung und die Zeit, die die Schiidigung einwirkt, bedingt erfabbar sind. Die Reaktion des Riickenmarksgewebes auf diese mehr muldenformig einwirkende, das Gewebe zusammendriickende und quetschende iiubere Gewalt, mub von solchen bei glatten Durchschneidungen unterschieden sein. FONTAINE et al. (1954) quetschten das Riickenmark von Hunden mit einer Knochenklemme. Sie berichteten iiber Storungen des Stoffwechsels, einer Hypoproteinamie und Hypokaliimie.

4 Einwirkung rasanter Geschosse auf die Wirbelsaule Indirekte Verletzungen von Kopf und Hals in der -Gx Vektorrichtung Indirekte Verletzungen von Kopf und Hals nach direkter Beschleunigung oder Verzogerung des gurtgeschatzten Torsos in der -Gx Vektorrichtung, Hyperflexions-/ Hyperextensionsverletzungen der HWS (UNTERHARNSCHEIDT et al. 1977; UNTERHARN SCHEIDT 1982, 1983), vgl. S Indirekte Verletzungen von Kopf und Hals in der + Gx Vektorrichtung Indirekte Verletzungen von Kopf und Hals nach direkter Beschleunigung oder Verzogerung des gurtgeschiitzten Torsos in der + Gx Vektorrichtung, Hyperextensions-/ Hyperflexionsverletzungen der HWS (UNTERHARNSCHEIDT 1984, 1986), vgl. S Injektion von Blut in die graue Substanz des Riickenmarks Injektion einer bestimmten Menge Blut mit Hilfe eines Mikroinjektors mit nachfolgendem Hamatom in der grauen Substanz des Riickenmarks fiihrt zu einer hiimorrhagischen Nekrose, die auf die benachbarten weiben Strangareale iibergreift. 9. Verschie8en von Projektilen auf Wirbelsaule und Riickenmark Systeme, bei denen durch Luftdruck Projektile einerseits auf die Wirbelsiiule und andererseits auf das Jreigelegte Ruckenmark verschossen wurden (ALBIN et al. 1976). Die Versuche zeigen, dab durch die intakte Wirbelsaule eine erhebliche Absorption von Energie erfolgt. ALBIN et al. (1976) benutzten ein System, bei dem durch Luftdruck Projektile verschossen wurden. Wirkte eine Kraft von 400 g/cm auf das freigelegte Riickenmark von Katzen ein, so entwickelten sich irreversible Paraplegien, es war eine einwirkende Kraft von mehr als g/cm notwendig, um die gleichen Schaden zu erzeugen, wenn das Projektil iiber der intakten Wirbelsaule bei Th9/Th10 einwirkte. Diese Versuche zeigen, dab durch die intakte Wirbelsiiule eine erhebliche Absorption von Energie erfolgt. 10. Einwirkung rasanter Geschosse auf die Wirbelsaule Untersuchungen iiber die Wirkung von rasanten Geschossen, die auf die Wirbe1saule einwirken (BROOKHART et al. 1948). Die verwandten Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 3,2 mm trafen die DornJortsiitze, penetrierten jedoch nicht den Canalis spinalis. BROOKHART et al. (1948) untersuchten die Wirkungen von rasanten Geschossen, die auf die Wirbelsiiule einwirkten. Die Autoren verursachten GeschoBwunden in der Region von Th5 und L5 mit Stahlkugeln, die einen Durchmesser von 3,2 mm und eine Auftreffgeschwindigkeit von etwa 1014,5 m/s hatten. Die Geschosse penetrierten nicht den Canalis vertebralis, trafen jedoch die Dornfortsatze oder durchdrangen Gewebe zwischen den Wirbelkorpern. Die 53 Katzen wurden zwischen 9 und 15 Tagen nach der Gewalteinwirkung untersucht. Bei 37 der 53 Katzen fanden sich Reste subduraler Blutungen. Es bestand keine Korrelation zwischen der Schwere der Knochenverletzungen und dem Vorliegen von Blutungen, noch zwischen dem AusmaB der klinischen Befunde und dem AusmaB der Blutungen.

5 636 Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen 11. Moderne experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Tierspezies mit Messung von physikalischen und physiologischen Daten und Beschreibung der morphologischen Befunde Die ersten experimentellen Untersuchungen unter standardisierten Bedingungen wurden von ALLEN (1911) am freigelegten Riickenmark von Hunden durchgefiihrt. Damit beginnt die Ara Tiermodelle bei der Erforschung bestimmter Unfallabliiufe einzusetzen. Die Untersuchungen von ALLEN fanden damals erstaunlicherweise keinen Widerhall, selbst der Ausbruch des 1. Weltkrieges, auch nicht der des 2. Weltkrieges brachten eine Auseinandersetzung mit seinen Ergebnissen. Erst seit dem Ende der 60er Jahre hat eine neue Phase in der Erforschung der traumatischen Schiiden des Riickenmarks begonnen. Der Einsatz von Tiermodellen mit verschiedenen Spezies hat zu einer Renaissance der experimentellen Riickenmarksforschung gefiihrt. Unser Verstiindnis der Pathogenese von bestimmten Typen traumatischer Riickenmarksschiiden ist in dieser Epoche erheblich bereichert worden. 1m folgenden werden diese neuen Ergebnisse, die in Tiermodellen erarbeitet wurden, deshalb etwas ausfiihrlicher dargestellt, weil sie (1) wichtige Befunde fiir die Deutung der Pathogenese menschlicher Riickenmarksschiiden enthalten, die Ergebnisse des Tierversuches sind auf die Situation des verletzten Menschen bedingt iibertragbar, (2) im deutschen Sprachraum bisher noch weitgehend unbekannt geblieben sind und noch nicht umfassend dargestellt wurden, (3) bereits erste, wenn auch noch bescheidene und begrenzte Modelle erarbeitet wurden, mit deren Hilfe die Wirksamkeit oder Nichtwirksamkeit therapeutischer MaBnahmen getestet werden konnen und (4) bisher in ihrer Pathogenese noch vollig unbekannt gebliebene Prototypen von Verletzungen von Wirbelsiiule und Riickenmark aus dem Bereich wilder Spekulation auf eine solide und fundierte naturwissenschaftliche Basis gebracht werden konnten. Hier denke ich besonders an die indirekten