gms | German Medical Science

Fragestellung: Welche Antriebe und Haltesysteme sind für vollimplantierare Knochenverlängerungsgeräte (Verlängerungsmarknägel) geeignet? Welche davon sind miniaturisierbar und in der Funktionsweise steuerbar, bezüglich der täglichen Distraktionsstrecke kontrollierbar und in der Anwendung verlässlich?

Hintergrund: Bei der isolierten Verlängerung von Extremitäten ohne Achskorrekturen sind nach heutigem Stand der Wissenschaft 3 Wege etabliert, zum einen die externen Fixateure, zweitens Kombinationsverfahren von externen Fixateuren zur Verlängerung über Marknägel als lengthenig over nail (auch Monorailverfahren) und drittens vollimplantierbare Nagelsysteme mit und ohne Motor. Durch eine Entwicklung der FH Konstanz aus der Forschung an sog. Formgedächtnismetallen, die sich die Wiedererinnerung eines Urspungszustandes bei bestimmten metallischen Legierungen zu Nutze machen (shape memory effect), ist ein patentierter Federmechanismus seit Ende der 90er-Jahre bekannt, der bereits in nichtorthopädischen Medizinprodukten eingesetzt wird (z.B. bei coronaren Stents). Im Rahmen einer interdisziplinären Expertenrunde mit Mechanikern, Maschinenbau- und Elektrotechnikingenieuren ist ein Prototyp eines neuen Verlängerungsmarknagels enstanden, der vollimplantierbar ist und über subkutan gelegene Spule HF-Strom als elektromagentisches Signal aufnehmen kann, um eine Feder aus einer Formgedächntnislegierung (FGL) zu stellen, welche den Antrieb des Nagels darstellt.

Material und Methoden: Folgende Antriebssysteme werden vorgestellt und wurden untersucht hinsichtlich Ihrer Stärken und Schwächen: 1. Motorgetriebene Systeme, 2. Ratschenmechanik, 3. Spannfeder aus FGL. Als Haltesysteme sind bekannt: Gewindestange mittels Kraftschluß und Zahnstange mittels Formschluß.

Ergebnisse: Es bestehen bei der Wahl des Antriebes große Schwierigkeiten bezüglich der Miniaturisierung und der Entwicklung einer Methode mit größtmöglichem Komfort für den Patienten. Bei der Wahl des Haltesystems bestehen bei kraftschließenden Systemen mittels Gewindestange Probleme bezüglich der unidirektionalen Verlängerung. Der zugrunde liegende Planetenrollenmechanismus ist störanfällig. Der Ratschenmechanismus bietet Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Verlängerung. Durch notwendige rotatorische Auslenkung des betroffenen Knochens kommt es zu Bewegungen in der Kallotasisstrecke durch Scherkräfte, welche bezogen auf die Suffizienz des Kallusregenerates von Nachteil sind. Durch formschließende Haltesysteme, wie sie bei einer Spannfeder mittels Zahnstange möglich sind, entsteht bezüglich der Kallusreifung ein Vorteil. Durch bessere Miniaturisierbarkeit lässt sich das orthopädische Anwendungsspektrum eines Verlängerungsnagels mit Spannfeder aus FGL gegenüber den bekannten Antrieben erweitern.

Schlussfolgerung: Die Kombination einer Spannfeder aus einer FGL mit einer Zahnstange als Formschluß-Haltesystem ist eine vielversprechende Neuentwicklung mit vielseitigem Anwendungsspektrum.