Biomechanische Untersuchung zum Einfluss der Schraubenlage … · 2016. 11. 7. · Fraktur einwirken, sind für die Belastbarkeit der Osteosynthese von hoher Bedeutung. In dieser

Biomechanische Untersuchung

zum Einfluss der Schraubenlage

auf die Stabilität der Osteosynthese einer

standardisierten Kahnbeinfraktur

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades

doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt dem Rat der Medizinischen Fakultät

der Friedrich-Schiller-Universität Jena

von Kevin Müller

geboren am 08.09.1984 in Tübingen

Gutachter

1. Prof. Dr. Dr. G. O. Hofmann

Universitätsklinikum Jena

Direktor Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie

2. PD Dr. Christoph Anders

Universitätsklinikum Jena

Leiter Fachbereich Motorik, Pathophysiologie und Biomechanik

Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie

3. PD Dr. Frank Siemers

BG Kliniken Bergmannstrost Halle

Direktor der Klinik für Hand-, Plastische Chirurgie und Verbrennungsmedizin

Tag der öffentlichen Verteidigung 6. September 2016

Abkürzungsverzeichnis:

° C Grad Celsius

ap anterior-posterior

ccm Kubikzentimeter

CT Computertomographie

DISI Dorsal Intercalated Segment Instability

dp dorso-palmar

HCS versenkbare Kompressionsschraube (headless compression screw)

lig. Ligamentum

max. maximal

mg Milligramm

mm Millimeter

N Newton

N/mm Newton pro Millimeter

PISI Palmar Intercalated Segment Instability

pQCT periphere quantitative Computertomographie

PU Polyurethan

SL-Band Skapholunäres Band

TAN titanlegiert

(X) 13er-Gruppe der getesteten humanen Kahnbein

X/P-42-07-S/O Bezeichnung der Proben:

X humanes Kahnbein

P Polyurethan-Kahnbein

S 10° verkippt versorgt

O axial versorgt

sin sinister = links

dex dexter = rechts

z. B.42/07 Probennummer

>x größer als x

<x kleiner als x

(Y) 4er-Gruppe der getesteten humanen Kahnbeine

Inhalt

Zusammenfassung .................................................................................................................. 1

1. Einleitung und theoretische Grundlagen ......................................................................... 3

1.1 Einleitung ................................................................................................................. 3

1.2 Theoretische und klinische Grundlagen ................................................................... 4

1.2.1 Die Anatomie des Kahnbeins ...................................................................................... 4

1.2.2 Die Kahnbeinfraktur .................................................................................................... 7

1.2.2.1 Der Unfall- und Frakturmechanismus der Kahnbeinfraktur .................................... 8

1.2.2.2 Die Diagnostik und Klassifikation der Kahnbeinfraktur ......................................... 9

1.2.2.3 Die Therapie und Komplikationen der Kahnbeinfraktur ....................................... 13

2. Fragestellung und Ziele ................................................................................................. 17

3. Material und Methodik .................................................................................................. 18

3.1 Implantat: 3.0 HCS Kompressionsschraube .......................................................... 18

3.2 Probenmaterial ....................................................................................................... 19

3.2.1 Kunstknochenmodell ................................................................................................. 19

3.2.2 Humanknochen .......................................................................................................... 22

3.3 Methodik ................................................................................................................ 27

3.3.1 Operationstechnik ...................................................................................................... 27

3.3.1.1 Schraubenlage ........................................................................................................ 28

3.3.1.2 Schnittebene definieren .......................................................................................... 28

3.3.1.3 Fraktur setzen ......................................................................................................... 29

3.3.1.4 Osteosynthetische Versorgung ............................................................................... 30

3.3.1.5 Einbetten des proximalen Kahnbeinpols ............................................................... 34

3.3.1.6 Kontrolle der Schraubenlage nach den Versuchen ................................................ 35

3.3.2 Testsetup .................................................................................................................... 36

3.3.2.1 Testablaufüberblick ................................................................................................ 36

3.3.2.2 Maschine, Statistik und Datenauswertung ............................................................. 37

3.3.2.3 Prüfvorrichtung ...................................................................................................... 38

3.3.2.4 Belastungsrichtung und Krafteinleitung ................................................................ 39

4 Ergebnisse ..................................................................................................................... 40

4.1 axialer Belastungstest Kunstknochenmodell ......................................................... 40

4.2 Humanknochen ...................................................................................................... 43

4.2.1 Axialer Belastungstest Humanknochen ..................................................................... 43

4.2.2 Untersuchungen der Humanknochen nach der Studie ............................................... 47

4.3 Kunstknochen versus Humanknochen ................................................................... 52

5. Diskussion ..................................................................................................................... 54

5.1 Das Kahnbein und diese Studie ............................................................................. 54

5.2 Die Studienauswahl ............................................................................................... 56

5.3 Die Testknochen .................................................................................................... 57

5.4 Die Untersuchungsvoraussetzungen und das standardisierte Vorgehen ................ 58

5.5 Die Kahnbeinquerfraktur ....................................................................................... 59

5.6 Die Schraubenosteosynthese .................................................................................. 61

5.7 Die Schraubenlage und die Auswahl gleich langer Schrauben.............................. 62

5.8 Der operative Zugang und die Technik.................................................................. 63

5.9 Der Versuchsaufbau mit axialer Belastung ............................................................ 64

5.10 Die Ergebnisse dieser Studie und die Schlussfolgerungen ................................... 65

6. Fazit und Ausblick ........................................................................................................ 68

Literaturverzeichnis .............................................................................................................. 69

Anhang .................................................................................................................................. 75

Einzelergebnisse und Testkurven der Untersuchungen .................................................... 75

Testkurven der PU-Knochen: ............................................................................................... 75

Ergebnisse und Testkurven der humanen Kahnbeine ........................................................... 80

Ergebnisse der endgültigen 4 Kahnbeinpaare: .................................................................. 81

Ergebnisse der nach dem CT ausgeschlossenen restlichen 9 Kahnbeinpaare .................. 83

Statistik ............................................................................................................................. 88

Test auf signifikante Unterschiede bei 13 und 4 humanen Kahnbeinpaaren .................... 88

Abbildungen ...................................................................................................................... 90

Tabellen ............................................................................................................................. 90

Diagramme ........................................................................................................................ 91

Lebenslauf ............................................................................................................................ 92

Danksagung .......................................................................................................................... 93

Ehrenwörtliche Erklärung ..................................................................................................... 94

1

Zusammenfassung

Unter den Frakturen der Handwurzelknochen ist der Kahnbeinbruch bei Weitem am

häufigsten. Neben der sorgfältigen Diagnostik stellt die adäquate Behandlung immer wieder

eine Herausforderung dar. Dabei hat die operative Primärversorgung, in der Regel mit einer

Schraubenosteosynthese, in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Nicht

zuletzt aufgrund der Kleinheit der anatomischen Verhältnisse ist die korrekte Platzierung der

Schraube ein anspruchsvoller operativer Prozess, der viel Präzision und Erfahrung erfordert,

um eine optimale Stabilität zu erreichen.

Ziel dieser Studie war es darzulegen, welchen Einfluss die Schraubenlage auf die

Osteosynthesestabilität hat. Dazu wurden in einem paarweisen Vergleich nicht-dislozierte

Querfrakturen des mittleren Drittels auf ihre biomechanischen Größen Festigkeit in N und

Steifigkeit in N/mm getestet. Die Kahnbeine wurden entweder mit einer in der Längsachse

und somit perpendikulär zur Bruchlinie eingebrachten Schraube oder im Gegenversuch hierzu

um 10˚ leicht abgewinkelt versorgt.

Als Probengut standen 40 Leichenkahnbeine zur Verfügung, davon 17 Skaphoidpaare des

jeweils selben Körperspenders sowie sechs Einzelknochen. Vorausgegangen waren

Untersuchungen an Kunststoffknochen aus Polyurethan (PU), die einem durchschnittlichen

humanen Kahnbein nachgeformt waren und bereits erste Hinweise auf die endgültigen

Ergebnisse erbringen sollten. Die 17 Kahnbeinpaare wurden, um paarinterne Uniformität zu

gewährleisten, hinsichtlich der drei Raumebenen und der Knochendichte vermessen, dabei

kam vor allem der Knochenlänge ein besonderes Gewicht zu. Wegen zu großen

Unterschieden zwischen der rechten und linken Seite, mussten vier Knochenpaare

ausgeschlossen werden, sodass 13 Paare, bei denen Seitengleichheit nachgewiesen war, für

die Testung verblieben. Diese wurden, in Simulation einer Fraktur, im Taillenbereich

osteotomiert und dann - ein Kahnbein axial, die Gegenseite um 10˚ verkippt - mit jeweils

gleich langen 3.0 HCS Kompressionsschrauben der Firma Synthes osteosynthetisch versorgt.

Für die anschließende Stabilitätsprüfung mit Messungen der Steifigkeit und Festigkeit wurden

die Skaphoide, um die Belastungssituation beim Lebenden nachzuahmen, in einem Winkel

von 45˚ mit dem proximalen Pol nach unten in einer Spannvorrichtung fixiert und einer

zunehmenden axialen Kraft ausgesetzt bis hin zum Bruch, beziehungsweise bis zu einer

Verformung von maximal 2 mm als Versagungsgrenze.

2

Während bei den PU-Knochen kein nennenswerter Unterschied zwischen der axialen und der

abgekippten Versorgung festzustellen war, wiesen die humanen Kahnbeine bei abgewinkelter

Verschraubung signifikant bessere Werte sowohl für die Festigkeit wie auch für die

Steifigkeit auf.

Eine abschließende Kontrolle mittels Computertomographie (CT) der 13 Skaphoidpaare

zeigte dann bei 12 Kahnbeinen (5 axial, 7 abgewinkelt operiert; bzw. bei drei Paaren und

sechs Einzelknochen) Mängel in der osteosynthetischen Versorgung auf: Die Schraubenspitze

perforierte die distale Kortikalis oder ihre Lage konnte nicht eindeutig dargestellt werden.

Nach den Prämissen der Studie waren diese Ergebnisse daher nur mit Einschränkungen zu

werten; neun Paare fielen somit aus. Jedoch wiesen die verbliebenen vier Paare, in

Übereinstimmung mit den anfänglichen Resultaten aus der gesamten Gruppe, deutlich

stabilere Werte zugunsten der abgewinkelten Verschraubung auf, ohne allerdings signifikante

Unterschiede zu zeigen.

Das abschließende Fazit dieser Untersuchungen ist die Feststellung, dass die Schraubenlage

eine Bedeutung für die Stabilität der Osteosynthese einer Kahnbeinfraktur hat. Bei einem

Querbruch im mittleren Drittel ist eine um 10˚ zur Längsachse eingebrachte Schraube im

Vergleich zur axialen Versorgung vorteilhaft bzw. als mindestens gleichwertig zu betrachten.

Als Analogschluss kann daran anknüpfend hergeleitet werden, dass bei Schrägfrakturen eine

Schraube in axialer Ausrichtung und damit schräg zur Fraktur, gleichwertige Resultate

erbringt wie eine perpendikulär zum Bruchspalt eingebrachte Schraube.

Bei gleicher Schraubenlänge sind die > 90˚ zur Fraktur gesetzten Schrauben von

biomechanischem Vorteil. Weitere Untersuchungen zu diesem Fragenkomplex sind sinnvoll.

3

1. Einleitung und theoretische Grundlagen

1.1 Einleitung

Die Kahnbeinfraktur gilt seit jeher als eine tückische Verletzung, die eine sehr sorgfältige

Diagnostik und eine wohl abgewogene Therapie erfordert.

Ihre Versorgung hat sich in den letzten drei-vier Jahrzehnten maßgeblich gewandelt. War

früher eine konservative Therapie mit langwieriger Gipsbehandlung üblich, so werden jetzt

vorwiegend operative Verfahren eingesetzt - mit weiterhin steigender Tendenz.

Als Wendepunkt in der Vorgehensweise ist die nach dem australischen Handchirurgen T. J.

Herbert benannte Herbert-Schraube anzusehen, welche nach wiederholten Modifikationen

inzwischen regelhaft angewendet wird.

Standardverfahren heute ist die Osteosynthese mittels einer kopflosen kanülierten

Kompressionsschraube. Die anatomischen Verhältnisse erfordern hohe Präzision beim

Einbringen der Schraube, sodass diese korrekt implantiert wird. Kopflose Schrauben haben

den entscheidenden Vorteil, dass sie komplett im Knochen versenkt werden und dadurch

Irritationen und Schädigungen an der knorpeligen Gelenkfläche vermieden werden können,

sodass die Osteosynthese ohne Weiteres dauerhaft verbleiben kann.

Das Primärziel osteosynthetischer Verfahren ist es ein höheres Maß an Stabilität und

Festigkeit sicher zu stellen. Im Besonderen die axialen Kräfte, die auf das Kahnbein und die

Fraktur einwirken, sind für die Belastbarkeit der Osteosynthese von hoher Bedeutung.

In dieser Studie sollen paarweise zwei in Beziehung zur Frakturlinie unterschiedliche

Positionen der Schraube miteinander verglichen werden. Insbesondere soll gezeigt werden, ob

ihre Lage einen entscheidenden Einfluss auf die Stabilität der Osteosynthese hat. Die

biomechanische Stabilität der mit Kompressionsschrauben versorgten Kahnbeine wird dabei

in einem axialen Druckversuch getestet. Um von einer einfachen, sowohl gut definierbaren

wie reproduzierbaren Fraktur auszugehen, wurde für diese Studie ein Querbruch der Taille

gewählt. Kahnbeinfrakturen sind weit überwiegend im mittleren Drittel lokalisiert.

Die Untersuchungen mittels axialen Belastungstests erfolgen an Leichenknochen, denen

Versuche an Polyurethan-Knochenmodellen vorgeschaltet sind.

4

1.2 Theoretische und klinische Grundlagen

1.2.1 Die Anatomie des Kahnbeins

„Es fuhr ein Kahn im Mondenschein im Dreieck um das Erbsenbein, Vieleckchen groß,

Vieleckchen klein, der Kopf, der muss ein Haken sein“ (Lippert et al. 2011).

Mit diesem Merkspruch haben sich Generationen von Medizinstudenten im Anatomiekurs die

Namen der acht Handwurzelknochen und ihre Anordnung in eine proximale und eine distale

Reihe erarbeitet (jeweils von radial nach ulnar: 1. die proximale Reihe: Kahnbein = os

scaphoideum, Mondbein = os lunatum; Dreiecksbein = os triquetrum, Erbsenbein = os

pisiforme. 2. die distale Reihe: großes Vieleckbein = os trapezium, kleines Vieleckbein = os

trapezoideum, Kopfbein = os capitatum, Hakenbein = os hamatum). Diese beiden Reihen

sind zu je vier Knochen mosaikartig angeordnet und durch einen s-förmigen Gelenkspalt

voneinander getrennt. Sie weisen in radio-ulnarer Richtung eine leichte dorsale Wölbung auf.

Das Kahnbein ist der am weitesten radial gelegene Knochen der proximalen

Handwurzelreihe, ragt aber als größter der Handwurzelknochen bis in die zweite, weiter distal

gelegene Reihe vor. Das Kahnbein artikuliert mit 5 Nachbarknochen (Radius, Os Trapezium,

Os Trapezoideum, Os Lunatum, Os Capitatum).

Der Name „Os Skaphoideum“ stammt aus dem Griechischen, ist lateinisiert und bedeutet wie

auch das früher gebräuchliche „Os Naviculare (manus)“ kahnförmiger Knochen (skaphe =

Kahn, eidos = Form) (Merle et al. 1999) (lat.: naviculare = kleines Schiff; manus, Genitiv zu

manus = Hand) und deutet so zumindest annäherungsweise seine äußere Kontur an. Das

Kahnbein ist an allen Bewegungen des Handgelenks maßgeblich beteiligt und, zusammen mit

dem Os Trapezium, für die Kraftübertragung vom Unterarm bzw. Radius auf den

Daumenstrahl verantwortlich und besonders starken Belastungen ausgesetzt. Unter den

Karpalknochen weist das Kahnbein eine größere Beweglichkeit auf, was eine Immobilisation

bei Frakturen erheblich erschwert. Durch seinen schrägen Verlauf von proximal weiter ulnar

nach distal radial palmar und seiner funktionellen Zugehörigkeit zu beiden Handwurzelreihen,

kommen ihm besondere biomechanische Eigenschaften bezüglich der Stabilität und der

Beweglichkeit im Handgelenk zu. Dies bringt andererseits eine höhere Gefährdung gegenüber

äußeren Krafteinwirkungen mit sich. Es ist das radiale Bindeglied zwischen den Interkarpal-

und Radiokarpalgelenken. Die Gesamtbeweglichkeit der Hand in Relation zum Unterarm ist

durch dieses Zusammenspiel gewährleistet (Towfigh et al. 2011).

5

Mit dem Kahnbein, in besonders exponierter Stellung bilden das Mond- und das Dreiecksbein

der proximalen Handwurzelreihe einen eiförmigen Gelenkkopf. Das Erbsenbein, das als

Sesambein in der Sehne des m. flexor carpi ulnaris dem Dreiecksbein palmar aufliegt, ist

nicht an diesem Gelenk beteiligt. Der Radius stellt zusammen mit dem discus articularis die

deutlich kleinere Gelenkpfanne des proximalen Handgelenks (articulatio radiocarpalis) dar.

Das distale Handgelenk (articulatio mediocarpalis) bildet einen geschwungenen s-förmigen

Verlauf zwischen den beiden Handwurzelreihen. Proximales und distales Handgelenk bilden

gemeinsam mit den kleinen Nebengelenken zwischen den einzelnen Karpalknochen, die dem

Ganzen eine gewisse Formplastizität erlauben, eine funktionelle Einheit. Darin sind Extension

(= Dorsalextension), Flexion (= Palmarflexion), Radial- und Ulnarabduktion, sowie

Kombinationen dieser Bewegungen möglich. Bei der Flexion ist vor allem das Radiokarpal-,

bei der Extension stärker das Mediokarpalgelenk beteiligt. Die Unterarmdrehung und damit

die Handkreiselung, die den Aktionsraum der Hand wesentlich erweitert, erfolgt dagegen im

Zusammenspiel des proximalen und distalen Radioulnargelenkes.

Intrinsische und interkapsuläre Bänder verbinden das Kahnbein mit seinen Nachbarknochen.

Dem Skapholunären Band kommt dabei bezüglich der Stabilität im Handgelenk eine größere

Bedeutung zu, insbesondere auch in Hinblick auf eine eventuelle Verletzung und deren

Folgen. Extrinsische Bänder sind vor allem palmar stark ausgeprägt und straff, demgegenüber

sind die dorsal gelegenen Bänder breitflächiger und dünner (Schmidt und Lanz 1992). Dieses

System dient der Stabilisierung des Handgelenks, welches aus zwei für das

Bewegungsausmaß verantwortlichen Hauptteilen besteht: Die distale Handwurzelreihe und

die Mittelhand bilden einen relativ stabilen Block, während Kahnbein, Mondbein und

Dreiecksbein in der proximalen Reihe deutlich mobiler sind und eine gewisse

Verschieblichkeit gegeneinander aufweisen. Das Kahnbein besitzt keine eigenen

Sehnenansätze; zu einer willkürlichen aktiven Motorik ist es daher nicht in der Lage. Bei

Bewegungen der Hand gegen den Unterarm kommt es im Stellungsgefüge der Handwurzel

jedoch zu kleinen, aber wichtigen Verschiebungen untereinander - geführt und gesteuert

durch die individuelle Knochenform und den mehr oder weniger festen Bandapparat. So

gleitet die proximale Handwurzelreihe bei Radialabduktion nach ulnar und das Kahnbein

kippt, um Platz für das Os Lunatum zu schaffen, nach palmar ab. Bei Palmarflexion gleitet es

etwas nach dorsal; bei Dorsalextension hingegen nach palmar zusammen mit den anderen

Knochen der proximalen Reihe, die von diesen Verschiebungen jedoch weniger stark

betroffen sind (Benninghoff und Görttler 1964).

