Klinik II im Annastift e.V.
Leiter: Prof. Dr. med. H. Windhagen
Roboterassistierte, biomechanische Untersuchung der arthroskopischen vorderen Schulterstabilisierung
durch Kapselshift und Nahtankertechnik
DISSERTATION
zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin in der
Medizinischen Hochschule Hannover
vorgelegt von Benjamin Bartels
aus Hannover
Hannover, 2008
Abbildungs- und Tabellenübersicht
1 Einleitung Seite 1
1.1 Anatomische Grundlagen Seite 2
1.2 Luxationsverletzungen des Schultergelenks Seite 4
1.2.1 Ätiologie und Epidemiologie Seite 4
1.2.2 Verletzungsmechanismus der ventralen Schulterluxation Seite 5 1.2.3 Symptome nach vorderer Schulterluxation Seite 6 1.2.4 Therapie der vorderen Schulterluxation Seite 7
2 Fragestellung Seite 8
3 Material und Methoden Seite 9
3.1 Übersicht Seite 9
3.2 Roboterassistierter kinematischer Schultersimulator Seite 9
3.3 Auswahl der Präparate Seite 10
3.4 Präparation der Schulter und Versuchsaufbau Seite 11 3.5 Messung des glenohumeralen Bewegungsausmaßes Seite 14 3.6 Beschreibung der in unserer Arbeit durchgeführten Operationen Seite 16 3.6.1 Setzen der arthroskopischen Portale (Belüftung) Seite 17 3.6.2 Arthroskopischer anteriorer Kapselshift Seite 18
3.6.3 Präparation der Bankart-Läsion Seite 20
3.6.4 Arthroskopische Schulterstabilisierung mit Nahtankern Seite 21
3.7 Versuchsdurchführung Seite 23
3.8 Ergänzungen Seite 25
3.9 Statistische und grafische Auswertung Seite 26
4 Ergebnisse Seite 27
4.1 Ergebnisse des arthroskopischen anterioren Kapselshifts Seite 27
4.1.1 Belüftungsoperation Seite 27
4.1.2 Kapselshift-Operation Seite 32
4.2.2 Arthroskopische anteriore Schulterstabilisierung mit Nahtankern Seite 37
5 Diskussion Seite 42
5.1 Aussagefähigkeit und Grenzen der Studie Seite 42
5.2 Belüftung der Schulter Seite 45
5.3 Kapselshift Seite 46
5.4 Arthroskopische anteriore Schulterstabilisierung mit Nahtankern Seite 48
6 Zusammenfassung Seite 52
7 Literaturverzeichnis Seite 54
Lebenslauf
Erklärung nach § 2 Abs. 2 Nr. 5 und 6 PromO
Danksagung
Abb. 1: Skizze der Bandstrukturen des Schultergelenks Seite 3
Abb. 2: KUKA Roboter Seite 10
Abb. 3: Fixierung des Humerus im Messingzylinder Seite 12
Abb. 4: Schulter am Befestigungsturm angebracht Seite 13
Abb. 5: Schulter am Roboter befestigt Seite 13
Abb. 6: Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus Seite 15
Abb. 7: Schematische Darstellung der Ausdehnung des Kapselshifts sowie der Bankart-Läsion in der Ansicht von lateral
Seite 16
Abb. 8: Schematische Darstellung der Ausdehnung des Kapselshifts sowie der Bankart-Läsion in der Ansicht von dorsal
Seite 16
Abb. 9: Operationsinstrumentarium Seite 17
Abb. 10: Präparat mit Arbeitskanülen Seite 17
Abb. 11: Ventrale Gelenkkapsel mit Fadensetzinstrument (Corkscrew- Lasso) penetriert
Seite 18
Abb. 12: Faden mithilfe des Fadensetzinstruments durch die Kapselstrukturen gezogen
Seite 18
Abb. 13: Knoten der Fadenenden zum ventralen Kapselshift Seite 18
Abb. 14: Ventraler Kapselshift mit vier Fäden (nur drei sichtbar) Seite 19
Abb. 15: Präparation der Bankart-Läsion Seite 20
Abb. 16: Erzeugte Bankart-Läsion Seite 20
Abb. 17: Platzierung des ersten Nahtankers Seite 21
Abb. 18: Platzierung des zweiten Nahtankers Seite 22
Abb. 19: Arthroskopische anteriore Stabilisierung mit Nahtankern Seite 22
Abb. 20: Versuchsaufbau I Seite 23
Abb. 21: Versuchsaufbau II Seite 23
Abb. 22: Schulter in 80° glenohumeraler Abduktion Seite 24
Abb. 24: Anteriore Translation; nativ vs. Kapselshift Seite 29
Abb. 25: Inferiore Translation; nativ vs. Kapselshift Seite 29
Abb. 26: Antero-inferiore Translation; nativ vs. Kapselshift Seite 30
Abb. 27: Außenrotation; nativ vs. Kapselshift Seite 30
Abb. 28: Anteriore Translation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift Seite 34
Abb. 29: Inferiore Translation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift Seite 34
Abb. 30: Antero-inferiore Translation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift Seite 35
Abb. 31: Außenrotation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift Seite 35
Abb. 32: Anteriore Translation; nativ vs. Bankart-Läsion vs. Ankersetzung Seite 40
Abb. 33: Inferiore Translation; nativ vs. Bankart-Läsion vs. Ankersetzung Seite 40
Abb. 34 Antero-inferiore Translation; nativ vs. Bankart-Läsion vs.
Ankersetzung
Seite 41
Abb. 35 Außenrotation; nativ vs. Bankart-Läsion vs. Ankersetzung Seite 41
Tab. 1: Vergleich der Messdaten “nativ“ und “Kapselshift“ in 0° Abduktion Seite 28
Tab. 2: Vergleich der Messdaten “nativ“ und “Kapselshift“ in 80°
Abduktion
Seite 28
Tab. 3: Vergleich der Messdaten “nativ“, “Belüftung“ und “Kapselshift“
in 0° Abduktion
Seite 33
Tab. 4: Vergleich der Messdaten “nativ“, “Belüftung“ und “Kapselshift“
in 80° Abduktion
Seite 33
Tab. 5: Vergleich der Messdaten “nativ“, “Bankart-Läsion“ und “Anker“
in 0° Abduktion
Seite 39
Tab. 6: Vergleich der Messdaten “nativ“, “Bankart-Läsion“ und “Anker“
in 80° Abduktion
Seite 39
1. Einleitung
Die traumatische anteriore Schulterinstabilität gilt als die häufigste aller glenohumeralen Instabilitäten 36. Seit Perthes 62 im Jahre 1906 die vordere Ablösung des Labrums vom Glenoid als ursächlich für eine posttraumatische vordere glenohumerale Instabilität und auch Bankart 5, 6, 62 die Bedeutung dieser speziellen Verletzung beschrieben hatte, gilt die Refixation der betroffenen Strukturen am Glenoidrand als Standard in der Therapie der anterioren Schulterinstabilität.
Insgesamt gehen 85-100% aller traumatischen anterioren Schulterluxationen mit einer Ablösung des Labrums vom vorderen Glenoidrand einher 58. Hierbei gilt die operative Refixation als Standardbehandlung, da in verschiedenen Studien hohe Redislokationsraten (25-83%) nach konservativen Therapieverfahren beschrieben wurden 4, 10, 32, 67, 68. Auf den Stellenwert der anatomischen Refixierung insbesondere der anterioren Anteile des Ligamentum glenohumerale inferius (IGHL) wird neben der Kapsel-Labrum-Refixierung als Operationsziel in verschiedenen Studien hingewiesen 9, 43, 59, 85. Eine reine Labrumläsion ohne IGHL-Verletzung verursacht nach McGlynn und Caspari 54 keine ventrale Schulterinstabilität, während aus einer IGHL-Verletzung ohne Labrumläsion eine anteriore Instabilität resultiert 9. Diese funktionell hohe Bedeutung der ligamentären Strukturen wird durch zahlreiche weitere Studien belegt 19, 41, 42, 50, 75. Zur Wiederherstellung der Schulterstabilität gilt bis heute die offene Operationstechnik nach Bankart als Goldstandard 3, 18, 35, 69, zum einen wegen der guten klinischen Ergebnisse, zum anderen wegen der geringen Redislokationsraten von 2-8% 15, 18, 37, 88. Die arthroskopischen Operationsverfahren versprachen zwar hinsichtlich des geringeren Weichteiltraumas, kürzerer Rehabilitationszeiten, geringerer Komplikationsraten und der besseren Gelenkeinsicht 20, 21 Vorteile im Vergleich zur offenen Technik, doch zeigten sich hierbei anfänglich hohe Redislokationsraten 10. Seit einiger Zeit allerdings wird die Versorgung der anterioren Schulterinstabilität durch arthroskopische Nahtanker- Techniken mit einer Kapselraffung durch die Nähte der Anker ergänzt. Vermutlich hierdurch wie auch aufgrund der steigenden Lernkurve der Operateure konnte eine deutliche Reduktion der Redislokationsraten bei der arthroskopischen Versorgung der Schulterinstabilität erreicht werden 3, 39, 44, 45, 86.
Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit der Primärstabilität der arthroskopischen anterioren Schulterstabilisierung nach simulierter traumatischer Bankart-Läsion mit
Hilfe von Titan-Nahtankern und der arthroskopischen ventralen Kapselraffung mit Nähten allein.
1.1 Anatomische Grundlagen
Das Schultergelenk setzt sich zusammen aus dem caput humeri als Gelenkkopf und der cavitas glenoidalis als Gelenkpfanne und bildet ein Kugelgelenk mit dem größten Bewegungsausmaß aller Gelenke des menschlichen Körpers 73. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gelenkfläche der flachen Gelenkpfanne und die kongruente Gelenkfläche des Humeruskopfs in einem Größenverhältnis von 1:4 stehen. Diese Gelenksanatomie ist der Grund dafür, dass 50% aller Gelenkluxationen das Schultergelenk betreffen 12. Zur Sicherung der Gelenksstabilität bei zugleich hohem Bewegungsumfang besitzt das Schultergelenk daher besondere anatomische Merkmale: Das Labrum glenoidale, eine aus Faserknorpel aufgebaute Gelenklippe, verläuft am Rand der Cavitas glenoidalis und vergrößert die glenohumerale Kontaktfläche von 30% auf etwa 70%. Die weite Gelenkkapsel ermöglicht dem Schultergelenk einen großen Bewegungsumfang. Statische (Labrum, Gelenkkapsel, korakoakromialer Bogen) und dynamische Stabilisatoren (Rotatorenmanschette, lange Bizepssehne, Schultergürtelmuskulatur) sorgen demgegenüber für eine Stabilisierung des Gelenks. Der Rotatorenmanschette kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu, da die Sehen des M. supraspinatus, des M. infraspinatus und des M.
teres minor kranial und dorsal und die Sehne des M. subscapularis ventral in die Gelenkkapsel einstrahlen. Durch Kontraktion der Muskeln wirken diese zugleich als Kapselspanner und schützen damit die weite Gelenkkapsel bei Bewegungen vor Einklemmungen. Ohne diesen Verstärkungsmechanismus würde es bereits durch das Eigengewicht des Armes, aber besonders beim Tragen schwerer Lasten zu einer Dislokation der Gelenkflächen voneinander kommen. Trotz allem aber verbleiben Schwachstellen in der Gelenkkapsel, welche sich insbesondere zwischen dem Lig.
Coracohumerale (der faserverstärkte vordere Teil der Gelenkkapsel) und dem Oberrand des M. subscapularis sowie am unteren muskelfreien Teil der Gelenkkapsel befinden.
Der jeweilige stabilisierende Effekt der Ligamente in den verschiedenen Translationsrichtungen ist unter anderem von der jeweiligen Armposition abhängig 59,
82, 85.
So gleitet bei einer glenohumeralen Abduktion von mehr als 90° die Sehne des M.
subscapularis zusätzlich nach superior und bedeckt somit nur noch die oberen Anteile des Gelenks nach ventral. Dadurch verbleiben das Labrum glenoidale und das inferiore glenohumerale Ligament (IGHL) – und hier im Speziellen das vordere Band – als wichtigste Stabilisatoren des Schultergelenks bzgl. einer anterioren bzw.
antero-inferioren Translation 59, 82, 85. Das IGHL ist kein isoliertes Ligament sondern ein ligamentärer Komplex 59, der aus einem anterioren Band (AB), dem sog. „axillary pouch“ (AP) sowie einem posterioren Band (PB) besteht. Gemeinsam wirken sie in einer Art Hängemattenprinzip stabilisierend mit reziproker Anspannung in Abhängigkeit von der Rotation des Armes.
Trotz dieser ligamentären Kapselverstärkung kommt es meist zu einer Schulterluxation nach antero-inferior (Luxatio axillaris) oder nach anterior (Luxatio subcoracoidea).
Abb. 1: Skizze der Bandstrukturen des Schultergelenks 76
1.2 Luxationsverletzungen des Schultergelenks
1.2.1 Ätiologie und Epidemiologie
50% aller Gelenkluxationen betreffen das Schultergelenk 12, wobei die vordere Schulterluxation mit ca. 95% aller traumatischen Schulterluxationen den weitaus größten Anteil ausmacht 71 und bevorzugt bei den Sportarten Handball, alpiner Skilauf, Eishockey, Rugby, Football, Ringen, Judo, Karate, Boxen, Gewichtheben, Geräteturnen, Leichtathletik, Badminton, Volleyball, Fußball oder Schwimmen auftritt
31, 78.
Das Erstluxationsereignis wird je nach Literatur zwischen dem 18. 66 und 25. 31 Lebensjahr angegeben. Männer sind dabei deutlich häufiger betroffen als Frauen 31, wobei Yeap et al. 90 von einem Männer-Frauen-Verhältnis von 5:2, Thomsen et al. 80 von 7:3 berichten. In der Gruppe der Männer sind diesbezüglich besonders die aktiven Sportler zwischen dem 21. und 40. Lebensjahr betroffen. Hazmy et al. 30 konnten in ihrer Arbeit zeigen, dass die häufigste Ursache der Schulterluxation in dieser Altersperiode die sportliche Aktivität ist, gefolgt von Stürzen und Verkehrsunfällen. Frauen hingegen erleiden eher nach dem 40. Lebensjahr eine Schulterluxation. Die häufigste Ursache hierbei ist ein Sturz auf den ausgestreckten Arm in häuslicher Umgebung 30.
Die Rezidivrate nach einer primären Luxationsverletzung ist gerade bei jungen aktiven Menschen besonders hoch 3, 53 und wird je nach Literatur mit 90-95% bei den unter 20 Jährigen angegeben 14, insbesondere wenn der betroffene Patient weiterhin Über-Kopf-Sportarten 71 ausübt. Rowe und Sakellarides 70 beschrieben in ihrer Studie - neben zahlreichen verschiedenen Variablen - als den wichtigsten Faktor für eine Reluxation des Schultergelenks das Alter des Patienten bei der Erstluxation und fanden eine Inzidenz der Reluxationshäufigkeit in Relation zum Alter zum Zeitpunkt der Erstluxation von 94% bei den unter 20 Jährigen gegenüber 74% bei 20-40 Jährigen und 14% bei über 40 Jährigen.
1.2.2 Verletzungsmechanismus der ventralen Schulterluxation
Sowohl eine direkte, als auch eine indirekte Gewalteinwirkung auf das Schultergelenk kann zu einer traumatischen Schulterluxation führen. Bei der direkten Gewalteinwirkung verläuft der Kraftvektor von dorsal nach ventral gerichtet durch den proximalen Humerus (z.B. Zusammenprall beim Sport mit einem Gegenspieler). Bei der indirekten Gewalteinwirkung hingegen kommt es typischer Weise in einer fixierten oder auch bewegten Abduktions- und Außenrotationsstellung des Armes zu einer anterioren Luxation 67, 78. Hierbei trifft die Kraft eher auf den distalen Anteil des Armes und wird durch den Hebel des Armes auf das Schultergelenk übertragen, wodurch der Humeruskopf zwischen den Mm. subscapularis und triceps brachii (dem schwächsten Abschnitt der Gelenkkapsel) nach vorne rutscht 6. Dabei kann die Kraft entweder von extern (z.B. Sturz auf den ausgestreckten Arm) übertragen werden, oder bei kraftvoller Bewegung (z.B. abrupte Armbewegung gegen unerwarteten Widerstand (Bsp.: Hineingreifen in eine Wurfbewegung)) durch die eigenen Muskelkräfte entstehen 48.