traumatischen Schiiden des freibeweglichen Kopfes und Riickenmarks (ebenso des Halses und Nackens), bei denen der fixierte Korpertorso in verschiedenen Vektorrichtungen (ausgedehnte und vorliiufig abgeschlossene U ntersuchungsprojekte liegen in der - Gx und +Gx Vektorrichtung der einwirkenden Gewalt vor) beschleunigt oder verzogert wurde (UNTERHARNSCHEIDT et al. 1977; UNTERHARNSCHEIDT 1982, 1983, 1986). Der mit dem Thema vertraute Leser wird un schwer erkennen, dab ich hier von den sog. Whiplashverletzungen oder den Verletzungen yom sog. Whiplashtyp spreche, jedoch z6gere, diesen letztlich falschen und irrefiihrenden Terminus zu benutzen. Ich habe in einem friiheren Kapitel dargelegt, dab dieser Begriff sich so fest in der Medizin verankert hat, dab er nicht mehr ausrottbar ist. Zumindestens sollten wir dann von den sog. Whiplashverletzungen sprechen. Auf S. 245 habe ich dargelegt, dab dieser Terminus ein Monster ist, eine Art "medizinischer Frankenstein". Ich werde im folgenden versuchen, in dieses weite Gebiet von experimentellen Untersuchungen mit Tiermodellen einige Ordnung zu bringen, indem ich versuche - es ge1ingt nicht immer konsequent - nach bestimmten prototypischen Verletzungsvorgiingen und Vektorrichtungen der einwirkenden Gewalt aufzugliedern. Nach Auffiihrung und Diskussion dieser Modelle wird zu priifen sein, we1che davon eine Ubertragung oder Extrapolierung auf den verletzten Patienten zulassen und we1che Schliisse sich aus ihnen ziehen lassen im Hinblick auf therapeutische MaBnahmen, urn SchutzmaBnahmen zu entwicke1n, die diese Unfalltypen in der Zukunft ganz verhindern oder mit moglichst geringem K6rperschaden iiberlebbar machen. ALLEN (1911) hatte Blutungen in der grauen Substanz des Riickenmarks bei Patienten gefunden, die nach Wirbelsiiulen- und/oder Riickenmarksverletzungen verstorben waren. Diese Befunde veranlabten ALLEN eine experimentelle Methode zu entwicke1n, urn iihnliche Gewebeschiiden im Tiermodell zu erzeugen. Der Autor entwickelte eine Vorrichtung, mit der er ein Gewicht (lmpaktor) aus verschiedener (bekannter) Hohe in einer reibungsarmen R6hre, die etwa in einem rechten Winkel zur Liingsrichtung des Riickenmarks gehalten wurde, auf die nach Laminektomie freigelegte Dura spinalis der dorsalen Thorakalregion von Hunden fallen lieb. Der entstandene Aufprall, ausgedriickt in g/cm war abhiingig von

6 Moderne experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Tierspezies 637 der Fallhohe (in cm) und dem benutzten Gewicht (in g). Es handelte sich also urn eine umschriebene Gewalteinwirkung auf das durch die Dura spinalis geschiitzte dorsale Thorakalmark, ein Vorgang, der, wenn der Schwellenwert erreicht wurde, eine Prellung oder Contusio spinalis erzeugte. Zum ersten Mal war es jetzt moglich, die auf das Riickenmark einwirkende Gewalt exakt zu messen, unter standardisierten Bedingungen zu wiederholen und die klinischen und feingeweblichen Befunde (Output) Daten mit physikalischen (Input) Daten zu korrelieren. ALLEN berichtete, dab eine Gewalteinwirkung von 300 g/cm eine voriibergehende Paraplegie und ein Aufprall von 339 g/cm eine vollstiindige Paraplegie erzeugte, die sich nach 7 bis 10 Tagen zuriickbildete. Bei einem Aufprall von 420 g/cm traten schwere klinische Symptome auf, wie vollstiindige spastische Paraplegie, korperlicher Verfall, Liihmung von Blase und Darm und trophische Storungen. Ein Aufprall von 450 g/cm verursachte das klinische Bild eines Querschnittsyndroms des Riickenmarks mit nachfolgendem Tod. ALLEN machte noch eine weitere interessante Feststellung bei 5 Hunden mit einem, wie er es nannte, "Hyperimpact" von 540 g/cm (30 g Gewicht in einer Fallhohe von 18 cm), indem er einen longitudinalen Einschnitt von etwa 1-1,5 cm Liinge durch das Riickenmark machte. Diese Hunde zeigten eine weitgehende Besserung, sie hatten im schlimmsten Fall lediglich eine leichte Spastizitiit der hinteren Extremitiiten, nicht ausgepriigt genug, urn sie am Laufen und Springen zu hindern. ALLEN betonte, dab der gleiche Aufprall ohne longitudinale Myeiotomie zu schwersten Ausfallerscheinungen gefuhrt hatte, wie er sie eingangs geschildert hatte. Blutungen in der grauen Substanz und lokales Odem waren die wesentlichen traumatischen Gewebeschiiden mit einem Maximum etwa 4 h nach der Gewalteinwirkung. Die Allen-Methode wurde von einer Reihe von Untersuchern weiterentwickelt und standardisiert (TOMASULA et al. 1969; OSTERHOLM 1974, 1978; DOHRMANN et al. 1975; DOHRMANN u. PANJABI 1976; COLLINS u. KAUER 1979). Vor allem OSTERHOLM und seinen Mitarbeitern (1971,1972) gebiihrt das Verdienst, die Allen-Technik weiter standardisiert und quantifiziert zu haben. Hervorzuheben ist die grobe Zahl der Versuche sowie die exakte Beschreibung der traumatischen Gewebeschiiden in Bezug auf die Dberlebenszeit. OSTERHOLM hob hervor, dab es mit dieser Methode moglich sei, eine grobere Gewalt auf normales Riickenmarksgewebe iiber einen Zeitraum von Millisekunden einwirken zu lassen. Die Gewalt wirkt nur kurz ein, das Gewicht wird weggenommen, so dab kein anhaltender Druck oder Verformung auf das Gewebe einwirkt. Die Zusammenfassung von OSTERHOLM scheint mir jedoch nur zum Teil zutreffend, wenn er schreibt: "ALLEN'S impaction model simulates conditions which occur within very restricted and few clinical situations. The usual injury setting undoubtedly has impacting deforming forces as a major