[Seite 104↓]

5  Diskussion

Aus den in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnissen der Knochenstrukturanalyse, der Histomorphometrie und der Biomechanik ergeben sich wesentliche neue Gesichtspunkte für das operative Vorgehen in der Unfallchirurgie und der Orthopädie.

Die deutlich regionenabhängige Verteilung der Knochendichte und der Knochensteifigkeit und die differente Verteilung der histomorphometrischen Parameter in der proximalen Tibia ist eines der Hauptergebnisse der vorliegenden Studie.

Eine höhen- und regionenabhängige Untersuchung der Knochenfestigkeit wurde bisher nur an der Patella [70], am Glenoid [5] und am distalen Femur [115] durchgeführt. Katoh et al. z.B. untersuchten die Knochenfestigkeit an zehn humanen Patellae in 15 Regionen und drei Tiefen [70]. Alle Regionen, auch der anderen Arbeitsgruppen, wurden anhand eines standardisierten Rasters festgelegt.

In der proximalen Tibia besteht eine signifikante Abnahme der Knochendichte von proximal nach distal (p= 0,01). Im zentralen Bereich der proximalen Tibia besteht in allen Sektionen im Vergleich zu den anterior/posterior und medio/lateral liegenden Gebieten die niedrigste Knochendichte.

In der vorliegenden Studie wurde die proximale Tibia in 3 Etagen (von proximal nach distal) unterteilt. Beim Vergleich der auf diesen Etagen aufgebrachten ROIs (jeweils 5 in den beiden proximalen Etagen und 4 im distalen Abschnitt) zeigte sich in den beiden proximalen Etagen lateral die höchste Knochendichte. Auch die histomorphometrischen Parameter zeigten im anterolateralen wie auch im posterolateralen Bereich ein hohe Knotenanzahl und ein hohes histomorphometrisches bone volume. Im Gegensatz dazu zeigte sich in der distalen Etage die höchste Knochendichte anteromedial.

Für den Kliniker stellen sich die Ergebnisse der spongiösen Knochendichte der proximalen Tibia als durchaus wichtig dar.

Aus anatomischen Studien über die proximale Tibia ist bekannt, dass die sehr dünne Kortikalis der proximalen Tibia keine wesentliche Konsequenz für ihre mechanische Stabilität hat [68,69,170] .

Auf diese Weise sind die Ergebnisse der vorliegenden Studie um so wichtiger, da eine deutlich regionenabhängige Verteilung der Knochendichte gezeigt werden konnte.

Die Kenntnis dieser Ergebnisse könnte unter Berücksichtigung der weiteren, [Seite 105↓]insbesondere histomorphometrischen Untersuchungen zur qualitativen Analyse der Spongiosa der proximalen Tibia in verschiedenen Bereichen der orthopädisch-traumatologischen Chirurgie Anwendung finden.

Auch die biomechanische Analyse der 3 gängigen Osteosyntheseverfahren dieser Region erbrachte interessante Gesichtspunkte. Es zeigte sich, dass der Ilizarov Fixateur bei den verschiedensten Lastfällen das instabilste Implantat ist. Dies wurde insbesondere bei der axialen Belastung gesehen und deckt sich tendenziell mit den Ergebnissen von intravitalen Messungen der Frakturspaltbewegung [40]. Trotz der biomechanischen Defizite konnten die in der klinischen Studie mit Composite Fixateur versorgten Frakturen bei meist erheblichem farkturassoziietem Weichteilschaden und instabiler Fraktursituation zur Ausheilung gebracht werden [26,79,77,126,127]. Das LIS-System erwies sich gegenüber der konventionellen Abstützplatte hinsichtlich der biomechanischen Steifigkeit sowohl in der statischen Testung als auch in der zyklischen Testung als gleichwertiges oder sogar biomechanisch günstigeres Implantat. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass es sich um ein winkelstabiles Fixateur interne-System handelt mit monokortikaler Schraubenverankerung.

