Handchir Mikrochir Plast Chir 2004; 36(2/03): 108-116
DOI: 10.1055/s-2004-817872
Original Article

Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Teratogenic Mechanisms of Longitudinal Deficiency and Cleft Hand

Teratogene Mechanismen bei longitudinalen Defekten der HandT. Ogino1
  • 1Department of Orthopaedic Surgery, Yamagata University School of Medicine, Yamagata, Japan
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Publication History

Received: August 27, 2003

Accepted: December 17, 2003

Publication Date:
26 May 2004 (online)

Zusammenfassung

Um die teratogenen Mechanismen bei angeborenen Handfehlbildungen besser zu verstehen, haben wir klinische Fälle untersucht und ähnliche Fehlbildungen in Rattenfeten durch die orale Gabe von Busulfan induziert. Mit dieser Substanz haben wir in Rattenfeten radiale und ulnare Fehlbildungen induziert, die ähnliche klinische Erscheinungsformen wie beim Menschen aufwiesen und möglicherweise durch denselben teratogenen Mechanismus hervorgerufen wurden. Die histologische Untersuchung der Formation der Fingerstrahlen wies darauf hin, dass diese Fehlbildungen nicht durch eine lokalisierte Schädigung der Gliedmaßenknospe verursacht wurde und dass die Ursache für fehlende Finger bei longitudinalen Defekten in enger Beziehung zum Fehlen von mesenchymalen Zellen in der Gliedmaßenknospe steht. Die Spalthand wird als ein longitudinaler Defekt betrachtet. Dennoch haben verschiedene Forschungsgruppen darauf hingewiesen, dass die abnorme Induktion von Fingerstrahlen im Prozess der Fingerformation zentrale Polydaktylien, knöcherne Syndaktylien und Spalthände hervorrufen können. Röntgenuntersuchungen der klinischen Fälle und der Skelettveränderungen bei den in Ratten herbeigeführten Anomalien scheinen zu beweisen, dass die Spalthandformation aus knöcherner Syndaktylie und zentraler Polydaktylie hervorgeht. Die Ergebnisse unserer experimentellen Studie zeigen, dass die kritischen Zeiträume für zentrale Polydaktylie, Syndaktylie und Spalthand dieselben sind. Sie weisen auch darauf hin, dass zentrale Polydaktylie, Syndaktylie und Spalthand hervorgerufen werden können, wenn derselbe teratogene Faktor menschliche Embryonen im selben Entwicklungsstadium beeinflusst. Wegen der vergleichbaren Ursachen sollten Spalthand, Syndaktylie und zentrale Polydaktylie in dieselbe Gruppe eingeteilt werden, nämlich in die Gruppe „abnormer Induktion von Fingerstrahlen“.

Basierend auf diesen klinischen und experimentellen Studien, haben wir die Swanson-Klassifikation modifiziert. In unserer modifizierten Klassifikation sind die typische Spalthand, Syndaktylie und Polydaktylie in die gleiche Kategorie abnormer Induktion von Fingerstrahlen eingeteilt wie die vierte neue Kategorie.

Abstract

In order to better understand the teratogenic mechanisms of congenital defects of the digits, we analyzed clinical cases and induced similar types of congenital hand anomalies in rat fetuses by oral administration of busulfan. In clinical cases, radial and ulnar deficiencies had common characteristic features. We induced radial and ulnar deficiencies in rat fetuses with the same drug. Radial and ulnar deficiencies induced in rats have similar clinical manifestations and these anomalies might be caused by the same teratogenic mechanism. Then, the formation of the digital rays was examined histologically. The results of histological examination suggested that these deficiencies were not caused by localized damage of the limb bud. They also suggested that the cause of missing digits in longitudinal deficiency is closely related to a deficit of mesenchymal cells in the limb bud. Cleft hand is considered to be one of the types of longitudinal deficiency. However, several investigators have suggested that the abnormal induction of finger rays in the process of formation of fingers induced central polydactyly, osseous syndactyly and also cleft hand. X-rays of the clinical cases and skeletal changes of the anomalies induced in rats appear to demonstrate that cleft hand formation proceeds from osseous syndactyly and central polydactyly. The results of our experimental study show that the critical periods of central polydactyly, osseous syndactyly and cleft hand are the same. They also suggest that central polydactyly, syndactyly and cleft hand might be induced when the same teratogenic factor acts on embryos at the same developmental stage in the human being. Because they have a similar causation, cleft hand, syndactyly and central polydactyly should be classified into the same entity, that is, abnormal induction of digital rays.

