Arch. klin. exp. 0hr.-, Nas.- u. Kelk.Heilk. 203, 58--69 (1972) © by Springer-Verlag 1972

II. Die Umbauvorg/inge in autogenen und allogenen Geh5rkn5chelchentransplantaten

im Tierexperiment E. R. Kas~enbauer

Hals-~asen-Ohrenklinik der Universit~t Mfinchen (Direktor: Prof. Dr. H. H. Naumann)

Eingegangen am 3. M/~rz 1972

The Osseous In teg ra t ion of Autologous and Homologous Transplants of the Audi to ry Ossicles: Animal Exper iments

Summary. Autologous and homologous transplants of the incus were performed in rabbits. In addition, bone chips from the lateral attic wall were wedged between malleus and stapes. Results were assessed histologically. The ultimate integration into the host tissues was very much the same for both types of graft materials as well as for autologous and homologous transplants. It was only during the first few weeks that the autologous bone was more rapidly accepted by the host tissues (because of the lacking antigen/antibody reaction) than the homologous transplants. The latter did not show apposition of newly formed osteoid tissue until the 20th, or even the 30th day. Even after nine to twelve months, the autologous transplants, and similarly the homologous ones, revealed devitalized graft tissues of varying size. The present results indicate the suitability of homologous incus transplants either preserved in Cialit or in lyophilized form for the repair of defects in the ossi- cular chain. Although, usually, homologous tissues are partially absorbed, it must be emphasized that an autologous incus does not constitute an ideal substitute either because of the resultant osteitic changes.

ZusamsTenJassung. Das Verhalten autogener und allogener Transplantate yon AmboB und Knochenspiinen bei Kaninchen wird histologisch naeh verschiedener Verweildauer untersueht. Die endgiiltigen Umbauvorgi~nge autogener und allogener Transplantate sind weitgehend ~hnlich. Eine Diskrepanz besteht lediglich in den ersten Woehen der Ein- und Umbauvorggnge, da beim autogenen Knoehen- Transplantat wegen des Wegfalls der Antigen-AntikSrper-Reaktion ein konti- nuierlicher Knochenumbau zu beobachten ist, wohingegen die allogenen Knochen- Transplantate erst nach dem 20.--30. Tag nach der ~bertragung eine Anlagerung yon wirtseigenem osteoiden Gewebe zcigen. Auch naeh 9--12 Monaten zeigen sich an den autogenen Transplantaten, ghnlieh den allogenen Transplantaten, noch untersehiedlieh groBe Bezirke yon devitalem Transplantatgewebe. Auf Grund dieser Ergebnisse kann man sagen, dab sieh der allogene AmboBersatz mit Cialit- konscrviertem und lyophilisiertem Knoehengewebe zur Uberbriickung yon Schall- leitungsketten-Defekten im Sinne der Transposition oder Interposition, ~hnlich autogenen AmboB-Transplantaten, eignet. Selbst unter Beriicksichtigung ge- wisser Teildestruktionen der allogenen GehSrknSchelchen-Transplantate auf Grund immunologischer Vorgange muB man doch bedenken, dab der hgufig zur Trans-

Umbauvorg~nge in Geh6rkn6chelchentransplantaten. II 59

position verwendete eigene AmbogkSrper auf Grund seiner ostitisehen Veri~nderun- gen sicher such kein ideales Material im Sinne eines potenten, osteoinduktiv wir- kenden Spanes darstellt.

Die Uberbrfiekung von Defekten in der SchalMtungskette erfolgt am hgufigsten mit autogenen Knochen- und Knorpelteilen sowie mit Draht- and Kuns{stoffprothesen (Guilford, 1959 ; Z611ner, 1960; Belueei, 1960; Sehuknecht, 1960; Kley, 1965; Ples~er, 1968; House 1960/1970). Die racist geiibte Methode hierbei ist die Transposition oder Interposition des Ambogk6rpers, weshalb wit unsere Untersuehungen speziell auf das Verhalten des Ambosses sis Transplantat ausriehteten.

