Biomechanische Untersuchung zum Einfluss der Schraubenlage … · 2016. 11. 7. · Fraktur...
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Biomechanische Untersuchung
zum Einfluss der Schraubenlage
auf die Stabilität der Osteosynthese einer
standardisierten Kahnbeinfraktur
Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
doctor medicinae (Dr. med.)
vorgelegt dem Rat der Medizinischen Fakultät
der Friedrich-Schiller-Universität Jena
von Kevin Müller
geboren am 08.09.1984 in Tübingen
Gutachter
1. Prof. Dr. Dr. G. O. Hofmann
Universitätsklinikum Jena
Direktor Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie
2. PD Dr. Christoph Anders
Universitätsklinikum Jena
Leiter Fachbereich Motorik, Pathophysiologie und Biomechanik
Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie
3. PD Dr. Frank Siemers
BG Kliniken Bergmannstrost Halle
Direktor der Klinik für Hand-, Plastische Chirurgie und Verbrennungsmedizin
Tag der öffentlichen Verteidigung 6. September 2016
Abkürzungsverzeichnis:
° C Grad Celsius
ap anterior-posterior
ccm Kubikzentimeter
CT Computertomographie
DISI Dorsal Intercalated Segment Instability
dp dorso-palmar
HCS versenkbare Kompressionsschraube (headless compression screw)
lig. Ligamentum
max. maximal
mg Milligramm
mm Millimeter
N Newton
N/mm Newton pro Millimeter
PISI Palmar Intercalated Segment Instability
pQCT periphere quantitative Computertomographie
PU Polyurethan
SL-Band Skapholunäres Band
TAN titanlegiert
(X) 13er-Gruppe der getesteten humanen Kahnbein
X/P-42-07-S/O Bezeichnung der Proben:
X humanes Kahnbein
P Polyurethan-Kahnbein
S 10° verkippt versorgt
O axial versorgt
sin sinister = links
dex dexter = rechts
z. B.42/07 Probennummer
>x größer als x
<x kleiner als x
(Y) 4er-Gruppe der getesteten humanen Kahnbeine
Inhalt
Zusammenfassung .................................................................................................................. 1
1. Einleitung und theoretische Grundlagen ......................................................................... 3
1.1 Einleitung ................................................................................................................. 3
1.2 Theoretische und klinische Grundlagen ................................................................... 4
1.2.1 Die Anatomie des Kahnbeins ...................................................................................... 4
1.2.2 Die Kahnbeinfraktur .................................................................................................... 7
1.2.2.1 Der Unfall- und Frakturmechanismus der Kahnbeinfraktur .................................... 8
1.2.2.2 Die Diagnostik und Klassifikation der Kahnbeinfraktur ......................................... 9
1.2.2.3 Die Therapie und Komplikationen der Kahnbeinfraktur ....................................... 13
2. Fragestellung und Ziele ................................................................................................. 17
3. Material und Methodik .................................................................................................. 18
3.1 Implantat: 3.0 HCS Kompressionsschraube .......................................................... 18
3.2 Probenmaterial ....................................................................................................... 19
3.2.1 Kunstknochenmodell ................................................................................................. 19
3.2.2 Humanknochen .......................................................................................................... 22
3.3 Methodik ................................................................................................................ 27
3.3.1 Operationstechnik ...................................................................................................... 27
3.3.1.1 Schraubenlage ........................................................................................................ 28
3.3.1.2 Schnittebene definieren .......................................................................................... 28
3.3.1.3 Fraktur setzen ......................................................................................................... 29
3.3.1.4 Osteosynthetische Versorgung ............................................................................... 30
3.3.1.5 Einbetten des proximalen Kahnbeinpols ............................................................... 34
3.3.1.6 Kontrolle der Schraubenlage nach den Versuchen ................................................ 35
3.3.2 Testsetup .................................................................................................................... 36
3.3.2.1 Testablaufüberblick ................................................................................................ 36
3.3.2.2 Maschine, Statistik und Datenauswertung ............................................................. 37
3.3.2.3 Prüfvorrichtung ...................................................................................................... 38
3.3.2.4 Belastungsrichtung und Krafteinleitung ................................................................ 39
4 Ergebnisse ..................................................................................................................... 40
4.1 axialer Belastungstest Kunstknochenmodell ......................................................... 40
4.2 Humanknochen ...................................................................................................... 43
4.2.1 Axialer Belastungstest Humanknochen ..................................................................... 43
4.2.2 Untersuchungen der Humanknochen nach der Studie ............................................... 47
4.3 Kunstknochen versus Humanknochen ................................................................... 52
5. Diskussion ..................................................................................................................... 54
5.1 Das Kahnbein und diese Studie ............................................................................. 54
5.2 Die Studienauswahl ............................................................................................... 56
5.3 Die Testknochen .................................................................................................... 57
5.4 Die Untersuchungsvoraussetzungen und das standardisierte Vorgehen ................ 58
5.5 Die Kahnbeinquerfraktur ....................................................................................... 59
5.6 Die Schraubenosteosynthese .................................................................................. 61
5.7 Die Schraubenlage und die Auswahl gleich langer Schrauben.............................. 62
5.8 Der operative Zugang und die Technik.................................................................. 63
5.9 Der Versuchsaufbau mit axialer Belastung ............................................................ 64
5.10 Die Ergebnisse dieser Studie und die Schlussfolgerungen ................................... 65
6. Fazit und Ausblick ........................................................................................................ 68
Literaturverzeichnis .............................................................................................................. 69
Anhang .................................................................................................................................. 75
Einzelergebnisse und Testkurven der Untersuchungen .................................................... 75
Testkurven der PU-Knochen: ............................................................................................... 75
Ergebnisse und Testkurven der humanen Kahnbeine ........................................................... 80
Ergebnisse der endgültigen 4 Kahnbeinpaare: .................................................................. 81
Ergebnisse der nach dem CT ausgeschlossenen restlichen 9 Kahnbeinpaare .................. 83
Statistik ............................................................................................................................. 88
Test auf signifikante Unterschiede bei 13 und 4 humanen Kahnbeinpaaren .................... 88
Abbildungen ...................................................................................................................... 90
Tabellen ............................................................................................................................. 90
Diagramme ........................................................................................................................ 91
Lebenslauf ............................................................................................................................ 92
Danksagung .......................................................................................................................... 93
Ehrenwörtliche Erklärung ..................................................................................................... 94
1
Zusammenfassung
Unter den Frakturen der Handwurzelknochen ist der Kahnbeinbruch bei Weitem am
häufigsten. Neben der sorgfältigen Diagnostik stellt die adäquate Behandlung immer wieder
eine Herausforderung dar. Dabei hat die operative Primärversorgung, in der Regel mit einer
Schraubenosteosynthese, in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Nicht
zuletzt aufgrund der Kleinheit der anatomischen Verhältnisse ist die korrekte Platzierung der
Schraube ein anspruchsvoller operativer Prozess, der viel Präzision und Erfahrung erfordert,
um eine optimale Stabilität zu erreichen.
Ziel dieser Studie war es darzulegen, welchen Einfluss die Schraubenlage auf die
Osteosynthesestabilität hat. Dazu wurden in einem paarweisen Vergleich nicht-dislozierte
Querfrakturen des mittleren Drittels auf ihre biomechanischen Größen Festigkeit in N und
Steifigkeit in N/mm getestet. Die Kahnbeine wurden entweder mit einer in der Längsachse
und somit perpendikulär zur Bruchlinie eingebrachten Schraube oder im Gegenversuch hierzu
um 10˚ leicht abgewinkelt versorgt.
Als Probengut standen 40 Leichenkahnbeine zur Verfügung, davon 17 Skaphoidpaare des
jeweils selben Körperspenders sowie sechs Einzelknochen. Vorausgegangen waren
Untersuchungen an Kunststoffknochen aus Polyurethan (PU), die einem durchschnittlichen
humanen Kahnbein nachgeformt waren und bereits erste Hinweise auf die endgültigen
Ergebnisse erbringen sollten. Die 17 Kahnbeinpaare wurden, um paarinterne Uniformität zu
gewährleisten, hinsichtlich der drei Raumebenen und der Knochendichte vermessen, dabei
kam vor allem der Knochenlänge ein besonderes Gewicht zu. Wegen zu großen
Unterschieden zwischen der rechten und linken Seite, mussten vier Knochenpaare
ausgeschlossen werden, sodass 13 Paare, bei denen Seitengleichheit nachgewiesen war, für
die Testung verblieben. Diese wurden, in Simulation einer Fraktur, im Taillenbereich
osteotomiert und dann - ein Kahnbein axial, die Gegenseite um 10˚ verkippt - mit jeweils
gleich langen 3.0 HCS Kompressionsschrauben der Firma Synthes osteosynthetisch versorgt.
Für die anschließende Stabilitätsprüfung mit Messungen der Steifigkeit und Festigkeit wurden
die Skaphoide, um die Belastungssituation beim Lebenden nachzuahmen, in einem Winkel
von 45˚ mit dem proximalen Pol nach unten in einer Spannvorrichtung fixiert und einer
zunehmenden axialen Kraft ausgesetzt bis hin zum Bruch, beziehungsweise bis zu einer
Verformung von maximal 2 mm als Versagungsgrenze.
2
Während bei den PU-Knochen kein nennenswerter Unterschied zwischen der axialen und der
abgekippten Versorgung festzustellen war, wiesen die humanen Kahnbeine bei abgewinkelter
Verschraubung signifikant bessere Werte sowohl für die Festigkeit wie auch für die
Steifigkeit auf.
Eine abschließende Kontrolle mittels Computertomographie (CT) der 13 Skaphoidpaare
zeigte dann bei 12 Kahnbeinen (5 axial, 7 abgewinkelt operiert; bzw. bei drei Paaren und
sechs Einzelknochen) Mängel in der osteosynthetischen Versorgung auf: Die Schraubenspitze
perforierte die distale Kortikalis oder ihre Lage konnte nicht eindeutig dargestellt werden.
Nach den Prämissen der Studie waren diese Ergebnisse daher nur mit Einschränkungen zu
werten; neun Paare fielen somit aus. Jedoch wiesen die verbliebenen vier Paare, in
Übereinstimmung mit den anfänglichen Resultaten aus der gesamten Gruppe, deutlich
stabilere Werte zugunsten der abgewinkelten Verschraubung auf, ohne allerdings signifikante
Unterschiede zu zeigen.
Das abschließende Fazit dieser Untersuchungen ist die Feststellung, dass die Schraubenlage
eine Bedeutung für die Stabilität der Osteosynthese einer Kahnbeinfraktur hat. Bei einem
Querbruch im mittleren Drittel ist eine um 10˚ zur Längsachse eingebrachte Schraube im
Vergleich zur axialen Versorgung vorteilhaft bzw. als mindestens gleichwertig zu betrachten.
Als Analogschluss kann daran anknüpfend hergeleitet werden, dass bei Schrägfrakturen eine
Schraube in axialer Ausrichtung und damit schräg zur Fraktur, gleichwertige Resultate
erbringt wie eine perpendikulär zum Bruchspalt eingebrachte Schraube.
Bei gleicher Schraubenlänge sind die > 90˚ zur Fraktur gesetzten Schrauben von
biomechanischem Vorteil. Weitere Untersuchungen zu diesem Fragenkomplex sind sinnvoll.
3
1. Einleitung und theoretische Grundlagen
1.1 Einleitung
Die Kahnbeinfraktur gilt seit jeher als eine tückische Verletzung, die eine sehr sorgfältige
Diagnostik und eine wohl abgewogene Therapie erfordert.
Ihre Versorgung hat sich in den letzten drei-vier Jahrzehnten maßgeblich gewandelt. War
früher eine konservative Therapie mit langwieriger Gipsbehandlung üblich, so werden jetzt
vorwiegend operative Verfahren eingesetzt - mit weiterhin steigender Tendenz.
Als Wendepunkt in der Vorgehensweise ist die nach dem australischen Handchirurgen T. J.
Herbert benannte Herbert-Schraube anzusehen, welche nach wiederholten Modifikationen
inzwischen regelhaft angewendet wird.
Standardverfahren heute ist die Osteosynthese mittels einer kopflosen kanülierten
Kompressionsschraube. Die anatomischen Verhältnisse erfordern hohe Präzision beim
Einbringen der Schraube, sodass diese korrekt implantiert wird. Kopflose Schrauben haben
den entscheidenden Vorteil, dass sie komplett im Knochen versenkt werden und dadurch
Irritationen und Schädigungen an der knorpeligen Gelenkfläche vermieden werden können,
sodass die Osteosynthese ohne Weiteres dauerhaft verbleiben kann.
Das Primärziel osteosynthetischer Verfahren ist es ein höheres Maß an Stabilität und
Festigkeit sicher zu stellen. Im Besonderen die axialen Kräfte, die auf das Kahnbein und die
Fraktur einwirken, sind für die Belastbarkeit der Osteosynthese von hoher Bedeutung.
In dieser Studie sollen paarweise zwei in Beziehung zur Frakturlinie unterschiedliche
Positionen der Schraube miteinander verglichen werden. Insbesondere soll gezeigt werden, ob
ihre Lage einen entscheidenden Einfluss auf die Stabilität der Osteosynthese hat. Die
biomechanische Stabilität der mit Kompressionsschrauben versorgten Kahnbeine wird dabei
in einem axialen Druckversuch getestet. Um von einer einfachen, sowohl gut definierbaren
wie reproduzierbaren Fraktur auszugehen, wurde für diese Studie ein Querbruch der Taille
gewählt. Kahnbeinfrakturen sind weit überwiegend im mittleren Drittel lokalisiert.
Die Untersuchungen mittels axialen Belastungstests erfolgen an Leichenknochen, denen
Versuche an Polyurethan-Knochenmodellen vorgeschaltet sind.
4
1.2 Theoretische und klinische Grundlagen
1.2.1 Die Anatomie des Kahnbeins
„Es fuhr ein Kahn im Mondenschein im Dreieck um das Erbsenbein, Vieleckchen groß,
Vieleckchen klein, der Kopf, der muss ein Haken sein“ (Lippert et al. 2011).
Mit diesem Merkspruch haben sich Generationen von Medizinstudenten im Anatomiekurs die
Namen der acht Handwurzelknochen und ihre Anordnung in eine proximale und eine distale
Reihe erarbeitet (jeweils von radial nach ulnar: 1. die proximale Reihe: Kahnbein = os
scaphoideum, Mondbein = os lunatum; Dreiecksbein = os triquetrum, Erbsenbein = os
pisiforme. 2. die distale Reihe: großes Vieleckbein = os trapezium, kleines Vieleckbein = os
trapezoideum, Kopfbein = os capitatum, Hakenbein = os hamatum). Diese beiden Reihen
sind zu je vier Knochen mosaikartig angeordnet und durch einen s-förmigen Gelenkspalt
voneinander getrennt. Sie weisen in radio-ulnarer Richtung eine leichte dorsale Wölbung auf.
Das Kahnbein ist der am weitesten radial gelegene Knochen der proximalen
Handwurzelreihe, ragt aber als größter der Handwurzelknochen bis in die zweite, weiter distal
gelegene Reihe vor. Das Kahnbein artikuliert mit 5 Nachbarknochen (Radius, Os Trapezium,
Os Trapezoideum, Os Lunatum, Os Capitatum).
Der Name „Os Skaphoideum“ stammt aus dem Griechischen, ist lateinisiert und bedeutet wie
auch das früher gebräuchliche „Os Naviculare (manus)“ kahnförmiger Knochen (skaphe =
Kahn, eidos = Form) (Merle et al. 1999) (lat.: naviculare = kleines Schiff; manus, Genitiv zu
manus = Hand) und deutet so zumindest annäherungsweise seine äußere Kontur an. Das
Kahnbein ist an allen Bewegungen des Handgelenks maßgeblich beteiligt und, zusammen mit
dem Os Trapezium, für die Kraftübertragung vom Unterarm bzw. Radius auf den
Daumenstrahl verantwortlich und besonders starken Belastungen ausgesetzt. Unter den
Karpalknochen weist das Kahnbein eine größere Beweglichkeit auf, was eine Immobilisation
bei Frakturen erheblich erschwert. Durch seinen schrägen Verlauf von proximal weiter ulnar
nach distal radial palmar und seiner funktionellen Zugehörigkeit zu beiden Handwurzelreihen,
kommen ihm besondere biomechanische Eigenschaften bezüglich der Stabilität und der
Beweglichkeit im Handgelenk zu. Dies bringt andererseits eine höhere Gefährdung gegenüber
äußeren Krafteinwirkungen mit sich. Es ist das radiale Bindeglied zwischen den Interkarpal-
und Radiokarpalgelenken. Die Gesamtbeweglichkeit der Hand in Relation zum Unterarm ist
durch dieses Zusammenspiel gewährleistet (Towfigh et al. 2011).
5
Mit dem Kahnbein, in besonders exponierter Stellung bilden das Mond- und das Dreiecksbein
der proximalen Handwurzelreihe einen eiförmigen Gelenkkopf. Das Erbsenbein, das als
Sesambein in der Sehne des m. flexor carpi ulnaris dem Dreiecksbein palmar aufliegt, ist
nicht an diesem Gelenk beteiligt. Der Radius stellt zusammen mit dem discus articularis die
deutlich kleinere Gelenkpfanne des proximalen Handgelenks (articulatio radiocarpalis) dar.
Das distale Handgelenk (articulatio mediocarpalis) bildet einen geschwungenen s-förmigen
Verlauf zwischen den beiden Handwurzelreihen. Proximales und distales Handgelenk bilden
gemeinsam mit den kleinen Nebengelenken zwischen den einzelnen Karpalknochen, die dem
Ganzen eine gewisse Formplastizität erlauben, eine funktionelle Einheit. Darin sind Extension
(= Dorsalextension), Flexion (= Palmarflexion), Radial- und Ulnarabduktion, sowie
Kombinationen dieser Bewegungen möglich. Bei der Flexion ist vor allem das Radiokarpal-,
bei der Extension stärker das Mediokarpalgelenk beteiligt. Die Unterarmdrehung und damit
die Handkreiselung, die den Aktionsraum der Hand wesentlich erweitert, erfolgt dagegen im
Zusammenspiel des proximalen und distalen Radioulnargelenkes.
Intrinsische und interkapsuläre Bänder verbinden das Kahnbein mit seinen Nachbarknochen.
Dem Skapholunären Band kommt dabei bezüglich der Stabilität im Handgelenk eine größere
Bedeutung zu, insbesondere auch in Hinblick auf eine eventuelle Verletzung und deren
Folgen. Extrinsische Bänder sind vor allem palmar stark ausgeprägt und straff, demgegenüber
sind die dorsal gelegenen Bänder breitflächiger und dünner (Schmidt und Lanz 1992). Dieses
System dient der Stabilisierung des Handgelenks, welches aus zwei für das
Bewegungsausmaß verantwortlichen Hauptteilen besteht: Die distale Handwurzelreihe und
die Mittelhand bilden einen relativ stabilen Block, während Kahnbein, Mondbein und
Dreiecksbein in der proximalen Reihe deutlich mobiler sind und eine gewisse
Verschieblichkeit gegeneinander aufweisen. Das Kahnbein besitzt keine eigenen
Sehnenansätze; zu einer willkürlichen aktiven Motorik ist es daher nicht in der Lage. Bei
Bewegungen der Hand gegen den Unterarm kommt es im Stellungsgefüge der Handwurzel
jedoch zu kleinen, aber wichtigen Verschiebungen untereinander - geführt und gesteuert
durch die individuelle Knochenform und den mehr oder weniger festen Bandapparat. So
gleitet die proximale Handwurzelreihe bei Radialabduktion nach ulnar und das Kahnbein
kippt, um Platz für das Os Lunatum zu schaffen, nach palmar ab. Bei Palmarflexion gleitet es
etwas nach dorsal; bei Dorsalextension hingegen nach palmar zusammen mit den anderen
Knochen der proximalen Reihe, die von diesen Verschiebungen jedoch weniger stark
betroffen sind (Benninghoff und Görttler 1964).
