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Optimierung der Plattenosteosynthese mit Hydroxylapatit beschichteten AO/ASIF Schrauben nach Defektosteotomie
INAUGURAL- DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Claudia Melanie Bremer
aus Peine
Hannover 2004
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. M. Fehr
Tierärztliche Hochschule Hannover
Prof. Dr. B. W. Wippermann
Städtisches Krankenhaus Hildesheim
1. Gutachter: Prof. Dr. M. Fehr
2. Gutachter: Prof. Dr. J. Rehage
Tag der mündlichen Prüfung: 28.05.2004
Meiner Familie und Philipp
Abb. Abbildung AG Aktiengesellschaft
AISI American Iron and Steel Institute ANOVA Analysis of Variance
AO Arbeitsgruppe für Osteosynthesefragen ap anterior posterior
As Arsen
ASIF Arbeitsgruppe zur Studie interner Fixationsmethoden ASTM American Standard for Testing and Materials
Bdgw. Bindegewebe bzw. beziehungsweise ca. circa
Cd Cadmium
cm Zentimeter cm3 Kubikzentimeter CO2 Kohlendioxid
DCP Dynamic compression plate EDXA Energy dispersive x-ray analysis EKG Elektrokardiogramm
Fa. Firma
F-Wert Wahrscheinlichkeitswert g Gramm
ggr. geringgradig
GmbH Gemeinschaft mit beschränkter Haftung Gr. Gruppe
° Grad
°C Grad Celsius HA Hydroxylapatit Hg Quecksilber
i.v. intravenös
ISO International Organization for Standardization KGW Körpergewicht
KVS Kopfverriegelungsschraube
LC-DCP Limited contact dymamic compression plate LCP Locking compression plate
LISS Limited invasive stability system M. Musculus
µg Mikrogramm mA Milliampère
mAs Milliampèresekunde mg Milligramm
mgr. mittelgradig min Minute ml Milliliter mm Millimeter
mmHg Millimeter Quecksilbersäule Nm Newtonmeter
nm Nanometer Nmm Newtonmillimeter
Nr. Nummer
o.b.B. ohne besonderen Befund OP Operation
P Probe
PC Personal Computer PC-Fix Point contact fixateur Pixel Bildpunkte
p. o. post operationem
% Prozent
s.c. subcutan s.o. siehe oben Tab. Tabelle
UK United Kingdom USA United States of America V. Vena
Vol % Volumenprozent
wt % weight percent, Gewichtsprozent z.B. zum Beispiel
2 LITERATUR 13
2.1 Übersicht einiger Osteosyntheseplatten an langen Röhrenknochen 15
2.2 Schrauben 18
2.3 Reaktion von Knochen auf das Implantieren von Schrauben 19 2.4 Beschichtung der Implantate 21
3 MATERIAL UND METHODEN 23
3.1 Versuchstiere 23
3.2 Operationsinstrumentarium und Versuchsgruppen 23
3.3 Operationsvorbereitungen 25
3.4 Narkose 25
3.5 Operationstechnik 26
3.6 Postoperativer Verlauf und Nachsorge 27
3.7 In-vivo-Untersuchungen 28
3.7.1 Klinische Untersuchungen 28
3.7.2 Röntgenuntersuchungen 29
3.8 Ex-vivo-Untersuchungen 29
3.8.1 Biomechanische Prüfungen 31 3.8.1.1 Ausdrehmomente der Schrauben 31 3.8.1.2 Vorbereitung der Tibiae für den Torsionsversuch 32 3.8.1.3 Ablauf des Torsionsversuches 32 3.8.1.4 Auswertung der Messkurven 34 3.8.1.5 Frakturklassifikation nach White und Panjabi 34 3.8.2 Mikroskopische Untersuchungen 35 3.8.2.1 Trenn-Dünnschliff-Technik 35 3.8.2.2 Vorbereitung der Gewebe für die Fixation 36
3.8.2.3 Infiltration 36
3.9 Histologie 37
3.9.1 Masson-Goldner 37
3.9.2 Toluidin-Blau 38
3.10 Statistik und Datenerfassung 38
4 ERGEBNISSE 39
4.1 Komplikationen im Pilot- und Hauptversuch 39 4.2 Klinische und makroskopische Beurteilung 41 4.3 Makroskopische Beurteilung der Osteotomiebereiche nach Euthanasie 42
4.4 Biomechanische Prüfungen 44
4.4.1 Ergebnisse der Ausdrehmomente der KVS 44 4.4.2 Ergebnisse des Torsionsversuches 47
4.4.2.1 Messwerte 48
4.4.2.2 Wertung und Zuordnung nach White und Panjabi 51
4.5 Röntgen 53
4.5.1 Standardröntgen 53
4.5.2 Röntgenbefunde post operationem 55 4.5.3 Röntgenbefunde zwölf Wochen post operationem 55 4.5.4 Röntgenbilder: Verlauf der Frakturheilung 56 4.6 Ergebnisse der Schraubenuntersuchung 58 4.6.1 Makroskopische Beurteilung der extrahierten Schrauben 58 4.6.2 Histologische Beurteilung der Schrauben 61 4.7 Histologische Ergebnisse der Knochenpräparate 61
5 DISKUSSION 66
5.1 Methode 66
5.2 Diskussion der Ergebnisse 70
6 ZUSAMMENFASSUNG 75
9 DANKSAGUNG 94
1 Einleitung
Seit Ende des 19. Jahrhunderts wurden in der Veterinärmedizin immer wieder Fälle mit verschiedenen, neuartigen Osteosynthesetechniken beschrieben. Diese resultierten aus den großen Schwierigkeiten, Brüche mit zufrieden stellendem Ergebnis konservativ zu versorgen (Prieur, 1982). Seit den vierziger Jahren kommen beim Kleintier häufig Frakturen aufgrund von Verkehrsunfällen vor. Somit haben alle neuen Erkenntnisse in der Frakturbehandlung einen hohen Stellenwert in der Veterinärmedizin (Prieur, 1984).
Die Plattenosteosynthese bzw. interne Fixation, als ein Verfahren zur Stabilisierung der reponierten Knochenfragmente, ermöglicht mit Hilfe der fixierten Platte eine ungestörte Frakturheilung. Bei dieser Art von Osteosynthese ist der Verlust der Stabilität durch vorzeitiges Lockern der verwendeten Schrauben die Hauptgefährdung des Erfolgs und somit, neben verzögerter Heilung und Pseudarthrose, eine wichtige Komplikationsmöglichkeit (David et al.1993; Gautier et Perren, 1992). Mechanische Biegebelastungen, so genannte bendings, auf die eingedrehten Implantate bewirken deren Lockerung, in dem es bei kritischer Wechsellast zu Mikrobewegungen im Knochen-Schrauben-Interface mit dort einhergehender Knochenresorption kommt (Uhthoff u. Germain, 1977). Diese Erkenntnisse beeinflussen die Entwicklung von den verwendeten Platten und den dazugehörigen Schrauben. Eine Optimierung der mechanischen Verankerung im Knochengewebe wird durch die Wahl der Werkstoffe und des Designs der verwendeten Osteosynthesemittel erreicht. Die Oberflächenbehandlung der Schrauben mit unterschiedlichen Verfahren und Materialien erweist sich als besonders stabilitätsfördernd. So bewirkt die Beschichtung mit Hydroxylapatit ein unmittelbares Anwachsen von Knochengewebe an das Schraubengewinde, was zur knöchernen Einheilung und einer guten mechanischen Haftung im Knochengewebe führt (Osborn 1985a, b; David et al., 1993, 1994).
Diese Studie soll evaluieren, ob der bessere Knochen-Schrauben-Kontakt bei der Verwendung von hydroxylapatitbeschichteten Implantaten zu einer höheren Stabilität
der Osteosynthese im Frakturmodell unter Vollbelastung führt. Für die Erörterung wurde ein tierexperimenteller Versuch mit nachfolgenden Vorraussetzungen gewählt:
An den Versuchstieren wurde ein 5 mm langer Tibiasegmentdefekt gesetzt und nachfolgend mit einer Locking-Compression-Plate (LCP) in Verbindung mit monokortikalen Kopfverriegelungsschrauben (KVS) überbrückt. Es wurden sowohl unbeschichtete als auch mit Hydroxylapatit beschichtete Schrauben verwendet. Nach einer 12-wöchigen Beobachtungszeit kam es zur Auswertung der klinisch, röntgenologisch, morphologisch, biomechanisch und histologisch gewonnenen Daten.
2 Literatur
Als Ziel einer korrekten Anwendung von Osteosyntheseplatten und Schrauben gilt die optimale Stabilität im Frakturbereich, die eine rasche, schmerzfreie Funktion der Gliedmaße erlaubt (Denny, 1996).
So wurden in den Anfangsjahren der AO (Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen) 1958/59 von deren Gründern Behandlungsprinzipien für eine erfolgreiche Frakturbehandlung postuliert. Die Chirurgen dieser Arbeitsgruppe integrierten dazu biomechanische Maßstäbe zur erfolgreichen Versorgung von Frakturen durch interne Fixation. Diese sind in der AO/ASIF Methode zur Wiederherstellung der vollständigen Funktion verletzter Gliedmaßen zusammengefasst. Auch heute haben die damals aufgestellten vier Behandlungsprinzipien noch weitgehende Gültigkeit (Müller et. al., 1992). Sie beinhalten eine atraumatische Operationstechnik, eine optimale Rekonstruktion der anatomischen Verhältnisse, eine stabile interne Fixation, sowie die Vermeidung von Weichteilschäden und der Frakturkrankheit durch frühe aktive Mobilisation (Müller et al., 1977; Brinker et al., 1984).