Solch traumatische Schulterluxationen führen beim jüngeren Patienten (bis etwa 45Jahre) aufgrund der stabilisierenden Gelenkkapsel überwiegend zu einem Labrumabriss vom vorderen Rand des Glenoids, einhergehend mit einer hohen Reluxationsrate (s.o.), während ein identisches Trauma bei älteren Menschen meist nur zu einem Kapseleinriss führt, welcher häufig folgenlos ausheilt 64, 79. Bei einer traumatischen Schulterluxation kann es darüber hinaus zu verschieden weiteren Begleitverletzungen kommen: Die typische Bankart-Läsion ist eine vordere Ablösung des Labrum glenoidale vom Glenoidrand, einhergehend mit einer Ablösung der Gelenkkapsel und ist gelegentlich mit der Absprengung eines knöchernen Fragments vom Pfannenrand verbunden 6. Ihre Häufigkeit in Verbindung mit einer Schulterluxation wird mit 60-100% angegeben 25. Die Hill-Sachs-Läsion ist eine Impressionsfraktur des postero-lateralen Humeruskopfes. Sie entsteht dadurch, dass der außenrotierte Humeruskopf nach vorderer Schulterluxation mit Druck gegen den ventralen Rand der Fossa glenoidalis gepresst wird 33, wodurch die Spongiosa an dieser Stelle komprimiert wird. Bei großer Gewalteinwirkung kann es zu subkapitalen Humerusfrakturen, Luxationsfrakturen des Caput humeri oder Tuberkulumfrakturen (v.a. bei älteren Menschen) kommen. Rotatorenmanschettenverletzungen finden sich in etwa 35%, Nervenverletzungen (v.a. des N. axillaris) in ca. 15% der Fälle. Selten kommt es zu Gefäßverletzungen, wobei die A. axillaris am häufigsten betroffen ist 11.
Eine habituelle Schulterluxation kann gegenüber der posttraumatischen Luxation bereits bei normaler Belastung erfolgen (z.B. Außenrotation des abduzierten Arms).
Die Ursachen einer solch instabilen Schulter liegen in pathologischen Stellungen der Knochen zueinander oder einer Schwäche der stabilisierenden Weichteile des Schultergelenks 22, 65, 70. Als Beispiele seien hier eine ungenügend ausgebildete Gelenkspfanne, eine angeborene Muskel- oder Kapsel-Band-Schwäche oder eine ungenügende Heilung nach primärer traumatischer Luxation mit Abriss des Labrums genannt.
1.2.3 Symptome nach vorderer Schulterluxation
Nach einer traumatischen vorderen Schulterluxation ist der Betroffene für gewöhnlich nicht mehr in der Lage, den entsprechenden Arm aktiv zu bewegen. Die passive Beweglichkeit ist hierbei hochgradig schmerzhaft. Man spricht von einer schmerzhaft federnden Fixation des Armes – meist in Abduktions- und Außenrotationsstellung 71. Diese Schmerzsymptomatik macht die differentialdiagnostische Abklärung einer subkapitalen oder luxationsbedingten Fraktur nötig.
Die typische Gelenkkontur ist aufgrund der leeren Gelenkpfanne, welche als laterale Delle kaudal des Akromions imponiert, verändert. Der Humeruskopf ist dabei außerhalb seiner normalen Position zu palpieren und kommt bei der anterioren Luxation häufig unter dem Korakoid zu liegen. Die Verspannung der Schultergürtelmuskulatur ist das Resultat einer reflektorischen, schmerzbedingten Muskelkontraktion.
Eine hintere Luxation dagegen wird in bis zu 75% der Fälle klinisch und radiologisch übersehen 71. Hierbei wird der betroffene Arm häufig in einer Adduktions- und Innenrotationsstellung gehalten, eine Position, welche man typischer Weise bei fast allen Patienten mit Schulterschmerzen – unabhängig ihrer Genese – vorfindet.
Während die radiologische Abklärung einer vorderen Luxation eher der Diagnosenfestigung und des Frakturausschlusses dient, kann hierbei eine hintere Luxation leicht übersehen werden. Erst eine tangentiale Skapula-Aufnahme lässt eine sichere Beurteilung der Stellung des Humeruskopfes zur glenoidalen Gelenkfläche zu.
Habituelle Schulterluxationen hingegen sind eher schmerzarm und können von der betroffenen Person zum Teil eigenständig wieder reponiert werden.
1.2.4 Therapie der vorderen Schulterluxation
Ziel der Therapie ist es, die luxierte Schulter möglichst rasch nach dem Verletzungsereignis geschlossen zu reponieren 11. Hierbei empfiehlt es sich, vor und nach der Reposition eine periphere Durchblutungs- und Sensibilitätskontrolle durchzuführen, um keine Gefäß- und Nervenläsionen (u.U. durch den Repositionsvorgang verursacht) zu übersehen. Eine erfolgreiche Reposition ist stets durch Röntgenaufnahmen in zwei Ebenen zu belegen.
In Anbetracht der unter 1.2.1 genannten hohen Rezidivraten und der guten Ergebnisse der arthroskopischen Schulterstabilisierung sollte nach traumatischer Erstluxation zumindest für die Gruppe der unter 30 Jährigen die Indikation zur primären operativen Refixation der verletzten Strukturen gestellt werden. Tritt zur Versorgung der reinen Kapsel-/Labrumläsion die arthroskopische Versorgung zunehmend in den Vordergrund, so gilt der knöcherne Labrumausriss nach wie vor als Indikation zur offenen Verschraubung 39. Auch alle geschlossen nicht reponierbaren oder nicht retinierbaren Luxationen bedürfen einer primären operativen Intervention 71.
Die Nachbehandlung von Patienten unter 45Jahren nach reponierter ventraler Schulterluxation besteht aus einer anfänglichen Ruhigstellung des Armes in einem Desault- oder Gilchrist-Verband für etwa drei Wochen, unter der Vorstellung, in dieser Zeit eine gewisse Anheilung der Weichteilstrukturen zu ermöglichen. Älteren Patienten hingegen erlaubt die geringere Rezidivrate eine verkürzte Ruhigstellungsdauer. Unter Vermeidung der Außenrotation für mindestens vier Wochen postoperativ bzw. nach dem Luxationsereignis sollte eine assistive Krankengymnastik mit Pendelübungen durchgeführt und erst bei Schmerzfreiheit mit Bewegungen gegen Widerstand begonnen werden. Für die Dauer von 8-12 Wochen nach dem Luxationsereignis ist eine Sportkarenz einzuhalten 11.
2. Fragestellung
Ziel der Studie war es, die bei vorderer Schulterinstabilität häufig verwendeten arthroskopischen Stabilisierungstechniken Kapselshift und Nahtankertechnik biomechanisch zu untersuchen.
Diesbezüglich sollten zwei Fragestellungen beantwortet werden: Zum einen die Frage, welchen Effekt eine bei der arthroskopischen vorderen Schulterstabilisierung durchgeführte Kapselraffung hinsichtlich der Stabilisierung des Schultergelenks hat, zum anderen die Frage, welchen Einfluss die arthroskopische vordere Schulterstabilisierung unter Verwendung von Nahtankern auf die glenohumerale Translation und die Außenrotation im Schultergelenk nach simulierter Bankart-Läsion hat.
3. Material und Methoden
3.1 Übersicht
Die glenohumeralen Translations- und Rotationswerte wurden mit Hilfe von humanen Leichen-Schulterpräparaten jeweils in 0° und 80° glenohumeraler Abduktion gemessen. Zum einen wurden die Messdaten der nicht-operierten Schulter mit den Werten nach Simulation einer Bankart-Läsion und abschließender arthroskopischer Schulterstabilisierung mittels Nahtankertechnik verglichen. Zum anderen wurden die Ausgangswerte mit den Messwerten nach Belüftung des Schultergelenkes und nach arthroskopischem anteriorem Kapselshift verglichen.
Die Translationsbewegung wurde definiert als glenohumerale Verschiebung in anteriore, inferiore und antero-inferiore Richtung (siehe Abb. 6) mit einem Vorschub von 20 N am Roboterarm, welche in der entsprechenden Richtung auf das Präparat einwirkte. Das Bewegungsausmaß der glenohumeralen Außenrotation wurde definiert als maximale Außenrotation, welche unter der Einwirkung eines Drehmoments von 2 Nm erreicht werden konnte. Vorangegangene Experimente bestätigten, dass eine Translationskraft von 20 N und ein Drehmoment von 1,8 Nm groß genug sind, um reproduzierbare Messungen durchführen zu können, ohne dabei das Präparat zu beschädigen 38, so dass diese Kräfte für unsere Versuche übernommen wurden.