6
Das Skaphoid ist ein individuell sehr unterschiedlich geformter, bohnenförmiger Knochen,
der sich in ein proximales Drittel, ein mittleres mit Taille und Krümmung und in ein distales
Drittel mit palmarem Tuberkulum unterteilt. Im Schnitt ist dieser Knochen 25,0 mm lang und
16,7 mm breit (Amadio und Taleinsik 1993). Nur etwa ein Fünftel der Knochenoberfläche ist
knorpelfrei und somit als Gefäßeintrittspforte geeignet (Geissler et al. 2012). Diese liegen auf
der dorsalen, radialen und auch palmaren Seite (Schmidt und Lanz 1992). Die Blutversorgung
des Kahnbeins speist sich aus der Arteria Radialis. 70-80 % der intraossären Blutversorgung
und insbesondere das proximale Drittel werden über dorsal zwischen den nicht
überknorpelten Gelenkflächen eintretende Äste der A. Radialis versorgt. Diese Äste biegen
dann nach proximal um, ohne zu anastomisieren. Die restlichen 20-30 % wie z.B. das distale
Tuberkulum werden über palmar eintretende Äste versorgt (Merle et al. 1999). Vergleichbar
dem Schenkelhals am Hüftgelenk erfolgt die Versorgung über Endarterien. Das Kahnbein
muss in seiner Gefäßversorgung demnach als eingeschränkt betrachtet werden. Bei Frakturen
ist es der am langsamsten heilende Knochen des menschlichen Körpers (Schäfer und Siebert
2002).
Abweichend von dieser lange vorherrschenden Meinung wurde in neueren Studien jedoch das
Vorkommen von Anastomosen zwischen dorsalen und palmaren Ästen beschrieben (Oehmke
et al. 2009).
Bei etwa einem Drittel ist das proximale Drittel frei von einer eigenen Versorgung, weswegen
es am proximalen Pol zu einer verzögerten Knochenheilung kommen kann (Gelberman und
Menon 1980).
Im Vergleich zu 6-12 Wochen in den anderen Regionen des Kahnbeins (Hoffmann 2009), ist
die Heilungsdauer bei Frakturen im proximalen Drittel auf 12-18 Wochen verlängert und die
Komplikationsrate, vor allem mit dem Risiko einer Pseudarthrose oder einer
Fragmentnekrose, erhöht (Towfigh et al. 2011).
Die venöse Drainage erfolgt über Venen, die das Kahnbein dorsal verlassen und entweder in
die tiefen venae commitantes oder in das oberflächliche rete venosum dorsale manus münden
(Handley und Pooley 1991). Da die Knochenoberfläche fast gänzlich von Knorpel bedeckt ist,
ist die periostale Knochenheilung zu vernachlässigen, umso wichtiger ist daher die intraossäre
Gefäßversorgung.
7
1.2.2 Die Kahnbeinfraktur
Der Kahnbeinbruch ist mit einem Anteil von 1-4 % an der Gesamtheit aller Frakturen eine
eher selten vorkommende Verletzung, im Handwurzelbereich mit 60-80% nimmt sie jedoch
eine wichtige Rolle ein. Mit 60-80 % sind sie weit überwiegend im mittleren Drittel
lokalisiert, im proximalen und distalen Drittel nur zu jeweils 10-20 %, wobei auch
Abscherfrakturen des Tuberkulums vorkommen können (Towfigh et al. 2011). Bei 1 % der
Verletzten kommt es zu beidseitigen Verletzungen; in 5 % der Fälle ist diese Verletzung mit
anderen Frakturen assoziiert (Hove 1994). Kombinationen mit einer gleichzeitigen
ligamentären Verletzung sind möglich, z.B. eine Ruptur des scapholunären Bandes. Bei
extremer Gewalteinwirkung kann es zu einer besonders schwer wiegenden transskaphoidalen
perilunären Luxationsfraktur kommen.
Die häufigste mit dem Bruch des Kahnbeins assoziierte Fraktur ist die distale Radiusfraktur
mit einer Häufigkeit von bis zu 6,5 %, welche aber immer noch als selten anzusehen ist
(Tountas und Waddel 1987). Ein Großteil der Kahnbeinfrakturen ereignet sich beim Sport
oder infolge von Arbeitsunfällen. Männer sind mit 85,7 % etwa sechs Mal häufiger betroffen
als Frauen, bevorzugt auf der dominanten Handseite bei einem Durchschnittsalter von 28
Jahren (Düppe et al. 1994).
Bei Kindern ist diese Verletzung äußerst selten vorkommend. Dies hängt damit zusammen,
dass die Karpalia insgesamt spät, und wenn man vom Os Pisiforme als Sesambein absieht, das
Kahnbein als letztes verknöchert. Sein Knochenkern tritt zwischen dem dritten und sechsten
Lebensjahr auf und die Ossifikation ist erst mit 14-16 Jahren, gegen Ende der Pubertät,
abgeschlossen; bei Mädchen etwas früher als bei Jungen. Die kindlichen Kahnbeinfrakturen
sind vor allem im distalen Drittel lokalisiert (Towfigh et al. 2011). Auf diese beiden Faktoren
- die allgemein höhere Regenerationsfähigkeit bei Kindern und die bessere arterielle
Versorgung des distalen Skaphoidanteils - ist es zurückzuführen, dass der Heilungsverlauf in
dieser kindlichen bis jugendlichen Altersgruppe wesentlich unproblematischer und
komplikationsärmer verläuft als später und in der Regel eine Gipsruhigstellung zur
Konsolidierung genügt (Wulff und Schmidt 1998).
Auch bei älteren Menschen sind Kahnbeinbrüche selten; bei ihnen kommt es im Bereich des
Unterarms eher zu distalen Radiusfrakturen (Winckler und Brug 1991).
Meist bricht das Kahnbein durch indirekte Gewalteinwirkung, z.B. beim Fallen auf den
ausgestreckten Arm zum Abfangen eines Sturzes, wenn sich das Handgelenk in starker
Dorsalextension befindet, sehr selten - in 3 % der Fälle (Clay et al. 1991) - bei
8
palmarflektierter Hand. Auch direkte Gewalt wie ein kräftiger Schlag auf den Handrücken,
z.B. beim Eishockey, ist gelegentlich die Ursache.
1.2.2.1 Der Unfall- und Frakturmechanismus der Kahnbeinfraktur
Ein Bruch des Kahnbeins, im mittleren Drittel, als die häufigste Bruchform, ereignet sich
typischerweise durch axiale Gewalteinwirkung beim Sturz auf die ausgestreckte Hand mit
Aufprall auf den Daumenballen (Netter 1997). Wird der Karpus >95˚ extendiert, bricht das
Kahnbein (Fisk 1970, Linscheid et al. 1972, Weber und Chao 1978). Im überstreckten
Handgelenk stößt es gegen den dorsalen Radiusrand, der als Hypomochlion wirkt. In dieser
Stellung ist der proximale Pol bereits so weit wie möglich nach palmar gekippt und der
kräftige palmare Kapselbandapparat (lig. Radioscaphocapitatum und lig. Radiolunatum)
verhindert ein weiteres Abrutschen; das Kahnbein verbleibt so ohne Ausweichmöglichkeit
eingeklemmt in seiner Position zwischen Radius und os capitatum. Die starke Spannung der
palmaren Bänder übt hemmende Kräfte auf den distalen Pol aus. Das radiale Kollateralband
ist jedoch in Extensionsstellung entspannt und kann den distalen Pol daher nicht stabilisieren.
Das Kahnbein ist in diesem Moment starken Druck- und Spannungskräften ausgesetzt, die
hieraus resultierenden Scherkräfte führen zu einer Fraktur des Kahnbeins über das Brechen
der palmaren Kortikalis (Merkle et al. 1999, Schäfer und Siebert 2002), siehe Abbildung 1.
Abbildung 1: Modell nach Herbert (1990)
Bei gleichzeitiger Ulnarabduktion der Hand wird das Skaphoid aufgerichtet und die Fraktur
betrifft dann eher das proximale Drittel; bei Radialabduktion wird es dagegen nach palmar
9
flektiert und durch seine Position im Handgelenk bricht das distale Drittel (Braithwaite und
Jones 1992, Rayan 1996, Schindler et al. 1996).
1.2.2.2 Die Diagnostik und Klassifikation der Kahnbeinfraktur
Ein Kahnbeinbruch wird oftmals nicht oder zumindest nicht rechtzeitig erkannt, er ist sogar
die am häufigsten übersehene Fraktur überhaupt (Feldmeier 1988, Netter 1997). Der Grund
dafür liegt nicht nur darin, dass die anfänglichen Beschwerden erträglich sind und auch rasch
wieder abklingen können. sodass der Patient es gar nicht für nötig erachtet, medizinische
Hilfe in Anspruch zu nehmen. Eine mögliche Ursache liegt auch darin, dass der Arzt die
Diagnose nicht konsequent genug vollzieht, was in Anbetracht der möglichen Spätfolgen,
insbesondere bei Entwicklung einer Fragmentnekrose oder Kahnbeinpseudarthrose mit
nachfolgender Handgelenksarthrose, umso fataler ist. Ebenso darf eine diagnostizierte oder
fragliche distale Radiusfraktur den Blick differentialdiagnostisch nicht vom Kahnbein
ablenken.
Die initiale Symptomatik ist in vielen Fällen diskret und unspezifisch, sodass sie bagatellisiert
und als „Verstauchung“ abgetan werden kann. Als charakteristisches Frühzeichen gilt eine
dorso-radiale Schwellung und Ödembildung des Handgelenkes mit Druckdolenz in der
Tabatiere. Aber jede schmerzhafte Einschränkung der aktiven oder passiven Beweglichkeit im
Handgelenk, besonders bei Dorsalextension und Radialabduktion, oder im
Daumensattelgelenk, Kraftlosigkeit der ganzen Hand oder allein des Daumens, z.B. beim
Spitzgriff; Schmerzen bei Supination gegen Widerstand oder Schmerzen bei Stauchung das
Daumens, bzw. des Metacarpale I gegen die Handwurzelknochen, können Hinweise auf eine
Skaphoidfraktur sein.
Nach einer eingehenden Unfallanamnese und sorgfältigen klinischen Untersuchung erfolgt die
Diagnosesicherung mittels Röntgenbildgebung. Es werden Röntgenaufnahmen des Kahnbeins
in ap (anterior-posterior) bzw. in dp (dorso-palmar), streng seitliche radio-ulnare
Handgelenksaufnahmen in 0˚-Stellung und die Stecher-Aufnahme in Ulnarabduktion
angefertigt, um eine mögliche Fraktur oder eventuelle Verkippungen zu erkennen. Die
Stecher-Aufnahme kann zusätzlich noch mit dem Kraftgriff aufgenommen werden, bei der
zusätzlich ein Tennisball oder Ähnliches in der betroffenen Hand gehalten und gedrückt wird.
Hierbei sind bereits geringere Dislokationen bzw. SL-Band-Läsionen leichter zu erkennen.
Weiterhin können noch vergrößernde Zielaufnahmen, um 20˚ nach palmar eingeneigte ap-
10
Aufnahmen oder andere spezielle Aufnahmen genau so hilfreich sein wie ein Vergleich mit
der vermeintlich unverletzten Gegenseite (Merle et al. 1999).
Das früher übliche Kahnbeinquartett (dorso-palmar, seitlich, sowie 2 Schrägaufnahmen in
Pro- und Supination) findet heutzutage keine Anwendung mehr.
In unklaren Situationen bei fortbestehendem klinischen Verdacht war es früher üblich, die
Hand für 10-20 Tage, gelegentlich auch noch länger, bis zur eindeutigen Sicherung einer
Diagnose, in einem Unterarm-Faustgips ruhig zu stellen und dann nochmals zu röntgen; durch
die zwischenzeitlich abgelaufene Knochenresorption im Randbereich des Bruchspalts war
dieser dann breiter und damit eindeutiger festzustellen.
Durch die Fortschritte in der bildgebenden Diagnostik ist ein solches abwartendes Verhalten
heute überholt (Braithwaite und Jones 1992) und viele der oben angeführten Maßnahmen sind
überflüssig geworden. Zu danken ist dies in erster Linie der Computertomografie (CT), die
eine frühzeitige und eindeutige Diagnose ermöglicht. Trotz des Nachteils einer erhöhten
Strahlenbelastung sollte in unklaren Fällen deshalb die Indikation hierzu großzügig gestellt
werden (Strassmair und Wilhelm 2001). Darüber hinaus erlaubt das CT eine genauere
Beurteilung des Dislokationsgrades einer Fraktur im Vergleich zu Röntgenaufnahmen (Ring
et al. 2000) und kann in Grenzsituationen der Entscheidungsfindung, ob ein konservatives
oder operatives Vorgehen angeraten ist, wesentlich dienen. Bei komplexen Verletzungen, wie
Frakturen mit mehreren Fragmenten oder in Kombination mit einer Bandläsion, liefert das CT
wichtige Hinweise für die präoperative Planung; bei der Differenzialdiagnose gegen ein selten
vorkommendes Scaphoideum bipartum oder eine straffe fibröse Pseudarthrose kann es zur
Abklärung maßgeblich beitragen. Andererseits ist das CT nicht weiter angezeigt, wenn im
Röntgenbild bereits eine weite Dislokation oder Trümmerzone zu erkennen und somit die
offene Operation indiziert ist.
Durch das CT ist die in Zweifelsfällen früher häufig empfohlene Szintigrafie überholt, zumal
sie bei begleitenden Weichteilverletzungen ebenfalls eine vermehrte Aktivität anzeigt und
dadurch wenig verlässlich ist (Feldmeier 1988).
Bei Kindern ist die Kahnbeinfraktur eher selten, jedoch können die Ossifikationszentren unter
Umständen zu Fehlinterpretationen verleiten. Die Verknöcherung der Handwurzelknochen
erfolgt relativ spät von distal nach proximal fortschreitend, zuletzt die des Kahnbeins,
beginnend um das 5. Lebensjahr (Tscherne und Weinberg 2006).
11
Außerdem muss die Lunatumstellung immer mit kontrolliert werden, speziell in Fällen von
Repositionsversuchen, auch um zum Beispiel eine ligamentäre Begleitverletzung ausschließen
zu können.
Im Rahmen karpaler Instabilitäten kann sich eine Fehlstellung ergeben. Dies kann sich in
Form einer DISI-Position (Dorsal Intercalated Segment Instability), also einer
Dorsalverkippung des Os Lunatum bei SL-Band-Läsion zeigen. Das Os Skaphoideum neigt
dabei zur Flexion, wodurch eine Rotationsinstabilität resultiert.
Verletzungen des palmaren Bandapparates können als Pendant zur DISI-Position eine PISI-
Stellung herbeiführen (Palmar Intercalated Segment Instability), wobei hierbei das Os
Lunatum dann nach palmar abkippt.
Bei sicherer Fraktur des Kahnbeins kann das CT als Ergänzung dienen, wenn der Bruch
gering, also um weniger als 1 mm disloziert ist, um zwischen offener oder perkutaner
Vorgehensweise zu entscheiden oder wenn es sich um ein Komplextrauma bzw. Luxationen
handelt. Auch wird das CT zu Rate gezogen, wenn Unklarheit besteht, ob es sich um eine
aktivierte Pseudarthrose handelt oder zur Instabilitätseinschätzung bei einer geplanten
konservativen Therapie. Diagnostik mittels CT geht jedoch, wie bereits beschrieben, mit einer
erhöhten Strahlenbelastung einher.
Das MRT, mit Gadolinium als Kontrastmittel, ist bei frischen Verletzungen von
untergeordneter Bedeutung und findet im klinischen Alltag allenfalls bei speziellen Fragen
oder bei Verdacht auf ligamentäre (Begleit-)Läsionen seine Anwendung. Das MRT weist eine
geringe Ortsauflösung auf und zeigt den sogenannten „bone bruise“ bei Kontusionen und
Mikrofrakturen, was zu Fehlinterpretationen führen kann (Towfigh et al. 2011).
Kahnbeinfrakturen werden je nach Lokalisation (proximales, mittleres, distales Drittel;
Tuberositas) und Frakturverlauf (horizontalschräg, quer, vertikal) eingeteilt. Diese Einteilung
ist wichtig um das passende Therapieverfahren auszuwählen, die Heilungsdauer
einzuschätzen und eine generelle Prognose abgeben zu können.
Die Herbert-Klassifikation, 1990 eingeführt, basiert auf konventionellen Röntgenaufnahmen.
Im Jahr 2000 wurde diese Einteilung durch Krimmer et al. mit entsprechenden CT-Daten
modifiziert (siehe Tabelle 1 und Abbildung 2). Die Lage der Fraktur und der Grad der
Abkippung bzw. Dislokation in allen 3 Ebenen sind entscheidend. Typ-A Frakturen (A1 und
A2) sind frische stabile Frakturen, die konservativ versorgt werden können, bei
Patientenwunsch oder anderen möglichen Faktoren aber auch operativ.
Typ-B Frakturen (B1-B4) sind frische instabile Frakturen, die eine Operations-Indikation
darstellen. Eine genaue Unterscheidung zwischen A2, B1 und B2 ist mit konventionellen
12
Röntgenaufnahmen allein schwierig. Hier sind gewisse Stabilitätskriterien im CT für die
Beurteilung von großer Bedeutung. Es ist wichtig vor einer möglichen Operation zu erkennen,
ob es sich um zwei oder mehr Frakturfragmente handelt oder es bei den Aufnahmen
Anhaltspunkte für ligamentäre Begleitverletzungen gibt. Ist der Frakturspalt größer als 1 mm
gilt dieser Bruch als instabil (Schäfer und Siebert 2002). So gehen viele Details in die
Diagnostik von Kahnbeinfrakturen mit ein, um die optimale Therapieform wählen zu können
und möglichen Komplikationen zu vermeiden. Nur durch einen hohen Standard in der
Diagnostik der Kahnbeinfrakturen kann auch ein hoher Standard in der Therapie eingehalten
werden. Vielfach ist es bereits entscheidend, dass der Erstuntersucher die Möglichkeit einer
Kahnbeinfraktur in Betracht zieht und entsprechende Schritte zu ihrer Verifizierung oder
ihrem Ausschluss in die Wege leitet.
Tabelle 1: Herbert-Klassifikation, modifiziert nach Krimmer 2000
Typ A frische stabile Frakturen
A 1 Tuberkelumfraktur
A 2 undislozierte querverlaufende Rissfrakturen im
mittleren & distalen Drittel
Typ B frische instabile Frakturen
B 1 distale Schrägfrakturen
B 2 dislozierte oder klaffende Taillenfrakturen
B 3 Frakturen des proximalen Drittels
B 4 transskaphoidale perilunäre Luxationsfraktur
13
Abbildung 2: Modell aus Schäfer und Siebert (2002)
1.2.2.3 Die Therapie und Komplikationen der Kahnbeinfraktur
An der Herbert-Klassifikation orientierend werden nicht-dislozierte stabile Typ-A Frakturen
am ehesten konservativ behandelt. Als instabil anzusehende Typ-B Frakturen werden operativ
versorgt. Beide Versorgungsarten haben ihre klaren Indikationen, allerdings ist ein Trend hin
zur operativen Therapie unverkennbar. Ihre Vorteile sind vor allem die höhere Sicherheit in
Bezug auf bestmögliche Wiederherstellung anatomischer Verhältnisse und somit einer guten
Funktion. Trotz des hohen Standards in Diagnostik und Therapie ist die Pseudarthrose- bzw.
Sekundärschadensrate relativ hoch, das Risiko bei einer übersehenen Fraktur oder einer
verspätet eingeleiteten oder unzureichenden Immobilisierung liegt hier bei 12 % (Adams und
Steinmann 2007). Nicht zuletzt deswegen ist ein präzises Vorgehen bei dieser Verletzung
außerordentlich wichtig.
