Nach dreimaligem Abwaschen und sterilem Abdecken der linken Beckenschaufel erfolgte der Hautschnitt über dem Beckenkamm. Nach sorgfältiger Blutstillung wurde das subkutane Fettgewebe mit dem elektrischen Messer durchtrennt. Auf einer Breite von 3 cm wurde der Ansatz der glutealen Muskulatur mit dem elektrischen Messer subperiostal von der lateralen Beckenschaufel abgetrennt. Nun wurde mit Hammer und Meißel ein Stück Beckenkamm in der benötigten Größe gewonnen. Alternativ wurde autologe Spongiosa in der benötigten Menge mit dem scharfen Löffel entnommen.

Im Anschluss wurde die Wunde mit physiologischer Kochsalzlösung gespült und ein Kollagen-Vlies (Lysostypt®) in den Knochendefekt eingebracht.

Nach Readaptation der glutealen Muskulatur an den Beckenkamm mittels resorbierbarem Nahtmaterial (Vicryl Stärke 1) wurde die Subkutis mittels Einzelknopfnaht (Vicryl Stärke 3x0) sowie die Cutis mit nicht resorbierbarem Nahtmaterial (Resolon 2x0) refixiert. Im Anschluss erfolgte die Deckung der Wunde mit sterilen Wundkompressen und einem Verband.

Nach der Befreiung des Spanes von anhaftenden Weichteilen wird er auf die in der Tabelle 3 beschriebe Größe zurechtgeschnitten.

Die Spongiosa wird von der Kortikalis befreit und in kleine Stückchen geschnitten. Mit den so gewonnenen Spongiosabröckchen wird anschließend die Pore der Titanimplantate aufgefüllt. Der Span bzw. die Titanimplantate werden bis zur Implantation in mit physiologischer Kochsalzlösung getränkten, feuchten Kompressen aufbewahrt, um das biologische Material vor der Austrocknung zu schützen.

Nach dreimaligem sterilen Abwaschen und Abdecken des Halses, erfolgte die longitudinale Inzision der Haut medial des Musculus sternocleidomastoideus [Abbildung 2a].

Abbildung 2: a.) Hautschnitt b.) Darstellung des Musculus sternocleidomastoideus

Nach der scharfen Präparation auf den Muskel und anschließender sorgfältiger Blutstillung wurde der M. sternocleidomastoideus dargestellt [Abbildung 2b]. Zur anatomischen Orientierung konnte der Ösophagus und die Trachea unterhalb des M. sternocleidomastoideus getastet werden. Anschließend wurde medial des M. sternocleidomastoideus durch stumpfe Präparation in die Tiefe die prävertebrale Muskulatur dargestellt [Abbildung 3a,b].

Abbildung 3: a.) Präparation unterhalb des M. sternocleidomastoideus b.) Darstellung der prävertebralen Muskulatur

Zur Markierung des Zielsegmentes C3/C4 wurde ein Kirschnerdraht in den Bandscheibenraum eingebracht [Abbildung 4a] und die korrekte Lage im gewünschten Bewegungssegment mit dem Bildverstärker (Siemens Iso-C) kontrolliert. Nach longitudinaler Inzision der prävertebralen Muskulatur mit dem elektrischen Messer [Abbildung 4b] erfolgte die horizontale Spaltung des vorderen Längsbandes. Danach konnte der Bandscheibenraum dargestellt werden.

Abbildung 4: a.) Markieren des Bandscheibenraumes mit einem Kirschnerdraht b.) Inzision der prävertebralen Muskulatur mit dem elektrischen Messer

Das Segment C3/C4 [Abbildung 5a] wurde anschließend mit einem Caspar Distraktor distrahiert und die Bandscheibe mit einem 11er Skalpell inzidiert. Sämtliches Bandscheibengewebe wurde mittels Luer und scharfen Löffeln entfernt. Anschließend wurde mittels einer Turbofräse die Grund- und Deckplatte des Bewegungssegmentes, bis zum Auftreten von petechialen Blutungen angefrischt [Abbildung 5b].

Abbildung 5: a.) Darstellen des Bandscheibenraumes C3/C4
b.) Anfräsen von Grund und Deckplatte der Wirbelkörper

Nach dem Einsetzen der gruppenspezifischen Transplantate/Implantate [Abbildung 6a,b] erfolgte die Kontrolle der Implantatlage mit dem Bildverstärker.