In einer ähnlichen Untersuchung von Marti et al. wurde das LISS am distalen Femur gegenüber der konventionellen Plattenosteosynthese in Form von Kondylenabstützplatte und dynamischer Kondylenschraube miteinander verglichen [104]. Hier zeigt das LISS eine höhere elastische Deformierbarkeit im Vergleich zu den konventionellen Verfahren bei insgesamt höherer Belastbarkeit unter Verwendung monokortikaler, winkelstabiler Schrauben. In einer biomechanischen Untersuchung von Hansen et al. wurde der proximale Tibianagel (PTN) mit dem LISS für die Tibia miteinander biomechanisch verglichen [59]. Dabei war der PTN bei der axialen Steifigkeit statistisch signifikant überlegen. Bei der Biegesteifigkeit zeigten sich zwischen dem LISS und dem PTN keine statistisch signifikanten Unterschiede. Bei Torsionsbelastungen zeigten sich auch Ausrisse des LISS im submaximalen Krafbereich, wobei sich die Steifigkeitswerte nicht signifikant voneinander unterschieden. Gleichzeitig wurde auch die konventionelle „Doppel-Plattenosteosynthese“ gegenüber dem PTN getestet. Bemerkenswert stellte sich auch in dieser Studie der Vergleich zwischen der konventionellen Plattenosteosynthese und dem LISS als ausgewiesen winkelstabiles Implantat dar. Hier war insgesamt eine relativ geringe axiale Steifigkeit für beide extramedulläre Verfahren zu erkennen, wobei das LISS gegenüber der konventionellen Plattenosteosynthese den entscheidenden Vorteil einer hohen Elastizität besitzt. Während es den axial [Seite 106↓]einwirkenden Kräften in der Regel nur bis 600 N widerstehen konnte, richtet es sich nach der äußeren Kraft wieder vollständig auf. Dies tat die Plattenosteosynthese in dieser Studie nicht, hier kam es nach einer kurzen initialen Phase des elastischen Verhaltens zum irreversiblen Repositionsverlust. Dies ist überwiegend auf ein Verkippen der Schraubenköpfe in den Plattenlöchern zurückzuführen, was schlussendlich zu einer Aufhebung des Reibeschlusses von Implantat und Knochenoberfläche führt [81]. Hier bieten winkelstabile Systeme wie das LISS entscheidende Vorteile, können aber nicht alle auftretenden Stressmomente vollständig auffangen [60].

Auch die klinischen Ergebnisse des LISS in der vorgestellten Studie sind ermutigend, so dass es sich bei uns um das führende Implantat für diese Region handelt (siehe Kapitel 3.3). Diese positiven klinischen wie biomechanischen Erfahrungen führen auch zur Förderung der Entwicklung anderer winkelstabiler Fixateur interne-Systeme in den verschiedensten Problemregionen (Pilon tibiale, proximaler und distaler Humerus, distaler Radius).

Die bisherigen Versorgungskonzepte berücksichtigen die regional differenten Aspekte der Knochenstruktur nur marginal bzw. nur unzureichend. Diese Aspekte sollten im Rahmen zukünftiger Implantatentwicklung, insbesondere in der Frakturversorgung, Fehlstellungskorrektur und Endoprothetik Berücksichtigung finden.

Im Folgenden sollen die sich aus der Arbeit ergebenden konzeptionellen Änderungen kurz dargestellt werden.