Während früher die radiologisch kallusfreie primäre Knochenheilung bei allen Frakturen angestrebt wurde, wird dieses Ziel heute nur bei intraartikulären Frakturen angestrebt. Bei nur relativer Stabilität wird der radiologische Nachweis von Kallus als wünschenswert angesehen. Er beweist die erhaltene Blutversorgung, weil damit die Frakturfragmente langsam miteinander ”verschweißt” werden. Dem Prinzip der möglichst schonenden atraumatischen Operationstechnik kommt heute mehr denn je Bedeutung zu, denn die mechanisch weniger stabile, so genannte biologische Osteosynthese ist weitgehend auf den Erhalt der Blutversorgung angewiesen (Müller et al., 1992). Die biologische Osteosynthese ist charakterisiert durch ein minimales chirurgisches Trauma, ein Verzicht auf genaue Reposition der Nebenfragmente und eine flexible Fixation. Bei der flexiblen Fixation ist die frühe Abstützung der, der Platte gegenüberliegenden Kortikalis durch Kallusbildung wichtig. Die biologische Osteosynthese ist, sofern auf absolute Stabilität verzichtet wird, bei einfachen Frakturen kontraindiziert, da bei einfachen, gut adaptierten Frakturen die geringste
Beweglichkeit der Fragmente zu nicht tolerierbaren Dehnungen führt (Mast et al., 1989).
Bei der Plattenosteosynthese kommt es je nach Frakturtyp und verwendetem Plattentyp entweder zur direkten oder indirekten Knochenbruchheilung. Im Laufe der Geschichte zeigt sich eine Entwicklung von der reinen Schienung (Hansmann 1886;
Venable et al. 1947) mittels einer Platte hin zur interfragmentären Kompression als stabilitätserhöhendes Prinzip (Eggers, 1948; Venable, 1951; Müller et al., 1963;
Algöwer et al., 1969).
Bei der direkten Knochenheilung, wird im Vergleich zur indirekten, radiologisch keine relevante Kallusbildung sichtbar (Müller et. al., 1992). Sowohl die Kontaktheilung, bei der der Frakturspalt mittels spezialisierter Zellen über die Haverschen Systeme überbrückt wird, als auch die Spaltheilung, welche sich durch in den Frakturspalt einsprossende Kapillaren auszeichnet, gelten als Formen der primären Frakturheilung (Schink, 1969). Durch Kompression auf eine Fraktur wird eine primäre bzw. kortikale Knochenvereinigung erreicht, bei der eine direkte Rekonstruktion in der Längsachse erfolgt und bei der röntgenologisch keine periostale oder endostale Kallusbildung sichtbar ist (Müller et al., 1970). Die absolute Ruhigstellung einer Fraktur ist durch interne Fixation und Kompression auf den Frakturspalt zu erzielen.
Die indirekte Knochenheilung wird radiologisch charakterisiert durch Kallusbildung, Vergrößerung des Frakturspaltes und später durch das Auffüllen des Frakturspalts mit neu gebildetem Knochen, welcher anfangs eine unregelmäßige, später eine klar erkennbare, dichte Struktur aufweist. Diese Struktur ergibt sich aus dem inneren Umbau des Havers-Systems. Dieser Umbau kann jahrelang dauern (Müller et al 1992).
Neue Erkenntnisse in der Knochenbiologie führen zu einer angepassten Osteosynthesetechnik, in der der Erhaltung der Knochen- und Fragmentvitalität höchste Bedeutung zukommt. Dabei ist die anatomische Reposition multifragmentärer Frakturen weitgehend verlassen worden. Ein erster Entwicklungsschritt dazu, stellt zunächst die Entwicklung der LC-DCP (Limited contact dynamic compression plate), welche die implantatbedingte vaskuläre
Schädigung des Kochens verkleinert, dar (Gautier u. Perren, 1992). Um den negativen Effekt der Kompressionskräfte am Periost zu überwinden, wurde später der Fixateur interne entwickelt. Bei diesem System liegt der Schlüssel zum Erfolg in der winkelstabilen Verriegelung der Schrauben im Implantat, welche dafür sorgt, dass die Kompressionskraft vom Implantat (Platte) an der Knochenoberfläche nicht mehr notwendig ist, um eine ausreichende Stabilität am Knochen-Implantat- Konstrukt zu erlangen. Sie verbessert die Frakturheilung und bewirkt eine exzellente Haltekraft sogar in osteoporotischen Knochen (Frigg, 2001; Perren 2002; Schütz u.
Südkamp, 2003;).
2.1 Übersicht einiger Osteosyntheseplatten an langen Röhrenknochen
Platten unterscheiden sich im Design und äußerer Form (einschließlich der Löcher) sowie in ihrer Funktion.
Eine Neutralisationsplatte wird nach interfragmentärer Kompression z. B. mittels Zugschraube(n) an der Zugseite des Knochens angebracht. Sie entlastet die fixierten Fragmente von übermäßiger Belastung durch Druck, Biegung und Torsion und neutralisiert deren Kräfte (Schebitz et al., 1993). Es besteht die Möglichkeit, jede Art von Platte als Neutralisationsplatte bzw. Sicherheitsplatte zu verwenden, solange durch sie keine Kompression erzeugt wird (Denny, 1996).
Die Abstützplatte dient der Knochenschienung, indem sie die einwirkenden Kräfte von einem zum anderen Hauptfragment überträgt und dazwischen liegende Trümmerbrüche, die nicht ausreichend durch Zugschrauben fixiert werden können, sowie Einlagerungen von autologer Spongiosa absichert (Schebitz et al., 1993).
Platten mit Kompressionswirkung ermöglichen durch eine Kombination von Schraubenlochgeometrie und exzentrischer Schraubenlage die Erzeugung von axialer Kompression auf den Frakturspalt.
Die erste von der AO konzipierte Platte mit eingebauter Kompressionsmöglichkeit war die Halbrohrplatte. Durch exzentrisches Platzieren der Schrauben im ovalen Plattenloch kann eine Kompression aufgebaut werden. Voraussetzung für die axiale
Kompression ist die perfekte Adaption der Fragmente im Frakturbereich.
Drittelrohrplatten finden ihren Anwendungsbereich in der Behandlung von Malleolar- und Metatarsalfrakturen. Viertelrohrplättchen werden in der Handchirurgie eingesetzt (Denny, 1996; Müller et al., 1992).
Die Spann-Gleitloch-Platte oder Dynamische Kompressionsplatte (DCP) stellt eine Weiterentwicklung der herkömmlichen Rundlochplatte dar. Das Hauptmerkmal der DCP ist das Design des Schraubenloches, welches auf dem sphärischen Gleitprinzip basiert. Diese selbstkomprimierende Platte besitzt die Fähigkeit, die Verschiebung der Fragmente gegen die Frakturebene zu erzielen. Beim Eindrehen der Schraube legt sich der Schraubenkopf so eng der hemizylindrischen Form des Schraubenloches an, dass sich die Platte verschiebt und damit den Frakturspalt komprimiert (Prieur, 1984; Gautier u. Perren, 1992; Müller et. al., 1992; Schebitz et al., 1993).
Zur Reduzierung der kortikalen Durchblutungsstörung aufgrund des unmittelbaren Platten-Knochen-Kontakts in voller Fläche wurde die LC-DCP (Limited Contact Dynamic Compression Plate) entwickelt, welche einen 50% geringeren Platten- Knochen-Kontakt (Hertel et al., 2001) im Vergleich zur DCP aufweist (Schütz u.
Südkamp, 2003). Sie besteht aus Reintitan, welches als Implantat eine besonders gute Verträglichkeit aufweist. Die unterschnittenen Plattenlöcher erlauben eine größere Neigung der Plattenschrauben in Plattenlängsrichtung auf bis zu 40 Grad, was das Einbringen von Plattenzugschrauben erleichtert. Das sphärische Gleitprinzip ist bei der LC-DCP an beiden Enden der Plattenlöcher möglich. Somit können durch das Selbstspannprinzip mehrere Frakturebenen bei Mehretagenfrakturen miteinander komprimiert werden. Die reduzierte Plattenauflage trägt im Hinblick auf die biologische Osteosynthese erheblich zur Erhaltung der intrakortikalen Gewebeperfusion bei. Der trapezförmige Plattenquerschnitt erleichtert zudem die spätere Implantatentfernung (Perren und Gautier, 1992).
Der Point Contact Fixateur (PC-Fix) ist die erste Fixationsplatte, bei der die Winkelstabilität durch die konische Verbindung von Schraubenköpfen mit den Schraubenlöchern in der Platte erreicht wurde (Schütz u. Südkamp, 2003). Die Entwicklung des PC-Fix bedeutete eine Reduzierung des Kontaktbereichs (Knochen-
Platte) auf nur ein paar kleine einzelne Punkte (Hertel et al., 2001). Das neu entwickelte Plattendesign bewirkt eine Verbesserung der Durchblutungsverhältnisse in der implantatnahen Kortikalis und damit die Erhaltung des vitalen und reaktionsfähigen Knochengewebes mit verbesserter Heilungstendenz in der kritischen Zone unter der Platte (Gautier et al., 1995). Der PC-Fix kann funktionell als ein komplett implantierter Fixateur externe aufgefasst werden (Perren u. Buchanan, 1995). Eine weitere Reduzierung der Knochenschädigung lässt sich durch die Möglichkeit der Verwendung monokortikaler Schrauben erzielen (Tepic u. Perren, 1995). Beschränkungen ergaben sich für den PC-Fix in den epi- und metaphysären Bereichen. Deshalb wurde für diese Regionen das LISS (Limited Invasive Stability System), erst für den distalen Femur und später für die proximale Tibia, entwickelt (Dell Oca u. Regazzoni, 2000). Diese beiden so genannten "Locked Internal Fixators"
bestehen aus Platten- und Schraubensystemen, bei denen die Schrauben in der Platte verriegelt werden. Diese Verriegelung minimiert die kompressiven Kräfte, die von der Platte auf den Knochen ausgeübt werden (Wagner, 2003). Untersuchungen haben gezeigt, dass die LC-DCP und der PC-Fix weniger traumatisch auf die Blutzirkulation der Kortex einwirken als die herkömmliche DCP (Moroni et al., 2003).
