Zusammenfassung.
Fragestellung Der ESWA werden sowohl
osteodestruktive als auch osteostimulierende Effekte zugeschrieben. Dabei wird
ein Zusammenhang zur applizierten Energie postuliert. Wir untersuchten deshalb,
ob die ESWA in vitro einen Effekt auf das Wachstums- und
Proliferationsverhalten von humanen Knochenzellen ausübt.
Methode: Humane spongiöse Knochenbiopsate wurden
kultiviert, so daß daraus Zellen wuchsen; nach Entstehung eines
konfluenten Zellrasens wurden 5 × 105
Knochenzellen in Rundboden-Röhrchen eingebracht, abzentrifugiert und mit
Medium überschichtet. Anschließend wurden unter standardisierten
Bedingungen Stoßwellen appliziert. Anzahl (500, 1000 und 2000 Impulse)
und Intensität (0,15, 0,26 und 0,51 mJ/mm2
Energieflußdichte-EFD) der Stoßwellen wurden systematisch
kombiniert. Jede Kombination wurde 10-mal durchgeführt, zusätzlich
gab es eine unbehandelte Kontrollgruppe. Zellvitalität,
Stoffwechselaktivität (knochenspezifische alkalische Phosphatase),
Syntheseleistung (knochenspezifische Kollagen-Typ-I-Synthese) und
Wachstumsverhalten der Zellen wurden bestimmt. Ergebnisse: In Abhängigkeit von Impulszahl und
Intensität, d.h. von der effektiven Gesamtenergie, kommt es zu einer
Abnahme der Überlebensrate behandelter Knochenzellen. Nach 2000 Impulsen
hochenergetischer ESWA sind nur noch 40 % der behandelten Zellen
vital. Die überlebenden Zellen sind nach ESWA in bezug auf die
Aktivität der alkalischen Phosphatase vergleichbar mit unbehandelten
Zellen. In Abhängigkeit von der Impulszahl - aber
intensitätsunabhängig - sinkt die
Kollagen-Typ-I-Syntheseleistung der vitalen Zellen. Zwischen dem 3. und 8.
Beobachtungstag kam es zu einer signifikanten Steigerung der Proliferationsrate
der mit 2000 Impulsen mittlerer und hoher Intensität behandelten Kulturen.
Schlußfolgerung Es besteht ein
Dosis-Wirkungs-Prinzip der ESWA: Eine Mindestzahl an Impulsen oberhalb einer
Mindest-EFD wird benötigt, um Effekte auf das Knochenzellverhalten zu
erreichen und nachzuweisen, dabei ist die Impulszahl der maßgebliche
Faktor. Hohe ESWA-Dosen bewirken kurzfristig eine Zelldestruktion,
mittelfristig eine Stimulation der überlebenden Zellen
Aim: Osteodestructive effects as well as
stimulation of bone growth are often described after extracorporeal shock-wave
application (ESWA). A correlation between the applicated energy and outcome is
assumed. The purpose of this study was to analyze, whether ESWA has an
influence on growth and proliferation of bone cells in vitro. Methods: Human cancellous bone was cultivated until a
confluent cell layer had grown. 5 × 105 bone
cells were transfered into U-formed tubes, centrifuged and covered with
cultivation medium. Thereafter ESWA was applicated in a standarized manner.
Number and intensity of ESWA were systematically combined (500, 1000, 2000 and
0.15, 0.26, 0.51 mJ/mm2 energy flux density-EFD,
respectively). Ten samples per combination were analyzed. In addition, we
examined an untreated control group. Survival, metabolism (alkaline phosphatase
activity), type I collagene-synthesis as well as proliferation were determined.
Results: There is a decrease of survival after ESWA
depending on the number of impulses and intensity (dose-dependent survival).
Cell survival was significantly reduced to 40 % after 2000
impulses with high energy rates. Metabolism of surviving cells is not altered
by ESWA in comparison with controls. Depending on the number but not on the
energy of impulses the type I collagene-synthesis of surviving cells decreased.
Between the 3rd and the 8th day after ESWA proliferation increased
significantly in cell cultures treated with 2000 impulses of medium or high
energy rates. Conclusions: There is a direct relation
between dose and effect for ESWA: A minimum number of impulses and EFD is
needed to cause effects on bone-cells. This mainly depends on the numbers of
impulses. Destruction of cells is a short-time effect of high shock-wave-doses,
a medium-term effect is a cell-stimulation.
Schlüsselwörter:
ESWA - Knochenzellen - Zellbiologie
Key words:
ESWA - bone cells - cell-biology
Literatur
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