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HBO bei Osteoradionekrose und Radioosteitis (2)
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Hyperbare Oxygenierung (HBO) bei Kieferosteomyelitis (1) und Osteoradionekrose (2)

 

Verfasser: Hellmuth Sümmerer, Claudia Haizmann (Druckkammerzentrum Freiburg)

 

Durch den frühzeitigen Einsatz moderner Antibiotika und durch radikalere Operationstechniken gelingt es heute in den allermeisten Fällen, eine Osteomyelitis auszuheilen. Osteradionekrosen sind durch stärkere Fraktionierung und höhere Energien der Strahlentherapie seltener geworden. Trotzdem kommen auch heute noch einzelne Fälle therapierefraktärer Osteomyelitiden oder Osteoradionekrosen vor. Hier besteht die Möglichkeit einer adjuvanten hyperbaren Sauerstofftherapie (HBO), um die Erkrankung dennoch zu sanieren. Die ersten Publikationen zur Osteomyelitis reichen in die 60er Jahre zurück.

 

HBO bei therapierefraktärer Kieferosteomyelitis (1)

Unter einer refraktären Osteomyelitis verstehen wir die chronische Osteomyelitis, die nach angemessener Therapie fortbesteht oder wieder aufgetreten ist, oder die aus einer akuten Osteomyelitis entstanden ist und nicht auf die standardisierten Behandlungsmaßnahmen reagiert hat. Systemische oder lokale, pathogene, resistenzmindernde Faktoren sind bei der refraktären Osteomyelitis nahezu immer vorhanden.

Gerade in der Kieferchirurgie ist dies von grosser Bedeutung durch den höheren Anteil an rein anaeroben oder Mischinfektionen mit Anaerobiern.

Da infizierter Knochen hypoxisch ist, und damit die Vermehrung von Anaerobiern und deren Toxinbildung begünstigt wird, vermag die HBO-Theapie die Infektionsrate zu senken (1, Calhoun 1988 ). Hyperbarer Sauerstoff kann den pO2 im infizierten Knochen proportional zur Gefäßdichte anheben. Die Phagozytosefähigkeit der Granulozyten und Makrophagen ist direkt proportional der lokalen Sauerstoffkonzentration, sodass die leukozytäre Bakteriolyse durch erhöhte Sauerstoffkonzentrationen unter hyperbarer Oxygenierung gefördert wird. Die Kollagenbildung zur Initiierung der Angiogenese ist abhängig vom Vorhandensein ausreichender Sauerstoffpartialdrücke (> 30 mmHg). In kontrollierten Studien mit Tiermodellen konnte die hyperbare Oxygenation alleine S. aureus im infizierten Knochen beseitigen (2, Davis 1988 ).

Bei 60 - 89 % der Patienten konnte so die Infektion erfolgreich zum Stillstand gebracht werden (3, Perrins 1966 ; 4, Depenbusch 1972; 5, Morrey 1979 ; 6, Davis 1986 ).

Die ersten Publikationen über die Wirksamkeit der HBO-Therapie stammen aus den 1960er Jahren (7, Slack 1965 ;1, Perrins & Maudsley 1966; 8, Coulson 1966 ; 9. Hamblen 1971 ). Anschließend folgten zahlreiche in vitro- und tierexperimentelle Studien, die den Wirksamkeitsmechanismus und die Effektivität aufzeigten. Hierbei wurde festgestellt, dass Veränderungen der Sauerstoffkonzentration die Gewebeart beeinflusst, die sich aus multipotenten Mesenchymzellen differenziert (10, Basset 1961 ). Unter Hypoxie differenzieren sie zu Knorpelzellen, während eine Hyperoxie Knochengewebe entstehen lässt. Weiterhin ist in einer hypobaren Atmosphäre mit deshalb erniedrigtem pO2 die Knochenheilung bei nicht akklimatisierten Tieren deutlich verlangsamt (11, Makley 1967 ). Hypoxie verzögert die Knochenregeneration durch verminderte Synthese von Kollagen, wie auch durch verminderte Mineralisation (12, Penttinen 1971 ). Hyperoxie verbessert hingegen beispielsweise die Frakturheilung.

