Implantatverankerung in osteoporotischem Knochen mittels monokortikaler Schrauben

Mit zunehmendem Alter und Osteoporose ist ein Abfall der kortikalen Knochendicke zu beobachten. Viele Fixationsmethoden mit guten Ergebnissen in gesundem Knochen basieren auf einer Verankerung in der Kortikalis mittels Schrauben. Aus der Klinik werden jedoch Probleme wie Schraubenausrisse oder eine unzureichende Primärfestigkeit berichtet, wenn diese Implantate in osteoporotischem Knochen eingesetzt werden. Das Ausdünnen der Kortikalis ist dabei eine der Hauptursachen für das Versagen, aber auch das Design des Implantats bestimmt, wie physiologische Lasten durch die Schnittstelle von Schraube und Knochen übertragen werden. Ziel der Studie war, den Einfluß der kortikalen Dicke sowie der Lastrichtung am Schraubenkopf auf die maximale Haltekraft einer monokortikal verankerten Schraube zu bestimmen. Es wurden Auszugstests von Schrauben aus kortikalen Rinderknochenplättchen unterschiedlicher Dicke (1–3 mm) durchgeführt. Der Schraubenkopf war dabei wie bei einem internen Fixateur winkelstabil verankert. Der Lastwinkel wurde zwischen einer reinen Auszugsrichtung und einer Scherbelastung senkrecht zur Schraubenachse variiert. Mit Abnahme der Kortikalisdicke konnte ein signifikanter, linearer Zusammenhang zwischen der dadurch reduzierten Anzahl verankerter Gewindegänge im Knochen und der Haltekraft der Schraube beobachtet werden. Des weiteren zeigten die Ergebnisse, daß eine Veränderung der Lastrichtung von einer Auszugs- zu einer Scherbelastung der Schraube zu einer signifikanten Erhöhung der Verankerungsfestigkeit führt.

As osteoporosis and aging progress, a decrease in cortical thickness can be observed. Many fixation methods with good results in normal bone rely on anchorage of screws in the cortex. However, problems such as pullout or insufficient primary stability have been reported by clinicians when using the same types of implants in osteoporotic bone. Thinning of the cortex is one of the main reasons for this failure. In addition implant design dictates how physiological loads are transferred through the interface between bone and screw. The goal of this study was to determine the influence of cortical thickness and load direction at the screw head on the holding strength of monocortical screws. Pullout tests of screws in bovine cortical bone plates of different thicknesses (1–3 mm) were performed. The screw heads were angularly fixated, the same as in an internal fixator. The loading angle was varied from a pullout direction to a shear load acting perpendicular to the axis of the screw. With reduced cortical thickness, a significant linear relationship between the resultant reduction of threads engaged and the screws’ maximum holding strength was observed. The results further showed that shifting the load on the screws from a pullout to a shear direction leads to a significant increase in fixation strength.