Die Locking Compression Plate (LCP) der AO/ASIF baut auf den großen Erfahrungen mit Standardplatten und -schrauben sowie dem Fixateur interne auf. Sie erlaubt sowohl die Anwendung der Standardplattentechnik und des Fixateur interne Prinzips, als auch die gezielte Kombination beider Methoden (Frigg, 2001). Die Entwicklung der LCP war nur auf Grundlage der mit dem PC-Fix und des LISS gewonnenen Erfahrung möglich. Hinsichtlich mechanischer, biomechanischer und klinischer Ergebnisse kann die neue LCP mit Kombinationslöchern in Abhängigkeit von der Frakturlage als Kompressionsplatte, verriegelter Fixateur interne oder als inneres Fixationssystem unter Kombination beider Techniken verwendet werden. Für die Minimal Invasive Perkutane Osteosynthese (MIPO) ist es besonders von Vorteil, dass bei dieser neuen Fixationsmethode keine Notwendigkeit mehr besteht, dass die Platte den Knochen überhaupt noch berührt. Ein präzises anatomisches Anpassen einer Platte ist aufgrund der neuen Schrauben sowie dadurch, dass die Platte nicht mehr auf den Knochen gepresst werden muss, um Stabilität zu erreichen, nicht mehr
erforderlich. Dies beugt der primären Dislokation vor, welche durch inexaktes Anpassen einer Platte verursacht wird (Wagner, 2003). Die neue Geometrie des Kombinationslochs ermöglicht die Verwendung von vier verschiedenen Schrauben, der Standardspongiosaschraube, der Kortikalisschraube, sowie der selbstschneidenden und selbstbohrenden, monokortikalen oder bikortikalen Kopfverriegelungsschraube (Schütz u. Südkamp, 2003; Gautier et al., 2003).
2.2 Schrauben
Schrauben werden entweder als Zugschrauben zur stabilen Fixation von Knochenfragmenten, oder aber zur Befestigung von Platten oder ähnlichen Vorrichtungen am Knochen verwendet (Müller et. al.1992).
Die Haltekraft von Schrauben beruht nicht nur auf ihrem Design, sondern auch auf dem durch die Insertion in den Knochen gesetzten Trauma, der Reaktion des Knochens auf das Implantat und seiner Resorption sowie Wiederherstellung als ein Ergebnis der Heilung (Schatzker, 1975 b).
Von der AO/ASIF wurden zunächst zwei Schraubentypen entwickelt, die Kortikalisschraube für die harte Kompakta der Diaphyse und die Spongiosaschraube für die weichere Spongiosa der Meta- und Epiphyse (Denny, 1996). Diese Schrauben, entwickelt für den Einsatz an konventionellen Platten, haben die Funktion die Platte auf die Knochenoberfläche zu pressen (Perren, 2001), bzw.
interfragmentäre Kompression auszuüben (Müller, 1992). Das Gewinde der Kortikalisschraube weist einen großen Kerndurchmesser, bei geringer Gewindetiefe auf. Im Gegensatz dazu ist die Gewindetiefe und –steigung bei der Spongiosaschraube größer, jedoch ist der Kerndurchmesser geringer im Vergleich zur Kortikalisschraube (Neumann et al., 1993).
Während konventionelle Plattenschrauben die Platte auf die Knochenoberfläche pressen, entsteht an der Kontaktfläche von Knochen und Implantat Reibung. Diese Reibung überträgt die tangentiale Kraft zwischen den Oberflächen von Implantat und
Knochen. Standardschrauben sind somit für minimale Biegekräfte anfällig (Perren, 2001).
Die neu entwickelten Kopfverriegelungsschrauben (KVS) für PC- Fix, LISS sowie die LCP sind in ihrer Funktion eher als Bolzen mit Gewinde an zu sehen. Sie pressen die Platte jedoch nicht auf den Knochen. Des Weiteren übertragen sie mehr Biegebelastung als konventionelle Schrauben. Aus diesem Grund ist ihr Schraubenkörper wesentlich dicker und kompakter. Das flache Gewinde muss nur Zugkräften widerstehen und nicht selbst auch eine Kompression von Platte und Knochen erzeugen (Perren, 2001). Diese veränderte Form der Kraft- und Momentübertragung, welche nicht mehr gemischt über Reibung und Schrauben, sondern nur über die Schraube allein erfolgt, erfüllt den Wunsch nach einer Implantatkonfiguration mit minimalen Perfusionsstörungen und geringerer Porosität unter der Platte. Erreicht wird dies über die winkelstabile Verriegelung des Schraubenkopfes in der Platte (Tepic u. Perren 1995). Diese Form der Fixierung macht einen Platten-Knochen-Kontakt überflüssig. Durch Verwenden monokortikaler Schrauben wird die schraubenbedingte intramedulläre Durchblutungsstörung zusätzlich minimiert (Tepic u. Perren 1995). Die KVS als selbstbohrende, monokortikale Variante wird hauptsächlich an der Diaphyse mit vorliegender optimaler Knochenqualität verwendet. Die selbstschneidende KVS wird in der Epi-, Meta- und Diaphyse bikortikal verwendet (Gautier et al., 2003). Im Zuge der Entwicklung der PC-Fix II wurde der konische Schraubenkopf, welcher sich kompromisslos in das Plattenloch fügt, mit einem konischen Doppelgewinde versehen, welches wiederum in Verbindung mit dem Gegengewinde in der Platte eine winkelstabile Einheit bildet (Frigg, 2001). Die Entwicklung des Kombinationsloches in der LCP war erst aufgrund der Erfahrungen der unterschiedlichen KVS im LISS-System und im PC-Fix möglich.
2.3 Reaktion von Knochen auf das Implantieren von Schrauben
Die Schraube erhält ihre primäre Fixierung durch die Kompressionskräfte des kortikalen Knochens (Perren et al., 1978; Bähr 1989). Das Gewinde von frisch
eingedrehten Schrauben steht, bis auf die lasttragenden Teile, nicht in direktem Kontakt mit dem umgebenden Kompaktknochen. Die restlichen Teile der in den Knochen eingedrehten Schrauben, sind gelegentlich bis zu 150 µm vom Knochengewebe entfernt (Uhthoff u. Germain, 1977). Dieser mechanisch bedingte Zwischenraum zwischen Schraubengewinde und Knochen füllt sich direkt nach dem Eindrehen mit Granulationsgewebe (Orten et al. 1986). Dies stellt die Vorraussetzung dar, dass sich innerhalb von zwei Wochen nach der Implantation um das Schraubengewinde endostaler und periostaler Kallus bildet.
Besteht im Frakturbereich eine ausreichende Stabilität unter Ausschluss von Mikrobewegungen, kommt es in der Grenzschicht zur Ansammlung mesenchymaler Zellen, welche sich nachträglich zu Zellen mit osteogenetischer Kapazität differenzieren (Uhthoff u. Germain, 1977). Mit der Produktion von Geflechtknochen wird das vorhandene Granulationsgewebe ersetzt. Vier Wochen post operationem kommt es zur Neubildung von Osteonen, welche den avitalen Knochen im Bereich der Berührungszone von Gewinde und Kortex ersetzen. Weiterhin tritt eine Reduzierung des Kallus im weiteren Verlauf der Knochenwiederherstellung auf.
Zwölf Wochen nach der Implantation ist der kortikale Knochen im Bereich der eingedrehten Schraube gereift und der avitale durch lamellären Knochen ersetzt (Clary u. Roe, 1995).
Mikrobewegungen zwischen Schraubengewinde und Knochen verursachen eine kortikale Knochendeformation. Durch ausbleibende Revaskularisation tritt keine Wiederherstellung des avitalen Knochens auf. Bei der Differenzierung mesenchymaler Zellen werden vermehrt Osteoklasten und Fibroblasten gebildet, welche zu einem vorherrschenden Resorptionsprozess führen. Dies bewirkt eine völlige Ummantelung der Schraube mit dichtem fibrösem Bindegewebe und einem daraus resultierenden Verlust der Haltekraft (Schatzker et al., 1975 a). Die vorzeitige Lockerung von Osteosyntheseschrauben führt nach Frakturversorgung nicht selten zu einem Verlust der primär erzielten Stabilität und gefährdet damit den Erfolg der Osteosynthese selbst (Dávid et al., 1993). Diese Erkenntnisse haben dazu geführt,
Schrauben mit hoher Zugfestigkeit und optimaler mechanischer Verankerung im Knochen zu entwickeln (Hutzschenreuter u. Brümmer, 1984; Wilke et al. 1990).
2.4 Beschichtung der Implantate
Untersuchungen zeigen, dass die Beschichtung von Metallimplantaten erwiesenermaßen nachhaltig die Osteointegration fördert. Hierfür wurden bisher die unterschiedlichsten Werkstoffe wie organische Materialien, poröse Metalle, Polymere sowie Keramiken verwendet (Simske et al. 1997). Als stark biokompatibel mit einer vergleichbaren Struktur von Knochen hat sich das zu den keramischen Werkstoffen gehörende Hydroxylapatit [(Ca10(PO4)6(OH)2)] herausgestellt. Bis auf die wesentlich höhere Kristallgröße im Vergleich zu biologischem Apatit (Cooke, 1992), weist es dieselbe chemische und kristallographische Zusammensetzung auf (Osborn et al.
1980; Jarcho 1981).