 

Positive Krankheitsbeeinflussung durch hohen Sauerstoffpartialdruck:

 

Coulson (6, 1966) zeigte, dass unter hyperbarer Oxygenation mehr radioaktives Calcium in den Knochen aufgenommen wird, und im Vergleich zu Tieren unter atmosphärischem Druck eine höhere Bruchfestigkeit des Knochens resultiert. Yablon und Cruess (13, 1968 ) demonstrierten durch Autoradiographie mit Tritiumthymidin, dass alle Phasen der Frakturheilung durch den Einfluss der hyperbaren Oxygenierung beschleunigt werden. Das Wachstum von Callus, die Aufnahme von Mineralien und die Produktion von Kollagen sowie anderen Proteinen im Callus wird bei Ratten, die unter erhöhtem Sauerstoffpartialdruck von 2,5 bar stehen, beschleunigt gegenüber Versuchstieren in normobarer Atmosphäre (14, Niinikoski & Penttinen 1970; 15, Penttinen & Niinikoski 1972a; 16, Penttinen & Niinikoski 1972b ).

Bei Studien einer experimentellen Staphylococcus aureus-Osteomyelitis im Kaninchenmodell wurde nachgewiesen, dass im infizierten Knochen ein mittlerer pO2 von 21 mmHg herrscht im Unterschied zu 45 mmHg im gesunden Knochen (17, Mader 1980 ). Die Atmung reinen Sauerstoffs bei 2 bar Gesamtdruck hob den Sauerstoffpartialdruck des osteomyelitischen Knochens auf einen Mittelwert von 104 mmHg, im nicht infizierten Knochen auf 321 mmHg an. In der gleichen Studie fanden die Autoren, dass durch die hypoxische Sauerstoffspannung des osteomyelitischen Knochens eine verschlechterte leukozytäre Lyse von S. aureus bestand, und dass im Gegensatz dazu eine signifikant erhöhte leukozytäre Lyse bei der normalen Sauerstoffspannung des nicht infizierten Knochens erfolgt oder noch mehr bei den Partialdrücken, die durch hyperbaren Sauerstoff im Knochen erreicht wurden. Mader et al. (15) konnten bei Verwendung eines Kaninchenmodells einer S. aureus Osteomyelitis demonstrieren, dass sogar die hyperbare Oxygenation alleine die Knocheninfektion ausheilen kann. Sie ist hierbei gleich wirksam wie Cefalotin. Messungen des Gasgehaltes im Knochen bestätigten den erhöhten Sauerstoffpartialdruck bei zunehmender respiratorischer Sauerstoffkonzentration, und zwar sowohl im infizierten, als auch im nicht infizierten Knochen (18, Kivisaari 1975; 19, Niinikoski 1972 ). Da Sauerstoff auf Anaerobier bakterizid wirkt, ist dies wichtig. Der Grund für die Bakterizidie liegt in der Bildung freier Sauerstoffradikale, die Anaerobier nicht durch entsprechende Enzymsysteme (Superoxiddismutase, Katalase, Peroxidase) abbauen können.

Darüber hinaus besteht ein weiterer Grund der Wirksamkeit der hohen Sauerstoffpartialdrücke in der Förderung der leukozytären Phagozytose. Neutrophile Granulozyten benötigen eine minimale Gewebesauerstoffspannung von 30 - 40 mmHg, um Bakterien durch oxidative Prozesse zu zerstören. Deshalb wird die Phagozytose aerober gram-positiver Organismen einschließlich S. aureus und aerober gram-negativer Bakterien verbessert, wenn durch die hyperbare Oxygenierung der erniedrigte Sauerstoffpartialdruck des osteomyelitischen Knochens auf physiologische oder höhere Werte angehoben wurde. Die Erhöhung des Sauerstoffpartialdruckes über 30 - 40 mmHg hinaus verbessert die leukozytäre Lysefähigkeit weiter (20, Mader 1978).