issue. But in addition to that, some element of continuing pressure of deformation can be commonly identified in terms of unreduced fracture dislocations, exploded vertebral body fragments, tissue edema and ambient spinal hemorrhaging." Das Allen-Modell erlaubt uns, im Tiermodell Gewebeschiiden zu studieren, die die Folge einer einmaligen und kurzfristigen Gewalteinwirkung sind, wobei die einwirkende Gewalt (hier der Impaktor) gleich nach der Gewalteinwirkung entfernt wird. Derartige, nur kurzfristig einwirkende Gewalt, gibt es in der menschlichen Neuropathologie durchaus, so dab diese Methode ein brauchbares Tiermodell darstellt. Urn die Folge anhaltender Gewalt zu studieren, bieten sich andere Methoden an. Einze1heiten iiber derartige experimentelle Projekte habe ich bereits auf S. 634 aufgefiihrt. Ich verweise auf die monographische Darstellung von Technik und Gewebeschiiden von OSTERHOLM (1978). HUNG et al. (1975) benutzten Schnellbildphotographie ( Bilder/s) und fanden, dab das Riickenmark in posteroanteriorer Richtung nach einer Gewalteinwirkung von 300 g/s fur einen Zeitraum von etwa 7 ms urn die Hiilfte zusammengedriickt wird. 1m Liquor konnten positive und negative Druckwellen beobachtet werden. Sie konnten beobachten, dab mit zunehmender posterior einwirkender Gewalt die motorischen Funktionen von Katzen dann sich nicht zuriickbildeten, wenn das Riickenmark im anteroposterioren Durchmesser auf 4 mm komprimiert worden war. Diese statische Kraft betrug lediglich 15 % der dynamischen Kraft, die die gleiche Deformation hervorrief.

7 638 Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen KOOZEKANANI et al. (1976) untersuchten die Allen-Methode mit Hilfe von Schnellbildphotographie. Die Untersuchungen ergaben, dab die Gr6Be der Laminektomie an der Verletzungsstelle einen wesentlichen Faktor darstellt im Hinblick auf die iibertragene Energie. DOHRMANN u. PANJABI (1976) benutzten die Allen-Technik am durabedeckten Riickenmark von Katzen bei Th5/Th6 mit Gewichten von 400 g/cm. Die Autoren benutzten 5 verschiedene Kombinationen v()n Gewichten und H6hen, alle 400 g/cm ergebend. Die kinetische Energie, die vom Riickenmark in der Gruppe gemessen wurde bei einem Gewicht von 49 g, das aus einer H6he von 10 cm herabfiel, war etwa 100mal h6her als das bei einem Herabfallen von 5 g aus einer H6he von 80 cm. Ein gr6beres Gewicht aus einer geringeren Fallh6he verursachte geringere Gewebeschiiden als ein kleineres Gewicht, das aus einer gr6beren H6he herabfiel. Weitere Bemiihungen urn die Standardisierung der Methode von ALLEN wurden von NEMECEK (1981,1984) sowie NEMECEK et al. (1977, 1982) unternommen, die Untersuchungen an 404 Kaninchen und 62 Katzen durchfiihrten. Die pathomorphologischen Befunde am Riickenmark verschiedener Tierspezies nach lokaler Kontusion wurden ver6ffentlicht von WAGNER et al. (1969, 1970, 1971), GOOD KIN U. CAMPBELL (1969), ASSENMACHER U. DUCKER (1971) sowie DUCKER et al. (1971). Der wesentliche Befund bestand in hiimorrhagischen Nekrosen in der grauen Substanz, Gewebeveriinderu~gen, die progressiv waren und sich in die Umgebung ausdehnten. Gleichzeitig lagen Odemschiiden in der weiben Substanz vor. Die traumatischen Gewebeschiiden standen in direkter Beziehung zur Intensitiit der einwirkenden stumpfen Gewalt. WHITE et al. (1969) konnten zeigen, dab Hypothermie, die in den ersten 4h nach der Gewalteinwirkung angewandt wurde, die Entwicklung der hiimorrhagischen Nekrosen und des Odems milderte. Wurden diese therapeutischen MaBnahmen jedoch 6-8 h nach der lokalen Kontusion verabfolgt, so hatten sie keinen EinfluB auf die pathomorphologischen Befunde des Riickenmarks. F AIRHOLM U. TURNBULL (1971) konnten bei angiographischer Darstellung des Riickenmarks von Hunden und Kaninchen nach spinaler Kontusion einen Austritt von Kontrastmedium aus kleinen GefiiBen der grauen Substanz in das umliegende Gewebe bis zu 48 h nach der Gewalteinwirkung zeigen. Gleichzeitig besteht eine Blockade in der Perfusion in den zentroposterioren GefiiBen fur einen Zeitraum von 4 h nach der Gewalteinwirkung. FRIED u. GOODKIN (1971) konnten diese Befunde bestiitigen bei Perfusionen mit Bariumsulfat; das Maximum der St6rung bestand nach 24 h. GREEN et al. (1971) sowie WAGNER et al. (1971) beschrieben bei Katzen eine Ausdehnung des Odems nach distal innerhalb der ersten 8 h nach der spinalen Kontusion. Eine Stunde nach der lokalen Gewalteinwirkung fand sich das Odem vorwiegend in der grauen Substanz, wiihrend nach 4 h die weibe Substanz in unmittelbarer Umgebung betroffen war. Nach 8 h war das gesamte Segment 6dematos. Nach mechanischer Gewalteinwirkung auf das Riickenmark im Tiermodell konnte mit Hilfe von fluoreszierenden Indikatoren gezeigt werden, dab eine Extravasation von Plasmaproteinen aus gewissen Kapillaren der grauen Substanz stattfindet (GREEN u. WAGNER 1973). Danach dehnt sich das Odem radiiir in die u~gebende weibe Substanz aus. Dieser ProzeB gleicht weitgehend dem von kiilteinduziertem Odem in der grauen Substanz des GroBhirns, das sich zuniichst in der grauen Substanz entwickelt und sich dann in die weibe Substanz fortsetzt (KLATZO et al. 1962). Die experimentellen Untersuchungen wurden von ALBIN et al. (1967, 1968, 1969) weitergefiihrt, die eine Modifikation der Allen-Technik anwandten. Sie konnten die Befunde von ALLEN (1911) bestiitigen, dab ein herabfallendes Gewicht am Riickenmark von Hunden und Affen Paraplegien zu erzeugen vermochte. Wurde jedoch lokale Hypothermie innerhalb von 4 h nach der Kontusion des Riickenmarks durchgefiihrt, so besserten sich die meisten sensorischen und motorischen Funktionen. Wurde diese Behandlung jedoch erst 8 h nach der Gewalteinwirkung verabfolgt, so blieb die Paraplegie bestehen. Ahnliche experimentelle Untersuchungen wurden von DUCKER U. HAMIT (1969) durchgefiihrt. Diese Autoren konnten Besserungen des Befundes erzielen, wenn Hypothermie oder Steroide innerhalb der ersten 3 h nach der Gewalteinwirkung angewandt wurden. HARTZOG et al. (1969) behandelten Paviane, die eine Kontusion des Riickenmarks erlitten hatten, mit