Bei der konservativen Therapie wird die Kahnbeinfraktur mit einem Unterarmgips
ruhiggestellt. Dabei ist das Daumengrundgelenk in mittlerer Oppositionsstellung
eingeschlossen, die Langfingergrundgelenke werden freigelassen. Ein Faustgips oder ein
Oberarmgips unter Einschluss des Ellbogens ist nicht nötig und auch nicht mehr gängige
Praxis. Das Handgelenk wird für den besseren interfragmentären Kontakt in 15-20˚
Dorsalextension und 10˚ Radialabduktion gehalten. Die Immobilisationsdauer orientiert sich
14
dann am Frakturtyp von sechs (Tuberkulum) bis zwölf (Taille) Wochen und am Fortschreiten
der Knochenheilung, so dass selbst noch längere Zeiträume nicht auszuschließen sind
(Hoffmann 2009). Der Patient wird während dieser Zeit regelmäßigen Röntgenkontrollen und
entsprechenden klinischen Untersuchungen sowie Gipskontrollen zugeführt, um den Verlauf
überprüfen und bei Störungen und Komplikationen einschreiten zu können.
Ziel der operativen Versorgung ist eine stabile Osteosynthese, die je nach
Verletzungssituation offen oder perkutan bzw. mit oder ohne Spongiosaplastik angegangen
werden kann. Sie ist technisch äußerst anspruchsvoll (Adams et al. 1988), bei Instabilität
jedoch klar indiziert, z.B. bei einer Schrägfraktur mit großer Mobilität, bei Interposition von
Kapsel-Band-Gewebe, das ein Repositionshindernis darstellt und einen direkten
Knochenkontakt verhindert, oder auch bei einem Bruchspalt von >1 mm Breite; außerdem bei
einem offenen Bruch oder bei einer Luxationsfraktur, die offen reponiert werden muss.
Angulationsfehlstellungen, persistierende Frakturen unter Ruhigstellung (3 Wochen - 3
Monate) und Frakturen des proximalen Drittels mit röntgenologisch erkennbaren
Durchblutungsstörungen sind ebenfalls zu operieren.
Einen Überblick über die Operationsindikationen liefert Tabelle 2. Dabei wird bei stabilen
A2-Frakturen und bei B1- und B2-Frakturen die minimal-invasive Methode bevorzugt
(Englert und Lukas 2006).
Nach heutigem Standard werden Kahnbeinfrakturen in der Regel mit einer in Längsrichtung
zentral eingebrachten, subchondral versenkten Kompressionsschraube operiert. Eine korrekte
Schraubenlage und -länge sind dabei für den Operationserfolg ausschlaggebend, indem sie die
ursprüngliche anatomische Konfiguration wiederherstellen (Brauer et al. 1997), eine stabile
Fixation garantieren und eine frühfunktionelle Nachbehandlung ermöglichen. Herbert-
Schrauben als Doppelgewindeschrauben, wie auch andere vergleichbare Modelle, sind hierzu
bestens geeignet. Durch die ausgeübte Kompression begünstigen sie die Bruchheilung
zusätzlich. Kanülierte Schrauben haben dabei den Vorteil, dass mithilfe eines
Führungsdrahtes eine zielgenaue Platzierung exakt und sicher vorgenommen werden kann.
Kopflose Schrauben, die ohne überzustehen komplett im Knochen liegen, können nach der
Heilung dauerhaft verbleiben. Ein weiterer Eingriff wird dem Patienten dadurch erspart.
Ein wesentlicher Vorteil bei dem operativen Vorgehen ist die erhebliche Verkürzung der
Immobilisationsdauer, denn eine Gipsruhigstellung ist nur kurzfristig und lediglich aus
Gründen der Analgesie erforderlich (Bond et al. 2008, Dias et al. 2005, McQueen et al. 2008).
Bei korrekter Schraubenlage ist die Fraktur übungsstabil, jedoch erst nach mehreren Wochen
15
belastungsstabil. Insgesamt ist die verletzungsbedingte Ausfallzeit, privat und im Beruf,
deutlich geringer und somit werden auch die ökonomischen Kosten reduziert bei schnellerer
Heilungszeit, besserer Stabilität und Beweglichkeit (Schäfer und Siebert 2002). Wichtiger
jedoch als die wirtschaftlichen Überlegungen ist der medizinische Vorteil, dass ein
Immobilisationsschaden mit Muskelatrophie, Osteopenie und Gelenkeinsteifung vermieden
und das Risiko einer Fehlstellung ebenso wie das einer Pseudarthrose infolge von
Fragmentinkongruenz oder minimalen interfragmentären Scherbewegungen bei inadäquater
Ruhigstellung stark herabgesetzt wird (Merle et al. 1999, Geissler et al. 2012).
Andererseits dürfen die allgemeinen Risiken einer Operation und Anästhesie, die zum Teil
systemimmanent sind, nicht ganz außer Acht gelassen werden.
Bei Auffälligkeiten oder Beschwerden sollte frühzeitig ein CT angefertigt werden, um
Komplikationen festzustellen, wie etwa eine Implantatlockerung, um Gegenmaßnahmen
ergreifen zu können.
Konservative wie operative Behandlung beinhalten - wenn auch in unterschiedlichem
Ausmaß - das Risiko von Knochenheilungsstörungen, Schmerzen, einer avaskulären Nekrose
vor allem bei einem kleinen proximalen Fragment, von ligamentärer Instabilität bei Vorliegen
von Begleitverletzungen oder der Entwicklung einer Pseudarthrose. Findet zwischen der 20.
Woche und dem sechsten Monat keine knöcherne Konsolidierung statt, spricht man von
verzögerter Knochenheilung, danach von einer manifesten Pseudarthrose. Um dies
ausschließen zu können, sollte 1 Jahr nach Unfall routinemäßig eine Abschlussuntersuchung
einschließlich Röntgen stattfinden.
Eine Pseudarthrose kommt, abhängig vom Frakturtyp bei 2-12 % der Kahnbeinbrüche vor und
fällt häufig nur als Zufallsbefund auf. Bei verspäteter oder fehlerhafter Diagnostik und damit
verbundener unzureichender Therapie kann diese Rate bis auf 60 % steigen. 48 % aller
Pseudarthrosen findet man jedoch aufgrund der speziellen Durchblutungssituation im
proximalen Drittel des Kahnbeins (Towfigh et al. 2011).
16
absolute OP-Indikation
alle dislozierten Frakturen
Frakturen mit Trümmerzone
proximale Polfrakturen
transskaphoidale perilunäre Luxationsfrakturen
offene Frakturen
Kombinationsverletzungen
relative OP-Indikation
potentiell instabile Frakturen (Typ B1)
Operationswunsch des Patienten
(Typ A2 oder B1)
Tabelle 2: Operations-Indikationen bei frischen Kahnbeinfrakturen
17
2. Fragestellung und Ziele
Trotz großer diagnostischer und therapeutischer Fortschritte im Umgang mit einem
Kahnbeinbruch, insbesondere seit Einführung der Herbert-Schraube, die geradezu einen
Paradigmenwechsel herbeiführte weg von der konservativen zu einer mehr operativ
ausgerichteten Vorgehensweise, gilt die Kahnbeinfraktur nach wie vor als problematisch und
seine Versorgung als äußerst anspruchsvoll.
Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin bei einer nicht-dislozierten, standardisierten
Skaphoidquerfraktur des mittleren Drittels - dem häufigsten Frakturtyp - zu untersuchen, ob
bei sonst identischen Bedingungen eine zentral eingebrachte, zum Bruchspalt orthogonal
gelegene axial verlaufende Schraube, eine bessere biomechanische Stabilität erbringt als eine
ebenfalls zentral eingebrachte, jedoch in der dorso-palmaren Ebene um 10˚ gering
abgewinkelte Verschraubung, bei im Seitenvergleich jeweils gleich langen Osteosynthesen.
Für die Untersuchung war es dabei von Vorteil, dass unter Laborbedingungen problemlos
Querbrüche der Taille angelegt und zuverlässig reproduziert werden konnten. Als Implantat
wurde die 3.0 HCS-Kompressionsschraube der Firma Synthes gewählt, die weithin
gebräuchlich ist. In dieser Untersuchung wurden die Kahnbeine vom rechten, bzw. linken
Arm desselben Körperspenders nach Frakturierung entweder axial oder im Gegenversuch um
10˚ abgekippt verschraubt und anschließend einem axialen Belastungstest unterzogen.
So konnten die in Bezug auf die Osteosynthese biomechanisch relevanten Größen Stabilität
und Festigkeit erfasst und die Resultate im direkten Paarvergleich einander gegenüber gestellt
werden.
Um diese biomechanischen Eigenschaften des Kahnbeins bei verschiedener Versorgung unter
axialer Belastung korrekt einschätzen zu können, musste ein entsprechender Testaufbau
entwickelt werden. Zunächst fanden Versuche an Polyurethan-Knochen statt, die als Vorlauf
zu den Untersuchungen an den Humanknochen zusätzliche Aussagekraft liefern sollten.
18
3. Material und Methodik
3.1 Implantat: 3.0 HCS Kompressionsschraube
Zur Osteosynthese der Kahnbeinfrakturen wurden sowohl in den Voruntersuchungen bei den
PU-Knochen als auch bei den Humanknochen jeweils 3.0 HCS-Schrauben der Firma Synthes
verwendet. Dies sind einzelteilige, selbstbohrende, selbstschneidende, kanülierte und
titanlegierte (TAN) Kompressionsschrauben mit einheitlichem Raster. Mit unterschiedlichen
Gewindegängen an den beiden Enden üben sie eine hohe interfragmentäre Kompressionskraft
aus und können als kopflose Schrauben im Knochen so versenkt werden, dass sie die
Kortikalis nicht mehr überragen. Sie eignen sich sowohl für den dorsalen Zugang über den
proximalen Pol, wie auch für den palmaren Zugang von distal.
In dieser Studie wurde ausschließlich die Insertion von proximal genutzt, um ein einheitliches
Vorgehen zu gewährleisten und weil damit eine zentrale Schraubenlage im proximalen
Fragment besser zu erreichen ist. Die implantierten Schrauben besaßen ein der Gesamtlänge
angepasstes langes oder kurzes Schaftgewinde [1 - in diesen Versuchen, korrespondierend zur
Schraubengröße, stets lang. Bei einem Kopfdurchmesser von 3 mm [2] wiesen sie eine feste
Kopfgewindelänge von 2 mm auf (siehe Abbildung 3). Die Schraubenlänge wurde für jedes
Kahnbeinpaar einzeln, innerhalb des Paares aber einheitlich festgelegt, sodass sowohl bei
axialer wie abgewinkelter Osteosynthese gleich lange Schrauben verwendet wurden. Diese
wurden so ausgewählt, dass sie einerseits sicheren Halt garantieren, also ausreichend lang
waren, andererseits aber in endgültiger Lage weder die Schraubenspitze die distale Kortikalis
durchbrechen noch der Schraubenkopf über die proximale Kortikalis hinausragen sollte. Wie
schon McCallister et al. (2003) und Dodds et al. (2006) in ihren Versuchen zeigen konnten
soll die Osteosynthese bei Kahnbeinfrakturen zentral am proximalen Pol eingebracht werden
um eine möglichst hohe Stabilität im zentralen Kegel verlaufend zu erzielen. Sie sollte zudem
zur Vermeidung eines Knorpelschadens und dem damit verbundenen Risiko einer
nachfolgenden Arthrose subchondral liegen.
[1] [2]
Abbildung 3: versenkbare Kompressionsschraube
19
3.2 Probenmaterial
Biologisches Material, wie das Kahnbein, weist trotz aller Konformität eine eigene
spezifische Form auf und zeigt in Abhängigkeit vom individuellen Körperbau auch in seiner
Größe und Dichte eine gewisse Varianz. Aus diesen Gründen und der begrenzten
Verfügbarkeit humaner Kahnbeine machte es Sinn, der Untersuchung an Leichenknochen
Versuche an künstlichen Knochen vorzuschalten. Sie unterscheiden sich produktionsbedingt
in den einzelnen Merkmalen nur minimal voneinander und sind als weitgehend identisch
anzusehen.
3.2.1 Kunstknochenmodell
Von den sechs einzelnen Kahnbeinen sollte der Knochen als Vorlage für die Polyurethan-
Kunststoffknochen dienen, der in seinen Messdaten, unter besonderer Berücksichtigung der
Achslänge, dem Durchschnitt aller vorhandenen Kahnbeine am Nächsten kam. Dies war das
Kahnbein L 16/07 mit einer Länge von 21,5 mm (Mittelwert Einzelknochen 21,2 mm;
Mittelwert 13 Kahnbeinpaare 22,5 mm) und einer Knochendichte von 116,3 mg/ccm
(Mittelwert Einzelknochen 89,4 mg/ccm; Mittelwert 13 Kahnbeinpaare 100,0 mg/ccm), siehe
Tabelle 3 und 8.
Die Knochendichte spielte für diese Auswahl eine untergeordnete Rolle, durch die
gleichartige und bereits bewährte Produktion waren die Kunstknochen in Form, Länge und
auch Dichte quasi identisch zueinander.
Die Kunstknochen, die auf Basis dieses humanen Kahnbeins produziert wurden, konnten alle
mit einer versenkbaren 20 mm langen HCS 3.0 Kompressionsschraube der Firma Synthes
versorgt werden.
20
Tabelle 3: Knochenmaße der sechs einzelnen Kahnbeine
Um nun Kopien von L 16/07 produzieren zu können, musste als erstes eine Hohlform hiervon
angefertigt werden. Dazu wurde es nach sorgfältiger Säuberung von allen Weichteilen genau
bis zur Hälfte in ein Metallgehäuse mit Knetmasse (Abbildung 4) gesetzt und die Gegenhälfte
spiegelbildlich in ein gleiches Kästchen, das aber statt mit Knete mit einer Formlösung aus
Rencast FC 52 Isocyanate und Rencast FC 52 Polyol im Mischungsverhältnis 1:1 befüllt war.
Diese gut verrührte Mischung musste indirekt beheizt werden, langsam trocknen und
aushärten, bevor die beiden Metallgehäuseteile wieder voneinander getrennt werden konnten.
Das Kahnbein wurde dann vorsichtig aus der Form gelöst, um über den gleichen Vorgang
dann die zweite Hälfte des Modells zu produzieren, wobei die soeben gefertigte harte erste
Hälfte, statt der Knetmasse, als Gegenseite diente. Nach den Aushärtungszeiten konnte der
Knochen herausgehoben und anschließend die Schalenhälften aus den Metallgehäusen
getrennt werden (Abbildung 5).
Abbildung 4: Metallgehäuse zur Schalenhälftenproduktion der PU-Knochen
Länge zentraler
Kegel
[ mm]
Schraubenlänge
[mm]
Dichte
[mg/ccm]
L 35/05 19,9 - 40,9
L 04/07 22,0 - 110,5
L 16/07 21,5 20,0 116,3
L 40/07 18,8 - 69,8
L 52/07 20,5 - 116,3
L 55/07 24,5 - 82,7
Mittelwert 21,2 20,0 89,4
Median 21,0 20,0 96,6
21
Abbildung 5: Schalenhälften zur PU-Knochen-Produktion
Nach Fertigstellung der beiden Schalen konnten die künstlichen Knochen produziert werden.
Hierzu mussten von außen Luftlöcher in die Formhälften an einer der Längsseiten bis zur
Kahnbeinhöhle gebohrt werden, um dem PU-Schaum die Möglichkeit zu geben sich
ausbreiten zu können, ohne die Knochenform zu verfälschen.
Die Formhälften sollten dann vor jeder Produktion eines weiteren künstlichen Kahnbeines
mit etwas Knetmasse beschichtet werden, um eventuelle Unebenheiten der Formhälften
auszugleichen. Dabei war besonders darauf zu achten, dem Ganzen keine neue Gestalt zu
geben, sondern die ursprüngliche Kontur beizubehalten.
Um die PU-Knochen später problemlos aus den Schalen herauslösen zu können, wurden
mehrere feine Schichten Trennlack PVA-rot auf die Formschalen aufgetragen. War der
Trennlack gut angetrocknet, konnten die synthetischen Knochen gegossen werden. Hierzu
stellte man ein Gemisch im Verhältnis 1:1 aus den beiden Komponenten PU-
Schaum/Komponente A 200 und B 100 her. Diese Mischung wurde in eine der beiden
Formschalehälften gefüllt und mittels Schraubzwingen und der zweiten Hälfte
zusammengepresst abgelegt (Abbildung 6). Das Kahnbeinmodell konnte, nachdem die PU-
Masse langsam über mehrere Stunden getrocknet und fest war, vorsichtig aus der Form
entnommen werden. Die künstlichen Knochen wurden anschließend von den Überständen
befreit (Abbildung 7).
Abbildung 6: befüllte Formhälften zur PU-Knochen-Produktion
22
Abbildung 7: PU-Knochen
Um die Struktur eines normalen humanen Knochens noch besser nachzuahmen fehlte dem
Polyurethanknochen eine kortikale Schicht. Diese festere Knochenrinde ließ sich mittels der
bereits bekannten Mischung im Verhältnis 1:1 aus Rencast FC 52 Isocyanate und Rencast FC
52 Polyol simulieren, welche gleichmäßig in 2 Schichten auf die getrockneten und gefestigten
PU-Kahnbeine aufgetragen wurde.
Nach dem Trocknen und Festigen wurden Überstände vorsichtig entfernt.
Insgesamt wurden 7 PU-Knochenpaare hergestellt, frakturiert, als Voruntersuchungen zu den
menschlichen Knochen osteosynthetisch versorgt und anschließend, ebenso wie die
Humanknochen, mittels axialem Belastungstest auf Stabilität untersucht.
3.2.2 Humanknochen
Zu den Untersuchungen dieser Studie wurden vom Anatomischen Institut Jena (Institut für
Anatomie I, Teichgraben 7, 07743 Jena, Ansprechpartnerin OÄ Dr. med. R. Fröber)
konservierte obere Extremitäten bereitgestellt, die diesem in den Jahren 2005-2008 von
Körperspendern „zu Lebzeiten aus freien Stücken und ohne Entgelt als Vermächtnis“ (Redies
2012) anvertraut worden waren. Insgesamt konnten so 40 Kahnbeinknochen entnommen
werden.
23
Altersverteilung
Humanknochen weiblich männlich gesamt
N 31 9 40
Mittelwert 78,06 75,22 77,43
Median 78 79 78
Standardabweichung 7,26 9,38 7,75
Minimum 62 63 62
Maximum 89 85 89
Spannweite 27 22 27
Tabelle 4: Altersverteilung der Humanknochen in Jahren
Altersverteilung
13 Kahnbeinpaare weiblich männlich gesamt
N 22 4 26
Mittelwert 77,42 74,5 78
Median 78 74,5 78
Standardabweichung 7,35 12,12 6,36
Minimum 70 64 64
Maximum 89 85 89
Spannweite 19 21 25
Tabelle 5: Altersverteilung der 13 gemessenen Kahnbeinpaare in Jahren
Zur Konservierung wurden die Knochen in ihrem anatomischen Verbund in Formaldehyd
eingelegt. Die Kahnbeine mussten aus ihrem Weichteilmantel heraus präpariert und aus der
Handwurzel gelöst werden, um sie so für die entsprechenden Untersuchungen und spätere
biomechanische Studie zugänglich zu machen. Zur Verfügung standen 6 einzeln und 17
paarig vorhandene Kahnbeine. Die insgesamt 40 Kahnbeine verteilten sich auf 23
verschiedene Spender im Alter von 62 bis 89 Jahren, mit einem Durchschnittsalter von 77
Jahren, davon waren 17 weiblichen und 6 männlichen Geschlechts (vgl. Tabelle 4). Da die
Studie im Paarvergleich ablaufen sollte, waren primär nur die 17 paarigen Kahnbeine von
Belang, um eine Seite axial und die andere Seite desselben Spenders um 10º abgewinkelt zu
operieren, von diesen wurden 13 Paare nach weiteren Untersuchungen der Studie zugeführt
(Altersverteilung Tabelle 5).
24
Um allgemeine Pathologien, bereits operativ versorgte oder auch frakturierte Kahnbeine
auszuschließen, wurden zunächst von allen Knochen konventionelle Röntgenaufnahmen in 2
Ebenen angefertigt, siehe Abbildung 8. Hierbei erwiesen sich alle vorhandenen Knochen als
gesund und ohne Hinweis auf frühere Operationen.
