Osteomyelitis

Der Begriff „Osteomyelitis“ wurde zur Bezeichnung einer Entzündung des Knochens und des Knochenmarks vorgeschlagen (aus dem Griechischen bedeutet „Osteomyelitis“ Entzündung des Knochenmarks). Derzeit wird dieser Begriff als eine infektiöse und entzündliche Läsion des Knochengewebes (Osteitis), des Knochenmarks (Myelitis), des Periosts (Periostitis) und der umgebenden Weichteile verstanden. Osteomyelitis wird auch als Infektion im Knochen definiert.

Osteomyelitis ist ein lokaler Entzündungsprozess, der als Reaktion auf die Invasion und Proliferation mikrobieller Körper entsteht. Der Hauptauslöser der hämatogenen Osteomyelitis ist die endogene Invasion mikrobieller Körper in den Knochenmarkkanal; bei der exogenen Osteomyelitis erfolgt die mikrobielle Invasion durch ein Trauma des Knochens oder des umgebenden Gewebes. Die Lokalisierung der Entzündung dient als Schutzreaktion des Körpers und verhindert die Entwicklung einer Sepsis, die möglich ist, wenn die Mechanismen zur Begrenzung des eitrig-nekrotischen Prozesses versagen. Dies kann auf die hohe Virulenz und Pathogenität der Mikroorganismen, das Ausmaß der Läsion, die Dauer des Entzündungsprozesses und die Schwächung der Abwehrkräfte des Makroorganismus zurückzuführen sein.

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Epidemiologie

Trotz stetiger Fortschritte im Verständnis der Pathogenese von Knochen- und Gelenkinfektionen und der Einführung moderner Diagnose- und Behandlungsmethoden ist bei der Zahl dieser Patienten in den letzten 30 Jahren kein Rückgang zu verzeichnen.

Akute hämatogene Osteomyelitis tritt bei 2 von 10.000 Kindern auf, chronische Osteomyelitis bei 2 von 10.000 Menschen und die Knochen der unteren Extremitäten sind in 90 % der Fälle betroffen. Das Schienbein macht 50 %, das Oberschenkelknochen 30 %, das Wadenbein 12 %, der Oberarmknochen 3 %, die Ulna 3 % und der Radius 2 % der Läsionen der langen Knochen aus. Derzeit sind in der Epidemiologie der Osteomyelitis der langen Knochen mehrere Trends zu beobachten. Es haben sich Veränderungen in der Struktur der hämatogenen Osteomyelitis ergeben. In den führenden Industrieländern ist ein Rückgang der Inzidenz der akuten hämatogenen Osteomyelitis der langen Knochen bei Kindern (2,9 Neuerkrankungen pro 100.000 Einwohner pro Jahr) und des Staphylococcus aureus als Hauptverursacher der Erkrankung von 55 auf 31 % zu verzeichnen. In Ländern mit entwickelter Infrastruktur sind diese Krankheiten ziemlich selten geworden.

In den letzten Jahren hat die Zahl der Patienten mit posttraumatischer Osteomyelitis zugenommen. Dies ist vor allem auf die Zunahme von Traumata, insbesondere infolge von Verkehrsunfällen, Veränderungen der Mikroflora, die Eiterung verursachen können, und Störungen des menschlichen Immunsystems zurückzuführen. Die Entstehung von Knocheninfektionen wird durch Diabetes mellitus, obliterierende Gefäßerkrankungen, Tumore, Alkoholismus und Rauchen begünstigt. Bei Erwachsenen sind Frakturen der langen Röhrenknochen die Hauptursache für Osteomyelitis. Die Entwicklung dieses pathologischen Zustands hängt von vielen Faktoren ab, vor allem von Ort und Ausmaß der Knochen- und Weichteilschädigung, Durchblutungs- und Innervationsstörungen, Aktualität und Qualität der primären chirurgischen Behandlung, Methode der Antibiotikaprophylaxe, Wahl der Osteosynthesemethode und plastischem Wundverschluss. Dabei variiert die Inzidenz von Osteomyelitis stark – von 0,5–2 % bei der chirurgischen Behandlung geschlossener Frakturen und Verletzungen der oberen Extremität bis zu 50 % und mehr bei offenen Unter- und Oberschenkelfrakturen mit ausgedehnten Weichteilschäden.

Unter modernen Bedingungen hat die Rolle eitriger Komplikationen, einschließlich Osteomyelitis, nach Schusswunden an den Extremitäten zugenommen. Die Hauptursachen hierfür sind die Schwere der Knochen- und Gelenkverletzungen sowie Behandlungsfehler bei der medizinischen Evakuierung. Nach den Erfahrungen bewaffneter Nachkriegskonflikte liegt die Inzidenz einer Schussosteomyelitis bei mindestens 9-20 %.

