Anat. Histol. Embryol. 21, 175-186 (1992) 8 1992 Paul Parey Scientific Publishers, Berlin and Hamburg ISSN 0340-2096
Aus dem Institut fur Tiermedizin und Tierhygiene mit Tierklinik Lehrstubl fur Anatomie und Pbysiologie der Haustiere (Prof. Dr. K. Loeffler)
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen bei Weii3en Neuseelander Fleischkaninchen und Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen KARIN H ~ R N Eund R BIRGIT DRESCHER Adresse der Autoren: Postfach 70 05 62, D-7000 Stuttgart 70
Mit 7 Abbildungen und 4 Tabellen
(Eingegangenam 15. April 1991)
Summary The Age Dependent Development of the Long Bones Diaphyses by New Zealand Rabbits and Chinchilla-Bastard-Experimental-Rabbits The age dependent development of the long bones’ diaphyses (humerus, 0s femoris and 0 s tibiofibulare) was examined macroscopically, morphometrically and histologically using 15 White Newzealand Rabbits (WN) and 15 Chinchilla-Bastard-Experimental-Rabbits (Chbb) in 5 different age groups. The main growth of bone occurs in the first three months of life. The remodelling from juvenile to adult bone began in the period from the 4 th - 12 th week. The different bones show various characteristic remodelling zones for each localization. Until the 12th week the resorption of juvenile bundled bone predominates. Afterwards an increasing bone formation by osteond bone can be observed. The bone growth is terminated between the 17th and 33rd week. The 0 s tibiofibulare in both breeds represents the major part of the compact bone area on the whole cross-section area. Principally the bone-remodelling process proceeds equally in both breeds. Breed dependent differences in the adult bone are seen in the construction of the circumferential lamellae. These are formed considerably more irregularly by the Chbb-rabbits than by the WN-rabbits.
1. Einleitung Da das Kaninchen als Versuchstier auch zu osteologischen Forschungszwecken eingesetzt wird und von daher Grundkenntnisseuber die Entwicklungsstufen des kompakten Knochengewebes von Bedeutung sind, sollen im folgenden die wachstumsbedingten Veranderungen in den unterschiedlichen Altersstufen in bezug auf den histologkchen Aufbau der Rohrenknochenkompaktavon Kaninchen beschrieben werden. 2. Material und Methoden Von 15 Weii3en Neuseelander Fleischkaninchen (WN) und 15 Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen (Chbb) wurden in 5 Altersgruppen (4, 12, 17, 33 Wochen und 2 Jahre) jeweils die Rohrenhochendiaphysen von Humerus, 0 s femoris und 0 s tibiofibulare untersucht. Die aus der Diaphysenmitte entnommenen Gewebeproben wurden nach Formalinfixierung und Entkalkung mittels Ameisensaure uber die aufsteigende Alkoholreihe, Methylbenzoat und Benzol in U.S.Copyrighr Clearance Center Code Surernenr:
0340-2096/92/2102-0175$02.50/0
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KARINHORNER und BIRGITDRESCHER
Paraplast eingebettet. Die histologischen Serienschnitte mit einer Schnittdicke von 8 pm wurden mit Azur B-Eosinat (Fa. Serva) nach DRESCHER (1990) sowie Alcianhlau-H. E. (ROMEIS,1989) angefarht. Die Rohrenknochendiaphysen wurden makroskopisch, histomorphometrisch sowie histologisch untersucht. Bei der makroskopischen Untersuchung wurden die Langen und Gewichte der einzelnen Knochen ermiaelt. Bei der lichtmikrorkopischen Unrersuchung wurde das Vorkommen qualitativer Parameter erfai3t und ihre relative Haufigkeit ermittelt. Die histomorphometrische Auswertung erfolgte miaels eines halbautomatischen Bildanalysegerates (Morphomat 30, Fa. Zeiss) und diente der quantitativen Erfassung der Kompaktaflache bzw. -dicke der einzelnen Lokalisationen. Die Ergehnisse der einzelnen Parameter wurden zwischen den beiden Kaninchenrassen in den jeweiligen Altersstufen verglichen.
3. Untersuchungsergebnisse 3.1. Makroskopische und bistomo~bometriscbeBefunde 3.1.1. Knochenlange und Knocbengewicbt Im Alter zwischen 4 und 12 Wochen ist bei den einzehen Rohrenknochen eine deutliche Grogenzunahme feststellbar (s. Tab. 1 und 2), wobei sich Lange und Gewicht der Knochen mindestens verdoppeln. Danach wachsen die Knochen eher kontinuierlich. Beim Vergleich der beiden Rassen WN und Chbb lassen sich keine wesentlichen Differenzen im Verlauf des Lbgenwachstums feststellen. Was die Entwicklung der Knochengewichte betrifft, so weist einmal die eine und einmal die andere Rasse hohere Werte auf.
3.1.2. Diaphysenquerschnittsfiche (DF) und Kompaktaficbe (KF) in der Diaphysenmitte (mm2x 4~ Die Diaphysenquerschnittsflache setzt sich aus der Kompaktaflache und der Flache der Knochenmarkhohle zusammen. Die Zunahme der DF und KF mit fortschreitendem Tab. 1: Knochenlange in cm ~
Tier-Gruppe
Humerus f wN 2 Chbb
2
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
37,8 65,8 70,2 72,7 76,O
48,5 91,8 90,3 97,3 101,O
~
~~
0 s femoris
WN f Chbb
ji
0 s tibiofibulare WN 5 Chbb ~
41,7 63,O 73,3 73,2 74,7
51,8
84,O 97,7 97,7 98,O
51,5 91,2 103,8 103,8 107,3
55,3
88,O 103,O 105,O 105,3
WN = We& Neuseelander Fleischkaninchen Chbb = Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen Tab. 2: Knochengewicht in g Humerus WN % Chbb
Tier-Gruppe
2
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
1,39 4,87 5,78 6,07 6,77
1,79 4,53 6,70 5,57 7,17
0 s fernoris . 2 w N 2 Chbb
2,54 9,87 11,83 11,60 13,OO
3,24 8,90
13,20 10,30 13,50
f
0 s tibiofibulare WN x Chbb
2,23 8,47 9,99 10,07 10,38
2,96 7,03 10,73 8,07 11,43
177
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen Tab. 3: Diaphysenquerschnittsflache (DF) und Kompaktaflache (KF) in der Diaphysenmitte
5DFWN
ZKFWN
t D F Chbb
t KF Chbb
3258,6 7872,4 11867.5 10276,9 10422,9
1737,Z 4552,9 6771,5 5476,2 6279,2
4909,O 8158,l 1 1809,O 10962,5 12135,3
1750,O 3307,7 5268,5 4448,2 5409,3
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
4755,9 10763,3 15908,2 14207,O 14784,3
25I9,l 5812,2 9143,3 7997,5 8233,3
6008,9 10843,6 14908,9 14762,Z 15588,4
2591,7 5301,8 7877,2 6484,6 7974,6
c) 0 s tibiofibulare 4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
3470,5 10858,4 12055,l 13844,6 11707,3
2128,9 7065,7 8098,9 8521,8 7493,O
4746,7 8879,O 13680,9 11257,2 14191,O
2498,l 5578,5 8368,l 5835,4 8006,4
Tier-Gruppe u. Lokalisation a) Humerus
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
b) 0 s femoris
Alter ist Tabelle 3 zu entnehmen. Im Zeitraum von der 4. bis zur 12. Woche vergroflert sich der Umfang um das Doppelte. Bei beiden Rassen ist im Zeitraum zwischen 17 und 33 Wochen der endgiiltige Knochenumfang erreicht. Beim Vergleich der Diaphysenquerschnittsflache der WN mit derjenigen der Chbb ergeben sich bei fast allen Altersgruppen und Lokalisationen der WN-Kaninchen geringere Gruppenmittelwerte gegenuber den Chbb-Kaninchen. 3.1.3. Prozentualer Anteil der Kompaktafiche an der Diaphysenquerschnittsficbe
(k)
Bei beiden Rassen ist in der Tendenz mit zunehmendem Alter ein Anstieg des prozentualen Anteils der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache feststellbar, wobei der grof3te Kompaktaanteil bei der uberwiegenden Zahl der Knochenlokalisationen im Alter von 17 Wochen auftritt (s. Tab. 4).Beim Vergleich der einzelnen Knochenlokalisationen untereinander ergiht sich bei beiden Tiergruppen der groflte Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache fur das 0 s tibiofibulare.