6

Das Skaphoid ist ein individuell sehr unterschiedlich geformter, bohnenförmiger Knochen,

der sich in ein proximales Drittel, ein mittleres mit Taille und Krümmung und in ein distales

Drittel mit palmarem Tuberkulum unterteilt. Im Schnitt ist dieser Knochen 25,0 mm lang und

16,7 mm breit (Amadio und Taleinsik 1993). Nur etwa ein Fünftel der Knochenoberfläche ist

knorpelfrei und somit als Gefäßeintrittspforte geeignet (Geissler et al. 2012). Diese liegen auf

der dorsalen, radialen und auch palmaren Seite (Schmidt und Lanz 1992). Die Blutversorgung

des Kahnbeins speist sich aus der Arteria Radialis. 70-80 % der intraossären Blutversorgung

und insbesondere das proximale Drittel werden über dorsal zwischen den nicht

überknorpelten Gelenkflächen eintretende Äste der A. Radialis versorgt. Diese Äste biegen

dann nach proximal um, ohne zu anastomisieren. Die restlichen 20-30 % wie z.B. das distale

Tuberkulum werden über palmar eintretende Äste versorgt (Merle et al. 1999). Vergleichbar

dem Schenkelhals am Hüftgelenk erfolgt die Versorgung über Endarterien. Das Kahnbein

muss in seiner Gefäßversorgung demnach als eingeschränkt betrachtet werden. Bei Frakturen

ist es der am langsamsten heilende Knochen des menschlichen Körpers (Schäfer und Siebert

2002).

Abweichend von dieser lange vorherrschenden Meinung wurde in neueren Studien jedoch das

Vorkommen von Anastomosen zwischen dorsalen und palmaren Ästen beschrieben (Oehmke

et al. 2009).

Bei etwa einem Drittel ist das proximale Drittel frei von einer eigenen Versorgung, weswegen

es am proximalen Pol zu einer verzögerten Knochenheilung kommen kann (Gelberman und

Menon 1980).

Im Vergleich zu 6-12 Wochen in den anderen Regionen des Kahnbeins (Hoffmann 2009), ist

die Heilungsdauer bei Frakturen im proximalen Drittel auf 12-18 Wochen verlängert und die

Komplikationsrate, vor allem mit dem Risiko einer Pseudarthrose oder einer

Fragmentnekrose, erhöht (Towfigh et al. 2011).

Die venöse Drainage erfolgt über Venen, die das Kahnbein dorsal verlassen und entweder in

die tiefen venae commitantes oder in das oberflächliche rete venosum dorsale manus münden

(Handley und Pooley 1991). Da die Knochenoberfläche fast gänzlich von Knorpel bedeckt ist,

ist die periostale Knochenheilung zu vernachlässigen, umso wichtiger ist daher die intraossäre

Gefäßversorgung.

7

1.2.2 Die Kahnbeinfraktur

Der Kahnbeinbruch ist mit einem Anteil von 1-4 % an der Gesamtheit aller Frakturen eine

eher selten vorkommende Verletzung, im Handwurzelbereich mit 60-80% nimmt sie jedoch

eine wichtige Rolle ein. Mit 60-80 % sind sie weit überwiegend im mittleren Drittel

lokalisiert, im proximalen und distalen Drittel nur zu jeweils 10-20 %, wobei auch

Abscherfrakturen des Tuberkulums vorkommen können (Towfigh et al. 2011). Bei 1 % der

Verletzten kommt es zu beidseitigen Verletzungen; in 5 % der Fälle ist diese Verletzung mit

anderen Frakturen assoziiert (Hove 1994). Kombinationen mit einer gleichzeitigen

ligamentären Verletzung sind möglich, z.B. eine Ruptur des scapholunären Bandes. Bei

extremer Gewalteinwirkung kann es zu einer besonders schwer wiegenden transskaphoidalen

perilunären Luxationsfraktur kommen.

Die häufigste mit dem Bruch des Kahnbeins assoziierte Fraktur ist die distale Radiusfraktur

mit einer Häufigkeit von bis zu 6,5 %, welche aber immer noch als selten anzusehen ist

(Tountas und Waddel 1987). Ein Großteil der Kahnbeinfrakturen ereignet sich beim Sport

oder infolge von Arbeitsunfällen. Männer sind mit 85,7 % etwa sechs Mal häufiger betroffen

als Frauen, bevorzugt auf der dominanten Handseite bei einem Durchschnittsalter von 28

Jahren (Düppe et al. 1994).

Bei Kindern ist diese Verletzung äußerst selten vorkommend. Dies hängt damit zusammen,

dass die Karpalia insgesamt spät, und wenn man vom Os Pisiforme als Sesambein absieht, das

Kahnbein als letztes verknöchert. Sein Knochenkern tritt zwischen dem dritten und sechsten

Lebensjahr auf und die Ossifikation ist erst mit 14-16 Jahren, gegen Ende der Pubertät,

abgeschlossen; bei Mädchen etwas früher als bei Jungen. Die kindlichen Kahnbeinfrakturen

sind vor allem im distalen Drittel lokalisiert (Towfigh et al. 2011). Auf diese beiden Faktoren

- die allgemein höhere Regenerationsfähigkeit bei Kindern und die bessere arterielle

Versorgung des distalen Skaphoidanteils - ist es zurückzuführen, dass der Heilungsverlauf in

dieser kindlichen bis jugendlichen Altersgruppe wesentlich unproblematischer und

komplikationsärmer verläuft als später und in der Regel eine Gipsruhigstellung zur

Konsolidierung genügt (Wulff und Schmidt 1998).

Auch bei älteren Menschen sind Kahnbeinbrüche selten; bei ihnen kommt es im Bereich des

Unterarms eher zu distalen Radiusfrakturen (Winckler und Brug 1991).

Meist bricht das Kahnbein durch indirekte Gewalteinwirkung, z.B. beim Fallen auf den

ausgestreckten Arm zum Abfangen eines Sturzes, wenn sich das Handgelenk in starker

Dorsalextension befindet, sehr selten - in 3 % der Fälle (Clay et al. 1991) - bei

8

palmarflektierter Hand. Auch direkte Gewalt wie ein kräftiger Schlag auf den Handrücken,

z.B. beim Eishockey, ist gelegentlich die Ursache.

1.2.2.1 Der Unfall- und Frakturmechanismus der Kahnbeinfraktur

Ein Bruch des Kahnbeins, im mittleren Drittel, als die häufigste Bruchform, ereignet sich

typischerweise durch axiale Gewalteinwirkung beim Sturz auf die ausgestreckte Hand mit

Aufprall auf den Daumenballen (Netter 1997). Wird der Karpus >95˚ extendiert, bricht das

Kahnbein (Fisk 1970, Linscheid et al. 1972, Weber und Chao 1978). Im überstreckten

Handgelenk stößt es gegen den dorsalen Radiusrand, der als Hypomochlion wirkt. In dieser

Stellung ist der proximale Pol bereits so weit wie möglich nach palmar gekippt und der

kräftige palmare Kapselbandapparat (lig. Radioscaphocapitatum und lig. Radiolunatum)

verhindert ein weiteres Abrutschen; das Kahnbein verbleibt so ohne Ausweichmöglichkeit

eingeklemmt in seiner Position zwischen Radius und os capitatum. Die starke Spannung der

palmaren Bänder übt hemmende Kräfte auf den distalen Pol aus. Das radiale Kollateralband

ist jedoch in Extensionsstellung entspannt und kann den distalen Pol daher nicht stabilisieren.

Das Kahnbein ist in diesem Moment starken Druck- und Spannungskräften ausgesetzt, die

hieraus resultierenden Scherkräfte führen zu einer Fraktur des Kahnbeins über das Brechen

der palmaren Kortikalis (Merkle et al. 1999, Schäfer und Siebert 2002), siehe Abbildung 1.

Abbildung 1: Modell nach Herbert (1990)

Bei gleichzeitiger Ulnarabduktion der Hand wird das Skaphoid aufgerichtet und die Fraktur

betrifft dann eher das proximale Drittel; bei Radialabduktion wird es dagegen nach palmar

9

flektiert und durch seine Position im Handgelenk bricht das distale Drittel (Braithwaite und

Jones 1992, Rayan 1996, Schindler et al. 1996).

1.2.2.2 Die Diagnostik und Klassifikation der Kahnbeinfraktur

Ein Kahnbeinbruch wird oftmals nicht oder zumindest nicht rechtzeitig erkannt, er ist sogar

die am häufigsten übersehene Fraktur überhaupt (Feldmeier 1988, Netter 1997). Der Grund

dafür liegt nicht nur darin, dass die anfänglichen Beschwerden erträglich sind und auch rasch

wieder abklingen können. sodass der Patient es gar nicht für nötig erachtet, medizinische

Hilfe in Anspruch zu nehmen. Eine mögliche Ursache liegt auch darin, dass der Arzt die

Diagnose nicht konsequent genug vollzieht, was in Anbetracht der möglichen Spätfolgen,

insbesondere bei Entwicklung einer Fragmentnekrose oder Kahnbeinpseudarthrose mit

nachfolgender Handgelenksarthrose, umso fataler ist. Ebenso darf eine diagnostizierte oder

fragliche distale Radiusfraktur den Blick differentialdiagnostisch nicht vom Kahnbein

ablenken.

Die initiale Symptomatik ist in vielen Fällen diskret und unspezifisch, sodass sie bagatellisiert

und als „Verstauchung“ abgetan werden kann. Als charakteristisches Frühzeichen gilt eine

dorso-radiale Schwellung und Ödembildung des Handgelenkes mit Druckdolenz in der

Tabatiere. Aber jede schmerzhafte Einschränkung der aktiven oder passiven Beweglichkeit im

Handgelenk, besonders bei Dorsalextension und Radialabduktion, oder im

Daumensattelgelenk, Kraftlosigkeit der ganzen Hand oder allein des Daumens, z.B. beim

Spitzgriff; Schmerzen bei Supination gegen Widerstand oder Schmerzen bei Stauchung das

Daumens, bzw. des Metacarpale I gegen die Handwurzelknochen, können Hinweise auf eine

Skaphoidfraktur sein.

Nach einer eingehenden Unfallanamnese und sorgfältigen klinischen Untersuchung erfolgt die

Diagnosesicherung mittels Röntgenbildgebung. Es werden Röntgenaufnahmen des Kahnbeins

in ap (anterior-posterior) bzw. in dp (dorso-palmar), streng seitliche radio-ulnare

Handgelenksaufnahmen in 0˚-Stellung und die Stecher-Aufnahme in Ulnarabduktion

angefertigt, um eine mögliche Fraktur oder eventuelle Verkippungen zu erkennen. Die

Stecher-Aufnahme kann zusätzlich noch mit dem Kraftgriff aufgenommen werden, bei der

zusätzlich ein Tennisball oder Ähnliches in der betroffenen Hand gehalten und gedrückt wird.

Hierbei sind bereits geringere Dislokationen bzw. SL-Band-Läsionen leichter zu erkennen.

Weiterhin können noch vergrößernde Zielaufnahmen, um 20˚ nach palmar eingeneigte ap-

10

Aufnahmen oder andere spezielle Aufnahmen genau so hilfreich sein wie ein Vergleich mit

der vermeintlich unverletzten Gegenseite (Merle et al. 1999).

Das früher übliche Kahnbeinquartett (dorso-palmar, seitlich, sowie 2 Schrägaufnahmen in

Pro- und Supination) findet heutzutage keine Anwendung mehr.

In unklaren Situationen bei fortbestehendem klinischen Verdacht war es früher üblich, die

Hand für 10-20 Tage, gelegentlich auch noch länger, bis zur eindeutigen Sicherung einer

Diagnose, in einem Unterarm-Faustgips ruhig zu stellen und dann nochmals zu röntgen; durch

die zwischenzeitlich abgelaufene Knochenresorption im Randbereich des Bruchspalts war

dieser dann breiter und damit eindeutiger festzustellen.

Durch die Fortschritte in der bildgebenden Diagnostik ist ein solches abwartendes Verhalten

heute überholt (Braithwaite und Jones 1992) und viele der oben angeführten Maßnahmen sind

überflüssig geworden. Zu danken ist dies in erster Linie der Computertomografie (CT), die

eine frühzeitige und eindeutige Diagnose ermöglicht. Trotz des Nachteils einer erhöhten

Strahlenbelastung sollte in unklaren Fällen deshalb die Indikation hierzu großzügig gestellt

werden (Strassmair und Wilhelm 2001). Darüber hinaus erlaubt das CT eine genauere

Beurteilung des Dislokationsgrades einer Fraktur im Vergleich zu Röntgenaufnahmen (Ring

et al. 2000) und kann in Grenzsituationen der Entscheidungsfindung, ob ein konservatives

oder operatives Vorgehen angeraten ist, wesentlich dienen. Bei komplexen Verletzungen, wie

Frakturen mit mehreren Fragmenten oder in Kombination mit einer Bandläsion, liefert das CT

wichtige Hinweise für die präoperative Planung; bei der Differenzialdiagnose gegen ein selten

vorkommendes Scaphoideum bipartum oder eine straffe fibröse Pseudarthrose kann es zur

Abklärung maßgeblich beitragen. Andererseits ist das CT nicht weiter angezeigt, wenn im

Röntgenbild bereits eine weite Dislokation oder Trümmerzone zu erkennen und somit die

offene Operation indiziert ist.

Durch das CT ist die in Zweifelsfällen früher häufig empfohlene Szintigrafie überholt, zumal

sie bei begleitenden Weichteilverletzungen ebenfalls eine vermehrte Aktivität anzeigt und

dadurch wenig verlässlich ist (Feldmeier 1988).

Bei Kindern ist die Kahnbeinfraktur eher selten, jedoch können die Ossifikationszentren unter

Umständen zu Fehlinterpretationen verleiten. Die Verknöcherung der Handwurzelknochen

erfolgt relativ spät von distal nach proximal fortschreitend, zuletzt die des Kahnbeins,

beginnend um das 5. Lebensjahr (Tscherne und Weinberg 2006).

11

Außerdem muss die Lunatumstellung immer mit kontrolliert werden, speziell in Fällen von

Repositionsversuchen, auch um zum Beispiel eine ligamentäre Begleitverletzung ausschließen

zu können.

Im Rahmen karpaler Instabilitäten kann sich eine Fehlstellung ergeben. Dies kann sich in

Form einer DISI-Position (Dorsal Intercalated Segment Instability), also einer

Dorsalverkippung des Os Lunatum bei SL-Band-Läsion zeigen. Das Os Skaphoideum neigt

dabei zur Flexion, wodurch eine Rotationsinstabilität resultiert.

Verletzungen des palmaren Bandapparates können als Pendant zur DISI-Position eine PISI-

Stellung herbeiführen (Palmar Intercalated Segment Instability), wobei hierbei das Os

Lunatum dann nach palmar abkippt.

Bei sicherer Fraktur des Kahnbeins kann das CT als Ergänzung dienen, wenn der Bruch

gering, also um weniger als 1 mm disloziert ist, um zwischen offener oder perkutaner

Vorgehensweise zu entscheiden oder wenn es sich um ein Komplextrauma bzw. Luxationen

handelt. Auch wird das CT zu Rate gezogen, wenn Unklarheit besteht, ob es sich um eine

aktivierte Pseudarthrose handelt oder zur Instabilitätseinschätzung bei einer geplanten

konservativen Therapie. Diagnostik mittels CT geht jedoch, wie bereits beschrieben, mit einer

erhöhten Strahlenbelastung einher.

Das MRT, mit Gadolinium als Kontrastmittel, ist bei frischen Verletzungen von

untergeordneter Bedeutung und findet im klinischen Alltag allenfalls bei speziellen Fragen

oder bei Verdacht auf ligamentäre (Begleit-)Läsionen seine Anwendung. Das MRT weist eine

geringe Ortsauflösung auf und zeigt den sogenannten „bone bruise“ bei Kontusionen und

Mikrofrakturen, was zu Fehlinterpretationen führen kann (Towfigh et al. 2011).

Kahnbeinfrakturen werden je nach Lokalisation (proximales, mittleres, distales Drittel;

Tuberositas) und Frakturverlauf (horizontalschräg, quer, vertikal) eingeteilt. Diese Einteilung

ist wichtig um das passende Therapieverfahren auszuwählen, die Heilungsdauer

einzuschätzen und eine generelle Prognose abgeben zu können.

Die Herbert-Klassifikation, 1990 eingeführt, basiert auf konventionellen Röntgenaufnahmen.

Im Jahr 2000 wurde diese Einteilung durch Krimmer et al. mit entsprechenden CT-Daten

modifiziert (siehe Tabelle 1 und Abbildung 2). Die Lage der Fraktur und der Grad der

Abkippung bzw. Dislokation in allen 3 Ebenen sind entscheidend. Typ-A Frakturen (A1 und

A2) sind frische stabile Frakturen, die konservativ versorgt werden können, bei

Patientenwunsch oder anderen möglichen Faktoren aber auch operativ.

Typ-B Frakturen (B1-B4) sind frische instabile Frakturen, die eine Operations-Indikation

darstellen. Eine genaue Unterscheidung zwischen A2, B1 und B2 ist mit konventionellen

12

Röntgenaufnahmen allein schwierig. Hier sind gewisse Stabilitätskriterien im CT für die

Beurteilung von großer Bedeutung. Es ist wichtig vor einer möglichen Operation zu erkennen,

ob es sich um zwei oder mehr Frakturfragmente handelt oder es bei den Aufnahmen

Anhaltspunkte für ligamentäre Begleitverletzungen gibt. Ist der Frakturspalt größer als 1 mm

gilt dieser Bruch als instabil (Schäfer und Siebert 2002). So gehen viele Details in die

Diagnostik von Kahnbeinfrakturen mit ein, um die optimale Therapieform wählen zu können

und möglichen Komplikationen zu vermeiden. Nur durch einen hohen Standard in der

Diagnostik der Kahnbeinfrakturen kann auch ein hoher Standard in der Therapie eingehalten

werden. Vielfach ist es bereits entscheidend, dass der Erstuntersucher die Möglichkeit einer

Kahnbeinfraktur in Betracht zieht und entsprechende Schritte zu ihrer Verifizierung oder

ihrem Ausschluss in die Wege leitet.

Tabelle 1: Herbert-Klassifikation, modifiziert nach Krimmer 2000

Typ A frische stabile Frakturen

A 1 Tuberkelumfraktur

A 2 undislozierte querverlaufende Rissfrakturen im

mittleren & distalen Drittel

Typ B frische instabile Frakturen

B 1 distale Schrägfrakturen

B 2 dislozierte oder klaffende Taillenfrakturen

B 3 Frakturen des proximalen Drittels

B 4 transskaphoidale perilunäre Luxationsfraktur

13

Abbildung 2: Modell aus Schäfer und Siebert (2002)

1.2.2.3 Die Therapie und Komplikationen der Kahnbeinfraktur

An der Herbert-Klassifikation orientierend werden nicht-dislozierte stabile Typ-A Frakturen

am ehesten konservativ behandelt. Als instabil anzusehende Typ-B Frakturen werden operativ

versorgt. Beide Versorgungsarten haben ihre klaren Indikationen, allerdings ist ein Trend hin

zur operativen Therapie unverkennbar. Ihre Vorteile sind vor allem die höhere Sicherheit in

Bezug auf bestmögliche Wiederherstellung anatomischer Verhältnisse und somit einer guten

Funktion. Trotz des hohen Standards in Diagnostik und Therapie ist die Pseudarthrose- bzw.

Sekundärschadensrate relativ hoch, das Risiko bei einer übersehenen Fraktur oder einer

verspätet eingeleiteten oder unzureichenden Immobilisierung liegt hier bei 12 % (Adams und

Steinmann 2007). Nicht zuletzt deswegen ist ein präzises Vorgehen bei dieser Verletzung

außerordentlich wichtig.

