by G. H. | Jul 29, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Veränderung der biomechanischen Eigenschaften von humanen Spongiosaproben des Femurkopfes durch in vitro Zellbesiedelung
Weng B, Bobrowitsch E, Kluba T
Fragestellung: Heute routinemäßig für Knochentransplantationen eingesetzte homologe Spenderknochen [1], [2] könnten zukünftig mit autologen Stammzellen in vitro vor der Übertragung besiedelt werden. Hierdurch könnte eine dem autologen Transplantat ähnlichere Situation geschaffen und damit eine verbesserte und beschleunigte Osseointegration des Knochentransplantates erzielt werden. Durch die zur Zellbesiedelung nötige mehrtägige Lagerung in einem Zellkulturbad, könnte es aber zu einer negativen Veränderung der biomechanischen Eigenschaften des Knochens kommen.
Ziel der Studie sollte sein, Festigkeitsänderungen statistisch signifikant zu erfassen und eine Abschätzung des Einflusses der Lagerung im Zellmedium auf die Belastbarkeit des homologen Scaffolds zu erreichen. Damit sollte die Verwendbarkeit des behandelten Knochens aus rein mechanischer Sicht im operativen Vorgehen abgeschätzt werden.
Methodik: An 39 symmetrischen, aus humanen Femurköpfen zugeschnittenen Probenpaaren (Quader) erfolgte mittels Druckversuch an einer MTS Bionix-Prüfmaschine die Versuchsdurchführung. Hierfür wurden zunächst geeignete Probenhalterungen sowie eine Sägevorrichtung konstruiert und gebaut. Mit Vorversuchen an 60 nicht zellbesiedelten Probenpaaren wurde die zur Datenerhebung benötigte Stückzahl ermittelt sowie die möglichen Belastungsmuster [3], [4] durch die Prüfmaschine festgelegt. Eine Prüfprozedur für die numerische Steuerung der Prüfmaschine wurde von den gewonnenen Daten abgeleitet und programmiert. Jeweils eine Probe aus jedem Probepaar wurde über zehn Tage zellbesiedelt und gegen die jeweils unbesiedelte, aus demselben Femurkopf, auf Druckfestigkeit sowie E-Modul gemessen. Zur Abschätzung des Einflusses der Besiedelungsdauer wurden exemplarisch weitere 13 Proben über einen Zeitraum von fünf Wochen besiedelt und anschließend getestet. Um eine Kontrolle über eventuelle strukturelle Inhomogenitäten wie Risse oder zystisch oder sklerotisch veränderte Bereiche zu erhalten, wurde von den Proben vor der Prüfung ein hochauflösendes Mikro-Computertomogramm hergestellt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei der Mehrzahl der Proben nach der Zellbesiedelung war eine Abnahme sowohl der Druckfestigkeit als auch des E-Moduls zu beobachten (Abb. 1, Abb. 2). Bei den langzeitbesiedelten Proben trat das Ergebnis noch deutlicher in Erscheinung. Allerdings scheinen teilweise Störungen der Mikroarchitektur in den Probenquadern vorhanden gewesen zu sein. Dies ließ sich anhand der Mikro-CT-Bildgebung nachweisen, was als Erklärung für Ausreißer herangezogen werden kann. Grundsätzlich kann die Aussage getroffen werden, dass über die komplette Messreihe keine für die in vivo Anwendung kritische Festigkeitsveränderung der Knochenblöcke auftrat.
Zukünftigen in vivo Anwendungen, sollte eine Testung mittels CT-Bildgebung zum Ausschluss dieser festigkeitsmindernden Eigenschaften vorangestellt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-499
doi: 10.3205/14dkou579, urn:nbn:de:0183-14dkou5796
Published: October 13, 2014
© 2014 Weng et al.
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by G. H. | Jul 1, 2019 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Retrograder Tibiamarknagel – Entwicklung und biomechanische Evaluierung eines neuen winkelstabilen Marknagels für distale Tibiafrakturen
Kuhn S, Appelmann P, Pairon P, Mehler D, Rommens PM
Fragestellung: Frakturen der distalen Tibia bedürfen einer stabilen Frakturfixation bei gleichzeitig minimaler Irritation der Weichteile durch Zugangsweg und Implantate.
