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Expandierbare Cages als Wirbelkörperersatz

Biomechanischer Vergleich verschiedener Cages für die ventrale Spondylodese im thorakolumbalen Übergang der Wirbelsäule

Expandable cages: biomechanical comparison of different cages for ventral spondylodesis in the thoracolumbar spine

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Zusammenfassung

Hintergrund

Seit kurzem stehen expandierbare Cages als Wirbelkörperersatz an der thorakolumbalen Wirbelsäule zur Verfügung , es existieren jedoch nur wenige Informationen über ihre biomechanischen Eigenschaften. Ziel dieser Untersuchung war es daher, die biomechanischen Eigenschaften 3 verschiedener expandierbarer Cages mit einem nicht expandierbaren Cage zu vergleichen.

Material und Methoden

32 humane thorakolumbale Wirbelsäulen wurden in Flexion, Extension, axialer Rotation und Seitneigung mit einem nicht destruktiven Testaufbau getestet. Die räumliche Bewegung der Präparate wurde mittels eines optischen Messsystems ermittelt. Als erstes wurden alle Bewegungssegmente im intakten Zustand getestet. Anschließend wurde eine komplette Korporektomie von LWK 1 durchgeführt und die Cages eingebracht. Zusätzlich wurden die Cages mit einer dorsalen sowie einer dorsoventralen Stabilisation mit USS (Synthes) in Kombination mit einer ventralen Platte (LCDCP, Synthes) getestet.

Ergebnisse

Beim Vergleich der biomechanischen Eigenschaften von expandierbaren und nicht expandierbaren Cages wurden keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Im Vergleich zum intakten Bewegungssegment führte eine reine ventrale Stabilisierung mit Cage und Platte zu einem signifikant erhöhten Bewegungsumfang und einer signifikanten Abnahme der Steifigkeit in allen Bewegungsrichtungen. Eine dorsoventrale Stabilisierung (Cage + USS) führte zu einer signifikanten Abnahme des Bewegungsumfangs und zu einer signifikant erhöhten Steifigkeit in allen Bewegungsrichtungen. Die größte Steifigkeit wies die dorsoventrale Stabilisierung mit additiver ventraler Platte auf (Cage + USS + LCDCP Platte).

Schlussfolgerung

Die biomechanischen Ergebnisse zeigen, dass Designvariationen von expandierbaren Cages zum Wirbelkörperersatz nur eine geringe Bedeutung besitzen. Es wurde kein signifikanter biomechanischer Unterschied zwischen expandierbaren und nicht expandierbaren Cages gefunden. Eine alleinige Implantation eines expandierbaren Cages mit einer zusätzlichen ventralen Platte nach Korporektomie konnte die normale Stabilität eines Bewegungssegments nicht wiederherstellen.

Abstract

Introduction

Due to a recent increase in the commercial availability of expandable cages for vertebral body replacement, this study was designed to gain more information about their biomechanical properties. All three expandable cages evaluated in this study are approved for clinical use, but little knowledge about their biomechanical properties exists.

Material and methods

Human thoracolumbar spines (T11 to L3) (n=32) were tested in flexion, extension, axial rotation, and lateral bending with a nondestructive stiffness method. Three-dimensional displacement was measured using an optical measurement system. All motion segments were tested intact. After L1 corporectomy, cages were implanted and the following groups (n=8 each) were tested: (1) meshed titanium cage (nonexpandable cage, DePuy Acromed), (2) X-tenz (expandable cage, DePuy Acromed), (3) Synex (expandable Cage, Synthes), and (4) VBR (expandable cage, Ulrich). Finally, posterior stabilization and posterior-anterior stabilization, both using USS (Synthes), and anterior plating (LCDCP, Synthes) was applied. The mean apparent stiffness values, ranges of motion, and neutral and elastic zones were calculated from the corresponding load/displacement curves.

Results

No significant differences were found between the in vitro biomechanical properties of expandable and nonexpandable cages. Compared to the intact motion segment, isolated anterior stabilization using cages and anterior plating significantly decreased stiffness and increased range of motion in all directions. Additional posterior stabilization significantly increased stiffness and decreased range of motion in all directions compared to the intact motion segment. Combined anterior-posterior stabilization demonstrated the greatest stiffness results.

Conclusion

Design variations of expandable cages for vertebral body replacement do not show any significant effect on the biomechanical results. There was no significant difference found, between the biomechanical properties of expandable and non-expandable cages. After corporectomy, isolated implantation of expandable cages plus anterior plating was not able to restore normal stability of the motion segment. As a consequence, isolated anterior stabilization using cages plus LCDCP should not be used for vertebral body replacement in the thoraco-lumbar spine.

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Abb. 2
Abb. 3a–d

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Danksagung

Wir bedanken uns bei den folgenden Firmen für die Bereitstellung der Implantate: DuPuyAcroMed (Sulzbach, Germany), Synthes (Bochum, Germany), Ulrich (Ulm, Germany).

Interessenkonflikt:

Der korrespondierende Autor versichert, dass keine Verbindungen mit einer Firma, deren Produkt in dem Artikel genannt ist, oder einer Firma, die ein Konkurrenzprodukt vertreibt, bestehen.

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Authors and Affiliations

  1. Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum Charité der Humboldt Universität Berlin, Campus Virchow-Klinikum, Berlin

    C. Khodadadyan-Klostermann, J. Schaefer, Ph. Schleicher, R. Pflugmacher, T. Eindorf, N. P. Haas & F. Kandziora

  2. Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum Charité der Humboldt Universität Berlin, Campus Virchow-Klinikum, Augustenburgerplatz 1, 13353 , Berlin

    C. Khodadadyan-Klostermann

Authors
  1. C. Khodadadyan-Klostermann
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  2. J. Schaefer
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  3. Ph. Schleicher
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  4. R. Pflugmacher
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  5. T. Eindorf
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  6. N. P. Haas
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  7. F. Kandziora
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Khodadadyan-Klostermann, C., Schaefer, J., Schleicher, P. et al. Expandierbare Cages als Wirbelkörperersatz. Chirurg 75, 694–701 (2004). https://doi.org/10.1007/s00104-003-0786-4

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