Abbildung 6: a.) Darstellung des gefräßten Zwischenwirbelraumes b.) Zylindrischer Cage in situ

Nach ausgiebiger Spülung der Wundhöhle erfolgte der Verschluss der prävertebralen Muskulatur mit resorbierbarem Nahtmaterial (Vicryl 0) in fortlaufender Technik. Der M. sternocleidomastoideus wurde mittels resorbierbarem Nahtmaterial (Vicryl 3x0) an die oberflächliche Halsfaszie adaptiert. Danach erfolgte eine Subkutannaht in Einzelknopftechnik. Der Hautverschluss erfolgte in Rückstichtechnik nach Donati mit nichtresorbierbarem Nahtmaterial (Resolon Stärke 3x0). Nach Deckung der Operationswunde mit sterilen Wundkompressen und einem Verband wurden die postoperativen Röntgenbilder in Seitenlage sowie im posterior-anterior Strahlengang angefertigt. Zur Analgesie erhielt das Schaf eine Kurzinfusion von 1,0g Metamizol-Natrium (Novaminsulfon ®, Lichtenstein) vor dem Ausleiten der Narkose.

Die Narkose wurde durch das Abstellen der Narkosegase Isofluran und Lachgas (N₂O) und Ventilation mit 100% Sauerstoff ausgeleitet. Nach dem die Spontanatmung des Schafes wieder eingesetzt hatte, konnte nach trachealem sowie oralem Absaugen das Schaf extubiert werden.

In der ersten postoperativen Woche erhielten die Schafe zweimal täglich eine intramuskuläre Gabe von 0,5g Metamizol-Natrium (Novaminsulfon ®, Lichtenstein) zur analgetischen Abdeckung. Es erfolgte eine tägliche klinische Untersuchung sowie ein täglicher Wechsel des Verbandes.

Am 14. Tag postoperativ wurde das Nahtmaterial unter aseptischen Bedingungen entfernt.

Nach dem Ablauf des 12-wöchigen Beobachtungszeitraumes erfolgte die Tötung und Sektion der Versuchtiere durch den zuständigen Tierarzt.

Nach dem Anlegen eines venösen Zuganges wurde hierzu eine Narkose mit 1,5 g Trapanal ® als Bolusinjektion eingeleitet. Nach dem Überprüfen der Narkosetiefe erfolgte die Bolusinjektion von 20 ml Kaliumchlorid 7,5%. Die nach kurzer Zeit eintretende Asystolie und der Atemstillstand wurden durch EKG - Ableitung und Auskultation überprüft.

Im Sektionsraum wurde anschließend die Haut am Hals des Tieres komplett entfernt. Die HWS konnte durch Ablösen der Halsweichteile dargestellt werden. Kranial erfolgte die Abtrennung der Hinterhauptschuppe mittels oszillierender Säge. Zur Freilegung von Th2 musste der Brustkorb eröffnet und die Rippen 1 bis 4 abgetrennt werden. Nach dem Absetzen der Wirbelsäule in Höhe des zweiten Brustwirbelkörpers mittels der oszillierenden Säge konnte die HWS in ganzer Länge entnommen werden. Das Präparat wurde anschließend in feuchten Tüchern aufbewahrt.

Die Entsorgung des Kadavers erfolgte in gesonderten Behältnissen, welche der Verbrennung zugeführt wurden.

Abbildung 7: a.) Schaf in der Lagerungshilfe für die seitliche Aufnahme b.) Schaf in der Lagerungshilfe für die p.a. Aufnahme

Es wurden digitale Aufnahmen seitlich und im posterior-anterioren Strahlengang (Röntgengerät: Mobilett Plus, Siemens AG, Germany; digitale Röntgenfilme: Fuji CR 24x30, Fuji Germany) angefertigt. Die Strahlendosis des Röntgengerätes zur Anfertigung der digitalen Röntgenbilder wurde auf 60 kV und 30 mAs eingestellt.

Nach Einleitung der Narkose mit 10mg/kg Körpergewicht Trapanal ® und Lagerung des Schafes in der Lagerungshilfe für das seitliche Bild wurde das Röntgenbild im seitlichen Strahlengang angefertigt [Abbildung 7a]. Danach erfolgte die Lagerung des Schafes in der Lagerungshilfe für das p.a. Bild und das Anfertigen des p.a. Bildes [Abbildung 7b].

Im Anschluss wurden die jeweiligen Schafe bis zum Aufwachen betreut.
Das Ausdrucken der Röntgenbilder erfolgte in der radiologischen Abteilung des Campus Virchow-Klinikum, Charité Berlin.

