Biomechanische Eigenschaften von Pedikelschrauben in humanen Wirbeln verminderter Knochendichte – Entwicklung eines neuen Kadaver Korpektomie-Modells und Vergleich zum reinen Pull-out Test

Die Evaluation der Stabilität von dorsalen Implantatsystemen der Wirbelsäule erfolgt bis heute oft mittels einfachem Pull-out, oder zyklischen Belastungsversuchen. Die bisherigen Belastungsszenarien bilden jedoch die physiologische Belastung und die klinische Situation unzureichend ab. Ziel der vorliegenden Studie war es ein alternatives Setup, sowie Parameter zu entwickeln, welche die statischen und dynamischen Eigenschaften von Pedikelschrauben am Knochen-Implantat-Interface in lumbalen Wirbeln verminderter Knochenqualität vergleichen lassen. Das Korpektomie-Modell basiert auf der Norm ASTM-1717. Für die Studie wurden 12 humane osteoporotische Wirbel von L1 bis L4 computertomographisch untersucht und in vier Gruppen unterteilt. In Gruppe A und C wurden die Schrauben nativ, in B und D augmentiert mit Knochenzement eingebracht. In den Gruppen A und B erfolgte eine Simulation der postoperativen Last beim Gehen über zwei Monate mit anschließendem Pull-out. In den Gruppen C und D erfolgte lediglich der reine Pull-out. Schraubenlockerungen wurden mittels optischer Messung erfasst und auf klinische Versagensmuster analysiert. Darüber hinaus wurden die Korrelationen zwischen CT-Daten, T-Score und in vitro Parametern bestimmt. In Gruppe A und B wurde das Einsinken der Schrauben gegenüber den Deckplatten des Wirbelkörpers gemessen, welches sich in einer sichtbar bleibenden Auslenkung widerspiegelte. Die Zunahme des Einsinkens war innerhalb der ersten und letzten Zyklen kurz vor dem Versagen am größten. Die frühe Primärstabilität kann hier bereits Indiz für die Gesamtstabilität sein. Durch die Augmentation der Schrauben konnte dieses deutlich reduziert werden. Das Versagen zwischen linker und rechter Seite findet nicht simultan umfangsgleich, sondern sukzessiv und subsequent statt. Beim Pull-out zeigte sich jedoch kein signifikanter Unterschied. Mit dem neuen Modell konnten typische klinische Versagensmechanismen, wie scheibenwischerartiges Auslockern und ein Korrekturverlust simuliert werden. Die beschriebenen Parameter erlauben darüber hinaus eine Analyse der komplexen Veränderungen der Lastverteilungen und der Interaktion zwischen linker und rechter Seite des Knochen-Implantat-Interface.