8 Moderne experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Tierspezies 639 hyperbarischer Sauerstofftherapie; sie berichteten iiber funktionelle Besserungen. In iihnlichen Untersuchungen an Hunden beschrieben KELLEY et al. (1972) wesentliche Besserungen nach hyperbarischer Sauerstofftherapie. BLACK u. MARKOWITZ (1971) fanden bei AfIen mit einer Kontusion des Riickenmarks, dab Steroide die Wiederherstellung der Funktionen verbesserten, wiihrend ein Einschnitt in die spinale Dura einen schiidigenden EinfluB hatte. Die Prozentsiitze der Affen, bei denen eine Besserung eintrat, waren die gleichen mit einer Laminektomie, die sich iiber ein Segment erstreckte und solchen, die an 3 Segmenten vorgenommen worden waren. KELLYet al. (1970) berichteten iiber einen ausgepriigtenabfall der Sauerstoffsiittigung in der Region des Riickenmarks, die der Kontusion ausgesetzt war. DUCKER u. PEROT (1971) registrierten etwa 1-2 h nach der Kontusion des Riickenmarks einen Abfall in der lokalen Durchblutung und einen Abfall der lokalen Sauerstoffsiittigung zwischen 1-3 h. LOCKE et al. (1971) berichteten iiber einen Anstieg der Milchsiiurewerte im Riickenmark nach lokaler Kontusion. STEWART u. WAGNER (1979) erzeugten eine Kontusion des Riickenmarks von Katzen durch ein herabfallendes Gewicht. Zehn Minuten vorher waren fluoreszinlabelliertes Albumin und fluoreszinlabellierte Dextrane mit Molekulargewichten von 20000, 40000, oder intravenos injiziert worden. Die Tiere wurden 8 h nach der Gewalteinwirkung getotet. An der Stelle der Kontusion konnte ein ausgepriigter Austritt von Albumin und Dextran bei bestehenden umschriebenen Blutungen gesehen werden. Die Fluoreszenz war rostral und kaudal der Kontusionen am ausgepriigtesten in der weiben Substanz des Riikkenmarks. Sie war besonders deutlich in den zentral gelegenen Anteilen der Vorder-, Seiten-und Hinterstriinge, sie reichte etwa 1,5 cm nach oben und unten. Die Seitenstriinge waren am stiirksten betroffen, die Hinterstriinge am wenigsten. Die stiirkste Fluoreszinkonzentration lag nicht im Zentrum der Kontusionsherde, sondern einige Millimeter nach rostral und kaudal. Diese Ausbreitung des Odems im Riickenmark scheint sich entla~g den anatomischen Strukturen der weiben Substanz des Riickenmarks zu entwickeln. Das Odem dehnt sich nicht durch Diffusion aus, sondern durch MassenfluB; Molekiile verschiedenen Molekulargewichtes migrieren mit der gleichen Geschwindigkeit. Ein interessanter Befund besteht darin, wie ich bereits kurz erwiihnte, dab der Austritt von Plasmaproteinen auch in einiger Entfernung yom Kontusionsherd erfolgt, also aus GefiiBen, die zwar trauma tisch geschiidigt sind, jedoch keine Kontinuitiitstrennung der Wand aufweisen. Von KOBRINE et al. (1975) wurde ein Verlust der Autoregulation und eine Hyperiimie der Seitenstriinge im Kontusionsbereich berichtet. Ein anderer Mechanismus fur das Auftreten von Odem wurde von RApOPORT (1976) diskutiert, niimlich durch Uberstreckung der Kapillarwand. Die Allen-Methode blieb das am hiiufigsten benutzte Tiermodell, einmal weil die Verletzungen leicht zu produzieren und reproduzieren sind, und zum anderen, weil der resultierende Gewebeschaden konstant ist. FRIEDE (1960, 1961) unternahm zwei Serien von Experimenten mit Katzen. In der 1. Gruppe wurden Katzen kontrollierte Gewalteinwirkungen auf den Kopf mit einem pneumatischen Hammer verabfolgt und in einer 2. Gruppe wurden die Katzen mit ihren Kopfen in einem Kragen befe.~tigt, 75 cm tief zu fallen, wobei es sich der abrupten Verzogerung zu einer starken Uberdehnung der Hals-(Nackenregion kam. FRIEDE hob hervor, dab die klinischen Symptome bei beiden Unfallmechanismen nicht voneinander zu unterscheiden waren. "The experiment of cervical stretch was crucial, for it demonstrated that all the typical symptoms of experimental concussion may be produced by stretching the neck in the cervical region without actually delivering a blow to the skull." Die meisten Katzen wurden 8 Tage nach dem Versuch getotet, eine optimale Uberlebenszeit, urn eine optimale Chromatolyse zu erzeugen. Der Anteil des Halsmarks von kaudalen Anteilen des 4. Ventrikels bis zum 2. Zervikalsegment wurde in der Mittelsagitalebene geschnitten, eine Hiilfte wurde in Paraffin eingebettet, die andere fur Gefrierschnitte verwendet. Die histologische Untersuchung dieser Katzen zeigte typische Liisionen der Nervenzellen in Kerngebieten des Hirnstammes. Chromatolyse und Untergang von Nervenzellen wurde in der Formatio vestibularis und weniger hiiufig in anderen Kerngebieten des Hirnstammes gesehen. Diese Nervenzellveriinderungen stellen nach FRIEDE eine axonale Reaktion auf Schiidigungen der groben Fasern in der oberen Halsregion dar.