Unsere Arbeitsgruppe entwickelt einen Retrograden Tibiamarknagel (RTN), dessen Form auf anatomischen CT-Daten basiert. Zur Verriegelung stehen sowohl winkelstabile als auch Standard-Verriegelungsbolzen zur Verfügung.
Im Rahmen der aktuellen experimentellen Erprobungen wurde folgende Fragestellungen untersucht:
Ist die retrograde Tibiamarknagelung mittels RTN der antegraden Tibiamarknagelung (Expert Tibia Nagel®, Fa. Synthes®), beide mit distaler winkelstabilen Verriegelung, in einer distalen Tibiafraktur Typ AO 43-A3 biomechanisch überlegen?
Methodik: Biomechanische Testung
Zur biomechanischen Testung dient der Vergleich des Prototypenimplantats gegenüber der antegraden Marknagelung mit dem Expert Tibia Nagel® mit distaler Dreifachverriegelung. Eine 10 mm weite Defektosteotomie, 40 mm oberhalb der Gelenklinie, dient als Modell einer distalen Tibiafraktur AO 43-A3.
Die biomechanische Testung erfolgt mittels einer pneumatischen universellen Prüfmaschine (SincoTec; Clausthal-Zellerfeld, Germany). Vierzehn Knochen-Implantatkonstrukte werden für die vergleichende biomechanische Studie untersucht. Zunächst erfolgt die nicht-destruktive Testung für niedrige (350 N) und hohe (600 N) extraaxiale Last und bidirektionale Torsion (8 Nm); anschließend wird ein destruktiver Versagenstest bis 900 N durchgeführt. Die Kraft-Verbiegungs- und Kraft-Versagens-Werte bilden die Grundlage der Datenanalyse.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Biomechanische Testung
Die axiale Belastungstestung zeigt eine statistisch nicht signifikante höhere Stabilität für die antegrade Marknagelung während der niedigen (ETN 888 +/- 249 N/mm vs. RTN 609 +/- 149 N/mm) und hohen (ETN 773 +/- 229 N/mm vs. RTN 627 +/- 113 N/mm) extraaxialen Testung. Der RTN wies jedoch bei Rotationsbelastungen eine signifikant höhere Stabilität auf (RTN 1.60 +/- 0.11 Nm/° vs. ETN 0.66 +/- 0.04 Nm/° während der Torsion im Uhrzeigersinn und RTN 1.52 +/- 0.10 Nm/° vs. ETN 0.68 +/- 0.06 Nm/° gegen den Uhrzeigersinn). Beim destruktiven Versagenstest überstanden alle RTN Konstrukte die maximale Last, während 6 der 7 ETN Konstrukte ein Versagen aufwiesen.
Die experimentellen Arbeiten mit den Retrograden Tibiamarknagel demonstrierten die sichere Frakturstabilisation bei hoher biomechanischer Stabilität des neuen Implantatsystems. Im Vergleich zu früher publizierten Daten konnte jedoch durch die winkelstabile Verriegelung keine weitere Stabilitätssteigerung erzielt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR21-473
doi: 10.3205/14dkou559, urn:nbn:de:0183-14dkou5596
Published: October 13, 2014
© 2014 Kuhn et al.
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by G. H. | Jul 1, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Biomechanische Untersuchung der Osteosynthese mehrfragmentärer Patellafrakturen mit winkelstabiler Platte im Vergleich zu Drahtzuggurtung oder kanülierten Zugschrauben mit Zuggurtung
Thelen S, Grassmann J, Jungbluth P, Hakimi M, Windolf J, Wild M
Fragestellung: Für die in der älteren Bevölkerung häufig vorkommenden intertrochantären Frakturen gibt es verschiedene operative Behandlungsmöglichkeiten, wobei die Dynamische Hüftschraube (DHS) das meistverwendete Implantat ist. Neben dem Cut-out der Zugschraube ist im osteoporotischen Knochen die Abhebung der Platte vom femoralen Schaft das häufigste Versagen. Verschiedene Faktoren werden generell mit diesem Typ des Implantatversagens assoziiert, wie zum Beispiel Knochendichte, Implantatqualität und Anzahl eingesetzter Kortikalisschrauben. Bei intertrochantären Frakturen wurde gezeigt, dass bei zwei oder vier eingesetzten Kortikalisschrauben keine Unterschiede in der Fixationsstärke bestehen. Es wird jedoch kontrovers diskutiert, ob die Schraubenausrichtung eine Auswirkung auf das Platten-Abhebeverhalten hat.