3.2 Roboterassistierter kinematischer Schultersimulator
Alle Testungen wurden mit Hilfe eines roboterassistierten kinematischen Schultersimulators durchgeführt. Der Simulator setzte sich aus der Skapulabefestigung und einem Industrieroboter (KUKA Roboter, GmbH, Augsburg, Germany) zusammen, welcher mit einem 6-Komponenten Kraftmoment-Sensor (IpeA, GmbH, Berlin, Germany) ausgestattet war. Der Befestigungsturm fixierte die Skapula, während der Roboter, an welchem der Humerus unbeweglich befestigt worden war, kontrollierte Bewegungen im und Belastungen auf das Glenohumeralgelenk durchführte bzw. aufbrachte. Mittels einer speziell geschriebenen Software und der Daten, welche der oben genannte Sensor dem Roboter stetig übermittelte, konnten die definierten Bewegungen exakt ausgeführt
werden. Das System erlaubte kontrollierte Bewegungen mit einer Wiederholpräzision von 0,1 mm und die Messung der Gelenksbelastung mit einer Abweichung von weniger als 3N bzgl. des Kraftmoments und weniger als 0,15 Nm bzgl. des Drehmoments.
Der Roboter agierte hierbei in zwei verschieden Koordinatensystemen: Ein globales, ortsfestes Koordinatensystem und ein „Humerus-Koordinatensystem“, welches sich zusammen mit dem Präparat bewegte. Die Fähigkeit, in beiden beschriebenen Systemen zu agieren und zeitgleich die Bewegung sowie die Belastung im Gelenk zu überwachen, erlaubte dem Roboter, die Testungen wie beschrieben durchzuführen.
3.3 Auswahl der Präparate
Die Schulterpräparate wurden von der Abteilung Anatomie der medizinischen Hochschule Hannover zur Verfügung gestellt.
Die Präparate stammten ausnahmslos von Körperspendern, welche sich der MHH zu Lehr- oder Forschungszwecken zur Verfügung gestellt hatten und waren in frischem Zustand von den Präparatoren der MHH eingefroren worden.
Abb. 2: KUKA Roboter
Bei der Auswahl der insgesamt neun Präparate wurde darauf geachtet, dass die Spender möglichst jung und von kräftiger Statur waren, um eine möglichst gute Weichteilqualität zu erhalten. Trotz dessen lag das Alter der Spender im Mittel bei 77,3 Jahren (64-85 Jahre); zwischen männlichen (n=5) und weiblichen (n=4) Präparaten wurde bei der Auswahl nicht unterschieden.
Der Thorax der Leichen wurde von den Präparatoren im gefrorenen Zustand in der Medianebene und caudal der Skapulae, der Humerus im Bereich des Ellenbogengelenks und die HWS oberhalb der oberen Thoraxapertur mit einer Bandsäge durchtrennt. Diese Schulterpräparate wurden anschließend im gefrorenen Zustand an uns übergeben.
3.4 Präparation der Schulter und Versuchsaufbau
Nach dem Auftauen der zuvor tiefgefrorenen humanen Schulter bei Raumtemperatur wurde zunächst der knöcherne Thorax samt enthaltener Organe aus dem Präparat heraus präpariert. Hierfür wurde die Clavikula im Articulatio sternoclavicularis vom Manubrium sterni und sämtliche Weichteile direkt an den Rippen scharf abgetrennt.
Nun wurden die medialen zwei Drittel der Clavikula vom Muskelgewebe befreit.
Durch die Rumpfwandmuskulatur hindurch wurde anschließend die Margo medialis scapulae palpiert und freigelegt. Von hier aus konnte man auf der ventralen Seite der Skapula den M. subscapularis und auf der dorsalen Seite den M. supraspinatus sowie den M. infraspinatus freilegen. Alle drei zuvor genannten Muskel wurden nun unter Schonung der Gelenkkapsel bis etwa 2 cm vor diese freipräpariert. Die Haut und das subkutane Fettgewebe wurden in entsprechender Ausdehnung entfernt.
Der M. teres minor wurde ebenfalls bis etwa 2 cm vor die Gelenkkapsel freigelegt, der M. teres major unter Schonung der Kapsel entfernt. Alle weiteren an der Skapula entspringenden oder ansetzenden Muskeln wurden ebenfalls entfernt.
Nun wurde der Humerus 20 cm unterhalb des Humeruskopfzentrums durchtrennt und im distalen Bereich auf einer Länge von etwa 10 cm sorgfältig vom Gewebe befreit.
Unter einem Abzug wurde die präparierte Schulter nun bewegungsstabil mit Hilfe eines Ständers fixiert. Der Humerus wurde am distalen Ende mit einem kalt- aushärtenden 2-Komponenten Polyurethan-Kunstharz (UREOL FC 53, Vantico
GmbH, Wehr, Germany) in einen Messingzylinder (Außendurchmesser: 38 mm, Höhe: 5 cm) eingebettet (siehe Abb. 3), welcher der späteren Fixierung am Roboterarm diente. Dieser Zylinder wurde durch eine intramedulläre Führung während des Aushärtens in der Humerusachse gehalten.
Nachdem das Harz ausgehärtet war, konnte das Präparat entsprechend dem standardisierten Vorgehen 38 auf einer Lochplatte fixiert werden, was wiederum bei der späteren Arbeit mit dem Roboter als Befestigung des Präparates diente (siehe Abb. 4). Hierzu wurde mit einem 10 mm Bohrer die Skapula an drei möglichst weit von einander entfernten Punkten durchbohrt und mit großen Scheiben und entsprechenden Muttern mit drei Gewindestangen der Stärke M9 an einer Lochplatte fixiert.
Das Präparat wurde nun zur Versuchsdurchführung an einer speziellen Vorrichtung (Befestigungsturm) angebracht (siehe Abb. 4). Die Skapula wurde dabei so ausgerichtet, dass die Margo medialis scapulae vertikal stand. Hierbei wurde die
Abb. 3: Fixierung des Humerus im Messingzylinder
Skapulaebene für experimentelle Zwecke optisch als Verbindung zwischen dem Zentrum des Glenoids und dem inferioren und superioren Winkel der Skapula definiert. Anschließend wurde die Skapula 10° nach ventral angekippt, was der anatomischen Neigung der Skapula im Verhältnis zum Thorax entspricht 38.
Der Messingzylinder des Humerus wurde in der Aufnahme des Kraftmoment-Sensors des Roboters mit drei Schrauben der Größe M5 bei Neutral-Null-Stellung der Schulter fixiert.
Die Bewegungen des Humerus wurden relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem berichtet, welches so festgelegt wurde, dass die anteriore glenohumerale Bewegungsrichtung senkrecht zur oben beschriebenen Skapulaebene, die inferiore Bewegungsrichtung in vertikaler Richtung in der Skapulaebene und die laterale Richtung rechtwinkelig zu den beiden zuvor genannten orientiert war. Eine antero-inferiore Translation wurde so definiert, dass sie einen 45°-Winkel zu den jeweiligen anterioren und inferioren Richtungen bildete (siehe Abb. 6). Die Ausgangsposition des Humerus wurde festgelegt als die Position, die der Humerus bei einer in der medialen Richtung aufgebrachten Kraft von 20 N erreicht hatte. Diese Ausgangsposition wurde entsprechend den jeweiligen untersuchten Abduktionswinkeln im glenohumeralen Gelenk der Stellung des Humerus angepasst.
Abb. 4: Schulter am Befestigungsturm
angebracht Abb. 5: Schulter am Roboter befestigt
3.5 Messung des glenohumeralen Bewegungsausmaßes
Das translationale Bewegungsausmaß war definiert als die anteriore, inferiore und antero-inferiore Translation (siehe Abb. 6), welche sich unter Aufbringung einer Kraft von 20 N am Roboterarm in die jeweilige Richtung messen ließ. Bevor diese Messungen allerdings durchgeführt werden konnten, wurde der Humeruskopf im Glenoid zentriert, was durch eine Kraft von 20 N in medialer Richtung innerhalb der Skapulaebene erreicht wurde. Diese Zentrierung wurde in beiden Abduktionswinkeln, welche getestet wurden, also in 0° und 80°, vorgenommen und nach der Testung jeder einzelnen Translationsrichtung erneut als Ausgangsposition für die folgende Messung eingenommen. Alle Messdaten der Arbeit beziehen sich also relativ auf diese zentrierte Position (unter Berücksichtigung des Abduktionswinkels). Auf Grund der Konkavität der Gelenkpfanne muss eine Translationsmessung mit gleichzeitiger Bewegung des Humeruskopfs nach lateral einhergehen. Daher war in allen drei Messreihen bzgl. der Translationen eine freie Translation in medialer oder lateraler Richtung möglich, während die Flexion und Rotation in Neutralstellung, die Abduktion je nach Messreihe bei 0° oder 80° konstant gehalten wurden.