Um eine Standardisierung der Röntgenbilder zu ermöglichen, sind die in der Abbildung 7 dargestellten Lagerungshilfen entwickelt und gebaut worden. Diese ermöglichen eine fixierte Kopf - Hals - Rumpf Position des Tieres während der Untersuchung. Dadurch sollten lagerungsabhängige Veränderungen der radiologischen Messparameter verhindert werden.

Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse in Abhängigkeit von der Lagerungstechnik wurde durch wiederholtes Röntgen eines Schafes aus jeder Gruppe evaluiert.

Präoperativ wurde zu diesem Zweck ein Schaf aus jeder Gruppe randomisiert ausgewählt. Dieses wurde zehnmal hintereinander abwechselnd seitlich und von p.a. geröntgt. Anschließend erfolgte die vergleichende Auswertung der Röntgenbilder durch drei unabhängige Untersucher.

In jedem seitlichen Bild wurden die Parameter vordere, mittlere und hintere Bandscheibenraumhöhe ( v, m, h BSRH ), Intervertebralwinkel ( IVW ), Lordosewinkel ( LDW ) und Translation ( TL ) vermessen.

Abbildung 8: Wirbelkörper C3/C4 im seitlichen Röntgenbild mit Darstellung der fixen Hilfspunkte.

Um die Parameter standardisiert zu evaluieren, wurden in jedem Bild fixe Punkte bestimmt. Am Wirbelkörper C3: Hinterkante Deckplatte (A), Hinterkante Grundplatte (B), Vorderkante der Grundplatte (C). Am Wirbelkörper C4: Vorderkante Deckplatte (D), Hinterkante Deckplatte (E), Hinterkante der Grundplatte (F). Ein weiterer Punkt (G) ergab sich auf der Hälfte der Strecke D / E. Aus der Länge der Strecke C / D ergab sich die Höhe des vorderen Bandscheibenraumes( v BSRH ), aus B / E die Höhe des hinteren Bandscheibenraumes ( h BSRH ) [Abbildung 9a]. Wurde das Lot auf die Gerade D / E im Punkt G gefällt erhielt man eine Gerade, die Grund- und Deckplatte schneidet. Nach dem Ausmessen der Strecke zwischen den Schnittpunkten der Geraden ergab sich die Höhe des mittleren Bandscheibenraumes ( m BSRH ). Berechnet wurde im Anschluss an die Messung der Durchschnitt der Bandscheibenraumhöhe aus vorderer, mittlerer und hinterer Bandscheibenraumhöhe (D BSRH = (v BSRH + m BSRH + h BSRH) / 3).

Abbildung 9: a.) Darstellung der Messung für die Bandscheibenraumhöhe b.) Darstellung der Messung für den Intervertebralwinkel und Lordosewinkel

Für den Intervertebralwinkel wurde der Schnittpunkt der Geraden B / C und D / E verwendet. Der Lordosewinkel ergab sich aus dem Schnittpunkt der Geraden A / B und E / F (posteriore Tangente von C3 und C4) [Abbildung 9b].

Um die Translation zu evaluieren, wurden die posterioren Tangenten, bekannt aus der Bestimmung des Lordosewinkels, erneut verwendet. Von der Hinterkante der Deckplatte von C4 wurde eine Senkrechte von der posterioren Tangente von C4 eingezeichnet. Der Abstand zwischen der Hinterkante der Deckplatte von C4 und dem Schnittpunkt der Senkrechten mit der posterioren Tangente von C3 ergab den Wert für die Translation des Bewegungssegmentes [Abbildung 10].

Um die ventrale und dorsale Translation unterscheiden zu können, wurde für die Translation nach ventral ein negatives Vorzeichen und für die Translation nach dorsal ein positives Vorzeichen vereinbart.

Abbildung 10: Darstellung der Messung für die Translation a.) Translation nach ventral b.) Translation nach dorsal

Die Messung wurde durch drei verschiedene Untersucher durchgeführt und unabhängig voneinander ausgewertet

Auf dem seitlichen Röntgenbild, welches nach Ablauf des 12-wöchigen Beobachtungszeitraums angefertigt wurde, erfolgte die semiqualitative Evaluation der Fusion mittels eines Röntgenscores [Tabelle 5].

A

keine Fusion der Wirbelkörper

B

maximale residuale Bandscheibenraumhöhe größer als 3 mm

C

maximale residuale Bandscheibenraumhöhe kleiner als 3 mm

D

vollständige knöcherne Fusion

Tabelle 5: Röntgenscore semiqualitativ

Dieser Score wurde durch drei unabhängige Untersucher evaluiert.

