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Optimierung der dynamischen Kompression bei der Winkelplattenosteosynthese durch statische interfragmentäre Kompression experimentelle Ergebnisse J. Schmidt ', C. Kranz }, A . Dau 2

I. Einleitung Z usa mmenfassung Die Wink elplatt eno steosynth ese nach intert roc ha nteren Umstellungsos teo to mien ist im wesent lich en eine Z ugg urt ungsosteosynthese, Durch mangeln de interfragment ere Kompression der medialen Kortikali s ka nn es dah er zur P seudarth rose oder verzögerten Knochenheilun g kommen . Auf Gru nd th eor etischer Überleg unge n und ausführ licher Experime nte fand en wir eine de utlich besser e int er fragm en tere Kom pr essio n, wenn die Osteotomie so erfol gt , daß ein latera les Kla ffen der Oste ot omi efläch en mit einem Wink el Q vo n 6 0 vor Beginn des Sp a nn ungsvo rganges mit F = 1000 N besteht. Es wird dadurch eine " funktio nelle Plattenüberbiegung" vo rgege ben . Das Prinzip der Zugg urtungsosteosy nt hese wird dadurch um da s Prinzip der Kom pression sosteosynthese ergä nzt . Imp ro vement of Dyn ami c Co mp ressio n

in Angled-Plale-Osleosynthesis by Sta tic Inte rfragmentary Co mp ression Experime nta l Results Osteosynth esis with an a ngled plat e afte r intert ro chanter ic osteotomy is mainl y a tension-ba ndosteosynthesis. Becau se of th e lack of interfragmentary co m pressio n at th e medi al co rt ica lis thi s technique may lead to pseuda rth ros is o r delayed bone uni on . On the ba sis o f theo retical co nside ra tio ns a nd exte nsive expe riments, we found a d istin ct impro vernen t in in ter fragmentary co mpressio n when th e osteo to rny-planes are set at an ang le o f 6 ° open to the la teral side before extern al co rnpressio n with 1000 N . In thi s way " functio na l plat e-prebending" is achieve d , Thus tens io n-ba nd-osteosyn th esis is co m pleted by co m pressio n osteosyn thesis.

Z. Orthop . 128 ( 1990) 675- 680 © 1990 F. Enke Verlag Stuttgart

In der Fra kturheilung ha t sich das Prinzip der Kompression sosteosynthese mit dem Ziel der Kontakt heilun g bewä hrt (M üller u. Mi tarb . 1977). Eine ausreichende und gleichmä ßige int erfragm eut ere Kompression im Fra kt ur bereich wird bei Schaftfra kture n über d ie P latten vor biegung erreicht. Bei di aph ysär en Osteot om ien wird ana log vo rgega ngen. Nac h in tertrochant erer Osteot omi e werden d ie Fragm ent e mit Win kelpl att en fixier t. Diese werden mit einem externe n Plattensp anner od er na ch dem De- Prinzip verspa nnt. Au f Grund der lateralen Lage der Winkelplatte hand elt es sich dabei eher um eine exzent risch (Zu ggurtung) als um eine flächenh a ft wir kende Kompression ; Kompression wird nur im lateralen Osteotomi ebereich erreich t, wäh rend a n der media len Kortikali s eine Zug spa nnung resultiert (A bb . I) . Bei Belast ung des Hüftgelenkes bewirkt di ese Zuggurt ung ein e d ynamisch e interfragm entere Kompression an der medi alen Kortikali s, Wegen de r Zugspa nnung im unbelasteten Zusta nd kann es dabei zu einem Nulld urchga ng mit nachfolgender Knochenresorption und Pseudarthrose nbild ung kommen . Die H äufigke it der Pseudarthrose na ch intertrochanteren Oste ot om ien wird in der Lit era tur im merhin in einem Bereich zwischen 1 und 5% an gegeben (Grundhofer 1973, Hertel u . Hassenpflug 1982, Isolauri u . Mi ta rb , 1980, Olsson u . Mit arb. 1975, Reichel 1980).

