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Einleitung: Die Versorgung komplexer Frakturen großer Röhrenknochen mit knöchernen Defektzonen stellt ein erhebliches Problem dar. Zur Evaluierung von alternativen Methoden wie Knochenersatzstoffe und Wachstumsfaktoren existiert zum jetzigen Zeitpunkt kein valides Kleintiermodell. So erlaubt die derzeitige Standardversorgung der Frakturen von Ratte und Maus mittels Kirschnerdrahtes keine ausreichende Rotations- und Axial-Stabilität. Daher war das Ziel der Studie die Entwicklung und Testung eines neuen intramedullären, rotationsstabilen Verriegelungsnagels an der Ratte.

Methode: Zunächst wurden in vitro an osteotomierten Rattenfemura (5mm Frakturspalt) 3 retrograde Marknagelungstechniken (je n=6) biomechanisch untersucht. Als neue rotations- und axialstabile Verriegelung wurde ein Kraftträger (K-Draht Ø1,2mm) in zwei kleine, zentral perforierte Schrauben (Ø2,2mm) eingeführt und mit den Schrauben verkeilt (Gruppe S). Die zweite Gruppe wurde mittels K-Draht (Ø1,2mm) und 2 unikortikal eingebrachten Kompressionsschrauben (Ø1,7mm) stabilisiert (L). Als Kontrollgruppe wurde ein K-Draht (Ø1,2mm) ohne zusätzliche Verriegelung eingesetzt (K). Anschließend wurde in vivo an 18 männlichen Sprague- Dawley Ratten (250-300g) über einen ventralen Zugang der linken hinteren Extremität eine Femur-Defektfraktur kritischer Größe (5mm) gesetzt und durch die beschriebenen Verfahren (je n=6) stabilisiert. Alle Gruppen wurden klinisch und radiologisch nach 1 Tag, 6 und 12 Wochen untersucht.

Ergebnisse: Die Ergebnisse der biomechanischen Testung zeigten eine 2-fach erhöhte Kompressionssteifigkeit und eine 15-fach erhöhte Rotationssteifigkeit der beiden Verriegelungstechniken gegenüber der Kontrollgruppe (Kompressionssteifigkeit N/mm; S 104±13; L 91±11; K 53±8; Torsionssteifigkeit N/mm2; S 6666±2214; L 8085±1563; K 493±96 (Mittelwert±SD, ANOVA, p<0,05 für S und L vs. Kontrolle). Die Überlegenheit der Verriegelungstechnik bestätigte sich nach 12 Wochen im Tierexperiment nur in der Gruppe mit den Kompressionsschrauben, die keine Implantatdislokation bei konstantem Frakturspalt zeigte. Im Gegensatz dazu waren nach 6 Wochen in Gruppe K in 3 von 6 Tieren die Drähte verschoben und die Fraktur komplett disloziert. Zusätzlich verminderte sich in 3 Tieren dieser Gruppe der Frakturspalt von 5mm auf 3mm. In Gruppe S wurde nach 6 Wochen keine Implantatdislokation dokumentiert. Nach 12 Wochen zeigte sich in 2/6 Tieren jedoch eine Drahtdislokation, dabei blieb der Frakturspalt konstant. Eine knöcherne Konsolidierung wurde in keiner der Gruppen nach 12 Wochen nachgewiesen.

Zusammenfassung: Die vorgestellte Kompressionsschrauben-Verriegelungsmethode konnte bei Femur-Defektfrakturen kritischer Größe eine rotations- und axialstabile Frakturversorgung über 12 Wochen sicherstellen. Damit steht zum ersten Mal ein standardisiertes Kleintiermodell zur Verfügung, welches die Untersuchung der Knochenheilung von kritischen Defekten ohne Interferenz durch Hypermobilität am Frakturspalt erlaubt.