Verschiedene Arten der internen Metallosteosynthese haben sich weltweit in der Frakturbehandlung durchgesetzt. Eine ungerechtfertigte Ausweitung der Indikationen für Operationsmethoden bei schweren Frakturen mit ausgeprägten Weichteilschäden, die Nichteinhaltung von Operationszeitpunkt und -technik sowie die falsche Wahl des Operationsbehelfes und der Metallkonstruktion führen zu schweren eitrigen Entzündungen von Knochen und Gelenken. Eiterungen im Bereich der Speichen und Stäbe sowie eine sogenannte Speichenosteomyelitis bleiben die häufigsten Komplikationen bei der Osteosynthese mit externen Fixateuren. Jährlich werden weltweit etwa eine Million Knie- und Hüftgelenkersatzoperationen durchgeführt. Daher wird die nach Endoprothetik auftretende Osteomyelitis insbesondere in Industrieländern zu einem großen Problem.

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Ursachen Osteomyelitis

Im Jahr 1880 isolierte Louis Pasteur als erster Mikroben aus dem Eiter eines Patienten mit Osteomyelitis und nannte sie Staphylokokken. Später wurde festgestellt, dass alle pyogenen Mikroben Osteomyelitis verursachen können und das klinische und morphologische Bild der Krankheit von ihrer Artenzusammensetzung abhängen kann. Derzeit ist der Erreger der akuten hämatogenen Osteomyelitis der langen Röhrenknochen bei Kindern hauptsächlich Monoflora (bis zu 95 %). Dies ist in der Regel Staphylococcus aureus, der in 50-90 % der Fälle isoliert wird. Dieser Mikroorganismus bleibt aufgrund seines Osteochondrotropismus und seiner hohen Anpassungsfähigkeit der führende Erreger in allen Fällen von Osteomyelitis, was zur Entwicklung einer großen Anzahl verschiedener antibiotikaresistenter virulenter Stämme und letztendlich zu einer Verringerung der Wirksamkeit konservativer Behandlungen führt.

Bei Kindern unter einem Jahr werden Streptococcus agalactiae und Escherichia coli am häufigsten aus Knochen und Blut isoliert, während bei Kindern über einem Jahr Streptococcus pyogenes und Haemophilus influenzae isoliert werden. Die Häufigkeit der H. influenzae-Isolierung nimmt bei Kindern über vier Jahren ab, was auch mit der Verwendung eines neuen Impfstoffs gegen diesen Erreger zusammenhängt.

Bei Patienten mit akuter posttraumatischer Osteomyelitis, die bei offenen Frakturen mit ausgedehnten Weichteilschäden auftritt, werden gemischte aerob-anaerobe Assoziationen mit einem Überwiegen gramnegativer Mikroorganismen, hauptsächlich Pseudomonas aeruginosa, kultiviert. Die mikrobielle Kontamination in der Läsion beträgt in der Regel 106-108 mikrobielle Körper in 1 g Knochengewebe.

Bei chronischer Osteomyelitis spielen grampositive Kokken der Gattung Staphylococcus die führende ätiologische Rolle, wobei Staphylococcus aureus vorherrscht. Die Häufigkeit der Aussaat hängt vom Stadium des Prozesses ab und liegt zwischen 60 und 85 %. Bei chronischen Entzündungsprozessen können Staphylokokken in Monokulturen oder als Teil aerob-anaerober Assoziationen vorkommen. Staphylokokken werden durch gramnegative und anaerobe Bakterien ersetzt, die sich durch eine höhere Resistenz gegen weit verbreitete antibakterielle Medikamente auszeichnen als grampositive Bakterien.

Pathogenese

Osteomyelitis kann durch eine hämatogene Infektionsausbreitung, das direkte Eindringen von Mikroorganismen in den Knochen oder einen benachbarten, externen Infektionsherd verursacht werden. Bei einer posttraumatischen Osteomyelitis kommt es aufgrund von Gewebeschäden und Blutversorgungsstörungen zum direkten Eindringen der mikrobiellen Flora. Die Entwicklung dieser Osteomyelitisform hängt direkt vom Eindringen der Mikroorganismen, ihrer Menge, Art, Virulenz und dem Grad der Weichteilschädigung ab. Nach der Beeinträchtigung der Schutz- und Anpassungsreaktionen des Körpers durch verschiedene physikalische, biologische Faktoren und Begleiterkrankungen ist dessen Fähigkeit zur wirksamen Eindämmung der Infektion eingeschränkt, was zur Entwicklung des Anfangsstadiums der Erkrankung beitragen kann.