 

Therapeutisches Fenster der HBO:

Betont wird in allen Arbeiten, dass bei einer therapieresistenten Osteomyelitis zuvor sowohl die parenterale Antibiotikagabe als auch eingreifende chirurgische Maßnahmen, wie z. B. Debridement, Decortikation und ggf. Spongiosa- oder Muskelplastik durchgeführt werden. Wenn trotz dieser Maßnahmen die Osteomyelitis weiterbesteht, sollte die HBO-Therapie zusätzlich angewandt werden.

 

Die bisherigen Daten, die von experimentellen und klinischen Studien gewonnen wurden, legen folgende Schlüsse nahe:

 

1. Infizierter Knochen ist hypoxisch
2. Hypoxie lässt Anaerobier wachsen und setzt ggf. Toxine frei
3. Hypoxie verschlechtert die leukozytäre Bakteriolyse
4. Hypoxie verschlechtert die Kollagenbildung zur Initiierung der Angiogenese
5. Hyperbarer Sauerstoff kann den pO2 im infizierten Knochen proportional zur Gefäßdichte anheben
6. Hyperoxie verhindert die Vermehrung anerober Bakterien (21, Calhoun 1988)
7. In kontrollierten Studien mit Tiermodellen konnte die hyperbare Oxygenation alleine S. aureus im infizierten Knochen beseitigen (22, Davis 1988).

 

HBO bei Osteoradionekrose und Radioosteitis (2)

 

Überblick:

Die nächst wichtige Patientengruppe, die durch HBO-Therapie profitiert, ist jene, die chronische, therapierefraktäre Weichteil- und/oder Knochendefekte als Spätfolge einer vorangegangenen Bestrahlungstherapie nach Kopf-/Halstumoren aufweist. Während bei der Osteomyelitis die Infektion die Ursache der Hypoxie darstellt, verursacht bei der Osteoradionekrose die Bestrahlung die Verminderung der Gefäßdichte mit chronischer Hypoxie. Hierdurch wird die chronische Wunde mit ihren Folgen, wie z. B. Fistelbildung, Osteitis, Spontanfraktur u. a. m. weiter unterhalten und erschwert die operativen Behandlungsmöglichkeiten, da in der Folge Transplantate nicht einheilen, Fremdkörper sich lockern und die Infektion mit anhaltender, eitriger Sekretion nicht unter Kontrolle zu bringen ist.

 

Zahlreiche klinische Fallbeschreibungen bestätigen die Erfolge der tierexperimentellen Untersuchungen. Die HBO unterstützt die kieferchirugische Intervention und sichert deren Erfolg auch in 70 bis 97% (23, Hart; 24, Sheng-Po) der bisher therapierefraktären Krankheitsfälle.

 

Entstehung:

Vor allem bei älteren Bestrahlungskonzepten, seltener auch in heutiger Zeit, sind durch Radiatio mit Dosen oberhalb von 60 Gy Schädigungen der angrenzenden gesunden Gewebe nach einem Zeitraum von zwei bis drei Monaten bis zu mehreren Jahren zu erwarten (25, Ueda 1993 ). Insbesondere im Bereich der kiefer- und gesichtschirugischen Tumoren findet man in einem nennenswerten Prozentsatz Radioosteo- und -weichteilnekrosen mit orocutanen Fisteln, Schleimhautdefekten mit teilweise offenliegender Mandibula und mit chronischen Osteitiden bzw. Osteomyelitiden. Die Osteonekrose der Mandibula ist aufgrund der Knochendichte mit stärkerer Strahlenabsorption und der geringeren Gefäßdichte häufiger als die Nekrose im Bereich der Maxilla. Eine zunehmende Gefäßhyalinisierung bzw. -sklerose im bestrahlten Gebiet mit Absterben der Endothelzellen und Thrombosierung und einem unbestimmtem Endpunkt ist die Folge der vorangegangenen Therapie. Die Gefäßdichte der Mandibula nimmt im Vergleich zum nicht osteoradionekrotischen, aber bestrahlten Knochen drastisch ab und kann etwa 20% der normalen Dichte erreichen (26, Bras 1990 ), während gleichzeitig die Fibrosierung des Knochens zunimmt und die Zellzahl reduziert ist (27, Marx 1983). Ausgangspunkt ist eine Occlusion der A. alveolaris inf. durch Intimafibrose und Thrombose. Sie ist das Hauptgefäß, das die Mandibula versorgt, während lediglich Teile der Schleimhaut oder der Muskelansätze die Blutversorgung aus der A. facialis oder ihren Seitenästen erhalten (22, Bras 199022; 28, Hellum 1981 ). Der verletzlichste und am häufigsten befallene Bereich des Unterkiefers ist hierbei die Region von den Prämolaren bis zum Retromollarraum (22, Bras 1990). Fibroblasten, Osteoblasten, Osteozyten und Makrophagen können ihre Funktion nicht mehr ausüben. Schon bei geringen Traumatisierungen, wie z. B. Zahnextraktionen, Reiben einer Prothese oder auch spontan kommt es zur Entstehung von Wunden, die auf Grund der Hypoxie und Hypozellularität keine oder nur geringe Heilungstendenz aufweisen. Fistelbildungen, Spontanfrakturen oder Abszesse sind dann die Folgen (29, Teixeira 1991 ).