Au s dieser Kompli kati on srate einerseits und dem hohen An spruch a n eine risikoarme, weil nicht vita l indi ziert e, Oper ati on a nde re rseits fo lgte das Bestreben, d ie Winkelplattenosteosynthese weite r zu verbessern . Buchner (zit. n . Russ 1974) empfah l desh alb, di e Kom pr ession durch einen nach medi al zunehmende n Ab stand zwischen Klingenl ager und Osteo tom iefl äche zu erreichen ; beim Nac hsc hlage n der Pl att e gerät dab ei d ie O steot omi e unt er Druck. R . Schneider (1979) komprimiert schräg na ch medi al an steigende Oste ot omiefl ächen beim An ziehen der proxim alen Schraube. Heisel u. Mit arb . (1984) schlägt vo r, das Prin zip der P latt enüberbi egu ng nach Bagby anzuwe nde n , o hne die T echn ik nä her zu beschr eiben ; Bagby u. Janes (1958) hatt en d ie Plattenüberbi egung bei Schaftfrakturen beschrieben .

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' O rt ho pädische Klini k und Poli klini k der Universitä t zu Köln (Di rektor : Pro f. Dr . ]\.1. H . Hackenb roch) "Abteilung fü r Forschu ng und Entw icklu ng, Fa. ME C RO N, Berlin (Leiter: Dipl . lo g. Dr. lo g. C . Kran z)

J. Schmidt und Mitar b.

Z. Orthop. / 28 (/ 990)

A bb . 1 Theor etisch e interfragmentere Spannungsverteilung bei herkömmlicher W inkelpla ttenosteosynthese

Abb . 2 .Funkt ionelle Plattenüberbiequnq" durch Klaffen der Osteotom iefläehen mit dem Winkel er nach intertrochanterar Keilentnahme

Die dar gestellt en Op eration stechniken bewirken zwar th eor etisch eine höh ere, zum Teil au ch eine gleichmä ßigere interfragmentere Kompression , insbesondere eine Kompression sverm ehrung im Bereich der medi alen Kortikal is. Allen Techniken ist j edoch gemeinsa m, daß sie nicht exak t quant ifi zierbar und fol glich nicht reprod uzier ba r sind. Da rüb erh inau s kom mt es im O steotomiebereich teil weise zu stärkeren Seherbela stungen. die ebenfalls zu Problemen führen können . Ziel un serer Überlegungen war es, eine repr oduzierbare, exa kt quantifizierbare und intraoperativ leicht durchführbare Op era tion stechnik zu era rbeiten, die zu eine r Verb esserung der int erfragm ent eren Kompressionsverteilung führt und dadurch die Knoch enh eilung im O ste otomiespalt optimie rt. Die Op eration stechnik der O steosynthese mit einer AO-Wink elplatte na ch int ertrocha nterer O steotomie hat sich seit Jahren bewährt. Dieses Verfahren wollte n wir somit gru ndsä tz lich beibehalt en . Eine Plattenüberbiegun g, wie für Scha ft fra kturen angewandt und in seiner Wi rk samkeit klini sch und experi mentell aus fü hrlich bewiesen (Golzen u . Hüller 1976, Gorzen u . Mitarb. 1980, 1981, Perren u . Mitarb. 1969, Kropf u. Hopf 1986), ist a ber auf die Winkelplatte nicht ohne weiteres üb ertragba r. Eine ..funkti onelle P latt en überbi egun g" läßt sich jedoch erreichen, wenn die O steotomi eflä chen nac h der Keilentnahm e mit einem na ch lateral offenen Winkel ausei na nde rkla ffen , den wir mit a bezeichnen (Abb . 2). Dieses Klaffen ist exa kt in G rad bestimmbar, dami t auch qu antifizierbar und reproduzierbar. Op eratio nstec hnisch lä ßt sich dieses laterale Klaffen o hne zusä tzlichen Aufwand erreic he n, wie unten besch rieben wird . Wenn diese ..funkti on elle P latten überbi egun g" durch die Vor spann kraft F unter Druck gesetz t wird , wird zunäc hst die med iale Kortikali s komprimie rt. Unter Aufbiegun g der Winkelplatte um den Winkel Oi wird sich da s lat erale Klaffen la ngsam schließen , bis eine gleichmä ßige medi a le und lat erale Druck vertei lun g erreicht wird (Abb . 3). Seherbelastungen werden ebenfa lls vermieden , da es sich um eine Kippbewegung um die medial e Kortikalis handelt . Die d ynam ische Kompression übe r da s Zugg urtungspr in-

Abb . 3 Theoretische interfragmentere Spannungsverteilung nach Vorgabe des W inkels o

zip der Wink elplatte wird a lso durch diese "funktio nelle Platt enüb erbi egun g" um die sta tische Kompression der Kompression so steosynthese ergän zt und optimiert. Nachfolgend wo llen wir den optimalen Winkel Oi für da s erforderliche na ch lateral o ffene Klaffen der Osteot omi eflächen und die o pt ima le Vor spannkraft F experimentell finden . Experimentell werden die Durchf ührb ar keit und die Vorteile un seres Vor sch lages gegenüber der herkömm lichen Technik dargestellt. Ab schlie ßend werden Möglichkeiten erörtert , diesen Vor schlag zu rea lisieren .