9 640 Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen Von grober Bedeutung waren typische pathomorphologische Veranderungen von Fasern an der Ventralflache von C1. Diese Gewebeschaden wurden bei allen Katzen gefunden, die ein Kommotionssyndrom erlitten hatten. Der Gewebeschaden fand sich in einer kegelf6rmigen Zone zu beiden Seiten der Fissura mediana ventralis mit deren Spitze zum Zentrum gerichtet. Der wesentliche Schaden bestand bei C 1, schnell in Richtung zur Medulla oblongata abnehmend. Am meisten befallen waren die dickeren Fasern, in ausgepragten Herden waren jedoch auch die mittleren und diinnen betroffen. Die Markscheiden zeigten Entmarkungen kaudal zurlasionsstelle. Kleinere Blutungen in der Region des Zentralkanals wurden manchmal gefunden. WINDLE u. GROAT (1945) hatten Chromatolyse von Nervenzellen in Kerngebieten der Medulla oblongata als Folge einer direkten Schadigung der Neurone gedeutet. FRIEDE hob hervor, dab es keine befriedigende Erklarung dafur gebe, dab nur diese wenigen Kerngebiete geschadigt waren, wah rend die iibrigen v6llig intakt blieben. Es handelt sich nach der Auffassung von FRIEDE hier urn eine axonale Reaktion. Es fehlte bei diesen Tieren auch jeglicher Hinweis auf Zellschaden in der GroBhirnrinde. Die Gewebsalterationen an der Ventralflache von C 1 finden sich in der selben Region, wo sich die Spitze des Zahnfortsatzes des Epistropheus findet, so dab diese Struktur fur den Gewebeschaden verantwortlich gemacht werden mub. FRIEDE stellte Ausgiisse der hinteren Schadelgrube und des Spinalkanals her (nachdem der Inhalt entnommen war). In einem FalllieB er die plastische Substanz fast harten, ehe er einen Versuch in der gleichen Art unternahm wie bei den lebenden Katzen. Nachdem die Substanz v6llig gehartet war, konnte eine tiefe Eindellung durch die Spitze des Zahnfortsatzes nachgewiesen werden. Diese Serie von FRIEDES Experimenten zeigte, dab der grundlegende Mechanismus bei diesem Typ von experimenteller Commotio (FRIEDE benutzte den Ausdruck "experimental concussion") durch Streckung des Halsmarks urn den Zahnfortsatz ausgel6st wurde. FRIEDE hob hervor, dab die klinischen Zeichen einer direkten zervikalen Uberstreckung von denen nach einer direkten Gewalteinwirkung gegen den Kopf nicht unterschieden werden konnten. Der wesentliche pathomorphologische Befund besteht in Schaden der dicken Fasern an der Ventralflache des obersten Halsmarks bei C1. Die Veranderungen in den Kerngebieten des Hirnstammes waren sekundar zu dieser Faserschadigung. FRIEDE gebrauchte fur dieses spezifische pathogenetische Syndrom den Terminus "experimental acceleration concussion". Die traumatischen Schaden, tiber die FRIEDE berichtete, sind ohne Zweifel intravital entstanden. Das Areal, in dem sich die Gewebeschaden finden, iiber die FRIEDE berichtete, ist praktisch identisch mit dem eigener Versuche mit indirekter Beschleunigung in der -Gx Vektorrichtung. Neben den umschriebenen Schaden an den Faserbahnen, hauptsachlich in den ventralen Fasciculi fanden sich noch zusatzlich morphologische Veranderungen bei unseren Affen. Es lagen, worauf ich bereits hingewiesen hatte, progrediente hiimorrhagische Nekrosen in der grauen Substanz VOL Diese Ergebnisse gaben Veranlassung, eine Gruppe von verschiedenen Typen von experimenteller Konkussion zu definieren. Ich gebrauche hier zunachst mit Absicht den Terminus "Konkussion", weil er so in den Originalarbeiten gebraucht wurde, er ist wohl dem Terminus "experimentelle Commotio cerebri" gleichzusetzen. 1m einzelnen existieren nach meiner Meinung 3 Typen von experimenteller Konkussion: (1) Das klinische Syndrom der "echten experimentellen zerebralen Konkussion" als Folge von direkter Gewalteinwirkung gegen den freibeweglichen Kopf, die Richtung der Gewalt ist im wesentlichen linear oder translational, dieser Typ k6nnte auch die experimentelle zerebrale Beschleunigungskonkussion im engeren Sinne genannt werden. Beim Menschen wiirde ich hier vom eigentlichen Kommotionssyndrom (Hirnerschutterungssyndrom) sprechen. (2) Das klinische Syndrom der experimentellen Beschleunigungskonkussion mit extremer Hals-/Nackenstreckung als Folge von direkter Gewalteinwirkung gegen den Kopj (3) Das klinische Syndrom der experimentellen Beschleunigungskonkussion mit extremer Hals-/Nackenstreckung als Folge der Beschleunigung des vollig gurtfixierten Torsos aber freibeweglichem Kopf und Hals/ Nacken. 1m letzten Fall wird die Beschleunigung vom Beschleunigungsschlitten iiber das Gurtsystem auf den Torso iibertragen und dann iiber die Hals-/Nackenregion auf den Kopf.

