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1  Einführung

Frakturen der proximalen Tibia stellen in der Unfallchirurgie ein hohes Problempotential dar [21,22,60,89,140,156]. Die Prognose einer proximalen Tibiafraktur hängt in hohem Grad von der Art der Fraktur, aber auch vom Alter des Patienten ab. Mit höherem Alter und ansteigender Fragmentzahl wird die Prognose schlechter [85,155].

Frakturen der proximalen Tibia befinden sich in einem integralen Abschnitt der mechanisch stark belasteten unteren Extremität und durch direkte bzw. indirekte Einbeziehung des Kniegelenkes in das Frakturgeschehen ergeben sich die hohen Anforderungen für die operative Versorgung [60,140,156]. Die therapeutischen Maximen müssen die Wiederherstellung der Gelenkkongruenz, die korrekte Achsenstellung, die Gelenkstabilität und die möglichst frühzeitige Beweglichkeit des Gelenks sein [140,155,156].

Für eine konservative Therapie kommen Frakturen dieser Region nur selten in Frage [60,136, 137]. Während die Frakturen des Tibiaschaftes mit der unaufgebohrten Marknagelung suffizient mit einer geringen Komplikationsrate operativ gut angegangen werden können, stellen die proximalen Tibiafrakturen (im Übergangsbereich zwischen prox. 1/5 und 2/5) Problemfrakturen dar [55,117,128]. Bei derartigen Frakturen kann aufgrund der Metaphysenbeteiligung zumeist keine intramedulläre Osteosynthese erfolgen [29,52,85,91,150,163].

Für die osteosynthetische Versorgung derartiger Frakturen existieren verschiedenste Versorgungskonzepte: konventioneller Fixateur externe, Ringfixation, Ilizarov-Composite Fixateur, konventionelle Plattenosteosynthesen (in Form von verschiedenen lateralen Abstützplatten), Kombinationsverfahren und seit kurzer Zeit die Versorgung mit winkelstabilen Implantaten wie z.B. LISS = less invasive stabilization system (AO/ Synthes®).

Zumeist wurden bisher Frakturen in dieser Region mit konventionellen Plattenosteosynthesen, zum Teil in Kombination mit einem Fixateur externe, versorgt [20,43,49,106,140]. Besonders bei ausgedehnten Trümmerzonen und größerem Weichteiltrauma werden in den letzten Jahren zunehmend minimal invasive Versorgungskonzepte unter Einsatz des Ilizarov-Hybrid bzw. -Composite Fixateurs angewendet [101,126,127,149,162]. Das minimal invasive Vorgehen ermöglicht es, das [Seite 6↓]Verfahren für die Versorgung von Frakturen mit schwerem Weichteilschaden bzw. erheblichen ossären Trümmerzonen einzusetzen. Bei gleichzeitiger Einstrahlung der Fraktur ins Tibiaplateau wird dieses Verfahren mit einer Schraubenosteosynthese zur Gelenksrekonstruktion kombiniert, wobei der Fixateur supportiv zur Stabilisierung der metaphysären Frakturpathologie zum Einsatz kommt [127].

Komplikationen, die sich bei der konventionellen Plattenosteosynthese und beim Ilizarov Fixateur ergeben, sind nicht unerheblich. Bei der konventionellen Plattenosteosynthese wird eine hohe Zahl von Infekten und Osteomyelitiden beschrieben [25,110,161,167]. Die umfangsreichste Arbeit zu diesem Thema wurde von Young und Barrack 1994 vorgestellt, die die Ergebnisse operativ versorgter Tibiakopffrakturen mittels Einzel- und Doppelplattenosteosynthese miteinander verglichen [168]. Die Infektionsrate lag in der Gruppe der Einzelplattenosteosynthesen bei 32 %, in der Gruppe der Doppelplattenosteosynthesen sogar bei 87,5 %. In dieser Gruppe fand sich zudem eine hohe Rate sekundärer Komplikationen, wie z.B. sekundär erforderliche operative Eingriffe bis hin zur Amputation.

