Thoraxtrauma : Ein Mausmodell

Abstract

Das Thoraxtrauma mit seinen daraus resultierenden Verletzungen gehört heutzutage nach wie vor zu den führenden Diagnosen bei schwer bzw. polytraumatisierten Patienten. Immer mehr beschäftigen sich die Forschungen auch mit pulmonalen Auswirkungen hinsichtlich posttraumatischer Entzündungsreaktionen. In dieser Arbeit wird ein Modell vorgestellt, das in der Lage ist ein Thoraxtrauma reproduzierbar auszulösen. Mittels physikalischer Kenngrößen sollte die Krafteinwirkung auf Plastilinblöcke und das Verletzungsmuster am Mauskadaver quantifizierbar sein. Dies geschah im ersten Versuchsteil, indem ein Metallstempel aus einer bestimmten Höhe mit einem bestimmten Gewicht auf Plastilinblöcke fiel. Die wirkenden Kräfte, die Eindringtiefe des Stempels in das Plastilin und die Rückfederung wurden in Tabellen zusammengetragen. Hier galt es nach diversen Modifikationen an der Apparatur die Versuche an einer kleinen Messreihe zu wiederholen. Die Messungen der ersten 125 Versuche wurden mit einer elektronischen Schieblehre durchgeführt. Diese Methode schien nicht so zuverlässig zu funktionieren und erwies sich in der Handhabung als schwer reproduzierbar. Es wurden folglich noch einmal 125 Versuche mit einer anderen Messmethode (Fühlerlehre) durchgeführt und die Ergebnisse verglichen. Nachdem die Krafteinwirkung zuverlässig quantifiziert werden konnte, wurden die Versuche an toten Mäusen wiederholt. Dies sollte ermöglichen, eine Aussage darüber treffen zu können, wie sich die Krafteinwirkung auf den Thorax eines toten Tieres auswirkt und welche Verletzungen dabei entstehen und ob sich die Verletzungsmuster bei gleicher Krafteinwirkung ähnelten. Ziel war es, reproduzierbar Verletzungen eines prädefinierten Schweregrades hervorzurufen, die bei späteren Versuchen einer darauf folgenden Arbeit, an lebenden Tieren angewendet werden können. Die künftigen Tiere sollen bei entsprechender Krafteinwirkung das Trauma überleben. Zur Untersuchung und Erfassung der verursachten Verletzungen wurden die Kadaver zunächst einem Thoraxtrauma innerhalb der Versuchsanordnung unterzogen und anschließend mittels eines Kleintier-CTs begutachtet und schließlich durch Präparation thorakotomiert. Inspiziert wurden Herz, Lunge, große Arterien und Venen sowie die Bauchorgane durch Präparation. Es fiel auf, dass sich die Krafteinwirkungen innerhalb einer Versuchsgruppe mit gleichen Fallgewichten und Fallhöhen ähnelten. Beim geringsten Trauma zeigten sich keine und bei dem massivsten Trauma tödliche Verletzungen. Beim mittleren Trauma fand sich eine beidseitige Lungenkontusion mit diagonal Verlaufenden Hämatomen bei sonst augenscheinlich intakten Organen. Nach Beendigung der Versuche ließ sich eine robuste Aussage darüber treffen, bei 10 welchen Kräften auf den Thorax überlebbare oder nicht mit dem Leben vereinbare Verletzungen entstehen. Es ließ sich dadurch, dass die Einblutungen an der Lunge entstanden, feststellen wo die meiste Krafteinwirkung auf die Lunge einwirkte. Insgesamt bietet diese experimentelle Studie eine Grundlage, die Apparatur auch am lebenden Tier anzuwenden. Die Universität Ulm bediente sich bereits öfter eines Modells, welches auf einem Pressluftstoß beruht („blast wave generator“) und die Maus so einem Trauma aussetzte. Vergleichbar ist dies mit einer Druckwelle, die bei der Detonation von Sprengkörpern entsteht. Mit dem Experiment dieser Arbeit soll ein anderer Ansatz verfolgt werden. Ein Trauma so auszulösen, wie es bei Verkehrsunfällen, stumpfen Hieben oder Arbeitsunfällen entsteht, passt zu den häufigeren Ursachen für Thoraxtraumata in Deutschland. Auch die Universität Kiel löste ein mechanisches Trauma mittels Stempel aus, um Kombinationsverletzungen zu untersuchen19. Eine Erweiterung in der Darstellung und Messung der genauen Eindringtiefe und Rückfederung eines mechanischen Stempels galt in dieser Arbeit als ein interessantes Thema. Es lässt sich somit nicht nur beschreiben mit welchem Gewicht aus welcher Fallhöhe das Tier einem Trauma unterzogen wird, sondern auch wie tief der Stempel eingedrungen und zurückgefedert ist. Des weiteren geben die Tabellen, die in dieser Arbeit erstellt wurden, einen Aufschluss über die tatsächlich wirkenden Kräfte bei allen hier verwendeten Fallhöhen und Gewichten. In diesem bereits 2005 verwendeten Modell wurde ein Schutzschild auf den Thorax des Tieren aufgebracht und die einwirkenden Kräfte bilateral zu verteilen, Es sollte so versucht werden die Kraft vom Herzen und anderen intrathorakal gelegenen Strukturen fernzuhalten . Dieses wurde bei der Methode dieser Arbeit 1 unterlassen und der Stempel fiel auf den ungeschützten Thorax der Maus. Ob es bei dem hier präsentierten Homburger Modell einen Unterschied bei den Verletzungen oder der Letalität von lebenden Mäusen im Vergleich zu dem Pressluftmodell oder anderen mechanischen Modell gibt, bleibt abzuwarten und bietet Raum für weitere Forschung. Diese Arbeit stellt eine Grundlage dar, auf der künftig mit diesem Modell Traumata reproduzierbar ausgelöst werden können.

