første dokumenterede patologier i Tenontosaurus tilletti med kommentarer til infektion i ikke-aviære dinosaurer

falanks I-1

den venstre pedalfalang i-1 har en stor, uregelmæssigt formet ekspansion omkring diafysen og den proksimale artikulære overflade (Fig. 1A-C). Den periosteale overflade er rugose og dækket af lavvandede, uregelmæssige grober med flere områder med hævede benede kamme, primært placeret på det underordnede aspekt af sidesiden (Fig. 1C). Udvidelsen har øget omkredsen af diafysen til næsten lig omkredsen af den proksimale artikulære overflade. Diafysens inflation er ikke ensartet; den dorsale side viser mere ekspansion end plantarsiden, især på den dorsomediale kant (Fig. 1 time). Udvidelsen omkring diafysen i det bredeste omfang har en omkreds på 14,4 cm, mens den upåvirkede højre falanks har en omkreds på 8,0 cm. Proksimal til den distale kondyle på rygsiden er der en udtalt læbe, der afslutter ekspansionens omfang, hvilket efterlader den distale kondyle upåvirket. Deformation forårsaget af ekspansionen modificerede den proksimale artikulære overflade til en bred, ovat form uden observerbar ekstensorknold (Fig. 1B). I modsætning hertil er den proksimale artikulære overflade af den kontralaterale falanks femkantet i omrids (Fig. 1E). Derudover er formen af fossa inden for den proksimale artikulære overflade af falanks i-1 blevet deformeret fra cirkulær i kontur til elliptisk, og dens dybde er blevet uddybet af ekspansionens vækst (Fig. 1B, E).

OMNH 58340 venstre pedal falanks I–1(A–C, G-I) og ikke-patologisk højre pedal falanks I–1 (D-F) til sammenligning. (A,D,G) dorsal visning. (B,E, H) proksimal visning. (C, F, I) sidebillede. Rugose callus har fortykket diafysen og drastisk ændret formen på den proksimale artikulære overflade. De sorte pile angiver placeringen af ekstensorknolden og i hvilken grad callusvækst på den patologiske prøve har skjult eller ombygget tuberkulet. De hvide pile i (G,H) indikerer original knoglebark omgivet af et flettet lag (vævet knogle) og et tyndt fast hvidt lag (lamellær knogle) denne morfologi er i overensstemmelse med en callus i processen med ombygning. Den hvide pil i Jeg viser placeringen af en stor taphonomisk brud. Den grove ydre struktur af callus indikerer, at dette element sekundært blev påvirket af en ikke-suppurativ infektion (traumatisk-infektiøs).

CT-scanninger afslører forskellene i relativ tæthed mellem osseøst væv. Lucent (mørke) områder repræsenterer knogler med lav densitet, såsom cancelløs eller reaktiv vævet knogle, mens sklerotiske (hvide) områder repræsenterer knogler med højere densitet, såsom kortikal knogle22. CT-scanningerne af OMNH 58340 afslører en svag, intern, tæt linje observeret en tredjedel af vejen ned ad akslen fra den proksimale ende, hvilket antyder tilstedeværelsen af den originale diafyseale kortikale knogle (Fig. 1G, H). Når den er skitseret, er den indre linje i overensstemmelse med den tilsvarende sektion af diafysen i den upåvirkede falanks. Den kortikale knogle kan også observeres i den proksimale visning og er til stede i de proksimale to tredjedele af elementet. Baseret på placeringen af den oprindelige kortikale knogle var den primære retning af patologisk vækst i dorsomedial retning. Derudover, CT-scanningerne afslører, at dette element er taphonomisk brudt i en grad, der er atypisk for andre knogler i denne prøve. Den frakturering, der er til stede på falanks, krydser patologiske træk og skyldes derfor sandsynligvis taphonomiske processer (Fig. 1I). Dette kan være resultatet af patologien, der reducerer falanks strukturelle integritet. Knogler ved siden af falanks I-1 påvirkes ikke, bortset fra den distale kondyle af metatarsal I. den proksimale artikulære overflade af venstre pedalfalang I-1 er mere konkav end den upåvirkede kontralaterale falanks I-1; derfor blev den distale kondyle af venstre metatarsal i ombygget i overensstemmelse hermed, hvilket resulterede i en lidt mere konveks artikulær overflade end den højre metatarsal I.

