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Zementaugmentation an der Wirbelsäule

Was ist biomechanisch zu beachten?

Cement augmentation on the spine

Biomechanical considerations

Der Orthopäde volume 44, pages 672–680 (2015)Cite this article

Zusammenfassung

Hintergrund

Wirbelkörperkompressionsfrakturen sind die häufigsten osteoporoseassoziierten Frakturtypen. Seit Einführung der Zementaugmentation durch Vertebroplastie und der Augmentation von Schrauben hat sich die Versorgung osteoporotischer Frakturen wesentlich geändert.

Ziel der Arbeit

Es werden biomechanische Aspekte des Risikos von Anschlussfrakturen sowie bei der Versorgung osteoporotischer Wirbelkörperfrakturen bei der reinen Zementaugmentation durch Vertebroplastie und bei der Zementaugmentation von Schrauben bei dorsalen Instrumentationen dargestellt.

Material und Methode

In einer servohydraulischen Maschine wurden 18 humane osteoporotische Lendenwirbelsäulen (L1–5) angrenzend an zementaugmentierte Wirbelkörper getestet. Dabei wurden ein Standardzement und ein speziell für die Versuche modifizierter Zement mit einer geringeren Festigkeit verwendet. Weiterhin wurden unterschiedliche Verankerungsformen von Pedikelschrauben mit und ohne Zementaugmentation an weiteren humanen Präparaten mit einem einfachen Pull-out-Test und einem Fatique-Test, der die physiologischen Bedingungen besser widerspiegelt, geprüft.

Ergebnisse

Die Zementaugmentation an der Wirbelsäule führt bei osteoporotischem Knochen zu einer höheren biomechanischen Stabilität. Die damit verbundene veränderte Steifigkeit führt jedoch zu biomechanischen Veränderungen mit dem Risiko von Anschlussfrakturen. Die Verwendung eines weniger festen Zements reduziert das Risko für Anschlussfrakturen signifikant. Beide Schraubenaugmentationstechniken zeigten eine signifikante Erhöhung der Auszugskraft gegenüber der Gruppe ohne Zement. Die Augmentation durch die Schraubenperforation ergab im Fatique-Test die höchste Stabilität.

Diskussion und Zusammenfassung

Die Zementaugmentation führt zu einer deutlichen Veränderung der biomechanischen Eigenschaften. Große Stabilitätsunterschiede zwischen den angrenzenden Wirbelkörpern erhöhen das Risiko für Anschlussfrakturen, das durch modifizierten Zement mit reduzierter Festigkeit gemindert werden kann. Spezielle, für die Zementapplikation konzipierte Schrauben zeigen im Fatique-Test die höchste Stabilität.

Abstract

Background

Vertebral compression fractures are the most common osteoporotic fractures. Since the introduction of vertebroplasty and screw augmentation, the management of osteoporotic fractures has changed significantly.

Aims

The biomechanical characteristics of the risk of adjacent fractures and novel treatment modalities for osteoporotic vertebral fractures, including pure cement augmentation by vertebroplasty, and cement augmentation of screws for posterior instrumentation, are explored.

Materials and methods

Eighteen human osteoporotic lumbar spines (L1–5) adjacent to vertebral bodies after vertebroplasty were tested in a servo-hydraulic machine. As augmentation compounds we used standard cement and a modified low-strength cement. Different anchoring pedicle screws were tested with and without cement augmentation in another cohort of human specimens with a simple pull-out test and a fatigue test that better reflects physiological conditions.

Results

Cement augmentation in the osteoporotic spine leads to greater biomechanical stability. However, change in vertebral stiffness resulted in alterations with the risk of adjacent fractures. By using a less firm cement compound, the risk of adjacent fractures is significantly reduced. Both screw augmentation techniques resulted in a significant increase in the withdrawal force compared with the group without cement. Augmentation using perforated screws showed the highest stability in the fatigue test.

Discussion and conclusion

The augmentation of cement leads to a significant change in the biomechanical properties. Differences in the stability of adjacent vertebral bodies increase the risk of adjacent fractures, which could be mitigated by a modified cement compound with reduced strength. Screws that were specifically designed for cement application displayed greatest stability in the fatigue test.

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Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4

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Affiliations

  1. Abteilung für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Martinistraße 52, 20246, Hamburg, Deutschland

    J. P. Kolb,  L. Weiser &  J. M. Rueger

  2. Institut für Biomechanik, Technische Universität Hamburg Harburg, Denickestrasse 15, 21073, Hamburg, Deutschland

    R. A. Kueny &  G. Huber

  3. Abteilung für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Zentrum für Operative Medizin, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Martinistraße 52, 20246, Hamburg, Deutschland

    W. Lehmann

Authors
  1. J. P. Kolb
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  2. L. Weiser
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  3. R. A. Kueny
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  4. G. Huber
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  5. J. M. Rueger
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  6. W. Lehmann
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Corresponding author

Correspondence to W. Lehmann.

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Interessenkonflikt

J. P. Kolb, L. Weiser, R. A. Kueny, G. Hube, J. M. Rueger und W. Lehmann geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Alle beschriebenen Untersuchungen am Menschen wurden mit Zustimmung der zuständigen Ethik-Kommission, im Einklang mit nationalem Recht sowie gemäß der Deklaration von Helsinki von 1975 (in der aktuellen, überarbeiteten Fassung) durchgeführt. Von allen beteiligten Patienten liegt eine Einverständniserklärung vor.

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Die Autoren J.P. Kolb und L. Weiser haben zu gleichen Teilen zu der Arbeit beigetragen.

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Kolb, J., Weiser, L., Kueny, R. et al. Zementaugmentation an der Wirbelsäule. Orthopäde 44, 672–680 (2015). https://doi.org/10.1007/s00132-015-3134-8

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Schlüsselwörter

  • Osteoporose
  • Vertebroplastie
  • Kompressionsfrakturen
  • Knochenzemente
  • Pedikelschrauben

Keywords

  • Osteoporosis
  • Vertebroplasty
  • Compression fractures
  • Bone cements
  • pedicle screws