Thoracic trauma with all its possible injuries is still one of the leading diagnoses in patients presenting with multiple injuries following a traumatic impact to the upper body. Recent research has focused increasingly on the pulmonal impact, and here, specifically on posttraumatic inflammatory reactions. An in vivo model able to induce thoracic trauma of pre-defined intensity (e.g. in the mouse) is an important prerequisite in the experimental evaluation of new approaches to the treatment and management of thoracic trauma, including post-traumatic inflammatory reactions. The University of Ulm (Germany) employs a model of thoracic trauma using a blast wave generator, but this is largely designed to induce trauma mechanisms similar to those following the detonation of an explosive device. In this thesis, it is attempted to establish a model replicating mechanism of trauma which are causally responsible for very common traumatic injuries sustained in work- or road trafficrelated accidents, as well as in blunt blow personal injuries. The University of Kiel (Germany) uses a similar approach to the one described in this thesis. The relative performance of both models can only be evaluated by a parallel evaluation in live animals, opening scope for future work. The main difference between the model of Kiel an the model used in this thesis ist, that the force of impact fell down on the unprotected thorax of mice whereas in the other model a protection shield were placed onto the mouses` Chest to protect heart an mediastinal Structures from massive damage. Furthermore exact and detailed Tables where created to show the impact its-self and also penetration depth of the weight falling onto the chest1. The goal of this thesis was the development of an in vivo model able to cause thoracic trauma reproducibly, and able to quantify the physical impact exerted as well as to evaluate resulting injuries. Initially, metal blocks with variable, defined weights were dropped from predefined height onto modelling clay blocks. Resulting impact values were recorded, and reproducibility was achieved by modifications to the experimental setup. In total, 25 weight/ height combinations were evaluated, with 5 repeats for each combination tested. Data was recorded using either an electronic caliper or a mechanical caliper fitted with pre-defined 12 metal blades put under a rubber ring to measure the recoil of the metal block. The results of each test series were compared, and the mechanical calliper setup was found to show less variable results and better ease of handling. This experimental system was then used to investigate the effect of various height/weight combinations on the thoracic region of mouse cadavers. The resulting experimental data on injury patterns allows predictions whether the sustained trauma is potentially survivable by mice in vivo. After induction of a pre-defined thorax trauma as described above, CT- assessments were carried out on the individual mouse cadavers, followed by dissection with a video microscope. The main focus of examination was to assess damage to the heart, major blood vessels and abdominal organs and associated bleeding. Remarkably, injuries at a given combination of weight and height (ie a given nominal impact) were almost identical between animals. The lowest impact tested was least traumatic and did not lead to any massive organ lesions which should be immediately fatal in a live animal. The highest impact investigated was associated with severe damage and massive trauma leading to clearly immediately fatal injuries. Medium impact resulted in trauma characterised by pulmonal contusion with impression marks on both sides of the lung and was enough to cause visible lesions but no injuries likely to be fatal. In conclusion, the model described here is able to reproducibly induce variable degrees of thoracic trauma in the bodies of mice, of a spectrum that allows tests in living mice without causing injuries leading to immediate death.