Eine superiore oder inferiore Translation wurde dagegen während der Messung in anteriore Richtung gehemmt, entsprechend wurde eine anteriore oder posteriore Translation während der Messung in inferiorer Richtung nicht zugelassen.
Die Außenrotation wurde als maximaler Rotationswinkel definiert, welcher sich unter Aufbringung eines Drehmoments von 2 Nm ergab, wobei die Rotationsachse der Humerusachse entsprach (siehe Abb. 6). Gleichzeitig zur Rotationsbewegung wurde der Humeruskopf stetig in der Gelenkspfanne zentriert gehalten, was durch die obig beschriebene Kraftaufbringung erreicht wurde. Während der Rotationsbewegung waren Translationsbewegungen uneingeschränkt möglich, wobei die Flexion bei 0°
und die entsprechende Abduktion je nach Messreihe bei 0° oder 80° stets konstant gehalten wurden.
Abb. 6: Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus
3.6 Beschreibung der in unserer Arbeit durchgeführten Operationen
Abb. 7: Schematische Darstellung der Ausdehnung des Kapselshifts sowie der Bankart-Läsion in der Ansicht von lateral
Abb. 8: Schematische Darstellung der Ausdehnung des Kapselshifts sowie der Bankart-Läsion in der Ansicht von dorsal
3.6.1 Setzen der arthroskopischen Portale (Belüftung)
Nach Markierung der knöchernen Orientierungspunkte wurde das Arthroskop über den dorsalen Standardzugang (2 cm medial und kaudal des dorsolateralen Akromionecks) in das Gelenk eingebracht und in einem ersten diagnostischen Rundgang die Cavitas glenoidalis, der Humeruskopf, das Labrum sowie die glenohumeralen Bänder beurteilt.
Danach setzten wir den ventrokaudalen Zugang lateral der Spitze des Processus coracoideus und platzierten mit Hilfe eines Trokars die Arbeitskanüle so, dass diese kranial der Sehne des M. subscapularis in Höhe der Glenoidebene zu liegen kam.
Der ventrokraniale Zugang lag ca. 1 cm kaudal der ventromedialen Ecke des Akromions und perforierte das Rotatorenmanschettenintervall.
Nach einer diagnostischen Beurteilung der intraartikulären Strukturen, der Platzierung der beiden Arbeitszugänge, der ausgiebigen Spülung des Gelenkraums sowie der anschließenden Entfernung sämtlicher Instrumente folgten die standardisierten Messzyklen.
Abb. 9: Operationsinstrumentarium
Abb. 10: Präparat mit Arbeitskanülen
3.6.2 Arthroskopischer anteriorer Kapselshift
Nach dem Einbringen des Arthroskops in das dorsale Portal und dem Platzieren der beiden Arbeitskanülen wurde der anteriore Kapselshift durchgeführt. Hierfür wurde zunächst in der 4 Uhr Position etwa 2 mm vom Labrum entfernt die Kapsel mit dem Corkscrew Fadenlasso (Firma Arthrex, Karlsfeld) penetriert und ca. 1 cm Gewebe aufgeladen.
Abb. 11: Ventrale Gelenkkapsel mit Fadensetzinstrument (Corkscrew-Lasso) penetriert
Abb. 12: Faden mithilfe des Fadensetz-
instruments durch die Kapselstrukturen gezogen
Abb. 13: Knoten der Fadenenden zum ventralen Kapselshift
Mit einer Fadenfasszange leiteten wir nun das Ende des Fadenlassos durch den ventrokaudalen Zugang aus, fädelten einen Fiberwire®-Faden (Firma Arthrex, Karlsfeld) ein und zogen diesen mithilfe des Fadenlassos rückwärtig durch das aufgeladene Kapselgewebe hindurch, um ihn anschließend aus dem ventrokranialen Portal wieder auszuleiten. Danach wurde mithilfe der Fadenfasszange das proximale Ende des Fadens durch das ventrokaudale Portal geführt und mithilfe eines Rutschknotens und eines Knotenschiebers das Kapselgewebe auf einer Länge von etwa 1 cm gerafft. Mit einem Fadenschneideinstrument durchtrennten wir die überstehenden Fadenenden.
Dieser Kapselshift wurde hiernach in der 3, 2 und 1 Uhr Position wiederholt (siehe Abb. 7 + 8), so dass wir abschließend einen Kapselshift mit insgesamt vier Fiberwire®-Fäden erstellt hatten. Zum Abschluss dieser Operation wurde die Stabilität der angelegten Nähte mit dem Tasthaken eingehend überprüft und die Messzyklen durchgeführt.
Abb. 14: Ventraler Kapselshift mit vier Fäden (nur drei sichtbar)
3.6.3 Präparation der Bankart-Läsion
Nach Einbringen des Arthroskops und der beiden Arbeitskanülen (s.o.) wurde zunächst der in der vorherigen Operation angelegte Kapselshift wieder entfernt.
Hierzu durchtrennten wir die Fäden und entfernten diese vollständig aus dem Gelenkraum. Daran anschließend wurde mit einer arthroskopischen Schere und einem 30° Bankart-Raspatorium zum einen das Labrum glenoidale scharf vom knöchernen Glenoidrand von der 1 Uhr bis zur 5 Uhr Position abgetrennt (siehe Abb.
7 + 8) und in gleicher Ausdehnung eine Dissektion der Kapselstrukturen vom Labrum durchgeführt. Mit dem Tasthaken überprüften wir nun die komplette Ablösung der genannten Strukturen in entsprechender Ausdehnung und entfernten abschließend die Operationsinstrumente wieder aus dem Schultergelenk.
Abb. 16: Erzeugte Bankart-Läsion Abb. 15: Präparation der Bankart-Läsion
3.6.4 Arthroskopische Schulterstabilisierung mit Nahtankern
Über das ventrokaudale Portal führten wir nun den ersten Anker (2,8 mm FASTak II Titan Nahtanker mit Fiberwire®, Firma Arthrex, Karlsfeld) ein und platzierten diesen unmittelbar an der Knorpel-Knochen-Grenze am anterioren Glenoidrand. Der erste, kaudalste Anker wurde hierbei bei der rechten Schulter in der 5 Uhr Position, bei der linken Schulter entsprechend in der 7 Uhr Position platziert.
Nach Überprüfung der Ankerstabilität wurde mit einem 45° Corkscrew Fadenlasso der Labrum-Ligament-Komplex perforiert und möglichst viel Gewebe aufgeladen. Mit der Fadenfasszange leiteten wir das Fadenlasso durch den ventrokaudalen Zugang aus. Ein Faden des Ankers wurde durch die Schlinge des Fadenlassos gefädelt, mit dessen Hilfe rückwärts durch den Kapsel-Labrum-Komplex gezogen und über den ventrokranialen Zugang wieder ausgeleitet. Hierdurch war das Gewebe des Kapsel- Labrum-Komplexes auf einen Faden des gesetzten Ankers aufgeladen und konnte, nach Ausleiten des Fadens mithilfe der Fadenfasszange aus dem ventrokaudalen Portal, mittels eines Rutschknotens über dem Anker an dem Glenoid fixiert werden.
Die überstehenden Fadenenden durchtrennten wir mit dem Fadenschneide- instrument.
Abb. 17: Platzierung des ersten Nahtankers
Anschließend wurden die beiden weiteren Anker ebenfalls unter gleichzeitiger Kapselraffung platziert und die Refixation vervollständigt. Diese Anker waren bei einer rechten Schulter in der 3, 4 und 5 Uhr Position und bei einer linken Schulter entsprechend in der 7, 8 und 9 Uhr Position platziert 34.
Mit dem Tasthaken überprüften wir zum Abschluss noch einmal, ob der gesamte Labrum-Kapsel-Komplex flächig und anatomisch korrekt am Glenoid refixiert worden war.
Abb. 19: Arthroskopische anteriore Stabilisierung mit Nahtankern
Abb. 18: Platzierung des zweiten Nahtankers
3.7 Versuchsdurchführung
Nach dem Einspannen der Schulter in den Befestigungsturm und den Roboter (siehe Abb. 5) wurde die erste Messserie an der nativen Schulter durchgeführt:
Begonnen wurde in 0° glenohumeraler Abduktion mit der Zentrierung des Humeruskopfs in der Gelenkpfanne (Mount-Position). Im Anschluss daran folgten die Translationsmessungen nach anterior, inferior und antero-inferior, sowie die Außenrotationsmessung. Vor jeder neuen Messung wurde stets die zentrierte Mount- Position eingenommen, zu welcher relativ die Bewegungen gemessen wurden. Im Anschluss an die Außenrotations-Messung nahm der Roboter wieder die ursprüngliche Mount-Position ein, steuerte in neutraler Rotationsstellung auf 80°
glenohumeraler Abduktion und zentrierte in dieser Stellung erneut den Humeruskopf.