Ziel der Studie war es, in einem Kunstmodell die Fixationsstärke einer Zwei-Loch-DHS bezüglich Plattenabhebung unter Variierung der distalen Schraubenausrichtung zu untersuchen.
Methodik: 30 zylindrische Synbone-Kunstknochen mit niedriger Dichte zur Simulation eines osteoporotischen Knochenmodells wurden mit einer Zwei-Loch-DHS und zwei Kortikalisschrauben instrumentiert und in drei Gruppen eingeteilt. Gruppe A: parallele Schraubenausrichtung; Gruppe B: distale Schraube divergierend ausgerichtet; Gruppe C: distale Schraube konvergierend ausgerichtet. Es wurden biomechanische zyklische Testungen an einem Hebelarm zur Provokation eines Abhebens der Platte bis zum Versagen durchgeführt, wobei die Kraft senkrecht zur waagrecht ausgerichteten DHS-Achse auf die Implantatspitze übertragen wurde. Die getesteten Parameter waren Konstrukt-Steifigkeit, Verschiebung in Kraftrichtung nach 250, 1000 und 2500 Zyklen, sowie Zyklen bis zum Versagen. Die statistische Auswertung erfolgte mit Signifikanzniveau p=0.05.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Verschiebung war an allen drei Zeitpunkten in Gruppe C signifikant grösser als jeweils in Gruppe A und B (p<0.05). Zwischen Gruppe A und B bestand hingegen kein signifikanter Unterschied.
Die Präparate der Gruppe C versagten nach 11584±5620 Zyklen (Mittelwert±SD), was signifikant früher war als in Gruppe A (27350±11866 Zyklen) und B (28793±14006 Zyklen), p<0.02. Die Zyklenanzahl bis zum Versagen unterschied sich nicht signifikant zwischen Gruppe A und B. Die Steifigkeit zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen.
In unserem Studienaufbau mittels Hebelarm konnte kein signifikanter Unterschied auf die Stabilität einer Osteosynthese mittels DHS bezogen auf ein Abheben der Platte zwischen parallel oder divergierend eingebrachten Kortikalisschrauben festgestellt werden. Ein vorzeitiges Versagen der Osteosynthese wurde bei konvergierend eingbrachten Schrauben gesehen. Eine solche Insertion kann daher biomechanisch nicht empfohlen werden. Das Konzept einer angulierten distalen Verschraubung bei DHS verbleibt dagegen weiter kontrovers.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR21-430
doi: 10.3205/14dkou558, urn:nbn:de:0183-14dkou5588
Published: October 13, 2014
© 2014 Thelen et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Jun 24, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Biomechanische Untersuchung der Osteosynthese mehrfragmentärer Patellafrakturen mit winkelstabiler Platte im Vergleich zu Drahtzuggurtung oder kanülierten Zugschrauben mit Zuggurtung
Thelen S, Grassmann J, Jungbluth P, Hakimi M, Windolf J, Wild M
Fragestellung: Die anatomische Reposition und stabile Osteosynthese von Patellafrakturen ist entscheidend für ein gutes funktionelles Ergebnis, insbesondere bei mehrfragmentären Frakturen. Keine biomechanische Studie hat bis dato die Stabilität verschiedener Osteosyntheseverfahren an der Patella in einem Mehrfragmentmodell untersucht.
Im Rahmen dieser Studie soll untersucht werden, ob eine winkelstabile Patellaplatte bei einer mehrfragmentären Fraktur den gängigen Standardverfahren wie Zuggurtungsosteosynthese oder kanülierter Schraubenosteosynthese biomechanisch überlegen ist.