Abbildung 8: Humanes Kahnbein und sein Röntgenbild
Anschließend wurden die Handwurzelknochen mittels eines Messschiebers in ihrer
Längsachse vermessen. Vom zentralen Kegel des proximalen Pols, dem späteren
Schraubeneintrittspunkt, bis zum distalen Pol der zentralen Achse folgend (Abbildung 9). In
dieser Achslinie sollte die Schraube möglichst zentral im proximalen Kahnbeinpol inseriert
werden, um für eine hohe Stabilität zu sorgen; einmal genau axial und einmal bei gleichem
Eintrittspunkt um 10º verkippt. In die Untersuchungen aufgenommen wurden jedoch nur die
Knochen, die jeweils im Paarvergleich keine zu großen Differenzen zueinander aufwiesen;
die Längsachse der beiden zusammengehörenden Kahnbeine sollte keinen größeren
Unterschied als 1,0 mm zur Gegenseite aufweisen.
Das rechte und das linke Kahnbein eines Spenders sollten jeweils direkt miteinander
verglichen werden. Durch die Einschränkung des Längenunterschiedes mussten insgesamt 4
Kahnbeinpaare ausgeschlossen werden (L 17/06, L 06/07, L 19/07, L 35/07). Danach konnte
die Schraubenlänge für das jeweilige Skaphoidpaar festgelegt werden.
Abbildung 9: Längenmessung Kahnbein
25
Als nächstes wurden die Kahnbeine mittels peripherer quantitativer Computertomographie
(pQCT) auf ihre Knochendichte untersucht, wobei die Differenz paarintern nicht größer als 50
mg/ccm sein sollte (vgl. Abbildung 10). Dieser Faktor betraf allerding nur ein Kahnbeinpaar
(L 19/07), das aufgrund einer zu großen Längendifferenz ohnehin schon ausgeschlossen
wurde.
Abbildung 10: pQCT-Untersuchungen
Nach diesen Untersuchungen blieben von den ursprünglichen 17 Kahnbeinpaaren noch 13 für
die Studie übrig, siehe Tabelle 6.
Sie wurden in einem Gefrierschrank bei -18º C gelagert und für die Versorgung und
Untersuchung jeweils wieder aufgetaut.
Ausschluss aus
Studie
Länge
[mm]
Dichte
[mg/ccm] Ausscheidungsgrund
L 17/06 sinister 20,6 136,2
L 17/06 dexter 19,5 127,3
Differenz 1,1 8,9 Längenunterschied
L 06/07 sinister 21,3 83,2
L 06/07 dexter 22,8 103,2
Differenz 1,5 20,0 Längenunterschied
L 19/07 sinister 24,8 112,4
L 19/07 dexter 26,3 183,5
Differenz 1,5 71,1 Längen- &
Dichteunterschied
L 35/07 sinister 18,0 66,1
L 35/07 dexter 19,7 80,6
Differenz 1,7 14,5 Längenunterschied
Tabelle 6: Ausgeschlossene Kahnbeinpaare aus der Studie
26
Für die Knochenlänge wiesen die axial verschraubten Kahnbeine einen Mittelwert von
22,4 mm bei einer Standardabweichung von 2,3 mm auf; die um 10° verkippt versorgten
Knochen waren im Mittel 22,5 mm lang, bei einer Abweichung von 2,2 mm (Diagramm 1).
Demnach bestand in den beiden Gruppen (axial/10° verkippt versorgt) kein nennenswerter
bzw. signifikanter Unterschied für die Kahnbeinlänge; sie kann als gleich angesehen werden.
Statistisch lässt sich dies mit dem p-Wert 0,9555 bekräftigen, der erst bei Werten < 0,05
Signifikanz ausdrückt.
Diagramm 1: Knochenlänge der 13 humanen Kahnbeinpaare in mm
Auch hinsichtlich der Knochendichte waren beide Gruppen identisch. Sie betrug bei den axial
verschraubten Kahnbeinen im Mittel 98,6 mg/ccm mit einer Standardabweichung von 47,7
mg/ccm; bei den verkippt versorgten betrug sie 101,4 mg/ccm bei einer Abweichung von 47,9
mg/ccm (Diagramm 2). Der p-Wert liegt hier bei 0,753.
Diagramm 2: Knochendichte der 13 humanen Kahnbeinpaare in mg/ccm
22,4 22,5
0
10
20
30 Knochenlänge in mm
axial 10˚ verkippt
98,6 101,4
0
50
100
150
200 Knochendichte in mg/ccm
axial 10˚ verkippt
27
3.3 Methodik
3.3.1 Operationstechnik
Die Operationstechnik und allgemeine Vorbereitung für die anschließenden Untersuchungen
waren bei den PU-Knochen und den humanen Kahnbeinen identisch. Versuchsaufbau und
Instrumentarium siehe Abbildungen 11 und 12.
Abbildung 11: Versuchsaufbau I – IV
Abbildung 12: Instrumentarium V – VIII
I II III IV
V
VI
VII VIII
28
3.3.1.1 Schraubenlage
Der Versuchsaufbau wurde so gewählt, dass er einem dorsalen operativen Zugang entsprach,
das Kahnbein wurde also jeweils vom proximalen Pol her verschraubt.
Da diese Studie als Paarvergleich angelegt war, bedeutet dies, dass das linke und das rechte
Kahnbein eines jeweiligen Spenders in verschiedenen Winkeln verschraubt wurde und direkt
miteinander verglichen werden konnte. Paarintern unterschieden sich die Knochen weder in
ihrer zentralen Längsachse, in ihren Dichteparametern noch in ihrer Schraubenlänge
voneinander. Einzig die Lage der Schraube unterschied die beiden zusammengehörigen
Kahnbeine somit voneinander.
Unter Wahrung des Zufallsprinzips wurde bei der Verschraubung eine gleichmäßige
Seitenverteilung rechts/links für die axiale und die 10° verkippte Osteosynthese angestrebt.
Die 13 humanen Kahnbeinpaare blieben rechts-links miteinander verbunden.
Es wurden sieben linke und sechs rechte Kahnbeine axial und folglich sechs linke und sieben
rechte schräg zum Bruchspalt versorgt, wobei paarintern jedes Knochenpaar, durch die
Voruntersuchungen bestätigt, weitgehend identisch war.
3.3.1.2 Schnittebene definieren
Zunächst einmal wurde der zu versorgende Knochen in Vorrichtung I (Abbildung 11) so
eingespannt, dass sich der zentrale Kahnbeinkegel in der Längsachse genau zwischen den
beiden vorhandenen Spitzen der Halterung befand (Abbildung 13). In diesem Kegel sollte die
Schraube eingebracht werden. Bereits bei diesem ersten Schritt wurde die zentrale
Skaphoidachse festgelegt, welche für die osteosynthetische Versorgung bei diesen Versuchen
mitentscheidend war, denn genau in dieser Längsachse sollte die Osteosynthese in axialer,
bzw. in einer dazu um 10º abgewinkelten Lage eingebracht werden. Am proximalen zentralen
Pol wurde der Schraubeneintrittspunkt zu diesem Zeitpunkt bereits definiert.
Die Längsachse verläuft im geraden Verlauf weiter bis zur distalen Kortikalis; dieser
Endpunkt ist aufgrund der Skaphoidkrümmung jedoch nicht zwingendermaßen identisch mit
dem distalen Kahnbeinpol.
Das Skaphoid wurde stets so eingespannt, dass der proximale Pol sich oben befand. Mithilfe
der Feinjustierung konnte dann genau die mittlere Schnittebene des Kahnbeins festgelegt
29
werden. Durch diese Hilfsmaßnahme wurde sichergestellt, dass die freie Knochenfläche
zwischen den beiden PU-Polen bei allen Kahnbeinen konstant gleich blieb, die mittlere
Schnittebene definiert wurde und es dadurch z.B. nicht zu unterschiedlichen Hebelwirkungen
kommen konnte. Alle Knochen, unabhängig von ihrer Größe, gingen so mit den gleichen
Voraussetzungen in die Versuche. Nach diesen Einstellungen konnte der distale Pol in einen
runden Polyurethan-Harz-Block aus einer Mischung im Verhältnis 2:1 aus Technovit 3040
und Technovit Universal Liquid eingegossen werden.
Abbildung 13: Definieren der Schnittebene
3.3.1.3 Fraktur setzen
Bei dieser Studie ging es um die osteosynthetische Versorgung nicht-dislozierter
Querfrakturen des Kahnbeins im mittleren Drittel. In unserem Fall setzten wir die Osteotomie
so, dass die Frakturlinie im rechten Winkel zur Längsachse des zentralen Kahnbeinkegels lag.
Vor dem Setzen der Fraktur musste im Kahnbein zunächst ein Schraubenkanal vorgebohrt
werden, damit nicht die Gefahr bestand, dass es zu Verdrehungen zwischen den beiden
Kahnbeinhälften kommt und die Schraube somit nicht ihren geplanten Lauf nimmt.
Hierfür wurde das Kahnbein in Vorrichtung II ( vgl. Abbildung 11) eingespannt, bei der eine
genaue Verkippung, in unserer Studie bei 10 º, in der dorso-palmaren Ebene festgelegt
werden konnte (Abbildung 14). Der Bohrkanal wurde mittels des im Operationsset der Firma
30
Synthes enthaltenen Spiralbohrers V (Abbildung 12) mit einem Außendurchmesser von 2,0
mm gesetzt.
Abbildung 14: Schraubenkanalbohrung axial links und um 10º verkippt rechts
Danach konnte bei dem Knochen die vorgesehene Querfraktur gesägt werden. Hierzu wurden
die Kahnbeine in Vorrichtung III (vgl. Abbildung 11) eingespannt und mit einer Handsäge VI
(vgl. Abbildung 12) frakturiert. Das Sägeblatt hatte eine Breite von 0,6 mm (Abbildung 15).
Abbildung 15: Setzen der Querfraktur
3.3.1.4 Osteosynthetische Versorgung
Nach dem Frakturieren der Kahnbeine konnten diese jeweils paarweise mit gleichlangen
Schrauben versorgt werden, um nicht aufgrund differenter Schraubenlänge und einer dadurch
veränderten Biomechanik unterschiedliche Ergebnisse herbeizuführen und so einen
einwandfreien Vergleich auf Basis der Schraubenlage gewährleisten zu können.
Diese Schrauben waren im Mittel 20,9 mm lang (vgl. Tabelle 7 und 8). Sie wurden so
ausgewählt, dass einerseits das Schnittdefizit von 0,6 mm durch das Setzen der Fraktur mit
31
der Säge eingerechnet wurde und andererseits die Schraube für optimalen Halt subchondral
enden sollte, ohne die Gelenkfläche zu verletzen.
Tabelle 7: Schraubenlängenauswahl in Anzahl an Paaren nach der
Kahnbeinlängenmessung
Schraubenlänge
in mm
eingesetzte
Paare
16 1
19 2
20 3
21 1
22 3
23 1
24 2
32
Auswahl Kahnbein
Längen
[mm]
Dichte
[mg/ccm]
Schraubenlänge
[mm]
1. L 47/05 sinister 25,7 67,6
L 47/05 dexter 25,3 81,2
Differenz 0,4 13,6 23
2. L 27/07 sinister 25,6 219,1
L 27/07 dexter 25,3 225,6
Differenz 0,3 6,5 24
3. L 32/07 sinister 25,1 116,0
endgültig L 32/07 dexter 25,7 141,6
Differenz 0,6 25,6 24
4. L 37/07 sinister 19,7 165,9
L 37/07 dexter 20,1 156,7
Differenz 0,4 9,2 19
5. L 47/07 sinister 22,0 69,4
L 47/07 dexter 21,9 72,7
Differenz 0,1 3,3 20
6. L 48/07 sinister 22,6 73,1
endgültig L 48/07 dexter 22,8 75,8
Differenz 0,2 2,7 22
7. L 56/07 sinister 23,4 89,1
L 56/07 dexter 24,3 128,0
Differenz 0,9 38,9 22
8. L 59/07 sinister 23,8 69,1
L 59/07 dexter 23,0 99,8
Differenz 0,8 30,7 22
9. L 01/08 sinister 22,5 117,7
L 01/08 dexter 22,5 83,0
Differenz 0,0 34,7 21
10. L 05/08 sinister 20,8 62,5
endgültig L 05/08 dexter 20,5 72,4
Differenz 0,3 9,9 19
11. L 14/08 sinister 21,0 71,1
L 14/08 dexter 21,4 72,2
Differenz 0,4 1,1 20
12. L 15/08 sinister 21,2 53,8
L 15/08 dexter 21,2 88,4
Differenz 0,0 34,6 20
13. L 22/08 sinister 18,4 63,6
endgültig L 22/08 dexter 17,9 64,9
Differenz 0,5 1,3 16
Mittelwert 22,5 100,0 20,9
Median 22,5 78,5 21,0
Tabelle 8: Kahnbein- und Schraubenlängenauswahl paarige Knochen
33
Die Osteosynthese wurde zentral am proximalen Pol des Kahnbeins am bereits gesetzten
Bohrkanal angesetzt und zur Simulation der klinischen Situation über einen dorsalen Zugang
mittels Kompressionshülse (Vorrichtung VII, Abbildung 12) in Zweifinger-Technik inseriert
(Newport et al. 1996, Toby et al. 1997). Sobald das Schaftgewinde die zweite distale Hälfte
des Knochens erreichte und die Spitze der Hülse dem Kahnbein auflag, kam es durch weiteres
Drehen zum Schluss des Frakturspaltes und zur erwünschten Kompression. Die endgültige
Kompression wurde allerdings erst unmittelbar vor den abschließenden Stabilitätsprüfungen
durchgeführt, um zu vermeiden, dass zwischenzeitlich ein Verlust der Kompressionskraft
eintrat (vgl. Abbildung 16). Die Knochen wurden somit alle unter denselben Voraussetzungen
getestet.
Nach der endgültigen Kompression, kurz vor den Untersuchungen der Knochen, blieb die
Kompressionshülse noch auf der Schraube. Nun wurde mittels eines mit farblichen
Markierungen versehenen Schraubendrehers die Osteosynthese im Knochen versenkt, ohne
dabei eine weitere Kompression auszuüben (Vorrichtung VIII, vgl. Abbildung 12 und 16).
Abbildung 16: Schraubeneinbringung, Gebrauchsanweisung nach Synthes
34
3.3.1.5 Einbetten des proximalen Kahnbeinpols
Zur Sicherstellung der korrekten Schraubenlage wurden Röntgenkontrollaufnahmen aller
Kahnbeine in 2 Ebenen durchgeführt (vgl. Abbildung 17. Danach konnte die oben
beschriebene endgültige Kompression, das Eingießen des proximalen querovalen Pols und die
Stabilitätsüberprüfung erfolgen. Die eingebrachten Schrauben endeten mit dem Ziel maximale
Stabilität zu erzielen subchondral (Dodds et al. 2006).
Abbildung 17: kontrollierende Röntgenaufnahmen in 2 Ebenen der 13 versorgten
Kahnbeinpaare
Um die Knochen in die Testmaschine einspannen zu können, waren sowohl der proximale als
auch der distale Kahnbeinpol in Polyurethan-Harz (PU-Hartz) eingelassen. Dafür wurde
zunächst der Schraubenkopf am proximalen Pol mit etwas Knetmasse überdeckt, um sicher zu
gehen, dass er nicht in der Polyurethanmasse fest eingegossen wird und eine falsch hohe
Stabilität vortäuscht.
Das operativ versorgte Kahnbein wurde in die Vorrichtung IV (Abbildung 11) so eingespannt,
dass die Gelenkfläche zum Os capitatum in Richtung der Schraube an Vorrichtung IV am
distalen Pol zum Festziehen des Polyurethanblocks zeigte. Nun konnte der proximale Pol des
Skaphoids eingegossen werden. Auch nach dem Eingießen in einen Polyurethanblock konnten
beide Kahnbeinpole eindeutig voneinander unterschieden werden. Der distale PU-Block wies
eine runde Form auf, während der zuletzt eingegossene proximale Pol eine querovale Form
hatte. Dadurch konnte das Kahnbein nur auf diese eine vorgegebene Weise in den Testaufbau
eingespannt und Verwechslungen der beiden Pole vermieden werden (vgl. Abbildung 18).
35
Abbildung 18: eingießen des proximalen Kahnbeinpols in einen Polyurethan-Block
3.3.1.6 Kontrolle der Schraubenlage nach den Versuchen
Alle 13 Kahnbeinpaare wurden, wie beschrieben, für die biomechanischen Untersuchungen
vorbereitet und getestet. Den Röntgen-Aufnahmen schloss sich noch eine
Computertomographie (CT) aller in die Studie einbezogenen Skaphoidknochenpaare an, um
nochmals sicherzustellen, dass eine korrekte Versorgung bestand (vgl. Abbildung 19 und 20).
Dabei konnte bei einigen Kahnbeinen die Schraubenlage nicht sicher im gesamten Verlauf
dargestellt werden, z.B. endete die Schraube nicht subchondral, sondern durchbrach die
Kortikalis knapp. Diese Knochen waren nicht nach den Prämissen dieser Studie versorgt und
mussten demzufolge ausgeschlossen werden. Von den ursprünglich 13 blieben so noch 4
Kahnbeinpaare übrig, von welchen auch eine abschließende statistische Erhebung
durchgeführt wurde.
Abbildung 19: Röntgenkontrolle nach Versorgung und Stabilitätsuntersuchung
36
Abbildung 20: CT-Untersuchung Kahnbein
3.3.2 Testsetup
3.3.2.1 Testablaufüberblick
Als Vorversuche wurden zunächst 7 Kunstknochenpaare nach der osteosynthetischen
Versorgung auf ihre Stabilität hin untersucht. Danach wurden dann insgesamt 13 humane
Kahnbeinpaare getestet, wovon noch 4 Paare nach einer abschließenden CT-Untersuchung
übrig blieben.
Der Ablauf war bei den PU-Knochen und bei den Humanknochen identisch. Nach den
Voruntersuchungen erfolgte das Eingießen des distalen Kahnbeinpols, danach die
Frakturierung und osteosynthetischen Versorgung, daraufhin wurden die Kahnbeine
röntgenologisch auf eine korrekte Schraubenlage kontrolliert. Nach der anschließenden und
endgültigen Kompression durch die Zugschraube, wurde der proximale Kahnbeinpol in ein
PU-Block eingegossen und die Knochen dann fest in die Prüfmaschine eingespannt und
jeweils unverzüglich auf ihre biomechanische Stabilität, also auf ihre Festigkeit und
Steifigkeit, hin untersucht.
Hierzu belastete die Prüfmaschine das Kahnbein mit axialem Druck, bis zur Versagensgrenze
von 2 mm Verformung oder bis zum Knochenbruch. Die Prüfvorrichtung nahm die
gemessenen Werte direkt ab und dokumentierte sie für die anschließende Auswertung.
37
3.3.2.2 Maschine, Statistik und Datenauswertung
Die Messungen wurden mit einer Prüfvorrichtung der Firma Zwick/Roell durchgeführt. Es
handelte sich um eine Zwicki-Line Z 2.5 Prüfmaschine, siehe Abbildung 21. Diese
Vorrichtung besitzt eine am Lastrahmen angebrachte digitale Mess-, Steuer- und
Regelelektronik "testControl", um die einzelnen Parameter über verschiedene Messkanäle
direkt aufnehmen zu können. Zudem ist zusätzlich ein digitales Wegmesssystem angebracht.
Ein Computer mit der Prüfsoftware "testXpert ® II" erfasste die Daten.
Abbildung 21: Prüfmaschine und Arbeitsplatz
Die Datenauswertung erfolgte mittels Excel (Microsoft Office ®, 2007) und SPSS (SPSS
17.0). Der Stichprobenumfang humaner Kahnbeinpaare betrug 13 bzw. 4. Alle Werte
orientierten sich an einem Signifikanzniveau von p ≤ 0,05.
Für die Untersuchungen mussten zu Beginn Versagenskriterien festgelegt werden. Diese
wurden als Kraftabfall in der Kraft-Weg-Kurve definiert bzw. bei einer als nicht mehr stabil
anzusehenden Verformung von mehr als 2 mm.