diagnose

den patologiske venstre falanks I-1 af OMNH 58340 har en stærk lighed med den af to patologiske pedalfalanger, der tilhører Allosaurus fragilis, beskrevet af Hanna11. Den højre pedal falanks III-1 af MOR 693 (Museum of the Rockies, Montana State University, Montana, USA) og den venstre pedal falanks III-1 af UUVP 1657 (University of Utah Vertebrate Paleontology, Salt Lake City, Utah, USA) fra Cleveland-Lloyd stenbruddet har begge en stor osseøs ekspansion, der dækker de proksimale to tredjedele af diafysen og den proksimale artikulære overflade, svarende til abnormiteten på venstre falanks i-1 af OMNH 5834011. I phalanges beskrevet af Hanna11 fortolkes de diafyseale og proksimale artikulære udvidelser som involucrum—en periosteal udvækst af knogler, der omgiver den oprindelige knogle som reaktion på en infektion i det medullære hulrum—der kan have fundet sted sekundært til en traumerelateret brud på disse elementer. Derfor kunne en kombination af callusdannelse og infektionsrelateret knoglevækst have frembragt disse abnormiteter. Både MOR 693 og UUVP 1657 besidder, hvad Hanna11 fortolket som penetrerende læsioner, cloacae til dræning af pus produceret som reaktion på osteomyelitis, på ydersiden af disse phalanges. De penetrerende læsioner og involucrum fortolkes som tegn på infektion, og derfor diagnosticerede Hanna11 disse patologier som posttraumatisk kronisk suppurativ osteomyelitis. Rega9 udfordrede denne diagnose, hvilket tyder på, at falanks i-1 af MOR 693 mangler cloacae, og at overfladestrukturen og inflationen af elementet kunne være tegn på en godartet knogletumor kaldet en osteochondroma. De patologisk berørte regioner i venstre falanks I-1 af OMNH 58340 mangler ligeledes cloacae. I betragtning af hvad der er blevet foreslået for lignende abnormiteter på de førnævnte Allosaurus phalanges, bør en differentiel diagnose af OMNH 58340 ‘ s falanks i-1 omfatte overvejelse af tre mulige etiologier: en osteochondroma, callusdannelse og osteomyelitis.

Osteochondromas er de mest almindelige knogletumorer, der findes hos mennesker23. De er karakteriseret som godartede udvækst, der består af cancelløs og kortikal knogle, der er begrænset af hyalinbrusk. Den patognomoniske egenskab ved denne type læsion er dens kontinuitet med den underliggende ikke-patologiske knoglekort23. Derfor er det ved diagnosticering af en osteochondroma afgørende at afgøre, om ekspansionen er i kontinuitet med den kortikale knogle og det underliggende medullære hulrum. Tilstedeværelsen af den oprindelige kortikale knogle (Fig. 1G, H) inden for ekspansionen argumenterer stærkt imod en diagnose af et osteochondroma for dette element, fordi ekspansionen ikke er kontinuerlig med det originale kortikale og medullære hulrum. Osteochondromas dækker typisk ikke knoglen, de vokser ud af, snarere er denne morfologi mere konsistent med enten callusdannelse eller osteomyelitis.

sidstnævnte etiologier udelukker ikke hinanden; callusdannelse kan begynde, og bakterier kan introduceres sekundært og forårsage osteomyelitis. CT-scanningerne af venstre falanks i-1 afslører flere tegn, der antyder, at den proksimale ekspansion af falanks i-1 er relateret til callusdannelse efter en brud. De hvide pile i Fig. 1g, H angiver placeringen af den oprindelige kortikale knogle i diafysen. Perifert til den oprindelige kortikale knogle på den dorsomediale kant er der et lag vævet knogle efterfulgt af tættere knogler, der er karakteristiske for avanceret ombygning22. Internt er der ingen tegn på en malunion af den kortikale knogle i falanks; imidlertid er mønsteret af knoglevæv i CT-scanningerne typisk for callusdannelse som følge af en brud22. Manglen på opløsning omkring original kortikal knogle kan afspejle en callus i de senere stadier af heling, hvor osteoklastisk aktivitet er begyndt at resorbere den originale kortikale knogle22. Denne slutning kan bekræftes af det faktum, at den venstre metatarsal I har en mere konveks distal artikulær overflade for at matche den øgede konkavitet af den patologiske proksimale artikulære overflade på falanks, en grad af ombygning, der ville indikere et betydeligt tidsrum, er gået. Mens der mangler cloaca beskrevet i de patologiske Allosaurus phalanges, udviser den venstre pedalfalang i OMNH 58340 en ru, pitted tekstur, der dækker callus, der ligner den tekstur, der er forbundet med osteomyelitis i en titanosaur sauropod hale fra Anacleto dannelse af Argentina, hvor periosteale overflader af flere kaudale hvirvler var dækket med en grov ‘mikrobubbly’ overfladestruktur (Fig. 1C) 14. Derfor kan rugosestrukturen på den periosteale overflade, der omgiver falanks, antyde sekundær osteomyelitis, således at denne patologi betragtes som traumatisk og muligvis infektiøs11.

