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Fragestellung: Ein Standardverfahren bei der Behandlung von Patienten mit pathologischen Wirbelkörperfrakturen ist die Wirbelkörperaugmentation mit vorwiegend PMMA-basierenden Knochenzementen. Diese Knochenzemente besitzen im Vergleich zu spongiösem Knochen eine sehr hohe Kompressionssteifigkeit, welche in Zusammenhang mit einem erhöhten Risiko von Anschlussfrakturen gebracht werden kann. Ziel dieser Studie war es, diese Materialparameter durch die Zumischung von isotonischer Kochsalzlösung zu einem hochviskösen PMMA-Knochenzement zu beeinflussen. Es wurden dafür mechanische, strukturelle und hydrodynamische Eigenschaften gemessen.

Methodik: Nach anleitungsgerechter Anmischung eines kommerziell erhältlichen PMMA-basierenden Vertebroplastiezementes erfolgte die Zugabe von 0 (Kontrolle), 10, 20 und 30 vol. % isotonischer Kochsalzlösung zu der Zementmasse.

Aus dem Knochenzement wurden zum einen Testkörper für die Kompression- und Biegeprüfung nach ISO 5833 gegossen, zum anderen wurden Viskositätsmessungen durchgeführt und die Abbindezeit bestimmt. Die statistische Auswertung der Gruppen erfolgte mittels ANOVA mit darauffolgenden Bonferroni Post-Hoc vergleich. Ein p-Wert kleiner 0,05 wurde als signifikanter Unterschied angenommen. Zudem wurde die Porosität des ausgehärteten Knochenzementes mittels Rasterelektronenmikroskop und Mikro-CT gemessen und mit den erhobenen Materialkennwerten korreliert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Durch die Zugabe von Kochsalzlösung wird die Abbindezeit des Knochenzementes deutlich verkürzt (25 min bei 0%; 12 min bei 30%). Zudem führt die Addition von Kochsalzlösung zu einer Reduktion der Steifigkeit des Knochenzementes von 3409 ± 312 MPa auf 1131 ± 127 MPa (p < 0,05). Ebenso konnte eine geringere Kompressionsfestigkeit von 86 ± 4 vs. 33 ± 3 MPa (p < 0,05) und eine reduzierte Biegefestigkeit von 42 ± 3 vs. 24 ± 3 MPa (p < 0,05) ermittelt werden.

Die Beimischung der Kochsalzlösung führt mikrostrukturell zu einer höheren Porosität, die stark mit den ermittelten Materialeigenschaften korreliert (Spearman-Koeffizient -0,94 bis -0,96).

Es konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass durch die Zugabe von Kochsalzlösung, die Steifigkeit von Knochenzement um zwei Drittel gesenkt werden kann. Dieses Verhalten kann durch einen Zuwachs der Mikroporosität in den Testkörpern bei höherer Volumenkonzentration an Kochsalzlösung erklärt werden. Die reduzierte mechanische Festigkeit ist dabei noch oberhalb der max. Festigkeiten von spongiösem Knochen.

Ob sich die gemessene Steifigkeitsreduktion auf die Inzidenz von Anschlussfrakturen auswirkt, muss in nachfolgenden Simulatorversuchen gezeigt werden.

Dieses Projekt wurde durch die Deutsche Wirbelsäulenstiftung gefördert