Eine tiefe, langfristige Knocheninfektion wird durch die Anwesenheit einer devaskularisierten Kortikalis aufrechterhalten, die von Bakterien umgeben ist. Diese wirkt wie ein Fremdkörper und ist die Hauptursache für Osteomyelitis bei den meisten offenen Frakturen. Posttraumatische Osteomyelitis kann neben den üblichen pathogenen Mikroorganismen auch durch nicht-pathogene Staphylokokken und anaerobe Kokken verursacht werden. Zum Zeitpunkt der Verletzung dringen sie in die devitalisierten Bereiche der Kortikalis ein und fördern dort unter anaeroben Bedingungen die Sequestrierung und die Entwicklung einer Osteomyelitis. Eine solche Knocheninfektion entwickelt sich häufig nach offenen Frakturen.

Eine Reihe systemischer und lokaler Faktoren beeinflussen die Immunantwort, den Stoffwechsel und die lokale Blutversorgung während der Entwicklung einer Osteomyelitis. Zu den systemischen Faktoren zählen Mangelernährung, eingeschränkte Nieren- und Leberfunktion, Diabetes mellitus, chronische Hypoxie, Immunerkrankungen, bösartige Erkrankungen, hohes und seniles Alter, Immunsuppression und Immunschwäche, Splenektomie, Virusinfektionen, Alkoholismus und Rauchen. Lokale Faktoren wie chronisches Lymphödem, venöse Stauung, Gefäßläsionen, Arteriitis, schwere Narbenveränderungen, Fibrose, Pathologie der kleinen Gefäße und Neuropathie tragen ebenfalls zur Infektionsentwicklung bei.

Akute Osteomyelitis ist eine eitrige Infektion, die mit Ödemen, Gefäßstauungen und Thrombosen kleiner Gefäße einhergeht. In der akuten Phase der Erkrankung ist aufgrund lokaler Entzündungen die intraossäre und periostale Blutversorgung gestört, und es bilden sich große Knochenfragmente (Sequester). Das Vorhandensein von infiziertem, nicht lebensfähigem Gewebe und eine ineffektive Reaktion des Makroorganismus sowie eine unzureichende Behandlung führen zur Chronizität der Erkrankung. Mit dem Übergang des eitrigen Prozesses in das chronische Stadium verändert sich die mikrobielle Landschaft allmählich. Niedrigvirulente Stämme von Staphylococcus epidermidis und Staphylococcus aureus beginnen eine dominante Rolle zu spielen.

Knochengewebsnekrose ist ein wichtiges Merkmal der akuten posttraumatischen Osteomyelitis. Abgestorbener Knochen wird langsam durch Granulationsenzyme resorbiert. Die Resorption erfolgt am schnellsten und frühesten an der Verbindungsstelle zwischen lebendem und nekrotischem Knochen. Bei lokalisierter Osteomyelitis wird abgestorbener, spongiöser Knochen langsam resorbiert. Der abgestorbene Bereich der Knochenkortikalis löst sich allmählich vom lebenden Knochen und bildet einen Sequester. Organische Bestandteile im abgestorbenen Knochen werden größtenteils durch proteolytische Enzyme zerstört, die von Makrophagen oder polymorphkernigen Leukozyten produziert werden. Aufgrund der beeinträchtigten Blutversorgung erscheint abgestorbener Knochen optisch heller als lebender Knochen. Kleine Bereiche nicht lebensfähiger, spongiöser Knochen werden innerhalb von 2–3 Wochen resorbiert; die Sequestrierung der Kortikalis kann Monate dauern.

Die morphologischen Merkmale der chronischen Osteomyelitis sind Knochennekrose, Knochenneubildung und Exsudation polymorphonukleärer Leukozyten, denen eine große Anzahl von Lymphozyten, Histiozyten und manchmal Plasmazellen beigefügt ist. Das Vorhandensein von abgestorbenem Knochen führt häufig zur Bildung von Fisteln, durch die Eiter in das umgebende Weichgewebe gelangt und schließlich an der Hautoberfläche austritt und eine chronische Fistel bildet. Dichte und Dicke des neu gebildeten Knochens können allmählich zunehmen und unter relativ günstigen Bedingungen einen Teil oder die gesamte neue Diaphyse bilden. Die beiden parallelen Prozesse entwickeln sich über viele Wochen oder Monate, abhängig vom Ausmaß der Nekrose sowie dem Grad und der Dauer der Infektion. Endosteale Knochenwucherungen können den Markraum verdecken.