Für den Test bedeutete dies, dass die Knochen bis zu ihrem Bruch oder einer plastischen
Verformung von maximal 2 mm und damit einer instabilen Versorgung getestet wurden. Dies
ging als Festigkeit in N in die Auswertung ein.
Neben der Festigkeit wurde noch die Steifigkeit in N/mm anhand des E-Moduls bei axialer
Belastung bestimmt.
38
3.3.2.3 Prüfvorrichtung
Im Rahmen dieser Messungen wurden die Knochen mit ihren in PU-Harz eingegossenen
Polen fest in die Prüfvorrichtung eingespannt, der distale runde Pol in der oberen
Einspannungsvorrichtung, der proximale querovale Pol in der unteren (vgl. Abbildung 22).
Bei diesem axialen Drucktest sollte das Kahnbein in möglichst anatomischer Stellung
untersucht werden und wurde dazu in einem 45° Winkel fixiert (vgl. Abbildung 23), was der
natürlichen Stellung am nächsten kam und der dorsal-volaren Belastung des Knochens im
Gelenk entspricht (Smith et al. 1989). Der untere Kahnbeinteil war zusätzlich auf einem
Kreuztisch montiert, um mögliche Ausscherbewegungen auszugleichen und so eine reine
axiale Druckbelastung zu gewährleisten (vgl. Abbildung 23).
Abbildung 22: Aufhängung für das Kahnbein
Abbildung 23: Kreuztisch mit 45° Winkel zur Kahnbeineinspannung
39
3.3.2.4 Belastungsrichtung und Krafteinleitung
Für die Auswahl der Testkriterien dieser Studie sollte die Hauptbelastungsrichtung der
menschlichen Handwurzelreihe und im Besonderen des Kahnbeins herangezogen werden. Bei
der menschlichen Hand ist dies unter Belastung und vor allem in potentiellen
Verletzungssituationen, wie zum Beispiel einem Sturz auf die ausgestreckte Hand, in axialer
Richtung (vgl. Abbildung 24). Torsionskräfte spielen eine zu vernachlässigende Rolle und
blieben deswegen unberücksichtigt. Die Kahnbeinknochen wurden bei den Versuchen
dementsprechend einzig einer axialen Belastung ausgesetzt, um die entsprechenden
physiologischen Belastungen zu repräsentieren (Smith et al. 1989).
Abbildung 24: Belastungsrichtung
Zur Untersuchung der mechanischen Stabilität wurden die Kahnbeine in der oben erwähnten
Prüfvorrichtung einem axialen Druck ausgesetzt. Sie wurden entsprechend ihrer anatomischen
Lage im Knochenverbund so eingespannt, wie es der tatsächlichen Kraftausrichtung bei
maximaler Belastung entspricht. Diese Druckbelastung wurde automatisch von 0 N an bis zur
definierten Versagensgrenze erhöht. Die Messungen dieser Studie betrafen die
entscheidenden biomechanischen Größen Steifigkeit in N/mm und Festigkeit in N.
axiale Belastung
Schraubenlage
45° Winkel
40
4 Ergebnisse
In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse der biomechanischen Untersuchungen dargestellt
und zusammengefasst, jeweils im Vergleich der axial und der um 10˚ verkippt versorgten
Kahnbeine, zunächst für die Polyurethan- und danach für die Leichenknochen.
4.1 Axialer Belastungstest Kunstknochenmodell
Insgesamt wurden 7 PU-Knochenpaare der Studie zugeführt. Aufgrund der Tatsache, dass
ihre Länge und Dichte als quasi-identisch und die eingebrachten Schrauben gleich lang waren,
konnten beide Gruppen - axial bzw. abgewinkelt versorgt - in den Tests ohne Einschränkung
miteinander verglichen werden.
Jeder PU-Knochen wurde bis zum Bruch, was in der Messkurve an einem rapiden Abfall zu
erkennen war, oder bis zu einer Verformung von 2 mm getestet. Die Messungen betrafen die
Steifigkeit in N/mm und die Festigkeit in N (vgl. Tabellen 9 und 10, Diagramme 3 und 4).
Für die Steifigkeit ergab sich bei den 7 axial versorgten Kahnbeinen ein Mittelwert von 35,0
N/mm, bei einer Standardabweichung von 13,1 N/mm. Dahingegen erreichten die 7 um 10˚
verkippt versorgten Kahnbeine im Mittel eine Steifigkeit von 32,7 N/mm bei einer
Standardabweichung von 9,3 N/mm.
Für die Festigkeit ergab sich unter den axial versorgten Kahnbeinen ein Mittelwert von 48,1 N
bei einer Standardabweichung von 19,5 N, wobei die Festigkeit für die um 10˚ verkippt
versorgten Kahnbeinen einen Mittelwert von 41,6 N mit einer Standardabweichung von 13,2
N aufwies.
Trotz der unterschiedlichen Versorgungsart kam es also bei den PU-Knochen in den beiden
Gruppen zu sehr ähnlichen Endergebnissen; die Differenz der Mittelwerte für die Steifigkeit
betrug lediglich 2,3 N/mm und für die Festigkeit 6,5 N. Die Resultate sind somit als nahezu
identisch anzusehen, ohne wesentlichen Unterschied zwischen der axialen und der um 10˚
verkippten Osteosynthese.
41
axial Steifigkeit
[N/mm]
Festigkeit
[N]
P 1-O 30,8 25,8
P 3-O 36,1 60,0
P 5-O 11,3 17,6
P 7-O 51,5 46,5
P 9-O 42,8 66,8
P 11-O 28,7 53,6
P 13-O 43,8 66,1
Mittelwert 35,0 48,1
Standardabweichung 13,1 19,5
Tabelle 9: Belastungstest axial versorgte PU-Knochen
10˚ verkippt Steifigkeit
[N/mm]
Festigkeit
[N]
P 2-S 18,1 25,1
P 4-S 35,0 53,3
P 6-S 32,0 31,0
P 8-S 49,6 28,3
P 10-S 29,4 54,0
P 12-S 33,0 55,2
P 14-S 31,9 44,0
Mittelwert 32,7 41,6
Standardabweichung 9,3 13,2
Tabelle 10: Belastungstest um 10˚ verkippt versorgte PU-Knochen
42
Diagramm 3: unter axialer Belastung getestete Steifigkeit
der Kunstknochen mit Mittelwerten in N/mm
Diagramm 4: unter axialer Belastung getestete Festigkeit
der Kunstknochen mit Mittelwerten in N
35,0 32,7
0
20
40
60 Steifigkeit PU-Knochen in N/mm
axial 10˚ verkippt
48,1 41,6
0
20
40
60
80 Festigkeit PU-Knochen in N
axial 10˚ verkippt
43
4.2 Humanknochen
Die hier aufgeführten Resultate haben ihren Ursprung in den Untersuchungen an den
humanen Kahnbeinen.
4.2.1 Axialer Belastungstest Humanknochen
Alle 13 humanen Kahnbeinpaare, wie auch die PU-Knochen, wurden bis zum Bruch oder
einer plastischen Verformung von 2 mm als Versagensgrenze sowohl hinsichtlich axialer
Steifigkeit wie auch Festigkeit mittels axialer Belastung getestet, siehe Tabellen 11, 12 und
13.
axial Steifigkeit
[N/mm]
Festigkeit
[N]
Knochendichte
[mg/ccm]
Länge
[mm]
Schraubenlänge
[mm]
L 47/05-dex-O 78,9 49,3 81,2 25,3 23,0
L 27/07-sin-O 105,0 108,0 219,1 25,6 24,0
L 32/07-dex-O 35,0 36,2 141,6 25,7 24,0
L 37/07-dex-O 13,6 84,2 156,7 20,1 19,0
L 47/07-sin-O 21,7 42,1 69,4 22,0 20,0
L 48/07-dex-O 47,2 62,4 75,8 22,8 22,0
L 56/07-sin-O 34,1 30,3 89,1 23,4 22,0
L 59/07-sin-O 31,9 27,5 69,1 23,8 22,0
L 01/08-sin-O 52,1 93,5 117,7 22,5 21,0
L 05/08-dex-O 115,0 103,1 72,4 20,5 19,0
L 14/08-sin-O 19,9 19,0 71,1 21,0 20,0
L 15/08-sin-O 78,8 60,9 53,8 21,2 20,0
L 22/08-dex-O 35,7 23,6 64,9 17,9 16,0
Mittelwert 51,5 56,9 98,6 22,4 20,9
Standard-
abweichung 32,8 31,2 47,7 2,3 2,3
Tabelle 11: axiale Versorgung 13 Kahnbeinpaare
44
10˚ verkippt Steifigkeit
[N/mm]
Festigkeit
[N]
Knochendichte
[mg/ccm]
Länge
[mm]
Schraubenlänge
[mm]
L 47/05-sin-S 44,6 48,9 67,6 25,7 23,0
L 27/07-dex-S 101,0 157,2 225,6 25,3 24,0
L 32/07-sin-S 118,0 145,2 116,0 25,1 24,0
L 37/07-sin-S 106,0 116,5 165,9 19,7 19,0
L 47/07-dex-S 116,0 100,0 72,7 21,9 20,0
L 48/07-sin-S 109,0 82,8 73,1 22,6 22,0
L 56/07-dex-S 34,2 14,2 128,0 24,3 22,0
L 59/07-dex-S 70,4 103,7 99,8 23,0 22,0
L 01/08-dex-S 114,0 170,2 83,0 22,5 21,0
L 05/08-sin-S 65,3 42,8 62,5 20,8 19,0
L 14/08-dex-S 35,7 39,8 72,2 21,4 20,0
L 15/08-dex-S 31,7 37,8 88,4 21,2 20,0
L 22/08-sin-S 83,3 53,4 63,6 18,4 16,0
Mittelwert 79,2 85,6 101,4 22,5 20,9
Standard-
abweichung 33,9 50,9 47,9 2,2 2,3
Tabelle 12: um 10˚ verkippte Versorgung 13 Kahnbeinpaare
Steifigkeit
[N/mm]
Festigkeit
[N]
35 % 34 %
Tabelle 13: relativer Unterschied axial zu um 10˚ verkippt versorgte 13 Kahnbeinpaare
45
Dabei zeigte sich für die axial verschraubten Kahnbeine eine Steifigkeit von 51,5 N/mm bei
einer Standardabweichung von 32,8 N/mm, wohingegen die um 10˚ verkippt versorgten
Kahnbeine bei einer Standardabweichung von 33,9 N/mm eine axiale Steifigkeit von 79,2
N/mm, also deutlich stabilere Werte aufweisen (vgl. Diagramm 5). Im Vergleich macht das
einen relativen Unterschied von 35 % aus. Durch diese Effektgröße ist eine gerichtete
Alternativhypothese angebracht, sodass hier auf einseitige, statt auf zweiseitige Signifikanz
mittels Wilcoxon-Test getestet werden kann und man ausgehend von einem
Signifikanzniveau von p<0,05 und einem p-Wert von 0,037 zu einem signifikanten
Unterschied kommt. Die abgewinkelt versorgten Kahnbeine sind in Bezug auf die Steifigkeit
den axialen signifikant überlegen.
Diagramm 5: Steifigkeit in N/mm der 13 humanen Kahnbeinpaare
nach axialem Belastungstest
Die Festigkeit bei einer Versagensgrenze von 2 mm liegt bei den axial verschraubten
Kahnbeinen bei 56,9 N, bei einer Standardabweichung von 31,2 N. Dahingegen zeigen sich
die um 10° abgewinkelt versorgten Humanknochen mit 85,6 N und einer
Standardabweichung von 50,9 N wesentlich stabiler (Diagramm 6). Der relative Unterschied
beträgt 34 %. Auch hier existiert dank der Effektgröße von 34 % eine gerichtete
Alternativhypothese, wodurch ein p-Wert von 0,023 zustande kommt, was bei p <0,05
bedeutet, dass die um 10° verkippt versorgten Kahnbeine signifikant stabiler sind als die axial
versorgten Knochen.
51,5
79,2
0
50
100
150 Steifigkeit in N/mm
axial 10˚ verkippt
46
Diagramm 6: Festigkeit der 13 humanen Kahnbeinpaare
nach axialem Belastungstest in N
Neben der Steifigkeit und Festigkeit wurde zusätzlich untersucht, ob ein Zusammenhang
zwischen Knochendichte und Festigkeit besteht. Diese Korrelation wurde nach Pearson
bestimmt. Die axial verschraubten Kahnbeine wiesen einen p-Wert von 0,516 auf gegenüber
einem p-Wert von 0,401 bei den um 10° verkippt verschraubten Kahnbeinen. Ausgehend von
einem Signifikanzniveau von p<0,05 ist ein Zusammenhang zwischen Knochendichte und
Festigkeit für beide Versorgungsarten bei 13 Humanknochenpaaren mit hoher
Wahrscheinlichkeit auszuschließen.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass trotz identischer Voraussetzungen in den beiden
Gruppen (gleiche Knochenlänge und -dichte, paarweise gleiche Schraubenlänge) die um 10°
abgewinkelt verschraubten Kahnbeine bei der Osteosynthese deutlich stabilere Resultate
zeigten als die axial versorgten. Der Unterschied war signifikant und betraf sowohl die
Steifigkeit (in N/mm), als auch die Festigkeit (in N).
56,9
85,6
0
50
100
150 Festigkeit in N
axial 10˚ verkippt
47
4.2.2 Untersuchungen der Humanknochen nach der Studie
Nach der Studie wurden die Kahnbeine noch einmal abschließend mittels CT untersucht, um
die korrekte Achsenlage zu kontrollieren oder auch eine mögliche Kortikalisperforation
auszuschließen (Abbildung 20). Von den getesteten 26 Kahnbeinen konnte ein solches
Überschreiten der Kortikalis bei zwölf Kahnbeinen nicht sicher ausgeschlossen werden; bei
anderen konnte die Schraubenlage nicht vollständig dargestellt werden (Tabelle 14). Diese
Kahnbeine konnten daher nicht vorbehaltlos in die Endergebnisse der Studie aufgenommen
werden (L 47/05-dex-O, L 27/07-dex-S, L 37/07-dex-O, L 47/07-dex-S, L 56/07-sin-O, L
56/07-dex-S, L 59/07-dex-S, L 01/08-sin-O, L 01/08-dex-S, L 14/08-dex-S, L 15/08-sin-O, L
15/08-dex-S). Sie teilten sich in 5 axial und 7 um 10° verkippt versorgte Skaphoide auf, dabei
waren 8 von der rechten Seite, 4 von links.
48
Tabelle 14: Ausschluss der Kahnbeine nach dem CT
Nr. 3, 6, 10 und 13 gingen in die endgültige Auswertung der humanen Kahnbeinpaare ein.
Nr. Kahnbeinbezeichnung Versorgung Versorgungskontrolle
1 L 47/05-dex-O axial nicht sicher korrekt
L 47/05-sin-S 10° verkippt korrekt
2 L 27/07-sin-O axial korrekt
L 27/07-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt
3 L 32/07-dex-O axial korrekt
L 32/07-sin-S 10° verkippt korrekt
4 L 37/07-dex-O axial nicht sicher korrekt
L 37/07-sin-S 10° verkippt korrekt
5 L 47/07-sin-O axial korrekt
L 47/07-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt
6 L 48/07-dex-O axial korrekt
L 48/07-sin-S 10° verkippt korrekt
7 L 56/07-sin-O axial nicht sicher korrekt
L 56/07-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt
8 L 59/07-sin-O axial korrekt
L 59/07-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt
9 L 01/08-sin-O axial nicht sicher korrekt
L 01/08-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt
10 L 05/08-dex-O axial korrekt
L 05/08-sin-S 10° verkippt korrekt
11 L 14/08-sin-O axial korrekt
L 14/08-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt
12 L 15/08-sin-O axial nicht sicher korrekt
L 15/08-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt
13 L 22/08-dex-O axial korrekt
L 22/08-sin-S 10° verkippt korrekt
49
Da es sich um Paar vergleichende Studie handelt, musste auch noch ihr jeweiliger Gegenpart
ausgeschlossen werden. Bei diesen zwölf Skaphoiden handelte es sich um drei Paare und
sechs Einzelknochen, sodass insgesamt 9 Paare ausscheiden mussten und noch 4 mit eindeutig
korrekter Schraubenlage für die Endauswertung verblieben (L 32/07, L 48/07, L 05/08, L
22/08).
Diese 4 humanen Kahnbeinpaare (Gruppe Y) zeigten, wie auch die 13 Paare (Gruppe X)
zuvor, bessere Werte zugunsten der abgewinkelten Osteosynthese; weisen allerdings keine
Signifikanz mehr auf. Sie waren in Dichte (88,7 mg/ccm axial und 78,8 mg/ccm verkippt bei
einem p-Wert von 0,699), Knochenlänge (21,7 mm sowohl axial als auch verkippt bei einem
p-Wert von 1,0) und auch Schraubenlänge (beide Versorgungsarten 20,3 mm mit p=1,0)
aufgrund der Versuchsbedingungen gleich (vgl. Tabelle 15 und 16, Diagramme 7 und 8).
axial Steifigkeit
[N/mm]
Festigkeit
[N]
Knochendichte
[mg/ccm]
Länge
[mm]
Schraubenlänge
[mm]
L 32/07-dex-O 35,0 36,2 141,6 25,7 24,0
L 48/07-dex-O 47,2 62,4 75,8 22,8 22,0
L 05/08-dex-O 115,0 103,1 72,4 20,5 19,0
L 22/08-dex-O 35,7 23,6 64,9 17,9 16,0
Mittelwert 58,2 56,3 88,7 21,7 20,3
Standard-
abweichung 38,3 35,1 35,6 3,3 3,5
Tabelle 15: axiale Versorgung 4 Kahnbeinpaare
10˚ verkippt Steifigkeit
[N/mm]
Festigkeit
[N]
Knochendichte
[mg/ccm]
Länge
[mm]
Schraubenlänge
[mm]
L 32/07-sin-S 118,0 145,2 116,0 25,1 24,0
L 48/07-sin-S 109,0 82,8 73,1 22,6 22,0
L 05/08-sin-S 65,3 42,8 62,5 20,8 19,0
L 22/08-sin-S 83,3 53,4 63,6 18,4 16,0
Mittelwert 93,9 81,1 78,8 21,7 20,3
Standard-
abweichung 24,1 46,0 25,3 2,8 3,5
Tabelle 16: um 10˚ verkippte Versorgung 4 Kahnbeinpaare
50
Diagramm 7: Knochenlänge der 4 humanen Kahnbeinpaare
Diagramm 8: Knochendichte der 4 humanen Kahnbeinpaare
Die Mittelwerte für die Steifigkeit betrugen in der 4er-Gruppe Y (vgl. Diagramm 9), die in
die endgültige Auswertung gelangte, bei der axialen Versorgung 58,2 N/mm im Vergleich zu
51,5 N/mm in der 13er-Ausgangsgruppe X, also um einen Anteil von 11,5 % erhöht. Bei
abgewinkelter Verschraubung waren es 93,9 N/mm (Y) gegenüber 79,2 N/mm (X), einen
um 15,7 % höheren Wert. Insgesamt ist das Resultat der Steifigkeit der 4er-Gruppe Y um
13,6 % höher als bei der 13er-Gruppe X.
Wie erwartet fanden sich die bisherigen Untersuchungen auch in der 4er-Endgruppe Y
bestätigt mit besseren Werten für die abgewinkelte Versorgung, allerdings bei einem p-Wert
von 0,106 ohne Signifikanz.
21,7 21,7
0
10
20
30 Knochenlänge in mm
axial 10˚ verkippt
88,7 78,8
0
100
200 Knochendichte in mg/ccm
axial 10˚ verkippt
51
Diagramm 9: Steifigkeit nach axialem Belastungstest
der 4 humanen Kahnbeinpaare
Ein ähnliches Bild ergab sich für die Festigkeit (vgl. Diagramm 10). Sie betrug bei axialer
Versorgung 56,3 N (4er-Gruppe Y) gegenüber 56,9 N (13er-Gruppe X), einen um lediglich
1,1 % niedrigeren Wert für die 4er-Gruppe, bzw. bei verkippter Verschraubung 81,1 N (Y)
gegenüber 85,6 N (X), eine lediglich um 3,2 % niedrigere Festigkeit der 4er-Gruppe Y.