Bei unseren Trsnsplantations-Versuchen am Kaninchen mi~ allo- genen I Ambol~-Transplantaten hubert wit such eine Versuehsreihe mit autogenen Transplantaten operiert, um somit eine VergleichsmSglichkeit zwischen autogenen and allogenen Knoehen-Transplantaten zu erhalten. Bei der Diskussion fiber dasVerhalten yon autogenen Knoehen-Transplan- taten im Mittelohr (Z611ner, 1960; Beck, 1961; Hall u. Rytzner, 1961) wurde stets das Problem er6rtert, ob das autogene Transplantat oder Teile des Trsnsplsntates naeh seinem HerauslSsen ass seinem ernghren- den Lager iiberleben and yon sich aus im ncuen Lager Knoehen aufbauen k6nnen, oder ob das Transplantat eine mehr oder weniger passive Rolle spielt und nur als Leitgerfist dem einsprossenden Lager-Bindegewebe dient oder das Einwaehsen yon Bindegewebe zu verhindern hat (Self- left, 1967).

An frisehen Knoehensehliffen aus Frskturzonen konn~e naehgewiesen werden, dab Osteoeyten in der Wandung der Haversschen Kangle noch 1--2 Wochen fiberleben k6nnen (Schenk, Willenegger, t964). Das IJber- leben seiner cellulgren Elemente hgngt dabei yore Lager und der von ihm susgehenden Diffusion und Revaseularisation ab. Letzteres steht wiederum in engem Zussmmenhang mit der Form bzw. der Struktur des Transplantates, das um so leiehter vom Lagergewebe ersehlossen wird, je weitmasehiger sein Grundgerfist ist (Matthi, 1932; Abbot, 1947). Kompakter, eortiealer Knoehen ist deshalb weniger sis Transplantat geeignet, weil er in geringerer Zahl osteogenetisehe Zellen enthglg and die vaskulgre Ersehliegung des Haversschen Systems ungleieh sehwie- tiger ist sis beim spongiSsen Knochen-Transplantst (W. Axhausen, 1962; Schweiberer, 1970). In der Spongiosa des Knoehens ist deshalb die Um- baurate etwa dreimal so hoeh wie in der Kompakts (Frost, 1963). Dies ist zu berfieksiehtigen, wenn wir bei der Tympanoplastik autogenes Knochen- material aus der Regio temporalis in Form eines Cortiealisspanes ver- wenden.

t Neue Nomenklatur. autogen = autolog, isogen = isolog, allogen = homolog, iso-allogen = Transplantationsmaterial innerhalb eines Koloniezuehtstammes.

60 E.R. Kastenbauer:

Bis heute ist noch ungekl/irt, ob das Gef~Bnetz des Transplantates Anastomosen mit einsprossenden Capillaren eingeht (Conway, 1951; Burian, 1955/1958). Dies ist jedoch auch bier yon nicht allzu grofter Be- deutung; entscheidend fiir uns bleibt, dab die Vascularisation unserer Translo]antate innerhalb der ersten 6--8 Tage erfolgt und hiermit die Ern~thrung der transplantierten Zellen gew/~hr]eistet ist. Die Bedeutung des Periostes hinsiehtlich der Osteogenese zeigen Untersuehungs- ergebnisse der nachstehenden Autoren (G. Axhausen, 1908; Koch, 1924; W. Axhausen, 1962) wonach im periostbedeckten autogenen Span die Knoehenneubildung regelm~13ig am 3.--4. Tag beginnt, wohin- gegen diese an den periostlosen Sp~tnen erst sp£ter und dann vor allem zuerst an der Markseite und an den Enden des Spanes einsetzt, wo die geSffneten Haverssehen Kan~le mit den Osteoblasten AnschluB an die Gef~Bversorgung gefunden haben (Rosini, Freiberg, 1963; Eeke, 1967). Die Knoehen-Neubildungsfithigkeit des Periostes bleibt aber dabei yon der Vascularisation abh~ngig (Choen, Lacroix, 1955; Sehweiberer, 1970). Wir fanden bei unseren biochemisehen Untersuehungen hinsiehtlieh der 15sliehen und unlSsliehen Proteine eines Geh6rkn6chelehen-Transplan- tares, dab die LSsliehkeit der Proteine nahezu aussehlieBlieh im Periost stattfindet. Man muB wohl hier einen Zusammenhang zwischen der Frei- setzung der Proteine im Periost und der raschen l%eossifizierung sehen, wenn man die Diskrepanz hinsiehtlieh der l%eossifizierung zwisehen periostlosen und periosthaltigen Sp~nen verstehen will.

