Biomechanischer Vergleich von interfragmentären Bewegungen und Bodenreaktionskräften im monolateralen externen Fixateurverbund mit unterschiedlicher Steifigkeit am Schafmodell

Abstract

Es bestehen kontroverse Diskussionen bezüglich der Einflüsse von biomechanischen Komponenten auf die Frakturheilung. Die bisherigen klinischen Methoden zur Frakturheilungsbeurteilung sind oft invasiv und allein nicht ausreichend. In dieser Arbeit wurde die nichtinvasive Messung der interfragmentären Bewegungen und die Bodenreaktionskräfte in zwei monolateralen Fixateure-externe-Systemen mit unterschiedlich definierten Steifigkeiten im Schafmodell zur Festlegung von optimalen biomechanischen Gegebenheiten und somit zur Verbesserung der Frakturheilung evaluiert. Verwendet wurden 16 Merino-Mix-Schafe. Es wurde standardisiert ein 3 mm Frakturspalt erzeugt und entweder mit einem rigiden oder mit einem weicheren Fixateur externe versorgt. Die monolateralen externen Fixateure wurden medial an der Tibia angebracht. Die Bodenreaktionskräfte sowie die interfragmentären Bewegungen am Frakturspalt wurden in vivo über neun Wochen während der Frakturheilung analysiert. Am Ende der neunten Woche wurden die Tiere getötet und die operierten Beine mit den kontralateralen gesunden Beinen biomechanisch verglichen. Alle Tiere entlasteten das operierte Bein und überbelasteten die kontralaterale Seite. Sowohl Kallusformation und –steifigkeit als auch Belastung des operierten Beines nahmen im Verlauf zu, während die interfragmentären Bewegungen abnahmen. Größere Scherbewegungen verzögerten die Kallusformation und somit den Heilungsverlauf. Axiale Bewegungen von 0,5 mm und Scherbewegungen kleiner 0,8 mm stimulierten die Kallusformation und begünstigten die Frakturheilung.

Biomechanical factors in fracture healing are yet not been completely finalised and current clinical methods for monitoring fracture healing are often invasive and inaccurate. This study evaluates the non-invasive measurement of the interfragmentary movements and ground reaction forces in two monolateral external fixators with different stiffness to define the ideal factors that optimise the fracture healing. Standardised 3 mm diaphyseal bone defects were created in the right tibia of 64 female sheep and stabilised with either a rigid monolateral external fixator or a more flexible variant. Over a nine week healing period gait parameters were measured using a pressure sensitive platform and interfragmentary movements at the fracture site were monitored. The tibiae were tested biomechanically after sacrifice. All animals unloaded the operated and overloaded the contralateral hindlimb. Callus mineralization and stiffness, as well as limb loading increased during healing whilst interfragmentary movements were reduced. Larger interfragmentary movements resulted in a slower fracture healing rate. Micro movements in the axial plain between 0.5 mm and shear movements smaller than 0.8 mm stimulate the callus formation and optimise the fracture healing.