Bei der konservativen Therapie wird die Kahnbeinfraktur mit einem Unterarmgips

ruhiggestellt. Dabei ist das Daumengrundgelenk in mittlerer Oppositionsstellung

eingeschlossen, die Langfingergrundgelenke werden freigelassen. Ein Faustgips oder ein

Oberarmgips unter Einschluss des Ellbogens ist nicht nötig und auch nicht mehr gängige

Praxis. Das Handgelenk wird für den besseren interfragmentären Kontakt in 15-20˚

Dorsalextension und 10˚ Radialabduktion gehalten. Die Immobilisationsdauer orientiert sich

14

dann am Frakturtyp von sechs (Tuberkulum) bis zwölf (Taille) Wochen und am Fortschreiten

der Knochenheilung, so dass selbst noch längere Zeiträume nicht auszuschließen sind

(Hoffmann 2009). Der Patient wird während dieser Zeit regelmäßigen Röntgenkontrollen und

entsprechenden klinischen Untersuchungen sowie Gipskontrollen zugeführt, um den Verlauf

überprüfen und bei Störungen und Komplikationen einschreiten zu können.

Ziel der operativen Versorgung ist eine stabile Osteosynthese, die je nach

Verletzungssituation offen oder perkutan bzw. mit oder ohne Spongiosaplastik angegangen

werden kann. Sie ist technisch äußerst anspruchsvoll (Adams et al. 1988), bei Instabilität

jedoch klar indiziert, z.B. bei einer Schrägfraktur mit großer Mobilität, bei Interposition von

Kapsel-Band-Gewebe, das ein Repositionshindernis darstellt und einen direkten

Knochenkontakt verhindert, oder auch bei einem Bruchspalt von >1 mm Breite; außerdem bei

einem offenen Bruch oder bei einer Luxationsfraktur, die offen reponiert werden muss.

Angulationsfehlstellungen, persistierende Frakturen unter Ruhigstellung (3 Wochen - 3

Monate) und Frakturen des proximalen Drittels mit röntgenologisch erkennbaren

Durchblutungsstörungen sind ebenfalls zu operieren.

Einen Überblick über die Operationsindikationen liefert Tabelle 2. Dabei wird bei stabilen

A2-Frakturen und bei B1- und B2-Frakturen die minimal-invasive Methode bevorzugt

(Englert und Lukas 2006).

Nach heutigem Standard werden Kahnbeinfrakturen in der Regel mit einer in Längsrichtung

zentral eingebrachten, subchondral versenkten Kompressionsschraube operiert. Eine korrekte

Schraubenlage und -länge sind dabei für den Operationserfolg ausschlaggebend, indem sie die

ursprüngliche anatomische Konfiguration wiederherstellen (Brauer et al. 1997), eine stabile

Fixation garantieren und eine frühfunktionelle Nachbehandlung ermöglichen. Herbert-

Schrauben als Doppelgewindeschrauben, wie auch andere vergleichbare Modelle, sind hierzu

bestens geeignet. Durch die ausgeübte Kompression begünstigen sie die Bruchheilung

zusätzlich. Kanülierte Schrauben haben dabei den Vorteil, dass mithilfe eines

Führungsdrahtes eine zielgenaue Platzierung exakt und sicher vorgenommen werden kann.

Kopflose Schrauben, die ohne überzustehen komplett im Knochen liegen, können nach der

Heilung dauerhaft verbleiben. Ein weiterer Eingriff wird dem Patienten dadurch erspart.

Ein wesentlicher Vorteil bei dem operativen Vorgehen ist die erhebliche Verkürzung der

Immobilisationsdauer, denn eine Gipsruhigstellung ist nur kurzfristig und lediglich aus

Gründen der Analgesie erforderlich (Bond et al. 2008, Dias et al. 2005, McQueen et al. 2008).

Bei korrekter Schraubenlage ist die Fraktur übungsstabil, jedoch erst nach mehreren Wochen

15

belastungsstabil. Insgesamt ist die verletzungsbedingte Ausfallzeit, privat und im Beruf,

deutlich geringer und somit werden auch die ökonomischen Kosten reduziert bei schnellerer

Heilungszeit, besserer Stabilität und Beweglichkeit (Schäfer und Siebert 2002). Wichtiger

jedoch als die wirtschaftlichen Überlegungen ist der medizinische Vorteil, dass ein

Immobilisationsschaden mit Muskelatrophie, Osteopenie und Gelenkeinsteifung vermieden

und das Risiko einer Fehlstellung ebenso wie das einer Pseudarthrose infolge von

Fragmentinkongruenz oder minimalen interfragmentären Scherbewegungen bei inadäquater

Ruhigstellung stark herabgesetzt wird (Merle et al. 1999, Geissler et al. 2012).

Andererseits dürfen die allgemeinen Risiken einer Operation und Anästhesie, die zum Teil

systemimmanent sind, nicht ganz außer Acht gelassen werden.

Bei Auffälligkeiten oder Beschwerden sollte frühzeitig ein CT angefertigt werden, um

Komplikationen festzustellen, wie etwa eine Implantatlockerung, um Gegenmaßnahmen

ergreifen zu können.

Konservative wie operative Behandlung beinhalten - wenn auch in unterschiedlichem

Ausmaß - das Risiko von Knochenheilungsstörungen, Schmerzen, einer avaskulären Nekrose

vor allem bei einem kleinen proximalen Fragment, von ligamentärer Instabilität bei Vorliegen

von Begleitverletzungen oder der Entwicklung einer Pseudarthrose. Findet zwischen der 20.

Woche und dem sechsten Monat keine knöcherne Konsolidierung statt, spricht man von

verzögerter Knochenheilung, danach von einer manifesten Pseudarthrose. Um dies

ausschließen zu können, sollte 1 Jahr nach Unfall routinemäßig eine Abschlussuntersuchung

einschließlich Röntgen stattfinden.

Eine Pseudarthrose kommt, abhängig vom Frakturtyp bei 2-12 % der Kahnbeinbrüche vor und

fällt häufig nur als Zufallsbefund auf. Bei verspäteter oder fehlerhafter Diagnostik und damit

verbundener unzureichender Therapie kann diese Rate bis auf 60 % steigen. 48 % aller

Pseudarthrosen findet man jedoch aufgrund der speziellen Durchblutungssituation im

proximalen Drittel des Kahnbeins (Towfigh et al. 2011).

16

absolute OP-Indikation

alle dislozierten Frakturen

Frakturen mit Trümmerzone

proximale Polfrakturen

transskaphoidale perilunäre Luxationsfrakturen

offene Frakturen

Kombinationsverletzungen

relative OP-Indikation

potentiell instabile Frakturen (Typ B1)

Operationswunsch des Patienten

(Typ A2 oder B1)

Tabelle 2: Operations-Indikationen bei frischen Kahnbeinfrakturen

17

2. Fragestellung und Ziele

Trotz großer diagnostischer und therapeutischer Fortschritte im Umgang mit einem

Kahnbeinbruch, insbesondere seit Einführung der Herbert-Schraube, die geradezu einen

Paradigmenwechsel herbeiführte weg von der konservativen zu einer mehr operativ

ausgerichteten Vorgehensweise, gilt die Kahnbeinfraktur nach wie vor als problematisch und

seine Versorgung als äußerst anspruchsvoll.

Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin bei einer nicht-dislozierten, standardisierten

Skaphoidquerfraktur des mittleren Drittels - dem häufigsten Frakturtyp - zu untersuchen, ob

bei sonst identischen Bedingungen eine zentral eingebrachte, zum Bruchspalt orthogonal

gelegene axial verlaufende Schraube, eine bessere biomechanische Stabilität erbringt als eine

ebenfalls zentral eingebrachte, jedoch in der dorso-palmaren Ebene um 10˚ gering

abgewinkelte Verschraubung, bei im Seitenvergleich jeweils gleich langen Osteosynthesen.

Für die Untersuchung war es dabei von Vorteil, dass unter Laborbedingungen problemlos

Querbrüche der Taille angelegt und zuverlässig reproduziert werden konnten. Als Implantat

wurde die 3.0 HCS-Kompressionsschraube der Firma Synthes gewählt, die weithin

gebräuchlich ist. In dieser Untersuchung wurden die Kahnbeine vom rechten, bzw. linken

Arm desselben Körperspenders nach Frakturierung entweder axial oder im Gegenversuch um

10˚ abgekippt verschraubt und anschließend einem axialen Belastungstest unterzogen.

So konnten die in Bezug auf die Osteosynthese biomechanisch relevanten Größen Stabilität

und Festigkeit erfasst und die Resultate im direkten Paarvergleich einander gegenüber gestellt

werden.

Um diese biomechanischen Eigenschaften des Kahnbeins bei verschiedener Versorgung unter

axialer Belastung korrekt einschätzen zu können, musste ein entsprechender Testaufbau

entwickelt werden. Zunächst fanden Versuche an Polyurethan-Knochen statt, die als Vorlauf

zu den Untersuchungen an den Humanknochen zusätzliche Aussagekraft liefern sollten.

18

3. Material und Methodik

3.1 Implantat: 3.0 HCS Kompressionsschraube

Zur Osteosynthese der Kahnbeinfrakturen wurden sowohl in den Voruntersuchungen bei den

PU-Knochen als auch bei den Humanknochen jeweils 3.0 HCS-Schrauben der Firma Synthes

verwendet. Dies sind einzelteilige, selbstbohrende, selbstschneidende, kanülierte und

titanlegierte (TAN) Kompressionsschrauben mit einheitlichem Raster. Mit unterschiedlichen

Gewindegängen an den beiden Enden üben sie eine hohe interfragmentäre Kompressionskraft

aus und können als kopflose Schrauben im Knochen so versenkt werden, dass sie die

Kortikalis nicht mehr überragen. Sie eignen sich sowohl für den dorsalen Zugang über den

proximalen Pol, wie auch für den palmaren Zugang von distal.

In dieser Studie wurde ausschließlich die Insertion von proximal genutzt, um ein einheitliches

Vorgehen zu gewährleisten und weil damit eine zentrale Schraubenlage im proximalen

Fragment besser zu erreichen ist. Die implantierten Schrauben besaßen ein der Gesamtlänge

angepasstes langes oder kurzes Schaftgewinde [1 - in diesen Versuchen, korrespondierend zur

Schraubengröße, stets lang. Bei einem Kopfdurchmesser von 3 mm [2] wiesen sie eine feste

Kopfgewindelänge von 2 mm auf (siehe Abbildung 3). Die Schraubenlänge wurde für jedes

Kahnbeinpaar einzeln, innerhalb des Paares aber einheitlich festgelegt, sodass sowohl bei

axialer wie abgewinkelter Osteosynthese gleich lange Schrauben verwendet wurden. Diese

wurden so ausgewählt, dass sie einerseits sicheren Halt garantieren, also ausreichend lang

waren, andererseits aber in endgültiger Lage weder die Schraubenspitze die distale Kortikalis

durchbrechen noch der Schraubenkopf über die proximale Kortikalis hinausragen sollte. Wie

schon McCallister et al. (2003) und Dodds et al. (2006) in ihren Versuchen zeigen konnten

soll die Osteosynthese bei Kahnbeinfrakturen zentral am proximalen Pol eingebracht werden

um eine möglichst hohe Stabilität im zentralen Kegel verlaufend zu erzielen. Sie sollte zudem

zur Vermeidung eines Knorpelschadens und dem damit verbundenen Risiko einer

nachfolgenden Arthrose subchondral liegen.

[1] [2]

Abbildung 3: versenkbare Kompressionsschraube

19

3.2 Probenmaterial

Biologisches Material, wie das Kahnbein, weist trotz aller Konformität eine eigene

spezifische Form auf und zeigt in Abhängigkeit vom individuellen Körperbau auch in seiner

Größe und Dichte eine gewisse Varianz. Aus diesen Gründen und der begrenzten

Verfügbarkeit humaner Kahnbeine machte es Sinn, der Untersuchung an Leichenknochen

Versuche an künstlichen Knochen vorzuschalten. Sie unterscheiden sich produktionsbedingt

in den einzelnen Merkmalen nur minimal voneinander und sind als weitgehend identisch

anzusehen.

3.2.1 Kunstknochenmodell

Von den sechs einzelnen Kahnbeinen sollte der Knochen als Vorlage für die Polyurethan-

Kunststoffknochen dienen, der in seinen Messdaten, unter besonderer Berücksichtigung der

Achslänge, dem Durchschnitt aller vorhandenen Kahnbeine am Nächsten kam. Dies war das

Kahnbein L 16/07 mit einer Länge von 21,5 mm (Mittelwert Einzelknochen 21,2 mm;

Mittelwert 13 Kahnbeinpaare 22,5 mm) und einer Knochendichte von 116,3 mg/ccm

(Mittelwert Einzelknochen 89,4 mg/ccm; Mittelwert 13 Kahnbeinpaare 100,0 mg/ccm), siehe

Tabelle 3 und 8.

Die Knochendichte spielte für diese Auswahl eine untergeordnete Rolle, durch die

gleichartige und bereits bewährte Produktion waren die Kunstknochen in Form, Länge und

auch Dichte quasi identisch zueinander.

Die Kunstknochen, die auf Basis dieses humanen Kahnbeins produziert wurden, konnten alle

mit einer versenkbaren 20 mm langen HCS 3.0 Kompressionsschraube der Firma Synthes

versorgt werden.

20

Tabelle 3: Knochenmaße der sechs einzelnen Kahnbeine

Um nun Kopien von L 16/07 produzieren zu können, musste als erstes eine Hohlform hiervon

angefertigt werden. Dazu wurde es nach sorgfältiger Säuberung von allen Weichteilen genau

bis zur Hälfte in ein Metallgehäuse mit Knetmasse (Abbildung 4) gesetzt und die Gegenhälfte

spiegelbildlich in ein gleiches Kästchen, das aber statt mit Knete mit einer Formlösung aus

Rencast FC 52 Isocyanate und Rencast FC 52 Polyol im Mischungsverhältnis 1:1 befüllt war.

Diese gut verrührte Mischung musste indirekt beheizt werden, langsam trocknen und

aushärten, bevor die beiden Metallgehäuseteile wieder voneinander getrennt werden konnten.

Das Kahnbein wurde dann vorsichtig aus der Form gelöst, um über den gleichen Vorgang

dann die zweite Hälfte des Modells zu produzieren, wobei die soeben gefertigte harte erste

Hälfte, statt der Knetmasse, als Gegenseite diente. Nach den Aushärtungszeiten konnte der

Knochen herausgehoben und anschließend die Schalenhälften aus den Metallgehäusen

getrennt werden (Abbildung 5).

Abbildung 4: Metallgehäuse zur Schalenhälftenproduktion der PU-Knochen

Länge zentraler

Kegel

[ mm]

Schraubenlänge

[mm]

Dichte

[mg/ccm]

L 35/05 19,9 - 40,9

L 04/07 22,0 - 110,5

L 16/07 21,5 20,0 116,3

L 40/07 18,8 - 69,8

L 52/07 20,5 - 116,3

L 55/07 24,5 - 82,7

Mittelwert 21,2 20,0 89,4

Median 21,0 20,0 96,6

21

Abbildung 5: Schalenhälften zur PU-Knochen-Produktion

Nach Fertigstellung der beiden Schalen konnten die künstlichen Knochen produziert werden.

Hierzu mussten von außen Luftlöcher in die Formhälften an einer der Längsseiten bis zur

Kahnbeinhöhle gebohrt werden, um dem PU-Schaum die Möglichkeit zu geben sich

ausbreiten zu können, ohne die Knochenform zu verfälschen.

Die Formhälften sollten dann vor jeder Produktion eines weiteren künstlichen Kahnbeines

mit etwas Knetmasse beschichtet werden, um eventuelle Unebenheiten der Formhälften

auszugleichen. Dabei war besonders darauf zu achten, dem Ganzen keine neue Gestalt zu

geben, sondern die ursprüngliche Kontur beizubehalten.

Um die PU-Knochen später problemlos aus den Schalen herauslösen zu können, wurden

mehrere feine Schichten Trennlack PVA-rot auf die Formschalen aufgetragen. War der

Trennlack gut angetrocknet, konnten die synthetischen Knochen gegossen werden. Hierzu

stellte man ein Gemisch im Verhältnis 1:1 aus den beiden Komponenten PU-

Schaum/Komponente A 200 und B 100 her. Diese Mischung wurde in eine der beiden

Formschalehälften gefüllt und mittels Schraubzwingen und der zweiten Hälfte

zusammengepresst abgelegt (Abbildung 6). Das Kahnbeinmodell konnte, nachdem die PU-

Masse langsam über mehrere Stunden getrocknet und fest war, vorsichtig aus der Form

entnommen werden. Die künstlichen Knochen wurden anschließend von den Überständen

befreit (Abbildung 7).

Abbildung 6: befüllte Formhälften zur PU-Knochen-Produktion

22

Abbildung 7: PU-Knochen

Um die Struktur eines normalen humanen Knochens noch besser nachzuahmen fehlte dem

Polyurethanknochen eine kortikale Schicht. Diese festere Knochenrinde ließ sich mittels der

bereits bekannten Mischung im Verhältnis 1:1 aus Rencast FC 52 Isocyanate und Rencast FC

52 Polyol simulieren, welche gleichmäßig in 2 Schichten auf die getrockneten und gefestigten

PU-Kahnbeine aufgetragen wurde.

Nach dem Trocknen und Festigen wurden Überstände vorsichtig entfernt.

Insgesamt wurden 7 PU-Knochenpaare hergestellt, frakturiert, als Voruntersuchungen zu den

menschlichen Knochen osteosynthetisch versorgt und anschließend, ebenso wie die

Humanknochen, mittels axialem Belastungstest auf Stabilität untersucht.

3.2.2 Humanknochen

Zu den Untersuchungen dieser Studie wurden vom Anatomischen Institut Jena (Institut für

Anatomie I, Teichgraben 7, 07743 Jena, Ansprechpartnerin OÄ Dr. med. R. Fröber)

konservierte obere Extremitäten bereitgestellt, die diesem in den Jahren 2005-2008 von

Körperspendern „zu Lebzeiten aus freien Stücken und ohne Entgelt als Vermächtnis“ (Redies

2012) anvertraut worden waren. Insgesamt konnten so 40 Kahnbeinknochen entnommen

werden.

23

Altersverteilung

Humanknochen weiblich männlich gesamt

N 31 9 40

Mittelwert 78,06 75,22 77,43

Median 78 79 78

Standardabweichung 7,26 9,38 7,75

Minimum 62 63 62

Maximum 89 85 89

Spannweite 27 22 27

Tabelle 4: Altersverteilung der Humanknochen in Jahren

Altersverteilung

13 Kahnbeinpaare weiblich männlich gesamt

N 22 4 26

Mittelwert 77,42 74,5 78

Median 78 74,5 78

Standardabweichung 7,35 12,12 6,36

Minimum 70 64 64

Maximum 89 85 89

Spannweite 19 21 25

Tabelle 5: Altersverteilung der 13 gemessenen Kahnbeinpaare in Jahren

Zur Konservierung wurden die Knochen in ihrem anatomischen Verbund in Formaldehyd

eingelegt. Die Kahnbeine mussten aus ihrem Weichteilmantel heraus präpariert und aus der

Handwurzel gelöst werden, um sie so für die entsprechenden Untersuchungen und spätere

biomechanische Studie zugänglich zu machen. Zur Verfügung standen 6 einzeln und 17

paarig vorhandene Kahnbeine. Die insgesamt 40 Kahnbeine verteilten sich auf 23

verschiedene Spender im Alter von 62 bis 89 Jahren, mit einem Durchschnittsalter von 77

Jahren, davon waren 17 weiblichen und 6 männlichen Geschlechts (vgl. Tabelle 4). Da die

Studie im Paarvergleich ablaufen sollte, waren primär nur die 17 paarigen Kahnbeine von

Belang, um eine Seite axial und die andere Seite desselben Spenders um 10º abgewinkelt zu

operieren, von diesen wurden 13 Paare nach weiteren Untersuchungen der Studie zugeführt

(Altersverteilung Tabelle 5).