Tab. 4: Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache in % Humerus
0 s femoris wN t Chbb
Tier-Gruppe
z WN x Chbb
f
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
53,5 58,O 57,2 53,2 60,3
52,4 54,O 57,6 56,3 55,8
36,5 40.7 44,6 41,O 44,6
43,3 49,4 52,8 43,9 51,2
f
(k)
0 s tibiofibulare WN t Chbb
61,2 65,O 67,4 61,4 63,9
53,O 63,O 61,l 52,2 56,4
KARINH ~ R N E und R BIRGITDRESCHER
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Die Gegenuberstellung der Knochenlokalisationen der einzelnen Altersstufen von WN und Chbb ergibt fur den Kornpaktaanteil der WN jeweils hohere Gruppenmittelwerte als fur denjenigen der Chbb. 3.2. Histologische Befunde
Alle Kaninchenknochen der verschiedenen Altersstufen weisen bei unterschiedlicher Beteiligung und Anordnung der larnellaren und osteonalen Strukturen der einzelnen Lokalisationen von Humerus, 0 s fernoris und 0 s tibiofibulare einen irn Prinzip gleichen mikroskopischen Aufbau der Kompakta auf. Fur jede Lokalisation ergeben sich durch die charakteristische Anordnung der einzelnen Bauelemente die spezifischen Verteilungsmuster und Diaphysenquerschnittsforrnender einzelnen Knochen. Die gesamte Kornpakta des Knochens der 4 Wochen alten Tiere ist fast ausschlief3lich aus primaren Osteonen aufgebaut, die von unreifem Knochengewebe umgeben sind. Die periostale Knochengewebsapposition geschieht durch die Anlagerung von Knochengewebe um formgebende BlutgefaGe, wobei primare Osteone rnit relativ grof3en perivaskularen Haversschen Raumen entstehen. Voriibergehend existieren nur vom Periost uberzogene Buchten. Infolgedessen resultiert eine unregelrnafiig gestaltete Knochenoberflache. Im mittleren und irn endostalen Drittel liegt dagegen ein zunehmend kornpakterer Aufbau, bestehend aus prirnaren Osteonen rnit Meineren Haversschen Kanalen, vor. Endostd ist nur eine einzellige Lage kubischer Zellen zu erkennen. Mit Ausnahrne des 0 s femoris konnen bei allen Lokalisationen Knorpelreste in den inneren Kompaktahdften beobachtet werden. Irn Alter von 12 Wochen ist ein ausgepragter periostaler Anbau an der gesamten Kornpaktaoberflache durch die Bildung von prirnaren Osteonen rnit gronen Haversschen Raumen ersichtlich. Endostal tritt eine unregelrnaige und diinne, aber deutlich erkennbare, die innere Kornpaktaoberflache abschlieaende General- bzw. Tangentiallarnelle auf. Sekundare Osteone, die durch eine peripher gelegene Kittlinie gekennzeichnet sind, weisen bei dieser Altersstufe erstmals auf Umbauzonen hin. Diese befinden sich bei den einzelnen Lokalisationen an charakteristischen Stellen der Kornpakta, die schernatisch in Abbildung 1 dargestellt sind. Im Bereich der Urnbauzonen treten wenige, durch Osteoklasten gekennzeichnete Resorptionslakunen auf (s. Abb. 2), in denen das Knochengewebe abgebaut wird. Die sekundaren Osteone, die noch iiberwiegend groBe Haverssche Raume aufweisen, sind in unreifes Knochengewebe eingelagert (s. Abb. 3). Des weiteren befinden sich in den Urnbauzonen Knorpelreste.
caud.
lat.
med
Humerus
0s fernoris
0s t i b i o f i b u l a r e
cran. Abb. 1 : Darstellung der Umbauzonen in der Kompakta der verschiedenen Knochenlokalisationen
.
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
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Abb. 2 : Resorptionslakunen in der Kompakta des Humerus mit Osteoklasten (am oberen und unteren Bildrand). Weiaes Neuseebder Kaninchen, 12 Wochen alt. Farbung: Azur B-Eosinat, Objektiv: 4,O
Abb. 3: Sekundare Osteone eingebettet in unreifes Knochengewebe (woven bone) in der Kompakta des Humerus. Weiaes Neuseelander Kaninchen, 12 Wochen alt. Farbung: Azur B-Eosinat, Objektiv: 25,O
180
KARIN HORNER und BIRGITDRESCHER
Bei einzelnen WN-Kaninchen ziehen beim 0 s tibiofibulare Knochentrabekel von der endostalen Seite in den Markraum, und es kommt zu Einbuchtungen in der Kompakta. Das 0 s tibiofibulare beider Kaninchenrassen weist vermehrt Knochenmark beinhaltende Lakunen irn kraniolateralen Bereich auf. Auch bei der Kompakta des Knochens der 17 Wochen alten Kaninchen werden periostal noch primare Osteone angebaut, die grode Haverssche Raume zeigen. An den Steilen, die keine Anzeichen eines periostalen Anbaus mehr aufweisen, ist bereits eine unregelrnafiige audere Generallamelle ausgebildet. Die Knochenumbauzonen verlaufen analog denen der 12 Wochen alten Tiere. Innerhalb dieser Bereiche befinden sich viele Lakunen, von denen der iiberwiegende Ted osteoblastische Formationslakunen sind, nur wenige sind osteoklastische Resorptionslakunen (s. Abb. 4). Um die sekundaren Osteone befinden sich unreifes Knochengewebe sowie diffus verteilt auch Knorpelreste (s. Abb. 5). An der inneren Kornpaktahalfte ist stellenweise eine unregelmadige Schicht von Tangentiallamellen angelagert, wahrend andere Stellen noch deutliche Anzeichen fur Knochenanbau zeigen. Es ziehen vereinzelt Knochentrabekel in den Markraum. Das 0 s tibiofibulare beider Kaninchenrassen weist wiederum vermehrt knochenmarkbeinhaltende Lakunen im kraniolateralen Bereich auf. Die 33 Wochen alten Kaninchenknochen zeigen keinerlei Anzeichen eines periostalen Anbaus mehr. Hier liegt eine deutliche, unregelmadige Anschichtung von Tangentiallamellen an den auderen und inneren Oberflachen vor. Die Umbauzonen befinden sich hauptsachlich im mittleren Drittel der Kompakta, wobei die Verlaufsrichtung dieselbe wie bei den jiingeren Kaninchenknochen ist. Innerhalb dieser Bereiche sind nur noch vereinzelt osteoklastische Resorptionslakunen festzustellen. Das Knochengewebe zeigt somit eine
Abb. 4: Umbauzone in der Kompakta des 0 s femoris. Sekundare Osteone in unreifes Knochengewebe eingebettet. Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen,17 Wochen alt. Farbung: Azur-B-Eosinat, Objektiv: 40,O
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
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Abb. 5: Knochenzonen in der Kompakta des Humerus (von links nach rechts): Unregelmaflige innere Generallamelle; Umbauzone mit sekundaren Osteonen, in unreifes Knochengewebe eingebettet, und Knorpelresten; periostaler Anbau an der augeren Kompaktaoberflache. Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen, 17 Wochen alt. Farbung: Alcianblau-H. E., Objektiv: 4,O
Abb. 6: Knochenmark beinhaltende Lakunen in der inneren Knochenschicht des 0 s tibiofibulare. Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen,33 Wochen alt. Farbung: Azur-B-Eosinat, Objektiv: 4,O
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KARIN HORNERund BIRGITDRESCHER
Abb. 7: Knochenzonen des Humerus (von links nach rechts): Innere Generallamellen; Zone aus sekundaren Osteonen; Zone aus primaren Osteonen; Tangentiallamellen und a d e r e Generallamellen. WeiRes Neuseelander Kaninchen, 2 Jahre alt. Farbung: Azur-B-Eosinat, Objektiv: 10,O
kompaktere Bauweise als bei den jiingeren Kaninchen, wobei zunehmend Knochengewebsverdichtungen auftreten; dies wird auch durch die Meiner werdenden Haversschen Raume deutlich. Die Umbauzonen sind weiterhin von unreifem Knochengewebe und Knorpelresten gepragt, die bei manchen Kaninchen haufiger, bei anderen seltener anzutreffen sind. Bei einzelnen Kaninchenknochen sind an mehreren Lokalisationen knochenmarkbeinhaltende Lakunen festzustellen (s. Abb. 6 ) , wahrend eine Spongiosierung der inneren Knochenschicht, in Form von in den Markraum ziehenden Knochentrabekeln, nur beim 0 s tibiofibulare der WN-Kaninchen auftritt. Bei den 2jabrigen Kaninchen sind nur noch geringfiigige wachstumsbedingte Strukturveranderungen im Knochenaufbau feststellbar. Die periostale Oberflache weist im allgemeinen eine gleichmadige breite Schicht von Tangentiallamellen auf. Auch an der endostalen Oberflache ist bei den WN-Kaninchen eine gleichmagige diinne Schicht von Tangentiallamellen feststellbar (s. Abb. 7). Bei den Chbb verlaufen die Tangentiallamellen im endostalen Bereich erheblich unregelmadiger und fehlen stellenweise ganzlich. Im Bereich der Umbauzonen lassen sich keine osteoklastischen Resorptionslakunen mehr feststellen. Die im Aufbau befindlichen Osteone (Formationslakunen) sind von unreifem Knochengewebe umgeben. Es konnen immer noch ganz vereinzelt Knorpelreste in der Kompakta nahe der Markhohle beobachtet werden. Bei 2 Kaninchen ziehen Knochentrabekel von der inneren Knochenschicht in den Markraum. 4. Diskussion Es sollte die Altersentwicklung der Rohrenknochendiaphysen von Kaninchen zweier Rassen anhand morphologischer, morphometrischer und histologischer Parameter dargestellt werden.
