Effects of Hyperbaric Oxygen on Healing of Bone, Bone Grafts and Bone Graft Substitutes in Calvarial Defects

Abstract

Väitöskirjatyössä tutkittiin ylipainehappihoidon vaikutusta kallon luupuutosten paranemiseen sekä autogeenisen eli oman luusiirteen kanssa että ilman sitä. Myös luukorvikkeita kuten demineralisoitua luuta ja kalsiumfosfaattia verrattiin omaan luuhun sekä toisiinsa. Tutkimukseen käytettiin 50 valkoista Uuden Seelannin kania.

Tutkimuksen ensimmäisessä työssä 20 kania jaettiin satunnaisesti kahteen 10 kanin ryhmään ja jokaiselle tehtiin poralla kallon luuhun kaksi luupuutosta eli defektiä joista toinen oli läpimitaltaan 15mm ja toinen 15x18mm. Molemmat defektit olivat siten ns. kriittisen kokoisia eli tarpeeksi isoja jotta ne eivät parane itsestään. Ryhmä 1 sai 90 minuutin ylipainehappihoidon 2.4 absoluuttisessa ilmanpaineessa päivittäin 20 peräkkäisenä päivänä. Ryhmä 2 oli kontrolliryhmä joka hengitti vain normaalipaineista huoneilmaa. Viisi eläintä molemmista ryhmistä lopetettiin 6 ja toiset viisi 12 viikon kuluttua.

Toisessa työssä ensimmäisessä osatyössä kerätyistä 20 näytteestä analysoitiin verisuonikasvutekijöiden esiintymistä immunohistokemiallisella värjäyksellä.

Kolmannessa työssä 10 kania jaettiin kahteen 5 kanin ryhmään ja kaikille tehtiin kallon molemmille puolille luuhun läpimitaltaan 15mm defektit. Niistä porattu luu laitettiin takaisin joko oikean tai vasemman puolen luupuutokseen. Ryhmä 1 sai ylipainehappihoitoa kun taas ryhmä 2 hengitti vain normaalipaineista huoneilmaa eli toimi kontrolliryhmänä. Molemmat ryhmät lopetettiin 6 viikon kuluttua.

Neljännessä työssä 20 kania jaettiin taas satunnaisesti kahteen 10 kanin ryhmään joille tehtiin kallon molemmille puolille luuhun 15mm defektit. Ryhmässä 1 luudefektit täytettiin joko demineralisoitua luuta sisältävällä tahnalla tai geelillä. Ryhmässä kaksi luudefekteihin laitettiin joko pelkkää kalsiumfosfaattia tai sitä sisältävää tahnaa. Viisi kania kummastakin ryhmästä sai taas ylipainehappihoitoa ja toiset 5 toimivat kontrolleina. Eläimet lopetettiin 6 viikon kuluttua. Kallon luupuutokset analysoitiin röntgenkuvin, mikrotietokonetomografialla sekä histomorfometrisilla mittauksilla. Sekä radiologinen että histomorfometrinen tutkimus osoittivat että uutta luuta oli enemmän ylipainehappihoidetuissa defekteissä kuin kontrolliryhmän defekteissä (p Prosentuaalisesti merkitsevää eroa uudisluun muodostuksessa ei ollut 15mm ja 15x18mm ylipainehappihoidetuissa luupuutoksissa. Verisuonikasvutekijöitä oli enemmän 6 viikon kohdalla ylipainehappihoitoryhmässä kuin kontrolliryhmässä (p=0.012). Värjäys 12 viikon kohdalla osoitti kuitenkin niiden vähenemistä verrattuna 6 viikon kohdalla tehtyyn värjäykseen (p=0.008) ja verisuonikasvutekijöiden määrä oli tuolloin sama kuin 6 ja 12 viikon kontrolliryhmissä. Ylipainehappihoito vähensi myös sidekudosmuodostusta kalsiumfosfaatilla täytetyissä luudefekteissä ja lisäsi vähän mutta merkitsevästi luun uudelleenmuodostusta demineralisoidulla luulla hoidetuissa defekteissä. Mikrotietokonetomografiassa havaittiin korkeampi luun mineraalitiheys ja mineraalipitoisuus omalla luusiirteellä täytetyissä defekteissä kuin defekteissä joihin ei laitettu siirrettä (p

This study was undertaken in four parts to evaluate the effect of hyperbaric oxygen (HBO) on the repair of critical-sized defects with and without autogenous bone graft (ABG). Also bone graft substitutes such as demineralized bone matrix (DBM) combined with a gel, and biphasic calcium phosphate (BCP) were evaluated. A total of 50 New Zealand white rabbits were used in this study. Phase I used 20 animals which were randomly divided into 2 groups of 10 animals each. Calvarial defects were created in the parietal bones of each animal bilaterally. Defects were critical-sized, 15 mm on one side and supracritical-sized, 18 mm on the contralateral side. Group 1 received 90-min HBO treatment session at 2.4 absolute atmospheric pressure (ATA) per day for 20 consecutive days. Group 2 were normal pressure (NBO) controls, breathing only room air. Five animals in each group were sacrificed at 6 and 12 weeks. In part II 20 specimens that were harvested in part I were analysed for the presence of Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) using immunohistochemical staining. Part III used an additional 10 animals which were randomly divided into 2 groups of 5 animals each. Bilateral 15 mm calvarial defects were created in the parietal bones of each animal.

Autogenous bone grafts were placed on the left or right defect of each animal. Group1 received HBO treatment while Group 2 served as normal pressure controls. All animals were sacrificed at 6 weeks. In part IV an additional 20 animals were used which were randomly divided into 2 groups of 10 animals each. Bilateral 15-mm calvarial defects were created. Group I defects were grafted with either DBM putty or DBM gel. Group II defects were grafted with either BCP or BCP putty. Five animals from each group received HBO treatment and 5 animals served as controls. All animals were sacrificed at 6 weeks. Calvarial specimens were analysed by radiographs, micro-computed tomography (mCT) and histomorphometry. Both radiographic analysis and histomorphometric analysis demonstrated more new bone within HBO-treated defects compared to normal pressure defects (p