Skip to main content
Log in

Die implantatassoziierte posttraumatische Osteitis

Bakterielle Biofilme und Infektabwehr als Protagonisten der lokalen Entzündungsreaktion

Implant-associated post-traumatic osteomyelitis

Bacterial biofilms and the immune defence as protagonists of the local inflammatory process

  • Originalien
  • Published:
Der Unfallchirurg Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Hintergrund und Fragestellung

Die Bildung bakterieller Biofilme auf Implantaten ist eine schwerwiegende Komplikation traumatologisch-orthopädischer Eingriffe. Ziel dieser Studie war es herauszufinden, ob und wie sich die Immunabwehr mit bakteriellen Biofilmen auseinandersetzt und ob dies zu der Pathogenese der Erkrankung beiträgt.

Methode

In einer prospektiven Studie mit 74 Patienten mit implantatassoziierter posttraumatischer Osteitis wurden sowohl die peripheren Blutzellen wie auch die Zellen des intraoperativ gewonnenen entzündlichen Infiltrats phänotypisch und funktionell charakterisiert.

Ergebnisse

Gefunden wurde eine massive Infiltration von Granulozyten, deren bakterizide Eigenschaften, wie Sauerstoffradikalproduktion und Expression aktivierungsassoziierter Oberflächenrezeptoren aufreguliert waren.

Schlussfolgerung

Zwar werden Granulozyten bei der implantatassoziierten Osteitis aktiviert und infiltrieren das infizierte Gewebe; sie sind jedoch nicht in der Lage, die Infektion zu kontrollieren. Durch die Freisetzung ihrer zytotoxischen Entitäten könnten sie zur Gewebezerstörung bis hin zur Osteolyse beitragen.

Abstract

Background

Formation of bacterial biofilms on implants is a severe complication following orthopaedic surgery. In the present study we addressed the role of the immune response, particularly with regard to the pathogenesis of the disease.

Methods

In a prospective study comprising 74 patients with implant-associated post-traumatic osteomyelitis, peripheral blood cells as well as cells recovered from the infected site during surgery were characterised phenotypically and functionally.

Results

We found massive infiltration of polymorphonuclear neutrophils (PMN), which were highly activated, particularly regarding their bactericidal potential, such as increased production of superoxides and upregulation of activation-associated surface receptors.

Conclusion

PMN are activated in response to the implant-associated osteomyelitis; they also infiltrate the infected tissue, but cannot control the infection. By release of their cytotoxic entities they could contribute to tissue destruction and eventually to osteolysis.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6

Literatur

  1. Anwar H, Strap JL, Costerton JW (1992) Establishment of aging biofilms: possible mechanism of bacterial resistance to antimicrobial therapy. Antimicrob Agents Chemother 36: 1347–1351

    PubMed  Google Scholar 

  2. Arens S, Hansis M (1998) Implantate in der Unfallchirurgie: Osteosynthese mit Titan. Dtsch Ärzteblatt 24: 1516–1518

    Google Scholar 

  3. Babior BM, Kipnes RS, Curnutte JT (1973) Biological defense mechanisms: The production by leukocytes of superoxide, a potential bactericidal agent. J Clin Invest 52: 741–744

    PubMed  Google Scholar 

  4. Brenneis HA, Schmidt A, Blaas-Mautner P et al. (1993) Chemotaxis of polymorphonuclear neutrophils (PMN) in patients suffering from recurrent infection. Eur J Clin Invest 23: 693–698

    PubMed  Google Scholar 

  5. Costerton JW (2005) Biofilm theory can guide the treatment of device-related orthopaedic infections. Clin Orthop Relat Res 437: 7–11

    Article  PubMed  Google Scholar 

  6. Costerton JW, Stewart PS, Greenberg EP (1999) Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Science 284: 1318–1326

    Article  PubMed  Google Scholar 

  7. Costerton W, Veeh R, Shirtliff M et al. (2003) The application of biofilm science to the study and control of chronic bacterial infections. J Clin Invest 112: 1466–1477

    Article  PubMed  Google Scholar 

  8. Davey ME, O‚Toole GA (2000) Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiol Mol Biol Rev 64: 847–867

    Article  PubMed  Google Scholar 

  9. Davies DG (1999) Regulation of matrix polymer in biofilm formation and dispersion. In: Wingender J, Neu TR, Flemming HC (Hrsg) Microbial extracellular polymeric substances. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 93–117