24

Um allgemeine Pathologien, bereits operativ versorgte oder auch frakturierte Kahnbeine

auszuschließen, wurden zunächst von allen Knochen konventionelle Röntgenaufnahmen in 2

Ebenen angefertigt, siehe Abbildung 8. Hierbei erwiesen sich alle vorhandenen Knochen als

gesund und ohne Hinweis auf frühere Operationen.

Abbildung 8: Humanes Kahnbein und sein Röntgenbild

Anschließend wurden die Handwurzelknochen mittels eines Messschiebers in ihrer

Längsachse vermessen. Vom zentralen Kegel des proximalen Pols, dem späteren

Schraubeneintrittspunkt, bis zum distalen Pol der zentralen Achse folgend (Abbildung 9). In

dieser Achslinie sollte die Schraube möglichst zentral im proximalen Kahnbeinpol inseriert

werden, um für eine hohe Stabilität zu sorgen; einmal genau axial und einmal bei gleichem

Eintrittspunkt um 10º verkippt. In die Untersuchungen aufgenommen wurden jedoch nur die

Knochen, die jeweils im Paarvergleich keine zu großen Differenzen zueinander aufwiesen;

die Längsachse der beiden zusammengehörenden Kahnbeine sollte keinen größeren

Unterschied als 1,0 mm zur Gegenseite aufweisen.

Das rechte und das linke Kahnbein eines Spenders sollten jeweils direkt miteinander

verglichen werden. Durch die Einschränkung des Längenunterschiedes mussten insgesamt 4

Kahnbeinpaare ausgeschlossen werden (L 17/06, L 06/07, L 19/07, L 35/07). Danach konnte

die Schraubenlänge für das jeweilige Skaphoidpaar festgelegt werden.

Abbildung 9: Längenmessung Kahnbein

25

Als nächstes wurden die Kahnbeine mittels peripherer quantitativer Computertomographie

(pQCT) auf ihre Knochendichte untersucht, wobei die Differenz paarintern nicht größer als 50

mg/ccm sein sollte (vgl. Abbildung 10). Dieser Faktor betraf allerding nur ein Kahnbeinpaar

(L 19/07), das aufgrund einer zu großen Längendifferenz ohnehin schon ausgeschlossen

wurde.

Abbildung 10: pQCT-Untersuchungen

Nach diesen Untersuchungen blieben von den ursprünglichen 17 Kahnbeinpaaren noch 13 für

die Studie übrig, siehe Tabelle 6.

Sie wurden in einem Gefrierschrank bei -18º C gelagert und für die Versorgung und

Untersuchung jeweils wieder aufgetaut.

Ausschluss aus

Studie

Länge

[mm]

Dichte

[mg/ccm] Ausscheidungsgrund

L 17/06 sinister 20,6 136,2

L 17/06 dexter 19,5 127,3

Differenz 1,1 8,9 Längenunterschied

L 06/07 sinister 21,3 83,2

L 06/07 dexter 22,8 103,2


L 19/07 sinister 24,8 112,4

L 19/07 dexter 26,3 183,5

Differenz 1,5 71,1 Längen- &

Dichteunterschied

L 35/07 sinister 18,0 66,1

L 35/07 dexter 19,7 80,6


Tabelle 6: Ausgeschlossene Kahnbeinpaare aus der Studie

26

Für die Knochenlänge wiesen die axial verschraubten Kahnbeine einen Mittelwert von

22,4 mm bei einer Standardabweichung von 2,3 mm auf; die um 10° verkippt versorgten

Knochen waren im Mittel 22,5 mm lang, bei einer Abweichung von 2,2 mm (Diagramm 1).

Demnach bestand in den beiden Gruppen (axial/10° verkippt versorgt) kein nennenswerter

bzw. signifikanter Unterschied für die Kahnbeinlänge; sie kann als gleich angesehen werden.

Statistisch lässt sich dies mit dem p-Wert 0,9555 bekräftigen, der erst bei Werten < 0,05

Signifikanz ausdrückt.

Diagramm 1: Knochenlänge der 13 humanen Kahnbeinpaare in mm

Auch hinsichtlich der Knochendichte waren beide Gruppen identisch. Sie betrug bei den axial

verschraubten Kahnbeinen im Mittel 98,6 mg/ccm mit einer Standardabweichung von 47,7

mg/ccm; bei den verkippt versorgten betrug sie 101,4 mg/ccm bei einer Abweichung von 47,9

mg/ccm (Diagramm 2). Der p-Wert liegt hier bei 0,753.

Diagramm 2: Knochendichte der 13 humanen Kahnbeinpaare in mg/ccm

22,4 22,5

0

10

20

30 Knochenlänge in mm

axial 10˚ verkippt

98,6 101,4

0

50

100

150

200 Knochendichte in mg/ccm

axial 10˚ verkippt

27

3.3 Methodik

3.3.1 Operationstechnik

Die Operationstechnik und allgemeine Vorbereitung für die anschließenden Untersuchungen

waren bei den PU-Knochen und den humanen Kahnbeinen identisch. Versuchsaufbau und

Instrumentarium siehe Abbildungen 11 und 12.

Abbildung 11: Versuchsaufbau I – IV

Abbildung 12: Instrumentarium V – VIII

I II III IV

V

VI

VII VIII

28

3.3.1.1 Schraubenlage

Der Versuchsaufbau wurde so gewählt, dass er einem dorsalen operativen Zugang entsprach,

das Kahnbein wurde also jeweils vom proximalen Pol her verschraubt.

Da diese Studie als Paarvergleich angelegt war, bedeutet dies, dass das linke und das rechte

Kahnbein eines jeweiligen Spenders in verschiedenen Winkeln verschraubt wurde und direkt

miteinander verglichen werden konnte. Paarintern unterschieden sich die Knochen weder in

ihrer zentralen Längsachse, in ihren Dichteparametern noch in ihrer Schraubenlänge

voneinander. Einzig die Lage der Schraube unterschied die beiden zusammengehörigen

Kahnbeine somit voneinander.

Unter Wahrung des Zufallsprinzips wurde bei der Verschraubung eine gleichmäßige

Seitenverteilung rechts/links für die axiale und die 10° verkippte Osteosynthese angestrebt.

Die 13 humanen Kahnbeinpaare blieben rechts-links miteinander verbunden.

Es wurden sieben linke und sechs rechte Kahnbeine axial und folglich sechs linke und sieben

rechte schräg zum Bruchspalt versorgt, wobei paarintern jedes Knochenpaar, durch die

Voruntersuchungen bestätigt, weitgehend identisch war.

3.3.1.2 Schnittebene definieren

Zunächst einmal wurde der zu versorgende Knochen in Vorrichtung I (Abbildung 11) so

eingespannt, dass sich der zentrale Kahnbeinkegel in der Längsachse genau zwischen den

beiden vorhandenen Spitzen der Halterung befand (Abbildung 13). In diesem Kegel sollte die

Schraube eingebracht werden. Bereits bei diesem ersten Schritt wurde die zentrale

Skaphoidachse festgelegt, welche für die osteosynthetische Versorgung bei diesen Versuchen

mitentscheidend war, denn genau in dieser Längsachse sollte die Osteosynthese in axialer,

bzw. in einer dazu um 10º abgewinkelten Lage eingebracht werden. Am proximalen zentralen

Pol wurde der Schraubeneintrittspunkt zu diesem Zeitpunkt bereits definiert.

Die Längsachse verläuft im geraden Verlauf weiter bis zur distalen Kortikalis; dieser

Endpunkt ist aufgrund der Skaphoidkrümmung jedoch nicht zwingendermaßen identisch mit

dem distalen Kahnbeinpol.

Das Skaphoid wurde stets so eingespannt, dass der proximale Pol sich oben befand. Mithilfe

der Feinjustierung konnte dann genau die mittlere Schnittebene des Kahnbeins festgelegt

29

werden. Durch diese Hilfsmaßnahme wurde sichergestellt, dass die freie Knochenfläche

zwischen den beiden PU-Polen bei allen Kahnbeinen konstant gleich blieb, die mittlere

Schnittebene definiert wurde und es dadurch z.B. nicht zu unterschiedlichen Hebelwirkungen

kommen konnte. Alle Knochen, unabhängig von ihrer Größe, gingen so mit den gleichen

Voraussetzungen in die Versuche. Nach diesen Einstellungen konnte der distale Pol in einen

runden Polyurethan-Harz-Block aus einer Mischung im Verhältnis 2:1 aus Technovit 3040

und Technovit Universal Liquid eingegossen werden.

Abbildung 13: Definieren der Schnittebene

3.3.1.3 Fraktur setzen

Bei dieser Studie ging es um die osteosynthetische Versorgung nicht-dislozierter

Querfrakturen des Kahnbeins im mittleren Drittel. In unserem Fall setzten wir die Osteotomie

so, dass die Frakturlinie im rechten Winkel zur Längsachse des zentralen Kahnbeinkegels lag.

Vor dem Setzen der Fraktur musste im Kahnbein zunächst ein Schraubenkanal vorgebohrt

werden, damit nicht die Gefahr bestand, dass es zu Verdrehungen zwischen den beiden

Kahnbeinhälften kommt und die Schraube somit nicht ihren geplanten Lauf nimmt.

Hierfür wurde das Kahnbein in Vorrichtung II ( vgl. Abbildung 11) eingespannt, bei der eine

genaue Verkippung, in unserer Studie bei 10 º, in der dorso-palmaren Ebene festgelegt

werden konnte (Abbildung 14). Der Bohrkanal wurde mittels des im Operationsset der Firma

30

Synthes enthaltenen Spiralbohrers V (Abbildung 12) mit einem Außendurchmesser von 2,0

mm gesetzt.

Abbildung 14: Schraubenkanalbohrung axial links und um 10º verkippt rechts

Danach konnte bei dem Knochen die vorgesehene Querfraktur gesägt werden. Hierzu wurden

die Kahnbeine in Vorrichtung III (vgl. Abbildung 11) eingespannt und mit einer Handsäge VI

(vgl. Abbildung 12) frakturiert. Das Sägeblatt hatte eine Breite von 0,6 mm (Abbildung 15).

Abbildung 15: Setzen der Querfraktur

3.3.1.4 Osteosynthetische Versorgung

Nach dem Frakturieren der Kahnbeine konnten diese jeweils paarweise mit gleichlangen

Schrauben versorgt werden, um nicht aufgrund differenter Schraubenlänge und einer dadurch

veränderten Biomechanik unterschiedliche Ergebnisse herbeizuführen und so einen

einwandfreien Vergleich auf Basis der Schraubenlage gewährleisten zu können.

Diese Schrauben waren im Mittel 20,9 mm lang (vgl. Tabelle 7 und 8). Sie wurden so

ausgewählt, dass einerseits das Schnittdefizit von 0,6 mm durch das Setzen der Fraktur mit

31

der Säge eingerechnet wurde und andererseits die Schraube für optimalen Halt subchondral

enden sollte, ohne die Gelenkfläche zu verletzen.

Tabelle 7: Schraubenlängenauswahl in Anzahl an Paaren nach der

Kahnbeinlängenmessung

Schraubenlänge

in mm

eingesetzte

Paare

16 1

19 2

20 3

21 1

22 3

23 1

24 2

32

Auswahl Kahnbein

Längen

[mm]

Dichte

[mg/ccm]

Schraubenlänge

[mm]

1. L 47/05 sinister 25,7 67,6

L 47/05 dexter 25,3 81,2

Differenz 0,4 13,6 23

2. L 27/07 sinister 25,6 219,1

L 27/07 dexter 25,3 225,6


3. L 32/07 sinister 25,1 116,0

endgültig L 32/07 dexter 25,7 141,6


4. L 37/07 sinister 19,7 165,9

L 37/07 dexter 20,1 156,7


5. L 47/07 sinister 22,0 69,4

L 47/07 dexter 21,9 72,7


6. L 48/07 sinister 22,6 73,1



7. L 56/07 sinister 23,4 89,1

L 56/07 dexter 24,3 128,0


8. L 59/07 sinister 23,8 69,1

L 59/07 dexter 23,0 99,8


9. L 01/08 sinister 22,5 117,7

L 01/08 dexter 22,5 83,0


10. L 05/08 sinister 20,8 62,5



11. L 14/08 sinister 21,0 71,1

L 14/08 dexter 21,4 72,2


12. L 15/08 sinister 21,2 53,8

L 15/08 dexter 21,2 88,4


13. L 22/08 sinister 18,4 63,6



Mittelwert 22,5 100,0 20,9

Median 22,5 78,5 21,0

Tabelle 8: Kahnbein- und Schraubenlängenauswahl paarige Knochen

33

Die Osteosynthese wurde zentral am proximalen Pol des Kahnbeins am bereits gesetzten

Bohrkanal angesetzt und zur Simulation der klinischen Situation über einen dorsalen Zugang

mittels Kompressionshülse (Vorrichtung VII, Abbildung 12) in Zweifinger-Technik inseriert

(Newport et al. 1996, Toby et al. 1997). Sobald das Schaftgewinde die zweite distale Hälfte

des Knochens erreichte und die Spitze der Hülse dem Kahnbein auflag, kam es durch weiteres

Drehen zum Schluss des Frakturspaltes und zur erwünschten Kompression. Die endgültige

Kompression wurde allerdings erst unmittelbar vor den abschließenden Stabilitätsprüfungen

durchgeführt, um zu vermeiden, dass zwischenzeitlich ein Verlust der Kompressionskraft

eintrat (vgl. Abbildung 16). Die Knochen wurden somit alle unter denselben Voraussetzungen

getestet.

Nach der endgültigen Kompression, kurz vor den Untersuchungen der Knochen, blieb die

Kompressionshülse noch auf der Schraube. Nun wurde mittels eines mit farblichen

Markierungen versehenen Schraubendrehers die Osteosynthese im Knochen versenkt, ohne

dabei eine weitere Kompression auszuüben (Vorrichtung VIII, vgl. Abbildung 12 und 16).

Abbildung 16: Schraubeneinbringung, Gebrauchsanweisung nach Synthes

34

3.3.1.5 Einbetten des proximalen Kahnbeinpols

Zur Sicherstellung der korrekten Schraubenlage wurden Röntgenkontrollaufnahmen aller

Kahnbeine in 2 Ebenen durchgeführt (vgl. Abbildung 17. Danach konnte die oben

beschriebene endgültige Kompression, das Eingießen des proximalen querovalen Pols und die

Stabilitätsüberprüfung erfolgen. Die eingebrachten Schrauben endeten mit dem Ziel maximale

Stabilität zu erzielen subchondral (Dodds et al. 2006).

Abbildung 17: kontrollierende Röntgenaufnahmen in 2 Ebenen der 13 versorgten

Kahnbeinpaare

Um die Knochen in die Testmaschine einspannen zu können, waren sowohl der proximale als

auch der distale Kahnbeinpol in Polyurethan-Harz (PU-Hartz) eingelassen. Dafür wurde

zunächst der Schraubenkopf am proximalen Pol mit etwas Knetmasse überdeckt, um sicher zu

gehen, dass er nicht in der Polyurethanmasse fest eingegossen wird und eine falsch hohe

Stabilität vortäuscht.

Das operativ versorgte Kahnbein wurde in die Vorrichtung IV (Abbildung 11) so eingespannt,

dass die Gelenkfläche zum Os capitatum in Richtung der Schraube an Vorrichtung IV am

distalen Pol zum Festziehen des Polyurethanblocks zeigte. Nun konnte der proximale Pol des

Skaphoids eingegossen werden. Auch nach dem Eingießen in einen Polyurethanblock konnten

beide Kahnbeinpole eindeutig voneinander unterschieden werden. Der distale PU-Block wies

eine runde Form auf, während der zuletzt eingegossene proximale Pol eine querovale Form

hatte. Dadurch konnte das Kahnbein nur auf diese eine vorgegebene Weise in den Testaufbau

eingespannt und Verwechslungen der beiden Pole vermieden werden (vgl. Abbildung 18).

35

Abbildung 18: eingießen des proximalen Kahnbeinpols in einen Polyurethan-Block

3.3.1.6 Kontrolle der Schraubenlage nach den Versuchen

Alle 13 Kahnbeinpaare wurden, wie beschrieben, für die biomechanischen Untersuchungen

vorbereitet und getestet. Den Röntgen-Aufnahmen schloss sich noch eine

Computertomographie (CT) aller in die Studie einbezogenen Skaphoidknochenpaare an, um

nochmals sicherzustellen, dass eine korrekte Versorgung bestand (vgl. Abbildung 19 und 20).

Dabei konnte bei einigen Kahnbeinen die Schraubenlage nicht sicher im gesamten Verlauf

dargestellt werden, z.B. endete die Schraube nicht subchondral, sondern durchbrach die

Kortikalis knapp. Diese Knochen waren nicht nach den Prämissen dieser Studie versorgt und

mussten demzufolge ausgeschlossen werden. Von den ursprünglich 13 blieben so noch 4

Kahnbeinpaare übrig, von welchen auch eine abschließende statistische Erhebung

durchgeführt wurde.

Abbildung 19: Röntgenkontrolle nach Versorgung und Stabilitätsuntersuchung

36

Abbildung 20: CT-Untersuchung Kahnbein

3.3.2 Testsetup

3.3.2.1 Testablaufüberblick

Als Vorversuche wurden zunächst 7 Kunstknochenpaare nach der osteosynthetischen

Versorgung auf ihre Stabilität hin untersucht. Danach wurden dann insgesamt 13 humane

Kahnbeinpaare getestet, wovon noch 4 Paare nach einer abschließenden CT-Untersuchung

übrig blieben.

Der Ablauf war bei den PU-Knochen und bei den Humanknochen identisch. Nach den

Voruntersuchungen erfolgte das Eingießen des distalen Kahnbeinpols, danach die

Frakturierung und osteosynthetischen Versorgung, daraufhin wurden die Kahnbeine

röntgenologisch auf eine korrekte Schraubenlage kontrolliert. Nach der anschließenden und

endgültigen Kompression durch die Zugschraube, wurde der proximale Kahnbeinpol in ein

PU-Block eingegossen und die Knochen dann fest in die Prüfmaschine eingespannt und

jeweils unverzüglich auf ihre biomechanische Stabilität, also auf ihre Festigkeit und

Steifigkeit, hin untersucht.

Hierzu belastete die Prüfmaschine das Kahnbein mit axialem Druck, bis zur Versagensgrenze

von 2 mm Verformung oder bis zum Knochenbruch. Die Prüfvorrichtung nahm die

gemessenen Werte direkt ab und dokumentierte sie für die anschließende Auswertung.

37

3.3.2.2 Maschine, Statistik und Datenauswertung

Die Messungen wurden mit einer Prüfvorrichtung der Firma Zwick/Roell durchgeführt. Es

handelte sich um eine Zwicki-Line Z 2.5 Prüfmaschine, siehe Abbildung 21. Diese

Vorrichtung besitzt eine am Lastrahmen angebrachte digitale Mess-, Steuer- und

Regelelektronik "testControl", um die einzelnen Parameter über verschiedene Messkanäle

direkt aufnehmen zu können. Zudem ist zusätzlich ein digitales Wegmesssystem angebracht.

Ein Computer mit der Prüfsoftware "testXpert ® II" erfasste die Daten.

Abbildung 21: Prüfmaschine und Arbeitsplatz

Die Datenauswertung erfolgte mittels Excel (Microsoft Office ®, 2007) und SPSS (SPSS

17.0). Der Stichprobenumfang humaner Kahnbeinpaare betrug 13 bzw. 4. Alle Werte

orientierten sich an einem Signifikanzniveau von p ≤ 0,05.

