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Fragestellung: Osteoporotische Wirbelfrakturen stellen ein massives klinisches Problem in alternden Gesellschaften dar. Ein Drittel dieser Frakturen ist auf Stürze zurückführbar, 15% auf das Heben schwerer Lasten und über 50% auf nicht traumatische Ereignisse. In letzterem Fall zeigen Wirbelkörper Sinterprozesse, welche die zyklische Akkumulation von Schädigung und permanenter Deformation indizieren. Wirbelkörper können substantielle Schädigung akkumulieren, welche auf Radiographien nicht sichtbar ist. Diese akkumulierte Schädigung erhöht das Frakturrisiko und führt schlussendlich zur Wirbelkörperfraktur. Für eine Vorhersage des Frakturrisikos ist deshalb das Verständnis des mechanischen Schädigungsverhaltens der Wirbelkörperspongiosa unerlässlich.

Die präsentierte Studie untersuchte die Schädigungsakkumulation humaner Wirbelkörperspongiosa mit mehreren Belastungszyklen unter Kompression, Zug und Torsion in drei anatomischen Richtungen.

Methodik: Es wurden 251 zylindrische Proben mit 8 mm Durchmesser und 18–25 mm Höhe aus 104 frisch gefrorenen humanen Wirbelkörpern (50 männlich, 54 weiblich, T1-L3) gewonnen. Die Spender hatten ein Alter von 65 (21–94) Jahren. Die Zylinder wurden sofort nach Entnahme bei −20°C aufbewahrt. Die Wirbelkörper wurden zufällig drei Gruppen kranial-kaudal, anterior-posterior und dexter-sinister zugeordnet. Die Knochenzylinder wurden in fünf Lastschritten ε_i zu je drei Konditionierungszyklen bis maximal 8% Dehnung bei 0.2%/s belastet. Statistische Analysen wurden mit R durchgeführt. Messungen unterhalb des 5. und oberhalb des 95. Perzentils wurden als Ausreißer betrachtet. Student t-Tests wurden zu einem Signifikanzniveau von p=0.05 durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Schädigung akkumulierte signifikant mit steigender Dehnung ε₁ bis ε₅ in allen anatomischen Richtungen für alle Lastfälle. Der Beginn irreversibler Dehnungen (Streckgrenze) war unabhängig von der anatomischen Richtung und vergleichbar mit der Literatur. Permanente Dehnungen stiegen mit zunehmender Schädigung signifikant an. Spanungs-Dehnungs Kurven stabilisierten nach drei Wiederholungen in jedem Lastschritt. Die Umkehrpunkte des dritten Zyklus pro Lastschritt wurden genutzt, um eine Spannungs-Dehnungs Kurve auszuwerten wie sie bei monotoner Belastung zu erwarten wäre. Streck- und Maximalspannungen und Dehungen welche mit dieser monotonen Kurve gewonnen werden konnten, waren vergleichbar mit der Literatur. Die maximal erreichte Spannung in Kompression war 1.07 mal höher als in Zug.

Die präsentierte Studie gibt experimentelle Einsichten in das Schädigungsverhalten von humaner Wirbelkörperspongiosa unter verschiedenen Lasten, welche in vivo auftreten können. Die Resultate werden für eine sorgfältige Untersuchung der Streckgrenze und ihre Anwendung in Finite Elemente Modellen zur Untersuchung des Frakturrisikos von Wirbelkörpern genutzt. Die gefundenen Ergebnisse helfen die Vorhersage von Wirbelkörperfrakturen zu verbessern.