5.1 Knochendichteadaptierte Schrauben und Implantatpositionierung bei der Platten- und Schraubenosteosynthese.

Bei der Implantatverankerung im Rahmen der konventionellen Platten- und Schraubenosteosynthese im Bereich der proximalen Tibia finden die regionalen Unterschiede der Knochenstruktur beim bisherigen Vorgehen keine wesentliche Berücksichtigung. Die Plattenpositionierung erfolgt im Allgemeinen lateral und relativ mittig in der seitlichen Ebene. Die Höhenpositionierung des Implantates erfolgt in Abhängigkeit von der Krümmung der lateralen Tibiakontur, wobei sich das Implantat harmonisch ohne aufwendiges Zurechtbiegen anlegen soll. Die Schraubenplatzierung erfolgt im Wesentlichen in Abhängigkeit von der Fraktursituation, meist aber rechtwinklig zum Plattenloch. In der von uns vorgestellten Untersuchung konnte gezeigt [Seite 107↓]werden, dass die kortikale Verankerung insbesondere in der proximalen Tibia bei osteoporotischen Patienten nur unzureichend ist und der zentrale spongiöse Anteil der proximalen Tibia, welcher von den Schrauben im Rahmen der herkömmlichen Osteosynthese meist erfasst wird, eine geringe Knochendichte und biomechanische Festigkeit aufweist. Unsererseits wird zur Erhöhung der Verankerungsfestigkeit der Schrauben eine knochendichteadaptierte Osteosynthese vorgeschlagen. Hierbei sollten die Schrauben im distalen Abschnitt der proximalen Tibia eher nach ventral positioniert werden, da hier die höchste Knochenmineraldichte und Steifigkeit im Indentation Test vorhanden war. Im proximalen gelenknahen Bereich ist eine posterior orientierte Schraubenpositionierung empfehlenswert, wobei insbesondere die posterolaterale Ecke mitgefasst werden sollte. Bei der Implantatpositionierung im gelenknahen Bereich der proximalen Tibia sollte ebenfalls darauf geachtet werden, dass die Möglichkeit der Schraubenpositionierung in den posterioren Bereich und in die posterolaterale Region gewährleistet ist.

In Zukunft sollte versucht werden, die Implantat- und Schraubenlage praeoperativ am 3D-Modell zu planen und dabei Aspekte wie Frakturverlauf, ossäre Situation etc. mitzuberücksichtigen. Intraoperativ wäre es dann denkbar, die Positionierung der Implantate sowie der Schrauben navigiert vorzunehmen, um eine optimierte Positionierung vorzunehmen.

Abb. 83: Eine mögliche „knochendichteadaptierte“ Schraubenpositionierung im Rahmen einer osteosynthetischen Versorgung mit einer L-Tibiakopfabstützplatte


[Seite 108↓]

5.2  Knochendichteadaptierte Pin- und Olivendrahtpositionierung bei externen Fixationsverfahren

Die Positionierung von Oliven-, Kirschnerdrähten und Schanzschrauben ist bisher im Wesentlichen von den lokalen Gegebenheiten wie Weichteilsituation, Fraktur, Fixateurkonstruktion etc. determiniert. Zusätzlich sollten insbesondere bei der Kirschner- und Olivendrahtpositionierung im Rahmen der Ilizarov Fixateur-Montage die neurovasculären Strukturen Berücksichtigung finden und die Positionierung in den sicheren Zonen erfolgen [6,26,70].

Die Positionierung von Schanzschrauben, Kirschner- und Olivendrähten unter dem Gesichtspunkt der lokal differenten Knochenstruktur im Bereich der proximalen Tibia fand bisher noch keine Würdigung. Dabei ist die vorhandene Knochenstruktur wahrscheinlich von substantieller Bedeutung für das Auslockerungsverhalten dieser Implantate (Duda DKI Gruppe, persönliche Kommunikation). Die Draht- bzw. Schanzschraubenpositionierung im Bereich der proximalen Tibia wird unter Berücksichtigung der regional differenten Knochendichte für die verschiedenen Höhen wie folgt vorgeschlagen:

Abb. 84: Im AO-Manual vorgeschlagene Pinpositionierung im Bereich der Tibia. Im obersten proximalen Bereich würde man unter Berücksichtigung der spezifischen regionalen Aspekte eine anterolaterale/posterolaterale Pinpositionierung wünschen, im unteren proximalen Bereich dagegen eine anteromediale Pinpositionierung (rote Markierung).


[Seite 109↓]

5.2.1  Level 1 : obere Schnittebene proximale Tibia

Die Kirschner-, Olivendraht- bzw. Schanzschraubenpositionierung sollte unbedingt die anterolaterale bzw. posterolaterale Region miterfassen, da hier die höchste Knochendichte bzw. Stabilität zu erwarten ist. Die Kreuzungsstelle der Kirschner-/ Olivendrähte sollte somit primär im anterolateralen Bereich liegen (s. Abb. 84).

