Biomechanische Testung von Fadenankern zur Fesselung der lateralen Klavikula

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1 Aus dem Zentrum für Operative Medizin der Universität zu Köln Klinik und Poliklinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie Direktor: Universitätsprofessor Dr. med. K. E. Rehm Biomechanische Testung von Fadenankern zur Fesselung der lateralen Klavikula Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Hohen Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln vorgelegt von Alexander Michael Gude aus Überlingen Promoviert am 06. Mai 2009

2 Dekan: Universitätsprofessor Dr. med. J. Klosterkötter 1. Berichterstatter: Privatdozent Dr. med. J. Andermahr 2. Berichterstatter: Universitätsprofessor Dr. rer. nat. J. Koebke Erklärung Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit ohne unzulässige Hilfe Dritter und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe; die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht. Bei der Auswahl und Auswertung des Materials sowie der Herstellung des Manuskriptes habe ich keine Unterstützungsleistungen erhalten. Weitere Personen waren an der geistigen Herstellung der vorliegenden Arbeit nicht beteiligt. Insbesondere habe ich nicht die Hilfe eines Promotionsberaters in Anspruch genommen. Dritte haben von mir weder unmittelbar noch mittelbar geldwerte Leistungen für Arbeiten erhalten, die im Zusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertation stehen. Die Arbeit wurde von mir bisher weder im Inland noch im Ausland in gleicher oder ähnlicher Form einer anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und ist auch noch nicht veröffentlicht. Köln, den 06. Mai 2009

3 Die in dieser Arbeit angegebenen Experimente sind nach entsprechender Anleitung durch Herrn Privatdozent Dr. med. J. Andermahr, ehemals Klinik und Poliklinik für Unfall, Hand- und Wiederherstellungschirurgie der Universität zu Köln, und durch Herrn Universitätsprofessor Dr. rer. nat. J. Koebke, Anatomisches Institut der Universität zu Köln, von mir durchgeführt worden.

4 Meinen lieben Großeltern gewidmet

5 Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Einleitung Anatomie und Biomechanik des Akromioklavikulargelenks Epidemiologie Verletzungsmechanismen Einteilung der AC-Gelenksverletzung Diagnostik Therapie...15 Typ I...15 Typ II...15 Typ III...16 Typ IV, V, VI Komplikationen Prognose Methodik Materialien...23 Fadenanker...23 Fäden...23 Präparate Vorbereitung der Präparate Instron Maschine Versuchsaufbau Versuchsreihen Maximale Belastbarkeit (load to failure) Belastung über 100 Zyklen Belastung über 36 h Zusatzversuche Ergebnisse Maximale Belastbarkeit (load to failure) Arthrex Corkscrew 5.0mm mit FiberWire 5/7.0 metric Arthrex Corkscrew 5.0mm mit PDS 0,7 Kordel Belastung über 100 Zyklen Arthrex Corkscrew 5.0mm mit FiberWire 5/7.0 metric Belastung über 36h Arthrex Corkscrew 5.0mm mit FiberWire 5/7.0 metric Arthrex Corkscrew 5.0mm mit PDS 5/7 metric Zusatzversuche Mitek Fastin RC Anchor 5,0 mm mit Panacryl 2/5 metric Mitek Fastin RC Anchor 5,0 mm mit Orthocord 2/5 metric Mitek Spiralok 5,0 mm mit Panacryl 2/5 metric Mitek Spiralok 5,0 mm mit Orthocord 2/5 metric Mitek Panalok RC Quickanchor mit Panacryl 2/5 metric...66

6 4. Diskussion...67 Eigene Ergebnisse...68 Die Methode...73 Fazit Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Lebenslauf...88

7 Abkürzungsverzeichnis AC- Acromioclavicular- ACG Acromioclaviculargelenk h Stunde kg Kilogramm Lig. Ligamentum Ligg. Ligamenta M. Musculus Mm. Musculi mm Milimeter N Newton Proc. Processus cc korakoklavikulärer Abstand