Autogene GehSrknSchelchen-Transplantate verhalten sieh hinsieht- ]ich ihres Umbaues /~hnlieh den iso-allogenen und allogenen Trans- plantaten. Es kommt n/imlieh auch hier zu einem weitgehenden Unter- gang der transplantateigenen vitalen Ze]len, so dab die Umbauprozesse sich sehr ~hnlieh denen beim allogenen Transplantat verhalten. Es besteht lediglich der Unterschied, dab wir naeh einer L?bertragung auto- gener GehSrknSehelchen keine VerzSgerung der Reossifizierung auf- grund der Antigen-Antik6rper-Reaktion und keine Destruktion auf- grund immunologischer Abwehrvorg/~nge finden. Welche Faktoren im Stadium des Abbaues der Knoehen-Grundsubstanz mesenchymale Zellen zur Differenzierung zu Osteoblasten anregen, ist bis heute noeh unbekannt. Man nimmt jedoeh an, dab EiweiBsubstanzen aus der ab- gebauten Grundsubstanz in einen noeh ungekl~rten Prozel3 der Protein- Synthese eingreifen (Jakob, Monod, 1961), wobei es nach Burwell (1963/1965) hinsichtlieh der Osteoinduktion keine Rolle spielt, ob dabei autogene oder allogene Knochen-Grundsubstanz abgebaut wird.

Methodik Als Versuchstiere dienten Kaninchen mit einem Gewicht zwischen 2--3 kg. Die

Tympanoplastiken (autogener Amboltersatz) wurden unter dem Ohrmikroskop

Umbauvorgiinge in GehSrknSchelchentransplantaten. II 61

unter Wechslerstellung 10--40 durehgefiihrt. Die Anaesthesie erfolgte mittels i.v, Injektion yon Nembutal. Die Geh6rknSehelehen-Transplantate wurden jeweils dem Tier entnommen, fiir 15 min in Koehs~Izl6sung gelegt und ansehliegend wiederum zwisehen Hammer und Steigbiigel reimplantiert. Ebenso wurden Knoehensp~ne yon der seitliehen Kuppelraumwand abgemeigelt und Ms AmboBersatz zwisehen Hammer und Steigbiigel interponiert. Die Fixierung der Transplantate erfolgte mittels des Gewebeklebers Histoaeryl-N (Fa. Braun, Melsungen). Vergleichend wurden bier aueh iso-Mlogene GehSrknSehelehen-Transplantate yon Koloniezueht- fatten herangezogen, da sieh diese hinsiehtlieh ihrer Transplantations~ntigene ghnlieh den autogenen Transplantaten verhalten.

Bei der histologisehen Auswertung der Felsenbeine sehen wit, dab das autogene Knoehen-Transplantat 5ohnlieh dem allogenen vom Empf/~nger urn- und neu eingebaut wird. Der Abbau des Transplantates vollzieht sich dabei nieht nur an der/~ugeren Oberfl~tehe der Knochenb~lkchen und der Compaeta, sondern aueh an der inneren Oberflgehe im Bereieh der Haverssehen Kan/ile. Neben einkernigen Osteoklasten sind speziell die riesenzelligen Osteoklasten am Abbau beteiligt, die kettenf6rmig auf- treten kSnnen and I~esorptionszonen entwiekeln (Abb. 1). Je raseher und vollstgndiger der Abbau, um so intensiver ist die induktive Stimulierung osteoblastiseher Zellen sowie unspezifiseher Mesenehymzellen, die durch den Abbau der Hartsubstanz zu Osteoblasten induziert werden (Schwei- beret, 1970). Vergleiehen wit hiermit den Abbau macerierter autogener Knochen-Grundsubstanz, so erkennen wit aus den Versuchsergebnissen yon Sehweiberer (1970), wie bedeutend ffir die Osteoinduktion eines Knoehen-Transplantates die Mucopolysaeeharide in den Reossifizie- rungsvorgang eines KnoehemTransplantates eingreifen. Naeh der Maceration (Verfahren nach Maatz, 1957) yon autogener Knoehen- Grundsubstanz und dem damit erfolgten Entzug der Mueopolysaceharide verh/~lt sieh diese mit dem Verlust der osteogenetisehen Potenz ebenso wie xenogenes Knochenmaterial.