Methodik: In 18 humanen Leichenkniepräparaten wurde mittels T-förmig konfigurierter Osteotomie eine artikuläre Dreiteilefraktur (34-C2.2 nach AO) der distalen Patellahälfte kreiert. Die Präparate wurden nach Alter und Knochendichte gematched in 3 homogene Gruppen aufgeteilt und nach den drei zu vergleichenden Operationsverfahren (winkelstabile Platte, alleinige Drahtzuggurtung oder kanülierte Zugschrauben mit Zuggurtung) osteosynthetisch stabilisiert. Die biomechanische Testung erfolgte über 100 Zyklen während derer die Kniepräparate aus 90° Flexion gegen die Schwerkraft in die volle Streckung gebracht wurden (Abbildung 1 [Abb. 1]).
Das Versagen wurde als ein Repositionsverlust im Sinne eines Auseinanderweichen des zuvor anatomisch reponierten Frakturspalts um > 2,0 mm definiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Mit der winkelstabilen Plattenosteosynthese konnte über die gesamte zyklische Testung in allen Präparaten eine anatomische Frakturfixation ohne messbaren Repositionsverlust (Frakturspalt: 0,0 mm) gehalten werden. Demgegenüber zeigte sowohl die alleinige Drahtzuggurtung (mittlerer Frakturspalt: 2,0 ± 1,3 mm, p < 0,01) als auch die Kombination aus kanülierten Zugschrauben mit Zuggurtung (mittlerer Frakturspalt: 1,9 ± 1,6 mm, p < 0,05) im Vergleich zur winkelstabilen Plattenosteosynthese einen statistisch signifikanten Repositionsverlust nach 100 Zyklen. Unsere Untersuchung konnte demonstrieren, dass nicht nur einfache Querfrakturen sondern auch mehrfragmentäre Frakturen der Patella einzig mit der winkelstabilen Patellaplatte dauerhaft und sicher reponiert und retiniert werden können.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR21-430
doi: 10.3205/14dkou558, urn:nbn:de:0183-14dkou5588
Published: October 13, 2014
© 2014 Thelen et al.
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by G. H. | Jun 24, 2019 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Correlation between low corrosion resistance and osteosarcoma
Sprecher CM, Boudrieau RJ, Suter T, Keating JH, McCarthy RJ, Gueorguiev B, Richards G, Milz S
Objective: Peri-implant osteosarcoma (OSA) occurrence was found in dogs treated with the Slocum cast stainless steel tibial plateau leveling osteotomy (TPLO) plate. Recently, it was assumed that the metallurgical inhomogeneity of the plate surface, or the reduced corrosion resistance of the cast stainless steel material, were related to OSA occurrence. Therefore, the aim of the current study was to investigate the corrosion behavior of TPLO plate surfaces from animals with and without OSA.
Method: Eighteen retrieved 316L cast stainless steel Slocum TPLO plates, 9 from dogs with (CwOS) and 9 from dogs without peri-implant osteosarcoma (CnOS) were investigated. Three retrieved forged stainless steel TPLO plates (Synthes) from dogs without osteosarcoma (FnOS) represented a different manufacturing process. On all plates, visual inspections with a stereomicroscope and local micro electrochemical corrosion measurements were performed on plastic deformed surface areas in 1M NaCl on various spots (d=0.1mm) and corrosion resistance factors (CRF) were calculated. To assess the metallurgical inhomogeneity, nine randomly positioned corrosion measurements were performed on one plate of each group. The Mann-Whitney U Test was used for statistical analysis.
Results and conclusion: The time in-situ was comparable for both cast implant groups (CwOS 59±19 months vs. CnOS 52±14 months) and was shorter for FnOS (35±5 months). Microscopic inspections on the cast groups showed rough surfaces, residues and signs of local corrosion attacks. Furthermore, local notches and more severe tool marks were found next to the contoured regions of the plate. On the forged plates only few marks, but no residues or microscopic signs of corrosion could be detected. The CRF values determined on different surface spots showed a wide variation for the cast plates and a small bandwidth in forged plates; the differences between groups were significant (p<0.001). Repeated measurements on one plate of each group showed a significantly higher ion production for CwOS than for CnOS (p=0.008) or FnOS (p<0.001).