Abbildung 11: Beispiele für die Bestimmung des Fusionsscores anhand von Röntgenbildern a.) Fusionsscore B b.) Fusionsscore C

Abbildung 12: Funktionsröntgenaufnahmen (nativ) a.)Flexion b.) Neutralstellung ohne Zug zum Vergleich c.) Extension

Es wurden drei seitliche, digitale Aufnahmen (Radiologische Einheit: Mobilett Plus, Siemens AG, Deutschland; digitale Röntgen Filme: Fuji CR 24x30, Fuji Deutschland) angefertigt. Die Strahlendosis war mit 60kV und 30mAs festgelegt. Initial wurde ein seitliches Röntgenbild in Neutralstellung angefertigt. Anschließend wurde die HWS im Bereich Th 1 auf einer Holzunterlage mittels zweier Steinmann Nägeln fixiert. Um den Wirbelkörper C1 wurde eine Schlinge gelegt und an dieser ein Federkraftmesser (Inha GmbH, Berlin Germany) befestigt. Die aufzuwendende Zugkraft wurde mit 60 Newton festgelegt und mit dem Federkraftmesser kontrolliert. Nachdem die korrekte Zugkraft in der jeweiligen Richtung erreicht wurde, erfolgte das Anfertigen des Funktions-Röntgenbildes im seitlichen Strahlengang [Abbildung 12].

Zur radiologischen Evaluation der residualen Beweglichkeit im Segment C3/C4 wurden in den drei angefertigten seitlichen Aufnahmen jeweils der Lordosewinkel, der Intervertebralwinkel sowie die Translation bestimmt. Es wurde das gleiche Verfahren verwendet, welches schon im Kapitel 2.5.2.3 beschrieben wurde.

Zusätzlich wurden diese Röntgenbilder nach der Messmethode von Buetti-Bäumerl [20] zur Bestimmung der segmentalen Beweglichkeit evaluiert. Dazu wurden zunächst in der seitlichen Röntgenaufnahme ohne Belastung die Umrisse des Wirbelkörpers C4 sowie der Verlauf der Hinterkante von C3 auf eine Folie übertragen. Anschließend wurde der Umriss des Wirbelkörpers C4 auf der Folie mit dem Wirbelkörper von C4 in der Flexions- bzw. Extensionsaufnahme zur Deckung gebracht und die Hinterkante von C3 erneut eingezeichnet. Der Schnittpunkt Hinterkante in Flexions- bzw. Extensionsstellung mit der Hinterkante in Neutralstellung ergab den jeweiligen Extensions- bzw. Flexionswinkel [Abbildung 13]. Rechnerisch wurde die Summe aus beiden Winkeln bestimmt. Die daraus resultierende Gesamtgradzahl wurde als Maß für die segmentale Beweglichkeit gesetzt.

Abbildung 13: Messmethode nach Buetti-Bäumerl (schwarz: Verlauf der Hinterkante C3 in Neutralstellung; weiß: Hinterkante in Funktions-stellung) a.) Neutralstellung b.) Extension c.) Flexion

An den entnommenen Halswirbelsäulenpräparaten wurde eine quantitative und qualitative computertomographische Untersuchung (qCT, CT-Einheit Siemens Somatom plus 4) durchgeführt. Unter das Präparat wurde ein sechs-stufiges Knochendichtephantom gelegt [Abbildung 14a], um die spätere Knochendichtemessung zu ermöglichen. Es wurden zum Bandscheibenraum parallele axiale Schnitte von der Grundplatte des Wirbelkörpers C2 bis zur Deckplatte des Wirbelkörpers C5 angefertigt. Die Schichtdicke war mit 1mm festgelegt worden. Zusätzlich zu den axialen computertomographischen Bildern wurden zwei- und dreidimensionale Rekonstruktionen errechnet [Abbildung 14b].

Sämtliche Bilder wurden ausgedruckt und die Daten auf einem Festdatenspeicher gesichert.

Abbildung 14: CT–Untersuchung: a.) axiale Schichten mit dem Knochen-dichtephantom b.) 2D Rekonstruktion c.) 3D Rekonstruktion (Gruppe I)

Die Knochendichte (BMD = bone mineral density) wurde in sieben verschiedenen Lokalisationen im Bewegungssegment bestimmt.