Wit sehen bei den autogenen Geh6rkn6ehelchen-Transplant~ten ab dem 10.--12. Tag (Abb. 2 u. 3) -- gemessen am allogenen Transplantat-- einen relativ raschen Knochen-Um- und -Anbau, der kontinuierlich fortgesetzt wird. Wghrend sieh das erste osteoide Gewebe vorwiegend an der Peripherie der Transplantate anlagert, zeigen sich ab dem 20. Tag auch im Zentrum der Geh6rknSehelehen-Transplantate in der Umgebung der kleinen Markkanglchen zahlreiche osteoide Neubildungsherde. In diese Knoehenkan~lchen sprol3t mesenehymales Bindegewebe mit Capillaren ein und ffihrt in diesen Bezirken im Sinne der angiogenen Knoehenneubildung zu Osteonen. 4 Wochen naeh der Operation finden wir bereits breite Zonen yon vitalem Knochengewebe im Zentrum der Transplantate (Abb.4).

Naeh 6 Woehen ist der autogene AmboBk6rper, 5,hnlieh einem allogenen Ambol3transplantat naeh 2--3 Monaten umgebaut (Abb.5).

62 E.R. Kastenbauer:

Nach der anf/~nglieh etwas raseher ablaufenden Phase des kn6ehernen Einbaues beim autogenen und iso-allogenen Transplanta t verl/iuft der weitere Umbau etwa ab der 6.--8. Woche in einem vergleiehbaren Um- fang mit dem allogenen Transplanta t (Abb. 6). Naeh 9- - 12 Monaten sehen wit, ebenso wie beinl allogenen AmboB-Transplantat , zwisehen vitalen wir~seigenen Knoehenbezirken noch unterschiedlieh groge

Abb. 1. Bei diesem iso-allogenen, Cialit-konservierten AmboB-Transplanta~ (f) (Ratte) ist am 8. Tag eine kettenf6rmige Anordnung yon Osteoklasten (R) am Rande des ansonsten devitalen Transplantates siehtbar. (VergrSBerung 400lath,

H.-E.-F/~rbung)

Abb.2. Iso-allogen transplantiertes Ossieulum am 14. postoperativen Tag mit be- ginnender Reossifizierung (Ra~e). Das devitale Transplantatgewebe (T) is~ z. T. yon Bindegewebe (Bg) ersetzt, in dem einzelne mononueleiire l~undzellen ein- gelagert sind. Im Zentrum des Transplantates Anlagerung yon osteoidem Ge-

webe (0), Osteoblastenreihe (Or). Vergr6Berung 250faeh, tt.-E.-Fgrbung)

Abb. 3. Autogener, frischer Knochenspan (T) (Kaninehen) aus der lateralen Kuppel- raumwand, der als AmboBersatz translolan~iert wurde. OberhMb des Faeialis- kanals (•) gelegen, zeigt das Transplant~at (T) bereits am 12. Tag deutlieh vitale Knoehenzonen (Kz), die speziell der medialen Paukenwand (raP) zugekehrt sind.

(Vergr6Berung 100faeh, It.-E.-F/irbung)

Umbauvorg~inge in Geh6rkn6chelehentransplantaten. II 63

Abb. 2

Abb. 3

64 E. 1%. Kastenbauer:

dev i ta le Transp lan ta tbez i rke , so dab sich zu diesem Ze i tpunk t hinsicht- l ich der Urn- und E inbauvorggnge - - abgesehen yon Des t ruk t ionen der feinen Knochenfor tsAtze - - kein nennenswer te r Untersch ied zum allo- genen T r s n s p l a n t a t zeigt (Abb. 7 und 8).

Zusammenfassend kSnnen wit somi* sagen, dag sieh das autogene T r a n s p l a n t a t ~hnlieh einem al logenen Transplan~at ve rMl t , da es

Abb.4. Autogenes Ambog-Transplantat (Kaninehen) 4Wochen nach der Ope- ration. Im Zentrum zahlreiehe kleinere Osteone (0) um die Knoehenkan~lehen. An der Peripherie ebenfalls Anlagerung yon osteoidem Gewebe (0). (VergrSBerung

40faeh, H.-E.-Fgrbung)

Abb. 5. Autogenes AmboB-Transplantat (A) nach 6 Wochen (Ksninchen). Mehrere vitale Knorpel (K1) und Knochenbezirke (Kn) sichtbar; in dem Gelenkspalt zum Hammer (H) ein zellreiehes Bindegwebe (Bg). (VergrSBerung 100fach, H.-E.-FAr-

bung)

