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Einleitung

Bei allen weltweit in den vergangenen Jahren durchgeführten Studien zum Wirknachweis von

niederenergetisch gepulstem Ultraschall

sowohl bei frischen Frakturen als auch bei gestörten Frakturheilungen wurden ausnahmslos

EXOGEN-Ultraschallgeräte

verwendet. Siehe auch unter Publikationen. Diese wurden als Monocenterstudien auf historischen Daten basierend oder auch prospektiv projektiert. Sie wurden erfolgreich sowohl bei Tieren als auch bei Menschen durchgeführt.

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Die wichtigsten, in den letzten Jahren durchgeführten Studien:

  • Beschleunigt niedrig intensiver, gepulster Ultraschall die Heilung von Skaphoidfrakturen.
    E. Mayr, M.-M. Rudzki, M. Rudzki, B. Borchardt, H. Häusser, A. Rüter,
    Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Zentralklinikum Augsburg
    Klinische, prospektive, randomisierte Monozenterstudie, 1999

  • Der Effekt von niedrig intensiven Ultraschall auf die Frakturheilungsstörung
    E. Mayr, A. Rüter, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Zentralklinikum Augsburg
    Klinische, prospektive, konsekutive Anwendungsbeobachtung, 1999

  • Die Behandlung infizierter Pseudarthrosen mit niedrig intensivem, gepulstem Ultraschall
    C.L. Romano, J.C. Messina, E. Meani, Instituto Ortopedico Gaetano Pini, Milano
    Klinische Anwendungsbeobachtung,1998

  • Regeneratreifung während der Kallusdistraktion unterstützt durch niedrig intensiven Ultraschall.
    E. Mayr, A. Laule, G. Suger, L. Glaes, A. Rüter, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Zentralklinikum Augsburg, Tierstudie am Schaftsmodell, 1998

  • Acceleration of Tibial Fracture-Healing by Non-Invasive, Low-Intensity Pulsed Ultrasound
    J.D. Heckman, J.P. Ryaby, J. McCabe, R.N. J. Frey, R.F. Kolcoyne
    Dep. of Orthopaedics, University of Texas Health Science Center at San Antonio, Texas
    Prospecitve, randomized, double-blind, placebo-controlled, Multi-Center-Study, 1994

  • Accelerated Healing of Distal Radial Fractures with Use of Specific, Low-Intensity Ultrasound
    T.K. Kristiansen, J.P. Ryaby, J. McCabe, R.N. J. Frey.L.R. Roe
    University of Vermont, Berlington and Comm. Medical Center, Scranton, Pennsylvania
    Prospecitve, randomized, double-blind, placebo-controlled, Multi-Center-Study, 1997

  • Die Wirksamkeit von niederenergetischem Ultraschall zur Behandlung von Pseudarthrosen
    D. Gebauer, E. Mayr, E. Orthner,
    Klinische Multicenter- und Self-Pairing-Studie,1997


In den Niederlanden, den Vereinigten Staaten, in Kanada und in Großbritannien laufen Studien, die den Effekt des niederenergetischen gepulsten Ultraschalls an der Klavikulafraktur, der Skaphoidfraktur, der Humerusfraktur und bei der Kallusdistraktion nachweisen sollen.

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Zellbiologische Vorgänge unter niedrig intensivem gepulstem Ultraschall / Experimentelle Untersuchungen und Ergebnisse:

Von verschiedenen Wissenschaftlern wurde bisher der Wirkmechanismus des niedrig intensiven gepulsten Ultraschalls hinterfragt. Die bedeutendsten Ergebnisse zeigen sich wie folgt:

Bereits 1999 hat Parvizi1 in einer Studie an Chondrozyten aus Femurkondylen neugeborener Ratten einen Effekt von niedrig intensivem gepulstem Ultraschall nachweisen können.

Die Chondrozyten wurden mit einer Intensität von 50 und 500 mW/cm² stimuliert. Bei beiden Intensitäten kam es zum Anstieg der intrazellurären Ca2+ Konzentration. Nach Absetzen der Stimulation ging die Ca+ Konzentration auf ihren Ausgangswert zurück, was auf eine Unversehrtheit der Zellmembran hinweist. Die Änderung der intrazellulären Ca2+ Konzentration war von der Intensität des Ultraschalls abhängig. Es zeigt sich, dass Chondrozyten ein Ultraschallsignal direkt erkennen können, und dass Zellen durch die Stimulierung mit Ultraschall mit einer Konzentrationsänderung von Ionen reagieren, von denen eine intrazelluläre Signalwirkung bekannt ist. Somit kann man annehmen, dass durch die Deformierung der Zellmembran aktivierte Ionenkanäle für den Anstieg der Ca2+ Konzentration verantwortlich sind. Der Kalziumfluß beeinflusst die enzymatische Aktivität von Zellen und führt somit beispielsweise zur Synthese spezifischer Proteine2. Die Steigerung der intrazellulären Ca2+ Konzentration scheint der entscheidende Triggermechanismus für den Ultraschall zu sein, der die Frakturheilung stimuliert.

1Parvizi, J., Wu, C.C., Lewallen, D.G., Greenleaf, J.F., Bolander, M. E.: Low-intensity ultrasound stimulates synthesis of proteoglycans in rat chondrocytes by increasing expression of aggrecan gene. Journal of Orthopaedics, 17:448-494, 1999

2Wu, C., Lewallen, D.G., Bolander, M.E., Bronk, J., Kinnick, R., Greenleaf, J.F.: Exposure to low-intensity ultrasound stimulates aggrecan gene expression by cultured chondrocytes. Trans. Orthop. Res. Soc., 21:622, 1996.
Yang, K.H., Parvizi, J., Wang, S.J., Lewallen, D.G., Kinnick, R., Greenleaf, J.F., Bolander, M.E.: Exposure to low-intensity ultrasound stimulates aggrecan gene expression in a rat femur fracture model., 14(5):802-809, 1996.

An der Universität Ulm3 wird derzeit in Laborversuchen an humanen Fibroblasten der Effekt des niederenergetischen gepulsten Ultraschalls untersucht.

Nachdem erkannt wurde, dass es bereits nach einer zweiminütigen Beschallung von Osteoblastenkulturen zu einem Anstieg des Kalziumgehaltes kam, wollte man nun herausfinden inwieweit das Weichteilgewebe positiv durch den Ultraschall beeinflusst wird. Es wurden Fibroblasten 20 min. pro Tag beschallt. Die Intensität des Ultraschalls betrugt 30 mW/cm². Die ersten Ergebnisse zeigen, dass die Zellproliferation im Vergleich zur Kontrollgruppe höher ist, und dass diese Zellen eine verbesserte Matrixsynthese, die sich in einer verstärkten Expression von Kollagen 1 und 3 zeigte. Die numerische Proliferation nimmt deutlich unter dem Einfluss von niederenergetischem Ultraschall zu.

Es wird untersucht werden, ob vermehrt Kalzium von extra- nach intrazellulär transportiert wird, welche Wachstumsfaktoren freigegeben werden und was der Ultraschall bei der Signal-transduktion an der Zelle bewirkt.

3A. Schmelz,Abteilung der Unfallchirurgie, Hand-. Plastische- und Wiederherstellungschirurgie, Chirurgische Universitätskliniken Ulm, Erfahrungen mit niederenergeschi gepulstem Ultraschall bei der Knochenregeneration,Trauma und Berufskrankheit 2000 - 2 (Suppl 4)

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