Nach der Entfernung des Sequesters kann der verbleibende Hohlraum mit neuem Knochen gefüllt werden. Dies kommt besonders häufig bei Kindern vor. Eine posttraumatische, sekundäre Osteomyelitis entsteht einerseits durch traumatische Gewebeschäden und andererseits durch das Eindringen und die Entwicklung von Mikroorganismen. Die unzureichende Stabilisierung des geschädigten Knochens führt zur Entwicklung und Ausbreitung eitriger Infektionen, zur Bildung sekundärer Nekrosen und Sequester.

Die meisten Autoren sind der Meinung, dass es ratsam ist, ausgedehnte Wunden bei Patienten mit offenen Frakturen ohne frühzeitigen Wundverschluss zu behandeln, was das Problem der Bekämpfung einer akuten eitrigen Infektion mit sich bringt. Eine langfristige offene Behandlung solcher Wunden birgt die reale Gefahr einer Osteomyelitis. Daher sollten die Hauptursachen einer posttraumatischen Osteomyelitis bei Patienten mit offenen Frakturen berücksichtigt werden:

• vorzeitige und unzureichende chirurgische Behandlung der Läsion;
• unzureichende, falsch gewählte Fixierungsmethode;
• eine lang anhaltende, ausgedehnte Wunde;
• falsche Einschätzung des Ausmaßes der Weichteilschädigung;
• unzureichende postoperative Überwachung.

Von großer Bedeutung für die Prävention von Osteomyelitis bei offenen Frakturen ist die rechtzeitige Entfernung von Wundexsudat während des temporären und endgültigen Verschlusses der Wundoberfläche. Die Ansammlung von Wundexsudat ist auch einer der Gründe für die Entstehung einer sekundären Nekrose.

Die Analyse der Ursachen für die Entwicklung einer posttraumatischen Osteomyelitis bestätigt, dass die Immersionsmetallosteosynthese zu den Faktoren gehört, die die Häufigkeit eitriger Komplikationen bei offenen Frakturen und die Entwicklung einer Osteomyelitis beeinflussen. Es ist bekannt, dass ihre Anwendung bei offenen Frakturen mit massiven Weichteilschäden, insbesondere im Schienbeinbereich, das Infektionsrisiko dramatisch erhöht. Dieses Muster ist besonders deutlich bei Schussfrakturen zu beobachten, was die Meinung mehrerer Experten zum notwendigen Verbot der Immersionsosteosynthese bei dieser Art von Verletzungen veranlasste.

Obwohl die zur Herstellung der Fixateure verwendeten Legierungen als immunologisch inert gelten, kommen manchmal Fälle von Metallunverträglichkeit vor. In schweren Fällen führt eine solche Reaktion zu einer akuten Entzündung mit Fistelbildung und Sekundärinfektion. Dieser Prozess basiert auf der Bildung von Haptenen – Substanzen, die bei der Biotransformation des Metalls und der Bindung seiner Moleküle an Proteine entstehen und so die Voraussetzungen für eine Sensibilisierung schaffen. Auslöser dieses Prozesses ist die oberflächliche Zerstörung des Implantats infolge Oxidation durch Peroxidverbindungen, Phagozytose oder mechanischer Zerstörung (bei Stabilitätsstörung der Knochenfragmente oder Reibung der Fixateurelemente aneinander). Eine Metallsensibilisierung kann initial bestehen oder sich infolge einer Immersionsmetallosteosynthese entwickeln.

Ein neuer Schritt in der Wissensvertiefung über Osteomyelitis ist mit der Erforschung ihrer Pathogenese auf verschiedenen Organisationsebenen verbunden: submolekular, molekular, zellulär und organspezifisch. Die Untersuchung der Haupterreger der Osteomyelitis, wie beispielsweise Staphylococcus aureus, ermöglichte die Identifizierung extra- und intrazellulärer mikrobieller Aggressions- und Invasionsmechanismen, mit deren Hilfe Bakterien Infektionen auslösen und aufrechterhalten, Knochengewebezellen direkt schädigen, die schützende Immunantwort des Körpers stören und die Wirksamkeit von Antibiotika verringern. In den letzten Jahren wurde die Rolle von Zytokinen, einem der Regulatoren der zellulären und humoralen Immunität, aktiv untersucht. Eine neue, bisher unbekannte Rolle knochenproduzierender Zellen – Osteoblasten –, die in der Lage sind, eine antigenspezifische Aktivierung von Immunzellen und Entzündungsmediatoren als Reaktion auf die intrazelluläre Invasion von Mikroorganismen in das Knochengewebe zu bewirken, wurde ebenfalls nachgewiesen. Gleichzeitig ist zu beachten, dass die Pathogenese der Osteomyelitis angesichts der Vielfalt ihrer Erscheinungsformen noch nicht vollständig geklärt ist. Viele der vorgeschlagenen pathogenetischen Mechanismen liegen auf hypothetischer Ebene.