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
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4.1. Diskussion der makroskopischen und histomorphometrischen Ergebnisse Die Untersuchungen des Langenwachstums ergaben, dafl das groflte Langenwachstum wahrend der ersten 3 Lebensmonate stattfand, entsprechend den Ergebnissen von KHERMOSH et al. (1972). Dies beruht auf dem starken Korperwachstum in dieser friihen Lebensphase. Die endgiiltige Lange eines Rohrenknochens wird bestimmt durch das Wachstumspotential sowie die Zeit bis zum Epiphysenfugenschlufl. Der Zeitpunkt des Epiphysenfugenschlusses ist in erster Linie von endogenen Faktoren wie Spezies, Rasse, Geschlecht und anatomischer Lokalisation abhangig. Weiterhin spielen auch exogene Faktoren wie Futterung und Haltung der Tiere eine wichtige Rolle (ANDREAEund DAMMRICH,1972; DAMMRICH und UNSHELM, 1972; KLOSE-VIOLETTE, 1983). Da der Einflufl haltungsbedingter Unterschiede auf die Entwicklung des Skelettsystems durch eine einheitliche Kafighaltung in der vorliegenden Untersuchung weitgehend ausgeschlossen werden kann, kommen fur die Differenzen des Knochenlkgenwachstums von WN- und Chbb-Kaninchen ausschliefllich rassespezifische bzw. genetisch bedingte Unterschiede in Frage. Nach WUITKE(1 988) vollzieht sich der Epiphysenfugenschlufl im Zeitraum zwischen der 25. und 33. Woche. Auch die hier gefundenen Ergebnisse beziiglich des Dickenwachstums deuten darauf hin, dafl das Wachstum mit 33 Wochen im wesentlichen beendet war. Als Indikatoren h r das Dickenwachstum der einzelnen Rohrenknochen konnen die Entwicklung der Diaphysenquerschnittsflache(DF) und der Kompaktaflache (KF) in der Diaphysenmitte angesehen werden. Den hoheren Gewichten der einzelnen Rohrenknochen mit zunehmendem Alter steht auch eine entsprechend vergroflerte Diaphysenquerschnittsflachebei entsprechend vergroflerter Kompaktaflache gegenuber. Durch das grofle Wachstumsvermogen der Kaninchen innerhalb der ersten 3 Lebensmonate ergibt sich in diesem Zeitraum eine verstarkte Zunahme der Diaphysenquerschnitts- und Kompaktaflache. Die untersuchten Lokalisationen der einzelnen Rohrenknochen haben im allgemeinen im Zeitraum zwischen 17 und 33 Wochen, entsprechend der Beendigung des Langenwachstums, auch den endgiiltigen Umfang erreicht. Der prozentuale Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache andert sich mit Ausnahme des Zeitraums bis zur 17. Lebenswoche, wo sich ein tendenzieller Anstieg abzeichnet, im Laufe der Altersentwicklung nicht wesentlich. STOKERund EPKER(1971), welche diesbeziigliche Untersuchungen an WN-Kaninchen durchfiihrten, stellten ebenfalls fest, dafl der Kompaktaanteil an der Diaphysenquerschnittsflache ab einem Alter von 6,5 Monaten (= 24 Wochen) relativ konstant bleibt. Beim Vergleich der beiden Kaninchengruppen ergibt sich fur die Chbb-Kaninchen jeweils ein geringerer Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache gegeniiber den WN. Dies entspricht auch den Ergebnissen von DRESCHER (1989). 4.2. Diskussion der histologischen Ergebnisse Die Diaphysenquerschnitte zeigen uber die einzelnen Altersstufen hinweg einen grundsatzlich gleichen Aufbau. Der Knochenumbau bzw. das erstmalige Auftreten sekundarer Osteone beginnt bei den eintelnen Knochenlokalisationen der Kaninchen - wohl bedingt durch die allmahlich zunehmenden Einwirkungen biomechanischer Krafte - zu unterschiedlichen Zeiten. Die Kompakta des 0 s femoris der 4wochigen Tiere ist noch ausschliefllich aus primaren Osteonen aufgebaut. Am 0 s tibiofibulare zeigen sich bereits vereinzelt sekundare Osteone im Bereich der Umbauzone nahe der endostalen Oberflache. Beziiglich des Humerus der 4wochigen Tiere sind rassespezifische Unterschiede dahingehend erkennbar, dafl die Kompakta der WN-Kaninchen ausschliefllich aus primaren Osteonen aufgebaut ist, w a r e n d die Kompakta der Chbb-Kaninchen schon deutliche Anzeichen sekundarer Osteone aufweist.