Auch hier zogen wir wieder diese Position als Referenzwert für die folgenden Messungen heran. Es folgten die Translationsmessungen nach anterior, inferior und antero-inferior, sowie die Außenrotationsmessung.
Abb. 20: Versuchsaufbau I Abb. 21: Versuchsaufbau II
Nach Abschluss dieser Messserie wurde der Messingzylinder aus der entsprechenden Vorrichtung des Kraft-Sensors gelöst und die Schulter für die anschließende Operation unter ihrem eigenen Gewicht hängend in der Skapulabefestigung belassen.
Als erste Operation folgte die Belüftung des Schultergelenks. Hierfür wurde das Arthroskop in das Gelenk eingeführt und auch die beiden ventralen Arbeitskanülen gesetzt (genaue Positionierung siehe 3.6.1.). Nach einer Exploration des Gelenkraumes und ausgiebiger Spülung desselben wurden die beiden Arbeitskanülen sowie das Arthroskop wieder entfernt und mit der zweiten Messserie begonnen.
Hierfür spannten wir den Humerus unter Beachtung der Neutral-Null-Stellung des Gelenks wieder in den Sensor ein und führten sämtliche Messungen entsprechend der oben beschriebenen Abläufe durch.
Als nächste Operation wurde der arthroskopische Kapselshift durchgeführt (siehe 3.6.2) und daran anschließend eine erneute Messreihe durchgeführt.
Die dritte Operation bestand aus zwei Teilen: Zum einen wurde der zuvor angelegte Kapselshift wieder entfernt, zum anderen wurde eine künstliche Bankart-Läsion erzeugt (siehe 3.6.3). Hierauf folgte eine weitere Messserie.
Die letzte Operation bestand aus der arthroskopischen Schulterstabilisierung mit Nahtankern (siehe 3.6.4). Abschließend wurde ein letztes Mal die beschriebene Messserie durchgeführt.
Abb. 22: Schulter in 80° glenohumeraler Abduktion
Abb. 23: Schulter in Außenrotation
3.8 Ergänzungen
Nachdem wir nach dem dritten Versuchstag festgestellt hatten, dass die Kapselshift- Operation im Vergleich zur nativen Schulter ohne Belüftung durch das Setzen der Arbeitskanülen zu einer vermehrten Instabilität statt zu einer Stabilisierung geführt hatte (siehe 4.1.1), haben wir ab dem vierten Versuchstag zusätzlich eine Messreihe nach der Belüftungs-Operation durchgeführt.
Wir gehen davon aus, dass die Ursache hierfür in dem in einem nativen Schultergelenk vorherrschenden negativen intraartikulären Druck 23, 40 lag, welcher aufgrund einer Belüftung des Gelenkraumes durch die Kanülen aufgehoben worden war 24. Dies führte zu einer vermehrten Instabilität gegenüber der nicht-operierten Schulter. Daher wurde die oben beschriebene Versuchsdurchführung vollständig nur für die Präparate 4 – 9 ausgeführt, die Präparate 1 – 3 wurden nicht nach einer reinen Belüftung gemessen.
Hierdurch ergibt sich ein Unterschied in der Anzahl der in die Auswertung eingehenden Präparate bzgl. der jeweiligen Messreihen: Die Auswertung für die Kapselshift-Operation wurde nach Messungen von n=6 Schulterpräparaten durchgeführt, gegenüber der Auswertung nach Nahtankerstabilisierung mit n=9 Schulterpräparaten.
3.9 Statistische und grafische Auswertung
Die grafische Darstellung der Ergebnisse erfolgte mit Hilfe des Tabellen-Kalkulations- Programms Excel 2000 (Microsoft®, Seattle, USA).
Die Messdaten, welche der Roboter uns lieferte, wurden mithilfe des Programms Mathematica 5.1 (© Copyright 1988-2004 Wolfram Research, Inc.) in absolute, das jeweilige Bewegungsausmaß darstellende Zahlenwerte umgewandelt.
Die statistische Auswertung der Daten erfolgte mit dem Programm SPSS für Windows® 14.0 (SPSS Inc., Chicago, USA). Als statistischer Test wurde der zwei- seitige Wilcoxon-Rank-Test angewandt. Das Signifikanzniveau wurde bei p<0,05 festgelegt.
Die Daten sind als Mittelwerte (± einfache Standardabweichung) angegeben.
4. Ergebnisse
4.1 Ergebnisse des arthroskopischen anterioren Kapselshifts
In die Auswertung bzgl. der stabilisierenden Eigenschaften der Kapselshift-Operation am Schultergelenk gingen sechs Schulterpräparate ein. Das Durchschnittsalter der Schulterpräparate betrug 80,7 (64 – 85) Jahre. Getestet wurden vier männliche, sowie zwei weibliche Präparate.
4.1.1 Belüftungsoperation
Die Auswertung der Messdaten (siehe Tabelle 1 und 2) ergab in 0° glenohumeraler Abduktion einen Anstieg der anterioren Translation nach der Kapselshift-Operation von 5,4 ± 1,6 mm auf 7,7 ± 2,9 mm (p=0,25), der inferioren Translation von 2,8 ± 1,1 mm auf 6,3 ± 1,1 mm (p=0,25) und der antero-inferioren Translation von 5,1 ± 2,1 mm auf 10,6 ± 3,1 mm (p=0,25). Die Außenrotation wurde von 75,7 ± 8,7°
auf 66,1 ± 5,9° (p=0,25) vermindert. In 80° glenohumeraler Abduktion reduzierte sich die anteriore Translation von 3,8 ± 1,3 mm auf 3,4 ± 1,6 mm (p=1), sowie die antero- inferiore Translation von 4,6 ± 2,2 mm auf 4,4 ± 2,7 mm (p=1). Demgegenüber stieg die inferiore Translation von 2,0 ± 1,1 mm auf 2,1 ± 1,3 mm (p=0,25). Die Außenrotation hingegen wurde von 99,2 ± 32,1° auf 62,3 ± 47,7° (p=0,5) reduziert.
Die Veränderungen in 0° und in 80° Abduktion waren nicht signifikant.
Tabelle 1
Vergleich der Messdaten “nativ“ und “Kapselshift“ in 0° Abduktion
Zustände
Translation/ Außenrotation nativ Kapselshift
anteriore Translation (mm) 5,4 ± 1,6 7,7 ± 2,9
inferiore Translation (mm) 2,8 ± 1,1 6,3 ± 1,1
antero-inferiore Translation (mm) 5,1 ± 2,1 10,6 ± 3,1
Außenrotation (Grad)
75,7 ± 8,7 66,1 ± 5,9
Tabelle 2
Vergleich der Messdaten “nativ“ und “Kapselshift“ in 80° Abduktion
Zustände
Translation/ Außenrotation nativ Kapselshift
anteriore Translation (mm) 3,8 ± 1,3 3,4 ± 1,6
inferiore Translation (mm) 2,0 ± 1,1 2,1 ± 1,3
antero-inferiore Translation (mm) 4,6 ± 2,2 4,4 ± 2,7
Außenrotation (Grad) 99,2 ± 32,1 62,3 ± 47,7
anteriore Translation
0 2 4 6 8 10 12
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Kapselshift
inferiore Translation
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Kapselshift Abb. 24: Anteriore Translation; nativ vs. Kapselshift
Abb. 25: Inferiore Translation; nativ vs. Kapselshift
antero-inferiore Translation
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Kapselshift
Außenrotation
0 20 40 60 80 100 120 140
0° Abduktion 80° Abduktion
Grad
nativ Kapselshift Abb. 26: Antero-inferiore Translation; nativ vs. Kapselshift
Abb. 27: Außenrotation; nativ vs. Kapselshift
Diese Messungen lieferten sehr widersprüchliche und wenig aussagekräftige Ergebnisse, so dass wir aufgrund dessen ab dem vierten Versuchstag zusätzlich die Messung nach der Belüftungsoperation einführten (siehe 3.8 Ergänzungen). Nun setzten wir zunächst diese Messungen mit denen der nativen Schultermessung in Beziehung und verglichen anschließend die Messwerte aus der Kapselshift- Operation mit denen der Belüftungsoperation.