 

Positive Krankheitsbeeinflussung durch hohen Sauerstoffpartialdruck:

Wird in diesen Geweben der zuvor erniedrigte Sauerstoffpartialdruck (in der Regel ca. 5-10 mmHg) durch HBO auf mehr als 30-40 mmHg angehoben, können die Zellen ihre Funktion wieder aufnehmen und ihren Zellmetabolismus normalisieren, Zellproliferation in Gang setzen und Gewebewachstum erzielen (30, Magnant 1992). Die Kollagenproduktion der Fibroblasten ist direkt proportional dem vorhandenen Sauerstoffpartialdruck (31, Mendel 1988; 32, Cianci 1994). Die Festigkeit der Kollagenfasern im Granulationsgewebe nimmt mit zunehmendem Sauerstoffpartialdruck ebenfalls zu. Kollagenfasern werden benötigt, weil sich an ihnen entlang neue Gefäße ausbilden, und auch hier ist die Endothelzellproliferation und damit das Wachstum neuer Kapillaren vom Sauerstoffpartialdruck bzw. vom Sauerstoffgradienten zwischen Wundrand und Wundzentrum abhängig. Die Hypoxie ist zwar der Trigger, der die Angioneogenese initialisiert, aber unter Hypoxie findet keine weitere Zellteilung statt. Deshalb ist ein hoher Sauerstoffgradient notwendig, um das Kapillarwachstum zu fördern. Weiterhin ist die Osteoklastenfunktion sauerstoffabhängig, mehr noch als die der Osteozyten. Ohne ausreichenden Sauerstoffpartialdruck wird der nekrotische Knochen nicht resorbiert (33, Welslau 1993).

Garrett et al. (34, 1990 ) begründen dies in ihrer Arbeit mit der Wirkung von freien Sauerstoffradikalen, insbesondere des Superoxid-Anions auf die Osteoklasten, die durch Einwirkung der Radikale zur Resorption stimuliert werden. Nach bis zu 30 Kammerbehandlungen steigt nach Kindwall (35, 1993 ) in vorbestrahltem Gewebe der Sauerstoffpartialdruck langfristig durch Neoangiogenese auf ein Maximum von 86% der Normalwerte an (36, Thorn 1997 ). Für zukünftige Gewebetransplantationen, Osteosynthesen, Fremdkörperimplantate o. ä. wird hier die notwendige Voraussetzung für die Einheilung geschaffen, wenn die Operation dann nicht sogar ganz überflüssig wird (37, Kindwall 1992 ). Marx (38, 1994 ) berichtet darüber, dass selbst bei gestielten myocutanen Lappen, die ihre eigene Blutversorgung mitbringen, die hyperbare Oxygenation notwendig ist, um in dem vorbestrahlten hypovasculären, hypozellulären und hypoxischen Transplantatbett ausreichende Voraussetzungen zum Einheilen zu erzielen. Er behandelt die Patienten deshalb präoperativ mit 20 HBO-Sitzungen und postoperativ mit weiteren 10 bis 20 Kammerbehandlungen (20/10-Protokoll nach Marx), nachdem er gefunden hatte, dass frühestens nach 8 HBO-Behandlungen eine Zunahme der Kapillardichte von zunächst 20% der Norm auf etwa 80% nach 20-25 Behandlungen erfolgt.