Eine Oberflächenbehandlung, der bei der internen Plattenfixation verwendeten Schrauben, erlaubt ein verbessertes Einwachsverhalten und somit eine bessere Stabilität des gesamten Implantats. Das sehr spröde Hydroxylapatit ist keinen großen mechanischen Belastungen gewachsen, es wird insbesondere bei Beschichtungen von Metallen verwendet (Gosain et al. 2002). In diesem meist durch Plasmasprayverfahren (Klein et al., 1994) erreichten Zustand ist Hydroxylapatit in der Lage, seine osteoinduktive und –konduktive Wirkung mit der mechanischen Stabilität von Metallen zu verknüpfen (Gosain et al., 2002). Bei den Schrauben, die in der Osteosynthese verwendet werden, sollte die HA- Schichtdicke auf einen Bereich von 30-90 µm (Optimum 50 µm) eingestellt werden (Geesink et al. 1987,1988).
Die HA-Beschichtung kann nach Untersuchungen eine Knochenneubildung induzieren, die die HA-Oberfläche der Schraube erreicht, ohne eine bindegewebige Zwischenschicht auszubilden. Dies führt zu einer stabilen, mechanisch stark belastbaren Verbindung (Osborn, 1985; David et al., 1993).
Ungeachtet des Plattendesigns ist die Fläche zwischen Knochen und implantierter Schraube der schwächste Teil (Miclau et al., 1995). Bei jedem lang dauernden Kontakt von Metall und Knochen kommt es zu einer Bildung von Bindegewebe
(Burnstein et al., 1972). Vor allem interne Fixationen, die nicht stabil sind, zeigten die Bildung von einer dicken fibrösen Bindegewebsschicht und demzufolge einen limitierten Knochen-Schrauben-Kontakt (Uhthoff 1973). Kommt es zu einem schnellen Abfall der Kompression zwischen Schraubengewinde und Knochen, verliert die Konstruktion ihre Steifheit, es kommt zum Verlust der Komplexität und möglicherweise zu einem Versagen der Fixierung (Schatzker et al. 1975 a). Aus diesem Grunde konnten die klinischen Ergebnisse, mit einer optimierten beschichteten Schrauben-Knochen-Fixation ohne die Einkapselung von Bindegewebe im Bereich des Gewindes, verbessert werden.
Bisherige Untersuchungen zeigten, dass HA-beschichtete AO/ASIF Schrauben im Gegensatz zu normalen Standardschrauben erwiesenermaßen für die höhere Stabilität und Fixierungsstärke verantwortlich sind (Moroni et al., 2003). Die fluoreszenzoptischen und histomorphometrischen Daten lassen unter den Gewinden der HA-beschichteten Schrauben eine erhebliche Knochenneubildung erkennen, während unter den polierten AO/ASIF Schrauben große Resorptionszonen zu beobachten sind (Dávid et al., 1993).
Der klinische Einsatz von HA-beschichteten Schrauben ist daher vor allem bei befürchteter potentieller Schraubenlockerung sowie einer nicht vorgesehenen Entfernung des Implantats indiziert (Dávid et al., 1993).
Die vorliegende tierexperimentelle Untersuchung soll prüfen, ob in Verbindung mit der neuen AO/ASIF Entwicklung der LCP in Verbindung mit Kopfverriegelungsschrauben, die Osteosynthese unter Belastung durch eine HA- Beschichtung der Schrauben optimiert werden kann.
3 Material und Methoden
3.1 Versuchstiere
Vor Beginn dieser Versuchsreihe wurde bei der Bezirksregierung Hannover eine Genehmigung für die Beschaffung der Versuchstiere und die Durchführung der Versuche eingeholt (AZ 42579-02/579).
Als Versuchstiere wurden weibliche, mindestens 2-jährige ausgewachsene Mutterschafe der Rasse Deutsches Schwarzköpfiges Fleischschaf ausgewählt. Alle Tiere wurden von der Niedersächsischen Schafverwertung, Hannover, bezogen. Das durchschnittliche Körpergewicht bei diesen Tieren lag bei 61 kg (55-82 kg).
Einschließlich dreier Pilottiere wurden insgesamt 11 Tiere operiert. Die operativen Eingriffe an den Schafen fanden im Zeitraum von August 2002 bis April 2003 statt.
Die Tiere wurden über einen Zeitraum von 12 Wochen beobachtet. Im Juli 2003 erfolgte die Tötung der letzten zwei Tiere.
3.2 Operationsinstrumentarium und Versuchsgruppen
In dieser Studie wurden die Tiere im Hinblick auf die verwendeten Schrauben in zwei Gruppen eingeteilt. In Gruppe A wurden monokortikale selbstschneidende 5 mm Kopfverriegelungsschrauben (Firma Mathys, Am Bergbaumuseum 31, 47791 Bochum) mit einer Länge von 16 mm verwendet. In der Gruppe B hingegen wurden Schrauben verwendet, welche im Gewindeteil mit Hydroxylapatit (JRL Ceramics Ltd., 117 Leigh Street, Attercliffe Common, Sheffield, South Yorkshire, S9 2Pr England) beschichtet waren. Die durch ein Plasmasprayverfahren aufgetragene Hydroxylapatitschicht betrug 50 µm. Bei den zur Osteosynthese benutzten Platten, handelte es sich um "Locking Compression Plates" (LCP, 4,5/5,0; Fa. Synthes) aus Titan. Die Platten besaßen neun Kombinationsschraubenlöcher. Bei den Pilottieren wurden zunächst Platten mit acht Schraubenlöchern verwendet. Die folgenden Abbildungen (Abb 3.1-3.5) zeigen, die bei diesem Versuch verwendeten Implantate.
Abb. 3-1 links: KVS unbeschichtet, rechts: KVS beschichtet
Abb. 3-2 LCP von oben
Abb. 3-3 LCP von unten
Abb. 3-4 Abb. 3-5
Abb. 3-4,5 Kombinationsloch der LCP
Für die Operationen wurde ein Grundsieb mit Standardinstrumenten sowie das AO- Instrumentarium (Fa. Synthes, Bochum) verwendet. Die Defektosteotomie an der Schaftibia erfolgte mit Hilfe einer oszillierenden Säge der Fa. Synthes.
3.3 Operationsvorbereitungen
Jeweils einen Tag vor dem operativen Eingriff wurden die dafür vorgesehenen Schafe in einem Auslauf ohne Futter untergebracht, um eine 24-stündige Nahrungskarenz sicherzustellen. Wasser stand den Schafen ad libitum zur Verfügung. Unmittelbar vor der Narkoseeinleitung wurde nach Schur und Hautdesinfektion einer Halsseite ein Venenkatheter in die Vena jugularis gelegt.
3.4 Narkose
Die Narkoseeinleitung erfolgte durch Gabe von Midazolam (Curamed®, 5 mg/ml, CuraMED Pharma GmbH, Karlsruhe, Deutschland) mit einer Dosierung von 0,2 mg/kg KGW und Propofol (Propofol®- Lipuro 1%, Fa. Braun Melsungen AG, Deutschland), welches über den Venenkatheter injiziert wurde. Danach wurden die Tiere mit einem blockbaren Endotracheltubus intubiert. Zur Vermeidung einer Pansentympanie wurde eine Magensonde bis in den Pansen vorgeschoben.
Perioperativ wurde eine Antibiotikaprophylaxe mit einer Gabe von 1 ml/10 kg Körpergewicht Tardomycel® (Depot Penicillin- Streptomycin-Kombination, Fa. Bayer, Leverkusen) intramuskulär in die Oberschenkelmuskulatur durchgeführt. Eine Gabe von 4 mg/kg Körpergewicht Rimadyl® (Carprofen, Fa. Pfizer, Karlsruhe) wurde zur Entzündungshemmung und Schmerztherapie intravenös appliziert. Im Anschluss erfolgte die Schur, Reinigung und Desinfektion der rechten Hinterextremität.
Nachdem die Tiere auf dem Operationstisch gelagert und fixiert wurden, erfolgte die Einleitung der Inhalationsnarkose mit Isofluran. Während des operativen Eingriffs war eine Isoflurankonzentration von 2,0-2,4 Vol % nötig. Die Tiere wurden mit einer Atemfrequenz von 8-12 Atemzügen pro Minute und einem Atemzugvolumen von
10 ml/kg KGW kontrolliert beatmet. Während der Operation wurden die Schafe mit Ringer-Laktatlösung (10 ml/kg/min) über den Venenkatheter infundiert. Außerdem wurde kurz vor Operationsbeginn, sowie vor der Osteotomie Fentanyl® (Fentanyldihydrogencitrat, Janssen-Cilag GmbH, Neuss) in einer Dosierung von 2 µg/kg KGW als Schmerztherapeutikum über den Katheter verabreicht. Während der Narkoseausleitung wurde den Tieren Temgesic® (Buprenorphinhydrochlorid, Fa.
Essex Pharma GmbH, München) in einer Dosierung von 10 µg/kg KGW zur ergänzenden Schmerztherapie intravenös verabreicht. Die Narkosetiefe wurde unter anderem mittels Mehrfunktions-EKG-Gerät überwacht. Die Anästhesie und die Kontrolle der Vitalfunktionen oblagen einer Tierärztin.
3.5 Operationstechnik
Alle operativen Eingriffe wurden an der rechten Tibia durchgeführt. Die Schafe wurden in Rückenlage auf dem Operationstisch fixiert. Anschließend erfolgte die Desinfektion der rechten Hintergliedmaße mit Braunoderm® (alkoholische povidonhaltige Lösung, Fa. Braun, Melsungen, Deutschland). Danach wurde das Operationsgebiet nach streng sterilen Kautelen abgedeckt. Ein ca. 15 cm langer Hautschnitt erfolgte an der Kranialfläche der Tibia. Mit dem Skalpell wurde das subkutane Bindegewebe sowie das Periost scharf durchtrennt und die latero- craniale Tibiafläche für die Plattenimplantation vollständig freipräpariert. In der Mitte des Tibiaschaftes wurde der Bereich markiert, in dem später der Defekt gesetzt werden sollte. Unter Zuhilfenahme des AO- Instrumentariums (Schränkeisen) erfolgte die Anpassung der LCP an die latro- craniale Fläche der Tibia. Neben einer Biegung der Platte wurde auch eine Torsion durchgeführt.