2. Experimenteller Te il

2./ M ethodik Für die Messungen verwendeten wir sta ndardi sierte künstliche Femu rmod elle. welche in ihren Ma ter ialeigen schafte n einem natürli chen Knoch en ent spr echen (Kranz u . Mit arb . 1983a , b). Auf die se Weise wurden die Meßreihen mit einande r vergleichbar, da Meßwertschwa nkungen durch unt erschied liche Femurpräparat e eliminier t war en . An diesen Femurmodellen wurde die Osteotomie und die Vorbereitung des P latt enlager s nach den AO-Richt linien mit Hil fe vo n Schablonen, Sägelehren und Meßeinrichtungen exakt und reprodu zierbar an der Werkbank durchgeführt. Das dista le Fragment wur de im definierten Ab stand zur Osteotomiefläche für die Bestimmung der interfragmenteren Druckk räfte mit Dehnungsmeßrosett en (Type FRA 3-IL-II , T ok yo Sokki Ken yujo, 0 °/45 °/90° - An ordnung) verse hen. Die Meßwerte wurden üb er eine Steuereinheit (UPH 3200, HBM) au fgezeichnet und über einen inte grierten Mikr ocomputer in die interfragmentere Kompression umgerechne t. Die handelsüb liche Winkelplatte wurde mit einem angeschweißten Met allbügel versehen, um üb er eine experim entelle Kompression svorricht un g (Synthes) eine stu fenlos variierba re, exa kt axial auftreffende Kraft an der Platt e aufz ubringen , ents prec hend der int ra op era tiv verwendeten Vor spannk raft F . Die Winkelpla tt e wur de

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Optimierung der dynamischen Kompression Abb . 4 Winkelplatte mit angeschwe ißtem Metatlbuqeli m künstlichen Femu rmo dell montiert

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Desweiteren testeten wir, inwieweit die primär mit der Spannvorricht ung vorgegebene interfragmentere Kompression nach Mon tageabschluß erhalten bleib t. Dazu zeichneten wir die Meßwerte zunäc hst nach dem Spannen, dann nach Einbringen von 2 Schrauben mit noch fixiertem Pla ttenspann er und schließlich nach Ab schluß der Mont age auf.

2.2 Ergebnisse 2.2.1 Bestimmung des optimalen Wink els un d der optima len Vorspannkraft F

tx

- 40

Osteotcmiewiokel.

E - 35

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E

Z - 30 r;

8. - 20 ~

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F= 100 0Nund

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§ -25

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O·

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Abb . 5 Int erfragmentere Korn pressionsverteilung bei Vorspann kraft

Die Au swertung der Meßwerte ergab die gleichmäßigste Komp ression sverteilun g bei einem Wink el Oi von 6 ° un d einer Vor spann kraft F von 1000 N (Abb. 5). Sowohl an der medialen als auch lateralen Kortikalis zeigten sich au sreichende inte rfrag mentere Dru ckkräft e; Spannungsspitzen, wie sie bei a = 0 °, entsprechend der herk ömmli chen Technik , auftraten, fand en sich nicht. Bei a = O° wa r medial keine interfrag mentere Kompression nachweisbar. Dies wird auch durch Inspekti on des Modells bestätigt, welches bei Oi = 0 ° ein mediales Klaffen zeigt, während bei a = 6 ° der Osteotomiespalt dur chgehend geschlossen ist (Abb, 6 u. 7).