10 Elektronenmikroskopische Untersuchungen 641 Hume ADAMS (1975) diskutierte die pathomorphologischen Befunde von FRIEDE: "It has been suggested by FRIEDE that direct damage to nerve fibres in the upper cervical spinal cord as a result of shear stress of the craniocervical junction is a factor in the production of concussion in various experimental animals. It might, therefore, be thought that similar damage would be observed in man, but in a series of 32 fatal blunt head injuries, the author has not been able to find significant numbers of retraction balls or microglial scars in serial blocks of the lower medulla and the upper three cervical segments of the spinal cord." Leider fuhrt ADAMS keine niiheren Angaben an, urn welche Typen von geschlossenen Schiidelhirnverletzungen es sich gehandelt hatte, die er untersuchte. Viele todliche direkte Gewalteinwirkungen gegen den Kopf fuhren lediglich zu geringer oder keiner Uber: streckung der Hals-/Nackenregion. Es wiirde wichtig sein, derartige histologische Untersuchungen auf solche todlichen Schiidelhirnverletzungen bei Menschen auszudehnen, die mit erheblicher Uberstreckung der Hals-/Nackenregion einhergehen. Hier sind weitere morphologische Untersuchungen angebracht. Einige experimentelle Untersuchungen mit indirekter Gewalteinwirkung von Kopfund Hals-/Nackenregion (UNTERHARNSCHEIDT 1983, 1984, 1986) wurden bereits im Kapitel iiber die Whiplashverletzungen auf S. 256 und 280 referiert und diskutiert. 12. Elektronenmikroskopische Untersuchungen Elektronenmikroskopische Untersuchungen durch DOHRMAN et al. (1971, 1972) ergaben, dab die Mikrovaskulatur des Riickenmarks sehr sensitiv gegen physikalische Gewalteinwirkung ist. Die feingeweblichen Alterationen treten hauptsiichlich in der grauen Substanz auf. Schon innerhalb von 5 min erweitern sich die postkapilliiren Venolen und sind mit Erythrozyten gefullt. Rote Blutkorperchen penetrieren nach etwa min das Endothel der GefiiBwand durch Liicken im Endothel und durch rupturierte GefiiBwiinde und konnen im perivasculiiren Raum wahrgenommen werden. Interessant ist, dab GefiiBrupturen innerhalb von 15 min nach einer kontusionellen Riickenmarksschiidigung nachweisbar sind und dann in Zahl und GroBe zunehmen. Das heibt nicht aile GefiiBrupturen sind also rhektisch und entstehen im Augenblick der Gewalteinwirkung. Vakuolenformationen und Schwellungen, typisch fur ischiimische Endothelschiiden, finden sich innerhalb von 4 h in kapilliiren und postkapilliiren Venolen sowohl in der grauen als auch in der weiben Substanz. In der weifjen Substanz vollziehen sich ebenfalls charakteristische strukturelle Alterationen. In den ersten 5 min gleichen die Markscheiden denen von nichttraumatisierten Tieren, aber bereits nach min zeigten einige vergroberte periaxonale Riiume. Nach etwa einer Stunde liegen Veriinderungen an den Markscheiden vor mit Erweiterung der Marklamellen und erheblich vergroberte peri axon ale Riiume. Die Autoren postulieren, dab die Schiiden in der Mikrovaskulatur bei Riickenmarksverletzungen primiir sind und dab die Veriinderungen an den Nervenzellen sekundiir zu den GefiiBveriinderungen und zur Ischiimie auftreten. Experimentelle Untersuchungen von GOODMAN et al. (1974) an Affen ergaben, dab schon nach 5 min die Integritiit der endothelialen Verbindungen in der grauen Substanz verloren war. Es bestand eine VergroBerung des extrazelluliiren Raumes durch Odem, und die gliosen Elemente waren infolge zytotoxischen Odems geschwollen. Die Endothelialzellen der Kapillaren trennten sich und legten die Basalmembran frei. Es bilden sich Aggregate und Thromben aus Thrombozyten, die kleine GefiiBe vollig verschlieben. Die Hiimostase fiihrt zu verringerter Blutzufuhr. GLEDHILL et al. (1973) fuhrten aus, dab die wesentliche Reaktion auf Kompression des Riickenmarks in den weiben Strangarealen in Entmarkungen und an den Axonen in Veriinderungen im Sinne der Wallerschen Degeneration bestand. GRIFFITHS et al. (1978) berichteten iiber Proliferation von astrogliosen Elementen und Extravasate von Protein. LAMPERT u. CRESSMAN (1966) untersuchten die Markscheiden degenerierender Axone 4-50 Tage nach Durchschneidung der aszendierenden dorsalen Bahnen im Brustmark von Ratten nach Trauma. In der Umgebung der Gewalteinwirkung fanden sich reichlich Makrophagen, die degenerierende Axone und Myelinscheiden phagozytierten. Die Markscheiden verwandelten sich in einheitlich geschichtete Strukturen.

