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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

26. - 29.10.2010, Berlin

Schwierigkeit biomechanischer Versuchsreihen – Analyse und Reduktion systematischer Fehler im Kleintiermodell

Meeting Abstract

  • P. Prodinger - Klinikum rechts der Isar, TU München, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany
  • D. Bürklein - Orthopädische Klinik, König-Ludwig-Haus, Klinik für Orthopädie, Würzburg, Germany
  • B. Holzapfel - Universitätsklinikum Würzburg, Zentrum Operative Medizin, Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie, Würzburg, Germany
  • I. Banke - Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie der TU München, Klinik für Sportorthopädie, München, Germany
  • K. Kreutzer - Technische Universität München, Klinik und Poliklinik für Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, München, Germany
  • T. Tischer - Orthopädische Klinik und Poliklinik der Universität Rostock, Abteilung für Sportorthopädie, Rostock, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 26.-29.10.2010. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2010. DocPO17-352

doi: 10.3205/10dkou618, urn:nbn:de:0183-10dkou6182

Veröffentlicht: 21. Oktober 2010

© 2010 Prodinger et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Ratten-Frakturmodelle sind weit verbreitet und wurden in den letzten 10 Jahren in 38% aller tierexperimentell orientierten Publikationen herangezogen.

Die biomechanische Testung ganzer Knochen oder bestimmter Knochenabschnitte ist dabei der wichtigste Endpunkt. Neben der vielfach ergänzend durchgeführten morphologischen Charakterisierung mittels DXA, pQCT oder Mikro-CT und Histologie ist nur die Versagenslast letztlich in der Lage über die Stabilität des getesteten Knochens Auskunft zu geben.

Leider bleiben die Ergebnisse biomechanischer Auswertungen oft hinter den Erwartungen zurück und erreichen selten Signifikanzniveau. Grundlegend kann ein systematischer Fehler, bedingt durch inter- und intraindividuelle Varianz und Unregelmäßigkeiten während der Messung sein, der in Summe die Effektgrößen experimenteller Veränderungen durch z.B. Pharmaka übertrifft.

Ziel der vorliegenden Untersuchung war die Reduktion des systematischen Fehlers durch methodische Änderung des experimentellen Setups. Daneben wurde die Bandbreite inter- und intraindividueller Varianzen unterschiedlicher Knochen erstmals systematisch untersucht, um damit den optimalen Modellknochen zu identifizieren und eine exakte Fallzahlplanung zu ermöglichen.

Methodik: Jeweils 40 gepaarte Femura, Tibiae und Humeri männlicher Wistar-Ratten mit einem Gewicht von 240g bis 720g (Mean 476 ±160g) wurden mittels DXA und pQCT analysiert. Anschließend erfolgte die Testung mittels 3-Punkt-Biegeversuch. Dabei wurden erstmals die Auflageflächen und der einwirkende Kraftarm prozentual an die Länge des zu testenden Knochens adaptiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: DXA und pQCT zeigen hohe Korrelationen mit der maximalen Versagenslast (DXA r=0,90–0,94; CT r=0,93–0,97). Der Knochenmineralgehalt (BMC) (DXA vs. CT) korreliert mit r=0,97-0,99. Zwischen rechten und linken Knochen konnte kein signifikanter Unterschied ermittelt werden. Die prozentuale Abweichung der Seitendifferenzen betrug bei der DXA (BMC) 1,5±4,5% und bei der pQCT 2,5±5,3%. Die Versagenslasten wiesen die geringste Seitendifferenz beim Femur auf (1,2±6,7%), gefolgt vom Humerus (7,2±6,0%) und der Tibia (8,6±9,7%). Die interindividuelle Varianz der Versagenslasten (auf das Gewicht normiert) liegt bei bis zu 21% und ist am Femur bei Tieren unter 400g am geringsten (9%). Der Humerus zeigt keinerlei Beeinflussung durch das Gewicht der Tiere, bei der Tibia hingegen sind die Ergebnisse konstanter bei Tieren über 400g. Unsere Ergebnisse zeigen, dass beim Quadrupäden deutliche interindividuelle Seitenunterschiede existieren, die bei Verwendung gepaarter Knochen die Ergebnisse beeinflussen. Durch Anpassung der biomechanischen Versuchsanordnung auf die Länge des Knochens ließen sich die intraindividuellen Unterschiede auf unter 10% reduzieren (in der Literatur bis zu 30% beschrieben). Bezüglich der Konstanz der Ergebnisse zeigen die Femura relativ kleiner Tiere (unter 400g) die geringste Varianz und eignen sich aus biomechanischer Sicht am besten für den Einsatz im Modell.