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Fragestellung: Für die reproduzierbare Evaluation der Primärstabilität von Implantaten/Schrauben im Knochenverbund stellt die hohe interindividuelle Varianz humaner Präparate sowie deren eingeschränkte Verfügbarkeit ein bekanntes Problem biomechanischer Analysen dar. In dieser Arbeit wurden deshalb die mechanischen Eigenschaften verschiedener künstlicher spongiöser Knochenersatzmaterialien (Hartschaumstoffe) ermittelt sowie die biomech. Eigenschaften des Femurkopfes von Rind, Schwein und Schaf. Die Werte wurden mit den mechanischen Eigenschaften der Spongiosa humaner Femurköpfe verglichen, um ein geeignetes Ersatzmaterial zu evaluieren.

Methodik: Für die Experimente wurden 30 humane (15 weibl, 15 männl) Femurköpfe intraoperativ (Alter 44-89 J.), 6 Femora vom Rind (4-46 Mon.), 6 Femora vom Schwein (4 Mon.) und vier Femora vom Schaf (3 J.) gewonnen. Als künstlicher Knochen wurden 9 Polyurethan-Hartschaumstoffe unterschiedlicher Rohdichte getestet.

Die verwendeten Prüfverfahren waren: uniaxialer Druckversuch, 3-Punkt-Biegeversuch und Schraubenausrissversuch. Für den Druckversuch und den Biegeversuch wurden an definierten Positionen in der Hauptbelastungsachse spongiöse Zylinder aus den Femurköpfen gefräst und die Maximalkraft (Fmax) und das E-Modul bestimmt, beim Schraubenausrissversuch die Maximalkraft. Die humanen Proben wurden nach Geschlecht und in drei verschiedene Altersklassen unterteilt.

Ergebnisse: Bei den humanen Proben zeigten die Versuche eine Abnahme des Fmax und des E-Moduls bei zunehmendem Alter. Die Durchschnittswerte waren bei den männlichen Proben 27% größer als bei den weiblichen.

Beim Druckversuch zeigte das Produkt Rohacell 200 WI mit einem Fmax von 287 (± 13) N und einem E-Modul von 2,98 GPa die vergleichbarsten Werte mit dem humanen Knochen (Fmax = 281 (± 93) N, Emod = 2,74 GPa). Von den tierischen Spezies korrelierten die Proben des bis sechs Monate alten Rindes mit denen des humanen Knochens.

Der Schraubenausrissversuch zeigte vergleichbare Werte zwischen Airex c70.200 (Fmax = 402 ± 6 N) und dem humanen Knochen (Fmax = 373 ± 92 N). Von den tierischen Knochen erreichte nur das Rind bis 6 Monate (Fmax = 441 N) ähnliche Werte wie humaner Knochen.

Beim Biegeversuch hatte Airex c70.200 (Fmax = 71 ± 5 N) die ähnlichsten Werte mit dem humanen Knochen (Fmax = 68 ± 20 N). Für Rohacell 200 WI sowie für die tierischen Knochen konnten keine Probezylinder angefertigt werden.

Schlussfolgerung: Die Kunststoffe Rohacell 200 WI im Druckversuch und Airex c70.200 im Biege- und Schraubenausrissversuch zeigten die vergleichbarsten Werte mit dem humanen Knochen und eignen sich als Knochenersatzmaterial für entsprechende Belastungen mehr als Produkte von Sawbone. Von den tier. Präparaten konnte der Knochen des Rindes bis sechs Monate ähnliche Werte wie der humane Knochen aufweisen. Die Knochen des älteren Rindes, des Schafs sowie des Schweins zeigten alle höhere Fmax und E-Modul-Werte.