Neue Implantate zur Stabilisierung proximaler Humerusfrakturen[]

Zusammenfassung

Die Stabilität einer Osteosynthese bei der Humeruskopffraktur ist in vivo sehr schwierig zu beurteilen. Die Implantatverankerung insbesondere im osteoporotischen Knochen stellt an das chirurgische Können und an die Implantateigenschaften eine außerordentliche Herausforderung dar. An 25 Kunstknochen und an 35 frischen Humeri wurden Implantattestungen durchgeführt. Zur Anwendung kamen neben der klinisch eingesetzten Humerus-T-Platte (HTP), der gekreuzten Schraubenosteosynthese (GSO) und dem unaufgebohrten proximalen Humerusnagel mit Spiralklinge (UHN), der neuentwickelte Synclaw Proximal Humerus Nail (Synclaw PHN) und die Locking Compression Plate (LCP-PH). Die Implantatsteifigkeit wurde am Kunstknochen in sechs klinisch relevanten Lastfällen beurteilt. Mit Parametern der zyklischen Belastung im Varusstress wurde am Humanpräparat das Implantatverhalten unter dynamischen Belastungen analysiert. Die HTP und UHN stellten sich als Implantate mit hoher Steifigkeit im Gegensatz zur LCP-PH, Synclaw PHN und GSO dar. Unter zyklischer Belastung fanden sich gleichermaßen signifikant höhere maximale Biegemomente und Lastniveaus für die HTP und den UHN. Den geringsten Lastabfall wies die LCP-PH mit signifikantem Unterschied zu den vier anderen Implantaten auf. Implantate mit geringer Steifigkeit und elastischen Eigenschaften minimierten die Belastung am Knochen-Implantat-Interface und scheinen sich daher für den Einsatz im osteoporotischen Knochen besonders zu eignen. Dagegen führte die im statischen Test optimaler erscheinende hohe Steifigkeit bei großen, rigiden Implantaten unter Dauerbelastung zum einem frühzeitigen Auslockern und Versagen der Implantate im geschwächten Knochenlager.

New implants for stabilization of proximal humeral fractures. A comparative in-vitro study

Summary

Osteosynthesis stability after a proximal humerus fracture is very difficult to determine in vivo. Implant fixation, especially in patients with osteoporosis, poses a great challenge to both the surgical experience and the suitability of the implant. A comparative series of tests was carried out on implants in 25 synthetic bones and 35 fresh human humeri. In addition to the clinically used humerus T-plate (HTP), cross-screw osteosynthesis (GSO) and the unreamed proximal humerus nail with spiral blade (UHN), the recently developed Synclaw Proximal Humerus Nail (Synclaw-PHN) and the angle-stable locking compression plate (LCP-PH) were also tested. The implant properties were tested in the synthetic bones for stiffness in six clinically relevant loads. In addition, the implant properties under cyclic loading was determined in the fresh human bones in a dynamic varus-bending test. The HTP and the UHN showed high stiffness results, whereas the LCP-PH, Synclaw-PHN and GSO did not. Under displacement stress in cyclic loading, similarly high maximum bending moments and loading levels were found for HTP and UHN. The LCP-PH showed the lowest load reduction with a significant difference when compared with the other implants. Implants with low stiffness and elastic characteristics minimized stress at the bone-implant interface, and therefore indicate a particularly suitable solution for osteoporotic bone fractures. On the other hand, the higher stiffness of large, rigid implants under continuous load in the dynamic test led to an early loosening and failure of the implants in the weakened bone.