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KARINHORNER und BIRGITDRESCHER
Die an den inneren Kompaktaflachen beobachtete einzellige Lage kubischer Zellen entspricht den von BELANGER (1969) beschriebenen einkernigen Osteolyozyten, welche zur Bildung von Resorptionsbuchten an Lamellen- und Trabekeloberflachen fiihren. Bis zur 12. Lebenswoche iiberwiegt bei allen Tieren und an allen Lokalisationen der innere Knochenabbau, nachfolgend ist ein vermehrter Aufbau zu beobachten. Dies druckt sich in dem abnehmenden Verhdtnis von osteoklastischen Resorptionslakunen zu osteoblastischen Formationslakunen aus. Die von STOKERund EPKER(1 971) durchgefuhrten Untersuchungen an WN-Kaninchen zeigten, daB bei der Gegeniiberstellung der inneren Formations- und Resorptionsoberflachen die Knochenbildung rnit dem Alter zunimmt. Bei den hier untersuchten 2jahrigen Tieren fehlen Anzeichen des Knochenumbaus fast ganzlich, wie auch JOWSEY (1960) feststellte. Weitere Merkmale fur den stattfindenden Knochenumbau stellen das unreife Knochengewebe sowie das Vovhandensein uon Knorpelresten und groflen Haversschen Raumen in der Kompakta dar. Das unreife Knochengewebe wird nach KINCAIDund VAN SICKLE(1983) in der embryonalen und friihen postnatalen Phase der Osteogenese gebildet. Unreifes Knochengewebe befindet sich besonders im Bereich der Umbauzonen, aber auch in der gesamten Kompakta bei Kaninchen bis zu einem Alter von 33 Wochen. Erst bei den 2jahrigen Tieren zeigt sich - wohl infolge der hoheren funktionellen Beanspruchung - der weitgehende Ersatz des Geflechtknochens durch den hoher differenzierten Lamellenknochen. Aber immer noch sind Umbauzonen mit unreifem Knochengewebe vorhanden. Beziiglich des Vorhandenseins von Knorpelresten in der Kornpakta zeigen die Altersgruppen bis zur 33. Woche keine wesentlichen Unterschiede. Nach KRISTIC(1984) sollen die eingeschlossenen Knorpelbdkchen wihrend des inneren Umbaus im Bereich der Metaphyse durch Knochengewebe ersetzt werden, so dafl die ausgereifte Kompakta frei von Knorpelresten ist. Bei den 2jahrigen Kaninchen ist gleichzeitig rnit der Beendigung des Dickenwachstums und dem weitgehend abgeschlossenen Knochenumbau eine verstarkte Abnahme von Knorpelgewebsresten festzustellen. Im Bereich der Umbauzonen sind die im Aufbau befindlichen Osteone durch Havevssche Raume unterschiedlicher Grofle und Form gekennzeichnet. Diese sind im Alter von 4 Wochen noch sehr grot3 und werden mit zunehmendern Alter durch die Anschichtung von sekundarem, lamellarem Knochengewebe allmahlich eingeengt. Ab der 12. Lebenswoche entstehen durch die Apposition lamellaren Knochengewebes neue umgebaute Osteone rnit engen Gefaflkanalen, die in angeschnittene Osteone hineinragen oder Reste alter Osteone einschlieflen. Durch die interstitiellen Lamellen und die dicht gelagerten und sich uberschneidenden Osteone erhalt die Kompakta ein unregelmafliges Strukturbild. Die Anlagerung der auJ3eren und inneren Generallamellen zeigt nach DAMMRICH (1970) den Abschlufl des Dickenwachstums an. Diese weisen bei den WN-Kaninchen irn Alter von 33 Wochen einen regelmafligeren Verlauf als bei den Chbb-Kaninchen auf. Weiterhin wurde untersucht, ob ein eventueller Zusammenhang zwischen dern Alter der Tiere und dem Auftreten von Knochentrabekeln im Markraum besteht. OLAHund SCHENK (1969) stellten fest, dai3 sich im Laufe der Vergroflerung der Gesamtflache der Kompakta, welche durch eine stetige periostale Anlagerung und endostale Resorption von Knochensubstanz und einer damit verbundenen Verschiebung der Grenze periostwarts geschieht, einzelne Trabekel erhalten bleiben. Eine altersabhangige Beziehung zwischen dem Auftreten von Knochentrabekeln im Markruum 1aBt sich bei den untersuchten Rohrenknochen nur insofern feststellen, als die 4wochigen Kaninchen diese an keiner Lokalisation aufweisen. Dies deutet darauf hin, dat3 sie tatsachlich aufgrund des umfangsvermehrenden Wachstums entstehen und zur Stabilitat des Knochens beitragen. Im Laufe der Altersentwicklung treten sie auch nur vereinzelt auf. Die verschiedenen Knochenquerschnitte zeigen bei einigen Kaninchen, abgesehen von der zentral gelegenen Knochenmarkshohle, kleinere Lakunen, welche frei von Kno-
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
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chengewebe sind. Diese Lakunen sind durch Knochenmark ausgefillt, welches aus retikularem Bindegewebe, Fettzellen und Zellen der Blutbildung besteht, und kommen beim 0 s tibiofibulare vermehrt vor.
5. Zusammenfassung Die Altersentwicklung der Diaphysen der langen Rohrenknochen (Humerus, 0 s femoris und 0 s tibiofibulare) wurde makroskopisch, morphometrisch und histologisch an 15 WeiSen Neuseelander Kaninchen (WN) und 15 Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen(Chbb) in 5 Altersgruppen untersucht. Das Hauptknochenwachstum findet in den ersten 3 Lebensmonaten statt. Der Umbau vom jugendlichen zum erwachsenen Knochen begann im Zeitraum von der 4.- 12. Lebenswoche. Die verschiedenen Knochen besitzen unterschiedliche, fur jede Lokalisation charakteristische Umbauzonen. Bis zur 12. Lebenswoche uberwiegt der Abbau des jugendlichen Geflechtknochens, nachfolgend ist ein vermehrter Knochenaufbau durch Lamellenknochen zu beobachten. Abgeschlossen ist das Knochenwachstum zwischen der 17. und 33. Woche. Den grogten Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache besitzt bei beiden Rassen das 0 s tibiofibulare. Die Knochenumbauvorgange verlaufen im Prinzip bei beiden Rassen gleich. Rasseunterschiede bestehen am ausgewachsenen Knochen im Aufbau der inneren Generallamellen. Diese sind bei den Chbb-Kaninchen erheblich unregelmafiiger angelagert als bei den WN-Kaninchen.
Risumi Le dtveloppement de la diaphyse des 0 s longs, en fonction de I’Bge, chez le Lapin blanc nio-ztlandais et le Lapin de laboratoire croisi Chinchilla L’itude macroscopique, morphomttrique et histologique du dtveloppement de la diaphyse des longs (humtrus, fimur et 0 s tibiofibulaire) a it6 rialiste, dans cinq groupes d’iges difftrents, sur 15 lapins nto-zilandais blancs (White Newzealand Rabbits: WN) et 15 lapins de laboratoire croisis Chinchilla (Chinchilla-Bastard-Experimental-Rabbits [Chbb]). La croissance principale se produit dans les trois premiers mois de la vie. Le remaniement de I’os juvinile en 0 s adulte commence dans la piriode qui va de la 4e i la 12e semaine. Les diffirents 0 s montrent, pour chaque localisation, diverses zones de remaniement caractiristiques. Jusqu’h la 12e semaine, la rtsorption d’os primaire juvinile prtdomine. O n peut observer ensuite une formation croissante d’os haversien. La croissance osseuse se termine entre la 17e et la 33e semaine. L‘os tibiofibulaire, dans les deux races, represenre la plus grande partie de 1’0s compact sur la surface de section transversale. Le processus du remaniement osseux demeure essentiellement le mPme dans 1es deux races. Les differences raciales, dans 1’0s adulte sont observies dans l’tdification des lamelles circonfirentielles. Celles-ci sont conformies de faqon bien plus irrigulikre chez les lapins Chbb, que chez les lapins WN. 0s
Resurnen Desarrollo en funci6n de la edad de la diifisis de 10s huesos largos en conejos blancos de Nueva Zelanda y chinchillas bastardeados Sobre 10s animalas indicados y en cinco grupos de distinta edad se estudia el desarrollo diafisario dependiente de la edad en concretos huesos largos (h6mero, fkmur y tibioperont), bajo el punto de vista macrosc6pico, morfomttrico e histolbgico. El desarrollo principal del hueso aparece en 10s tres primeros meses de vida, notindose que el remodelaje de hueso precoz a adulto se inicia entre las 4 y 12 semanas de edad. Los diferentes huesos mostraban zonas caracteristicas de remodelaje, seglin su localizacibn. Hasta las 12 semanas predomina la reabsorci6n de tejido 6seo juvenil; mis tarde se asiste a un aumento de la formacibn 6sea por hueso osteonal. El desarrollo 6seo finaliza entre las 17 y 33 semanas y, de todos 10s huesos, el tibioperoneo es el que presenta la mayor irea de hueso compact0 en la superficie total de secci6n transversal. En esencia, el proceso de remodelaje osteogtnico tiene lugar equitativamente en todos 10s animales. Solo se advierten diferencias entre ambos grupos de animales en la construcci6n de las laminillas circunferenciales, la cual es mucho mis irregular en 10s Chbb que en 10s conejos Wn.