Für die Untersuchungen mussten zu Beginn Versagenskriterien festgelegt werden. Diese

wurden als Kraftabfall in der Kraft-Weg-Kurve definiert bzw. bei einer als nicht mehr stabil

anzusehenden Verformung von mehr als 2 mm.

Für den Test bedeutete dies, dass die Knochen bis zu ihrem Bruch oder einer plastischen

Verformung von maximal 2 mm und damit einer instabilen Versorgung getestet wurden. Dies

ging als Festigkeit in N in die Auswertung ein.

Neben der Festigkeit wurde noch die Steifigkeit in N/mm anhand des E-Moduls bei axialer

Belastung bestimmt.

38

3.3.2.3 Prüfvorrichtung

Im Rahmen dieser Messungen wurden die Knochen mit ihren in PU-Harz eingegossenen

Polen fest in die Prüfvorrichtung eingespannt, der distale runde Pol in der oberen

Einspannungsvorrichtung, der proximale querovale Pol in der unteren (vgl. Abbildung 22).

Bei diesem axialen Drucktest sollte das Kahnbein in möglichst anatomischer Stellung

untersucht werden und wurde dazu in einem 45° Winkel fixiert (vgl. Abbildung 23), was der

natürlichen Stellung am nächsten kam und der dorsal-volaren Belastung des Knochens im

Gelenk entspricht (Smith et al. 1989). Der untere Kahnbeinteil war zusätzlich auf einem

Kreuztisch montiert, um mögliche Ausscherbewegungen auszugleichen und so eine reine

axiale Druckbelastung zu gewährleisten (vgl. Abbildung 23).

Abbildung 22: Aufhängung für das Kahnbein

Abbildung 23: Kreuztisch mit 45° Winkel zur Kahnbeineinspannung

39

3.3.2.4 Belastungsrichtung und Krafteinleitung

Für die Auswahl der Testkriterien dieser Studie sollte die Hauptbelastungsrichtung der

menschlichen Handwurzelreihe und im Besonderen des Kahnbeins herangezogen werden. Bei

der menschlichen Hand ist dies unter Belastung und vor allem in potentiellen

Verletzungssituationen, wie zum Beispiel einem Sturz auf die ausgestreckte Hand, in axialer

Richtung (vgl. Abbildung 24). Torsionskräfte spielen eine zu vernachlässigende Rolle und

blieben deswegen unberücksichtigt. Die Kahnbeinknochen wurden bei den Versuchen

dementsprechend einzig einer axialen Belastung ausgesetzt, um die entsprechenden

physiologischen Belastungen zu repräsentieren (Smith et al. 1989).

Abbildung 24: Belastungsrichtung

Zur Untersuchung der mechanischen Stabilität wurden die Kahnbeine in der oben erwähnten

Prüfvorrichtung einem axialen Druck ausgesetzt. Sie wurden entsprechend ihrer anatomischen

Lage im Knochenverbund so eingespannt, wie es der tatsächlichen Kraftausrichtung bei

maximaler Belastung entspricht. Diese Druckbelastung wurde automatisch von 0 N an bis zur

definierten Versagensgrenze erhöht. Die Messungen dieser Studie betrafen die

entscheidenden biomechanischen Größen Steifigkeit in N/mm und Festigkeit in N.

axiale Belastung

Schraubenlage

45° Winkel

40

4 Ergebnisse

In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse der biomechanischen Untersuchungen dargestellt

und zusammengefasst, jeweils im Vergleich der axial und der um 10˚ verkippt versorgten

Kahnbeine, zunächst für die Polyurethan- und danach für die Leichenknochen.

4.1 Axialer Belastungstest Kunstknochenmodell

Insgesamt wurden 7 PU-Knochenpaare der Studie zugeführt. Aufgrund der Tatsache, dass

ihre Länge und Dichte als quasi-identisch und die eingebrachten Schrauben gleich lang waren,

konnten beide Gruppen - axial bzw. abgewinkelt versorgt - in den Tests ohne Einschränkung

miteinander verglichen werden.

Jeder PU-Knochen wurde bis zum Bruch, was in der Messkurve an einem rapiden Abfall zu

erkennen war, oder bis zu einer Verformung von 2 mm getestet. Die Messungen betrafen die

Steifigkeit in N/mm und die Festigkeit in N (vgl. Tabellen 9 und 10, Diagramme 3 und 4).

Für die Steifigkeit ergab sich bei den 7 axial versorgten Kahnbeinen ein Mittelwert von 35,0

N/mm, bei einer Standardabweichung von 13,1 N/mm. Dahingegen erreichten die 7 um 10˚

verkippt versorgten Kahnbeine im Mittel eine Steifigkeit von 32,7 N/mm bei einer

Standardabweichung von 9,3 N/mm.

Für die Festigkeit ergab sich unter den axial versorgten Kahnbeinen ein Mittelwert von 48,1 N

bei einer Standardabweichung von 19,5 N, wobei die Festigkeit für die um 10˚ verkippt

versorgten Kahnbeinen einen Mittelwert von 41,6 N mit einer Standardabweichung von 13,2

N aufwies.

Trotz der unterschiedlichen Versorgungsart kam es also bei den PU-Knochen in den beiden

Gruppen zu sehr ähnlichen Endergebnissen; die Differenz der Mittelwerte für die Steifigkeit

betrug lediglich 2,3 N/mm und für die Festigkeit 6,5 N. Die Resultate sind somit als nahezu

identisch anzusehen, ohne wesentlichen Unterschied zwischen der axialen und der um 10˚

verkippten Osteosynthese.

41

axial Steifigkeit

[N/mm]

Festigkeit

[N]

P 1-O 30,8 25,8

P 3-O 36,1 60,0

P 5-O 11,3 17,6

P 7-O 51,5 46,5

P 9-O 42,8 66,8

P 11-O 28,7 53,6

P 13-O 43,8 66,1

Mittelwert 35,0 48,1

Standardabweichung 13,1 19,5

Tabelle 9: Belastungstest axial versorgte PU-Knochen

10˚ verkippt Steifigkeit

[N/mm]

Festigkeit

[N]

P 2-S 18,1 25,1

P 4-S 35,0 53,3

P 6-S 32,0 31,0

P 8-S 49,6 28,3

P 10-S 29,4 54,0

P 12-S 33,0 55,2

P 14-S 31,9 44,0

Mittelwert 32,7 41,6

Standardabweichung 9,3 13,2

Tabelle 10: Belastungstest um 10˚ verkippt versorgte PU-Knochen

42

Diagramm 3: unter axialer Belastung getestete Steifigkeit

der Kunstknochen mit Mittelwerten in N/mm

Diagramm 4: unter axialer Belastung getestete Festigkeit

der Kunstknochen mit Mittelwerten in N

35,0 32,7

0

20

40

60 Steifigkeit PU-Knochen in N/mm

axial 10˚ verkippt

48,1 41,6

0

20

40

60

80 Festigkeit PU-Knochen in N

axial 10˚ verkippt

43

4.2 Humanknochen

Die hier aufgeführten Resultate haben ihren Ursprung in den Untersuchungen an den

humanen Kahnbeinen.

4.2.1 Axialer Belastungstest Humanknochen

Alle 13 humanen Kahnbeinpaare, wie auch die PU-Knochen, wurden bis zum Bruch oder

einer plastischen Verformung von 2 mm als Versagensgrenze sowohl hinsichtlich axialer

Steifigkeit wie auch Festigkeit mittels axialer Belastung getestet, siehe Tabellen 11, 12 und

13.

axial Steifigkeit

[N/mm]

Festigkeit

[N]

Knochendichte

[mg/ccm]

Länge

[mm]

Schraubenlänge

[mm]

L 47/05-dex-O 78,9 49,3 81,2 25,3 23,0

L 27/07-sin-O 105,0 108,0 219,1 25,6 24,0

L 32/07-dex-O 35,0 36,2 141,6 25,7 24,0

L 37/07-dex-O 13,6 84,2 156,7 20,1 19,0

L 47/07-sin-O 21,7 42,1 69,4 22,0 20,0

L 48/07-dex-O 47,2 62,4 75,8 22,8 22,0

L 56/07-sin-O 34,1 30,3 89,1 23,4 22,0

L 59/07-sin-O 31,9 27,5 69,1 23,8 22,0

L 01/08-sin-O 52,1 93,5 117,7 22,5 21,0

L 05/08-dex-O 115,0 103,1 72,4 20,5 19,0

L 14/08-sin-O 19,9 19,0 71,1 21,0 20,0

L 15/08-sin-O 78,8 60,9 53,8 21,2 20,0

L 22/08-dex-O 35,7 23,6 64,9 17,9 16,0

Mittelwert 51,5 56,9 98,6 22,4 20,9

Standard-

abweichung 32,8 31,2 47,7 2,3 2,3

Tabelle 11: axiale Versorgung 13 Kahnbeinpaare

44


[N/mm]

Festigkeit

[N]

Knochendichte

[mg/ccm]

Länge

[mm]

Schraubenlänge

[mm]

L 47/05-sin-S 44,6 48,9 67,6 25,7 23,0

L 27/07-dex-S 101,0 157,2 225,6 25,3 24,0

L 32/07-sin-S 118,0 145,2 116,0 25,1 24,0

L 37/07-sin-S 106,0 116,5 165,9 19,7 19,0

L 47/07-dex-S 116,0 100,0 72,7 21,9 20,0

L 48/07-sin-S 109,0 82,8 73,1 22,6 22,0

L 56/07-dex-S 34,2 14,2 128,0 24,3 22,0

L 59/07-dex-S 70,4 103,7 99,8 23,0 22,0

L 01/08-dex-S 114,0 170,2 83,0 22,5 21,0

L 05/08-sin-S 65,3 42,8 62,5 20,8 19,0

L 14/08-dex-S 35,7 39,8 72,2 21,4 20,0

L 15/08-dex-S 31,7 37,8 88,4 21,2 20,0

L 22/08-sin-S 83,3 53,4 63,6 18,4 16,0

Mittelwert 79,2 85,6 101,4 22,5 20,9

Standard-

abweichung 33,9 50,9 47,9 2,2 2,3

Tabelle 12: um 10˚ verkippte Versorgung 13 Kahnbeinpaare

Steifigkeit

[N/mm]

Festigkeit

[N]

35 % 34 %

Tabelle 13: relativer Unterschied axial zu um 10˚ verkippt versorgte 13 Kahnbeinpaare

45

Dabei zeigte sich für die axial verschraubten Kahnbeine eine Steifigkeit von 51,5 N/mm bei

einer Standardabweichung von 32,8 N/mm, wohingegen die um 10˚ verkippt versorgten

Kahnbeine bei einer Standardabweichung von 33,9 N/mm eine axiale Steifigkeit von 79,2

N/mm, also deutlich stabilere Werte aufweisen (vgl. Diagramm 5). Im Vergleich macht das

einen relativen Unterschied von 35 % aus. Durch diese Effektgröße ist eine gerichtete

Alternativhypothese angebracht, sodass hier auf einseitige, statt auf zweiseitige Signifikanz

mittels Wilcoxon-Test getestet werden kann und man ausgehend von einem

Signifikanzniveau von p<0,05 und einem p-Wert von 0,037 zu einem signifikanten

Unterschied kommt. Die abgewinkelt versorgten Kahnbeine sind in Bezug auf die Steifigkeit

den axialen signifikant überlegen.

Diagramm 5: Steifigkeit in N/mm der 13 humanen Kahnbeinpaare

nach axialem Belastungstest

Die Festigkeit bei einer Versagensgrenze von 2 mm liegt bei den axial verschraubten

Kahnbeinen bei 56,9 N, bei einer Standardabweichung von 31,2 N. Dahingegen zeigen sich

die um 10° abgewinkelt versorgten Humanknochen mit 85,6 N und einer

Standardabweichung von 50,9 N wesentlich stabiler (Diagramm 6). Der relative Unterschied

beträgt 34 %. Auch hier existiert dank der Effektgröße von 34 % eine gerichtete

Alternativhypothese, wodurch ein p-Wert von 0,023 zustande kommt, was bei p <0,05

bedeutet, dass die um 10° verkippt versorgten Kahnbeine signifikant stabiler sind als die axial

versorgten Knochen.

51,5

79,2

0

50

100

150 Steifigkeit in N/mm

axial 10˚ verkippt

46

Diagramm 6: Festigkeit der 13 humanen Kahnbeinpaare

nach axialem Belastungstest in N

Neben der Steifigkeit und Festigkeit wurde zusätzlich untersucht, ob ein Zusammenhang

zwischen Knochendichte und Festigkeit besteht. Diese Korrelation wurde nach Pearson

bestimmt. Die axial verschraubten Kahnbeine wiesen einen p-Wert von 0,516 auf gegenüber

einem p-Wert von 0,401 bei den um 10° verkippt verschraubten Kahnbeinen. Ausgehend von

einem Signifikanzniveau von p<0,05 ist ein Zusammenhang zwischen Knochendichte und

Festigkeit für beide Versorgungsarten bei 13 Humanknochenpaaren mit hoher

Wahrscheinlichkeit auszuschließen.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass trotz identischer Voraussetzungen in den beiden

Gruppen (gleiche Knochenlänge und -dichte, paarweise gleiche Schraubenlänge) die um 10°

abgewinkelt verschraubten Kahnbeine bei der Osteosynthese deutlich stabilere Resultate

zeigten als die axial versorgten. Der Unterschied war signifikant und betraf sowohl die

Steifigkeit (in N/mm), als auch die Festigkeit (in N).

56,9

85,6

0

50

100

150 Festigkeit in N

axial 10˚ verkippt

47

4.2.2 Untersuchungen der Humanknochen nach der Studie

Nach der Studie wurden die Kahnbeine noch einmal abschließend mittels CT untersucht, um

die korrekte Achsenlage zu kontrollieren oder auch eine mögliche Kortikalisperforation

auszuschließen (Abbildung 20). Von den getesteten 26 Kahnbeinen konnte ein solches

Überschreiten der Kortikalis bei zwölf Kahnbeinen nicht sicher ausgeschlossen werden; bei

anderen konnte die Schraubenlage nicht vollständig dargestellt werden (Tabelle 14). Diese

Kahnbeine konnten daher nicht vorbehaltlos in die Endergebnisse der Studie aufgenommen

werden (L 47/05-dex-O, L 27/07-dex-S, L 37/07-dex-O, L 47/07-dex-S, L 56/07-sin-O, L

56/07-dex-S, L 59/07-dex-S, L 01/08-sin-O, L 01/08-dex-S, L 14/08-dex-S, L 15/08-sin-O, L

15/08-dex-S). Sie teilten sich in 5 axial und 7 um 10° verkippt versorgte Skaphoide auf, dabei

waren 8 von der rechten Seite, 4 von links.

48

Tabelle 14: Ausschluss der Kahnbeine nach dem CT

Nr. 3, 6, 10 und 13 gingen in die endgültige Auswertung der humanen Kahnbeinpaare ein.

Nr. Kahnbeinbezeichnung Versorgung Versorgungskontrolle

1 L 47/05-dex-O axial nicht sicher korrekt

L 47/05-sin-S 10° verkippt korrekt

2 L 27/07-sin-O axial korrekt

L 27/07-dex-S 10° verkippt nicht sicher korrekt

3 L 32/07-dex-O axial korrekt


4 L 37/07-dex-O axial nicht sicher korrekt






7 L 56/07-sin-O axial nicht sicher korrekt














49

Da es sich um Paar vergleichende Studie handelt, musste auch noch ihr jeweiliger Gegenpart

ausgeschlossen werden. Bei diesen zwölf Skaphoiden handelte es sich um drei Paare und

sechs Einzelknochen, sodass insgesamt 9 Paare ausscheiden mussten und noch 4 mit eindeutig

korrekter Schraubenlage für die Endauswertung verblieben (L 32/07, L 48/07, L 05/08, L

22/08).

Diese 4 humanen Kahnbeinpaare (Gruppe Y) zeigten, wie auch die 13 Paare (Gruppe X)

zuvor, bessere Werte zugunsten der abgewinkelten Osteosynthese; weisen allerdings keine

Signifikanz mehr auf. Sie waren in Dichte (88,7 mg/ccm axial und 78,8 mg/ccm verkippt bei

einem p-Wert von 0,699), Knochenlänge (21,7 mm sowohl axial als auch verkippt bei einem

p-Wert von 1,0) und auch Schraubenlänge (beide Versorgungsarten 20,3 mm mit p=1,0)

aufgrund der Versuchsbedingungen gleich (vgl. Tabelle 15 und 16, Diagramme 7 und 8).

axial Steifigkeit

[N/mm]

Festigkeit

[N]

Knochendichte

[mg/ccm]

Länge

[mm]

Schraubenlänge

[mm]

L 32/07-dex-O 35,0 36,2 141,6 25,7 24,0

L 48/07-dex-O 47,2 62,4 75,8 22,8 22,0

L 05/08-dex-O 115,0 103,1 72,4 20,5 19,0

L 22/08-dex-O 35,7 23,6 64,9 17,9 16,0

Mittelwert 58,2 56,3 88,7 21,7 20,3

Standard-

abweichung 38,3 35,1 35,6 3,3 3,5

Tabelle 15: axiale Versorgung 4 Kahnbeinpaare


[N/mm]

Festigkeit

[N]

Knochendichte

[mg/ccm]

Länge

[mm]

Schraubenlänge

[mm]

L 32/07-sin-S 118,0 145,2 116,0 25,1 24,0

L 48/07-sin-S 109,0 82,8 73,1 22,6 22,0

L 05/08-sin-S 65,3 42,8 62,5 20,8 19,0

L 22/08-sin-S 83,3 53,4 63,6 18,4 16,0

Mittelwert 93,9 81,1 78,8 21,7 20,3

Standard-

abweichung 24,1 46,0 25,3 2,8 3,5

Tabelle 16: um 10˚ verkippte Versorgung 4 Kahnbeinpaare

50

Diagramm 7: Knochenlänge der 4 humanen Kahnbeinpaare

Diagramm 8: Knochendichte der 4 humanen Kahnbeinpaare

Die Mittelwerte für die Steifigkeit betrugen in der 4er-Gruppe Y (vgl. Diagramm 9), die in

die endgültige Auswertung gelangte, bei der axialen Versorgung 58,2 N/mm im Vergleich zu

51,5 N/mm in der 13er-Ausgangsgruppe X, also um einen Anteil von 11,5 % erhöht. Bei

abgewinkelter Verschraubung waren es 93,9 N/mm (Y) gegenüber 79,2 N/mm (X), einen

um 15,7 % höheren Wert. Insgesamt ist das Resultat der Steifigkeit der 4er-Gruppe Y um

13,6 % höher als bei der 13er-Gruppe X.

Wie erwartet fanden sich die bisherigen Untersuchungen auch in der 4er-Endgruppe Y

bestätigt mit besseren Werten für die abgewinkelte Versorgung, allerdings bei einem p-Wert

von 0,106 ohne Signifikanz.

21,7 21,7

0

10

20

30 Knochenlänge in mm

axial 10˚ verkippt

88,7 78,8

0

100

200 Knochendichte in mg/ccm

axial 10˚ verkippt

51

Diagramm 9: Steifigkeit nach axialem Belastungstest

der 4 humanen Kahnbeinpaare

Ein ähnliches Bild ergab sich für die Festigkeit (vgl. Diagramm 10). Sie betrug bei axialer

Versorgung 56,3 N (4er-Gruppe Y) gegenüber 56,9 N (13er-Gruppe X), einen um lediglich

1,1 % niedrigeren Wert für die 4er-Gruppe, bzw. bei verkippter Verschraubung 81,1 N (Y)

gegenüber 85,6 N (X), eine lediglich um 3,2 % niedrigere Festigkeit der 4er-Gruppe Y.

Signifikanz war hier mit einem p-Wert von 0,699 ebenfalls nicht gegeben.