 

Therapeutisches Fenster der HBO:

Spätestens dann, wenn zuvor durchgeführte Operationen kein zufriedenstellendes Behandlungsergebnis bewirkten, ist vor und nach einer weiteren kieferchirurgischen Intervention bei einem bestrahlten Patienten der Einsatz der HBO gemäß dem Behandlungsschema nach Marx sinnvoll. Das Gleiche gilt auch vor Zahnextraktionen (39, Marx 1985 ) und vor geplanten osteointegrierten Implantaten (40, Granström 1999).

 

Sicherung der Effektivität der HBO:

Laut Marx und Johnson (34, 1985) sind die größten Herausforderungen in der Effektivität der Anwendung hyperbaren Sauerstoffs bei strahlentherapierten Patienten in der Kiefer- und Gesichtschirurgie die folgenden:

1. Zu wissen, wann man mit einer Operation eingreifen muss
2. Zu bestimmen, welcher Umfang bei einer chirurgischen Intervention erforderlich ist
3. Eine vollkommene funktionale und kosmetische Wiederherstellung all jenen zu ermöglichen, die der Kieferresektion bedürfen
4. Die hyperbare Oxygenation mit der chirurgischen Behandlung so zu koordinieren, dass die Osteoradionekrose zum Rückgang gebracht - nicht nur aufgehalten - wird ohne späteres Wiederauftreten
5. Die Anzahl der Sauerstoffüberdruckbehandlungen und die Kosten auf einem Minimum zu halten.

 

Durchführung der hyperbaren Sauerstoffbehandlung:

 

Die Initialbehandlung hängt von der Schwere des klinischen Krankheitsbildes des Patienten ab. Die HBO-Behandlungen werden überwiegend mit einem Gesamtdruck von 2,4 atm und einer Dauer von 90 - 120 Minuten durchgeführt. Nach größeren chirurgischen Eingriffen soll der Patient täglich behandelt werden, soweit möglich. Verbreitet ist bei Osteoradionekrosen das Behandlungsschema von Marx mit 20 präoperativen und 10 postoperativen Behandlungssitzungen (20/10-Schema). Nach maximal 40 HBO-Behandlungen wird eine Überprüfung der Anwendung empfohlen.

 

Während der viereinhalb jährigen guten Zusammenarbeit zwischen der Freiburger Kiefer- und Gesichtschirurgischen Universitätsklinik und dem Freiburger Druckkammerzentrum konnten bisher 16 Osteomyelitis- und 19 Osteoradionekrosepatienten mit überwiegend gutem Erfolg therapiert werden.

 

Nebenwirkungen:

Die wichtigsten Nebenwirkungen und Komplikationen entsprechen denen anderer Druckveränderungen, wie z.B. beim Fliegen, beim Tauchen oder im Gebirge. Es sind hauptsächlich die Druckausgleichsstörungen im Bereich des Mittelohrs, die in der Literatur mit etwa 2-3% angegeben werden, bei Patienten in unserem HBO-Zentrum nur in 1,6% zu beobachten waren. Weiterhin gibt es Druckausgleichsstörungen im Bereich der Nasennebenhöhlen (ca. 0,3-0,5%), der Zähne (0,3‰) und der Lunge (wenige Einzelfallberichte, «0,1‰).