ribben

venstre dorsale ribben 7 (L7) er brudt lige under dens største krumning, 75 mm distalt til tuberkulumet (Fig. 2B). 14,5 mm proksimalt ind i den brudte ende af det proksimale ribbesegment, hvilket resulterer i en total forkortelse på 26 mm. Den ventrale side af ribben er revnet og bulet udad for at imødekomme påvirkningen af det distale ribbesegment. Omkring bruddet og mellem elementerne er der minimal callusdannelse, men knoglerne er fuldt smeltede. CT-scanningerne (Fig. 2C, D) af denne patologi viser tydeligt stablet kortikal knogle på den ventrale side af ribben.

brækket højre dorsale ribben (R10) (A) og brækket venstre dorsale ribben (L7) (B–D). (A) R10 i forfra. (B) L7 i anterior visning, der viser en påvirket brud (sort pil). (C) forreste skive gennem L7, der viser 24 mm komprimering og vinkling af det distale ribbenelement. (D) tværsnit af ribben L7 i proksimal visning, placering af skive angivet med den hvide pil i (C). Den ortogonale skive viser den stablede kortikale knogle som følge af påvirkningen af det distale ribbenelement i det proksimale element. Patologien er klassificeret som traumatisk.

højre rygribbe 10 (R10) er brudt 140 mm under tuberkulumet, hvor ribben begynder at rette sig ud. Den distale ende af bruddet forskydes 18 mm proksimalt (Fig. 2A), for en total forkortelse af ribben på 24 mm. mens den stadig er en påvirket brud, adskiller morfologien sig lidt fra L7. Der er mindre vinkling af det distale ribbesegment, så den forreste kortikale knogle i det distale ribbesegment overlejrer den forreste kortikale knogle i det proksimale ribbesegment. Desuden er der en vis deformation og revner til stede på den ventrale side som det, der ses i L7. Ligesom L7 er der minimal callusdannelse, og segmenterne er fuldt sammensmeltede.

venstre rygribbe 10 (L10) har en glat, oppustet abnormitet 35 mm under tuberkulumet (Fig. 3). Der er ingen synlig forskydning, og der er heller ingen indikation af brud. Abnormiteten afgrænses fra den ikke-patologiske knogle ved en øjenformet teksturændring, der er 22 mm lang (proksimodistalt) og spænder over ribbenets bredde. Inflationen udvider omkredsen af knoglen fra 55 mm distalt til abnormiteten til 67 mm på det bredeste punkt af abnormiteten. På den forreste overflade er der to små erosive læsioner med skarpe kanter, der passerer gennem den periosteale overflade af abnormiteten. Den distale læsion er hjerteformet, 9 mm med 7 mm i størrelse og 2-3 mm dyb. Den proksimale læsion er mindre i størrelse (5 mm ved 5 mm) og er mindre end en millimeter dyb (Fig. 3B). Læsionerne er placeret inden for den øjenformede kant af abnormiteten.