Bei den drei Pilottieren im Vorversuch wurde ein 2 cm langer Metallwürfel mit einer Repositionszange an der Tibia fixiert, um das Ausmaß und die Parallelität der Osteotomie sicherzustellen. Proximal und distal des Würfels wurden zwei parallele Osteotomien mit der oszillierenden Säge durchgeführt. Um eine Überhitzung zu vermeiden, wurde während der Osteotomie mit 0,9 % iger NaCl-Lösung (Fa. Braun) gespült.
Für die weiteren acht Versuchstiere im Hauptversuch wurde der Tibiadefekt, bei sonst identischer Operationstechnik, auf 5 mm Länge reduziert. Die LCP wurde mit Hilfe von zwei Verbrügge-Zangen fixiert. Mit einem 4,3 mm Spiralbohrer wurden unter Zuhilfenahme einer Bohrbüchse jeweils acht Schraubenlöcher gebohrt. In Gruppe A wurden selbstschneidende unbeschichtete und in Gruppe B selbstschneidende mit Hydroxylapatit beschichtete 5 mm Kopfverriegelungsschrauben verwendet. Bei den Pilottieren wurden jeweils nur sechs Schraubenlöcher gebohrt. Die Schrauben wurden mit einem Sechskantschraubenzieher eingedreht. Im Anschluss wurde eine komplette Achillotenotomie durchgeführt. Der Verschluss der Wunde erfolgte mit resorbierbarem Nahtmaterial (Dexon®, Fa. B. Braun-Dexon GmbH, Spangenberg, Deutschland), wobei die Subkutannaht in Einzelknopftechnik und die Intrakutannaht als fortlaufende Naht gesetzt wurde. Anschließend wurde eine Röntgenkontrolle mit Hilfe eines C-Bogens (Model 9600 Mobile Imaging System Utah, USA) durchgeführt und zum Abschluss wurde ein Sprühverband (Nobecutan® Spray, Fa. Astra Chemicals GmbH) auf die Wunde auftragen.
3.6 Postoperativer Verlauf und Nachsorge
Während der Narkoseausleitung wurde der während des operativen Eingriffs produzierte Speichel und Schleim aus den Nasenhöhlen und der Maulhöhle mit Hilfe eines Absauggerätes (Absauggerät Typ GF 200/GF210, Aesculap AG, Tuttlingen, Deutschland) entfernt. Nach Wiedereinsetzen der Spontanatmung wurde die Magensonde entfernt. Mit Einsetzen des Schluckreflexes wurde der Endotrachealtubus entnommen und die Tiere in die mit Stroh eingestreuten Boxen verbracht. Die Tiere erhielten beim ersten Aufstehversuch von zwei Hilfspersonen Unterstützung, um postoperativen Komplikationen vorzubeugen. Stroh und Wasser standen den Schafen zur freien Verfügung. Heu wurde erst am nächsten Tag gefüttert. Als Schmerztherapeutika wurden nach Bedarf Buprenorphinhydrochlorid (Temgesic®, Fa. Essex Pharma GmbH, München, Deutschland) in einer Dosierung 10 µg/kg KGW und Carprofen (Rimadyl®, Fa. Pfizer, Karlsruhe, Deutschland)
subkutan in einer Menge von 4 mg/kg KGW initial, weiterführend mit halber Dosis, eingesetzt. Während der 12-wöchigen Beobachtungszeit post operationem wurden die Schafe in Gruppen von drei bis vier Tieren im Großstall des Zentralen Tierlaboratoriums der Medizinischen Hochschule Hannover in einem Laufstall gehalten und waren in dieser Zeit unter regelmäßiger veterinärmedizinischer Kontrolle.
3.7 In-vivo-Untersuchungen
3.7.1 Klinische Untersuchungen
In den ersten drei Wochen nach den operativen Eingriffen wurden die Tiere zweimal täglich kontrolliert, danach erfolgte die Kontrolle in einem ein- bis zweitägigen Abstand. Bei den Kontrollbesuchen wurde auf den Habitus (Körpergewichtsentwicklung), das Verhalten (Schmerzäußerung, Hyperaktivität, Teilnahmslosigkeit, Desorientierung), die Haltung (aufgezogene Bauchdecke, Rückenkrümmung), die Atmung (Frequenzänderung) und die Fortbewegung (Beweglichkeit, Grad der Lahmheit) geachtet. Besonderen Wert wurde auf die Belastung der operierten Gliedmaße und die Wundheilung gelegt.
Das Lahmheitsgradierungssystem in Anlehnung an OTTO et al. (2000) wurde übernommen, da dieses Schema auf die Verhältnisse unter Boxenhaltung anwendbar erschien. Die Gradierung erfolgte dabei nach folgendem Schema:
Grad 0 Das Tier steht und läuft normal
Grad 1 Der Stand des Tieres zeigt keine Abweichung, beim Laufen wird eine leichte Lahmheit deutlich
Grad 2 Stand normal, schwere Lahmheit in der Fortbewegung
Grad 3 Abnormale Positur beim Stehen, schwere Lahmheit beim Laufen
Grad 4 Keine Gewichtsbelastung der operierten Gliedmaße im Stand oder in
der Fortbewegung
War die Lahmheit nicht klar einem Grad zuzuordnen, konnten Zwischenstufen verwendet werden.
3.7.2 Röntgenuntersuchungen
Für die radiologische Untersuchung wurde ein Röntgengerät vom Typ Super Rotature S100 der Firma Philips verwendet. Die Belichtung der Röntgenfilme erfolgte mit 20 mAs und 66 kV. Postoperativ wurden zwei Röntgenkontrollen in zwei Ebenen (im kraniokaudalen sowie seitlichen Strahlengang), die Erste unmittelbar post operationem und die Zweite in der 12. Woche angefertigt.
3.8 Ex-vivo-Untersuchungen
Nach Ablauf der 12-wöchigen Beobachtungszeit erfolgte die Euthanasie der Tiere durch intravenöse Injektion von ca. 20 ml Propofol® Lipuro 1% (B. Braun Melsungen AG, Melsungen Deutschland) und ca. 35 ml Eutha 77® (Pentobarbital-Natrium Fa.
Essex Tierarznei, München, Deutschland). Dann folgte die Exartikulation beider Hintergliedmaßen im Hüftgelenk und die Präparation der Tibia. Mit Hilfe einer Säge wurde die LCP vom Knochen und den darin befindlichen Kopfverriegelungsschrauben befreit, ohne die Schrauben und den Knochen zu beschädigen. Nach Entfernen der LCP wurde das Ausdrehmoment jeder einzelnen Schraube gemessen und dokumentiert.
Abb. 3-6 Präparation der osteotomierten und mit LCP und unbeschichteten KVS versorgter Tibia eines Schafes (Schaf-Nr. 2841) nach Euthanasie
Abb. 3-7 Entfernung der LCP von der Tibia mittels Abb. 3-8 Schaftibia (Schaf-Nr. 2841) Säge (Schaf-Nr. 2841, unbeschichtete KVS) mit unbeschichteten KVS
nach Entfernen der LCP
3.8.1 Biomechanische Prüfungen
3.8.1.1 Ausdrehmomente der Schrauben
Die Messung der Ausdrehmomente mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels (S.T.A.R.
90, Citieffe, Bologna Italien) erfolgte nach Euthanasie der Tiere. Zur Messung des Ausdrehmomentes wurde die erste Vierteldrehung herangezogen. Die Messwerte der einzelnen Schrauben wurden im Hinblick auf unterschiedliche Positionen miteinander verglichen. Anschließend wurden die beiden Gruppen A und B verglichen.
Abb. 3-9 Citieffe S.T.A.R. 90 Messgerät zur Erfassung der Ausdrehmomente der KVS
3.8.1.2 Vorbereitung der Tibiae für den Torsionsversuch
Für die biomechanische Prüfung wurden die Tibiae von Weichteilen und Osteosynthesematerial befreit. Nachfolgend wurde zunächst das proximale Fragment der Tibia in ein mit Zahnmodellgips (Vel Mix Stone, Fa. Kerr) gefülltes quadratisches Kunststoffbehältnis eingebettet. Der gleiche Vorgang wurde nach Aushärten des Gipses mit dem distalen Tibiaabschnitt wiederholt. Hierbei musste streng auf Parallelität der Behältnisse und Zentralität der Tibia zur Drehachse des Prüfgerätes geachtet werden. Die Gipseinbettung wurde so vorgenommen, dass der Defektbereich jeweils 1 cm proximal und distal nicht von Gips eingeschlossen war.
Mit der Kontrolltibia der linken hinteren Gliedmaße eines jeden Tieres wurde zu Vergleichszwecken identisch verfahren.
3.8.1.3 Ablauf des Torsionsversuches
Mit einer vom Institut für Materialprüfung der Universität Hannover hergestellten Maschine wurde eine mechanische Torsionsprüfung der Schaftibiae bis zum Versagen durchgeführt. Zur Aufnahme der verschiedenen Befestigungspunkte und des für den Versuch entscheidenden Drehtellers diente ein ca. 1 m hohes Viersäulenprüfgestell. Der Drehteller wurde von einem Antriebsmotor mit dazwischen geschaltetem Übersetzungsgetriebe mit wählbarer Drehzahl angetrieben. Für diesen Versuch war eine konstante Winkelgeschwindigkeit zwingend notwendig. Aus diesem Grund waren der Elektromotor sowie die Kraftübersetzung für wechselnde und hohe Drehmomente ausgelegt. Der obere Aufnahmepunkt, in den das Prüfobjekt eingespannt wurde, war zum Monitoring der auftretenden Drehmomente mit einer Kraftmessdose verbunden. Nach Einspannen des Prüfobjekts in die zwei Haltevorrichtungen wurde mit Hilfe des Drehtellers eine vertikale Torsion auf die Tibiae mit einer Winkelgeschwindigkeit von 20°/min durchgeführt. Zur Dokumentation der Daten des maximalen Drehmoments in Abhängigkeit zum Torsionswinkel wurde ein vorher justierter und geeichter x/y- Schreiber verwendet.