Diagramm 10: Festigkeit nach axialem Belastungstest

der 4 humanen Kahnbeinpaare

Auch bei 4 Kahnbeinpaaren wurden eventuelle Korrelationen nach Pearson untersucht. Dabei

konnte festgestellt werden, dass es keinen Zusammenhang zwischen Knochendichte und

Steifigkeit gibt, weder bei axialer Versorgung mit einem p-Wert von 0,639 noch bei

verkippter Verschraubung und einem p-Wert von 0,212.

Auch die Festigkeit bei 2 mm Verformung weist keinen Zusammenhang mit der

Knochendichte bei axialer Versorgung und einem p-Wert von 0,699 auf. Bei um 10°

58,2

93,9

0

100

200 Steifigkeit in N/mm

axial 10˚ verkippt

56,3 81,1

0

100

200 Festigkeit in N

axial 10˚ verkippt

52

verkippter Verschraubung ist jedoch mit einem p-Wert von 0,018 ein signifikanter

Zusammenhang zwischen Festigkeit und Knochendichte nachzuweisen.

Insgesamt sind die Ergebnisse bei den 4 Kahnbeinpaaren der Endauswertung, verglichen mit

den 13 der Ausgangsgruppe, sehr ähnlich, bei gleichbleibender Tendenz. Es zeigen sich

weiterhin deutliche Unterschiede in der Steifigkeit und Festigkeit zugunsten der um 10°

abgewinkelt versorgten Skaphoide, jedoch weisen diese nun keine Signifikanz mehr auf.

4.3 Kunstknochen versus Humanknochen

Im Vergleich Kunstknochen zu Humanknochen fiel auf, dass die menschlichen Kahnbeine

deutlich höhere Werte bei den Versuchen erzielten als die PU-Knochen vgl. (Diagramme 11,

12, 13 und 14). In ihrer jeweiligen Gruppe waren diese paarweise zueinander als identisch

anzusehen. Aber auch zwischen den beiden Gruppen war die mittlere Kahnbeinlänge,

beispielsweise mit 21,5 mm (PU-Knochen) zu 22,4 mm (axial verschraubte Humanknochen)

bzw. 22,5 mm (10° verkippt versorgte Humanknochen), nahezu gleich.

Bei der Festigkeit erwiesen sich die humanen Skaphoide mit im Mittel um 32,6 % höheren

Werten als deutlich stabiler gegenüber den PU-Schaumstoffknochen. Bei der axialen

Versorgung wiesen diese menschlichen Knochen als Mittelwert eine Festigkeit von 56,9 N bei

13 Paaren (Gruppe X) und 56,3 N bei 4 Paaren (Gruppe Y) gegenüber den 48,1 N im Mittel

bei 7 PU-Knochenpaaren auf. Dies bedeutet im Einzelnen eine höhere Festigkeit von 15,5 %

(Y) bzw. 14,6 % (X). Die um 10° verkippt versorgten Kahnbeine ergeben ähnliche Ergebnisse

mit vergleichsweise nochmals höheren Werten bei den Humanknochen, im Mittel mit 85,6 N

= + 51,4 % (X), bzw. mit 81,1 N = + 48,7 % (Y) gegenüber 41,6 N bei den PU-Knochen.

Die Steifigkeit wies die gleiche Tendenz auf, so dass auch hier die Ergebnisse der humanen

Knochen deutlich höhere Werte erreichten als die der PU-Schaumstoffknochen. Im Mittel

lagen diese Resultate um 49 % höher. Bei den axial versorgten Kahnbeinen hatten die

humanen Knochen mit 51,5 N/mm bei 13 Paaren einen um 32,0 % (X) und bei 4 Paaren mit

58,2 N/mm (Y) einen um 39,9 % höheren Wert als die Kunstknochen mit 35,0 N/mm.

Auch bei der Steifigkeit der um 10° verkippt verschraubten Kahnbeine zeigten sich wieder

deutlich höhere Werte, als bei den axial versorgten Knochen. Die verkippt verschraubten

Skaphoide hatten bei den menschlichen 13 Knochenpaaren (X) einen Wert von 79,2 N/mm

vorzuweisen, welcher um 58,7 % über dem Wert der Kunstknochen von 32,7 N/mm lag. Bei 4

Paaren (Y) liegt dieser Wert mit 93,9 N/mm 65,2 % über dem der PU-Knochen.

53

Diagramm 11: Festigkeit axial

Diagramm 12: Festigkeit: um 10° verkippt

Diagramm 13: Steifigkeit axial

Diagramm 14: Steifigkeit um 10° verkippt

48,1

56,9 56,3

40

45

50

55

60

axial: Festigkeit in N

7 Polyurethan-Paare

13 humane Paare

4 humane Paare

41,6

85,6 81,1

0

50

100

um 10˚ verkippt: Festigkeit in N

7 Polyurethan-Paare

13 humane Paare

4 humane Paare

35,0

51,5 58,2

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

axial: Steifigkeit in N/mm

7 Polyurethan-Paare

13 humane Paare

4 humane Paare

32,7

79,2 93,9

0

50

100

um 10˚ verkippt: Stefigkeit in N/mm

7 Polyurethan-Paare

13 humane Paare

4 humane Paare

54

5. Diskussion

5.1 Das Kahnbein und diese Studie

Das Kahnbein ist ein in allen 3 Raumebenen unregelmäßig geformter Knochen. Radial

gelegen gehört es zur proximalen Handwurzelreihe, funktionell muss es allerdings der

proximalen und der distalen Kette zugerechnet werden (Feldmeier 1988). Das Skaphoid sorgt

für eine Ausrichtung der Karpalia, die einerseits eine höhere Stabilität des Handgelenkes

garantiert und andererseits eine größere Beweglichkeit ermöglicht (Smith et al. 1989). Es

nimmt damit eine gewichtige Rolle in der Biomechanik und Stabilität des Handgelenks ein.

Gleichzeitig ist das Kahnbein jedoch durch seine disponierte Position in der Kraftachse

Daumen-radiale Hand-Radius, dem “Träger der Hand" (Benninghoff und Görttler 1964),

stärker gefährdet und anfälliger für Verletzungen als die anderen Handwurzelknochen,

insbesondere in akuten Belastungssituationen wie beim Sport oder bei einem Sturz auf die

ausgestreckte Hand. Die axiale Krafteinwirkung bei forcierter Dorsalextension ist der

häufigste Grund dafür, dass das Skaphoid bricht (Weber und Chao 1978, Amadio und

Taleinsik 1993).

Aufgrund größerer sportlicher Aktivitäten junger Männer ist in dieser Population auch das

Hauptrisikoprofil für einen Kahnbeinbruch zu finden (Hoffmann 2009). Doch nicht nur die

korrekt gestellte Diagnose, sondern auch die adäquate Therapie zu wählen kann sich durchaus

schwierig gestalten. Während früher mit wenigen Ausnahmen ein konservatives Vorgehen

favorisiert wurde, hat sich in den letzten Jahrzehnten, seit Einführung der Herbert-Schraube,

die operative Herangehensweise auch in der Primärbehandlung mehr und mehr durchgesetzt.

Dies hat seinen Grund zum Einen in der Vermeidung von Immobilisationsschäden und dem

enormen Zeitgewinn bis zum Wiedereintritt von Arbeits- und Sportfähigkeit durch die fast

überflüssig gewordene Ruhigstellung und zum Anderen in der Möglichkeit einer möglichst

exakten Rekonstruktion der anatomischen Verhältnisse.

Im Allgemeinen hat die Kahnbeinfraktur eine gute Prognose, die Entwicklung einer

Pseudarthrose oder einer Fragmentnekrose, vor allem im proximalen Teil aufgrund seiner

eingeschränkten Blutversorgung, ist dennoch nicht auszuschließen (Hoffmann 2009).

Horizontalschräge Brüche verlaufen schräg zur Kahnbeinachse von radial-distal nach ulnar-

proximal und somit weitgehend senkrecht zur Unterarmachse, sie haben eine gute Prognose.

Die Querbrüche verlaufen orthogonal zur Kahnbeinachse und folglich schräg zur Unterarm-

55

Hand-Achse, während vertikale Frakturen schräg zur Kahnbeinachse, aber annähernd parallel

zur Unterarmachse verlaufen. Letztere haben infolge der starken Scherkräfte schlechtere

Heilungsaussichten.

Die konservative Therapie einschließlich der Nachbehandlung mit einem mühevollen und

langsamen Bewegungs- und Belastungsaufbau ist sehr zeitintensiv und führt zu einer

signifikant längeren Arbeitsunfähigkeit; darüber hinaus besteht die Gefahr eines dauerhaften

Immobilisationsschadens mit Bewegungseinschränkung und Kraftverlust. Auch eine

vorübergehende Gelenksteifigkeit ist möglich, bei jedoch insgesamt positivem Outcome und

hoher Heilungsrate (Leslie und Dickson 1981, Gutow 2007, Fowler und Ilyas 2010). Eine

weitere Optimierung der Behandlungsmaßnahmen ist wichtig, da sowohl die allgemeinen

Risiken einer Operation, als auch die Langzeitrisiken eine Rolle in der Entscheidungsfindung

spielen sollten. Es wurde gezeigt dass eine operative Therapie von nicht- oder minimal-

dislozierten Frakturen keine empirisch beobachtbaren Langzeitvorteile im Vergleich zur

konservativen Therapie liefert (Vinnars et al 2008).

Trotz ausreichender Diagnostik und Therapie ist die Komplikationsrate bei Kahnbeinfrakturen

relativ hoch, dennoch gibt es, eine korrekte Indikationsstellung vorausgesetzt, keine

Prognoseunterschiede zwischen konservativer und operativer Therapie (Towfigh et al. 2011).

Auch die Heilungschancen und die Heilungsdauer werden teilweise zwischen konservativer

und operativer Behandlung als gleichwertig betrachtet (Adolfsson et al. 2001).

Ziel einer Operation ist es, durch das Einbringen einer Osteosynthese die anatomischen

Verhältnisse wiederherzustellen. Bei einer osteosynthetischen Versorgung kann das Kahnbein

im Handgelenk als stabil angesehen werden und muss nicht weiter immobilisiert werden, was

letztlich einer schnelleren und sichereren Wiedererlangung der Beweglichkeit dient

(Adolfsson et al. 2001).

Bei der operativen Versorgung ist die Bedeutung verschiedener Faktoren, wie z.B. die

Schraubenlänge oder der Eintrittspunkt der Osteosynthese, zu bedenken. Alle beeinflussenden

Faktoren wurden in dieser Studie einander angeglichen, sodass lediglich die Schraubenlage

einer Variation unterlag. In diesen Untersuchungen sollte der Einfluss der Schraubenlage auf

die biomechanische Stabilität der Osteosynthese einer standardisierten, nicht-dislozierten

Kahnbeinquerfraktur im mittleren Drittel untersucht werden, was in bisherigen Studien so

noch nicht untersucht worden war.

So ließ sich eine grundsätzliche Aussage über den Einfluss der Schraubenlage auf die

Stabilität nach osteosynthetischer Versorgung tätigen.

56

5.2 Die Studienauswahl

Im Allgemeinen sind biomechanische Studien von großer klinischer Bedeutung. Dies wird

auch dadurch belegt, dass es eine Vielzahl an biomechanischen Untersuchungen gibt.

Biomechanische Daten dienen als Grundlage für eine adäquate klinische Versorgung auch in

der Unfallchirurgie, sie liefern die größte Aussagekraft und lassen sich am sichersten auf den

klinischen Alltag übertragen. Häufig werden Studien durchgeführt, die sich mit der

Kahnbeinfraktur und deren operativer Versorgung beschäftigen. Diese Untersuchungen

liefern einerseits grundlegende Aussagen über Eigenschaften der Osteosynthese, andererseits

offenbaren sie mögliche Schwachstellen bzw. die Vorteile einer Versorgungsart, in diesem

Fall im direkten Paarvergleich.

Klinische Testreihen sind aufgrund verschiedener Faktoren (individueller Frakturverlauf,

unterschiedliche Operateure, geringe Fallzahlen) in der vorliegenden Arbeit nicht geeignet,

doch vor allem verbieten sich experimentelle Studien am Patienten wegen offenkundiger

ethischer Bedenken von selbst. Einzig Langzeituntersuchungen würden aus solchen Studien

bessere Rückschlüsse auf kausale Zusammenhänge möglich machen.

Unter Berücksichtigung der Einzigartigkeit der menschlichen Hand und damit auch des

Kahnbeines in Bauweise, Struktur und Funktion kommen Tierversuche ebenso wenig in

Betracht.

Computersimulationen hingegen mangelt es an klinischer Relevanz.

So bleiben als Alternative Versuche am Modell, sei es mit Kunststoff- oder mit

Leichenknochen, wobei Letztere unbestritten aussagekräftiger und somit vorzuziehen sind,

zumal sich die Ergebnisse sicherer auf die klinische Situation übertragen lassen.

Beleg für diese Überlegenheit sind die vielen wissenschaftlichen Arbeiten, die so

durchgeführt worden sind, auch wenn leichte Änderungen in den Eigentümlichkeiten des

Knochengewebes durch längere Lagerung und durch die Formalinfixierung bzw.

Tiefgefrierung nicht ganz ausgeschlossen werden können.

Für diese Studie standen als Testobjekt Leichenkahnbeine zur Verfügung; diese waren 5-13

Jahre post mortem entnommen worden, formalinfixiert und wurden im Versuchsverlauf

tiefgekühlt. Das alters- und geschlechtsspezifische Spektrum im Patientengut des klinischen

Alltags spiegelten sie nicht wider, doch gab es aufgrund der begrenzten Anzahl an

Körperspendern nicht die Möglichkeit, etwa unter dem Aspekt einer größeren Ähnlichkeit mit

den realen Verhältnissen, eine besser passende Auswahl vorzunehmen.

57

In dieser Studie wurden zusätzlich noch Tests an Polyurethanknochen durchgeführt um die

Aussagekraft der Versuche zu bestärken und die Resultate an den Humanknochen zu

unterstützen. Zwar haben diese künstlichen Kahnbeine, zum Beispiel durch ihre geringere

Dichte, andere Eigenschaften als ihr humanes Pendant. Jedoch zeigen sie, wenngleich bei

niedrigeren Untersuchungswerten, die gleiche Tendenz wie die Humanknochen; auch diese

Tests sind als aussagekräftig anzusehen. Die Resultate der Untersuchungen sind sowohl bei

den PU-Knochen als auch beim humanen Gegenpart konstant. Die menschlichen Skaphoide

erzielen dabei, wie zu erwarten war, höhere Werte.

5.3 Die Testknochen

Bei der Vorwahl der Kahnbeine ist gleichwohl, wie bereits erwähnt, anzumerken, dass in der

Studie humane Knochen anderer Beschaffenheit untersucht wurden, als in der tatsächlichen

klinischen Situation vorliegen.

Das Durchschnittsalter lag bei den Körperspendern ganz erheblich über dem der klinischen

Patienten (Studie 77 Jahre; klinischer Alltag 28 Jahre).

Auch sind Frauen überrepräsentiert, 17 von 23 Spendern waren Frauen, was einem Anteil von

73,9 % entspricht. Nur 6 von 23 Spendern waren Männer, entsprechend 26,1 %, im klinischen

Alltag sind jedoch 85,7 % der Patienten mit Kahnbeinfrakturen männlich (Düppe et al. 1994).

So ist auch durch den Überhang an weiblichen Testknochen eine stärkere Osteoporose bei den

Spenderknochen im Vergleich zum klinischen Alltag anzunehmen.

Sollen humane Knochen in den Versuchen eingesetzt werden, muss man diesen Nachteil

akzeptieren, die Ergebnisse bleiben doch innerhalb der Studie weiterhin miteinander

vergleichbar. Zwar ist davon auszugehen, dass die Messdaten der biomechanisch relevanten

Werte wie Steifigkeit und Festigkeit bei nicht-osteoporotischen Knochen höher liegen, dass

jedoch das Verhältnis von axialer zu um 10 ° abgekippter Versorgung gleich sein sollte.

Wie bereits bei früheren Untersuchungen festgestellt werden konnte, ist diese Studie an

isolierten Kahnbeinen vorgenommen worden, die aus ihrem relativ festen Knochenverbund

und dem umgebenden Weichteilmantel freipräpariert waren. Dies kann zweifellos im

Vergleich zur klinischen Situation einen nicht unbedeutenden Einfluss auf die Stabilität der

Osteosynthese haben (McCallister et al. 2003). Dennoch sind die Resultate als relevant zu

betrachten, in sich stimmig und in ihrer Tendenz als eindeutig anzusehen. Es ist davon

auszugehen, dass dieser Forschungsbereich in Zukunft an Relevanz gewinnen wird. Die

Vielzahl an Versuchen der computernavigierten Operation am Kahnbein bezeugen dieses

58

gesteigerte Interesse bereits heute (Kendoff et al. 2007, Citak et al. 2010, Catala-Lehnen et al.

2011, Friedel et al. 2011). Es ist zu erwarten, dass mit computernavigierte Operationen

Vorteile einhergehen, insbesondere unter dem Aspekt einer höheren Präzision bei der exakten

Positionierung der Schraube und bei der Festlegung ihrer optimalen Länge (Friedel et al.

2011). Klar ist, dass die benötigte Röntgenzeit deutlich kürzer als bei konventioneller

Versorgung ist und damit die Strahlenbelastung geringer ist (Herbert et al. 1992, Bain et al.

1998).

5.4 Die Untersuchungsvoraussetzungen und das standardisierte

Vorgehen

Abgesehen von der Stellung der Schraube sollten alle anderen Gegebenheiten in der Studie

gleich sein. Für die Kahnbeinknochen als Versuchsobjekt war diese Voraussetzung bei einem

paarinternen Vergleich am besten gewährleistet, wenn die Skaphoide vom rechten,

beziehungsweise linken Handgelenk desselben Körperspenders stammten. Bei den

Voruntersuchungen schieden dennoch 4 Paare wegen eines zu großen Unterschiedes in ihrer

Knochengröße und/oder -dichte im Sinne der Vergleichbarkeit zueinander aus.

Ferner wurde im Rahmen eines experimentellen Designs bestimmt, welche Seite axial und

welche abgewinkelt verschraubt wurde.

Alle Schritte der operativen Versorgung wurden so standardisiert, dass es zu keinen

Verwechslungen oder Abweichungen kommen konnte. Der erste Schritt, das Eingießen des

distalen Kahnbeinpols, definiert bereits die zentrale Achse und gleichzeitig den zentralen

Eintrittspunkt der Osteosynthese am proximalen Kahnbeinfragment. Die Formen geben eine

feste und nicht änderbare freie Knochenfläche zwischen den Polyurethanblöcken vor, die bei

allen Skaphoiden gleich ist - einzig wie tief der jeweilige Knochen in den Polyurethan-Harz-

Block eingegossen ist - ist unterschiedlich.

Durch diese konstant freie Knochenfläche ist auch die mittlere Schnittebene, in der die

Fraktur mittels einer 6 mm breiten Säge gesetzt wird, definiert und festgelegt. Auch diese ist

durch den entsprechenden Versuchsaufbau nicht veränderbar und für alle Skaphoide gleich.

Eine direkte Vergleichbarkeit ist so gewährleistet.

Bereits durch das Gießen der Polyurethan-Harz-Blöcke ist durch die jeweilige Form (zuerst

eingegossener distaler Kahnbeinpol - rund; zuletzt eingegossener proximaler Pol - quer oval)

ein späterer Fehler beim Einspannen in den Versuchsaufbau ausgeschlossen. Der proximale

59

quer ovale Polyurethan-Harz-Pol ist stets in Richtung des Kreuztisches festgespannt, wobei

die axiale Krafteinwirkung am distalen runden Pol ansetzt. Das Kahnbein konnte jeweils im

direkten paarweisen Vergleich in den Testaufbau eingespannt werden, um auf seine

biomechanische Stabilität getestet zu werden.

