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Fragestellung: Die operative Versorgung von Frakturen des Oberarmkopfes stellt insbesondere am osteoporotisch veränderten Knochen eine große Herausforderung dar. Zur Erforschung und Optimierung der Osteosyntheseverfahren scheint derzeit weder ein passendes Modell entwickelt, noch stehen die zur Modellbildung erforderlichen Strukturdaten zur Verfügung. Diese Studie zeigt daher die Morphologie auf mikroskopischer Ebene und den E-Modul als spezifischen Materialparameter der Substantia spongiosa des humanen Humeruskopfes unter Berücksichtigung osteoporotischer Veränderungen. Sie bildet so die Grundlage für die anschließende Entwicklung eines Kunststoffmodells.

Methodik: Aus zehn fresh frozen humanen Humerusköpfen wurden zylindrische Proben entnommen und mittels mikroCT strukturell untersucht. Zudem wurden aus fünf Humerusköpfen insgesamt 50 stabförmige Trabekeln präpariert, vermessen und mechanisch geprüft. Hierzu wurden die Trabekeln auf einem Objektträger fixiert und unter einem Stereomikroskop axial rotiert, wobei aus den Bilddaten computergestützt der Probenquerschnitt ermittelt wurde. Anschließend wurden die Proben in einem eigens entwickelten 2-Punkt-Biegeversuch belastet. Mittels der Finite-Elemente-Methode wurde dann der E-Modul der Probe bestimmt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In der strukturellen Untersuchung zeigte sich, dass mit zunehmendem Alter sowohl der ossifizierte Anteil der Spongiosa abnimmt (p < 0,005) als auch die Strukturänderung der Trabekeln von plattenförmig in Richtung stabförmig erfolgt (p < 0,005). Auch der Mineralisierungsgrad der Knochen von im Mittel 1,24 (±0,06) g/mm³ nimmt mit zunehmendem Alter ab (p < 0,005). Der ermittelte E-Modul beträgt im Mittel 1,33 (0,02-7,25) GPa.

Die nachgewiesenen Strukturveränderungen bieten einen starken Anhalt für osteoporotische Veränderungen des untersuchten Knochens. Somit konnte in dieser Studie erstmals der E-Modul der Substantia spongiosa des osteoporotisch veränderten humanen Humeruskopfes ermittelt werden und steht nun zur Modellbildung zur Verfügung. Die entwickelte Methode bietet zudem, auch durch die Implementierung der zerstörungsfreien Probenvermessung vor Belastung, eine wesentliche methodische Verbesserung zu bisher beschriebenen Verfahren.