Abb. 3-11 Abb. 3-12 Abb. 3-11 und 3-12: Präparierte Schaftibia (Nr. 2917 unbeschichtete KVS) während und nach dem Torsionsversuch
Abb. 3-10 Viersäulenprüfgestell zur biomechanischen
Torsionsprüfung der präparierten Schaftibia
3.8.1.4 Auswertung der Messkurven
Nach Eichung der Messeinheit mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels auf maximal 100 Nm, konnte aus der Höhe des Graphen das maximale Drehmoment in Newtonmeter ermittelt werden. Zur Erörterung der Festigkeit der Tibiae wurden im linearen Kurvenbereich Tangenten angelegt, deren Steigungen die durchschnittliche Steifheit widerspiegelten. Außerdem konnte der Torsionswinkel zwischen Beginn und Ende der Kraftaufnahme bestimmt werden. Um vergleichsrelevante Schlüsse ziehen zu können, wurden die intakten Gegentibiae ebenfalls der Messung unterzogen. Dies ermöglichte individuelle tierspezifische Einflüsse wie z.B. Alter, Körpergewicht und Konstitution des Versuchstiers auszuschließen.
3.8.1.5 Frakturklassifikation nach White und Panjabi
Mit der Klassifikation nach White und Panjabi (White et al. 1977) konnte das Heilungsstadium des Tibiadefektes charakterisiert werden. Hierbei wurde die Fraktur, welche durch die biomechanische Prüfung verursacht wurde, im Hinblick auf ihre Lokalisation in vier Gruppen unterteilt:
Typ 1: Der Knochen bricht durch den ursprünglichen Defektbereich mit niedriger Steifigkeit (gummiartig).
Typ 2: Der Knochen bricht durch den ursprünglichen Defektbereich mit großer Steifigkeit (wie Knochengewebe).
Typ 3: Die Frakturlinie verläuft sowohl durch den Defektbereich, als auch durch den angrenzenden, ursprünglichen, intakten Knochen. Das Gewebe weist eine hohe Steifigkeit auf (wie Knochengewebe).
Typ 4: Die Fraktur befindet sich ausschließlich im ursprünglich gesunden Knochen. Der Defektbereich bleibt intakt (wie Knochengewebe).
3.8.2 Mikroskopische Untersuchungen
3.8.2.1 Trenn-Dünnschliff-Technik
Mit der Trenn-Dünnschliff-Technik werden Schliffe bis zu Schichtdicken von 10 µm erstellt. Insbesondere gilt dieses für nicht schneidbare Gewebe, um auch für diese Gewebe histologische, mikroradiologische und fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen durchführen zu können (Donath, 1988, 1989).
Für die Herstellung der Dünnschliffe wurden folgende Maschinen, Geräte und Verbrauchsmaterialien eingesetzt:
Maschinen: EXAKT-Trennsystem EXAKT-Mikroschleifsystem
Hilfsgeräte: EXAKT-Vakuum-Klebevorrichtung zur planparallelen Aufblockung
EXAKT-Präzisionsklebepresse für die eigentliche Objektträgermontage
Kulzer-EXAKT Lichtpolymerisationsgerät Mikrometerschraube mit Digitalanzeige Haarlineal
Verbrauchsmaterialien: Einbettmedium (Technovit 7200 VLC) Technovit 4000
Präzisionskleber (lichthärtend) Technovit 7210 VLC
Einbettmulden (lichtdurchlässig) Plexiglasobjektträger.
Schleifpapier (verschiedene Körnungen) Aceton
3.8.2.2 Vorbereitung der Gewebe für die Fixation
Im Anschluss an die biomechanischen Prüfungen wurden die operierten Tibiae für die Trenn-Dünnschliff-Technik vorbereitet. Die Tibiae wurden mittels des Exakt- Trenn-Schleif-System so gesägt, dass die Schnittebene jeweils ein 1 cm proximal sowie 1 cm distal der Bohrlöcher lag. Die einzelnen Segmente waren durchschnittlich 2-3 cm lang. Für die Entfettung der Proben wurden die Präparate jeweils fünf Tage in einer aufsteigenden Alkoholreihe (Alkoholkonzentration aufsteigend: 70, 80, 90, 96, 98, 100 %) eingebettet.
3.8.2.3 Infiltration
Die Kunststoffinfiltration erfolgte in zwei Stufen, wobei in Stufe 1 ein Gemisch aus 100%igem Alkohol und Technovit 7200 VLC im Verhältnis 1:1 angesetzt wurde. In dieses wurden die Proben für weitere fünf Tage eingebettet. Technovit 7200 VLC Infiltrationslösung ist ein lichthärtendes Einkomponenten-Kunststoff-Präparat auf Methacrylat-Basis. Anschließend wurden die Proben für weitere fünf Tage in reinem Technovit 7200 VLC eingebettet. Dieser Arbeitsschritt wurde 2 x durchgeführt. Die gesamte Kunststoffinfiltration fand unter Ausschluss von Licht statt. Um die Infiltration zu beschleunigen, wurden die Präparate in einem Vakuumschrank der Firma Heraeus gelagert.
3.8.2.4 Einbettung und Polymerisation
Die vorbereiteten Präparate wurden in Polymerisationsmulden verbracht und dort mit dem Einbettkunststoff bedeckt. Zur Polymerisation wurden die Proben in zwei Phasen Lampenlicht mit einer Stärke von 400-500 nm ausgesetzt. Die erste Phase mit einem größeren Lampenabstand, zur Vorbeugung von Spannungsrissen im Kunststoff, dauerte fünf Stunden. Die nachfolgende Beleuchtungsphase mit sehr geringem Abstand zur endgültigen Aushärtung dauerte acht Stunden.
3.8.2.5 Erstellung des Dünnschliffs
Zur weiteren Verarbeitung wurden die nun in einem Kunststoffblock ausgehärteten Präparate geschnitten und mit der zu betrachtenden Seite mittels Technovit 4000 horizontal zur Knochenlängsachse auf einem Objektträger fixiert (Klebepresse der Fa. Exakt). Nachfolgend kam es zum Abschleifen der Blöcke bis zur Mikroplanparallelität mittels Mikroschleifsystem der Firma Exakt.
3.9 Histologie
Nach Auswertung und Monitoring der Befunde wurden die Präparate histologisch begutachtet. Es wurden zwei Serien unterschiedlich bearbeitet und ausgewertet.
Zur histologischen Diagnostik wurden die Präparate in der 1. Serie nach Masson- Goldner gefärbt. Zur Feststellung der Art und des Grades der Knochenneubildung wurde eine weitere Präparatserie mit Toluidin-Blau angefärbt. Hierbei konnte man dann einen Überblick zur Knochenneubildung und deren Verteilung gewinnen. Die beiden unterschiedlichen Färbungen detailliert:
3.9.1 Masson-Goldner
Um eine gute Differenzierung von Knochen, Bindegewebe und Osteoid zu ermöglichen, ist die Masson-Goldner-Färbung am besten geeignet. Hierbei können zusätzlich die verschiedenen Knochenzellen hinreichend gut dargestellt werden.
Jedoch wurde die Färbung nach Donath (1989) dahingehend verändert, dass die Konzentration des Lichtgrüns in dem Maße reduziert wurde, um sie der Methacrylat - Trenn-Dünnschlifftechnik anzupassen. Weiterhin kam es zum völligen Verzicht der Inkubation bei 60 °C. Eine Färbung nach Originalvorschrift hätte zu einer Überfärbung des Bindegewebes geführt. Das Färbeergebnis zeigte ziegelrotes Zytoplasma, braun-schwarze Zellkerne, grünes Bindegewebe und gelb-orange Erythrozyten.
3.9.2 Toluidin-Blau
Zur weiteren Betrachtung, speziell in Bezug auf neu gebildeten Knochen und Osteoid, kam die Färbung mit Toluidinblau in Originalvorschrift, bis auf die zur Entwässerung notwendige abschließende aufsteigende Alkoholreihe, zur Anwendung. Die Modifikation wurde aus Rücksicht vor möglicher Destruktion der Präparate vorgenommen.
3.10 Statistik und Datenerfassung
Zur Statistik und Datenerfassung wurden die gemessenen Werte in Exceldateien auf einem PC- kompatiblen Rechner aufgenommen und anschließend mit dem Programm SAS 8.2 der Firma Microsoft verarbeitet. Es wurden jeweils Prozentwerte, arithmetische Mittel und Standardabweichungen zur statistischen Varianzanalyse errechnet.
4 Ergebnisse
4.1 Komplikationen im Pilot- und Hauptversuch
Zwei der drei Piliottiere (Nr.1760, 0471) wurden bereits 13 Tage post operationem aufgrund eines proximalen Schraubenausrisses durch Injektion von Eutha 77®
(Pentobarbital, Fa. ESSEX-Tierarznei, München) euthanasiert. Die Kopfverriegelungsschrauben waren fest im konischen Gewinde der Locking Compression Plate verriegelt. Die Diagnose wurde vor der Euthanasie röntgenologisch abgesichert.