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KARIN HORNERund BIRGITDRESCHER
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Aus dem Institut fur Tiermedizin und Tierhygiene mit Tierklinik Lehrstubl fur Anatomie und Pbysiologie der Haustiere (Prof. Dr. K. Loeffler)
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen bei Weii3en Neuseelander Fleischkaninchen und Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen KARIN H ~ R N Eund R BIRGIT DRESCHER Adresse der Autoren: Postfach 70 05 62, D-7000 Stuttgart 70
Mit 7 Abbildungen und 4 Tabellen
(Eingegangenam 15. April 1991)
Summary The Age Dependent Development of the Long Bones Diaphyses by New Zealand Rabbits and Chinchilla-Bastard-Experimental-Rabbits The age dependent development of the long bones’ diaphyses (humerus, 0s femoris and 0 s tibiofibulare) was examined macroscopically, morphometrically and histologically using 15 White Newzealand Rabbits (WN) and 15 Chinchilla-Bastard-Experimental-Rabbits (Chbb) in 5 different age groups. The main growth of bone occurs in the first three months of life. The remodelling from juvenile to adult bone began in the period from the 4 th - 12 th week. The different bones show various characteristic remodelling zones for each localization. Until the 12th week the resorption of juvenile bundled bone predominates. Afterwards an increasing bone formation by osteond bone can be observed. The bone growth is terminated between the 17th and 33rd week. The 0 s tibiofibulare in both breeds represents the major part of the compact bone area on the whole cross-section area. Principally the bone-remodelling process proceeds equally in both breeds. Breed dependent differences in the adult bone are seen in the construction of the circumferential lamellae. These are formed considerably more irregularly by the Chbb-rabbits than by the WN-rabbits.
1. Einleitung Da das Kaninchen als Versuchstier auch zu osteologischen Forschungszwecken eingesetzt wird und von daher Grundkenntnisseuber die Entwicklungsstufen des kompakten Knochengewebes von Bedeutung sind, sollen im folgenden die wachstumsbedingten Veranderungen in den unterschiedlichen Altersstufen in bezug auf den histologkchen Aufbau der Rohrenknochenkompaktavon Kaninchen beschrieben werden. 2. Material und Methoden Von 15 Weii3en Neuseelander Fleischkaninchen (WN) und 15 Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen (Chbb) wurden in 5 Altersgruppen (4, 12, 17, 33 Wochen und 2 Jahre) jeweils die Rohrenhochendiaphysen von Humerus, 0 s femoris und 0 s tibiofibulare untersucht. Die aus der Diaphysenmitte entnommenen Gewebeproben wurden nach Formalinfixierung und Entkalkung mittels Ameisensaure uber die aufsteigende Alkoholreihe, Methylbenzoat und Benzol in U.S.Copyrighr Clearance Center Code Surernenr:
0340-2096/92/2102-0175$02.50/0
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KARINHORNER und BIRGITDRESCHER
Paraplast eingebettet. Die histologischen Serienschnitte mit einer Schnittdicke von 8 pm wurden mit Azur B-Eosinat (Fa. Serva) nach DRESCHER (1990) sowie Alcianhlau-H. E. (ROMEIS,1989) angefarht. Die Rohrenknochendiaphysen wurden makroskopisch, histomorphometrisch sowie histologisch untersucht. Bei der makroskopischen Untersuchung wurden die Langen und Gewichte der einzelnen Knochen ermiaelt. Bei der lichtmikrorkopischen Unrersuchung wurde das Vorkommen qualitativer Parameter erfai3t und ihre relative Haufigkeit ermittelt. Die histomorphometrische Auswertung erfolgte miaels eines halbautomatischen Bildanalysegerates (Morphomat 30, Fa. Zeiss) und diente der quantitativen Erfassung der Kompaktaflache bzw. -dicke der einzelnen Lokalisationen. Die Ergehnisse der einzelnen Parameter wurden zwischen den beiden Kaninchenrassen in den jeweiligen Altersstufen verglichen.
3. Untersuchungsergebnisse 3.1. Makroskopische und bistomo~bometriscbeBefunde 3.1.1. Knochenlange und Knocbengewicbt Im Alter zwischen 4 und 12 Wochen ist bei den einzehen Rohrenknochen eine deutliche Grogenzunahme feststellbar (s. Tab. 1 und 2), wobei sich Lange und Gewicht der Knochen mindestens verdoppeln. Danach wachsen die Knochen eher kontinuierlich. Beim Vergleich der beiden Rassen WN und Chbb lassen sich keine wesentlichen Differenzen im Verlauf des Lbgenwachstums feststellen. Was die Entwicklung der Knochengewichte betrifft, so weist einmal die eine und einmal die andere Rasse hohere Werte auf.
3.1.2. Diaphysenquerschnittsfiche (DF) und Kompaktaficbe (KF) in der Diaphysenmitte (mm2x 4~ Die Diaphysenquerschnittsflache setzt sich aus der Kompaktaflache und der Flache der Knochenmarkhohle zusammen. Die Zunahme der DF und KF mit fortschreitendem Tab. 1: Knochenlange in cm ~
Tier-Gruppe
Humerus f wN 2 Chbb
2
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
37,8 65,8 70,2 72,7 76,O
48,5 91,8 90,3 97,3 101,O
~
~~
0 s femoris
WN f Chbb
ji
0 s tibiofibulare WN 5 Chbb ~
41,7 63,O 73,3 73,2 74,7
51,8
84,O 97,7 97,7 98,O
51,5 91,2 103,8 103,8 107,3
55,3
88,O 103,O 105,O 105,3
WN = We& Neuseelander Fleischkaninchen Chbb = Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen Tab. 2: Knochengewicht in g Humerus WN % Chbb
Tier-Gruppe
2
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
1,39 4,87 5,78 6,07 6,77
1,79 4,53 6,70 5,57 7,17
0 s fernoris . 2 w N 2 Chbb
2,54 9,87 11,83 11,60 13,OO
3,24 8,90
13,20 10,30 13,50
f
0 s tibiofibulare WN x Chbb
2,23 8,47 9,99 10,07 10,38
2,96 7,03 10,73 8,07 11,43
177
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen Tab. 3: Diaphysenquerschnittsflache (DF) und Kompaktaflache (KF) in der Diaphysenmitte
5DFWN
ZKFWN
t D F Chbb
t KF Chbb
3258,6 7872,4 11867.5 10276,9 10422,9
1737,Z 4552,9 6771,5 5476,2 6279,2
4909,O 8158,l 1 1809,O 10962,5 12135,3
1750,O 3307,7 5268,5 4448,2 5409,3
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
4755,9 10763,3 15908,2 14207,O 14784,3
25I9,l 5812,2 9143,3 7997,5 8233,3
6008,9 10843,6 14908,9 14762,Z 15588,4
2591,7 5301,8 7877,2 6484,6 7974,6
c) 0 s tibiofibulare 4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
3470,5 10858,4 12055,l 13844,6 11707,3
2128,9 7065,7 8098,9 8521,8 7493,O
4746,7 8879,O 13680,9 11257,2 14191,O
2498,l 5578,5 8368,l 5835,4 8006,4
Tier-Gruppe u. Lokalisation a) Humerus
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
b) 0 s femoris
Alter ist Tabelle 3 zu entnehmen. Im Zeitraum von der 4. bis zur 12. Woche vergroflert sich der Umfang um das Doppelte. Bei beiden Rassen ist im Zeitraum zwischen 17 und 33 Wochen der endgiiltige Knochenumfang erreicht. Beim Vergleich der Diaphysenquerschnittsflache der WN mit derjenigen der Chbb ergeben sich bei fast allen Altersgruppen und Lokalisationen der WN-Kaninchen geringere Gruppenmittelwerte gegenuber den Chbb-Kaninchen. 3.1.3. Prozentualer Anteil der Kompaktafiche an der Diaphysenquerschnittsficbe
(k)
Bei beiden Rassen ist in der Tendenz mit zunehmendem Alter ein Anstieg des prozentualen Anteils der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache feststellbar, wobei der grof3te Kompaktaanteil bei der uberwiegenden Zahl der Knochenlokalisationen im Alter von 17 Wochen auftritt (s. Tab. 4).Beim Vergleich der einzelnen Knochenlokalisationen untereinander ergiht sich bei beiden Tiergruppen der groflte Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache fur das 0 s tibiofibulare.