Für den Vergleich “nativ“ zu “Belüftung“ erhielten wir hierbei folgende Ergebnisse (siehe Tabelle 3 und 4): In 0° glenohumeraler Abduktion stieg die anteriore Translation von 3,3 ± 0,8 mm auf 7,8 ± 3,4 mm (p=0,03), die inferiore von 2,4 ± 1,0 mm auf 3,6 ± 2,6 mm (p=0,09) und die antero-inferiore von 3,8 ± 1,3 mm auf 9,7 ± 5,9 mm (p=0,03). Die Messungen bzgl. der Außenrotation lieferten hierbei nach der Belüftung keine signifikante Veränderung (58,4 ± 17,2° zu 60,7 ± 17,4°
(p=0,09)). In 80° Abduktion stieg die anteriore Translation ebenfalls signifikant von 4,8 ± 2,7 mm auf 8,9 ± 3,6 mm (p=0,03), die inferiore Translation von 2,8 ± 2,1 mm auf 3,3 ± 2,2 mm (p=0,09), sowie die antero-inferiore Translation von 5,4 ± 3,4 mm auf 7,8 ± 3,4 mm (p=0,03). Die Außenrotation erhöhte sich hierbei von 95,1 ± 12,1°
auf 98,8 ± 11,3° (p=0,03).
Dies zeigt, dass durch die Belüftung des Schultergelenks die anterioren sowie antero-inferioren Translationsbewegungen in 0° als auch in 80° glenohumeraler Abduktion, sowie die Außenrotation in 80° Abduktion signifikant an Ausmaß zunahmen. Die inferioren Translationen, sowie die Außenrotation in 0°
glenohumeraler Abduktion, ergaben nach der Schultergelenksbelüftung einen nicht signifikant vermehrten Bewegungsumfang.
4.1.2 Kapselshift-Operation
Die Auswertung des Vergleichs der Messreihen “Belüftung“ und “Kapselshift“ (siehe Tabelle 3 und 4) ergab hierbei folgende Ergebnisse: Die anteriore Translation reduzierte sich in 0° glenohumeraler Abduktion von 7,8 ± 3,4 mm auf 7,5 ± 3,0 mm (p=0,56), die antero-inferiore Translation von 9,7 ± 5,9 mm auf 9,1 ± 5,2 mm (p=0,69). Die inferiore Translation hingegen nahm geringfügig zu und zwar von 3,6 ± 2,6 mm auf 4,1 ± 2,5 mm (p=0,09). Die Außenrotation konnte durch diese Operation von 60,7 ± 17,4° auf 56,0 ± 13,5° (p=0,03) signifikant vermindert werden.
In 80° glenohumeraler Abduktion verringerte sich die anteriore Translation von 8,9 ± 3,6 mm auf 6,0 ± 2,3 mm (p=0,16), die inferiore Translation von 3,3 ± 2,2 mm auf 2,3 ± 1,1 mm (p=0,44) sowie die antero-inferiore Translation von 7,8 ± 3,4 mm auf 5,1 ± 2,9 mm (p=0,16). Die Außenrotation wurde signifikant reduziert, und zwar von 98,8 ± 11,3° auf 91,1 ± 15,5° (p=0,03).
Durch den Kapselshift konnte somit sowohl in 0° als auch in 80° glenohumeraler Abduktion die Außenrotation signifikant reduziert werden, jedoch ließ sich in beiden Humeruspositionen durch den Kapselshift keine signifikante Verminderung der glenohumeralen Translation erreichen.
Tabelle 3
Vergleich der Messdaten “nativ“, “Belüftung“ und “Kapselshift“ in 0° Abduktion
Zustände
Translation/ Außenrotation nativ Belüftung Kapselshift
anteriore Translation (mm) 3,3 ± 0,8 7,8 ± 3,4 1 7,5 ± 3,0
inferiore Translation (mm) 2,4 ± 1,0 3,6 ± 2,6 4,1 ± 2,5
antero-inferiore Translation (mm) 3,8 ± 1,3 9,7 ± 5,9 1 9,1 ± 5,2
Außenrotation (Grad) 58,4 ± 17,2 60,7 ± 17,4 56,0 ± 13,5 2
1signifikanter Unterschied zu dem Zustand "nativ" (P<0,05)
2signifikanter Unterschied zu dem Zustand "Belüftung" (P<0,05)
Tabelle 4
Vergleich der Messdaten “nativ“, “Belüftung“ und “Kapselshift“ in 80° Abduktion
Zustände
Translation/ Außenrotation nativ Belüftung Kapselshift
anteriore Translation (mm) 4,8 ± 2,7 8,9 ± 3,6 1 6,0 ± 2,3
inferiore Translation (mm) 2,8 ± 2,1 3,3 ± 2,2 2,3 ± 1,1
antero-inferiore Translation (mm) 5,4 ± 3,4 7,8 ± 3,4 1 5,1 ± 2,9
Außenrotation (Grad) 95,1 ± 12,1 98,8 ± 11,3 1 91,1 ± 15,5 2
1signifikanter Unterschied zu dem Zustand "nativ" (P<0,05)
2signifikanter Unterschied zu dem Zustand "Belüftung" (P<0,05)
anteriore Translation
0 2 4 6 8 10 12 14
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Belüftung Kapselshift
inferiore Translation
0 1 2 3 4 5 6 7
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Belüftung Kapselshift Abb. 28: Anteriore Translation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift
Abb. 29: Inferiore Translation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift
antero-inferiore Translation
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Belüftung Kapselshift
Außenrotation
0 20 40 60 80 100 120
0° Abduktion 80° Abduktion
Grad
nativ Belüftung Kapselshift
Abb. 30: Antero-inferiore Translation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift
Abb. 31: Außenrotation; nativ vs. Belüftung vs. Kapselshift
4.2 Ergebnisse der arthroskopischen Schulterstabilisierung mit Nahtankern
In die Auswertung gingen neun Schulterpräparate ein. Das Durchschnittsalter der Schulterpräparate betrug 77,3 (64 - 85) Jahre. Getestet wurden fünf männliche, sowie vier weibliche Präparate.
4.2.1 Bankart-Läsion
Die Messwerte nach Bankart-Läsion wurden mit den Werten der nativen Schulter verglichen, um eine durch diese simulierte Verletzungsart entstandene signifikante Instabilität des Schultergelenks nachzuweisen.
Die Auswertung der Messdaten (siehe Tabelle 5 und 6) ergab in 0° glenohumeraler Abduktion einen signifikanten Anstieg der anterioren Translation von 4,0 ± 1,4 mm auf 9,4 ± 3,2 mm (p=0,004), der inferioren Translation von 2,6 ± 1,0 mm auf 5,0 ± 2,7 mm (p=0,004) und der antero-inferioren Translation von 4,2 ± 1,6 mm auf 11,3 ± 5,4 mm (p=0,004), sowie der Außenrotation von 64,2 ± 16,7° auf 72,6 ± 18,4°
(p=0,004). Auch in 80° Abduktion vergrößerte sich die anteriore Translation signifikant von 4,5 ± 2,3 mm auf 7,8 ± 2,6 mm (p=0,004), die inferiore Translation von 2,5 ± 1,8 mm auf 3,4 ± 2,1 mm (p=0,008) und die antero-inferiore Translation von 5,2 ± 3,0 mm auf 8,5 ± 4,0 mm (p=0,004). Ebenso konnte ein vermehrter Bewegungsumfang in der Außenrotation gemessen werden, nämlich 104,9 ± 17,0°
gegenüber 96,4 ± 18,8° (p=0,004) bei der nicht-operierten Schulter.
Diese Messdaten zeigen, sowohl in 0° als auch in 80° glenohumeraler Abduktion, einen signifikanten Anstieg aller gemessenen Translations- sowie Außenrotationsbewegungen nach Präparation einer Bankart-Läsion im Vergleich zur nativen Schulter.
4.2.2 Arthroskopische anteriore Schulterstabilisierung mit Nahtankern
Die Auswertung nach Schulterstabilisierung mit Nahtankern besteht aus zwei Teilen:
Zum einen haben wir die Messreihen der Zustände “Bankart-Läsion“ und
“Ankersetzung“ miteinander verglichen, um Aussagen darüber treffen zu können, ob dieses Operationsverfahren zu einer signifikanten Stabilisierung einer Bankart-Läsion führt. Zum anderen stellten wir die Zustände “native Schulter“ und “Ankersetzung“
gegenüber, um zu erkennen, inwieweit durch diese Operation der Ausgangszustand der Schulter wiederhergestellt werden kann bzw. ob weiterhin eine gewisse Instabilität oder aber eine Bewegungseinschränkung bestehen bleibt.