Résumé

Il est très difficile de juger in vivo de la stabilité d'une ostéosynthèse dans la fracture proximale de l'humérus. La fixation des implants en particulier dans les os atteints d'ostéoporose représente un véritable défi à la chirurgie et aux propriétés de l'implant. Des tests d'implants ontété effectués sur 25 os synthétiques et sur 35 humérus frais. Parallèlement a la Plaque-T pour l'humérus (HTP), aux synthèses a vis croisé (GSO) et aux clous non ancrés (UHN) de l'humérus proximal, on a utilisé le Synclaw Proximal Humerus Nail (Synclaw PHN) nouvellement développé et le Locking Compression Plate (LCP-PH). La rigidité de l'implant a été jugée sur les os synthétiques dans six charges cliniquement importantes. On a analysé sur des échantillons humains à l'aide de paramètres de la charge cyclique sous varus le comportement de l'implant soumis à des charges dynamiques. A l'encontre des LCP-PH, Synclaw PHN et GSO, les HTP et les UHN se sont avérés comme étant des implants de très forte rigidité. Sous charge cyclique les plus hauts moments de torsion maximale et les niveaux des charges sont restés les mêmes pour les HTP et les UHN. C'est le LCP-PH qui a présenté la diminution de charge la moins importante marquant une différence significante par rapport aux quatre autres implants. Des implants avec une moindre raideur et des qualités d'élastiques amoindrissent la charge pesant sur l'interface des os et semblent donc convenir particulièrement bien aux os atteints d'ostéoporose. A l'opposé la raideur intense d'implants de taille importante et rigide qui apparaissait optimale au cours de test statique, conduit - soumis á une charge continue - à un desserrement rapide et à un échec des implants dans l'os affaibli.

Resumen

La estabilidad de la osteosíntesis tras una fractura proximal de húmero es muy difícil de determinar en vivo. La fijación del implante, especialmente en pacientes con osteoporosis supone un gran desafío tanto a nivel quirúrgico como en relación al nivel de adecuación del implante. Se compararon diferentes implantes en 25 huesos sintéticos y 35 húmeros humanos frescos. Además de las placas de fijación (humerus T-plate) usadas en la práctica clínica (HTP), se testaron la osteosíntesis con tornillo en cruz (GSO), el clavo de húmero proximal con hoja en espiral (UHN), el clavo Synclaw de húmero proximal (Synclaw-PHN) recientemente desarrollado y la locking compression plate (LCP-PH). Se estudiaron las propiedades en relación a la rigidez de los implantes en huesos síntéticos en seis cargas clínicamente pertinentes. Además, se determinaron las propiedades de los huesos bajo cargas cíclicas en huesos humanos frescos mediante un test varus-bending dinámico. Los resultados evidenciaron una alta rigidez de el HTP y el UHN no siendo así en los LCP-PH, Synclaw-PHN y GSO. Bajo fuerza de desplazamiento en cargas cíclicas, se observaron resultados similares en cuanto a la curvatura máxima obtenida y los niveles de carga entre HTP y UHN. El LCP-PH, mostró la reducción de carga más baja, con una diferencia significativa al compararse con los otros implantes. Los implantes con baja rigidez y elasticidad minimizaron el stress en la superficie ósea de implante y, por tanto, indican una solución particularmente oportuna para las fracturas en el hueso osteoporótico. Sin embargo, la mayor rigidez de estos implantes bajo carga continua en el test dinámico, llevó a un aflojamiento prematuro y al fracaso de éstos en el hueso debilitado.

Schlüsselwörter

Proximale Humerusfraktur - Osteosynthese - mechanische Testung - Steifigkeit

Key words

Proximal humeral fracture - osteosynthesis - mechanical testing - stiffness

Mots clés

Fractures de l'humérus proximal - ostéosynthèses - tests mécaniques - raideur

Palabras claves

fractura proximal de húmero - osteosíntesis - test mechanica - rigidez

1 Diese Arbeit wurde durch das Richard-Maatz-Stipendium 1999 des Gerhard-Küntscher-Kreises und einem Stipendium der Robert-Mathys-Stiftung, Schweiz unterstützt

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1 Diese Arbeit wurde durch das Richard-Maatz-Stipendium 1999 des Gerhard-Küntscher-Kreises und einem Stipendium der Robert-Mathys-Stiftung, Schweiz unterstützt