Tab. 4: Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache in % Humerus
0 s femoris wN t Chbb
Tier-Gruppe
z WN x Chbb
f
4 Wochen 12 Wochen 17 Wochen 33 Wochen 2 Jahre
53,5 58,O 57,2 53,2 60,3
52,4 54,O 57,6 56,3 55,8
36,5 40.7 44,6 41,O 44,6
43,3 49,4 52,8 43,9 51,2
f
(k)
0 s tibiofibulare WN t Chbb
61,2 65,O 67,4 61,4 63,9
53,O 63,O 61,l 52,2 56,4
KARINH ~ R N E und R BIRGITDRESCHER
178
Die Gegenuberstellung der Knochenlokalisationen der einzelnen Altersstufen von WN und Chbb ergibt fur den Kornpaktaanteil der WN jeweils hohere Gruppenmittelwerte als fur denjenigen der Chbb. 3.2. Histologische Befunde
Alle Kaninchenknochen der verschiedenen Altersstufen weisen bei unterschiedlicher Beteiligung und Anordnung der larnellaren und osteonalen Strukturen der einzelnen Lokalisationen von Humerus, 0 s fernoris und 0 s tibiofibulare einen irn Prinzip gleichen mikroskopischen Aufbau der Kompakta auf. Fur jede Lokalisation ergeben sich durch die charakteristische Anordnung der einzelnen Bauelemente die spezifischen Verteilungsmuster und Diaphysenquerschnittsforrnender einzelnen Knochen. Die gesamte Kornpakta des Knochens der 4 Wochen alten Tiere ist fast ausschlief3lich aus primaren Osteonen aufgebaut, die von unreifem Knochengewebe umgeben sind. Die periostale Knochengewebsapposition geschieht durch die Anlagerung von Knochengewebe um formgebende BlutgefaGe, wobei primare Osteone rnit relativ grof3en perivaskularen Haversschen Raumen entstehen. Voriibergehend existieren nur vom Periost uberzogene Buchten. Infolgedessen resultiert eine unregelrnafiig gestaltete Knochenoberflache. Im mittleren und irn endostalen Drittel liegt dagegen ein zunehmend kornpakterer Aufbau, bestehend aus prirnaren Osteonen rnit Meineren Haversschen Kanalen, vor. Endostd ist nur eine einzellige Lage kubischer Zellen zu erkennen. Mit Ausnahrne des 0 s femoris konnen bei allen Lokalisationen Knorpelreste in den inneren Kompaktahdften beobachtet werden. Irn Alter von 12 Wochen ist ein ausgepragter periostaler Anbau an der gesamten Kornpaktaoberflache durch die Bildung von prirnaren Osteonen rnit gronen Haversschen Raumen ersichtlich. Endostal tritt eine unregelrnaige und diinne, aber deutlich erkennbare, die innere Kornpaktaoberflache abschlieaende General- bzw. Tangentiallarnelle auf. Sekundare Osteone, die durch eine peripher gelegene Kittlinie gekennzeichnet sind, weisen bei dieser Altersstufe erstmals auf Umbauzonen hin. Diese befinden sich bei den einzelnen Lokalisationen an charakteristischen Stellen der Kornpakta, die schernatisch in Abbildung 1 dargestellt sind. Im Bereich der Urnbauzonen treten wenige, durch Osteoklasten gekennzeichnete Resorptionslakunen auf (s. Abb. 2), in denen das Knochengewebe abgebaut wird. Die sekundaren Osteone, die noch iiberwiegend groBe Haverssche Raume aufweisen, sind in unreifes Knochengewebe eingelagert (s. Abb. 3). Des weiteren befinden sich in den Urnbauzonen Knorpelreste.
caud.
lat.
med
Humerus
0s fernoris
0s t i b i o f i b u l a r e
cran. Abb. 1 : Darstellung der Umbauzonen in der Kompakta der verschiedenen Knochenlokalisationen
.
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
179
Abb. 2 : Resorptionslakunen in der Kompakta des Humerus mit Osteoklasten (am oberen und unteren Bildrand). Weiaes Neuseebder Kaninchen, 12 Wochen alt. Farbung: Azur B-Eosinat, Objektiv: 4,O
Abb. 3: Sekundare Osteone eingebettet in unreifes Knochengewebe (woven bone) in der Kompakta des Humerus. Weiaes Neuseelander Kaninchen, 12 Wochen alt. Farbung: Azur B-Eosinat, Objektiv: 25,O
180
KARIN HORNER und BIRGITDRESCHER
Bei einzelnen WN-Kaninchen ziehen beim 0 s tibiofibulare Knochentrabekel von der endostalen Seite in den Markraum, und es kommt zu Einbuchtungen in der Kompakta. Das 0 s tibiofibulare beider Kaninchenrassen weist vermehrt Knochenmark beinhaltende Lakunen irn kraniolateralen Bereich auf. Auch bei der Kompakta des Knochens der 17 Wochen alten Kaninchen werden periostal noch primare Osteone angebaut, die grode Haverssche Raume zeigen. An den Steilen, die keine Anzeichen eines periostalen Anbaus mehr aufweisen, ist bereits eine unregelrnafiige audere Generallamelle ausgebildet. Die Knochenumbauzonen verlaufen analog denen der 12 Wochen alten Tiere. Innerhalb dieser Bereiche befinden sich viele Lakunen, von denen der iiberwiegende Ted osteoblastische Formationslakunen sind, nur wenige sind osteoklastische Resorptionslakunen (s. Abb. 4). Um die sekundaren Osteone befinden sich unreifes Knochengewebe sowie diffus verteilt auch Knorpelreste (s. Abb. 5). An der inneren Kornpaktahalfte ist stellenweise eine unregelmadige Schicht von Tangentiallamellen angelagert, wahrend andere Stellen noch deutliche Anzeichen fur Knochenanbau zeigen. Es ziehen vereinzelt Knochentrabekel in den Markraum. Das 0 s tibiofibulare beider Kaninchenrassen weist wiederum vermehrt knochenmarkbeinhaltende Lakunen im kraniolateralen Bereich auf. Die 33 Wochen alten Kaninchenknochen zeigen keinerlei Anzeichen eines periostalen Anbaus mehr. Hier liegt eine deutliche, unregelmadige Anschichtung von Tangentiallamellen an den auderen und inneren Oberflachen vor. Die Umbauzonen befinden sich hauptsachlich im mittleren Drittel der Kompakta, wobei die Verlaufsrichtung dieselbe wie bei den jiingeren Kaninchenknochen ist. Innerhalb dieser Bereiche sind nur noch vereinzelt osteoklastische Resorptionslakunen festzustellen. Das Knochengewebe zeigt somit eine
Abb. 4: Umbauzone in der Kompakta des 0 s femoris. Sekundare Osteone in unreifes Knochengewebe eingebettet. Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen,17 Wochen alt. Farbung: Azur-B-Eosinat, Objektiv: 40,O
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
181
Abb. 5: Knochenzonen in der Kompakta des Humerus (von links nach rechts): Unregelmaflige innere Generallamelle; Umbauzone mit sekundaren Osteonen, in unreifes Knochengewebe eingebettet, und Knorpelresten; periostaler Anbau an der augeren Kompaktaoberflache. Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen, 17 Wochen alt. Farbung: Alcianblau-H. E., Objektiv: 4,O
Abb. 6: Knochenmark beinhaltende Lakunen in der inneren Knochenschicht des 0 s tibiofibulare. Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen,33 Wochen alt. Farbung: Azur-B-Eosinat, Objektiv: 4,O
182
KARIN HORNERund BIRGITDRESCHER
Abb. 7: Knochenzonen des Humerus (von links nach rechts): Innere Generallamellen; Zone aus sekundaren Osteonen; Zone aus primaren Osteonen; Tangentiallamellen und a d e r e Generallamellen. WeiRes Neuseelander Kaninchen, 2 Jahre alt. Farbung: Azur-B-Eosinat, Objektiv: 10,O
kompaktere Bauweise als bei den jiingeren Kaninchen, wobei zunehmend Knochengewebsverdichtungen auftreten; dies wird auch durch die Meiner werdenden Haversschen Raume deutlich. Die Umbauzonen sind weiterhin von unreifem Knochengewebe und Knorpelresten gepragt, die bei manchen Kaninchen haufiger, bei anderen seltener anzutreffen sind. Bei einzelnen Kaninchenknochen sind an mehreren Lokalisationen knochenmarkbeinhaltende Lakunen festzustellen (s. Abb. 6 ) , wahrend eine Spongiosierung der inneren Knochenschicht, in Form von in den Markraum ziehenden Knochentrabekeln, nur beim 0 s tibiofibulare der WN-Kaninchen auftritt. Bei den 2jabrigen Kaninchen sind nur noch geringfiigige wachstumsbedingte Strukturveranderungen im Knochenaufbau feststellbar. Die periostale Oberflache weist im allgemeinen eine gleichmadige breite Schicht von Tangentiallamellen auf. Auch an der endostalen Oberflache ist bei den WN-Kaninchen eine gleichmagige diinne Schicht von Tangentiallamellen feststellbar (s. Abb. 7). Bei den Chbb verlaufen die Tangentiallamellen im endostalen Bereich erheblich unregelmadiger und fehlen stellenweise ganzlich. Im Bereich der Umbauzonen lassen sich keine osteoklastischen Resorptionslakunen mehr feststellen. Die im Aufbau befindlichen Osteone (Formationslakunen) sind von unreifem Knochengewebe umgeben. Es konnen immer noch ganz vereinzelt Knorpelreste in der Kompakta nahe der Markhohle beobachtet werden. Bei 2 Kaninchen ziehen Knochentrabekel von der inneren Knochenschicht in den Markraum. 4. Diskussion Es sollte die Altersentwicklung der Rohrenknochendiaphysen von Kaninchen zweier Rassen anhand morphologischer, morphometrischer und histologischer Parameter dargestellt werden.