\

einem Klaffen der Osteotom ieflächen m it einem Winkel 0' von 0 °. 2 °, 4 °,

Abb . 6 Osteoto m iespal t bei

6 °und8 °

0' = 0 0

F= 1000 N und

-10 -5

..: .5

:3

65mm - Klinge

ci

~

mit Langlöchern versehen, um nach pr imär er Fixieru ng den notwendi gen Gleit weg zu ermöglichen (Ab b. 4). Wir verwendeten 90 °-Platten mit 60 mm Klingenlänge und 10 mm Unterstellung sowie 65 mm Klingenlänge und 15 mm Unterstellung. Zunächst belasteten wir die oben angeg ebene Versuchsanordnun g mit einer Vor spannkraft F von 200 N bis 1200 N in 200 N-Schritten. Jede Belastun gsreihe wurde bei einem lateralen Klaffen der Osteot omieflächen mit einem Winkel a von 0 °, 2 °, 4 °, 6 °, 8 ° dur chgeführt. In einem weiteren Ver suchsgang testeten wir, ob sich d ie geforderte interfragmeut ere Kompression auch intraop erati v err eichen läßt. Wir benutzten einen hand elsüblichen externen Plattenspann er (Synthes), bei dem sich mit einer Eichvo rricht ung eine Vorspannkraft von F = 800, 1000 und 1200 N mit einer Ab weichung von ± 5070 erreic hen ließ.

Abb . 7 Osteo tom iespalt bei

F = 1000 N und a=

6°

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Abschließend belasteten wir das System in Richtung der Hü ftgelenksresult ierend en statisch mit 500, 1000 und 1500 N.

J. Schm idt und Mitarb.

Z. Ort hop . /28 (/ 990)

,

Abb. 8

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o

Z ., - - Spoonce r ot __ _ Kompressionsvor ric hlung

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Inter-

ttaqrn entere Span nu ngsve rteilung bei Ko m pressio n mit ex te rnem Spanng erät u nd experimenteller Kornpression svor nchtunq (0' = 6 O)

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Dieses Erg ebnis ist in Abb . 5 für die 65 mm Klinge a ufg ezeichnet. Für die 60-mm-Klingen ergibt sich relat iv d ie gleiche optim ale inre rfr a grnent ere Druck verte ilung bei Ci = 6 ° und F ~ 1000 N. Die Druck wert e sind jedo ch a bso lut geringer , da für a ber ho mogener verteilt: dies ist wa hrscheinlich d ur ch die höh ere Steifi gkeit der Klinge bedingt.

Insgesamt ist a lso davon au szugehen , daß die exper imentell ermittelten Wert e sich auch intrao perativ erre ichen lassen .

2.2 .3 Bestimmung der inte rf ragmen teren Kompressio n un ter experimente ller Simulat ion einer funkt ion ellen Belastung Die bisher beschri ebenen Ergebnisse erhielten wir an unbela steten Femurmodellen . Die funktio nelle Belastung de r interfragm enteren Kompression soste osynthese bei einem Vor gab ewink el vo n a = O° und 0:' = 6 0 erga b sowo hl bei der 0 0 - als au ch bei der 6 °-Mont age eine n deutlichen An stieg der int erfragm ent eren Kompression med ial und ein Ab fall lat eral. Bei Ci = 6° tra ten jedoch im Gegensatz zu a = O° - weder ext reme Spannungsspitzen noch Scherkr äft e auf (A bb. 10). Eine Kont rollmessun g der int erfragrnent eren Dru cke nach Ab sch luß der Bela stung zeigte, da ß die Au sgan gswert e weitge hend erha lten blieben (A bb . 11). Die geringe A bweichung ist u. E. auf die Visk oelastizit ät des Knochens (bzw. de s Kno chenmodells) und a uf eine Sinterung de s gesamten System s zurückzuführen.

2.2.2 Experimente lle Untersuc hung der intraop erati ven P rakt ikabilität

3. Diskussion

Bei dem Vergleich der int erfragm enter erzielte n Druckw erte mit Hilfe des externen Plattensp anners mit den Meßwert en der experime ntellen Kompression seinrich tung erga b sich ein e weitgehend e Übereinstimmung . Die mit dem handelsübli chen Platten span ner erzielten Werte wa ren dab ei ehe r noch gü nstiger (Abb . 8). Bei der Prüfung, o b die primä r vo rgege bene inrerfragm ent ere Kompression na ch Montageab schluß erha lten bleibt , fa nden wir unter der Vorau ssetzun g einer exa kte n Montage mit Verwendung der übli chen Boh rlehren einen nu r geringen Spannungsabfall der inter fra gm enter en Kompression während der einzelnen Mon tageschritte (Abb . 9). Auch hierbei zeigt sich eine homogenere Spa nnungs verteilung bei a = 6 ° als bei o e D". In sbesondere treten bei 0 0 offen sich tlich stä rkere Scherb ean spruchungen während der Mon tage a uf, erkennba r an den Werten unter der Ab szisse.