Abb. 4-1 Abb. 4-2
Abb. 4.1, Abb. 4.2. Implantatausriss im proximalen Fragment 13 Tage p.o. von Pilottier (Schaf-Nr.1760) mit unbeschichteten KVS
Aufgrund dieses Ergebnisses wurden nachfolgend statt sechs Schrauben acht verwendet. Die vorher verwendete 8-Loch-Platte wurde durch eine 9-Loch-LCP ersetzt. Weiterhin wurde die Defektosteotomie von 2 cm auf 0,5 cm reduziert.
Diese Modifikation der Operationsmethode sollte zur Folge haben, dass eine höhere Stabilität gewährleistet sei. Um die Belastung der operierten Gliedmaße in den ersten Wochen post operationem zu reduzieren, wurde bei allen Schafen eine Tenotomie der Achillessehnen durchgeführt. Doch auch diese Präventionsmaßnahme konnte nicht verhindern, dass einige Tiere auf der Kaudalfläche des Metatarsalknochens fußten und somit starke Kräfte auf die Implantate einwirkten.
Ursprünglich sollten 16 Tiere operiert werden. Nachdem weitere acht Schafe nach der modifizierten Operationsmethode operiert wurden, mussten zwei Tiere aus Gruppe B nach bereits ein bzw. zwei Tagen und ein Tier aus Gruppe A nach sieben Tagen aufgrund proximaler Schraubenausrisse euthanasiert werden. Da erneut dieselben Komplikationen auftraten, wie im Pilotversuch, wurde der Hauptversuch aus ethischen Gründen abgebrochen. Die folgende Abbildung (Abb. 4-3) zeigt den Vergleich der Schraubenlöcher im proximalen und distalen Fragment nach Implantatversagen.
Abb. 4-3 Präparierte Tibia unmittelbar nach Euthanasie des Tieres (Schaf-Nr. 2851 beschichtete KVS) aufgrund proximalen Ausrisses des Implantats 1 Tag p.o. (links: distales
Knochenfragment; rechts: proximales Fagment)
Bei keinem der operierten Tiere traten postoperative Wundheilungsstörungen oder Infektionen auf.
Zur Beurteilung und Auswertung der Ergebnisse werden in dieser Arbeit fünf Tiere herangezogen, welche sich auf zwei Untersuchungsgruppen mit je zwei und drei Tieren verteilen. In Gruppe A (n=3) wurden Schrauben ohne Beschichtung, in Gruppe B (n=2) wurden Schrauben mit Hydroxylapatitbeschichtung eingesetzt.
4.2 Klinische und makroskopische Beurteilung
Bereits einige Stunden post operationem waren die Tiere in der Lage sich selbständig zu erheben. Zur Vermeidung unkoordinierter Bewegungen wurden die ersten Aufstehversuche der Schafe von einer Hilfsperson unterstützt. Alle Tiere zeigten am ersten Tag nach dem operativen Eingriff eine vollständige Entlastung der operierten Gliedmaße (höchstgradige Lahmheit, Grad 4). Bereits am zweiten Tag nach der Operation belasteten die Schafe bereits kurzfristig die operierte Hintergliedmaße (hochgradige Lahmheit, Grad 3). Zu Beginn traten die Tiere mit der Klauenspitze auf. Aufgrund der Tenotomie der Achillessehne war es den Tieren nicht möglich, das Bein im oberen Sprunggelenk zu strecken. Dadurch kam es zu einer starken Hyperflexion der operierten Hintergliedmaße bei Belastung, wobei einige Schafe zeitweise auf der Kaudalfläche des Metatarsalknochens fußten. Auch bei den Aufstehversuchen stützten sich einige Tiere auf der kaudalen Fläche des Metatarsalknochens ab. Vier Wochen post operationem wurde die operierte Hintergliedmaße nur kurzfristig belastet (Lahmheitsgrad 3). Nach acht Wochen war bei allen Tieren eine mittelgradige Lahmheit (Grad 2) vorhanden. Die Schafe zeigten eine Lahmheit, welche schon im Schritt erkennbar war, im Trab aber noch deutlicher wurde. Zwölf Wochen nach dem operativen Eingriff zeigten die Schafe eine Lahmheit (Grad 1), welche im Schritt überhaupt nicht bzw. kaum, im Trab aber noch leicht erkennbar war (Tab. 4.1).
Zur Schmerzlinderung erhielten die Schafe in der ersten Woche post operationem zweimal täglich 2 ml Temgesic®, in der zweiten Woche zweimal täglich 1 ml und in der dritten Woche 1 ml Temgesic® pro Tag.
Tab. 4-1 Übersicht über die Lahmheitsgrade innerhalb der Beobachtungszeit:
Schafe mit unbeschichteten und HA-beschichteten KVS im Vergleich
Tier-Nr. 2841 2917 2856 2851 HA 2824 HA
1. Woche 4 4 4 4 4
2. Woche 3 3 3 3 3
4. Woche 3 3 3 3,5 3
6. Woche 2 2 2 2,5 2,5
8. Woche 2 2 2 2 2
10. Woche 1 1 1 1 1
12. Woche 0,5 0,5 0,5 0,5 1
0 = steht und läuft normal,
1 = Stand o.b.B., leichte Lahmheit in der Fortbewegung, 2 = Stand normal, schwere Lahmheit in der Fortbewegung,
3 = Abnormale Positur beim Stehen, schwere Lahmheit in der Fortbewegung, 4 = Keine Gewichtsbelastung der Gliedmaße im Stand oder in der Fortbewegung
4.3 Makroskopische Beurteilung der Osteotomiebereiche nach Euthanasie
Zur Beurteilung wurden die Tibiae der operierten rechten Hintergliedmaße von allen Weichteilen befreit.
Abb. 4-4
Präparation der Tibia nach Euthanasie 12 Wochen post operationem
Hierbei konnte festgestellt werden, dass der 12 Wochen zuvor operativ gesetzte Defekt sowohl bei den Tieren mit Hydroxylapatit beschichteten Schrauben, als auch bei denen mit unbeschichteten Schrauben makroskopisch vollständig durchbaut erschien. Hinweise auf die exakte Zusammensetzung der Defekte ergaben erst die später durchgeführten histologischen und mikroskopischen Untersuchungen.
Auffällig war jedoch die vermehrte Kallusbildung im kaudomedialen der Platte gegenüberliegenden Defektbereich. Die LCP sowie die Bereiche der Kopfverriegelungsschrauben waren mit straffem Bindegewebe bedeckt. Bei einem Tier aus Gruppe A war die Platte stellenweise von Kallus überbaut. Es konnte bei keinem der Tiere weder eine Pseudarthrose, noch eine Lockerung der implantierten Platte festgestellt werden. Nachfolgend wurde die LCP mit Hilfe einer Säge vom Knochen und den darin befindlichen Kopfveriegelungsschrauben entfernt, ohne die Schrauben und den Knochen zu beschädigen. Nach Entfernung der LCP wurde das Ausdrehmoment jeder einzelnen Schraube gemessen und dokumentiert. Beim Herausdrehen wurden weder ein potenzieller Schraubenbruch noch eine knöcherne Verletzung festgestellt. Bei den Präparaten mit HA-beschichteten Schrauben trat beim Entfernen lediglich ein teilweises Abdrehen der Beschichtung, welche im Schraubenkanal verblieb, auf.
4.4 Biomechanische Prüfungen
Drei Monate post operationem wurden die Tibiae der Probanden nach Euthanasie und Exartikulation für die Prüfungen präpariert.
4.4.1 Ergebnisse der Ausdrehmomente der KVS
Tab. 4-2: Messwerte der Ausdrehmomente in Nm
Nach Präparation und Entfernung der LCP von der Schaftibia wurden die Ausdrehmomente der einzelnen KVS bestimmt.
Schaf-Nr. 2841 2917 2856 2851 2824
Beschichtung nicht beschichtet
nicht beschichtet
nicht beschichtet
HA- beschichtet
HA- beschichtet
P1 0,637 0,844 0,187 2,308 2,503
P2 0,661 0,567 0,323 2,221 2,499
P3 0,752 0,318 0,216 2,403 2,617
P4 0,281 0,497 0,034 3,843 3,261
D1 0,856 0,446 0,706 2,344 2,061
D2 0,262 0,175 0,734 2,998 1,761
D3 0,091 0,288 1,062 1,766 2,332
D4 0,301 0,323 0,264 0,752 2,862
Mittelwert 0,549 0,432 0,441 2,329 2,487
Ausdrehmomente [Nm]
P1-P4: Schraubenpositionen im proximalen Fragment D1-D4: Schraubenpositionen im distalen Fragment
Diagramm 4-1 Darstellung der Ausdrehmomente in Nm
Beschichtete und unbeschichtete KVS im Vergleich
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Nm
P1 P2 P3 P4 D1 D2 D3 D4
Positionen
Extraktionsdrehmomente
beschichtet unbeschichtet
P1-P4: Schraubenpositionen im proximalen Fragment D1-D4: Schraubenpositionen im distalen Fragment
Tab. 4-3 Mittelwert und Standardabweichung der Ausdrehmomente der HA- beschichteten Schrauben (Gruppe B)
Position Minimum Maximum Mittelwert Standard- abweichung
P1 2,308 2,503 2,406 0,138
P2 2,221 2,499 2,360 0,197
P3 2,403 2,617 2,510 0,151
P4 3,260 3,843 3,552 0,412
D1 2,060 2,344 2,202 0,201
D2 1,760 2,998 2,379 0,875
D3 1,766 2,332 2,049 0,400
D4 0,752 2,862 1,807 1,492
P1-P4: Schraubenpositionen im proximalen Fragment D1-D4: Schraubenpositionen im distalen Fragment
Tab. 4-4 Mittelwert und Standardabweichung der Ausdrehmomente der unbeschichteten Schrauben (Gruppe A)
Position Minimum Maximum Mittelwert Standard- abweichung
P1 0,187 0,844 0,556 0,336
P2 0,323 0,661 0,517 0,174
P3 0,216 0,752 0,429 0,285
P4 0,034 0,497 0,270 0,232
D1 0,446 0,856 0,669 0,207
D2 0,175 0,734 0,390 0,301
D3 0,091 1,062 0,480 0,513
D4 0,264 0,323 0,296 0,030
P1-P4: Schraubenpositionen im proximalen Fragment D1-D4: Schraubenpositionen im distalen Fragment
Die Messungen der Ausdrehmomente der Schrauben ergaben bei allen Tieren der Gruppe B im Vergleich zu Gruppe A deutlich höhere Messergebnisse.