Die Hauptkomplikationen beim Ilizarov Fixateur bestehen in den mit der externen Fixation assoziierten Problemen insbesondere in Form von Pininfekten und Pinlockerungen, die besonders beim osteoporotischen Knochen gehäuft auftreten [67,126]. Die Problematik der Pinlockerung und deren mögliche Prävention z.B. durch eine optimierte knochendichteadaptierte Pinpositionierung soll unter anderem auch ein Teilaspekt dieser Arbeit sein.

Insbesondere bei der Versorgung proximaler Tibiafrakturen beim älteren Menschen schnellt die Komplikationsrate in die Höhe [148]. Dabei ergeben sich Probleme zum einen durch die schlechtere Heilungsrate bei reduzierter Durchblutung, zum anderen wird eine osteoporotische Situation für die insuffiziente Implantatverankerung verantwortlich gemacht [8,19]. Des weiteren ergeben sich Probleme aus der meist nur bedingt vorhandenen Fähigkeit zur Teilbelastung, woraus sich zusätzlich eine hohe Belastung für den Kochen-Implantat-Verbund in diesem Patientenkollektiv ergibt [40].

Seit Ende der 90`iger Jahre stehen verschiedene winkelstabile Implantate wie beispielsweise das LISS (less invasive stabilization system, AO/ Synthes®) zur Verfügung, welches die Vorteile der externen Fixation und der Plattenosteosynthese in sich vereinigen soll [138,142]. Dieses sogenannte LISS kommt besonders bei Frakturen des Femur und der Tibia im metaphysären Bereich zur Anwendung [65,138]. Bei dieser [Seite 7↓]Form der Osteosynthese wird die Festigkeit nicht über Plattenreibung und Schraubenverbindung, sondern über eine „winkelstabile Verriegelung“ des Schraubenkopfes in der Platte erreicht. Auf diese Weise wird der Platten-Knochen-Kontakt (Reibung) überflüssig, so dass diese Stabilisierungssysteme nur als Fixateur interne und nicht als Friktionsplatten wirken [46,143]. Durch Verwendung monokortikaler Schrauben lässt sich das Ausmaß der schraubenbedingten intramedullären Durchblutungsstörung weiter minimieren [122,154].

Inwieweit sich diese konzeptionellen Vorteile auch in der klinischen Anwendung widerspiegeln, werden prospektive Studien in Zukunft noch zeigen.

Zusammenfassend zeigt sich bei der Behandlung der Frakturen der proximalen Tibia ein eindeutiger Trend zu minimal invasiven Versorgungskonzepten, wobei bevorzugt winkelstabile Implantate zum Einsatz kommen [85,89]. Der klinische Einsatz des Ilizarov Verfahrens in dieser Region bleibt momentan insbesondere den Problem- und Revisionsfällen vorbehalten [85,127,163]. Die konventionelle Plattenosteosynthese im Bereich der proximalen Tibia muss sich zunehmend gegenüber den neuen winkelstabilen Implantatsystemen behaupten.

Zur weiteren Optimierung vorhandener und Entwicklung neuer Versorgungskonzepte ist die Analyse der Knochenstruktur sowie der biomechanischen Eigenschaften der verschiedenen Versorgungskonzepte in dieser Problemregion von zentraler Bedeutung.

Für den Kliniker gestaltet sich die Beurteilung der Knochenstruktur an der proximalen Tibia schwierig, da hierüber bisher nur wenige Untersuchungen vorliegen. Dabei wurden relativ uneinheitlich verschiedenste Verfahren zur Beurteilung der Qualität von spongiösen Knochen verwendet. So wurden z.B. Kompressionstestungen an trabekulären Knochenwürfeln aus der proximalen Tibia durchgeführt [11,68].