Abb. 85: Skizze modifiziert aus Asami Group für Kirschner-/Oliven-Draht (blau)- bzw. Schanz-Schraubenpositionierung (gelb) in der gelenknahen prox. Tibia [6]

5.2.2 Level 2 : mittlere Schnittebene proximale Tibia

Die Kirschner-, Olivendraht- bzw. Schanzschraubenpositionierung sollte unbedingt die posterolaterale bzw. anterolaterale Region miterfassen, da hier die höchste Knochendichte bzw. Stabilität zu erwarten ist. Die Kreuzungsstelle der Kirschner-/ Olivendrähte sollte somit primär im posterolateralen Bereich liegen (s. Abb. 85).


[Seite 110↓]

Abb. 86: Skizze modifiziert aus Asami Group für Kirschner-/Oliven-Draht (blau)- bzw. Schanz-Schraubenpositionierung (gelb) in der mittleren Ebene der prox. Tibia [6]

5.2.3 Level 3 : distale Schnittebene proximale Tibia

Die Kirschner-, Olivendraht- bzw. Schanzschraubenpositionierung sollte unbedingt die anteromediale Region miterfassen, da hier die höchste Knochendichte bzw. Stabilität zu erwarten ist. Die Kreuzungsstelle der Kirschner-/ Olivendrähte sollte somit primär im anteromedialen Bereich liegen (s. Abb. 86).

Abb. 87: Skizze modifiziert aus Asami Group für Kirschner-/Oliven-Draht (blau)- bzw. Schanz-Schraubenpositionierung (gelb) in der schaftnahen prox. Tibia [6]


[Seite 111↓]

5.3  Implantatverbesserungen

Aus den vorliegenden Untersuchungen ergeben sich neue Aspekte für die zukünftigen Entwicklungen der Implantattechnologie im Bereich der proximalen Tibia. Anhand der umfangreichen biomechanischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die winkelstabilen Platten- bzw. Fixateur interne-Systeme vom biomechanischen Steifigkeits- und Auslockerungsverhalten sowohl in der 2D-/3D-Steifigkeit wie auch unter zyklischen Belastungen ein gleichwertiges bzw. manchmal sogar ein besseres Verhalten im Vergleich zur konventionellen Plattenosteosynthese aufwiesen. Auch die im Vorfeld beschriebenen ersten klinischen Ergebnisse sind ermutigend.

Dementsprechend scheint ein winkelstabiles Fixateur interne-System das zu favorisierende Implantat für die Region der proximalen Tibia zu sein. Das von uns geprüfte winkelstabile System war das LISS. Die Schraubenkonfiguration ist hierbei gemäß den folgenden Abbildungen (Abb. 88-93) wie folgt konfiguriert. Deutlich erkennbar ist dabei eine leicht nach posterior orientierte Schraubenkonfiguration im Bereich des Schaftes. Hier wäre unter Beücksichtigung von Knochendichte und Knochensteifigkeit eine Modifikation der Schraubenrichtung nach anterior sicherlich diskutabel. Die Untersuchungen hinsichtlich Knochensteifigkeit und -dichte hatten eindeutig gezeigt, dass insbesondere auch beim geriatrischen Patienten eine regional höhere Dichte im ventralen Bereich der Insertion der Tuberositas tibiae bzw. der Hamstring Insertion vorhanden ist, es wäre ein günstigeres Verankerungsverhalten bei entsprechender Schraubenplatzierung in dieser Region anzunehmen. Für die proximale Region ergeben sich lokal umschriebene höhere Knochendichten im Bereich der posterioren Anschnitte, insbesondere für den posterolateralen Bereich. Auch hier ist im entsprechenden Bereich eine Schraubenplatzierung zur Erhöhung der Verankerungsstabilität diskutabel. Das bisherige Design des LISS vernachlässigt diese Region erheblich. Nur die hinterste der beiden proximalen Schrauben ist für die Positionierung in dieser Region vorgesehen (s. Abb.87).

