Einfluss des Osteosyntheseimplantates auf die Frakturheilung im Tibia- Defektmodell: Vergleich eines medial montierten Fixateur externe mit einem kraniomedial montierten Fixateur externe und einer unaufgebohrten Marknagelung: eine biomechanische, radiologische und histologische Studie im Schafsmodell

Abstract

Tibiafrakturen sind oft Hochenergietraumata, die mit Knochenverlust einhergehen können (Markmiller et al., 2000) und betreffen dadurch häufig junge, aktive Menschen (Ong et al., 2002). Diese Patienten verlangen heutzutage eine schnelle Rehabilitation ohne Funktionsverlust. Diese Entwicklung und die Tatsache, dass trotz aller Fortschritte im klinischen Alltag in bis zu zwanzig Prozent der Frakturtherapien immer noch Heilungsstörungen auftreten, rechtfertigen auch heutzutage noch eine intensive unfallchirurgische Forschung zur Verbesserung der Frakturheilung (Haas, 2000). Wenn Tibiafrakturen chirurgisch versorgt werden, sind zwei der gebräuchlichsten Osteosynthesen die Implantierung eines Marknagels oder ei-nes Fixateurs externe (Haas et al., 1993; Höntzsch, 1997; Stürmer, 1996 a; Wu et al., 1984). Die unaufgebohrte Marknagelung ist ursprünglich nicht als lasttragendes Implantat entworfen (Küntscher, 1965; Markmiller et al., 2001). Dennoch wird der Marknagel heutzutage klinisch auch zur Versorgung von Frakturen mit Knochenverlust und somit fehlender kortikaler Abstützung herangezogen (Bhandari et al., 2001; Runkel, 1999; Schandelmaier et al., 1997 b). Welche Folgen diese Ausweitung der initialen Indikationsstellung hat, ist bisher nicht untersucht. Der Fixateur externe lässt sehr viel Gestaltungsfreiheit, auch bezüglich der Montageebene, zu. Diese ist in der Klinik durch anatomische Begebenheiten diktiert (Anderson et al., 1996; Claes, 1990), wird aber auch durch frakturbegleitende Weichteiltraumata bestimmt (Anderson et al., 1996). Ob und inwiefern sich die Montageebene auf die Heilung auswirkt, ist unklar. Deshalb wurde in der präsentierten Studie zusätzlich zum Vergleich des Marknagels mit dem Fixateur externe noch der Einfluss der Montageeben des externen Fixateurs auf die Frakturheilung untersucht. Es wurden ein Marknagel (UTN), ein medial montierter mono- lateraler Fixateur externe und ein identisches Pendant um 45 ° nach kranial verlagert bezüglich ihres Heilungspotentials miteinander verglichen. Die drei beschriebenen Implantate wurden im Schaf im standardisierten Tibia- Defektmodell, um die fehlende kortikale Abstützung zu erzielen, angewendet. Das nach neunwöchiger Ausheilungszeit resultierende Kallusgewebe wurde biomechanisch, radiologisch und histologisch/histomorphometrisch bewertet und verglichen. Dabei zeigten die externen Fixateure nach neun Wochen eine deutlich fortgeschrittene Heilung. Der Vergleich der beiden Fixateure untereinander zeigte einige wenige Unterschiede. Jedoch waren beide Fixateurgruppen in ihrer Heilung so weit fortgeschritten, dass die Systeme als gleichwertig zur Unterstützung der Knochenheilung betrachtet werden konnten. Das Kallusgewebe der Fixateurtiere war biomechanisch deutlich stabiler als dasjenige der mit einer UTN versorgten Tibiae, auch das radiologische Ausheilungsergebnis war deutlich besser. Im histologischen und histomorphometrischen Vergleich wiesen die mit einem Fixateur externe versorgten Tibiae einen überwiegend knöchernen Kallus mit geringem Bindegewebsanteil ohne Knorpel auf, der sich bereits in der Remodelingphase befand. Die mit einer UTN therapierten Tibiae hingegen zeigten einen Kallus, der etwa hälftig aus Bindegewebe und Knochen bestand, Knorpel war nur wenig vorhanden. Das histologische Bild war geprägt durch schwere Umbauprozesse an der gesamten Kortikalis mit Bildung von bindegewebigem Ersatzgewebe und die Erweiterung des Osteotomiespalts bei häufig fehlender knöcherner Überbrückung. Während beide Fixateure in dieser Studie exzellente Ausheilungsergebnisse zeigten, schien die UTN nicht das geeignete Mittel, die Knochenheilung im gewählten Defektmodell zu unterstützen. Ob das am Tiermodelldesign oder am Implantat selber lag, konnte nicht abschließend geklärt werden. Diese Unklarheit ändert allerdings nichts an der deutlich schnelleren und besseren Heilung der Tibiaosteotomie unter dem externen Fixateur.

Fractures of the tibia are often caused by high energy-trauma (Markmiller et al., 2000) and are therefore more likely to affect young, active patients (Ong et al., 2002). This young group of patients nowadays demands fast rehabilitation without loss of function. These demands and the fact that up to 20 percent of fracture therapies still show healing complications legitimate an intensive research on the improvement of fracture healing (Haas, 2000). The most common osteosyntheses used to stabilise tibial fractures are intramedullary nails and external fixators (Haas et al., 1993; Höntzsch, 1997; Stürmer, 1996 a; Wu et al., 1984). Intramedullary nails were intended to be non load bearing implants (Küntscher, 1965; Markmiller et al., 2001). Nevertheless, today intramedullary nails are implanted to stabilise fractures with missing cortical support (Bhandari et al., 2001; Runkel, 1999; Schandelmaier et al., 1997 b). The consequences of the expansion of indication regarding the intramedullary unreamed nail are not known yet. The external fixator allows great freedom in configuration, especially with regard to its mounting plane. The mounting plane is usually determined by anatomy (Anderson et al., 1996; Claes, 1990), but accompanying soft tissue trauma is also important (Anderson et al., 1996). Whether and how the mounting plane influences the healing process is still unclear. The presented study aimed to analyse the influence of external fixators mounting plane on fracture healing and additionally to compare external fixation with intramedullary nailing. An unreamed tibia nail (UTN), a medially mounted external fixator and a external fixator configured identically apart from its anteromedially mounting plane were compared with regard to their fracture healing potential. The external fixators and the UTN were applied to a standardised diastasis-model (simulating bone loss) in the sheep and the callus tissue was analysed biomechanically, radiologically and histologically after nine weeks. Compared with the UTN, the external fixa-tors were characterised by advanced healing results, but only a few differences were apparent between fixator mounting planes. Both fixator groups suggested they could be considered equal in supporting bone healing in this model. The callus tissue of the fixator groups was stiffer than the that of the UTN-group, the radiologically documented healing outcome was significantly better for both fixator groups. The histological and histomorphometrical analysis of the tibiae stabilised by external fixators revealed a callus consisting predominantly of bone tissue, showing only a small amount of soft tissue and no cartilage tissue at all. The callus tissue had already entered the remodeling-phase of fracture healing. The callus formed by the UTN-stabilised tibiae consisted one half each of bone and soft tissue. Cartilage tissue was only found sporadically. The histological analysis revealed severe alterations and remodeling along the whole cortical bone and enlargement of the fracture gap. While both external fixators produced excellent healing results, the UTN did not seem to encourage bone healing in the chosen setting. Whether the failure of the UTN was caused by the design of the diastasis model or by the design of the implants could not be clarified. In any case, the external fixators provided significantly faster and better fracture healing.