  10. Donlan RM (2001) Biofilms and device-associated infections. Emerg Infect Dis 7: 277–281

    PubMed  Google Scholar 

  11. Gardiner EE, Mok SS, Sriratana A et al. (1994) Polymorphonuclear neutrophils release 35S-labelled proteoglycans into cartilage during frustrated phagocytosis. Eur J Biochem 22: 871–879

    Article  Google Scholar 

  12. Gilbert P, Das J, Foley I (1997) Biofilms susceptibility to antimicrobials. Adv Dent Res 11: 160–167

    PubMed  Google Scholar 

  13. Gristina AG, Costerton JW (1985) Bacterial adherence to biomaterials and tissue. J Bone Joint Surg Am 67: 264–273

    PubMed  Google Scholar 

  14. Haaker R, Senge A, Krämer J, Rubenthaler F (2004) Osteomyelitis nach Endoprothesen. Orthopäde 33: 431–438

    Google Scholar 

  15. Hendersen B, Nair SP (2003) Hard labour: bacterial infection of the skeleton. Trends Microbiol 11: 570–577

    Article  PubMed  Google Scholar 

  16. Lew DP, Waldvogel FA (1997) Osteomyelitis. N Engl J Med 363: 999–1007

    Article  Google Scholar 

  17. Mack D (1999) Molekulare Mechanismen der Biofilm-Entstehung von Staphylococcus epidermidis. Chemother J 5: 166–175

    Google Scholar 

  18. Nelson CL, McLaren AC, McLaren SG et al. (2005) Is aseptic lossening truly aseptic ? Clin Orthop Relat Res 437: 25–30

    Article  PubMed  Google Scholar 

  19. Neut D, van Horn JR, van Kooten TG et al. (2003) Detection of biomaterial-associated infections in orthopaedic joint implants. Clin Orthop 413: 261–268

    PubMed  Google Scholar 

  20. Patel R (2005) Biofilms and antimicrobial resistance. Clin Orthop Relat Res 437: 41–47

    Article  PubMed  Google Scholar 

  21. Schierholz JM, Morsczeck C, Brenner N et al. (2004) Besonderheiten der implantatassoziierten Infektion in der orthopädischen Chirurgie. Orthopäde 33: 397–404

    Google Scholar 

  22. Sculco TP (1993) The economic impact of infected total joint arthroplasty. Instruct Course Lect 42: 349

    Google Scholar 

  23. Tsukayama DT (1999) Pathophysiology of posttraumatic osteomyelitis. Clin Orthop 360: 22–29

    Article  PubMed  Google Scholar 

  24. Wagner C, Deppisch R, Denefleh B et al. (2003) Expression patterns of the lipopolysaccharide receptor CD14, and the Fc gamma receptors CD16 and CD64 on polymorphonuclear neutrophils: data from patients with severe bacterial infections and lipopolysaccharide exposed cells. Shock 19: 5–12

    Article  PubMed  Google Scholar 

  25. Wagner C, Kaksa A, Müller W et al. (2004) Polymorphonuclear neutrophils in posttraumatic osteomyelitis: cells recovered from the inflamed site lack chemotactic activity but generate superoxides. Shock 22: 108–115

    Article  PubMed  Google Scholar 

  26. Ward PA, Lentsch AB (1999) The acute inflammatory response and its regulation. Arch Surg 134: 666–669

    Article  PubMed  Google Scholar 

  27. Zimmermann F, Lautenschläger K, Heppert V et al. (2005) Expression of elastase on polymorphonuclear neutrophils in vitro and in vivo: Identification of CD11b as ligand for the surface-bound elastase. Shock 23: 216–223

    PubMed  Google Scholar 

Download references

Interessenkonflikt

Es besteht kein Interessenkonflikt. Der korrespondierende Autor versichert, dass keine Verbindungen mit einer Firma, deren Produkt in dem Artikel genannt ist, oder einer Firma, die ein Konkurrenzprodukt vertreibt, bestehen. Die Präsentation des Themas ist unabhängig und die Darstellung der Inhalte produktneutral.

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to C. Wagner.

Additional information

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft WA 1623/1–4.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Wagner, C., Hänsch, G.M., Wentzensen, A. et al. Die implantatassoziierte posttraumatische Osteitis. Unfallchirurg 109, 761–769 (2006). https://doi.org/10.1007/s00113-006-1089-2

Download citation

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00113-006-1089-2

Schlüsselwörter

Keywords

Navigation