Diskutabel wäre ein Platten- bzw. Fixateur interne-Design, das diese relativ von der Knochenstruktur her starke Region schwerpunktmäßig mit erfasst und mindestens 3 Schrauben in diese Region platzieren lässt. Hierbei wäre insbesondere eine ascendierende Schraubenkonfiguration in posterolateraler Richtung der beiden von distal kommenden Schrauben zu diskutieren.


[Seite 112↓]

5.3.1  Planungsskizzen verschiedener modifizierter Fixateur interne Konfigurationen

5.3.1.1 Schraubenkonfiguration LISS (Ebene 1 promixal)

Die Schraubenkonfiguration der oberen proximalen Schraubenebene sollte als Region der relativ hohen Knochendichte und biomechanischen Stabilität, den posteromedialen Bereich, miterfassen (siehe blaue Balken in Abb. 87 und 88).

Abb. 88: Bisherige und knochendichteadaptierte LISS-Konfiguration im proximalen Bereich in der Seitenansicht

Abb. 89: Bisherige und knochendichteadaptierte LISS-Konfiguration im proximalen Bereich in der Aufsicht

Weiterhin wäre es sinnvoll, das Plattendesign derartig zu modifizieren, dass die Schrauben in der Platte relativ weit anterior zu liegen kommen, so dass der anterolaterale Bereich mit seiner relativ hohen Knochendichte von den Schrauben miterfasst wird (siehe gelbe Punkte in Abb. 87).


[Seite 113↓]

5.3.1.2  Schraubenkonfiguration LISS (Ebene 2)

Die Schraubenkonfiguration der mittleren proximalen Schraubenebene sollte als Region der höchsten Knochendichte und biomechanischen Stabilität, den posterolateralen Bereich, miterfassen (siehe blaue Balken in Abb. 89 und 90). Diesbezüglich wäre es sinnvoll, wenn die Schrauben eher im dorsalen Anteil der Platte starten und damit den posteolateralen Bereich miterfassen (siehe gelbe Punkte in Abb. 89). Eine Verlaufsrichtung in den posterolateralen Bereich wäre wünschenswert, da dieser ebenfalls eine relativ hohe Knochendichte und biomechanische Steifigkeit in den Untersuchungen aufwies.

Abb. 90: Bisherige und knochendichteadaptierte LISS-Konfiguration im proximalen Bereich in der Seitenansicht

Abb. 91: Bisherige und knochendichteadaptierte LISS-Konfiguration im proximalen Bereich in der Aufsicht


[Seite 114↓]

5.3.1.3  Schraubenkonfiguration LISS (Ebene 3)

Die Schraubenkonfiguration der unteren proximalen Schraubenebene sollte als Region der höchsten Knochendichte und biomechanischen Stabilität den anteromedialen Bereich miterfassen und nach ventral verlaufen (siehe blaue Balken in Abb. 92 und 93).

Abb. 92: Bisherige und knochendichteadaptierte LISS-Konfiguration im proximalen Bereich in der Seitenansicht

Abb. 93: Bisherige und knochendichteadaptierte LISS-Konfiguration im proximalen Bereich in der Aufsicht

Die eben geschilderten Modifikationen im Fixateur interne-Design haben natürlich ebenso Berechtigung für die verschiedensten Implantate der konventionellen Osteosynthese. Sowohl beim Design und der Schraubenpositionierung der Tibiakopfabstützplatte, der L-Platte sowie der verschiedensten Umstellungsplatten nach Osteotomien finden die angesprochenen Gesichtpunkte bisher keine oder nur geringe Berücksichtigung. Das Plattendesign sollte hier für den gelenknahen Bereich die Schraubenplatzierung posterior, insbesondere auch posterolateral gewährleisten, wohingegen für den distalen Abschnitt die anteromediale Region für die Schraubenplatzierung günstiger zu sein scheint. Dementsprechend erscheint bei anliegender Platte häufig eine exzentrische, divergierende Schraubenplatzierung [Seite 115↓]

notwendig (siehe oben knochendichteadaptierte Schraubenplatzierung und Abb. 94).