Based on these clinical and experimental studies, we modified the Swanson classification. In our modified classification, typical cleft hand, syndactyly and polydactyly are included in the same category of abnormal induction of digital rays as the fourth new category.

References

  • 1 Barsky J. Cleft hand: classification, incidence, and treatment.  J Bone Joint Surg [Am]. 1964;  46 1707-1720
  • 2 Blauth W. Der hypoplastische Daumen.  Arch Orthop Unfall Chir. 1967;  62 225-246
  • 3 Congenital Hand Committee of the Japanese Society for Surgery of the Hand . Manual for classification of congenital hand anomalies.  J Jpn Soc Surg Hand. 1996;  13 455-467
  • 4 Kato H, Ogino T, Minami A, Ohshio I. Experimental study of radial ray deficiency.  J Hand Surg [Br]. 1990;  15 470-476
  • 5 Manske P R. Cleft hand and central polydactyly in identical twins: a case report.  J Hand Surg. 1983;  8 906-908
  • 6 Manske P R. Symbrachydactyly instead of atypical cleft hand.  Plast Reconstr Surg. 1993;  91 196
  • 7 Miura T. Syndactyly and split hand.  Hand. 1976;  8 125-130
  • 8 Ogino T, Ishii S, Minami M, Usui M, Muramatsu I, Miyake A. Roentgenological and clinical analyses of cleft hand, polydactyly of the middle finger.  Seikeigeka. 1977;  28 1508-1511 [Japanese]
  • 9 Ogino T. A clinical and experimental study on teratogenic mechanism of cleft hand, polydactyly and syndactyly.  J Jpn Orthop Ass. 1979;  53 535-543 [Japanese]
  • 10 Ogino T, Minami A, Fukuda K, Kato H. Congenital anomalies of the upper limb among the Japanese in Sapporo.  J Hand Surg [Br]. 1986;  11 364-471
  • 11 Ogino T, Ohshio I, Minami A, Fukuda K, Nakazato T. Congenital anomalies of the upper limb in our clinic - an application of modified Swanson's classification.  J Jpn Soc Surg Hand. 1986;  909-916 [Japanese]
  • 12 Ogino T, Kato H. Clinical and experimental studies on ulnar ray deficiency.  Handchir Mikrochir Plast Chir. 1988;  20 330-337
  • 13 Ogino T, Kato H. Histological analysis of myleran induced longitudinal deficiency in rats.  Handchir Mikrochir Plast Chir. 1988;  20 271-274
  • 14 Ogino T, Minami A, Kato S. Clinical features and roentgenograms of symbrachydactyly.  J Hand Surg [Br]. 1989;  14 303-306
  • 15 Ogino T. Teratogenic relationship between polydactyly, syndactyly and cleft hand.  J Hand Surg [Br]. 1990;  15 201-209
  • 16 Ogino T. Current classification of congenital hand deformities based on experimental research. Saffar P, Amadio CP, Foucher G Current Practice in Hand Surgery. London; Martin Dunitz 1997: 337-341
  • 17 Swanson A B, Barsky A J, Entin M. Classification of limb malformations on the basis of embryological failure.  Surg Clin N Amer. 1968;  48 1169-1179
  • 18 Swanson A B. A classification for congenital limb malformations.  J Hand Surg. 1976;  1 8-22
  • 19 Swanson A B, Swanson G, Tada K. A classification for congenital limb malformation.  J Hand Surg. 1983;  8 693-702
  • 20 Watari S, Tsuge K. A classification of cleft hands, based on clinical findings.  Plast Reconstr Surg. 1979;  64 381-389

Prof. M.D. Toshihiko Ogino

Department of Orthopaedic Surgery
Yamagata University School of Medicine

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Japan

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