Stabilisierende Wirkung und Sinterungstendenz dreier unterschiedlicher Cages und Knochenzement zur Fusion von Halswirbelsäulensegmenten

Zusammenfassung

Zu den wichtigsten Anforderungen an Implantate, die der Fusion von Wirbelsäulensegmenten dienen, gehört eine ausreichende stabilisierende Wirkung ebenso wie eine möglichst geringe Sinterungstendenz. In der vorliegenden In-vitro-Arbeit sollten daher die stabilisierende Wirkung und die Sinterungstendenz von Halswirbelsäulen-Cages und Knochenzement unter Dauerbelastung bestimmt werden.

Getestet wurden die aus einer Titanlegierung gefertigten WING- (Medinorm AG) und BAK-Cages (Spinetech), der aus kohlefaserverstärktem Polyetheretherketon hergestellte AcroMed-Cage (DePuy AcroMed) sowie Knochenzement (Polymethymethacrylat, Sulzer).

24 humane Halswirbelsäulenpräparate wurden zunächst im intakten Zustand einem Standardflexibilitätstest (±2,5 Nm) unterzogen. Anschließend wurde je eines der Implantate eingebracht und die Primärstabilität bestimmt.

Zur Simulation der postoperativen Belas-tung der Halswirbelsäule wurde ein Dauertest über insgesamt 700 Belastungszyklen durchgeführt. Hierbei wurde mit reinen Momenten (±2,0 Nm) in 9 verschiedenen Bewegungsrichtungen in randomisierter Reihenfolge belastet. Die Sinterung der Implantate sowie die Stabilität der Präparate wurde nach 50, 100, 200, 300, 500 und 700 Zyklen bestimmt.

Alle Implantate stabilisierten das Bewegungssegment in allen Bewegungsrichtungen. Am deutlichsten war dies bei Seitneigung. Hier lag der Bewegungsumfang zwischen 29% (AcroMed-Cage) und 62% (BAK-Cage) bezogen auf das intakte Präparat (100%). In Seitneigung, Flexion und axialer Rotation stabilisierte der AcroMed-Cage am stärksten, gefolgt von Knochenzement, WING- und BAK-Cage. In Extension waren Präparate mit Knochenzement am stabilsten.

Nach 700 Belastungszyklen hatten Präparate mit BAK-Cages 1,6 mm an Höhe verloren, mit WING-Cages 0,8 mm, mit AcroMed-Cages 0,7 mm und mit Knochenzement 0,5 mm; 2 AcroMed-Cages dislozierten während des Dauertests.

Cages haben das Potential ebenso gut zu stabilisieren wie Knochenzement. Ihre kleinere Auflagefläche verursacht jedoch ein gegenüber Knochenzement erhöhtes Sinterungsrisiko. Andererseits erhöht sich aber die Fusionsfläche, wodurch die Chance, eine knöcherne Fusion zu erzielen, gesteigert wird.

Abstract

Important requirement for spinal fusion devices for segments are that they provide sufficiant stability and guarantee a low subsidence risk. An important requirement for spinal fusion devices for segments are that they provide sufficient stability and guarantee a low subsidence risk. Therefore, in the following in vitro study, the stabilizing effect and subsidence tendency of cervical fusion cages and bone cement were investigated during cyclic loading.

The WING cages (Medinorm AG) and BAK cages (Spinetec) made of titanium, the carbon fiber reinforced PEEK cage from Acromed (DePuy Acromed), and bone cement (PMMA, Sulzer) were tested. Twenty-four human cervical spine specimens were first tested intact with a standardized flexibility test (±2.5 Nm). Then the implants were inserted and the primary stability determined. For the simulation of the postoperative loading of the cervical spine a cyclic loading protocol with 700 loading cycles was performed. In this test pure moments ± 2,0 Nm in 9 different loading directions in randomized order were applied together with a 50 N preload to simulate the weight of the head. The subsidence and “long term stability” was measured after 50, 100, 200, 300, 500, and 700 cycles.

All implants had a stabilizing effect in all directions most obviously in lateral bending. Here the range of motion was between 20,9% (AcroMed Cage), and 62% (BAK Cage) with respect to the intact specimen (100%). In laterial bending, flexion, and axial rotation the AcroMed cage stabilized the most followed by the bone cement, WING and BAK Cage. In extension the specimens treated with bone cement were the most stable. After 700 loading cycles the specimens with the BAK cage lost 1.6 mm in height, with the WING Cage 0.8 mm, with the Acromed 0.7 mm, and with the bone cement 0.5 mm. Two Acromed Cages dislocated during the long term testing.

Cages have the potential to stabilize as effectively as bone cement. A smaller contact area, however, causes a higher subsidence risk compared to bone cement but increases the fusion area, thus increasing the chance of obtaining bony fusion.