Vergleichende Morphometrie der Ellbogengelenke großer, Ellbogengelenksdysplasie prädisponierter Hunderassen

Abstract

Die Ellbogengelenksdysplasie (ED) ist die häufigste Ursache einer Lahmheit der Vordergliedmaße bei Hunden großwüchsiger Rassen. Folgen sind meist auch bei frühzeitiger, sei es chirurgischer, chirurgisch-medikamenteller, medikamenteller und/oder physiotherapeutischer Maßnahme, dauerhaft schmerzhafte osteoarthritische Veränderungen des Ellbogengelenks. Deswegen werden schon seit den 70er Jahren Anstrengungen unternommen, eine Prothese zu entwickeln, ähnlich der Totalendoprothese des Hüftgelenks, die einen möglichst großen funktionellen Erfolg gewährleistet. Bisher ist dies nicht gelungen. Ziel dieser Studie war, CT-gestützt morphometrische Bestimmungen von den ellbogengelenksbildenden Knochen von Hunden zu gewinnen, die einer ED- prädisponierten Rasse angehören. Die Daten sollten verglichen werden, um gegebenenfalls einen Totalendoprothesetyp für das Ellbogengelenk entwickeln zu können. Zunächst wurde das Verfahren an Mazeraten validiert. Der damit definierte Goldstandard im Hinblick auf Lagerungen und Messungen wurde sodann an archivierten CT-Daten von Patienten der Klinik, die wegen einer Ellbogengelenksdiagnostik ohne standardisiertes Protokoll erhoben worden waren, genutzt. Mazerate: Es wurden 16 Ellbogengelenke von 8 Hunden verschiedener großwüchsiger Rassen und deren Mischlinge verwendet. Um den Goldstandard für diese Studie zu bestimmen, wurde das Ellbogengelenk aus dem Tierkörper ausgelöst, mazeriert und getrocknet. Humerus und Ulna wurden entlang 7 ausgewählter Strecken zersägt und die entstehenden Schnittflächen mittels Schieblehre vermessen. Mögliche Messfehler durch Mazeration und Trocknung (p = 0,07) wurden als nicht signifikant bewertet. In Wiederholungsmessungen konnte belegt werden, dass der Untersuchermessfehler ± 0,2 mm beträgt. Zuvor wurden dieselben 7 Strecken an allen 16 Ellbogengelenken im Tierkörper CTgestützt in standardisierter Lagerung bei 90° Beugewinkel und in beliebiger Lagerung, die der Lagerung des narkotisierten Patienten entspricht, vermessen. Zusätzlich wurden sie mit den isolierten Knochen CT- gestützt verglichen. Ergebnis: Die Messergebnisse aller drei Messmethoden verglichen mit dem Goldstandard, stimmen innerhalb eines tolerierbaren Fehlers von ± 0,4mm überein. Damit ist jede CTgestützte Messung hinreichend exakt, um sie zur Bestimmung der Morphometrie von Knochen zu verwenden. Somit kann für die Morphometire von Gelenken auf alle archivierten, klinischen, CT-Daten zurückgegriffen werden, was das zur Verfügung stehende Datenvolumen deutlich vergrößert. Patienten: Es wurden 44 Ellbogengelenke von Hunden großwüchsiger, für EDprädisponierter Rassen aus allen archivierten, klinischen CT-Scans der Kleintierklinik der FU Berlin zur Bestimmung der Morphometrie des Ellbogengelenks herangezogen. Von der Studie ausgeschlossen wurden Hunde mit voriger Gelenkseröffnung, Verdacht auf