Abb.6. Allogener, Cialit-konservierter Ambol3 (A) (Kaninehen) 3Monate post- operativ. Rechts das Manubrium des vitalen Empf~nger-Hammers (H), links zum FaciMiskanM (F), das zum grSBten Teil noeh devitMe AmboB-Transplantat mit seiner Gelenkverbindung (G) zum Hammer. An der Kontaktstelle zur medialen Paukenwand eine zarte vascularisier~e Bindegewebsbriieke (Bb), die zn einer Zone neu angelagerten Knochens (Kn) am Transplantat fiihrt. (Vergr5Berung 40faeh,

!I,-E,-Fgrbung)

Umbauvorggnge in Geh6rkn6chelchentransplantaten. I I 65

Abb. 5

Abb. 6

5 Arch. klin. exp. Ohr.-, Nas. u.- Kehlk.IIeilk., Bd. 203

66 E .R . Kastenbauer:

ebenfal ls vSllig um- und e ingebaut werden muff. I m Unte rsch ied zum al logenen T r a n s p l a n t a t entfal len jedoch die Ant igen-Ant ik6rper - Re~kt ionen mi t dem Unte rgang des vi t~len Gewebes und Des t ruk t ionen am T r a n s p l a n t a t aufgrund immunologischer Vorg~nge, so dab hier ein kont inuier l icher Knochen-Neubi ldungsproze[3 s ta t t f inde t .

Abb.7. Autogenes Ambof~-Trunsplantat (Kaninchen) 1 Jahr post operationem. Zwischen relstiv ausgedehnten Zonen yon devitalem Transplantatgewebe (T) zahl- reiche Osteone (0). In der Umgebung ein Entzfindungsgewebe. (VergrSBerung

100 fach, H.-E.-F~rbung)

Abb.8. Allogener, Cialit-konservierber Ambol~ (A) nach i Jahr (Kaninchen). Der oberhalb der Gelenkflgche (G) gelegene Ambol~ ist yore Hammer (H) des Empfiin- gers nur noch durch einen geringeren Zellreichtum zu unterscheiden. In der Um- gebung eine schwere, plasm~cellul~re, chronische Entziindung (E). Der Ersatz- AmboB erscheint weitgehend in das Empf~nger-Gewebe integriert. (Vergr6Berung

100 fach, H.-E.-F~rbung) Abb. 9. Autogener, transponierter AmboB (A) Ilach 9 ~ionaten (Kaninchen), der in seinen t~andbezirken die Zeichen einer Ostitis mit partieller Destruk~ion (D) des Ambosses zeigt. Die massive, plasmacellul~re (Pl), chronische Otitis ist durch die Transplantation eines menschlichen, Cialit-konservierten TrommelfeIles bewuBt provoziert, um somit das Verhalten yon autogenen Knochentransplantaten im Laufe einer cln'onischen Otitis media zu demonstrieren. (VergrSl]erung 100fach,

tt.-E.-F~rbung.) (R = Riesenzelle)

Umbauvorg/~nge in Geh6rkn6chelchentransplantaten. II 67

Abb. 8

5*

Abb. 9

68 E. 1%. Kastenbauer:

Ffir die kl inische Anwendung bedeu te t dies, dab zwar gesunder au togener Knochen sicher das besSe T ransp l an t a t i onsma te r i a l dars te l l t , dab wir aber auch sehr h/~ufig einen berei ts ost i t isch ver/~nderten Ambol3- kSrper (Abb.9) verwenden mfissen, der hinsicht l ieh seiner osteogene- t i schen Potenz und resorp t iven Ver/ inderungen an der Per ipher ie e inem gesunden allogenen, konserv ie r ten T r a n s p l a n t a t n icht wesentl ich fiber- legen sein d f r f t e . W i r b rauchen bei der Verwendung des AmbogkSrpe r s zur Transpos i t ion oder In te rpos i t ion im Gegensa~z zum to ta len al logenen AmboBersa tz au f die resorp t iven Vorg/inge an der Per ipher ie und den feinen For t s / i t zen der T ransp l an t a t e n ich t so sehr R f c k s i c h t zu nehmen, da der grSgte Tell des al logenen Transp lan ta t e s durch empf/ingereigenes Knochengewebe erse~zt und somit der gewiinschte Columel la-Effekt gesichert wird.

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Priv.-I)oz. Dr. E. R. Kastenbauer, 0berarzt dcr Univ.-HN0-Klinik ])-8000 Mfinchen 2, Pettenkoferstr. 8 a ]~undesrepublik Deutschland