Biomechanische und klinische Studie zur chirurgischen Frakturversorgung langer Röhrenknochen der Katze

Abstract

Biomechanische Studie In der biomechanischen Studie wird die Torsionssteifigkeit des Fixateur externe mit Kunststoffschiene als Typ Ia und Typ II mit der Paraossären Klammer-Cerclage Stabilisierung (PKCS) verglichen. Dazu wurden zwölf Katzenunterschenkelpaare mit Fixateur externe (linksseitig) und PKCS (rechtsseitig) versehen, jeweils ein 5 mm großer Knochendefekt mittig angelegt und in einer Materialprüfmaschine vom Typ ZWICK1455 (ZWICK GmbH & Co. KG, Ulm) getestet. Vom Fixateur externe Typ II wurden danach die medialen Komponenten entfernt, um einen Fixateur externe Typ Ia zu erhalten, und es wurde erneut getestet. Von den Proben wurden die mediale, die laterale und die Gesamttorsionssteifigkeit sowie der Variabilitätskoeffizient ermittelt und untereinander sowie mit den Werten vier intakter Katzenunterschenkel verglichen. Es konnte beim Fixateur externe Typ II (mittlere Gesamtsteifigkeit: 0.114 Nm/°) in allen drei Bereichen gegenüber dem Fixateur externe Typ Ia (mittlere Gesamtsteifigkeit: 0.045 Nm/°) und der PKCS (mittlere Gesamtsteifigkeit: 0.049 Nm/°) eine signifikant höhere Torsionssteifigkeit festgestellt werden. Die Osteosynthesen erreichten gegenüber den nativ getesteten Unterschenkeln (0,264 Nm/°) eine mittlere Gesamtsteifigkeit von 43,2% (Fixateure externe Typ II) und circa 18,0% (Fixateur externe Typ Ia und PKCS). Der Variabilitätskoeffizient lag bei den Fixateur externe mit 0,12 (Typ II) und 0,18 (Typ Ia) deutlich niedriger als bei der PKCS (0,52). Aufgrund der Ergebnisse ist die PKCS in Überbrückungsfunktion bei Unterschenkelfrakturen der Katze, ebenso wie der in der Literatur als ungeeignet beschriebene Fixateur externe Typ Ia, nicht als optimales Osteosyntheseverfahren anzusehen. Der als bedeutender anzusehende Einfluss von Biegekräften auf Frakturen langer Röhrenknochen wurde nicht untersucht. Möglich ist, dass bei ausreichend großen Unterschenkeln breitere Implantate, als die hier verwendeten 1,6 mm Kirschner- Bohrdrähte, ausreichend Stabilität erzeugen können. Klinische Studie In der klinisch prospektiven Studie wurde der Heilungsverlauf von osteosynthetisch versorgten Frakturen der langen Röhrenknochen von Katzen untersucht. Die 64 einfach bis zertrümmert frakturierten Knochen wurden mit Kirschner-Bohrdraht, Verriegelungsnagel, Platte, Paraossäre Klammer-Cerclagen Stabilisierung oder Fixateur externe stabilisiert. Die Kontrollen erfolgten altersabhängig juvenil 3, 6 und 12, adult 6, 12 und 24 Wochen post op.- klinisch und röntgenologisch. Die zumeist einfachen oder unkompliziert gesplitterten Frakturen juveniler Patienten heilten zügig und überwiegend komplikationslos. Kirschner-Bohrdraht mit Cerclage (6) waren am Humerus (2/6), Os femoris (3/6) und an Tibia/ Fibula (1/6) ebenso wie der Fixateur externe (4) an Radius/ Ulna (1/4) und Tibia/ Fibula (3/4) durchweg gut (100%). Nur zwei mit Platte (2/4, 50%) und eine mit Paraossärer Klammer-Cerclagen Stabilisierung (1/2, 50%) versorgte Frakturen heilten komplikationslos. Eine Platte am Oberarm (1/4, 25%) brach und eine am Unteram wurde wegen einer Osteomyelitis (1/4, 25%) frühzeitig entfernt. Eine Tibiatrümmerfraktur mit einer Paraossären Klammer- Cerclagen Stabilisierung (1/2, 50%) heilte verzögert. Patienten älter als ein Jahr (adult) hatten zu 79% (38/48) gute (30/48, 62,5%) und befriedigende (8/48, 16,5%) Ergebnisse. Das Ergebnis der Parakortikalen Klammer-Cerclagen Stabilisierungen war mit fünf (5/6, 83%) guten und einem (1/6, 17%) befriedigenden Ergebnis überzeugend. Durchschnittlich gute Resultate erzielte die Osteosynthese mit Platte (21/26, 81% gut oder befriedigend, 5/26, 19% mangelhaft) und Fixateur externe (7/9, 78% gut oder befriedigend, 2/9, 22% mangelhaft). Die mit Verriegelungsnagel versorgten Frakturen waren im Gesamtvergleich zu 60% (3/5) gut und 40% (2/5) mangelhaft. Unterdurchschnittlich schlechte Heilungserfolge zeigte der bei adulten Katzen nur selten verwendete Kirschner-Bohrdraht mit Cerclage (1/2, 50% befriedigend, 1/2, 50% mangelhaft). Am Unteram adulter Patienten wurden ausschließlich gute (11/15, 73%) und befriedigende (4/15, 27%) Resultate erzielt. Die anderen Gliedmassenabschnitte waren zu 50% (1/2, Humerus), 69% (16/23, Tibia) und 75% (6/8, Os femoris) gut oder befriedigend. Die Ergebnisse Juveniler und Adulter wiesen frakturtypabhängig deutliche Unterschiede auf. Einfache (17/64, 27%) und gesplitterte (31/64, 48%) Frakturen heilten meist gut oder befriedigend (44/48, 92%), Trümmerfrakturen (16/64, 25%) häufiger mangelhaft (7/16, 44%).