Tumor, insbesondere Osteosarkom, oder generalisierter Skeletterkrankung. Die Ellbogengelenke ED-erkrankter Labrador Retriever wiesen leichte Veränderungen gegenüber den ED-freien auf (u.a. einen 12 % längere Condylus humeri), die aber für die Dimensionierung einer Endoprothese nicht relevant waren. Ergebnis: Das Ellbogengelenk ist spiegelsymmetrisch zur Körperachse (Student T-Test auf Abweichungen Art cubiti dexter et sinister zwischen p = 0,08 und p = 1). Es wird in folgender Rangfolge um den Faktor 1,75 größer: Labrador Retriever < Golden Retriever < Rottweiler < Berner Sennenhund < Deutscher Schäferhund < Boredeauxdogge. Die anatomische Form bleibt erhalten. Lediglich der Condylus humeri wird zur größeren Gelenken hin um 10 % kompakter. Das Ellenbogengelenk ist größtenteils isometrisch. Einzige Abweichung von der Isometrie stellt der Condylus humeri dar, der eine konische Aussenform mit kreisrunder Grundfläche aufweist, die medial im Durchmesser 3 mm größer ist als lateral. Fazit: Anhand der Erkenntnisse zur Morphometrie und der gemessenen Parameter können sowohl das mittlere, als auch das minimale und maximale Ellbogengelenk eines Hundes einer großwüchsigen für ED-prädisponierten Rasse bestimmt werden und folgende Empfehlung für eine neue 2-Komponenten-Totalendoprothese aus humeralem und radioulnarem Anteil angegeben werden: Der humerale Anteil wird mit einem Schaft in der Markhöhle versenkt, der radioulnare mit zwei Schäften, einem in der Ulna und einem im Radius. Gelenknah sind die Markhöhlendurchmesser größer, distal der Artikulationsflächen schmaler, daher sollte die Schaftform ebenfalls konisch sein. Der humerale Schaft sollte proximal des Condylus humeri ellipsoid minimal 13,8 mm x 2,7 mm bis maximal 28,2 mm x 11,2 mm sein und weiter nach proximal zunehmend runder mindestens 5,3 mmx x 7,2 mm bis maximal 14,9 mm x 22,4 mm werden. Der radiale Schaft sollte als Zylinder geformt sein, so dass sich die proximale Grundfläche von 3,1 mm x 5,5 mm bis 11,6 mm x 17,4 mm nach distal im Mittel um 35% verringert. Der ulnare Schaft kann als Zylinder ausgeführt werden, der im Mittel 8,2 mm (± 2,3 mm) x 6,6 mm (± 2,4 mm) groß ist. Der humerale Prothesenkopf ersetzt den Condylus. Ein das Gelenk imitierender Prothesenkopf sollte die konische Grundform widerspiegeln (s. oben), eine Mindestlänge von 33,8 mm haben und eine Maximallänge von 50,7 mm nicht übersteigen. Der Condylus ist symmetrisch zum schmalsten Radius, der den Condylus humeri in zwei Hälften teilt, kann der Schaft in der Mitte des Prothesenkopfes verankert werden. Die radioulnare Komponente wird unter Berücksichtigung des Neigungswinkel der Inc. trochlearis gegenüber der Markhöhlenmitte von 153°(± 5,4°) eingepasst. Die radioulnare Artikulationsfläche ergibt sich aus der Breite und Länge der Fovea capitis radii, min 1,25 cm2 bis 3,21 cm2, sowie der Breite von Proc. coronoideus lat. zu Proc. coronoideus med von 16,7 mm bis 23,1 mm und Tiefe der Inc. trochlearis von 3,8 mm bis 7,8 mm.