Abb. 94: a+b) Knochendichteadaptierte Schraubenkonfiguration (seitliche Ansicht) bei verschiedenen Plattensystemen im Bereich der proximalen Tibia

Auch bei den verschiedensten anderen Implantaten, welche z.T. nur marginal mit der Problemregion proximale Tibia zu tun haben, ergeben sich neue konzeptionelle Aspekte. Bei der intramedullären Marknagelung mit Verriegelungsnägeln erfolgt die Verankerung in der proximalen Tibia u.a. auch über Verriegelungsbolzen. Diese werden im Allgemeinen bei liegendem Nagel über ein Zielgerät in mediolateraler Verlaufsrichtung implantiert. Bei genauer Analyse der Verlaufsrichtung zeigt sich, dass durch die relativ zentrale Lage die Verankerung in einem Gebiet mit relativ geringer Knochensteifigkeit und -dichte erfolgt. Hier wäre eine Modifizierung der Schraubenlage diskutabel, wobei der Schraubenverlauf in halbschräger Verlaufsrichtung von anteromedial nach posterolateral von seiten der Knochenstruktur diskutabel erscheinen (s. Abb.95). Hierbei würde insbesondere beim älteren Patienten, bei dem eine Abnahme der kortikalen Verankerung zu verzeichnen ist, die Schraubenlage die Bereiche der [Seite 116↓]höchsten Spongiosadichte miterfassen. Auch entprechende Zusatzimplantate wie z.B. die „Mickey Mouse-Platte“ für den UTN bzw. modifizierte intramedulläre Nagelsysteme wie der proximale Tibianagel (PTN), die die intramedulläre Stabilisierung auch auf den Problembereich der proximalen Tibiafrakturen ausdehnen sollen, sollten bei der Schraubenkonfiguration die spezifischen regionalen Unterschiede mit berücksichtigen [60].

Abb. 95: Knochendichteadaptierte Verriegelungsbolzenkonfiguration beim UTN


[Seite 117↓]

5.3.2  Endoprothetik

Ein interessanter Nebenaspekt aus diesen spezifischen Ergebnissen hinsichtlich der Knochenstruktur der proximalen Tibia ergibt sich auch für die Kniegelenksendoprothetik. Die Kniegelenksendoprothetik stellt einen expandierenden Bereich in der orthopädischen Chirurgie dar [2,13,41,92]. Die verschiedensten Implantatmodelle kommen dabei zum Einsatz. Problematisch ist auch hier die Notwendigkeit der stabilen Verankerung der femoralen und tibialen Implantatkomponenten. Hierbei ist in verschiedenen Studien ein Zusammenhang zwischen der Bone mineral density und dem Sinterungverhalten der tibialen Komponente gesehen bzw. kontrovers diskutiert worden [95,99,124].

Die tibiale Komponente weist diesbezüglich die verschiedensten Zapfendesigns auf. Gemeinsam ist diesen Anordnungen, dass der größte Zapfen meist in relativ zentraler Position in Verlängerung der intramedullären Achse ist. Berücksichtigt man die Analyse von Knochenstruktur und -dichte, so stellt man fest, dass hier die geringste Knochendichte und -steifigkeit vorhanden ist. Es wäre diskutabel, inwieweit durch eine Veränderung der Lokalisation und Länge der Zapfen das Implantatdesign derartig modifiziert werden kann, dass die Verankerung der tibialen Komponente primär in Regionen mit höherer Spongiosadichte erfolgt. Als Vorschlag wird ein 3-Zapfendesign gemacht, bei dem der kürzeste Zapfen in der anterolateralen Region verankert sein könnte, der mittlere in der posterolateralen und der längste in der anteromedialen Region.

Abb. 96: a+b Knochendichteadaptierte Verankerungszapfenkonfiguration der tibialen Komponente der Knie-TEP im a.p. Bild (links= für linkes Knie) und in der Aufsicht von kaudal (rechts= für rechtes Knie)/ anterolateral= hellblau, anteromedial=rot, posterolateral=gelb


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
DiML DTD Version 3.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
18.05.2005