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
183
4.1. Diskussion der makroskopischen und histomorphometrischen Ergebnisse Die Untersuchungen des Langenwachstums ergaben, dafl das groflte Langenwachstum wahrend der ersten 3 Lebensmonate stattfand, entsprechend den Ergebnissen von KHERMOSH et al. (1972). Dies beruht auf dem starken Korperwachstum in dieser friihen Lebensphase. Die endgiiltige Lange eines Rohrenknochens wird bestimmt durch das Wachstumspotential sowie die Zeit bis zum Epiphysenfugenschlufl. Der Zeitpunkt des Epiphysenfugenschlusses ist in erster Linie von endogenen Faktoren wie Spezies, Rasse, Geschlecht und anatomischer Lokalisation abhangig. Weiterhin spielen auch exogene Faktoren wie Futterung und Haltung der Tiere eine wichtige Rolle (ANDREAEund DAMMRICH,1972; DAMMRICH und UNSHELM, 1972; KLOSE-VIOLETTE, 1983). Da der Einflufl haltungsbedingter Unterschiede auf die Entwicklung des Skelettsystems durch eine einheitliche Kafighaltung in der vorliegenden Untersuchung weitgehend ausgeschlossen werden kann, kommen fur die Differenzen des Knochenlkgenwachstums von WN- und Chbb-Kaninchen ausschliefllich rassespezifische bzw. genetisch bedingte Unterschiede in Frage. Nach WUITKE(1 988) vollzieht sich der Epiphysenfugenschlufl im Zeitraum zwischen der 25. und 33. Woche. Auch die hier gefundenen Ergebnisse beziiglich des Dickenwachstums deuten darauf hin, dafl das Wachstum mit 33 Wochen im wesentlichen beendet war. Als Indikatoren h r das Dickenwachstum der einzelnen Rohrenknochen konnen die Entwicklung der Diaphysenquerschnittsflache(DF) und der Kompaktaflache (KF) in der Diaphysenmitte angesehen werden. Den hoheren Gewichten der einzelnen Rohrenknochen mit zunehmendem Alter steht auch eine entsprechend vergroflerte Diaphysenquerschnittsflachebei entsprechend vergroflerter Kompaktaflache gegenuber. Durch das grofle Wachstumsvermogen der Kaninchen innerhalb der ersten 3 Lebensmonate ergibt sich in diesem Zeitraum eine verstarkte Zunahme der Diaphysenquerschnitts- und Kompaktaflache. Die untersuchten Lokalisationen der einzelnen Rohrenknochen haben im allgemeinen im Zeitraum zwischen 17 und 33 Wochen, entsprechend der Beendigung des Langenwachstums, auch den endgiiltigen Umfang erreicht. Der prozentuale Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache andert sich mit Ausnahme des Zeitraums bis zur 17. Lebenswoche, wo sich ein tendenzieller Anstieg abzeichnet, im Laufe der Altersentwicklung nicht wesentlich. STOKERund EPKER(1971), welche diesbeziigliche Untersuchungen an WN-Kaninchen durchfiihrten, stellten ebenfalls fest, dafl der Kompaktaanteil an der Diaphysenquerschnittsflache ab einem Alter von 6,5 Monaten (= 24 Wochen) relativ konstant bleibt. Beim Vergleich der beiden Kaninchengruppen ergibt sich fur die Chbb-Kaninchen jeweils ein geringerer Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache gegeniiber den WN. Dies entspricht auch den Ergebnissen von DRESCHER (1989). 4.2. Diskussion der histologischen Ergebnisse Die Diaphysenquerschnitte zeigen uber die einzelnen Altersstufen hinweg einen grundsatzlich gleichen Aufbau. Der Knochenumbau bzw. das erstmalige Auftreten sekundarer Osteone beginnt bei den eintelnen Knochenlokalisationen der Kaninchen - wohl bedingt durch die allmahlich zunehmenden Einwirkungen biomechanischer Krafte - zu unterschiedlichen Zeiten. Die Kompakta des 0 s femoris der 4wochigen Tiere ist noch ausschliefllich aus primaren Osteonen aufgebaut. Am 0 s tibiofibulare zeigen sich bereits vereinzelt sekundare Osteone im Bereich der Umbauzone nahe der endostalen Oberflache. Beziiglich des Humerus der 4wochigen Tiere sind rassespezifische Unterschiede dahingehend erkennbar, dafl die Kompakta der WN-Kaninchen ausschliefllich aus primaren Osteonen aufgebaut ist, w a r e n d die Kompakta der Chbb-Kaninchen schon deutliche Anzeichen sekundarer Osteone aufweist.
