Festigkeitsuntersuchungen an Pins aus humaner Femurkortikalis

Zusammenfassung

Aus 7 frischen humanen Femora wurden Pins von 2 und 3 mm Durchmesser hergestellt und in einem 3-Punkt-Biegeversuch getestet. Die Pins wurden teilweise nativ belassen, teilweise einer Azetonbehandlung unterzogen und die azetonbehandelten Pins teilweise bei 121°C über 20 min sowie bei 134°C über 8 min autoklaviert.

Die Azetonbehandlung der Pins führte zu einem signifikanten Anstieg des E-Moduls um 6,6% und einer Zunahme der Biegefestigkeit um 5,5% (p≥0,05). Insgesamt ergab sich für die azetonbehandelten Pins eine durchschnittliche Biegefestigkeit von 257±52 N/mm² und ein durchschnittlicher E-Modul von 18346±1292 N/mm². Die 121°C/20 min-Autoklavierung bewirkte eine Festigkeitsabnahme von 16%, die 134°C/8 min-Autoklavierung eine Festigkeitsabnahme von 41% gegenüber den azetonbehandelten Pins.

Um einen Festigkeitsvergleich zwischen den Kortikalispins und Pins aus Kunststoff vornehmen zu können, wurden 2-mm-Biofix-Pins mitgetestet. Gegenüber den aztonbehandelten Kortikalispins wiesen die Biofix-Pins eine um 25% höhere Biegefestigkeit und einen um 12,5% niedrigeren E-Modul auf. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass diese synthetischen Pins nach der Implantation, innerhalb von 2 Tagen, bereits 20% ihrer Festigkeit einbüßen, wie tierexperimentell nachgewiesen wurde.

Abstract

For biomechanical evaluation of cortical bone as a potential source for internal fixation devices, pins of 2 and 3 mm in diameter were made from fresh human femora and subjected to bending loads. Some of the pins were tested without further treatment; others were defatted and dried in acetone solution. Of the acetone-treated pins, some were autoclaved either at 121°C for 20 min or at 134°C for 8 min.

Acetone treatment of the pins caused a 5.5% increase in bending strength (p≥0.05) and a 6.6% increase in the elastic modulus (p≥0.05). The mean bending strength of the acetone-treated pins was 257±52 N/mm² and the mean elastic modulus was 18346±1292 N/mm². Autoclaving of the pins at the lower temperature for a longer time led to a decrease in the bending strength of up to 16% and at the higher temperature for a shorter time to a decrease of up to 41%.

To compare the strengths of the cortical and synthetic pins, 2-mm Biofix pins were also tested. The Biofix pins showed a 25% higher bending strength than the acetone-treated pins but a 12.5% lower elastic modulus. It should be noted that in animal studies the synthetic Biofix pins showed a 20% loss of strength within 2 days after implantation in situ.