(a) venstre rygribbe 10 (L10) i forfra, der viser en callus, der har udvidet ribbenets skaft. (B) forstørret forreste billede af callusoverfladen, der viser øjenformet callusmargin med to lytiske læsioner (sorte pile) til stede på callusmarginen. Disse læsioner tyder på osteomyelitis (traumatisk-infektiøs).

diagnose

ribben L7 og R10 er klassificeret som traumatisk. De to ribbenfrakturer er i overensstemmelse med direkte traumer i ribbenburet. Flere aspekter af disse brud antyder, at L7 og R10 er fra den samme traumatiske begivenhed. L7 og R10 er begge påvirkede brud med henholdsvis 26 mm og 24 mm kompression, hvilket indikerer en ækvivalent kraft, der brækkede begge ribber. Påvirkede brud som dette kunne kun have fundet sted fra en stærk kompressionskraft påført sammenfaldende med ribbenets lange akse, som hvad man kunne forvente fra et direkte fald til den ventrale side. Det er usandsynligt, at et dyr ville opretholde to skader, der producerede sådanne lignende brudmorfologier, hvilket indikerer, at disse patologier sandsynligvis er samtidige. Derudover viser begge ribben lignende grader af callusdannelse. Ribbenene er tydeligt smeltet sammen, hvilket indikerer, at der er sket en vis heling, og at disse skader opstod engang før døden.

Rib L10 er klassificeret som traumatisk-infektiøs. Tilstedeværelsen af en callus eller proliferativ læsion er nødvendig, men ikke tilstrækkelig til at diagnosticere en patologi som traumatisk9. Yderligere faktorer såsom placering og type læsion skal overvejes. Abnormiteten på L10 (Fig. 3A) er ved den største krumning af ribben, og inflationen er mest fremtrædende på den forreste side. CT-scanningerne afslører ingen indre kortikale knogler, og overfladen af inflationen er glat. Disse egenskaber er i overensstemmelse med en ribbenbrud i de senere stadier af callus-ombygning9,23. De lytiske læsioner,der er til stede på den forreste side af callus, er lokaliserede områder med knogledestruktion, der er karakteristiske for osteomyelitis hos krybdyr og pattedyr24, 25. Læsionerne på den ydre overflade af denne callus antyder, at der enten var en infektion i det omgivende bløde væv, eller at infektionen havde spredt sig til knoglen og udviklede sig til osteomyelitis.

Metacarpal IV

en stor osseøs udvækst er til stede 10 mm ud over den proksimale artikulære overflade på den laterale side af diafysen. Den osseøse udvækst begynder at afvige fra den laterale side af akslen 30 mm fra den distale kondyle, der danner en sub-trekantet udvækst, der projicerer sideværts 20 mm fra den laterale side af knoglen (Fig. 4A). Afslutningen af udvæksten er rugose og sammensat af kortikal knogle. Der er ingen unormal knoglefortykning i dorsal og palmar retninger; snarere ser udvæksten ud til at fortsætte den normale periosteale overflade af knoglen på ryg-og palmar-siderne. På rygsiden er der imidlertid en koncentrisk forstyrrelse af den normale langkornede knogletekstur, 20 mm i diameter (Fig. 4A), der falder sammen med en underliggende intraossøs abscess (Fig. 4C-E). Strukturen inden for forstyrrelsen er fuldstændig uorganiseret. Ud over den store udvækst er der en lille knoglespikule 3 mm i længden, der strækker sig sideværts fra den proksimale kant af den laterale kollaterale ligamentgrop. De proksimale og distale epifyser påvirkes ikke.

OMNH 58340 venstre og højre metacarpal IV. (a) patologisk venstre metacarpal IV dorsal visning, stiplet linje viser placeringen af en forstyrrelse i den periosteale overfladestruktur, og den sorte pil peger på en 3 mm lang fremspring på den proksimale margen af kollateralt ligament pit. (B) højre metacarpal IV dorsal visning. (C–E) computertomografi scanninger af venstre metacarpal IV, der viser den indre morfologi, der er i overensstemmelse med en type subakut pyogen osteomyelitis kaldet en Brodie-abscess. (C) proksimal visning (D). Dorsal udsigt (E). Sidebillede. Pil angiver tilstedeværelsen af en uregelmæssig sekvestrum i abscessen i overensstemmelse med morfologien af en Brodie-abscess i et tidligt stadium af dens udvikling.