Daneben sind sauerstoffbedingte Intoxikationserscheinungen möglich: im ZNS mit Halluzinationen, Übelkeit, Erbrechen, Muskelfibrillationen und epileptiformen Krämpfen. Die Häufigkeit wird mit 1:10.000 bis 1:20.000 angegeben, ist aber häufiger bei Krampfanamnese, Antibiotika (Cefalosporin-)- oder Cortisontherapie, bei Alkoholabusus, Schlafmangel u.a.. Weiterhin ist eine passagere, vollständig reversible Myopie bei länger dauernder Behandlungszeit beschrieben. Die Häufigkeit nimmt mit der Behandlungszeit zu. Auch eine Verstärkung vorbestehender Katarakte wurde nach mehr als 100-150 Sitzungen publiziert. Lungenschäden, wie sie in der Intensivmedizin bei langfristig mit hohem FiO2 beatmeten Patienten vorkommen, entstehen nicht, da die Behandlungzeiten mit Luftpausen fraktioniert werden und in der Regel auf wenige Stunden pro Tag beschränkt bleiben.

 

Kosteneinschätzung

Die HBO ist nicht nur klinisch wirksam, sondern auch kosteneffektiv einzusetzen: Bei 60 - 97 % der Patienten, die jahrelang auf wiederholte teuere operative Eingriffe und Antibiotikabehandlungen nicht ansprachen, konnte die Osteonekrose und/oder die Infektion erfolgreich zum Stillstand gebracht werden, wenn die HBO im Zusammenhang mit intensiver chirurgischer und antibiotischer Therapie eingesetzt wurde. Für andere Patienten, speziell solche mit Schädelbasisinfektionen, wurde die HBO-Therapie als lebensrettende Maßnahme nachgewiesen. In einer weiteren zahlenmäßig begrenzten Übersicht war die Kosteneffektivität durch den Einsatz der HBO-Behandlung bei der refraktären Osteomyelitis fünf Mal günstiger als ohne (41, Strauss 1980). Eine retrospektive Untersuchung von 1997 beschreibt die HBO-Therapie als sowohl kostengünstiger als auch effektiver als die konservative Behandlung und demonstriert hierduch die Überlegenheit der Therapieoption (42, Dempsey).

 

Literaturliste

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(21) Calhoun KH, Shapiro RD, Stiernberg CM, Calhoun JH, Mader JT. Osteomyelitis of the Mandible. ArchOtolaryngolHeadNeck 1988; 114: 1157-62

(22) Davis JC, Heckman JD. Refractory Osteomyelitis. In: Davis JC, Hunt TK (eds.) Problem Wounds. The Role of Oxygen. Elsevier, New York 1988; 125-142

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Weitere verwendete Literatur:

• Wray JB, Rogers LS. Effect of Hyperbaric Oxygenation upon Fracture Healing in the Rat. J Surg Res 1968; 8: 373

• Mainous EG. Hyperbaric Oxygen in Maxillofacial Ostoemyelitis, Osteoradinecrosis, and Osteogenesis Enhancement. In: Davis JC, Hunt TK (eds.) Hyperbaric Oxygen Therapy. Undersea Medical Society, Bethesda, Maryland, 1977; 191-203

• Marx RE, Johnson RP. Problem Wounds in Oral and Maxillofacial Surgery: the Role of Hyperbaric Oxygen. In: Davis JC, Hunt TK (eds.) Problem Wounds. The Role of Oxygen. Elsevier, New York 1988; 65-123

• Van Merkesteyn JPR, Bakker DJ, Van der Waal I et al. Hyperbaric Oxygen Treatment of Chronic Osteomyelitis of the Jaws. Int J Oral Surg 1984; 13: 386

• Hampson NB, Chairman and Editor. Hyperbaric Oxygen Therapy: 1999 Committee Report. Kensington, MD: Undersea and Hyperbaric Medical Society, 1999: 47-50

 

Tipps bei Knochennekrosen, KMÖS und Morbus Ahlbäck

Manchmal hilft es, das Gelenk zu entlasten

• Entlastung durch Gehstöcke, z.B. bei Morbus Ahlbäck.
• Entlastung durch Bandagen, z.B. am Schulter-Gelenk.
• Täglich 2 – 3 Liter trinken: Wasser, dünner Tee, verdünnte Fruchtsäfte begünstigen die Heilung.

 

Weitere Informationen im Internet:

Selbsthilfegruppe "Morbus Ahlbäck"

Zuletzt aktualisiert am Donnerstag, 29. April 2010