Symptome Osteomyelitis

Eine detaillierte Anamnese reicht oft aus, um eine Osteomyelitis zu diagnostizieren. Kinder mit hämatogener Osteomyelitis können akute Infektionssymptome wie Fieber, Reizbarkeit, Müdigkeit, Schwäche und lokale Entzündungszeichen aufweisen. Ein atypischer Verlauf ist jedoch häufig. Bei Kindern mit hämatogener Osteomyelitis können die Weichteile um den betroffenen Knochen die Infektion lokalisieren. Das Gelenk ist in der Regel nicht von der Infektion betroffen. Bei Erwachsenen mit hämatogener Osteomyelitis finden sich meist unklare Symptome, darunter anhaltende Schmerzen und leichtes Fieber. Hohes Fieber, Schüttelfrost, Schwellungen und Hyperämie über dem betroffenen Knochen können ebenfalls auftreten. Bei einer Kontaktosteomyelitis treten häufig lokalisierte Knochen- und Gelenkschmerzen, Hyperämie, Schwellungen und Exsudation um die Verletzungsstelle auf. Anzeichen einer schweren systemischen Entzündungsreaktion wie Fieber, Schüttelfrost und Abendschweiß können in der akuten Phase der Osteomyelitis auftreten, bleiben jedoch in der chronischen Phase aus. Sowohl die hämatogene als auch die Kontaktosteomyelitis können in ein chronisches Stadium übergehen. Das chronische Stadium ist durch anhaltende Schmerzen, Exsudation und leichtes Fieber gekennzeichnet. Fistelgänge finden sich häufig in der Nähe der Infektionsstelle. Verschließt sich der Fistelgang, kann sich ein Abszess oder eine akute disseminierte Weichteilinfektion entwickeln.

Formen

Je nach klinischem Verlauf und Dauer der Erkrankung wird Osteomyelitis traditionell in akute und chronische unterteilt. Nach dem pathogenetischen Prinzip wird Osteomyelitis in hämatogene und posttraumatische unterteilt, die sich als Folge mechanischer, chirurgischer oder Schussverletzungen sowohl des Knochengewebes als auch der umgebenden Weichteile entwickeln können. Hämatogene Osteomyelitis kann sich primär chronisch manifestieren (Brodie-Abszess, Garré-sklerosierende Osteomyelitis, Ollier-Albuminöse Osteomyelitis).

Die von der medizinischen Fakultät der University of Texas übernommene klinische und anatomische Klassifikation der Osteomyelitis der langen Röhrenknochen bei Erwachsenen – die Czerny-Mader-Klassifikation – erscheint für die praktische Anwendung geeignet. Die Klassifikation basiert auf zwei Prinzipien: der Struktur des Knochenschadens und dem Zustand des Patienten. Nach dieser Klassifikation werden strukturelle Knochenschäden bedingt in vier Typen unterteilt:

• Typ I (medulläre Osteomyelitis) – großflächige Schädigung der Strukturen der Knochenmarkhöhle eines langen Knochens bei hämatogener Osteomyelitis und bei Eiterung nach intramedullärer Osteosynthese;
• Typ II (oberflächliche Osteomyelitis) – Schädigung nur des kortikalen Teils des Knochens, die normalerweise bei einer direkten Infektion des Knochens oder durch eine benachbarte Infektionsquelle in Weichteilen auftritt; ein septisches Gelenk wird auch als oberflächliche Osteomyelitis (Osteochondritis) klassifiziert;
• Typ III (fokale Osteomyelitis) – Schädigung der Kortikalis und der Strukturen des Knochenmarkkanals. Bei dieser Art von Schädigung ist der Knochen jedoch immer noch stabil, da sich der Infektionsprozess nicht auf den gesamten Knochendurchmesser ausbreitet;
• Typ IV (diffuse Osteomyelitis) - Schädigung des gesamten Knochendurchmessers mit Stabilitätsverlust; Beispiele hierfür sind eine infizierte Pseudoarthrose, Osteomyelitis nach einem offenen Trümmerbruch.

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