Die Messung erfolgte im Bereich der Grundplatte, Mittelteil und Deckplatte des Wirbelkörpers C3 [Abbildung 15], sowie im Bereich der Grundplatte, Mittelteil und Deckplatte des Wirbelkörpers C4 und im ehemaligen Bandscheibenraum. Es wurde pro Regionen in jeweils 4 aufeinanderfolgenden axialen Schichten gemessen.

Abbildung 15: CT - Schichten zur Bestimmung der Knochendichte im Wirbelkörper C3 (von oben nach unten: Schicht durch Deckplatte, Mittelteil, Grundplatte)

Verwendet wurde eine spezielle Software des CT-Scanners (Sienet Magic View VA 30A, Siemens AG, Erlangen, Deutschland). In diesem Programm wurden zur Bestimmung der Knochendichte auf den jeweiligen axialen Schichten möglichst große kreisförmige ROI´s (Region of interest) gelegt [Abbildung 16]. Die Kortikalis wurde nicht mitgemessen. Das Programm errechnete für die gewählte ROI einen gemittelten Knochendichtewert und gab diesen in Hounsfield Units aus.

Abbildung 16: Screenshot aus dem Programm Sienet Magic View: Messung der Hounsfield Units in den ersten drei Kammern des Knochendichtephantoms sowie im Bereich der Deckplatte des Wirbelkörpers C3

Für jede Untersuchung erfolgte die Umrechnung der Hounsfield Units in Knochendichtewerte (g/cm³⁾. Um dies zu ermöglichen, wurde das sechs-stufige Knochendichtephantom in jeder Untersuchung verwendet. Während der Untersuchung befand sich das Phantom unter dem Präparat und wurde mitgescannt.

Die Knochendichtewerte der verschiedenen Stufen des Phantoms waren bekannt. Somit konnte anhand der ermittelten Hounsfield Units für die sechs Stufen des Knochendichtephantoms eine Eichkurve mittels des Programms Microsoft Excel erstellt werden [Abbildung 17].

Abbildung 17: Beispiel für eine Eichkurve. X Achse = Hounsfield Units , Y Achse = Knochendichtewerte

Auf der Y-Achse der oben dargestellte Eichkurve wurden die definierten Knochendichtewerte der sechs Kammern des Knochendichtephantoms aufgetragen. Auf der X-Achse wurden die zugehörigen Hounsfield Units, welche das Messprogramm des qCT ausgab, aufgetragen. Das Programm errechnete aus den sechs vorgegebenen Wertepaaren (Kochendichte = Hounsfield Unit) eine Funktion f(x). Diese Formel wurde für das jeweilige Präparat zum Umrechnen der gemessenen Hounsfield Units in den unterschiedlichen Schnitten verwendet. Die Eichung musste für jedes Präparat erneut erfolgen.

Mit Hilfe der axialen computertomographischen Schichten im Bereich des knöchernen Kallus wurde am Bildanalysesystem (Zeiss KS 400, Zeiss GmbH, Jena, Deutschland) das Volumen des Knochenkallus (BCV = bony callus volume) bestimmt.

Das Programm musste initial mit Hilfe einer auf den CT-Bildern vorhandenen Maßskala (100 mm) geeicht werden. Am Bildschirm wurde vom Untersucher der Kallus auf jeder axialen Schicht umfahren. Das System markierte den Kallus aufgrund von errechneten Helligkeitsunterschieden farblich und berechnete die Größe der Kallusfläche in mm². Die Werte aus jeder axialen Schicht wurden in einer Excel-Tabelle gespeichert. Die Summation aller Kallusflächen des jeweiligen Präparates ergab bei einer axialen Schichtdicke von 1 mm das gesuchtes Kallusvolumen (BCV) im mm³.

Um den Mineralsalzgehalt des Kallus (BMC = bone mineral content) zu errechnen, wurde die Formel zur Berechnung der Knochendichte umgestellt. Durch Multiplikation der bestimmten Knochendichte und des errechneten Kallusvolumen (BMC = BMD x BCV) konnte der Mineralsalzgehalt der Kallusformation errechnet werden.

Der CT - Fusionsscore wurde anhand der vom Computer rekonstruierten sagitalen zweidimensionalen Bilder bestimmt. Der Fusionsstatus wurde semiqualitativ mit den Parametern A – D beschrieben. Diese wurden bereits im Kapitel 2.5.2.4 (radiologischer Score) vorgestellt.

Dieser Score wurde durch drei unabhängige Untersucher evaluiert.

Abbildung 18: Beispiele für den CT-Score: Bild b = Score C, Bild c = Score D