184
KARINHORNER und BIRGITDRESCHER
Die an den inneren Kompaktaflachen beobachtete einzellige Lage kubischer Zellen entspricht den von BELANGER (1969) beschriebenen einkernigen Osteolyozyten, welche zur Bildung von Resorptionsbuchten an Lamellen- und Trabekeloberflachen fiihren. Bis zur 12. Lebenswoche iiberwiegt bei allen Tieren und an allen Lokalisationen der innere Knochenabbau, nachfolgend ist ein vermehrter Aufbau zu beobachten. Dies druckt sich in dem abnehmenden Verhdtnis von osteoklastischen Resorptionslakunen zu osteoblastischen Formationslakunen aus. Die von STOKERund EPKER(1 971) durchgefuhrten Untersuchungen an WN-Kaninchen zeigten, daB bei der Gegeniiberstellung der inneren Formations- und Resorptionsoberflachen die Knochenbildung rnit dem Alter zunimmt. Bei den hier untersuchten 2jahrigen Tieren fehlen Anzeichen des Knochenumbaus fast ganzlich, wie auch JOWSEY (1960) feststellte. Weitere Merkmale fur den stattfindenden Knochenumbau stellen das unreife Knochengewebe sowie das Vovhandensein uon Knorpelresten und groflen Haversschen Raumen in der Kompakta dar. Das unreife Knochengewebe wird nach KINCAIDund VAN SICKLE(1983) in der embryonalen und friihen postnatalen Phase der Osteogenese gebildet. Unreifes Knochengewebe befindet sich besonders im Bereich der Umbauzonen, aber auch in der gesamten Kompakta bei Kaninchen bis zu einem Alter von 33 Wochen. Erst bei den 2jahrigen Tieren zeigt sich - wohl infolge der hoheren funktionellen Beanspruchung - der weitgehende Ersatz des Geflechtknochens durch den hoher differenzierten Lamellenknochen. Aber immer noch sind Umbauzonen mit unreifem Knochengewebe vorhanden. Beziiglich des Vorhandenseins von Knorpelresten in der Kornpakta zeigen die Altersgruppen bis zur 33. Woche keine wesentlichen Unterschiede. Nach KRISTIC(1984) sollen die eingeschlossenen Knorpelbdkchen wihrend des inneren Umbaus im Bereich der Metaphyse durch Knochengewebe ersetzt werden, so dafl die ausgereifte Kompakta frei von Knorpelresten ist. Bei den 2jahrigen Kaninchen ist gleichzeitig rnit der Beendigung des Dickenwachstums und dem weitgehend abgeschlossenen Knochenumbau eine verstarkte Abnahme von Knorpelgewebsresten festzustellen. Im Bereich der Umbauzonen sind die im Aufbau befindlichen Osteone durch Havevssche Raume unterschiedlicher Grofle und Form gekennzeichnet. Diese sind im Alter von 4 Wochen noch sehr grot3 und werden mit zunehmendern Alter durch die Anschichtung von sekundarem, lamellarem Knochengewebe allmahlich eingeengt. Ab der 12. Lebenswoche entstehen durch die Apposition lamellaren Knochengewebes neue umgebaute Osteone rnit engen Gefaflkanalen, die in angeschnittene Osteone hineinragen oder Reste alter Osteone einschlieflen. Durch die interstitiellen Lamellen und die dicht gelagerten und sich uberschneidenden Osteone erhalt die Kompakta ein unregelmafliges Strukturbild. Die Anlagerung der auJ3eren und inneren Generallamellen zeigt nach DAMMRICH (1970) den Abschlufl des Dickenwachstums an. Diese weisen bei den WN-Kaninchen irn Alter von 33 Wochen einen regelmafligeren Verlauf als bei den Chbb-Kaninchen auf. Weiterhin wurde untersucht, ob ein eventueller Zusammenhang zwischen dern Alter der Tiere und dem Auftreten von Knochentrabekeln im Markraum besteht. OLAHund SCHENK (1969) stellten fest, dai3 sich im Laufe der Vergroflerung der Gesamtflache der Kompakta, welche durch eine stetige periostale Anlagerung und endostale Resorption von Knochensubstanz und einer damit verbundenen Verschiebung der Grenze periostwarts geschieht, einzelne Trabekel erhalten bleiben. Eine altersabhangige Beziehung zwischen dem Auftreten von Knochentrabekeln im Markruum 1aBt sich bei den untersuchten Rohrenknochen nur insofern feststellen, als die 4wochigen Kaninchen diese an keiner Lokalisation aufweisen. Dies deutet darauf hin, dat3 sie tatsachlich aufgrund des umfangsvermehrenden Wachstums entstehen und zur Stabilitat des Knochens beitragen. Im Laufe der Altersentwicklung treten sie auch nur vereinzelt auf. Die verschiedenen Knochenquerschnitte zeigen bei einigen Kaninchen, abgesehen von der zentral gelegenen Knochenmarkshohle, kleinere Lakunen, welche frei von Kno-
Altersentwicklung der langen Rohrenknochen
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chengewebe sind. Diese Lakunen sind durch Knochenmark ausgefillt, welches aus retikularem Bindegewebe, Fettzellen und Zellen der Blutbildung besteht, und kommen beim 0 s tibiofibulare vermehrt vor.
5. Zusammenfassung Die Altersentwicklung der Diaphysen der langen Rohrenknochen (Humerus, 0 s femoris und 0 s tibiofibulare) wurde makroskopisch, morphometrisch und histologisch an 15 WeiSen Neuseelander Kaninchen (WN) und 15 Chinchilla-Bastard-Versuchskaninchen(Chbb) in 5 Altersgruppen untersucht. Das Hauptknochenwachstum findet in den ersten 3 Lebensmonaten statt. Der Umbau vom jugendlichen zum erwachsenen Knochen begann im Zeitraum von der 4.- 12. Lebenswoche. Die verschiedenen Knochen besitzen unterschiedliche, fur jede Lokalisation charakteristische Umbauzonen. Bis zur 12. Lebenswoche uberwiegt der Abbau des jugendlichen Geflechtknochens, nachfolgend ist ein vermehrter Knochenaufbau durch Lamellenknochen zu beobachten. Abgeschlossen ist das Knochenwachstum zwischen der 17. und 33. Woche. Den grogten Anteil der Kompaktaflache an der Diaphysenquerschnittsflache besitzt bei beiden Rassen das 0 s tibiofibulare. Die Knochenumbauvorgange verlaufen im Prinzip bei beiden Rassen gleich. Rasseunterschiede bestehen am ausgewachsenen Knochen im Aufbau der inneren Generallamellen. Diese sind bei den Chbb-Kaninchen erheblich unregelmafiiger angelagert als bei den WN-Kaninchen.
Risumi Le dtveloppement de la diaphyse des 0 s longs, en fonction de I’Bge, chez le Lapin blanc nio-ztlandais et le Lapin de laboratoire croisi Chinchilla L’itude macroscopique, morphomttrique et histologique du dtveloppement de la diaphyse des longs (humtrus, fimur et 0 s tibiofibulaire) a it6 rialiste, dans cinq groupes d’iges difftrents, sur 15 lapins nto-zilandais blancs (White Newzealand Rabbits: WN) et 15 lapins de laboratoire croisis Chinchilla (Chinchilla-Bastard-Experimental-Rabbits [Chbb]). La croissance principale se produit dans les trois premiers mois de la vie. Le remaniement de I’os juvinile en 0 s adulte commence dans la piriode qui va de la 4e i la 12e semaine. Les diffirents 0 s montrent, pour chaque localisation, diverses zones de remaniement caractiristiques. Jusqu’h la 12e semaine, la rtsorption d’os primaire juvinile prtdomine. O n peut observer ensuite une formation croissante d’os haversien. La croissance osseuse se termine entre la 17e et la 33e semaine. L‘os tibiofibulaire, dans les deux races, represenre la plus grande partie de 1’0s compact sur la surface de section transversale. Le processus du remaniement osseux demeure essentiellement le mPme dans 1es deux races. Les differences raciales, dans 1’0s adulte sont observies dans l’tdification des lamelles circonfirentielles. Celles-ci sont conformies de faqon bien plus irrigulikre chez les lapins Chbb, que chez les lapins WN. 0s
Resurnen Desarrollo en funci6n de la edad de la diifisis de 10s huesos largos en conejos blancos de Nueva Zelanda y chinchillas bastardeados Sobre 10s animalas indicados y en cinco grupos de distinta edad se estudia el desarrollo diafisario dependiente de la edad en concretos huesos largos (h6mero, fkmur y tibioperont), bajo el punto de vista macrosc6pico, morfomttrico e histolbgico. El desarrollo principal del hueso aparece en 10s tres primeros meses de vida, notindose que el remodelaje de hueso precoz a adulto se inicia entre las 4 y 12 semanas de edad. Los diferentes huesos mostraban zonas caracteristicas de remodelaje, seglin su localizacibn. Hasta las 12 semanas predomina la reabsorci6n de tejido 6seo juvenil; mis tarde se asiste a un aumento de la formacibn 6sea por hueso osteonal. El desarrollo 6seo finaliza entre las 17 y 33 semanas y, de todos 10s huesos, el tibioperoneo es el que presenta la mayor irea de hueso compact0 en la superficie total de secci6n transversal. En esencia, el proceso de remodelaje osteogtnico tiene lugar equitativamente en todos 10s animales. Solo se advierten diferencias entre ambos grupos de animales en la construcci6n de las laminillas circunferenciales, la cual es mucho mis irregular en 10s Chbb que en 10s conejos Wn.
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KARIN HORNERund BIRGITDRESCHER
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