computertomografi (CT) scanninger af metacarpal IV var afgørende for at karakterisere den indre morfologi af denne patologi. Disse CT-scanninger afslører, at der ved siden af den osseøse udvækst er en intern abscess, der måler 11,5 liter 9,2 liter 6,2 mm (Længde-Bredde-Højde), der er ovoid i form med den lange akse orienteret palmodorsalt. Læsionen er i det medullære hulrum i diafysen 6 mm distalt til den proksimale kondyle og inden i den kortikale knogle på den laterale side. Abscessens margen er klar og tydelig med en tæt kant af cancelløs sklerose, der omskriver abscessen. Indeholdt i abscessen er et uregelmæssigt formet materiale fortolket til at være en sekvestrum. Det er usandsynligt, at dette materiale, der fylder abscessen, er et diagenetisk mineral på grund af tre grunde (1) sekvestrummet efterligner abscessen i form, (2) materialet har en densitet, der er i overensstemmelse med den omgivende knogle, og (3) ser ikke ud til at stamme fra abscessens omkreds, som man kunne forvente af et udfældende mineral. Derudover er den osseøse udvækst, som den ser makroskopisk ud, en velorganiseret udvækst sammensat internt af cancelløs knogle og eksternt af kortikal knogle.

diagnose

den osseøse udvækst på metacarpal IV fortolkes som et svar på proliferationen af en indre abscess og betragtes derfor som en patologi. Morfologien af metacarpal IV abnormitet er i overensstemmelse med egenskaberne ved en Brodie-abscess, en type subakut pyogen osteomyelitis, derfor er denne patologi klassificeret som infektiøs. Brodie-abscesser er variable hos mennesker med hensyn til størrelse, grad af osseøs proliferativ respons og placering. På grund af deres variabilitet er de ofte fejldiagnostiseret26. Deres typiske billeddannelsesudseende er karakteriseret som en intraossøs knoglelæsion med et ekscentrisk område af knogledestruktion, der variabelt emargineres af reaktiv sklerose i den omgivende knogle26. I en undersøgelse af 25 bekræftede tilfælde af Brodie-abscesser hos mennesker forekom alle undtagen en i underekstremiteterne, oftest i skinnebenet og lårbenet26. Ni var til stede i diafysen, og af disse ni var fire i det medullære hulrum. I alle undtagen fire tilfælde var cancelløs sklerose til stede omkring abscessen, og i ti af tilfældene var reaktiv vækst som udvæksten på metacarpal IV til stede. Sekvestrum var til stede i fem af de 25 tilfælde, og forfatterne foreslog, at tilstedeværelsen af sekvestra kan indikere en abscess tidligt i dens udvikling26.

en differentiel diagnose inklusive en Brodie-abscess skal også omfatte en diskussion af egenskaberne ved en osteoid osteom—en type godartet knogletumor—og en osteochondroma som diskuteret ovenfor med henvisning til venstre falanks i-127. En osteoid osteom producerer en morfologi, der ligner en Brodie-abscess i CT-scanninger, herunder en lav dæmpning nidus (hul) og tilstødende sklerose i den omgivende knogle27. Imidlertid er uregelmæssig sekvestra som den, der ses i abscessen på metacarpal IV i Tenontosaurus, ikke typisk for en osteoid osteom. Snarere kan en central osseøs mineralisering være til stede inden for nidus af osteoid osteom, men er sfæroid i form27,28. Den udvækst, der er til stede på dette element, udviser den patognomoniske Karakteristik af en osteochondroma—kontinuitet i læsionen med den underliggende kortikale og cancelløse knogle. Imidlertid udelukker tilstedeværelsen af den indre abscess igen dette som en potentiel diagnose, da abscesser ikke ofte er forbundet med osteochondromas. Abscessen inden for metacarpal IV i OMNH 58340 udviser mange af de egenskaber, der er forbundet med Brodie-abscesser, herunder; (1) en cancelløs sklerotisk kant, der omgiver området med knogledestruktion (Fig. 4C, D), (2) en reaktiv udvækst tæt forbundet med abscessen; og (3) en ekscentrisk, uregelmæssigt formet sekvestrum typisk for hæmatogen osteomyelitis i det tidlige stadium (Fig. 4C-E). Desuden er en diagnose af denne patologi ikke hidtil uset hos ikke-aviære dinosaurer. En Brodie abscess blev beskrevet af Vittore og Henderson28 i venstre pedal falanks II-1 af tyrannosaurid BMR P2002.4.1 (Burpee Museum of Natural History, Rockford, Illinois, USA). Dette er dog den første rapporterede Brodie-abscess i planteædende dinosaurer.