Signifikanz war hier mit einem p-Wert von 0,699 ebenfalls nicht gegeben.
Diagramm 10: Festigkeit nach axialem Belastungstest
der 4 humanen Kahnbeinpaare
Auch bei 4 Kahnbeinpaaren wurden eventuelle Korrelationen nach Pearson untersucht. Dabei
konnte festgestellt werden, dass es keinen Zusammenhang zwischen Knochendichte und
Steifigkeit gibt, weder bei axialer Versorgung mit einem p-Wert von 0,639 noch bei
verkippter Verschraubung und einem p-Wert von 0,212.
Auch die Festigkeit bei 2 mm Verformung weist keinen Zusammenhang mit der
Knochendichte bei axialer Versorgung und einem p-Wert von 0,699 auf. Bei um 10°
58,2
93,9
0
100
200 Steifigkeit in N/mm
axial 10˚ verkippt
56,3 81,1
0
100
200 Festigkeit in N
axial 10˚ verkippt
52
verkippter Verschraubung ist jedoch mit einem p-Wert von 0,018 ein signifikanter
Zusammenhang zwischen Festigkeit und Knochendichte nachzuweisen.
Insgesamt sind die Ergebnisse bei den 4 Kahnbeinpaaren der Endauswertung, verglichen mit
den 13 der Ausgangsgruppe, sehr ähnlich, bei gleichbleibender Tendenz. Es zeigen sich
weiterhin deutliche Unterschiede in der Steifigkeit und Festigkeit zugunsten der um 10°
abgewinkelt versorgten Skaphoide, jedoch weisen diese nun keine Signifikanz mehr auf.
4.3 Kunstknochen versus Humanknochen
Im Vergleich Kunstknochen zu Humanknochen fiel auf, dass die menschlichen Kahnbeine
deutlich höhere Werte bei den Versuchen erzielten als die PU-Knochen vgl. (Diagramme 11,
12, 13 und 14). In ihrer jeweiligen Gruppe waren diese paarweise zueinander als identisch
anzusehen. Aber auch zwischen den beiden Gruppen war die mittlere Kahnbeinlänge,
beispielsweise mit 21,5 mm (PU-Knochen) zu 22,4 mm (axial verschraubte Humanknochen)
bzw. 22,5 mm (10° verkippt versorgte Humanknochen), nahezu gleich.
Bei der Festigkeit erwiesen sich die humanen Skaphoide mit im Mittel um 32,6 % höheren
Werten als deutlich stabiler gegenüber den PU-Schaumstoffknochen. Bei der axialen
Versorgung wiesen diese menschlichen Knochen als Mittelwert eine Festigkeit von 56,9 N bei
13 Paaren (Gruppe X) und 56,3 N bei 4 Paaren (Gruppe Y) gegenüber den 48,1 N im Mittel
bei 7 PU-Knochenpaaren auf. Dies bedeutet im Einzelnen eine höhere Festigkeit von 15,5 %
(Y) bzw. 14,6 % (X). Die um 10° verkippt versorgten Kahnbeine ergeben ähnliche Ergebnisse
mit vergleichsweise nochmals höheren Werten bei den Humanknochen, im Mittel mit 85,6 N
= + 51,4 % (X), bzw. mit 81,1 N = + 48,7 % (Y) gegenüber 41,6 N bei den PU-Knochen.
Die Steifigkeit wies die gleiche Tendenz auf, so dass auch hier die Ergebnisse der humanen
Knochen deutlich höhere Werte erreichten als die der PU-Schaumstoffknochen. Im Mittel
lagen diese Resultate um 49 % höher. Bei den axial versorgten Kahnbeinen hatten die
humanen Knochen mit 51,5 N/mm bei 13 Paaren einen um 32,0 % (X) und bei 4 Paaren mit
58,2 N/mm (Y) einen um 39,9 % höheren Wert als die Kunstknochen mit 35,0 N/mm.
Auch bei der Steifigkeit der um 10° verkippt verschraubten Kahnbeine zeigten sich wieder
deutlich höhere Werte, als bei den axial versorgten Knochen. Die verkippt verschraubten
Skaphoide hatten bei den menschlichen 13 Knochenpaaren (X) einen Wert von 79,2 N/mm
vorzuweisen, welcher um 58,7 % über dem Wert der Kunstknochen von 32,7 N/mm lag. Bei 4
Paaren (Y) liegt dieser Wert mit 93,9 N/mm 65,2 % über dem der PU-Knochen.
53
Diagramm 11: Festigkeit axial
Diagramm 12: Festigkeit: um 10° verkippt
Diagramm 13: Steifigkeit axial
Diagramm 14: Steifigkeit um 10° verkippt
48,1
56,9 56,3
40
45
50
55
60
axial: Festigkeit in N
7 Polyurethan-Paare
13 humane Paare
4 humane Paare
41,6
85,6 81,1
0
50
100
um 10˚ verkippt: Festigkeit in N
7 Polyurethan-Paare
13 humane Paare
4 humane Paare
35,0
51,5 58,2
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
axial: Steifigkeit in N/mm
7 Polyurethan-Paare
13 humane Paare
4 humane Paare
32,7
79,2 93,9
0
50
100
um 10˚ verkippt: Stefigkeit in N/mm
7 Polyurethan-Paare
13 humane Paare
4 humane Paare
54
5. Diskussion
5.1 Das Kahnbein und diese Studie
Das Kahnbein ist ein in allen 3 Raumebenen unregelmäßig geformter Knochen. Radial
gelegen gehört es zur proximalen Handwurzelreihe, funktionell muss es allerdings der
proximalen und der distalen Kette zugerechnet werden (Feldmeier 1988). Das Skaphoid sorgt
für eine Ausrichtung der Karpalia, die einerseits eine höhere Stabilität des Handgelenkes
garantiert und andererseits eine größere Beweglichkeit ermöglicht (Smith et al. 1989). Es
nimmt damit eine gewichtige Rolle in der Biomechanik und Stabilität des Handgelenks ein.
Gleichzeitig ist das Kahnbein jedoch durch seine disponierte Position in der Kraftachse
Daumen-radiale Hand-Radius, dem “Träger der Hand" (Benninghoff und Görttler 1964),
stärker gefährdet und anfälliger für Verletzungen als die anderen Handwurzelknochen,
insbesondere in akuten Belastungssituationen wie beim Sport oder bei einem Sturz auf die
ausgestreckte Hand. Die axiale Krafteinwirkung bei forcierter Dorsalextension ist der
häufigste Grund dafür, dass das Skaphoid bricht (Weber und Chao 1978, Amadio und
Taleinsik 1993).
Aufgrund größerer sportlicher Aktivitäten junger Männer ist in dieser Population auch das
Hauptrisikoprofil für einen Kahnbeinbruch zu finden (Hoffmann 2009). Doch nicht nur die
korrekt gestellte Diagnose, sondern auch die adäquate Therapie zu wählen kann sich durchaus
schwierig gestalten. Während früher mit wenigen Ausnahmen ein konservatives Vorgehen
favorisiert wurde, hat sich in den letzten Jahrzehnten, seit Einführung der Herbert-Schraube,
die operative Herangehensweise auch in der Primärbehandlung mehr und mehr durchgesetzt.
Dies hat seinen Grund zum Einen in der Vermeidung von Immobilisationsschäden und dem
enormen Zeitgewinn bis zum Wiedereintritt von Arbeits- und Sportfähigkeit durch die fast
überflüssig gewordene Ruhigstellung und zum Anderen in der Möglichkeit einer möglichst
exakten Rekonstruktion der anatomischen Verhältnisse.
Im Allgemeinen hat die Kahnbeinfraktur eine gute Prognose, die Entwicklung einer
Pseudarthrose oder einer Fragmentnekrose, vor allem im proximalen Teil aufgrund seiner
eingeschränkten Blutversorgung, ist dennoch nicht auszuschließen (Hoffmann 2009).
Horizontalschräge Brüche verlaufen schräg zur Kahnbeinachse von radial-distal nach ulnar-
proximal und somit weitgehend senkrecht zur Unterarmachse, sie haben eine gute Prognose.
Die Querbrüche verlaufen orthogonal zur Kahnbeinachse und folglich schräg zur Unterarm-
55
Hand-Achse, während vertikale Frakturen schräg zur Kahnbeinachse, aber annähernd parallel
zur Unterarmachse verlaufen. Letztere haben infolge der starken Scherkräfte schlechtere
Heilungsaussichten.
Die konservative Therapie einschließlich der Nachbehandlung mit einem mühevollen und
langsamen Bewegungs- und Belastungsaufbau ist sehr zeitintensiv und führt zu einer
signifikant längeren Arbeitsunfähigkeit; darüber hinaus besteht die Gefahr eines dauerhaften
Immobilisationsschadens mit Bewegungseinschränkung und Kraftverlust. Auch eine
vorübergehende Gelenksteifigkeit ist möglich, bei jedoch insgesamt positivem Outcome und
hoher Heilungsrate (Leslie und Dickson 1981, Gutow 2007, Fowler und Ilyas 2010). Eine
weitere Optimierung der Behandlungsmaßnahmen ist wichtig, da sowohl die allgemeinen
Risiken einer Operation, als auch die Langzeitrisiken eine Rolle in der Entscheidungsfindung
spielen sollten. Es wurde gezeigt dass eine operative Therapie von nicht- oder minimal-
dislozierten Frakturen keine empirisch beobachtbaren Langzeitvorteile im Vergleich zur
konservativen Therapie liefert (Vinnars et al 2008).
Trotz ausreichender Diagnostik und Therapie ist die Komplikationsrate bei Kahnbeinfrakturen
relativ hoch, dennoch gibt es, eine korrekte Indikationsstellung vorausgesetzt, keine
Prognoseunterschiede zwischen konservativer und operativer Therapie (Towfigh et al. 2011).
Auch die Heilungschancen und die Heilungsdauer werden teilweise zwischen konservativer
und operativer Behandlung als gleichwertig betrachtet (Adolfsson et al. 2001).
Ziel einer Operation ist es, durch das Einbringen einer Osteosynthese die anatomischen
Verhältnisse wiederherzustellen. Bei einer osteosynthetischen Versorgung kann das Kahnbein
im Handgelenk als stabil angesehen werden und muss nicht weiter immobilisiert werden, was
letztlich einer schnelleren und sichereren Wiedererlangung der Beweglichkeit dient
(Adolfsson et al. 2001).
Bei der operativen Versorgung ist die Bedeutung verschiedener Faktoren, wie z.B. die
Schraubenlänge oder der Eintrittspunkt der Osteosynthese, zu bedenken. Alle beeinflussenden
Faktoren wurden in dieser Studie einander angeglichen, sodass lediglich die Schraubenlage
einer Variation unterlag. In diesen Untersuchungen sollte der Einfluss der Schraubenlage auf
die biomechanische Stabilität der Osteosynthese einer standardisierten, nicht-dislozierten
Kahnbeinquerfraktur im mittleren Drittel untersucht werden, was in bisherigen Studien so
noch nicht untersucht worden war.
So ließ sich eine grundsätzliche Aussage über den Einfluss der Schraubenlage auf die
Stabilität nach osteosynthetischer Versorgung tätigen.
56
5.2 Die Studienauswahl
Im Allgemeinen sind biomechanische Studien von großer klinischer Bedeutung. Dies wird
auch dadurch belegt, dass es eine Vielzahl an biomechanischen Untersuchungen gibt.
Biomechanische Daten dienen als Grundlage für eine adäquate klinische Versorgung auch in
der Unfallchirurgie, sie liefern die größte Aussagekraft und lassen sich am sichersten auf den
klinischen Alltag übertragen. Häufig werden Studien durchgeführt, die sich mit der
Kahnbeinfraktur und deren operativer Versorgung beschäftigen. Diese Untersuchungen
liefern einerseits grundlegende Aussagen über Eigenschaften der Osteosynthese, andererseits
offenbaren sie mögliche Schwachstellen bzw. die Vorteile einer Versorgungsart, in diesem
Fall im direkten Paarvergleich.
Klinische Testreihen sind aufgrund verschiedener Faktoren (individueller Frakturverlauf,
unterschiedliche Operateure, geringe Fallzahlen) in der vorliegenden Arbeit nicht geeignet,
doch vor allem verbieten sich experimentelle Studien am Patienten wegen offenkundiger
ethischer Bedenken von selbst. Einzig Langzeituntersuchungen würden aus solchen Studien
bessere Rückschlüsse auf kausale Zusammenhänge möglich machen.
Unter Berücksichtigung der Einzigartigkeit der menschlichen Hand und damit auch des
Kahnbeines in Bauweise, Struktur und Funktion kommen Tierversuche ebenso wenig in
Betracht.
Computersimulationen hingegen mangelt es an klinischer Relevanz.
So bleiben als Alternative Versuche am Modell, sei es mit Kunststoff- oder mit
Leichenknochen, wobei Letztere unbestritten aussagekräftiger und somit vorzuziehen sind,
zumal sich die Ergebnisse sicherer auf die klinische Situation übertragen lassen.
Beleg für diese Überlegenheit sind die vielen wissenschaftlichen Arbeiten, die so
durchgeführt worden sind, auch wenn leichte Änderungen in den Eigentümlichkeiten des
Knochengewebes durch längere Lagerung und durch die Formalinfixierung bzw.
Tiefgefrierung nicht ganz ausgeschlossen werden können.
Für diese Studie standen als Testobjekt Leichenkahnbeine zur Verfügung; diese waren 5-13
Jahre post mortem entnommen worden, formalinfixiert und wurden im Versuchsverlauf
tiefgekühlt. Das alters- und geschlechtsspezifische Spektrum im Patientengut des klinischen
Alltags spiegelten sie nicht wider, doch gab es aufgrund der begrenzten Anzahl an
Körperspendern nicht die Möglichkeit, etwa unter dem Aspekt einer größeren Ähnlichkeit mit
den realen Verhältnissen, eine besser passende Auswahl vorzunehmen.
57
In dieser Studie wurden zusätzlich noch Tests an Polyurethanknochen durchgeführt um die
Aussagekraft der Versuche zu bestärken und die Resultate an den Humanknochen zu
unterstützen. Zwar haben diese künstlichen Kahnbeine, zum Beispiel durch ihre geringere
Dichte, andere Eigenschaften als ihr humanes Pendant. Jedoch zeigen sie, wenngleich bei
niedrigeren Untersuchungswerten, die gleiche Tendenz wie die Humanknochen; auch diese
Tests sind als aussagekräftig anzusehen. Die Resultate der Untersuchungen sind sowohl bei
den PU-Knochen als auch beim humanen Gegenpart konstant. Die menschlichen Skaphoide
erzielen dabei, wie zu erwarten war, höhere Werte.
5.3 Die Testknochen
Bei der Vorwahl der Kahnbeine ist gleichwohl, wie bereits erwähnt, anzumerken, dass in der
Studie humane Knochen anderer Beschaffenheit untersucht wurden, als in der tatsächlichen
klinischen Situation vorliegen.
Das Durchschnittsalter lag bei den Körperspendern ganz erheblich über dem der klinischen
Patienten (Studie 77 Jahre; klinischer Alltag 28 Jahre).
Auch sind Frauen überrepräsentiert, 17 von 23 Spendern waren Frauen, was einem Anteil von
73,9 % entspricht. Nur 6 von 23 Spendern waren Männer, entsprechend 26,1 %, im klinischen
Alltag sind jedoch 85,7 % der Patienten mit Kahnbeinfrakturen männlich (Düppe et al. 1994).
So ist auch durch den Überhang an weiblichen Testknochen eine stärkere Osteoporose bei den
Spenderknochen im Vergleich zum klinischen Alltag anzunehmen.
Sollen humane Knochen in den Versuchen eingesetzt werden, muss man diesen Nachteil
akzeptieren, die Ergebnisse bleiben doch innerhalb der Studie weiterhin miteinander
vergleichbar. Zwar ist davon auszugehen, dass die Messdaten der biomechanisch relevanten
Werte wie Steifigkeit und Festigkeit bei nicht-osteoporotischen Knochen höher liegen, dass
jedoch das Verhältnis von axialer zu um 10 ° abgekippter Versorgung gleich sein sollte.
Wie bereits bei früheren Untersuchungen festgestellt werden konnte, ist diese Studie an
isolierten Kahnbeinen vorgenommen worden, die aus ihrem relativ festen Knochenverbund
und dem umgebenden Weichteilmantel freipräpariert waren. Dies kann zweifellos im
Vergleich zur klinischen Situation einen nicht unbedeutenden Einfluss auf die Stabilität der
Osteosynthese haben (McCallister et al. 2003). Dennoch sind die Resultate als relevant zu
betrachten, in sich stimmig und in ihrer Tendenz als eindeutig anzusehen. Es ist davon
auszugehen, dass dieser Forschungsbereich in Zukunft an Relevanz gewinnen wird. Die
Vielzahl an Versuchen der computernavigierten Operation am Kahnbein bezeugen dieses
58
gesteigerte Interesse bereits heute (Kendoff et al. 2007, Citak et al. 2010, Catala-Lehnen et al.
2011, Friedel et al. 2011). Es ist zu erwarten, dass mit computernavigierte Operationen
Vorteile einhergehen, insbesondere unter dem Aspekt einer höheren Präzision bei der exakten
Positionierung der Schraube und bei der Festlegung ihrer optimalen Länge (Friedel et al.
2011). Klar ist, dass die benötigte Röntgenzeit deutlich kürzer als bei konventioneller
Versorgung ist und damit die Strahlenbelastung geringer ist (Herbert et al. 1992, Bain et al.
1998).
5.4 Die Untersuchungsvoraussetzungen und das standardisierte
Vorgehen
Abgesehen von der Stellung der Schraube sollten alle anderen Gegebenheiten in der Studie
gleich sein. Für die Kahnbeinknochen als Versuchsobjekt war diese Voraussetzung bei einem
paarinternen Vergleich am besten gewährleistet, wenn die Skaphoide vom rechten,
beziehungsweise linken Handgelenk desselben Körperspenders stammten. Bei den
Voruntersuchungen schieden dennoch 4 Paare wegen eines zu großen Unterschiedes in ihrer
Knochengröße und/oder -dichte im Sinne der Vergleichbarkeit zueinander aus.
Ferner wurde im Rahmen eines experimentellen Designs bestimmt, welche Seite axial und
welche abgewinkelt verschraubt wurde.
Alle Schritte der operativen Versorgung wurden so standardisiert, dass es zu keinen
Verwechslungen oder Abweichungen kommen konnte. Der erste Schritt, das Eingießen des
distalen Kahnbeinpols, definiert bereits die zentrale Achse und gleichzeitig den zentralen
Eintrittspunkt der Osteosynthese am proximalen Kahnbeinfragment. Die Formen geben eine
feste und nicht änderbare freie Knochenfläche zwischen den Polyurethanblöcken vor, die bei
allen Skaphoiden gleich ist - einzig wie tief der jeweilige Knochen in den Polyurethan-Harz-
Block eingegossen ist - ist unterschiedlich.
Durch diese konstant freie Knochenfläche ist auch die mittlere Schnittebene, in der die
Fraktur mittels einer 6 mm breiten Säge gesetzt wird, definiert und festgelegt. Auch diese ist
durch den entsprechenden Versuchsaufbau nicht veränderbar und für alle Skaphoide gleich.
Eine direkte Vergleichbarkeit ist so gewährleistet.
Bereits durch das Gießen der Polyurethan-Harz-Blöcke ist durch die jeweilige Form (zuerst
eingegossener distaler Kahnbeinpol - rund; zuletzt eingegossener proximaler Pol - quer oval)
ein späterer Fehler beim Einspannen in den Versuchsaufbau ausgeschlossen. Der proximale
59
quer ovale Polyurethan-Harz-Pol ist stets in Richtung des Kreuztisches festgespannt, wobei
die axiale Krafteinwirkung am distalen runden Pol ansetzt. Das Kahnbein konnte jeweils im
direkten paarweisen Vergleich in den Testaufbau eingespannt werden, um auf seine
biomechanische Stabilität getestet zu werden.