Elbow dysplasia (ED) is the most common cause of forelimb lameness in large dog breeds. It results in non-responsive, painful osteoarthritis, even though it has been treated surgically, with NSAIDs and/or by physiotherapy from the very first. This is why since the 70ies there have been many approaches to develop an elbow replacement, as it was successfully done for the hip replacement. To date this has not worked out. Objective of the study was to assess the morphometrics of the elbow of ED predisposed large dog breeds by using computed tomography (CT). This data should be compared for the development of a new total elbow replacement. First, the procedure was validated on macerated bones and defined as gold standard with regard to recumbencies and measurements. Then this gold standard was used for stored CT- data of clinical patients, that were gained due to diagnostics of forelimb lameness without following a standardized protocol. Macerated bones: 16 elbows of 8 dogs of large (mixed-) breeds were used for validation. To define the gold standard of this study the elbow joint was released from soft tissue, macerated and dried. Then humerus and ulna were sawed at 7 user-defined distances and measured at the cutting edges by a calliper. Possible errors in measurement because of maceration and drying (p = 0,07) were evaluated as non- significant. The intra-observer failure was documented as ± 0,2mm by repeated measurements. Previously the same 7 distances were measured CT-based on the elbow joint still being in the cadaver of those dogs which were positioned with elbows in 90° flexion and any recumbency of the forelimb. The macerated bones were measured isolated in the CT as well. Results: The measurements of all three methods were compared to the gold standard and coincide with those by a tolerated error of ± 0,4 mm. Therewith every single CT-based measurement is precisely enough for determining morphometrics of bones. Hence, all stored clinical data of patient’s joints can be used for morphometrics, which means there is a lot more data volume to use. Patients: 44 elbows of dogs of ED- predisposed large breeds of stored clinical CT-data of the small animal clinic of the FU Berlin were used to determine the morphometrics of the elbow. Dogs where excluded because of any invasive joint trauma, suspected tumors, especially osteosarcoma, or generalized skeletal disease. The elbows of Labrador Retriever suffering from ED showed mild differences to those without ED (e. g. the humeral condyle was 12 % longer), which would not have an influence on the dimensions of an elbow replacement. Results: The elbow shows bilateral symmetry to the axis of the body (Student T-Test on variation Art. Cubiti dexter et sinister between p = 0,08 and p = 1). It is becoming bigger by the factor 1,75: Labrador Retriever < Golden Retriever < Rottweiler < Berner Sennenhund < Deutscher Schäferhund < Bordeauxdogge. There are no changes in the anatomoical shape. Only the humeral condyle becomes 10 % more compact, when the joint becomes bigger. The elbow joint is mainly isometrical. Only the humeral condyle differs from that, because of its conical shape with a circular base, that is medial 3 mm larger than lateral. Conclusion: With the results of the morphometrics and measured parameters it is possible, to define a medium, minimum and maximum joint for any dog of ED-predisposed large breeds and to give recommendations for a new 2-component total elbow replacement consisting of a humeral and a radioulnar part. The humeral part is mounted into the medullary canal by one stem, the radioulnar part by two - one for the radius and one for the ulna. Near to the articulating surfaces the medullary canal is wider than distal, this is why the stem should be conical as well. The stem of the humeral portion should be elliptical near to the humeral condyle minimum 13,8 mm x 2,7 mm and maximum 28,2 mm x 11,2 mm and distal minimum 5,3 mm x 7,2 mm and maximum 14,9 mm x 22,4 mm. The radial stem should be a conical cylinder with an expanse of minimum 3,1 mm x 5,5 mm and maximum 11,6 mm x 17,4 mm (proximal), which becomes 35 % smaller at the distal end. The ulnar stem is a cylinder with mean expanse of 8,2 mm (± 2,3 mm) x 6,6 mm (± 2,4 mm). The humeral head portion replaces the humeral condyle. Due to its morphometrics it should be conical (s. above) with a minimum length of 33,8 mm and a maximum length of 50,7 mm. The humeral condyle is symmetric to its minimum radius, which divides the condyle into half. This is the point were to insert the stem to the head portion. The radioulnar head portion should be fixed concerning the angle between Inc. trochlearis and the axis of the medullary canal with 153° (± 5,4°). The radioulnar artiuclating surface is the product of width by length of the Fovea capitis radii, minimum 1,25 cm2 to 3,21 cm2 and the length between Proc. coronoideus lat. to med. 16,7 mm to 23,1 mm and the depth of the Inc. trochlearis 3,8 mm to 7,8 mm.