Alle Ergebnisse sind, durch das standardisierte Eingießen in die PU-Harz-Blöcke und der

damit für alle Kahnbeine gleichen festgelegten freien Knochenfläche und Schnittebene,

unabhängig von der Knochenlänge oder anderen Werten, direkt miteinander vergleichbar. Die

Unterschiede bei den gemessenen Werten sind auf die Variation der Schraubenlage

zurückzuführen. Diese Vorgänge, wie auch die folgenden erfolgten unter standardisierten

Bedingungen, sodass alle Resultate reproduzierbar und mit einander vergleichbar sind.

Die Ergebnisse sollen nicht von mehreren Faktoren abhängig sein, sondern

unmissverständlich auf die Änderung eines einzelnen Faktors zurückzuführen sein, die

Umsetzung und Voraussetzungen wurden standardisiert. In diesem Fall unterscheidet sich

lediglich die Schraubenlage. Die Schrauben wurden in unterschiedlichen Winkeln zur Fraktur

eingebracht; einmal in axialer Richtung perpendikulär zur Frakturlinie und einmal um 10°

verkippt zur Achse. Diese 10° Verkippung in der dorso-palmaren Ebene wird so vollzogen,

dass es zu keiner Penetration der Gelenkfläche mit dem Os capitatum kommen kann. Durch

die vorgegebene Form der Polyurethanblöcke und die entsprechenden Aufbauten konnte bei

den um 10° verkippt eingebrachten Schrauben lediglich eine Verkippung in einer Ebene

stattfinden. Diese vorgegebene Ebene bzw. das Eingießen der Kahnbeine ließ keine Torsion

zueinander zu, so dass die 10° Verkippung bei allen Kahnbeinen in der gleichen Ebene

stattfand.

Die 3.0 HCS Kompressionsschraube der Firma Synthes wird über einen dorsalen Zugangsweg

am proximalen Pol in möglichst zentraler Lage eingebracht, um größtmögliche Stabilität zu

erzielen (McCallister et al. 2003).

5.5 Die Kahnbeinquerfraktur

Entsprechend der Maßgabe, dass die Knochen gleich sein müssen, sollte die Fraktur nicht nur

in Form und Lokalisation typisch sein und relativ häufig vorkommen, sondern auch

standardisiert und identisch reproduzierbar sein. All dies trifft auf den Querbruch der

Kahnbeintaille zu und ist der Grund, warum er schon bei den ersten Untersuchungen von

Herbert und Fisher (1984) ausgewählt wurde und seitdem ein anerkanntes und weit

verbreitetes Modell für solche Untersuchungen darstellt (Carter et al. 1991, Rankin et al.

60

1991, Newport et al. 1996, Toby et al. 1997). Eine lineare Osteotomie in Kahnbeinmitte quer

zur Achse ist sicher durchführbar und daher eine einfache, zweckmäßige Methode, eine

Fraktur zu simulieren, die jederzeit in gleicher Art kopiert werden kann und zudem den

Vorteil besitzt, dass es leicht möglich ist, den Winkel der Verschraubung in Relation zur

Bruchlinie exakt festzulegen und abzuändern. Eine glatte Osteotomie, künstlich mit der Säge

beigebracht, fehlen die Zacken und Spitzen, die einen “natürlichen“ Bruch charakterisieren

und können nicht mit eingeplant werden. Dem ist entgegenzuhalten, dass für die Studie ein

vereinfachtes Modell vorzuziehen ist, das die unberechenbaren Einflüsse und

Unregelmäßigkeiten einer frischen Fraktur ausschließt, die die Verzahnungen auf die

Kompressionskraft ausüben und so die Versuchsergebnisse beeinträchtigen können

(McCallister et al. 2003).

Das mittlere Drittel ist mit 60-80 % am häufigsten betroffen (Towfigh et al. 2011), weswegen

dieser Teil des Kahnbeins für die Untersuchungen prädestiniert war.

Frakturen im Taillen-Bereich sind einfach und sicher nachzustellen. Durch den Testaufbau

wurde die freie Knochenfläche im mittleren Drittel der Skaphoide standardisiert, die

Bruchstelle wurde dadurch bereits definiert.

Ein Auseinanderweichen der beiden glatten Kahnbeinfragmente um mehr als 1 mm wird als

dislozierter Bruch definiert und kommt mit einem Anteil von 30 % vor (Dabezies et al. 1982).

Brüche dieser Art gelten als instabil und sind operativ zu versorgen (Schäfer und Siebert

2002). Für die Studie wurden nicht-dislozierte Frakturen untersucht. Diese sind

unkomplizierter in ihrer Rekonstruktion um standardisierte Versuche durchführen zu können.

Zudem ist nicht klar welchen Einfluss zwei Fragmente auf die allgemeine Stabilität haben

können, die nicht direkt einander anliegen. Durch eine mögliche Zerreibung der Knochenteile

in einem solchen Frakturspalt kann es zu einer Beeinflussung der Kahnbein- und

Osteosynthesestabilität kommen. Selbst das akkurate Einbringen der Schraube kann erschwert

sein (McCallister et al. 2003).

Insgesamt wurden die häufigsten Grundvoraussetzungen bei der Kahnbeinfraktur nachgestellt.

Dies sind gleichzeitig auch zuverlässig reproduzierbare Bedingungen - eine der wichtigsten

Grundlagen für seriöse Untersuchungen und Ergebnisse. Sicherlich wäre es auch möglich

gewesen andere Voraussetzungen zu wählen, jedoch mangelt es diesen an der Möglichkeit

einwandfrei reproduzierbar zu sein oder in ihrer Fähigkeit eine Grundsatzaussage zu tätigen.

Um eine grundsätzliche Tendenz erkennen zu können, bei der Frage nach dem Einfluss der

Schraubenlage auf die Stabilität der Osteosynthese, sollten auch die am häufigsten

61

auftretenden Rahmenbedingungen simuliert werden. Nur so sind die Ergebnisse aufeinander

übertragbar und nur so ergibt sich auch eine klinische Relevanz.

5.6 Die Schraubenosteosynthese

Kompressionsschrauben führen durch den interfragmentären Druck und durch Ausschaltung

von Mikrobewegungen zwischen den Fragmenten zu der angestrebten Knochenheilung, die

ohne Bildung von Kallus abläuft, der im Bereich von Gelenken störend und von Schaden sein

kann (Claes und Ito 2005). Kallusbildung bei der Knochenbruchheilung ist im Bereich von

Gelenken im Gegensatz zu den langen Röhrenknochen unerwünscht.

Bei der Bruchheilung kann minimale mechanische Belastung einen positiven Effekt ausüben

(Koob et al. 1992, Veen et al. 1995), wobei andererseits ein zu hohes Maß an Beweglichkeit

im Frakturspalt eine verzögerte Knochenheilung bis hin zur Ausbildung einer Pseudarthrose

zur Folge hat (Claes et al. 1997, Weyts et al. 2003). Die durch die eingebrachte Schraube

verursachten Kompressionskräfte haben einen positiven Effekt auf die biomechanische

Stabilität und vermindern das Risiko einer sekundären Dislokation, auch wenn die

Kompressionskraft mit der Zeit nachlässt (Shaw 1987, Rankin et al. 1991).

Kopflose Schrauben haben den Vorteil, dass sie vollständig im Knochen versenkt liegen und

somit mechanischen Irritationen an der knorpeligen Gelenkfläche vermieden werden können.

Die kanülierte Schraube bewirkt effektivere Kompressionskräfte auf die Fraktur und

ermöglicht eine größere Präzision bei der Platzierung der Schraube, sie sind nicht-kanülierten

Schrauben zu bevorzugen, da sie effektivere Kompressionskräfte entlang der Fraktur

entwickeln können (Rankin et al. 1991, Toby et al. 1997). Mit einer kanülierten Schraube, wie

der HCS 3.0 Kompressionsschrauben von Synthes, ist eine zentrale Schraubenlage leichter zu

realisieren. Ist die Schraube im zentralen proximalen Drittel eingebracht ist eine signifikant

schnellere Heilungszeit möglich. Zudem ist das Ausmaß der postoperativen Beweglichkeit

abhängig von der Anpassung der 2 Frakturfragmente durch die Verschraubung zueinander

(Trumble et al. 1996).

Die 3.0 HCS-Schraube ist zudem breiter als eine herkömmliche Herbert-Schraube und

dadurch stärker (Toby et al. 1997), die mit ihr erzielten Heilergebnisse sind adäquat

(Singisetti et al. 2012). Allgemein sind die Kompressionsschrauben der 2. Generation stabiler

als die der 1. Generation, zu der die Herbert-Schraube noch gehört, weisen eine größere

Kompressionskraft auf und halten einer höheren Belastung stand (Fowler und Ilyas 2010,

Assari et al. 2012); erst Recht sind sie stärker als Kirschner-Drähte (Panchal et al. 2007).

62

Die Vorteile einer Versorgung mit einer Kompressionsschraube sind ähnliche, wie die der

operativen Versorgung der Kahnbeinfraktur an sich, im Gegensatz zur konservativen

Therapie. Besonders die schnellere Funktionswiederherstellung spricht hierfür (Rettig und

Kollias 1996, Ring et al. 2000). Zudem ist so eine verbesserte Kahnbeinausrichtung und

postoperative Mobilisierung möglich (Trumble et al 2000).

Die Vielzahl an verschiedenen Kompressionsschrauben zur osteosynthetischen Versorgung

von Kahnbeinbrüchen sind sich in mancher Hinsicht sehr ähnlich, sodass die hier benutzte 3.0

HCS-Schraube als beispielhafter Vertreter für die modernen Schrauben dienen kann und in

der Praxis bei der Entscheidung , welche Schraube verwendet werden soll, häufig Aspekte

wie Kosten, Verfügbarkeit, Anwenderfreundlichkeit und Erfahrung mit dem speziellen

System den Ausschlag geben (Pensy et al. 2009).

Die Schraube ist eine Kompressionsschraube und erzielt diese Wirkung durch

unterschiedliche Gewindesteigungen innerhalb der Osteosynthese, sie agiert quasi als

Zugschraube.

5.7 Die Schraubenlage und die Auswahl gleich langer Schrauben

Entscheidend für die spätere Stabilität des versorgten Kahnbeins ist die exakte Lage der

Schraube im Knochen. Die zentrale Lage im proximalen Fragment des Kahnbeins resultiert in

deutlich erhöhter Stabilität, einer beschleunigten Heilungsrate und besserer Beweglichkeit.

Außerdem wird so das Risiko reduziert, dass die Osteosynthese versagt (McCallister et al.

2003).

Am proximalen und distalen Kahnbeinpol ist die Knochendichte am größten und die

Schrauben finden hier den stärksten Halt (Geissler et al. 2012). Die Empfehlung lautet

deshalb, eine möglichst lange Schraube entlang der zentralen Achse so im proximalen Drittel

zentral einzubringen, dass die Spitze tief im subchondralen Knochen des distalen Pols zum

liegen kommt, um so die höchste Stabilität zu erreichen (McCallister et al. 2003, Dodds et al.

2006). Eine Lage der Schraube, die die Kahnbeinfragmente nicht gut wieder aneinandersetzt

oder falsch im Knochen liegt, kann zu einer schlechteren biomechanischen Stabilität führen

(Dodds et al. 2006). Andererseits ist für das klinische Outcome das exakte Einbringen der

Osteosynthese von großer Bedeutung, da Kahnbeine mit inkorrekt implantierten Schrauben

eine niedrigere Heilungsrate aufweisen (Adams et al. 1988, Trumble et al. 1996).

Zu kurze Schrauben, die nicht subchondral enden, können keine entsprechende

biomechanische Stabilität liefern. Schrauben, die zu lang sind können für Irritationen sorgen.

63

Eine unbeabsichtigte Schraubenpenetration durch den Knorpel kommt in 5-30 % der Fälle vor

(Adams et al. 1988, Herbert et al. 1992). Im Gegensatz zu anderen Arbeiten, etwa der von

McCallister et al. 2003, in denen unter einer anderen Fragestellung auch im direkten

paarweisen Vergleich verschieden lange Schrauben eingesetzt wurden, waren sie in dieser

Studie für rechts und links, respektive für die axiale und für die abgewinkelte Versorgung

gleich lang dimensioniert. Was bei paarweise gleicher Knochenlänge und –dichte die

Kahnbeine auf ein miteinander vergleichbares Niveau setzt. Dadurch bestand für beide

Verfahren ein identisches Kräfteaufkommen, während unterschiedlich lange Schrauben

unterschiedliche Kräfte und Stabilitäten bewirken. Eine längere Schraube führt unter

Belastung zu anderen Hebelwirkungen im Kahnbein als eine kürzere, folglich ist die

biomechanische Stabilität von einer anderen Qualität.

Um diesen Faktor auszuschalten und einzig die durch die Schraubenlage bedingten

Unterschiede zu erfassen, wurden daher in diesen standardisierten Versuchen für beide

Vorgehensweisen gleich lange Schrauben benutzt; so konnten die Werte direkt miteinander

verglichen und Divergenzen allein auf die Lage der Osteosynthese zurückgeführt werden.

Allerdings ist hierin, bzw. in dem Bestreben, paarintern stets identische Schrauben zu

nehmen, möglicherweise ein Grund dafür zu sehen, dass bei der Endkontrolle 12 von 26

Knochen, bzw. 9 von 13 Paaren ausgeschlossen werden mussten, weil die Osteosynthese die

Kortikalis durchbrochen hatte, bzw. ihre Lage nicht ganz eindeutig zu bestimmen war. Dabei

handelte es sich um 5 axial und 7 um 10° verkippt versorgt Kahnbeine.

5.8 Der operative Zugang und die Technik

Generell ist bei einer Fraktur des mittleren Drittels - der Kahnbeintaille sowohl der dorsale

Zugang über den proximalen Pol, wie in dieser Studie gewählt, als auch der volare über den

distalen Pol möglich; beide Wege sind gleichwertig (Chan und McAdams 2004), und eine

hohe, nahezu 100% Heilungsrate kann erreicht werden (Gutow 2007). Zwar hat das dorsale

Vorgehen ein größeres Risiko, anatomische Strukturen zu verletzen und die ohnehin prekäre

Gefäßversorgung zu schädigen, doch darf dieser operative Zugang keinesfalls vernachlässigt

werden (Adamany et al. 2008), denn er ist zuverlässig und sicherer, um die Schraube optimal,

d.h. zentral im Knochen einzubringen, was Vorteile für die Heilung und die

Wiederherstellung der Funktion mit sich bringt (Bedi et al. 2007).

Die Kahnbeinschraube wurde manuell per 2-Finger-Technik eingesetzt, wobei die Insertion,

wie in der Klinik im normalen Operationsverlauf üblich, ohne direkte Kraftmessung erfolgte.

64

Dies erfordert viel Fingerspitzengefühl und Erfahrung beim Chirurgen, denn für eine stabile

Fixierung der Fragmente ist eine angemessene Kompression nötig.

Ist sie zu gering, ist sie insuffizient: Scherbewegungen zwischen proximalem und distalem

Fragment verzögern die normale Knochenheilung und können Komplikationen zur Folge

haben (Smith et al. 1989), weswegen ausreichende Kompressionskräfte notwendig sind.

Ist sie zu stark werden die frakturnahen Knochenzellen geschädigt und die Bruchheilung läuft

verzögert ab oder wird gar verhindert (Assari et al. 2012). Trotz der Möglichkeit einer

Fehleinschätzung ist die 2-Finger-Technik bisher das gängigste Verfahren, auch im Rahmen

allgemeingültiger Studien (Newport et al. 1996, Toby et al. 1997, McCallister et al. 2003),

obwohl nicht auszuschließen ist, dass etwa im Paarvergleich, ungleich starke Kompressionen

bestehen. Da die Versuche in dieser Studie jedoch ausnahmslos vom selben Operateur und

zeitnah zueinander durchgeführt wurden, sind signifikante Abweichungen nicht anzunehmen.

5.9 Der Versuchsaufbau mit axialer Belastung

In der Arbeit wurde der Einfluss unterschiedlicher Schraubenlagen, einmal orthogonal zur

Bruchlinie, bzw. um 10° abgewinkelt, auf die Stabilität der Osteosynthese bei einer

standardisierten, nicht-dislozierten, mittels Osteotomie simulierten glatten Querfraktur der

Kahnbeintaille untersucht. Weitere Versuche mit deutlicheren Abweichungen zur axialen

Lage, zum Beispiel 20°, sind sinnvoll. Inwieweit sich die Resultate dieser Studie dann

bestätigen werden, bleibt abzuwarten.

Die Stabilitätstests, die durchgeführt wurden, erfolgten ausschließlich unter axialer Belastung,

da sie im Alltag als die physiologische Beanspruchung gilt und in Stress- und

Unfallsituationen als Einzige einen größeren Stellenwert einnimmt (Smith et al. 1989); auch

an einer Fraktur und an den Einzelfragmenten ist die axiale Krafteinwirkung die

Hauptbelastung (Kobayashi et al. 1997). Um das Kahnbein einer entsprechenden Kraft

auszusetzen und es auf seine Stabilität hin untersuchen zu können, wurde es mit dem unteren

proximalen Pol, welcher im quer-ovalen PU-Harzblock eingegossen war, auf einem

Kreuztisch fixiert. Der Kreuztisch diente dem Ausgleich von unerwünschten

Ausscherbewegungen und durch seinen Gebrauch konnte die Belastung auf eine rein axiale,

bzw. dorso-volare Drückbelastung beschränkt werden. Auf dem Kreuztisch war das Kahnbein

in einem 45° Winkel eingespannt. Dies entspricht der physiologischen Stellung des Skaphoids

im Handgelenk in Neutralposition, so war die Testung bei dorsal-volarer Belastung

gewährleistet (Smith et al. 1989). Dieser Vorrichtung hatten sich bereits McCallister et al.

65

(2003) bedient. Eine zyklische Prüfung ist dagegen wenig sinnvoll, da eine solche Belastung

fast gar nicht stattfindet (Toby et al. 1997, McCallister et al. 2003); eventuell daraus

gewonnene zusätzliche Informationen sind somit für die klinische Praxis ohne Bedeutung.

In die Prüfvorrichtung eingespannt konnte das Kahnbein axialem Druck ausgesetzt werden.

Ausgehend von 0 N geschieht dies in sich kontinuierlich steigenden Belastungsschritten, bis

zur Versagensgrenze, bzw. bis zum Bruch. Jeder Knochen wird nur einmal getestet. Als

Versagen des Knochens wird eine Verformung von 2 mm gewertet oder ein im Spannungs-

Dehnungs-Diagramm ablesbarer abrupter Kurvenabfall. Dies ist als Bruch und damit als

Versagen des Präparates zu werten.

Nach diesen Untersuchungen wurden sowohl Röntgen, als auch CT-Aufnahmen angefertigt

um die einwandfreie Versorgung der Kahnbeine zu bestätigen.

5.10 Die Ergebnisse dieser Studie und die Schlussfolgerungen

Für signifikante Ergebnisse bei biomechanischen Studien braucht man acht bis zwölf

vergleichende Untersuchungen (Shaw 1987, Carter et al. 1991, Rankin et al. 1991, Shaw

1991). Dies trifft auf die Ausgangslage dieser Arbeit zu; allerdings mussten nach der

abschließenden CT-Kontrolle 9 von 13 Kahnbeinpaaren (12 von 26 Kahnbeinen)

ausgeschlossen werden, weil bei einem oder beiden Skaphoiden die Schraubenspitze nicht

einwandfrei subchondral lokalisiert und somit ein Auswahlkriterium der Studie nicht gegeben

war. Einerseits ist für den klinischen Alltag eine Durchbohrung des Knorpels mit einem

erhöhten Arthroserisiko aufgrund der Knorpelschädigung verbunden und andererseits ist die

Festigkeit bei subchondraler Lage erhöht.

Die Ergebnisse sind eindeutig, sowohl bei 13 Paaren, wo die Werte sogar noch signifikant

sind, als auch bei 4 Kahnbeinpaaren. Die erreichten Resultate sind sowohl bei 13, als auch bei

4 humanen Kahnbeinpaaren und auch bei den PU-Knochen konstant.