Biomechanical Study The acrylic external skeletal fixator (ESF) is known to be a suitable osteosynthesis for feline diaphyseal fractures. The purpose of his study is to determine and compare the torsional rigidity of a newly developed paraosseous fixation device (PCCS) with that of two acrylic ESF (Type Ia and Type II). The biomechanical results should help to evaluate the clinical use of PCCS with comminuted diaphyseal fractures of the cat. Twenty four standardized feline tibia osteotomies with a 5mm gap were stabilized using both an acrylic ESF (Type Ia and Type II) and the PCCS. Medial, lateral and over-all stiffness were determined, as well as coefficient of variability, and correlated with additionally tested intact feline tibiae. A significantly higher torsional rigidity of the ESF Type II (0.114 Nm/°) was observed compared to the ESF Type Ia (0.045 Nm/°) and PCCS (0.049 Nm/°). The osteosynthesis achieved a torsional rigidity of 43.2% (ESF Type II) and about 18.0% (ESF Type Ia and PCCS) of the intact tested bones (0,264 Nm/°). The coefficient of variability of the PCCS was 0.52, while the ESF Type Ia and Type II values of 0.18 and 0.12 respectively. Clinical experience show the ESF Type Ia to be insufficient to stabilize comminuted diaphyseal fractures in cats. Commonly for this type of fracture a biplanar or bilineal configuration is required. As shown in this study, PCCS and the ESF Type Ia have equal torsional stiffnesses, while ESF Type II had significantly higher values. For this, PCCS seems to be unsuitable for bridging comminuted fractures in cats. Lower rigidity leads to higher interfragmentary strain, which is considered to be one of the fundamental mechanical factors involved in bone healing. Specially in the initial phase higher interfragmentary movements, maybe axial compression and bending more than shear forces seem to delay fracture healing. Furthermore a biomechanical study suggest faster bone healing under implants with a stiffness comparable to the intact bone, as shown above for ESF Type II, in contrast to weaker or stiffer stabilisations. Regarding the torsional rigidity PCCS, as ESF Type Ia as well, seems to be suitable to stabilize simple diaphyseal fractures of the cat sufficiently. Clinical Study In this clinical and prospective study the healing process of feline long bone fractures has been observed. Sixty-four fractures were stabilised by K-wire and cerclage, interlocking nail, bone plate, paraosseous fixation device and acrylic external fixator. The healing process of the patients was followed up age depending at 3, 6 and 12 (juvenile) as well as 6, 12 and 24 (adult) weeks after surgery. For juvenile patients predominantly simple and wedged fractures have been encountered. The fractures healed within a short time and with few complications. K-wire and cerclage (6) with humeral (2/6), femoral (3/6) and tibial (1/6) fractures as well as the external fixator (4) with fractures of radius/ulna (1/4) and tibia/fibula (3/4) were successful in achieving good results in all cases reviewed (100%). Complications in 50% of the cases were determined for two bone plates (2/4) and one paraosseous fixation device (1/2) due to an implant failure and osteomyelitis by the plates and one delayed union of the paraosseous fixation device. Cats older than one year of age, described as adult, had 79% (38/48) good (62,5%) or satisfactory (16,5%) results. In 21% of the cases the osteosynthesis failed. The paraosseous fixation device with 83% good (5/6) and 17% satisfactory (1/6) results turned out to be the most reliable method. Bone plates and external fixators, which had good or satisfactory results in 81 and 78% of the cases, were seen to be suitable for feline long bone fractures as well, although 19 resp. 22% of the ostosynthesis failed. Fractures stabilized by interlocking nails healed in only 60% of the cases. The treatment failures mostly were iatrogenic and not fracture related. Inadequate stability has been observed for two K-wires/ cerclage constructs, leading to malunion and second surgical intervention. The fractures of the forearm of adult cats healed in all cases (15/15), while humeral (1/2, 50%), femoral (6/8, 75%) and tibial (16/23, 69%) fractures achieved less good results.