Der Vergleich der Messdaten der Zustände “Bankart-Läsion“ und “Ankersetzung“
lieferte folgende Ergebnisse (siehe Tabelle 5 und 6): In 0° glenohumeraler Abduktion wurde die anteriore Translation durch die Ankersetzung von 9,4 ± 3,2 mm auf 6,2 ± 4,7 mm (p=0,074), die inferiore Translation von 5,0 ± 2,7 mm auf 3,7 ± 2,5 mm (p=0,098) und die antero-inferiore Translation von 11,3 ± 5,4 mm auf 7,0 ± 4,6 mm (p=0,027) reduziert. Ebenso verminderte sich die Außenrotation und zwar von 72,6 ± 18,4° auf 44,7 ± 8,8° (p=0,004). Die Messdaten in 80° Abduktion ergaben eine Verminderung der anterioren Translation von 7,8 ± 2,6 mm auf 4,3 ± 3,2 mm (p=0,074), der inferioren Translation von 3,4 ± 2,1 mm auf 1,4 ± 0,5 mm (p=0,004), der antero-inferioren Translation von 8,5 ± 4,0 mm auf 3,7 ± 2,8 mm (p=0,039) sowie der Außenrotation von 104,9 ± 17,0° auf 98,2 ± 14,2° (p=0,027).
Die antero-inferiore Translations- sowie die Außenrotationsbewegungen wurden in beiden gemessenen Abduktionswinkeln durch die Ankersetzung signifikant reduziert, ebenso die inferiore Translation in 80° Abduktion. Das Ausmaß der anterioren Translationen im Schultergelenk konnte demgegenüber durch die stabilisierende Operation in beiden Abduktionsstellungen des Schultergelenkes nicht signifikant vermindert werden, ebenso wenig die inferiore Translation in 0° Abduktion.
Der Vergleich der Zustände “native Schulter“ und “Ankersetzung“ ergab Folgendes (siehe Tabelle 5 und 6): In 0° glenohumeraler Abduktion betrug die anteriore Translation 4,0 ± 1,4 mm im nativen Zustand gegenüber 6,2 ± 4,7 mm (p=0,359) nach der stabilisierenden Operation, die inferiore Translation betrug 2,6 ± 1,0 mm
gegenüber 3,7 ± 2,5 mm (p=0,25) und die antero-inferiore Translation 4,2 ± 1,6 mm gegenüber 7,0 ± 4,6 mm (p=0,164). Die Außenrotation betrug im nativen Zustand der Schulter 64,2 ± 16,7°, nach der Ankersetzung hingegen nur noch 44,7 ± 8,8°
(p=0,012). Die Messwerte in 80° Abduktion ergaben bei der anterioren Translation 4,5 ± 2,3 mm gegenüber 4,3 ± 3,2 mm (p=0,496), bei der inferioren Translation 2,5 ± 1,8 mm gegenüber 1,4 ± 0,5 mm (p=0,027) sowie bei der antero-inferioren Translation 5,2 ± 3,0 mm gegenüber 3,7 ± 2,8 mm (p=0,25). Die Außenrotation blieb beinahe unverändert mit 96,4 ± 18,8° im nativen Zustand und 98,2 ± 14,2° nach der Ankersetzung (p=0,426).
Der Vergleich zwischen der nativen Schulter und dem Zustand nach stabilisierender Operation mit Nahtankern ergab für die Außenrotation in 0° Abduktion sowie für die inferiore Translation in 80° Abduktion eine signifikante Verminderung der Messwerte.
Alle anderen Messungen ergaben keine signifikanten Unterschiede im Sinne einer hinreichenden Stabilisierung der Schulter durch die Nahtanker.
Tabelle 5
Tabelle 6
Vergleich der Messdaten “nativ“, “Bankart-Läsion“ und “Anker“ in 80° Abduktion
Zustände
Translation/ Außenrotation nativ Bankart-Läsion Anker
anteriore Translation (mm) 4,5 ± 2,3 7,8 ± 2,6 1 4,3 ± 3,2
inferiore Translation (mm) 2,5 ± 1,8 3,4 ± 2,1 1 1,4 ± 0,5 1,2
antero-inferiore Translation (mm) 5,2 ± 3,0 8,5 ± 4,0 1 3,7 ± 2,8 2
Außenrotation (Grad) 96,4 ± 18,8 104,9 ± 17,0 1 98,2 ± 14,2 2
1signifikanter Unterschied zu dem Zustand "nativ" (P<0,05)
2signifikanter Unterschied zu dem Zustand "Bankart-Läsion" (P<0,05)
Vergleich der Messdaten “nativ“, “Bankart-Läsion“ und “Anker“ in 0° Abduktion
Zustände
Translation/ Außenrotation Nativ Bankart-Läsion Anker
anteriore Translation (mm) 4,0 ± 1,4 9,4 ± 3,2 1 6,2 ± 4,7
inferiore Translation (mm) 2,6 ± 1,0 5,0 ± 2,7 1 3,7 ± 2,5
antero-inferiore Translation (mm) 4,2 ± 1,6 11,3 ± 5,4 1 7,0 ± 4,6 2
Außenrotation (Grad) 64,2 ± 16,7 72,6 ± 18,4 1 44,7 ± 8,8 1,2
1signifikanter Unterschied zu dem Zustand "nativ" (P<0,05)
2signifikanter Unterschied zu dem Zustand "Bankart-Läsion" (P<0,05)
anteriore Translation
0 2 4 6 8 10 12 14
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Bankart-Läsion Ankersetzung
inferiore Translation
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Bankart-Läsion Ankersetzung Abb. 32: Anteriore Translation; nativ vs. Bankart-Läsion vs. Ankersetzung
Abb. 33: Inferiore Translation; nativ vs. Bankart-Läsion vs. Ankersetzung
antero-inferiore Translation
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0° Abduktion 80° Abduktion
mm
nativ Bankart-Läsion Ankersetzung
Außenrotation
0 20 40 60 80 100 120 140
0° Abduktion 80° Abduktion
Grad
nativ Bankart-Läsion Ankersetzung
Abb. 34: Antero-inferiore Translation; nativ vs. Bankart-Läsion vs. Ankersetzung
Abb. 35: Außenrotation; nativ vs. Bankart-Läsion vs. Ankersetzung
5. Diskussion
5.1 Aussagefähigkeit und Grenzen der Studie
Zielsetzung dieser Arbeit war die biomechanische Untersuchung der bei vorderer Schulterinstabilität häufig verwendeten arthroskopischen Stabilisierungstechniken Kapselshift und Nahtankertechnik.
Die Auswahl der Präparate erfolgte nach den Gesichtspunkten eines möglichst jungen Alters und einer kräftigen Statur der Leichen, sowie der Unversehrtheit des Schultergelenks. Trotzdem war das Durchschnittsalter der Schulterpräparate mit 77,3 bzw. 80,7 Jahren recht hoch. Hierdurch bestand die Möglichkeit, dass die Präparate ein schwächeres Weichteilgewebe boten, als es erwünscht war, was jedoch in unserem Fall nicht vorgekommen war. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Anzahl an Präparaten insgesamt (n=9 bzw. n=6) unterliegen die Ergebnisse unserer Arbeit einem großen Einfluss durch auftretende Maximalwerte. Möglicherweise kam es hierdurch zu einer vermehrten Streuung der Messwerte. Aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit humaner Schulterpräparate ist es nicht möglich gewesen, die Arbeit mit einer größeren Anzahl an Schultern durchzuführen. Im Vergleich zu anderen biomechanischen Arbeiten an humanen Präparaten ist die Anzahl der verwendeten Schultern in unserer Studie jedoch nicht zu gering gewesen 51, 60, 63, 74, 76.
Unsere Messwerte unterlagen nicht, wie z.B. bei der körperlichen Untersuchung von Patienten, subjektiven Bewertungen eines Untersuchers, da der Roboter uns absolute Messwerte mit einer Präzision von 0,1 mm übermittelte. Die verwendete Methode ist somit als hoch-zuverlässig und reproduzierbar im Sinne einer exakten Messmethode der glenohumeralen Translationen anzusehen 38. Allerdings ist anzumerken, dass der Roboter zwar bei Erreichen der zuvor angegebenen Maximal- Kraft (20 N) bzw. des Maximal-Drehmoments (2 Nm) seine Auslenkungsbewegung eigenständig stoppte, zum Abschluss der Messung in dieser Position aber zusätzlich manuell abgeschaltet werden musste. Da die Zentrierung des Humeruskopfs in der Pfanne (s.o.) durchgehend in einer Art Schwingungsbewegung und in der Endphase der Auslenkbewegungen die Rotation bzw. Translation nur noch sehr gering sichtbar