Wink el: 0°

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A bb . 9 Verhalt en der interf ragmenteren Spannung sverteilung wä hrend der Montag e bei c e Ov und S "

Winkel: 6°

_ -

Kompress_ durch Spanngerö t -

Plott e v erschraubt

.. ..... • Spanngeröt entfernt

_

~

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Kompr ess. durch Spa nngeröt _ _ Plntt a verschraubt

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Spanng eröt

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Un sere hier dargestellten experimente llen Ar beiten hab en gezeigt, daß man die bisherige Technik der intert ro chanteren Osteosynthese durch Vor gab e eines nach lateral offenen Kla ffens der Osteotomieflächen von 6 0 bei einer Vorsp an nkra ft vo n F = 1000 N opt imieren kan n. Das Prinzip der Zuggurt ungsosteo synt hese wird durch da s Prinzip der Kompression sosteo syn the se ergänzt. Int rao perativ läßt sich diese Wink elvor gab e von 6 0 probleml os mit Hilfe einer Säge lehre rea lisieren (A bb . 12). Es muß beim Einschlagen des Platt ensitzin strumentes lediglich berü cksichtigt werden , daß sich un sere Pl att e um 6 0 bei der Anbringung der Vor sp annk ra ft F aufb iegt , d. h . va lgisiert. Das Pl att ensitzin strument wird al so um einen 6 0 kleineren Wink el gegenü ber dem Schenkelscha ft eingeschlagen , a ls für die gep lante Umstellung not wendig. Nach exa kter Po sitionieru ng der Winkelplatt e läßt sich durch Aufschieben einer speziellen Säge lehre auf den Pl attenschaft der erfo rderliche Kno chenkeil direkt entneh-

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den \Vinkel er eine lrnpa ktierung vorg egebe n, die ein gefä hrliches mediales Aufkla ffen der Osteotomieflächen vermeidet .

4. Schlußfo lgerung Bei klinische r Anwend ung un serer Op era tionstechnik erwa rte n wir eine weitere Verm inderung der P seuda rthrosengefahr und der verzögerten KnochenheiJung. Ob sich da rübe rhinau s auch Konsequ enzen für die Nachbeha ndlung nach intertro chanteren Umstellungsosteoto mien ergeben , ist erst nach weite ren expe riment ellen Versuchen und klinischer Erfahru ng abschät zba r.

Abb . 12 Spezial-Sageleh re zur intraoperativen Realisation des lateralen Klaff ens der Osteotom ieflachen mit dem W inkel o= 6°

men. Das mi t Meß feh lern beh a ftete Ma rkieren des Knoehen keiles ent fäl lt da mit. Die von un s dargestellte int erfragmen tere Kompression sverbesseru ng wird na türli ch nur bei einer exa kte n O perationstechnik erre icht. Im Expe rime nt ist dies sicher leicht er a ls int raoperati v. Aber auch bei nicht völlig pla nem Aufsitz der Fragm entfl ächen. wird dur ch

Das hier angegebene optimierte Ope rationsverfa hren hat sich un s in erste n klinischen Anwendungen bewä hr t. Bei Vari sieru ngen ha ben wir da bei einen Hal bkeil ode r 2/3-K eil ent no mm en , um eine weitere Beinverkürzung zu vermeiden . Den Vorsch lag von Ganz (l989a , b), au f die Keilentn ahm e zu verzichten und die media le Kant e des proximalen Frag ment es in die Spongiosa des distal en Frag mentes einzusta uchen , verfolgen wir nicht , da bei fehlendem med ialem Corticaliskonta kt die Ge fahr der Nachvari sierung beste ht (Hopf u . Kauhagen 1989). Bei vorha ndenem medialen Corticaliskonta kt erscheint da gegen u . E. die Kon tak tfl äche im Osteotom iespalt für eine rasche ossäre Durch bauun g zu gering .

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, E ,E

Z. Orthop. /28 (/990)

Z. Orthop. /28 (/ 990)

J . Schmidt und Mitarb.: Optimierung der dynamischen Kompression

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