Bei der statistischen Auswertung der Ergebnisse, welche beim Analysieren der Ausdrehmomente beider Gruppen dokumentiert wurden (siehe Tabelle 4-2), konnte auf Grund der geringen Anzahl von Stichproben, der Wilcoxon Test zur Signifikanzdarstellung nicht verwendet werden. Zur Prüfung der Testergebnisse wurde deshalb die Varianzanalyse für unabhängige Stichproben mit den beiden Faktoren Material und Position der Schrauben angewandt. Die Auswertung ergab keine Interaktion zwischen den Positionen der Schrauben distal sowie proximal des Defektes. Jedoch konnte bei den Ausdrehmomenten der beiden unterschiedlichen Schraubentypen eine hohe Signifikanz (p< 0,0001) beobachtet werden. Wie in den Tabellen 4-2, 4-3 und 4-4 und den Diagrammen 4-1 und 4-2 deutlich ersichtlich ist, liegen die Mittelwerte der HA- beschichteten Schrauben um das ca. 5-fache höher als die der unbeschichteten Schrauben.
Diagramm 4-2 Graphische Darstellung des Mittelwertes der Ausdrehmomente in Nm
4.4.2 Ergebnisse des Torsionsversuches
Bei der biomechanischen Torsionsprüfung wurden zu Vergleichszwecken auch die jeweiligen intakten Gegentibiae einer Torsionsprüfung unterzogen. Diese Torsionsprüfung bis hin zum Versagen, ergab bei allen Kontrolltibiae eine Spiralfraktur im nicht fixierten Bereich zwischen den Gipsblöcken. Der Versagensmodus bei den operierten Defekttibiae dagegen bestand bei vier Schafen in einer Fraktur durch den neu gebildeten Kallus und angrenzenden Knochen (entsprechend Typ III nach White und Panjabi). Bei einem Tier lag der Versagensmodus Typ I vor.
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Nm
Ausdrehmoment
beschichtet unbeschichtet
Abb. 4-5 Spiralfraktur einer Kontrolltibia (Schaf-Nr. 2851) nach Torsionsversuch
4.4.2.1 Messwerte
Die folgenden Graphiken (Abb. 4.6-4.9) und Tabellen (Tab. 4.5-4.7) fassen die Ergebnisse der biomechanischen Prüfung zusammen. Die Deformationssteigungskurven zeigen jeweils graphisch die Torsion einer operierten Tibia 12 Wochen p.o. und einer Kontrolltibia. Auf der x-Achse ist die Zeit/Winkelgrad und auf der y-Achse ist das Drehmoment in Nm dargestellt.
Abb. 4-6, 7, 8 u. 9: Drehmomentdeformationskurven, welche während des Torsionsversuches an den Schaftibiae gemessen wurden
Auf der x-Achse ist der Winkel und auf der y-Achse das Drehmoment dargestellt
Abb. 4-6: Kontrolltibia, Gruppe A Abb. 4-7: Defekttibia, Gruppe A
(unbeschichtete KVS) (unbeschichtete KVS)
Abb. 4-8: Kontrolltibia, Gruppe B Abb. 4-9: Defekttibia, Gruppe B
(beschichtete KVS) (beschichtete KVS)
Die Kontrolltibiae weisen jeweils einen steileren Anstieg und ein höheres maximales Drehmoment gegenüber den operierten Tibiae auf.
Tab. 4-5 Messwerte des Torsionsversuches der osteotomierten und mit LCP und KVS versorgten Schaftibiae nach Implantatentfernung (12 Wo. p.o.)
Steifheit [Nm/ Grad] intakte Tibia 1,88 2,24 2,91 2,37 2,44
Steifheit [Nm/ Grad] operierte Tibia 1,26 2,95 1,71 2,24 1,83
Bruchwinkel [Grad] intakte Tibia 28,22 25,3 19,17 22,96 19,37
Bruchwinkel [Grad] operierte Tibia 14,12 11,86 12,36 14,86 15,2
Bruchkraft [Nm] intakte Tibia 53,28 56,61 57,17 54,39 47,18
Bruchkraft [Nm] operierte Tibia 17,76 34,97 21,09 33,3 27,75
Gewicht [kg] 58 74 61 76 69
Schaf-Nr. 2841 2917 2856 2851 HA 2824 HA
Tab. 4-6: Darstellung der Messparameter in % gegenüber der intakten Tibia (unbeschichtete KVS, Gruppe A) nach Torsionsversuch
Schaf-Nr. Bruchkraft [%] Bruchwinkel [%] Steifheit [%]
2841 33 50 67
2917 62 47 131
2856 37 64 59
Tab. 4-7 : Darstellung der Messparameter in % gegenüber der intakten Tibia (beschichtete KVS, Gruppe B) nach Torsionsversuch
Schaf-Nr. Bruchkraft [%] Bruchwinkel [%] Steifheit [%]
2851 61 65 95
2824 59 79 75
Aus den Tabellen 4-6 und 4-7 geht hervor, dass die nicht operierten Kontrolltibiae jeweils im direkten Vergleich zu den operierten Tibiae stabiler sind. Bei der statistischen Auswertung konnte aufgrund zu geringer Stichprobenzahlen nur auf die Varianzanalyse zurückgegriffen werden.
Das Ergebnis zeigt deutlich auf, dass keine Interaktion zwischen den Gruppen A und B existiert, sondern jeweils nur eine hohe Signifikanz bei den operierten Tibiae im Vergleich zu den intakten Kontrolltibiae ( p < 0,01) besteht.
4.4.2.2 Wertung und Zuordnung nach White und Panjabi
Die Art des Versagens bei der biomechanischen Prüfung lässt nach White et al., (1977) Rückschlüsse auf das Heilungsstadium des Defektbereiches bzw. den Heilungsfortschritt ziehen. Demnach ist bei den Präparaten, welche dem Typ I zugeordnet wurden, eine schlechtere Heilung als solche Präparate die bei der
Torsionsprüfung ein Versagen durch den Defektbereich als auch durch den angrenzenden, ursprünglichen intakten Knochen zeigen (Typ III, siehe 3.8.1.5).
In Tabelle 4-8 sind für jedes Einzeltier die Gruppenzugehörigkeit, das Gewicht, Art der Fraktur, die Klassifikation nach White et al. sowie das maximale Drehmoment in Prozent der intakten Gegenseite dargestellt.
Tab. 4-8: Zusammenfassung der Heilungsergebnisse und des Frakturverhaltens der Schaftibiae nach Torsionsversuch
Schaf-Nr. Gruppe Körpergewicht (kg)
Maximales Drehmoment (%)
Frakturtyp nach White et al.
2841 unbeschichtet 58 33 III
2917 unbeschichtet 74 62 III
2856 unbeschichtet 61 37 I
2851 HA- beschichtet 76 61 III
2824 HA- beschichtet 69 59 III
Die Tabelle 4-8 zeigt, dass bei der Zuordnung des Heilungsstadiums im Defektbereich anhand des Verhaltens des Heilgewebes bzw. des angrenzenden Knochens bei der Torsionsprüfung nur bei einem Tier aus Gruppe A (2856) eine schlechtere Frakturheilung festgestellt wurde, da bei diesem Tier die Frakturlinie durch den ursprünglichen Defektbereich verläuft.
4.5 Röntgen
4.5.1 Standardröntgen
Die erste Röntgenaufnahme der operierten Tibia in zwei Ebenen wurde unmittelbar postoperativ aufgenommen. Hiermit sollte sichergestellt werden, dass die Frakturenden achsengerecht adaptiert worden waren. Die röntgenologischen Beobachtungen der Gruppe A und B sind in den nachfolgenden Tabellen (4-9, 4-10) zusammengefasst.
Tab. 4-9 Röntgenbefunde der Schaftibiae von Gruppe A mit unbeschichteten KVS im Verlauf und makroskopische Beurteilung nach Implantatentfernung
Nach Entfernung der Implantate Defektbereich bis auf Bereich direkt an der Platte vollständig mit Kallus ausgefüllt Defektbereich vollständig mit Kallus ausgebildet, kaudomedial überschießend Defektbereich vollständig mit Kallus ausgebildet, kaudomedial überschießend, Platte teilweise von Kallus bedeckt
12 Wochen post OP Defekt mit Ausnahme des Bereichs direkt an der Platte (5x5 mm) vollständig mit Kallus durchbaut, Kallus strukturiert, beginnende Kortikalisierung, mgr. Kallus am Gewinde der proximalen Schrauben zapfenförmig bis in Markkanal reichend Defektbereich vollständig mit Kallus durchbaut, nicht strukturiert, kaudomedial überschießend, ggr. Kallus am Gewinde der proximalen Schrauben zapfenförmig bis in Markkanal reichend Überbrückende Kallusbildung, medial überschießend, nicht strukturiert, ggr. Kallus am Gewinde der proximalen Schrauben zapfenförmig bis in Markkanal reichend
Postoperativ Frakturenden achsengerecht adaptiert Frakturenden in der Längsachse um ca. 1,5 mm versetzt Frakturenden in der Längsachse um ca. 1 mm versetzt
Tier-Nr. 2841 2917 2856