Differenzierte Knochenstrukturanalysen, insbesondere in der Osteoporoseforschung, wurden zumeist von den klassischen Prädilektionsstellen wie Wirbelsäule, proximaler Femur und Radius angefertigt [30,31,61]. Bei der proximalen Tibia konzentrieren sich die Studien auf makroskopische Veränderungen und auf Veränderungen der Kortikalisdicke [49,69,170]. Der Zweck dieser Studien bestand darin, Aussagen über die Verankerung von Knieendoprothesen im subchondralen Bereich machen zu können [123]. Eine differenzierte Knochenstrukturanalyse der proximalen Tibia im Hinblick auf Implantatstabilität und osteoporotische Veränderungen, insbesondere mit Beschreibung verschiedener Regionen, existiert bisher nicht. Zudem existiert keine Studie, die das [Seite 8↓]Verteilungsvolumen und -muster der Spongiosa in der gesamten proximalen Tibia genau beschreibt.

Die osteosynthetische Versorgung von osteoporotischen Knochen stellt für den Chirurgen eine große Herausforderung dar. Das Hauptproblem ist hierbei die schlechte Verankerung des Implantats im osteoporotischen Knochen [64]. In Studien an Wirbelkörpern, am proximalen Femur und an spongiösem Knochen wurde gezeigt, dass sich die mechanischen Eigenschaften von osteoporotischem Knochen und nicht osteoporotischem Knochen deutlich unterscheiden [23,31,61,96,117].

Zur Implantatfestigkeit im osteoporotischen Knochen sind bereits zahlreiche biomechanisch-experimentelle, wie auch klinische Studien durchgeführt worden [28,54,66,80,121,151,158]. Zumeist beschäftigten sich diese Arbeiten jedoch mit der Verankerung von Schrauben und Osteosynthesemodifizierungen oder Alternativen in den primären Versorgungsregionen wie Schenkelhals, Wirbelsäule und Handgelenk [9,97,116,160,166]. Da ähnliche Informationen für die proximale Tibia nicht vorliegen, ist es u.a. Ziel dieser Arbeit, eine 3-dimensionale Knochenstrukturanalyse der proximalen Tibia unter Berücksichtigung regionaler, alters- und geschlechtsspezifischer Aspekte zu erstellen.

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit werden die momentan gebräuchlichen Versorgungskonzepte für Frakturen im Bereich der proximalen Tibia anhand des eigenen Patientengutes vorgestellt. Die vorhandenen Ergebnisse und Probleme sollen einer kritischen Bewertung unterzogen werden. Im zweiten Teil der Arbeit werden in einer experimentellen Untersuchung die Standardversorgungskonzepte biomechanisch unter standardisierten Bedingungen an einem typischen Frakturmodell getestet. Nach Darstellung des klinischen und biomechanischen „Ist“-Zustandes wird im dritten Teil der Arbeit eine strukturanalytische Untersuchung der proximalen Tibia unter Analyse von Knochenstruktur und Knochendichte, histomorphometrischer Parameter und biomechanischer Aspekte mit Hilfe verschiedener Untersuchungsverfahren (konventionelles Röntgen, DEXA, Q-CT, Indentation Testung) durchgeführt. Speziell sollen hierbei geschlechts- und altersbedingte Strukturveränderung der Tibia berücksichtigt werden. Aus den sich daraus ergebenden neuen Gesichtspunkten sollen dann im letzten Abschnitt unter Wertung der Ergebnisanalyse des „Ist“-Zustandes neue Versorgungskonzepte und Implantatverbesserungen sowohl für den Bereich der Frakturversorgung wie auch für die Endoprothetik optimiert und weiterentwickelt [Seite 9↓]werden. Die gewonnenen Ergebnisse sollen zusätzlich auf andere, den proximalen Tibiabereich tangierende Implantate angewandt werden und zu deren weiteren Verbesserung beitragen.


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18.05.2005