11 642 Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen Das geschichtete Materialloste sich dann in amorphe kugelige lipoidhaltige Korper auf. 1m Halsmark und in der unteren Medulla oblongata kam es zu Veranderungen fast aller Markscheiden, jedoch blieben einige noch 52 Tage nach dem Trauma intakt. Bei experimenteller Verletzung des Riickenmarks kann akutes Odem, das kurz nach der Gewalteinwirkung einsetzt, bis etwa zum 15. Tag nachgewiesen werden mit vorwiegendem Befall der wei Ben Substanz (YASHON et al. 1973; MARTINEZ et al. 1981). Das Einsetzen des Odems bei Katzen erfolgte etwa 24 h nach der Verletzung, mitdem Maximum bei etwa 3-6 Tagen und einer Riickbildung urn den 9. Tag. 13. Elektronenmikroskopische Befunde nach Unterbrechung markhaltiger Fasern im Riickenmark Die Unterbrechung einer markhaltigen Faser in der weiben Substanz des Riickenmarks fiihrt zu einer Reihe von Gewebereaktionen, die elektronenmikroskopisch erfabbar sind (Abb. 230,231 a- e). Innerhalb von Minuten erfolgt ein AusfliefJen von Axoplasma aus dem proximalen und distalen Stumpf, ein ProzeB, der sich iiber einige Stunden fortsetzt. Das AusflieBen von Axoplasma variiert von Faser zu Faser, ist aber am ausgepragtesten in den groberen. Die kleineren Fasern, ob markscheidenhaltig oder nicht, zeigen keinen AxoplasmaausfluB. Die Folge davon sind axoplasmafreie Markscheiden. Nach etwa einer Stunde finden sich die durchtrennten Fasern nicht langer im Bereich der Durchtrennungsstelle, sondern liegen 1-2 mm von der Durchtrennungsstelle im sonst nicht verletzten Riickenmark. Es scheint, dab sich submikroskopische Barrieren in der Marksubstanz bilden, die den AusfluB von Axoplasma hemmen und schlieblich ganz unterbrechen. Etwa 3 h nach Durchschneidung beginnen die Enden der Achsenzylinder anzuschwellen. Sie sind dann mit axoplasmatischen Organellen, wie Mitochondrien, dichten Korpern, Vesikeln und Neurofilamen ten gefiillt. Soleh ein angeschwollenes Ende eines Achsenzylinders wird "terminaler club" genannt. Der Raum zwischen Markscheide und dem terminal club erweitert sich ebenfalls und ist mit Fliissigkeit, die an schein end unter Druck steht, gefiillt. Auch die Markscheide wird dann erweitert und formt eine runde oder ovale Zyste. Man nennt das eine Myelinmikrozyste (KAO et al. 1977). ZelikOrper Axoplasmaflu6 Termlnale Anschwellung Axonotmesls Axoplasmaflu6 ~~~::~==~='~'~'~ ~ Termlnale Anschwellung Synapse Abb.23O. Schematische Darstellung des Auftretens von traumatischem Axoplasma-FluB (FRIEDE 1964) und seine Beziehung zur Bildung der terminalen Anschwellung in einem durchtrennten Axon. In dem proximalen Axon ist der FluB proximal - distal, wahrend er im distalen Axon proximal gerichtet ist. Axoplasmainhalte wie Mitochondrien, dichte Korper (dense bodies), klare Zysten (clear vesicles) und Katecholaminfasern (dense core vesicles) werden also zwangslaufig in die terminale Anschwellung hineinbewegt, ahnlich wie in einer elektrophoretischen Bewegung. Die terminalen Anschwellungen werden daher von histochemischen Techniken, die die entsprechenden Enzyme markieren, stark angerarbt. Man beachte, dab zentrale Chromatolyse des Nervenzellkorpers und Degeneration der Synapsenknospe ebenfalls gleichzeitig geschehen. (Aus KAO 1980)

12 Elektronenmikroskopische Befunde nach Unterbrechung markhaltiger Fasern X-'IlilIoo_-_",_,,~;,J; j F---' -~ ~--...,= Stelle der Ourchtrennung e C f:i~~ ~.~ -. ~.~~ XS Terminate Anschwellung Mlkrozyste Axoplasmallsche Fragmente Kollablerter Myellnzyllnder 1"'....~; t... E Ollgodendrozyt Abb. 231 A-E. Schematische Darstellung des raumlich-zeitlichen Musters der axonalen Reaktion nach Durchtrennung. Ein fast identischer Vorgang ereignet sich nahe den Schnittflachenenden des proximalen wie des distalen Axons, nur dab im distalen Axon eine Waller-Degeneration im Stadium stattfindet. Die Veranderungen durch fiinf Ranvier Knoten sind wie folgt dargestellt: Minuten nach der Riickenmarkdurchtrennung fliebt Axoplasma von der Schnittflache der myelinisierten Fasern (B-5) entfernt; der leere Myelinzylinder (B-3) reicht bis zur Schnittlache der Faser. In den beteiligten Fasern entstehen am Ende vom Axon (B-1) Barrieren, die das Passieren von Axoplasma blockieren. Spater, da das Axoplasma weiterhin fliebt, beginnen Organellen sich am Ende des Axon in einer Anschwellung anzusammeln (C-l) und Fliissigkeit sammelt sich im Myelinzylinder zu einer Microzyste an (C-2). Wenn der benachbarte Paraknoten von einem Hindernis (C-2) obstruiert wird, verursacht der Druck des Fliissigkeittransudates in der Mikrozyste deren Dilatierung und eventuelle Ruptur (D-2). Da die Endschwellung (D-2) ebenfalls ruptuiert, werden Organellen, die urspriinglich in der terminalen Anschwellung enthalten waren, in den extrazellularen Raum freigesetzt. Es folgt Autolyse des Riickenmarkgewebes an der urspriinglichen Schnittflache des Riickenmarks (D-3). Der autolytische Vorgang wird der Freisetzung und Aktivierung lysosomaler Enzyme zugeschrieben, die sich in der terminalen Anschwellung angesammeit hatten (C-l). Wenn die terminale Anschwellung rupturiert (C-2), wird das der terminalen Anschwellung zugehorige Axon erneut unterbrochen (D-1) und ein neues Axonende (D) entsteht in groberer Entfernung zur Schnittflache des Riikkenmarks. Zu einem viel spateren Zeitpunkt wird die terminale Anschwellung inaktiv; sie ist dann von einer Myelinscheide umgeben (E-1). (Aus KAO et al. 1977)