Alle Ergebnisse sind, durch das standardisierte Eingießen in die PU-Harz-Blöcke und der
damit für alle Kahnbeine gleichen festgelegten freien Knochenfläche und Schnittebene,
unabhängig von der Knochenlänge oder anderen Werten, direkt miteinander vergleichbar. Die
Unterschiede bei den gemessenen Werten sind auf die Variation der Schraubenlage
zurückzuführen. Diese Vorgänge, wie auch die folgenden erfolgten unter standardisierten
Bedingungen, sodass alle Resultate reproduzierbar und mit einander vergleichbar sind.
Die Ergebnisse sollen nicht von mehreren Faktoren abhängig sein, sondern
unmissverständlich auf die Änderung eines einzelnen Faktors zurückzuführen sein, die
Umsetzung und Voraussetzungen wurden standardisiert. In diesem Fall unterscheidet sich
lediglich die Schraubenlage. Die Schrauben wurden in unterschiedlichen Winkeln zur Fraktur
eingebracht; einmal in axialer Richtung perpendikulär zur Frakturlinie und einmal um 10°
verkippt zur Achse. Diese 10° Verkippung in der dorso-palmaren Ebene wird so vollzogen,
dass es zu keiner Penetration der Gelenkfläche mit dem Os capitatum kommen kann. Durch
die vorgegebene Form der Polyurethanblöcke und die entsprechenden Aufbauten konnte bei
den um 10° verkippt eingebrachten Schrauben lediglich eine Verkippung in einer Ebene
stattfinden. Diese vorgegebene Ebene bzw. das Eingießen der Kahnbeine ließ keine Torsion
zueinander zu, so dass die 10° Verkippung bei allen Kahnbeinen in der gleichen Ebene
stattfand.
Die 3.0 HCS Kompressionsschraube der Firma Synthes wird über einen dorsalen Zugangsweg
am proximalen Pol in möglichst zentraler Lage eingebracht, um größtmögliche Stabilität zu
erzielen (McCallister et al. 2003).
5.5 Die Kahnbeinquerfraktur
Entsprechend der Maßgabe, dass die Knochen gleich sein müssen, sollte die Fraktur nicht nur
in Form und Lokalisation typisch sein und relativ häufig vorkommen, sondern auch
standardisiert und identisch reproduzierbar sein. All dies trifft auf den Querbruch der
Kahnbeintaille zu und ist der Grund, warum er schon bei den ersten Untersuchungen von
Herbert und Fisher (1984) ausgewählt wurde und seitdem ein anerkanntes und weit
verbreitetes Modell für solche Untersuchungen darstellt (Carter et al. 1991, Rankin et al.
60
1991, Newport et al. 1996, Toby et al. 1997). Eine lineare Osteotomie in Kahnbeinmitte quer
zur Achse ist sicher durchführbar und daher eine einfache, zweckmäßige Methode, eine
Fraktur zu simulieren, die jederzeit in gleicher Art kopiert werden kann und zudem den
Vorteil besitzt, dass es leicht möglich ist, den Winkel der Verschraubung in Relation zur
Bruchlinie exakt festzulegen und abzuändern. Eine glatte Osteotomie, künstlich mit der Säge
beigebracht, fehlen die Zacken und Spitzen, die einen “natürlichen“ Bruch charakterisieren
und können nicht mit eingeplant werden. Dem ist entgegenzuhalten, dass für die Studie ein
vereinfachtes Modell vorzuziehen ist, das die unberechenbaren Einflüsse und
Unregelmäßigkeiten einer frischen Fraktur ausschließt, die die Verzahnungen auf die
Kompressionskraft ausüben und so die Versuchsergebnisse beeinträchtigen können
(McCallister et al. 2003).
Das mittlere Drittel ist mit 60-80 % am häufigsten betroffen (Towfigh et al. 2011), weswegen
dieser Teil des Kahnbeins für die Untersuchungen prädestiniert war.
Frakturen im Taillen-Bereich sind einfach und sicher nachzustellen. Durch den Testaufbau
wurde die freie Knochenfläche im mittleren Drittel der Skaphoide standardisiert, die
Bruchstelle wurde dadurch bereits definiert.
Ein Auseinanderweichen der beiden glatten Kahnbeinfragmente um mehr als 1 mm wird als
dislozierter Bruch definiert und kommt mit einem Anteil von 30 % vor (Dabezies et al. 1982).
Brüche dieser Art gelten als instabil und sind operativ zu versorgen (Schäfer und Siebert
2002). Für die Studie wurden nicht-dislozierte Frakturen untersucht. Diese sind
unkomplizierter in ihrer Rekonstruktion um standardisierte Versuche durchführen zu können.
Zudem ist nicht klar welchen Einfluss zwei Fragmente auf die allgemeine Stabilität haben
können, die nicht direkt einander anliegen. Durch eine mögliche Zerreibung der Knochenteile
in einem solchen Frakturspalt kann es zu einer Beeinflussung der Kahnbein- und
Osteosynthesestabilität kommen. Selbst das akkurate Einbringen der Schraube kann erschwert
sein (McCallister et al. 2003).
Insgesamt wurden die häufigsten Grundvoraussetzungen bei der Kahnbeinfraktur nachgestellt.
Dies sind gleichzeitig auch zuverlässig reproduzierbare Bedingungen - eine der wichtigsten
Grundlagen für seriöse Untersuchungen und Ergebnisse. Sicherlich wäre es auch möglich
gewesen andere Voraussetzungen zu wählen, jedoch mangelt es diesen an der Möglichkeit
einwandfrei reproduzierbar zu sein oder in ihrer Fähigkeit eine Grundsatzaussage zu tätigen.
Um eine grundsätzliche Tendenz erkennen zu können, bei der Frage nach dem Einfluss der
Schraubenlage auf die Stabilität der Osteosynthese, sollten auch die am häufigsten
61
auftretenden Rahmenbedingungen simuliert werden. Nur so sind die Ergebnisse aufeinander
übertragbar und nur so ergibt sich auch eine klinische Relevanz.
5.6 Die Schraubenosteosynthese
Kompressionsschrauben führen durch den interfragmentären Druck und durch Ausschaltung
von Mikrobewegungen zwischen den Fragmenten zu der angestrebten Knochenheilung, die
ohne Bildung von Kallus abläuft, der im Bereich von Gelenken störend und von Schaden sein
kann (Claes und Ito 2005). Kallusbildung bei der Knochenbruchheilung ist im Bereich von
Gelenken im Gegensatz zu den langen Röhrenknochen unerwünscht.
Bei der Bruchheilung kann minimale mechanische Belastung einen positiven Effekt ausüben
(Koob et al. 1992, Veen et al. 1995), wobei andererseits ein zu hohes Maß an Beweglichkeit
im Frakturspalt eine verzögerte Knochenheilung bis hin zur Ausbildung einer Pseudarthrose
zur Folge hat (Claes et al. 1997, Weyts et al. 2003). Die durch die eingebrachte Schraube
verursachten Kompressionskräfte haben einen positiven Effekt auf die biomechanische
Stabilität und vermindern das Risiko einer sekundären Dislokation, auch wenn die
Kompressionskraft mit der Zeit nachlässt (Shaw 1987, Rankin et al. 1991).
Kopflose Schrauben haben den Vorteil, dass sie vollständig im Knochen versenkt liegen und
somit mechanischen Irritationen an der knorpeligen Gelenkfläche vermieden werden können.
Die kanülierte Schraube bewirkt effektivere Kompressionskräfte auf die Fraktur und
ermöglicht eine größere Präzision bei der Platzierung der Schraube, sie sind nicht-kanülierten
Schrauben zu bevorzugen, da sie effektivere Kompressionskräfte entlang der Fraktur
entwickeln können (Rankin et al. 1991, Toby et al. 1997). Mit einer kanülierten Schraube, wie
der HCS 3.0 Kompressionsschrauben von Synthes, ist eine zentrale Schraubenlage leichter zu
realisieren. Ist die Schraube im zentralen proximalen Drittel eingebracht ist eine signifikant
schnellere Heilungszeit möglich. Zudem ist das Ausmaß der postoperativen Beweglichkeit
abhängig von der Anpassung der 2 Frakturfragmente durch die Verschraubung zueinander
(Trumble et al. 1996).
Die 3.0 HCS-Schraube ist zudem breiter als eine herkömmliche Herbert-Schraube und
dadurch stärker (Toby et al. 1997), die mit ihr erzielten Heilergebnisse sind adäquat
(Singisetti et al. 2012). Allgemein sind die Kompressionsschrauben der 2. Generation stabiler
als die der 1. Generation, zu der die Herbert-Schraube noch gehört, weisen eine größere
Kompressionskraft auf und halten einer höheren Belastung stand (Fowler und Ilyas 2010,
Assari et al. 2012); erst Recht sind sie stärker als Kirschner-Drähte (Panchal et al. 2007).
62
Die Vorteile einer Versorgung mit einer Kompressionsschraube sind ähnliche, wie die der
operativen Versorgung der Kahnbeinfraktur an sich, im Gegensatz zur konservativen
Therapie. Besonders die schnellere Funktionswiederherstellung spricht hierfür (Rettig und
Kollias 1996, Ring et al. 2000). Zudem ist so eine verbesserte Kahnbeinausrichtung und
postoperative Mobilisierung möglich (Trumble et al 2000).
Die Vielzahl an verschiedenen Kompressionsschrauben zur osteosynthetischen Versorgung
von Kahnbeinbrüchen sind sich in mancher Hinsicht sehr ähnlich, sodass die hier benutzte 3.0
HCS-Schraube als beispielhafter Vertreter für die modernen Schrauben dienen kann und in
der Praxis bei der Entscheidung , welche Schraube verwendet werden soll, häufig Aspekte
wie Kosten, Verfügbarkeit, Anwenderfreundlichkeit und Erfahrung mit dem speziellen
System den Ausschlag geben (Pensy et al. 2009).
Die Schraube ist eine Kompressionsschraube und erzielt diese Wirkung durch
unterschiedliche Gewindesteigungen innerhalb der Osteosynthese, sie agiert quasi als
Zugschraube.
5.7 Die Schraubenlage und die Auswahl gleich langer Schrauben
Entscheidend für die spätere Stabilität des versorgten Kahnbeins ist die exakte Lage der
Schraube im Knochen. Die zentrale Lage im proximalen Fragment des Kahnbeins resultiert in
deutlich erhöhter Stabilität, einer beschleunigten Heilungsrate und besserer Beweglichkeit.
Außerdem wird so das Risiko reduziert, dass die Osteosynthese versagt (McCallister et al.
2003).
Am proximalen und distalen Kahnbeinpol ist die Knochendichte am größten und die
Schrauben finden hier den stärksten Halt (Geissler et al. 2012). Die Empfehlung lautet
deshalb, eine möglichst lange Schraube entlang der zentralen Achse so im proximalen Drittel
zentral einzubringen, dass die Spitze tief im subchondralen Knochen des distalen Pols zum
liegen kommt, um so die höchste Stabilität zu erreichen (McCallister et al. 2003, Dodds et al.
2006). Eine Lage der Schraube, die die Kahnbeinfragmente nicht gut wieder aneinandersetzt
oder falsch im Knochen liegt, kann zu einer schlechteren biomechanischen Stabilität führen
(Dodds et al. 2006). Andererseits ist für das klinische Outcome das exakte Einbringen der
Osteosynthese von großer Bedeutung, da Kahnbeine mit inkorrekt implantierten Schrauben
eine niedrigere Heilungsrate aufweisen (Adams et al. 1988, Trumble et al. 1996).
Zu kurze Schrauben, die nicht subchondral enden, können keine entsprechende
biomechanische Stabilität liefern. Schrauben, die zu lang sind können für Irritationen sorgen.
63
Eine unbeabsichtigte Schraubenpenetration durch den Knorpel kommt in 5-30 % der Fälle vor
(Adams et al. 1988, Herbert et al. 1992). Im Gegensatz zu anderen Arbeiten, etwa der von
McCallister et al. 2003, in denen unter einer anderen Fragestellung auch im direkten
paarweisen Vergleich verschieden lange Schrauben eingesetzt wurden, waren sie in dieser
Studie für rechts und links, respektive für die axiale und für die abgewinkelte Versorgung
gleich lang dimensioniert. Was bei paarweise gleicher Knochenlänge und –dichte die
Kahnbeine auf ein miteinander vergleichbares Niveau setzt. Dadurch bestand für beide
Verfahren ein identisches Kräfteaufkommen, während unterschiedlich lange Schrauben
unterschiedliche Kräfte und Stabilitäten bewirken. Eine längere Schraube führt unter
Belastung zu anderen Hebelwirkungen im Kahnbein als eine kürzere, folglich ist die
biomechanische Stabilität von einer anderen Qualität.
Um diesen Faktor auszuschalten und einzig die durch die Schraubenlage bedingten
Unterschiede zu erfassen, wurden daher in diesen standardisierten Versuchen für beide
Vorgehensweisen gleich lange Schrauben benutzt; so konnten die Werte direkt miteinander
verglichen und Divergenzen allein auf die Lage der Osteosynthese zurückgeführt werden.
Allerdings ist hierin, bzw. in dem Bestreben, paarintern stets identische Schrauben zu
nehmen, möglicherweise ein Grund dafür zu sehen, dass bei der Endkontrolle 12 von 26
Knochen, bzw. 9 von 13 Paaren ausgeschlossen werden mussten, weil die Osteosynthese die
Kortikalis durchbrochen hatte, bzw. ihre Lage nicht ganz eindeutig zu bestimmen war. Dabei
handelte es sich um 5 axial und 7 um 10° verkippt versorgt Kahnbeine.
5.8 Der operative Zugang und die Technik
Generell ist bei einer Fraktur des mittleren Drittels - der Kahnbeintaille sowohl der dorsale
Zugang über den proximalen Pol, wie in dieser Studie gewählt, als auch der volare über den
distalen Pol möglich; beide Wege sind gleichwertig (Chan und McAdams 2004), und eine
hohe, nahezu 100% Heilungsrate kann erreicht werden (Gutow 2007). Zwar hat das dorsale
Vorgehen ein größeres Risiko, anatomische Strukturen zu verletzen und die ohnehin prekäre
Gefäßversorgung zu schädigen, doch darf dieser operative Zugang keinesfalls vernachlässigt
werden (Adamany et al. 2008), denn er ist zuverlässig und sicherer, um die Schraube optimal,
d.h. zentral im Knochen einzubringen, was Vorteile für die Heilung und die
Wiederherstellung der Funktion mit sich bringt (Bedi et al. 2007).
Die Kahnbeinschraube wurde manuell per 2-Finger-Technik eingesetzt, wobei die Insertion,
wie in der Klinik im normalen Operationsverlauf üblich, ohne direkte Kraftmessung erfolgte.
64
Dies erfordert viel Fingerspitzengefühl und Erfahrung beim Chirurgen, denn für eine stabile
Fixierung der Fragmente ist eine angemessene Kompression nötig.
Ist sie zu gering, ist sie insuffizient: Scherbewegungen zwischen proximalem und distalem
Fragment verzögern die normale Knochenheilung und können Komplikationen zur Folge
haben (Smith et al. 1989), weswegen ausreichende Kompressionskräfte notwendig sind.
Ist sie zu stark werden die frakturnahen Knochenzellen geschädigt und die Bruchheilung läuft
verzögert ab oder wird gar verhindert (Assari et al. 2012). Trotz der Möglichkeit einer
Fehleinschätzung ist die 2-Finger-Technik bisher das gängigste Verfahren, auch im Rahmen
allgemeingültiger Studien (Newport et al. 1996, Toby et al. 1997, McCallister et al. 2003),
obwohl nicht auszuschließen ist, dass etwa im Paarvergleich, ungleich starke Kompressionen
bestehen. Da die Versuche in dieser Studie jedoch ausnahmslos vom selben Operateur und
zeitnah zueinander durchgeführt wurden, sind signifikante Abweichungen nicht anzunehmen.
5.9 Der Versuchsaufbau mit axialer Belastung
In der Arbeit wurde der Einfluss unterschiedlicher Schraubenlagen, einmal orthogonal zur
Bruchlinie, bzw. um 10° abgewinkelt, auf die Stabilität der Osteosynthese bei einer
standardisierten, nicht-dislozierten, mittels Osteotomie simulierten glatten Querfraktur der
Kahnbeintaille untersucht. Weitere Versuche mit deutlicheren Abweichungen zur axialen
Lage, zum Beispiel 20°, sind sinnvoll. Inwieweit sich die Resultate dieser Studie dann
bestätigen werden, bleibt abzuwarten.
Die Stabilitätstests, die durchgeführt wurden, erfolgten ausschließlich unter axialer Belastung,
da sie im Alltag als die physiologische Beanspruchung gilt und in Stress- und
Unfallsituationen als Einzige einen größeren Stellenwert einnimmt (Smith et al. 1989); auch
an einer Fraktur und an den Einzelfragmenten ist die axiale Krafteinwirkung die
Hauptbelastung (Kobayashi et al. 1997). Um das Kahnbein einer entsprechenden Kraft
auszusetzen und es auf seine Stabilität hin untersuchen zu können, wurde es mit dem unteren
proximalen Pol, welcher im quer-ovalen PU-Harzblock eingegossen war, auf einem
Kreuztisch fixiert. Der Kreuztisch diente dem Ausgleich von unerwünschten
Ausscherbewegungen und durch seinen Gebrauch konnte die Belastung auf eine rein axiale,
bzw. dorso-volare Drückbelastung beschränkt werden. Auf dem Kreuztisch war das Kahnbein
in einem 45° Winkel eingespannt. Dies entspricht der physiologischen Stellung des Skaphoids
im Handgelenk in Neutralposition, so war die Testung bei dorsal-volarer Belastung
gewährleistet (Smith et al. 1989). Dieser Vorrichtung hatten sich bereits McCallister et al.
65
(2003) bedient. Eine zyklische Prüfung ist dagegen wenig sinnvoll, da eine solche Belastung
fast gar nicht stattfindet (Toby et al. 1997, McCallister et al. 2003); eventuell daraus
gewonnene zusätzliche Informationen sind somit für die klinische Praxis ohne Bedeutung.
In die Prüfvorrichtung eingespannt konnte das Kahnbein axialem Druck ausgesetzt werden.
Ausgehend von 0 N geschieht dies in sich kontinuierlich steigenden Belastungsschritten, bis
zur Versagensgrenze, bzw. bis zum Bruch. Jeder Knochen wird nur einmal getestet. Als
Versagen des Knochens wird eine Verformung von 2 mm gewertet oder ein im Spannungs-
Dehnungs-Diagramm ablesbarer abrupter Kurvenabfall. Dies ist als Bruch und damit als
Versagen des Präparates zu werten.
Nach diesen Untersuchungen wurden sowohl Röntgen, als auch CT-Aufnahmen angefertigt
um die einwandfreie Versorgung der Kahnbeine zu bestätigen.
5.10 Die Ergebnisse dieser Studie und die Schlussfolgerungen
Für signifikante Ergebnisse bei biomechanischen Studien braucht man acht bis zwölf
vergleichende Untersuchungen (Shaw 1987, Carter et al. 1991, Rankin et al. 1991, Shaw
1991). Dies trifft auf die Ausgangslage dieser Arbeit zu; allerdings mussten nach der
abschließenden CT-Kontrolle 9 von 13 Kahnbeinpaaren (12 von 26 Kahnbeinen)
ausgeschlossen werden, weil bei einem oder beiden Skaphoiden die Schraubenspitze nicht
einwandfrei subchondral lokalisiert und somit ein Auswahlkriterium der Studie nicht gegeben
war. Einerseits ist für den klinischen Alltag eine Durchbohrung des Knorpels mit einem
erhöhten Arthroserisiko aufgrund der Knorpelschädigung verbunden und andererseits ist die
Festigkeit bei subchondraler Lage erhöht.
Die Ergebnisse sind eindeutig, sowohl bei 13 Paaren, wo die Werte sogar noch signifikant
sind, als auch bei 4 Kahnbeinpaaren. Die erreichten Resultate sind sowohl bei 13, als auch bei
4 humanen Kahnbeinpaaren und auch bei den PU-Knochen konstant.
