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Fragestellung: Die Vertebroplastik ist eine Behandlungsmethode von osteoporotischen Wirbelkörperfrakturen. Aufgrund der hohen Steifigkeitsunterschiede von derzeitig verwendetem Zement und Knochen ist ein erhöhtes Frakturrisiko der benachbarten Wirbelkörper von Grados et al. demonstriert worden. Deshalb wurde in einer vorigen Studie ein poröser PMMA Zement entwickelt mit mechanischen Eigenschaften (E-modul (S): 480 MPa, Bruchspannung (B)11.6 MPa) näher am spongiösen Knochen (S: 352 MPa, B: 2.5 MPa; Banse et.al). Da die Wirbelsäule unter dynamischen Belastungen steht, stellte sich die Frage ob das Konstrukt aus Knochen und porösem Zement unter dynamischer Kompression versagt.

Methodik: Um die Frage hinsichtlich akuten Versagens unter dynamischer Last zu beantworten wurden Biopsien aus Wirbelkörperspongiosa mit Zement injiziert und biomechanisch gestestet. Zwei zylindrische Biopsien (Ø 10.6 mm) wurden aus der Mitte von 12 humanen Wirbelkörpern (T11, T12) senkrecht zu den Endplatten entnommen. Hiervon wurden zwei Gruppen, je eine Biopsie von jedem Wirbelkörper gebildet. Nach entfernen der Endplatte und des Knochenmarks mittels Wasserspülung / Ultraschallbad wurden die Biopsien planparallel auf eine Höhe von 18 mm gesägt. Biopsien der ersten Gruppe wurden mit porösem Zement und die der Zweiten mit regulärem Zement (Vertecem, Synthes, S: 1900 MPa, B:100 MPa) injiziert um eine perfekt augmentierte Spongiosaregion zu simulieren. Danach wurden die Proben im Wasserbad dynamisch komprimiert (14400 Zyklen, Kraft geregelt 3.9 – 390N) bis zu einer Spannung von 4.4 MPa (normaler Bandscheibendruck 1-1.5 MPa). Aus den ersten und letzten 10 Zyklen wurde die Anfangs- und Endsteifigkeit bestimmt. Der Höhenverlust wurde als Differenz der Biopsiehöhe vor und nach dem Test bestimmt. Da kein Versagen während den zyklischen Tests beobachtet werden konnte, wurde anschliessend ein zerstörender Kompressionstest durchgeführt, wobei S und B ermittelt wurde (ISO 5833). Für die statistische Betrachtung der Differenzen zwischen den Gruppen wurde der unabhängige t-Test verwendet.

Ergebnisse: Höhenverlust war in der Gruppe mit porösem Zement höher, lagen aber beide unter 0.8 % der Anfangshöhe. S war im Mittel bei der ersten Gruppe um 33 % höher (642 MPa) und in der Zweiten um 33 % niedriger (1262 MPa) als die reinen Zemente. B verdoppelte sich für die erste Gruppe (21.1 MPa) und reduzierte sich in der Zweiten (62.5 MPa) im Vergleich zu den reinen Materialien.

Schlussfolgerung: Die Steifigkeit des Konstruktes unter Last bleibt durch die Verwendung des porösen Materials weitgehend erhalten, mit erhöhter Bruchfestigkeit. Somit wird das mechanische System des Wirbelkörpers im Vergleich zu steiferen Zementen weniger verändert, was eine Minimierung des Frakturrisikos der benachbarten Wirbelkörper bedeuten müsste. Zur Bestätigung wird derzeit eine Untersuchung an einzelnen Bewegungseinheiten der Wirbelsäule durchgeführt, woraus erste Resultate gezeigt.