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Inwiefern beeinflusst die Zementsteifigkeit in der Vertebroplastie das Versagen versorgter oder benachbarter Wirbelkörper?
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Authors
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Jan Philipp Kolb
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Unfall-, Hand-, und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg, Germany
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Rebecca Kueny
- Technische Universität Hamburg-Harburg, Biomechanik, Hamburg, Germany
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Gerd Huber
- Technische Universität Hamburg-Harburg, Biomechanik, Hamburg, Germany
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Andreas Boger
- Hochschule Ansbach, Biomedizinische Technik, Ansbach, Germany
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Klaus Püschel
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Rechtsmedizin, Hamburg, Germany
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Johannes M. Rueger
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg, Germany
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Michael Morlock
- TU Hamburg-Harburg, Institut für Biomechanik, Hamburg, Germany
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Wolfgang Lehmann
- Universitätsklinik Hamburg-Eppendorf, Hand-, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg, Germany
| Published: | October 2, 2012 |
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Fragestellung: Die Vertebroplastie ist eine etablierte Methode zur Stabilisierung frakturierter oder pathologisch vorgeschädigter Wirbelkörper. Klinische Studien zeigten jedoch eine erhöhte Inzidenz von Frakturen benachbarter Wirbel nach Vertebroplastie. Dieses kann entweder aufgrund fortschreitender Degeneration3 oder durch die veränderte Lastsituation in Folge der Zementverstärkung verursacht werden. Die Steifigkeit des gebräuchlichsten Zementmaterials (Polymethylmethaacrylat) ist mindestens doppelt so hoch, wie jene von kortikalem osteoporotischen Knochen.
Diese in vitro Studie soll untersuchen, inwiefern die Zementsteifigkeit das Ermüdungsverhalten der versorgten oder des benachbarten Wirbelkörpers in osteoporotischen Wirbelsäulen beeinflusst.
Methodik: Humane Lendenwirbelsäulen (L1-L5) von osteoporotischen weiblichen Spendern (n=18; T score: -3,3±0,71; 78±10y) wurden basierend auf der Knochenqualität gleichmäßig in drei Gruppen aufgeteilt: NATIV, STANDARD, MODIFIZIERT. Die präparierten Wirbelsäulen wurden in einer Materialprüfmaschine (858 Bionix, MTS, Eden Prairie, MN) einer sinusförmigen schwellenden gekoppelten Kompression-Flexion Dauerbelastung (4Hz) ausgesetzt. Die Maximalkompressionslast wurde ausgehend von 100N alle 1000 Zyklen schrittweise um 100N erhöht bis ein Versagen auftrat.
Die Gruppe NATIV wurde nicht vorbehandelt. In den Gruppen STANDARD und MODIFIZIERT wurden zuvor Frakturen in L3 induziert. Diese hiermit erzeugten Sinterungsfraktur wurden mit Zement (Vertecem V+, Synthes, Oberdorf, Schweiz) augmentiert (Injektionsvolumen 6,7±1,7ml). In der Gruppe MODIFIZIERT wurde der Zement zuvor mit 8 ml Serum verdünnt (Injektionsvolumen 7,6±1,2ml). Die Steifigkeit der Zementproben wurde gemäß ISO 5833 bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Steifigkeit von PMMA wurde durch das Beimischen von Serum um 51% reduziert (954±141MPa vs. 1937±478MPa; p=0,001). Durch die verwendete, etablierte Methode wurden definierte Frakturen in L3 erzeugt. Die initiale Frakturkraft, also die Kraft, die nötig war, um die zu behandelnde Fraktur zu erzeugen, war bei der Gruppe MODIFIZIERT präparatspezifisch geringer als für STANDARD (1980±786N vs. 2853±648N; p=0,08). Das Dauerlastversagen der augmentierten Präparate war abhängig von der Knochendichte (r²=0,41, p=0,01), und der initialen Frakturkraft (r²=0,90, p<0,001). Unter Berücksichtigung dieser Kovariaten waren die maximalen Dauerlastkräfte durch die Modifikation signifikant höher (1714±69N vs. 1503±78N; p=0,01). Ohne die Kovariaten wiesen die drei Gruppen keine signifikanten Unterschiede auf.
In vitro Untersuchungen sind aufgrund der beschränkten Anzahl von Präparat und die hohe Variabilität zwischen den Präparaten limitiert. Trotzdem zeigte sich, dass die Anpassung des Knochenzements an die physiologischen Bedingungen ein vielversprechender Weg ist, die Anschlussfrakturen in benachbarten Segmenten zu reduzieren.
Gefördert durch die Stadt Hamburg und das EU Projekt SpineFX. Synthes Inc. stellte freundlicherweise den Zement zur Verfügung.