The local micro electrochemical corrosion measurements showed no clear difference between local corrosion behaviors of the two groups of cast plates due to a large standard deviation. The ion measurements clearly show a significant increase of ion release for the OSA group, which resembles the metallurgical inhomogeneity of the plate surface. Both corrosion and metal ion release result in chronic inflammation in the tissues with oncogenic effects; furthermore, direct toxic effects of these ions may also contribute to a foreign-body carcinogenesis. Despite our findings and their implications, there remains no clear evidence for a direct causal connection between the surface properties of cast plates, the local CRF and the occurrence of peri-implant OSA. Nevertheless, our results add to the speculation that OSA development might be related to local surface corrosion and the influence of that condition on neighboring bone cells.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR21-757
doi: 10.3205/14dkou556, urn:nbn:de:0183-14dkou5565
Published: October 13, 2014
© 2014 Sprecher et al.
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by G. H. | Jun 11, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Biomechanische Testung zur Primärstabilität individueller Femurschaftprothesen gegenüber konventioneller Schaftprothesen
Götze C
Fragestellung: Die initiale Primärstabilität und der Auschluss von Mikrobewegungen des Hüftendorpothesenschaftes gegenüber dem Implantatlager sind Voraussetzungen für die Osteointegration und Langzeitstabilität zementfrei implantierter Femurschaftprothesen. Neben einer biokompatiblen Oberflächenstruktur der Prothese wird ein möglichst hoher Implantat-Knochen Kontakt gefordert. In einem biomechanischen Versuch soll der Einsatz individueller Femurschaftprothesen im Vergleich zu einer konventionellen Femurschaftprothese überprüft werden. Um den klinischen Einsatz der individuellen Femurschaftprothese zu rechtfertigen, ist eine bessere oder zumindest gleichwertige initiale Stabilität erforderlich.
Methodik: Die Testung erfolgte an einer individuell angepasste rechtwinkligen Gradschaftprothese. Als vergleichende konventionelle zementfreie Femurschaftprothese dient die Alloclassic-SL Femurschaftprothese mit distal fixierender Schaftphilosophie. 9 paarige humane Femora wurden für die biomechanische Testung verwendet. Zur Herstellung der individuellen Femurschaftprothese wurde das rechte Femur anhand von CT-Daten erfasst. Neben dem endofemoralen Markraum wurde die Antetorsion berechnet. Ziel der Planung war ein maximaler Knochen-Implantatkontakt. Nach Implantation der Endoprothesen wurden die paarigen Hüftendoprothesen einer standardisierten zyklischen Belastung von 200 bis zu 2000 Newton ausgesetzt. Lastaufnehmer distal und proximal im Implantat-Knochenübergang konnte die Mikrobewegung, Rotation und Verkippung des Implantates im endofemoralen Knochen analysieren (Messfehlerbreite ±2 µm).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei beiden Prothesentypen liegen die durchschnittlichen Mikrobewegungen deutlich unter dem kritischen Wert von 150 µm. Im Vergleich zwischen dem Standardschaft und der Individualendoprothese zeigt sich weder im Einsinkverhalten noch in der Rotation eine signifikante Abweichung (p<0,05). Während im proximalen Bereich des proximalen Femurs die Mikrobewegung der Individualendoprothese leichtgradig reduziert erscheint (p<0,05), ist die durchschnittliche Mikrobewegung im distalen Schaftbereich gegenüber der konventionellen Gradschaftprothese erhöht (p<0,05). Die Differenzen in der biomechanischen Testung sind geringfügig und nicht signifikant. Der klinische Einsatz der Individualendoprothetik bleibt unter Kenntnis der biomechanischen Testung allenfalls in der Versorgung komplexer sekundärer Coxarthrosen zu vertreten.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-513
doi: 10.3205/14dkou551, urn:nbn:de:0183-14dkou5511
Published: October 13, 2014
© 2014 Götze.
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