Biomechanische Untersuchungen sollten auch weiterhin einen erhöhten Einfluss auf den
klinischen Alltag nehmen, auch im Zusammenhang mit diesen Resultaten. Die Ergebnisse
lassen sich eindeutig auf die unterschiedliche Schraubenlage zurückführen, da alle anderen
Faktoren, wie freie Knochenfläche, Knochenlänge, Knochendichte oder Schraubenlänge
konstant gehalten wurden und so vergleichbare Bedingungen im Rahmen der Paarvergleiche
herrschten.
Gemessen wurden bei diesen Versuchen die biomechanischen Größen der Steifigkeit und
Festigkeit.
66
Die Steifigkeit ist ein von der Festigkeit unabhängiger Wert. Sie wird in N/mm gemessen und
ist der Anstieg der Spannungs-Dehnungs-Kurve im Diagramm, es ist der Widerstand des
Körpers gegen eine durch äußere Kräfte bewirkte Verformung sowie abhängig von der
Elastizität. Ein Körper ist als steif anzusehen, wenn er einen hohen Widerstand gegen diese
Verformung aufzubringen imstande ist.
Die Festigkeit ist der Widerstand gegen Einwirkungen von außen. Es ist ein Maß für
ertragbare Belastung, welche als ein Grenzwert anzusehen ist. Dieser mechanische
Widerstand gegen plastische Verformung wird in N angegeben. Für die Studie waren diese
biomechanischen Größen die einzigen von Relevanz, um Aussagen über die Stabilität der
verschiedenen Osteosynthesepositionen zu machen.
In den Vorversuchen mit den PU-Knochen ist für die axiale Verschraubung kein besserer
Effekt zu erkennen, allerdings auch kein schlechterer; hier ist der Vergleich ausgeglichen.
Bei den PU-Knochen war kein deutlicher Unterschied zugunsten der abgewinkelt versorgten
Kahnbeine zu verzeichnen. Die Resultate für die Festigkeit mit 48,1 N bei den axial
versorgten Kunstknochen, zu 41,6 N bei den verkippt versorgten Kahnbeinen sind auf
gleichem Niveau und als nahezu identisch zu werten. Genau wie die Resultate der Steifigkeit
mit 35,0 N/mm bei den axial versorgten und 32,7 N/mm bei den abgewinkelt verschraubten
PU-Knochen.
Berücksichtigt man alle 13 humanen Knochenpaare, sind die Ergebnisse eindeutig und
signifikant mit deutlichen Resultaten in allen biomechanisch relevanten Größen; ebenso sind
die Resultate der verbliebenen 4 Paare klar besser zugunsten der abgewinkelten Versorgung,
erreichen indessen kein Signifikanzniveau mehr. Die Ergebnisse der Untersuchungen ändern
sich nicht, sondern einzig ihr Signifikanzniveau.
Sowohl für die Steifigkeit, als auch die Festigkeit sind die um 10° verkippt verschraubten den
axial versorgten humanen Skaphoiden überlegen. Sie sind als stabiler anzusehen.
Man kann feststellen, dass ein Winkel der Verschraubung von nicht-90° zur Frakturlinie
bessere Werte im Sinne der Stabilitätskriterien Steifigkeit und Festigkeit liefert, als bei einer
in 90° zum Bruch eingebrachten Osteosynthese. Eine Schraube muss nicht zwingend
orthogonal zur Fraktur eingebracht werden.
Im Umkehrschluss lässt sich daraus folgern, dass bei den schräg verlaufenden Frakturen des
Kahnbeins die Schraube axial im zentralen Kegel eingebracht werden kann und somit ein
Winkel der nicht perpendikulär zur Bruchlinie eingehalten werden kann, um eine hohe
biomechanische Stabilität zu erreichen.
67
Die Ergebnisse sind aussagekräftig und lassen sich, unabhängig von anderen Faktoren wie
Skaphoidgröße oder Knochendichte, freier Knochenfläche oder Schraubenlänge,
da hier jeweils paarinterne Identität bestand, einzig auf die unterschiedliche Schraubenlage
zurückführen.
Im Umkehrschluss lässt sich daraus folgern, dass bei den schräg verlaufenden Frakturen des
Kahnbeins- um eine hohe biomechanische Stabilität zu erreichen- die Schraube axial im
zentralen Kegel eingebracht werden kann, auch wenn sich dadurch eine Winkelposition
ergibt, die nicht orthogonal zur Bruchlinie verläuft.
68
6. Fazit und Ausblick
In dieser Arbeit wurde der Einfluss von unterschiedlichen Schraubenlagen (orthogonal zur
Bruchlinie bzw. um 10˚ abgewinkelt) bei gleicher Schraubenlänge auf die Stabilität der
Osteosynthese bei einer standardisierten, nicht dislozierten, mittels Osteotomie simulierten
glatten Querfraktur der Kahnbeintaille untersucht.
Es hat sich eine Überlegenheit für die gering abgekippte Verschraubung mittels 3.0 HCS
Kompressionsschraube der Firma Synthes ergeben. Für die klinische Praxis lässt das den
Rückschluss zu, dass bei Kahnbeinquerfrakturen nicht unbedingt eine genau axiale
Versorgung anzustreben ist; eine diskrete Schräglage darf toleriert werden und es ist nicht
notwendig oder sogar fehlerhaft, sie zu korrigieren, da eine in nicht 90˚ zur Fraktur stehende
Schraube eine mindestens gleich große, wenn nicht höhere biomechanische Stabilität liefert,
als eine lotrecht eingebrachte Osteosynthese.
Die Erkenntnis ist von großer Bedeutung dafür, dass die Schraubenlage bei der
osteosynthetischen Versorgung von Kahnbeinfrakturen entscheidend für die spätere Stabilität
ist.
In weiteren Experimenten sollte jedoch abgeklärt werden, wie sich die relevanten
biomechanischen Eigenschaften Festigkeit und Steifigkeit bei extremeren Schraubenlagen
verhalten, z.B. bei einer Abwinkelung von 20˚ zur zentralen Achse statt lediglich 10˚; es ist
davon auszugehen, dass ab einem bestimmten Winkelgrad ein Umkipppunkt erreicht ist, von
dem an die ansteigende Stabilität wieder abnimmt.
Die im Rahmen dieser Studie erbrachten Resultate können in Zukunft weiter verarbeitet
werden, auch um zum Beispiel das Feld der computernavigierten Operation im Bereich der
osteosynthetischen Versorgung bei Kahnbeinfrakturen zu verbessern und diese Methode in
die Behandlungsstrategien im klinischen Alltag weiter zu integrieren.
Zwar ist das Ergebnis dieser Studie eindeutig, doch muss darauf verwiesen werden, dass es
auf Laborversuchen gründet und unverzichtbar im Rahmen klinischer Kontrollen im
Krankenhausalltag weiter überprüft werden muss, um die biomechanischen Resultate zu
unterstützen.
69
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Winckler S, Brug E 1991. Frakturen der Handwurzelknochen unter besonderer
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Wulff RN, Schmidt TL. 1998. Carpal fractures in children. Journal of Pediatriatric
Orthopedics. 18(4):462-465.
75
Anhang
Einzelergebnisse und Testkurven der Untersuchungen
Testkurven der PU-Knochen:
76
PU-Knochen P 1-O: PU-Knochen P 2-S:
PU-Knochen P 3-O: PU-Knochen P 4-S:
77
PU-Knochen P 5-O: PU-Knochen P 6-S:
PU-Knochen P 7-O: PU-Knochen P8-S:
78
PU-Knochen P 9-O: PU-Knochen P 10-S:
PU-Knochen P 11-O: PU-Knochen P 12-S:
79
PU-Knochen P 13-O: PU-Knochen P 14-S:
80
Ergebnisse und Testkurven der humanen Kahnbeine
Testkurven der humanen Kahnbeine:
81
Ergebnisse der endgültigen 4 Kahnbeinpaare:
5-L 32/07-dex-O: 6-L 32/07-sin-S:
11-L 48/07-dex-O: 12-L 48/07-sin-S:
82
19-L 05/08-dex-O: 20-L 05/08-sin-S:
25-L 22/08-dex-O: 26-L 22/08-sin-S:
83
Ergebnisse der nach dem CT ausgeschlossenen restlichen 9 Kahnbeinpaare
1-L 47/05-dex-O: 2-L 47/05-sin-S:
3-L 27/07-sin-O: 4-L 27/07-dex-S:
84
7-L 37/07-dex-O: 8-L 37/07-sin-S:
9-L 47/07-sin-O: 10-L 47/07-dex-S:
85
13-L 56/07-sin-O: 14-L 56/07-dex-S:
15-L 59/07-sin-O: 16-L 59/07-dex-S:
86
17-L 01/08-sin-O: 18-L 01/08-dex-S:
21-L 14/08-sin-O: 22-L 14/08-dex-S:
87
23-L 15/08-sin-O: 24-L 15/08-dex-S:
88
Statistik
Test auf signifikante Unterschiede bei 13 und 4 humanen Kahnbeinpaaren
Aufgrund des geringen Stichprobenumfanges von n = 4 Paare wurde der Kolmogorov-
Smirnov-Test angewendet. Aufgrund des geringen Stichprobenumfanges sind die
Unterschiede zwischen den beiden Gruppen (axial vs. 10° verkippt) nicht mehr signifikant.
- Die Knochendichten sind gleich.
13 Paare p = 0,753 axial: 98,6 mg/ccm 10°: 101,4 mg/ccm
4 Paare p = 0,699 axial: 88,7 mg/ccm 10°: 78,8 mg/ccm
- Die Knochenlängen sind gleich:
13 Paare p = 0,955 axial: 22,4 mm 10°: 22,5 mm
4 Paare p = 1 axial: 21,7 mm 10°: 21,7 mm
- Die Schraubenlängen sind gleich:
13 Paare p = 1 axial: 20,9 mm 10°: 20,9 mm
4 Paare p = 1 axial: 20,3 mm 10°: 20,3 mm
- Die Steifigkeit unterscheidet sich signifikant bei 13 Paaren, jedoch nicht signifikant
bei 4 Paaren:
13 Paare p = 0,037 axial: 51,5 N/mm 10°: 79,2 N/mm
4 Paare p = 0,106 axial: 58,2 N/mm 10°: 93,9 N/mm
- Die Festigkeiten unterscheiden sich bei 13 Paaren signifikant, bei 4 Paaren jedoch
nicht:
13 Paare p = 0,023 axial: 56,9 N 10°: 85,6 N
4 Paare p=0,699 axial: 56,3 N 10°: 81,1 N
89
Test auf Korrelationen mit der Knochendichte
13 Paare:
Ein Zusammenhang zwischen Knochendichte und Festigkeit (Fmax im Diagramm) ist mit
hoher Wahrscheinlichkeit auszuschließen.
axiale Schraubenlage 10° verkippte Schraubenlage
4 Paare:
Es wurde die Korrelation nach Pearson bestimmt.
Bei axialer Schraubenlage besteht keine
Korrelation zwischen Knochendichte und
Steifigkeit.
R = -0,361 p = 0,639
Bei um 10° verkippter Schraubenlage besteht
ebenfalls keine Korrelation zwischen
Knochendichte und Steifigkeit.
R = 0,788 p = 0,212
Bei axialer Schraubenlage besteht keine
Korrelation zwischen Knochendichte und
der Festigkeit bei 2mm Verformung.
R = -0,301 p = 0,699
Bei um 10° verkippter Schraubenlage
besteht ein signifikanter Zusammenhang
zwischen Knochendichte und Festigkeit
bei 2 mm Verformung
R = 0,982 p = 0,018
optimale Schraubenlage (nicht signifikant)
ρ = 0,516
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250
Knochendichte in mg/ccm
Fm
ax in
N
suboptimale Schraubenlage (nicht signifikant)
ρ = 0,401
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 50 100 150 200 250
Knochendichte in mg/ccmF
max in
N
R2 = 0,6213
R2 = 0,1306
20
40
60
80
100
120
140
50 70 90 110 130 150
Knochendichte in mg/ccm
Ste
ifig
keit
in
N/m
m
Optimal Suboptimal
R2 = 0,9635
R2 = 0,0903
20
40
60
80
100
120
140
160
180
50 70 90 110 130 150
Knochendichte in mg/ccm
Festi
gkeit
Fm
ax(b
ei
2m
m)
in N
Optimal Suboptimal
axial
axial
10° verkippt
10° verkippt
90
Abbildungen
Abbildung 1: Model nach Herbert 1990 Seite 8
Abbildung 2: Modell aus Schäfer und Siebert 2002 Seite 13
Abbildung 3: versenkbare Kompressionsschraube Seite 18
Abbildung 4: Metallgehäuse zur Schalenhälftenproduktion der PU-Knochen Seite 20
Abbildung 5: Schalenhälften zur PU-Knochen-Produktion Seite 21
Abbildung 6: befüllte Formhälften zur PU-Knochen-Produktion Seite 21
Abbildung 7: PU-Knochen Seite 22
Abbildung 8: humanes Kahnbein und sein Röntgenbild Seite 24
Abbildung 9: Längenmessung Kahnbein Seite 24
Abbildung 10: pQCT-Untersuchungen Seite 25
Abbildung 11: Versuchsaufbau I – IV Seite 27
Abbildung 12: Instrumentarium V – VIII Seite 27
Abbildung 13: Definieren der Schnittebene Seite 29
Abbildung 14: Schraubenkanalbohrung axial links und um 10º verkippt rechts Seite 30
Abbildung 15: Setzen der Querfraktur Seite 30
Abbildung 16: Schraubeneinbringung, Gebrauchsanweisung nach Synthes Seite 33
Abbildung 17: kontrollierende Röntgenaufnahmen in 2 Ebenen
der 13 versorgten Kahnbeinpaare Seite 34
Abbildung 18: eingießen des proximalen Kahnbeinpols in einen Polyurethan-Block Seite 35
Abbildung 19: Röntgenkontrolle nach Versorgung und Stabilitätsuntersuchung Seite 35
Abbildung 20: CT-Untersuchung Kahnbein Seite 36
Abbildung 21: Prüfmaschine und Arbeitsplatz Seite 37
Abbildung 22: Aufhängung für das Kahnbein Seite 38
Abbildung 23: Kreuztisch mit 45° Winkel zur Kahnbeineinspannung Seite 38
Abbildung 24: Belastungsrichtung Seite 39
Tabellen
Tabelle 1: Herbert-Klassifikation, modifiziert nach Krimmer 2000 Seite 12
Tabelle 2: Operations-Indikationen bei frischen Kahnbeinfrakturen Seite 16
Tabelle 3: Knochenmaße der sechs einzelnen Kahnbeine Seite 20
Tabelle 4: Altersverteilung der Humanknochen in Jahren Seite 23
Tabelle 5: Altersverteilung der 13 gemessenen Kahnbeinpaare in Jahren Seite 23
91
Tabelle 6: Ausgeschlossene Kahnbeinpaare aus der Studie Seite 25
Tabelle 7: Schraubenlängenauswahl in Paaranzahlen
nach der Kahnbeinlängenmessung Seite 31
Tabelle 8: Kahnbein- und Schraubenlängenauswahl paarige Knochen Seite 32
Tabelle 9: Belastungstest axial versorgte PU-Knochen Seite 41
Tabelle 10: Belastungstest um 10˚ verkippt versorgte PU-Knochen Seite 41
Tabelle 11: axiale Versorgung 13 Kahnbeinpaare Seite 43
Tabelle 12: um 10˚ verkippte Versorgung 13 Kahnbeinpaare Seite 44
Tabelle 13: relativer Unterschied axial zu
um 10˚ verkippt versorgte 13 Kahnbeinpaare Seite 44
Tabelle 14: Ausschluss der Kahnbeine nach dem CT Seite 48
Tabelle 15: axiale Versorgung 4 Kahnbeinpaare Seite 49
Tabelle 16: um 10˚ verkippte Versorgung 4 Kahnbeinpaare Seite 49
Diagramme
Diagramm 1: Knochenlänge der 13 humanen Kahnbeinpaare in mm Seite 26
Diagramm 2: Knochendichte der 13 humanen Kahnbeinpaare in mg/ccm Seite 26
Diagramm 3: unter axialer Belastung getestete Steifigkeit
der Kunstknochen mit Mittelwerten in N/mm Seite 42
Diagramm 4: unter axialer Belastung getestete Festigkeit der Kunstknochen
mit Mittelwerten in N Seite 42
Diagramm 5: Steifigkeit in N/mm der 13 humanen Kahnbeinpaare
nach axialem Belastungstest Seite 45
Diagramm 6: Festigkeit der 13 humanen Kahnbeinpaare
nach axialem Belastungstest in N Seite 46
Diagramm 7: Knochenlänge der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 50
Diagramm 8: Knochendichte der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 50
Diagramm 9: Steifigkeit nach axialem Belastungstest
der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 51
Diagramm 10: Festigkeit nach axialem Belastungstest
der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 51
Diagramm 11: Festigkeit axial Seite 53
Diagramm 12: Festigkeit: um 10° verkippt Seite 53
Diagramm 13: Steifigkeit axial Seite 53
Diagramm 14: Steifigkeit um 10° verkippt Seite 53
92
Lebenslauf
Persönliche Daten
Name: Kevin Müller
Geburtstag: 08. September 1984
Geburtsort: Tübingen
Nationalität: deutsch
Konfession: römisch katholisch
Schulausbildung und Zivildienst
1991 - 1995 Grundschule Nürtingen-Raidwangen
1995 - 2004 Hölderlin-Gymnasium Nürtingen
Juni 2004 allgemeine Hochschulreife
Oktober 2004 - Juli 2005 Zivildienst Deutsches Rotes Kreuz Nürtingen, Rettungsdienst
Studium und berufliche Tätigkeit
Oktober 2005 - Oktober 2011
Studium der Humanmedizin an der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Approbation 18. Oktober 2011
November 2011 - September 2012
Promotionsstudent
seit Oktober 2012
Assistenzarzt für Orthopädie und Unfallchirurgie am Klinikum Bremen-Mitte
Ort, Datum Unterschrift
93
Danksagung
Ich möchte mich hiermit bei allen Menschen bedanken, die mich bei der Umsetzung dieser
Arbeit unterstützt haben. Mein Dank gilt Prof. Dr. Dr. G. O. Hofmann und Dipl. Ing. K. L.
Hoffmeier, die mich bei der Konzeption und Durchführung der Arbeit sowie der Erstellung
der Dissertationsschrift über den gesamten Zeitraum betreuten. Insbesondere geht mein Dank
an meinem Betreuer Dr. med. R. Friedel, der mir mit seinem fundierten Wissen, seiner
Geduld und auch mit aufmunternden Worten stets zur Seite stand und beratend ansprechbar
war.
Ohne die Unterstützung meiner Freundin Annika Rother sowie meiner Eltern Dr. Dirk und
Helga Müller wäre die Umsetzung meiner Promotion kaum möglich gewesen. Besonders bei
ihnen möchte ich mich von ganzem Herzen für die Hilfestellungen, die Ermunterung und den
Rückhalt bedanken.
94
Ehrenwörtliche Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass mir die Promotionsordnung der Medizinischen Fakultät
der Friedrich-Schiller-Universität Jena bekannt ist.
Ich erkläre, dass ich diese Dissertation selbst angefertigt habe und alle von mir benutzten
Hilfsmittel, persönlichen Mitteilungen und Quellen in meiner Arbeit angegeben sind.
Folgende Personen haben mich bei der Auswahl und Auswertung des Materials sowie bei
der Herstellung des Manuskripts unterstützt: Dr. med. R. Friedel, Dipl.-Ing. K. L. Hoffmeier.
Die Hilfe eines Promotionsberaters wurde nicht in Anspruch genommen. Dritte haben weder
unmittelbar noch mittelbar geldwerte Leistungen von mir für Arbeiten erhalten, die im
Zusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertation stehen.
Ferner erkläre ich, dass ich die Dissertation noch nicht als Prüfungsarbeit für eine staatliche
oder andere wissenschaftliche Prüfung eingereicht habe und dass ich die gleiche, eine in
wesentlichen Teilen ähnliche oder eine andere Abhandlung nicht bei einer anderen
Hochschule als Dissertation eingereicht habe.
Ort, Datum Unterschrift