13 644 Anhang: Experimentelle Untersuchungen an Tiermodellen Typa Typb Typc 5 Min. nach Verlelzung =---, :-r.~ -...,...,... -,'. f 1M ~ Q Q 5 Wachen nach Verlelzung Abb Eine Klassifizierung der Riickenmarksverletzung aufgrund des endlichen pathologischen Bildes des verletzten Riickenmarks. Trotz zahlloser Verschiedenheiten der Art und Weise, in der das Riickenmark geschiidigt werden kann, ist das endgiiltige Bild verletzter Riickenmarke drei Wochen oder liinger nach der Verletzung sehr iihnlich und kann in drei einfache Grundmuster unterteilt werden, deren jedes einen anderen Mechanismus der Wundheilung darstellt. Typ a: Eine unvollstiindige Riickenmarksliision, mit Kavitation in der grauen Substanz. Typ b: Eine vollstiindige Riickenmarksliision, die Kavitation in der weiben Substanz hervorruft. Typ c: Eine vollstiindige Riickenmarksliision, mit gleichzeitig vorliegenden Hohlriiumen und Bindegewebsnarben. (Aus KAO 1980) 1m proximalen Stumpf verliiuft die Richtung des axoplastischen Flusses von proximal nach distal, wiihrend im distalen Stumpf der FluB von distal nach axial gerichtet ist. Der Inhalt des Axoplasma ist damit in Richtung auf die Stiimpfe gerichtet. KAO et al. (1977) gebrauchten den Vergleich mit einer elektrophoretischen Bewegung. Auch dieses Material ist im Stumpfbereich durch die gleiche, oben bereits beschriebene Barriere aufgehalten. Die Organellen verbleiben am Stumpfende, wiihrend die Flilssigkeit in den Markscheiden transsudiert und dort Mikrozysten formt (MARTINEZ u. FRIEDE 1970). Die Myelinlamellen und -septen reiben ein und verschwinden mit zunehmender Expansion der terminalen clubs und Mikrozysten. Etwa einen Tag nach der Durchschneidung der markhaltigen Faser nimmt der Druck innerhalb der Mikrozysten derartig zu, dab sie schlieblich aufplatzen. Dabei kann der terminal club auch aufreiben. Aile Flussigkeit, die in diesen Strukturen angesammelt war, findet sich jetzt im interstitiellen oder extrazellularen Raum des Ruckenmarks. Unter den verstreuten Organellen befinden sich Lysosome, von denen bekannt ist, dab sie mehr als 50 verschiedene Enzyme enthalten, alle hydrolytischer Natur und mit saurem ph. Die experimentellen Befunde unterstiitzen die Vorstellung, dab die verstreuten lysosomalen Enzyme zu einer Autolyse des umliegenden Ruckenmarksgewebes fiihren, die dann das typische Bild einer Verjlussigungsnekrose zeigt (KAO u. CHANG 1977). Zusammenfassend kann festgestellt werden, dab nach den elektronenmikroskopischen Untersuchungen von KAO et al. (1977) eine markhaltige Faser des Riickenmarks nach Durchschneidung nicht nur nicht in der Lage ist zu regenerieren, sondern mehr und mehr Anteile der Struktur verloren gehen und dab sich die durchtrennten Enden mehr und mehr von der Stelle der Transsektion entfernen. Erst nach mehreren Wochen, wenn der axoplasmatische FluB sich verringert oder ganz aufhort, treten inaktive terminale clubs auf, die nur wenige Organellen enthalten und keine Mikrozysten bilden und die vollstiindig von gefalteten Myelinscheiden umgeben sind (KAO et al. 1977).

14 Elektronenmikroskopische Befunde nach Unterbrechung markhaltiger Fasern 645 AxoplasmafluB AxoplasmafluB """""~.. ~.... ",.,.-.~ ~ - '.. _., ~~ Y" -~ ~ --- ~\,- ~. ~...::.:---.--:.:~:.: :- :---- ~ -,~., -- - ~r..,..~ u ~ -_- to ~. "'" _. -,: - -~ ~ ~::. ~._ -~... ''"(eii; -... ~--- -' " ~::....,-. =::-- eo::;>~ J...- :_t.. _,.. -- ~ ~ '- - ~....., '.., Traumatlsche Degeneration Wallersche Degeneration Abb Schematische Zeichnung des vorgeschlagenen Mechanismus der Iysosomalen Autolyse im Riickenmark bei Kontusion. Wiihrend die Scherkraft Axonotmese der grob, und mittelkalibrigen Fasern B1utungen in der weiben Substanz verursacht hat, sind die kleinen Fasern weniger betroffen und es findet deshalb an der Stel1e Kontusion und keine sofortige Myelotmese statt. Nach 24 h entwickeln sich axonale terminale Anschwel1ungen und Microzysten proximal und distal an entfernter Stel1e. So wie sich die terminalen Anschwel1ungen vergrobern und aufbrechen beginnen die Microzysten zusammenzuflie Ben. Auf diese Weise wird der Anteil der wei Ben Substanz, der die Gewalteinwirkung erlitt vom Riickenmark getrennt (d.h. Autotomie). Da die axonale terminale Anschwel1ung und die Mikrozysten nicht am Ort der Axonotmese entstehen, ist es klar, dab auber den intakten, von der mechanischen Gewalteinwirkung unverletzten kleinen Fasern zumindest 1-2 mm von verletzten Fasern ebenfal1s infolge des ZusammenflieBens der Mikrozysten vom Riickenmark getrennt werden. Lysosomale Enzyme werden freigesetzt und aktiviert, die sonst in den terminalen Anschwel1ungen einbehalten sind. Die charakteristische Verfliissigungsnekrose beginnt also in einiger Entfernung und schreitet auf den Mittelpunkt der Verletzung vor. Siehe Text fur zusiitzliche Einzelheiten. (Aus KAO 1980) Gleichgiiltig welche experimentel1e Methode zur traumatischen Schiidigung des Riickenmarks angewandt wird, sind die Gewebsalterationen im Riickenmark recht iihnlich. Sie konnen nach den Angaben der Autoren in 3 einfache grundlegende Gewebemuster (Abb. 232) eingeteilt werden: (1) Typ A, eine inkomplette Ruckenmarkschiidigung, bei der schlieblich zystische Hohlriiume in der grauen Substanz gefunden werden, (2) Typ B, komplette oder inkomplette Ruckenmarkschiidigungen, bei denen sich schlieblich zystische Hohlriiume in der wei Ben Substanz finden, und (3) Typ C, eine komplette oder inkomplette Schiidigung des Riickenmarks, in denen sich eine Kombination von zystischen Hohlriiumen und bindegewebigen Narben findet. Eine typische Typ 4 Liision wird beispielsweise durch den Aufpral1 eines Gewichts von 20 g aus 10 cm Hohe auf das freigelegte Riickenmark des Hundes erzeugt. Der Gewebeschaden findet sich im we sent lichen in der grauen Substanz und zeigt gleich nach der Gewalteinwirkung eine lokale Freisetzung von lysosomalen Enzymen, die normalerweise im Perikaryon nahe dem Zel1kern der Nervenzel1en gespeichert sind (KAO et al. 1977) (Abb. 233). Elektronenmikroskopische Untersuchung direkt nach der Gewalteinwirkung zeigt Rupturen der Zel1membranen mit Verstreuung der interzel1uliiren Organel1en (NEMECEK et at. 1971). Innerhalb weniger Stunden nach der Gewalteinwirkung sind die Zel1korper nicht mehr fiirbbar mit histochemischen Methoden zur Darstel1ung der sauren Phosphatase. Wahrscheinlich beruht das darauf, dab die lysosomalen Enzyme, die