Biomechanische Untersuchungen sollten auch weiterhin einen erhöhten Einfluss auf den

klinischen Alltag nehmen, auch im Zusammenhang mit diesen Resultaten. Die Ergebnisse

lassen sich eindeutig auf die unterschiedliche Schraubenlage zurückführen, da alle anderen

Faktoren, wie freie Knochenfläche, Knochenlänge, Knochendichte oder Schraubenlänge

konstant gehalten wurden und so vergleichbare Bedingungen im Rahmen der Paarvergleiche

herrschten.

Gemessen wurden bei diesen Versuchen die biomechanischen Größen der Steifigkeit und

Festigkeit.

66

Die Steifigkeit ist ein von der Festigkeit unabhängiger Wert. Sie wird in N/mm gemessen und

ist der Anstieg der Spannungs-Dehnungs-Kurve im Diagramm, es ist der Widerstand des

Körpers gegen eine durch äußere Kräfte bewirkte Verformung sowie abhängig von der

Elastizität. Ein Körper ist als steif anzusehen, wenn er einen hohen Widerstand gegen diese

Verformung aufzubringen imstande ist.

Die Festigkeit ist der Widerstand gegen Einwirkungen von außen. Es ist ein Maß für

ertragbare Belastung, welche als ein Grenzwert anzusehen ist. Dieser mechanische

Widerstand gegen plastische Verformung wird in N angegeben. Für die Studie waren diese

biomechanischen Größen die einzigen von Relevanz, um Aussagen über die Stabilität der

verschiedenen Osteosynthesepositionen zu machen.

In den Vorversuchen mit den PU-Knochen ist für die axiale Verschraubung kein besserer

Effekt zu erkennen, allerdings auch kein schlechterer; hier ist der Vergleich ausgeglichen.

Bei den PU-Knochen war kein deutlicher Unterschied zugunsten der abgewinkelt versorgten

Kahnbeine zu verzeichnen. Die Resultate für die Festigkeit mit 48,1 N bei den axial

versorgten Kunstknochen, zu 41,6 N bei den verkippt versorgten Kahnbeinen sind auf

gleichem Niveau und als nahezu identisch zu werten. Genau wie die Resultate der Steifigkeit

mit 35,0 N/mm bei den axial versorgten und 32,7 N/mm bei den abgewinkelt verschraubten

PU-Knochen.

Berücksichtigt man alle 13 humanen Knochenpaare, sind die Ergebnisse eindeutig und

signifikant mit deutlichen Resultaten in allen biomechanisch relevanten Größen; ebenso sind

die Resultate der verbliebenen 4 Paare klar besser zugunsten der abgewinkelten Versorgung,

erreichen indessen kein Signifikanzniveau mehr. Die Ergebnisse der Untersuchungen ändern

sich nicht, sondern einzig ihr Signifikanzniveau.

Sowohl für die Steifigkeit, als auch die Festigkeit sind die um 10° verkippt verschraubten den

axial versorgten humanen Skaphoiden überlegen. Sie sind als stabiler anzusehen.

Man kann feststellen, dass ein Winkel der Verschraubung von nicht-90° zur Frakturlinie

bessere Werte im Sinne der Stabilitätskriterien Steifigkeit und Festigkeit liefert, als bei einer

in 90° zum Bruch eingebrachten Osteosynthese. Eine Schraube muss nicht zwingend

orthogonal zur Fraktur eingebracht werden.

Im Umkehrschluss lässt sich daraus folgern, dass bei den schräg verlaufenden Frakturen des

Kahnbeins die Schraube axial im zentralen Kegel eingebracht werden kann und somit ein

Winkel der nicht perpendikulär zur Bruchlinie eingehalten werden kann, um eine hohe

biomechanische Stabilität zu erreichen.

67

Die Ergebnisse sind aussagekräftig und lassen sich, unabhängig von anderen Faktoren wie

Skaphoidgröße oder Knochendichte, freier Knochenfläche oder Schraubenlänge,

da hier jeweils paarinterne Identität bestand, einzig auf die unterschiedliche Schraubenlage

zurückführen.

Im Umkehrschluss lässt sich daraus folgern, dass bei den schräg verlaufenden Frakturen des

Kahnbeins- um eine hohe biomechanische Stabilität zu erreichen- die Schraube axial im

zentralen Kegel eingebracht werden kann, auch wenn sich dadurch eine Winkelposition

ergibt, die nicht orthogonal zur Bruchlinie verläuft.

68

6. Fazit und Ausblick

In dieser Arbeit wurde der Einfluss von unterschiedlichen Schraubenlagen (orthogonal zur

Bruchlinie bzw. um 10˚ abgewinkelt) bei gleicher Schraubenlänge auf die Stabilität der

Osteosynthese bei einer standardisierten, nicht dislozierten, mittels Osteotomie simulierten

glatten Querfraktur der Kahnbeintaille untersucht.

Es hat sich eine Überlegenheit für die gering abgekippte Verschraubung mittels 3.0 HCS

Kompressionsschraube der Firma Synthes ergeben. Für die klinische Praxis lässt das den

Rückschluss zu, dass bei Kahnbeinquerfrakturen nicht unbedingt eine genau axiale

Versorgung anzustreben ist; eine diskrete Schräglage darf toleriert werden und es ist nicht

notwendig oder sogar fehlerhaft, sie zu korrigieren, da eine in nicht 90˚ zur Fraktur stehende

Schraube eine mindestens gleich große, wenn nicht höhere biomechanische Stabilität liefert,

als eine lotrecht eingebrachte Osteosynthese.

Die Erkenntnis ist von großer Bedeutung dafür, dass die Schraubenlage bei der

osteosynthetischen Versorgung von Kahnbeinfrakturen entscheidend für die spätere Stabilität

ist.

In weiteren Experimenten sollte jedoch abgeklärt werden, wie sich die relevanten

biomechanischen Eigenschaften Festigkeit und Steifigkeit bei extremeren Schraubenlagen

verhalten, z.B. bei einer Abwinkelung von 20˚ zur zentralen Achse statt lediglich 10˚; es ist

davon auszugehen, dass ab einem bestimmten Winkelgrad ein Umkipppunkt erreicht ist, von

dem an die ansteigende Stabilität wieder abnimmt.

Die im Rahmen dieser Studie erbrachten Resultate können in Zukunft weiter verarbeitet

werden, auch um zum Beispiel das Feld der computernavigierten Operation im Bereich der

osteosynthetischen Versorgung bei Kahnbeinfrakturen zu verbessern und diese Methode in

die Behandlungsstrategien im klinischen Alltag weiter zu integrieren.

Zwar ist das Ergebnis dieser Studie eindeutig, doch muss darauf verwiesen werden, dass es

auf Laborversuchen gründet und unverzichtbar im Rahmen klinischer Kontrollen im

Krankenhausalltag weiter überprüft werden muss, um die biomechanischen Resultate zu

unterstützen.

69

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75

Anhang

Einzelergebnisse und Testkurven der Untersuchungen

Testkurven der PU-Knochen:

76

PU-Knochen P 1-O: PU-Knochen P 2-S:


77


PU-Knochen P 7-O: PU-Knochen P8-S:

78



79


80

Ergebnisse und Testkurven der humanen Kahnbeine

Testkurven der humanen Kahnbeine:

81

Ergebnisse der endgültigen 4 Kahnbeinpaare:

5-L 32/07-dex-O: 6-L 32/07-sin-S:

11-L 48/07-dex-O: 12-L 48/07-sin-S:

82

19-L 05/08-dex-O: 20-L 05/08-sin-S:

25-L 22/08-dex-O: 26-L 22/08-sin-S:

83

Ergebnisse der nach dem CT ausgeschlossenen restlichen 9 Kahnbeinpaare

1-L 47/05-dex-O: 2-L 47/05-sin-S:

3-L 27/07-sin-O: 4-L 27/07-dex-S:

84

7-L 37/07-dex-O: 8-L 37/07-sin-S:

9-L 47/07-sin-O: 10-L 47/07-dex-S:

85

13-L 56/07-sin-O: 14-L 56/07-dex-S:

15-L 59/07-sin-O: 16-L 59/07-dex-S:

86

17-L 01/08-sin-O: 18-L 01/08-dex-S:

21-L 14/08-sin-O: 22-L 14/08-dex-S:

87

23-L 15/08-sin-O: 24-L 15/08-dex-S:

88

Statistik

Test auf signifikante Unterschiede bei 13 und 4 humanen Kahnbeinpaaren

Aufgrund des geringen Stichprobenumfanges von n = 4 Paare wurde der Kolmogorov-

Smirnov-Test angewendet. Aufgrund des geringen Stichprobenumfanges sind die

Unterschiede zwischen den beiden Gruppen (axial vs. 10° verkippt) nicht mehr signifikant.

- Die Knochendichten sind gleich.

13 Paare p = 0,753 axial: 98,6 mg/ccm 10°: 101,4 mg/ccm

4 Paare p = 0,699 axial: 88,7 mg/ccm 10°: 78,8 mg/ccm

- Die Knochenlängen sind gleich:

13 Paare p = 0,955 axial: 22,4 mm 10°: 22,5 mm

4 Paare p = 1 axial: 21,7 mm 10°: 21,7 mm

- Die Schraubenlängen sind gleich:



- Die Steifigkeit unterscheidet sich signifikant bei 13 Paaren, jedoch nicht signifikant

bei 4 Paaren:

13 Paare p = 0,037 axial: 51,5 N/mm 10°: 79,2 N/mm

4 Paare p = 0,106 axial: 58,2 N/mm 10°: 93,9 N/mm

- Die Festigkeiten unterscheiden sich bei 13 Paaren signifikant, bei 4 Paaren jedoch

nicht:

13 Paare p = 0,023 axial: 56,9 N 10°: 85,6 N

4 Paare p=0,699 axial: 56,3 N 10°: 81,1 N

89

Test auf Korrelationen mit der Knochendichte

13 Paare:

Ein Zusammenhang zwischen Knochendichte und Festigkeit (Fmax im Diagramm) ist mit

hoher Wahrscheinlichkeit auszuschließen.

axiale Schraubenlage 10° verkippte Schraubenlage

4 Paare:

Es wurde die Korrelation nach Pearson bestimmt.

Bei axialer Schraubenlage besteht keine

Korrelation zwischen Knochendichte und

Steifigkeit.

R = -0,361 p = 0,639

Bei um 10° verkippter Schraubenlage besteht

ebenfalls keine Korrelation zwischen

Knochendichte und Steifigkeit.

R = 0,788 p = 0,212

Bei axialer Schraubenlage besteht keine

Korrelation zwischen Knochendichte und

der Festigkeit bei 2mm Verformung.

R = -0,301 p = 0,699

Bei um 10° verkippter Schraubenlage

besteht ein signifikanter Zusammenhang

zwischen Knochendichte und Festigkeit

bei 2 mm Verformung

R = 0,982 p = 0,018

optimale Schraubenlage (nicht signifikant)

ρ = 0,516

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250

Knochendichte in mg/ccm

Fm

ax in

N

suboptimale Schraubenlage (nicht signifikant)

ρ = 0,401

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250

Knochendichte in mg/ccmF

max in

N

R2 = 0,6213

R2 = 0,1306

20

40

60

80

100

120

140

50 70 90 110 130 150


Ste

ifig

keit

in

N/m

m

Optimal Suboptimal

R2 = 0,9635

R2 = 0,0903

20

40

60

80

100

120

140

160

180

50 70 90 110 130 150


Festi

gkeit

Fm

ax(b

ei

2m

m)

in N

Optimal Suboptimal

axial

axial

10° verkippt

10° verkippt

90

Abbildungen

Abbildung 1: Model nach Herbert 1990 Seite 8

Abbildung 2: Modell aus Schäfer und Siebert 2002 Seite 13

Abbildung 3: versenkbare Kompressionsschraube Seite 18

Abbildung 4: Metallgehäuse zur Schalenhälftenproduktion der PU-Knochen Seite 20

Abbildung 5: Schalenhälften zur PU-Knochen-Produktion Seite 21

Abbildung 6: befüllte Formhälften zur PU-Knochen-Produktion Seite 21

Abbildung 7: PU-Knochen Seite 22

Abbildung 8: humanes Kahnbein und sein Röntgenbild Seite 24

Abbildung 9: Längenmessung Kahnbein Seite 24

Abbildung 10: pQCT-Untersuchungen Seite 25

Abbildung 11: Versuchsaufbau I – IV Seite 27

Abbildung 12: Instrumentarium V – VIII Seite 27

Abbildung 13: Definieren der Schnittebene Seite 29

Abbildung 14: Schraubenkanalbohrung axial links und um 10º verkippt rechts Seite 30

Abbildung 15: Setzen der Querfraktur Seite 30

Abbildung 16: Schraubeneinbringung, Gebrauchsanweisung nach Synthes Seite 33

Abbildung 17: kontrollierende Röntgenaufnahmen in 2 Ebenen

der 13 versorgten Kahnbeinpaare Seite 34

Abbildung 18: eingießen des proximalen Kahnbeinpols in einen Polyurethan-Block Seite 35

Abbildung 19: Röntgenkontrolle nach Versorgung und Stabilitätsuntersuchung Seite 35

Abbildung 20: CT-Untersuchung Kahnbein Seite 36

Abbildung 21: Prüfmaschine und Arbeitsplatz Seite 37

Abbildung 22: Aufhängung für das Kahnbein Seite 38

Abbildung 23: Kreuztisch mit 45° Winkel zur Kahnbeineinspannung Seite 38

Abbildung 24: Belastungsrichtung Seite 39

Tabellen

Tabelle 1: Herbert-Klassifikation, modifiziert nach Krimmer 2000 Seite 12

Tabelle 2: Operations-Indikationen bei frischen Kahnbeinfrakturen Seite 16

Tabelle 3: Knochenmaße der sechs einzelnen Kahnbeine Seite 20

Tabelle 4: Altersverteilung der Humanknochen in Jahren Seite 23

Tabelle 5: Altersverteilung der 13 gemessenen Kahnbeinpaare in Jahren Seite 23

91

Tabelle 6: Ausgeschlossene Kahnbeinpaare aus der Studie Seite 25

Tabelle 7: Schraubenlängenauswahl in Paaranzahlen

nach der Kahnbeinlängenmessung Seite 31

Tabelle 8: Kahnbein- und Schraubenlängenauswahl paarige Knochen Seite 32

Tabelle 9: Belastungstest axial versorgte PU-Knochen Seite 41

Tabelle 10: Belastungstest um 10˚ verkippt versorgte PU-Knochen Seite 41

Tabelle 11: axiale Versorgung 13 Kahnbeinpaare Seite 43

Tabelle 12: um 10˚ verkippte Versorgung 13 Kahnbeinpaare Seite 44

Tabelle 13: relativer Unterschied axial zu

um 10˚ verkippt versorgte 13 Kahnbeinpaare Seite 44

Tabelle 14: Ausschluss der Kahnbeine nach dem CT Seite 48

Tabelle 15: axiale Versorgung 4 Kahnbeinpaare Seite 49

Tabelle 16: um 10˚ verkippte Versorgung 4 Kahnbeinpaare Seite 49

Diagramme

Diagramm 1: Knochenlänge der 13 humanen Kahnbeinpaare in mm Seite 26

Diagramm 2: Knochendichte der 13 humanen Kahnbeinpaare in mg/ccm Seite 26

Diagramm 3: unter axialer Belastung getestete Steifigkeit

der Kunstknochen mit Mittelwerten in N/mm Seite 42

Diagramm 4: unter axialer Belastung getestete Festigkeit der Kunstknochen

mit Mittelwerten in N Seite 42

Diagramm 5: Steifigkeit in N/mm der 13 humanen Kahnbeinpaare

nach axialem Belastungstest Seite 45

Diagramm 6: Festigkeit der 13 humanen Kahnbeinpaare

nach axialem Belastungstest in N Seite 46

Diagramm 7: Knochenlänge der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 50

Diagramm 8: Knochendichte der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 50

Diagramm 9: Steifigkeit nach axialem Belastungstest

der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 51

Diagramm 10: Festigkeit nach axialem Belastungstest

der 4 humanen Kahnbeinpaare Seite 51

Diagramm 11: Festigkeit axial Seite 53

Diagramm 12: Festigkeit: um 10° verkippt Seite 53

Diagramm 13: Steifigkeit axial Seite 53

Diagramm 14: Steifigkeit um 10° verkippt Seite 53

92

Lebenslauf

Persönliche Daten

Name: Kevin Müller

Geburtstag: 08. September 1984

Geburtsort: Tübingen

Nationalität: deutsch

Konfession: römisch katholisch

Schulausbildung und Zivildienst

1991 - 1995 Grundschule Nürtingen-Raidwangen

1995 - 2004 Hölderlin-Gymnasium Nürtingen

Juni 2004 allgemeine Hochschulreife

Oktober 2004 - Juli 2005 Zivildienst Deutsches Rotes Kreuz Nürtingen, Rettungsdienst

Studium und berufliche Tätigkeit

Oktober 2005 - Oktober 2011

Studium der Humanmedizin an der Friedrich-Schiller-Universität Jena

Approbation 18. Oktober 2011

November 2011 - September 2012

Promotionsstudent

seit Oktober 2012

Assistenzarzt für Orthopädie und Unfallchirurgie am Klinikum Bremen-Mitte

Ort, Datum Unterschrift

93

Danksagung

Ich möchte mich hiermit bei allen Menschen bedanken, die mich bei der Umsetzung dieser

Arbeit unterstützt haben. Mein Dank gilt Prof. Dr. Dr. G. O. Hofmann und Dipl. Ing. K. L.

Hoffmeier, die mich bei der Konzeption und Durchführung der Arbeit sowie der Erstellung

der Dissertationsschrift über den gesamten Zeitraum betreuten. Insbesondere geht mein Dank

an meinem Betreuer Dr. med. R. Friedel, der mir mit seinem fundierten Wissen, seiner

Geduld und auch mit aufmunternden Worten stets zur Seite stand und beratend ansprechbar

war.

Ohne die Unterstützung meiner Freundin Annika Rother sowie meiner Eltern Dr. Dirk und

Helga Müller wäre die Umsetzung meiner Promotion kaum möglich gewesen. Besonders bei

ihnen möchte ich mich von ganzem Herzen für die Hilfestellungen, die Ermunterung und den

Rückhalt bedanken.

94

Ehrenwörtliche Erklärung

Hiermit erkläre ich, dass mir die Promotionsordnung der Medizinischen Fakultät

der Friedrich-Schiller-Universität Jena bekannt ist.

Ich erkläre, dass ich diese Dissertation selbst angefertigt habe und alle von mir benutzten

Hilfsmittel, persönlichen Mitteilungen und Quellen in meiner Arbeit angegeben sind.

Folgende Personen haben mich bei der Auswahl und Auswertung des Materials sowie bei

der Herstellung des Manuskripts unterstützt: Dr. med. R. Friedel, Dipl.-Ing. K. L. Hoffmeier.

Die Hilfe eines Promotionsberaters wurde nicht in Anspruch genommen. Dritte haben weder

unmittelbar noch mittelbar geldwerte Leistungen von mir für Arbeiten erhalten, die im

Zusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertation stehen.

Ferner erkläre ich, dass ich die Dissertation noch nicht als Prüfungsarbeit für eine staatliche

oder andere wissenschaftliche Prüfung eingereicht habe und dass ich die gleiche, eine in

wesentlichen Teilen ähnliche oder eine andere Abhandlung nicht bei einer anderen

Hochschule als Dissertation eingereicht habe.

Ort, Datum Unterschrift

Documents

Biomechanische Untersuchung zum Einfluss der Schraubenlage … · 2016. 11. 7. · Fraktur einwirken, sind für die Belastbarkeit der Osteosynthese von hoher Bedeutung. In dieser