8 1. Einleitung 1. Einleitung Eine grundlegende Frage in der Unfallchirurgie ist, ob eine Verletzung konservativ therapiert werden kann oder ob eine Operation zu einer besseren Wiederherstellung führt. Häufig erzielen konservative Therapieregimes gute Ergebnisse, andererseits erfordern schlechte konservative Resultate operative Rekonstruktionen. Durch moderne Operationsverfahren und die rasante Entwicklung in der Medizintechnik werden bei immer mehr Verletzungen bessere Ergebnisse durch eine operative Therapie erreicht. Um letztlich valide Aussagen treffen zu können, welches das jeweils überlegene Therapieverfahren ist, müssen Studien nach den heutigen Kriterien der Evidence-Based Medicine angelegt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Sprengung des Akromioklavikulargelenks. Bis heute herrscht nicht in allen Fällen Einigkeit, ob konservativ oder operativ behandelt werden soll. Vor allem der Verletzungstyp Rockwood III führte in den letzten Jahren vermehrt zu Diskussionen. Während in Europa eine Vielzahl an operativen Verfahren entwickelt wurden, etablierte sich im amerikanischen Raum eher die konservative Therapie. Bis zum Jahr 2000 fanden sich aber nur 3 Studien mit hoher Evidenz zum Vergleich der beiden Therapieformen beim Typ Rockwood III [5]. Die höhergradigen Verletzungstypen IV, V und VI werden im Allgemeinen einem operativen Eingriff unterzogen, wohingegen die Typen I und II konservativ behandelt werden [6]. Bei Typ III-Verletzungen werden sowohl die Operation als auch konservative Vorgehensweisen empfohlen. Ein wichtiger Nachteil der konservativen Therapie ist das meist unbefriedigende kosmetische Resultat durch das hervorstehende Schlüsselbein. Dem steht die Operationsnarbe der offen durchgeführten Verfahren gegenüber. Mit einer minimalinvasiven Methode könnte ein besseres kosmetisches Ergebnis unter minimaler Schnittführung erzielt werden. Die Medizintechnik entwickelt fortlaufend neue Implantate, welche neue operative Verfahren ermöglichen. Ein Beispiel sind Fadenanker, die vollständig in den Knochen eingebracht werden und dadurch Fadenmaterialien von 1

9 1. Einleitung höchster Reißfestigkeit am Knochen fixieren. Diese können im Körper verbleiben, weshalb eine Nachoperation zur Metallentfernung entfällt. Trotz der großen Anzahl an entwickelten operativen Methoden zur Behandlung von AC-Gelenksprengungen konnte bis heute kein Verfahren einen eindeutigen Vorteil gegenüber einem konservativen Vorgehen bei Typ III-Verletzungen erzielen. Bei den höhergradigen Verletzungstypen konnte sich zudem bis heute kein Verfahren als Goldstandard etablieren. Deshalb sollten mit neuen Implantaten weitere operative Möglichkeiten entwickelt und überprüft werden. Da sich Fadenanker in der Behandlung von bandhaften Läsionen im Schultergelenk bereits etablieren konnten, scheinen sie generell geeignet, eine gesprengte korakoklavikuläre Verbindung zu rekonstruieren. Der Proc. coracoideus erscheint günstig für die Platzierung des Ankers, da hiervon auch die korakoklavikulären Bänder ausgehen und somit durch den Faden annähernd orthotop ersetzt werden. Durch die Fixierung des Fadens an der Klavikula wird die Verbindung zwischen Schulterblatt und Schlüsselbein wiederhergestellt. In der vorliegenden Arbeit wird geprüft, ob ein Fadenanker in Kombination mit verschiedenen Fäden ein gesprengtes AC-Gelenk ausreichend stabil für eine frühmobilisierende Behandlung rekonstruieren kann. Um die Stabilität einer solchen Versorgung zu prüfen, werden Knochen-Bänder-Präparate nach Simulation einer kompletten AC-Gelenksprengung mit jeweils einem Fadenanker in Kombination mit einem FiberWire, alternativ mit einer PDS- Kordel, stabilisiert und anschließend unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. Die Testungen der Präparate werden im biomechanischen Labor des Anatomischen Instituts der Universität zu Köln mit einer Materialtestmaschine der Firma Instron durchgeführt. 2

10 1. Einleitung 1.1 Anatomie und Biomechanik des Akromioklavikulargelenks Akromion und Klavikula bilden das Akromioklavikulargelenk, synonym als Schultereckgelenk bezeichnet. Die Gelenkflächen sind einerseits die Facies articularis acromialis der Extremitas acromialis der Klavikula und andererseits die Facies articularis clavicularis des Akromions. Diese sind von Geburt an mit hyalinem Knorpel überzogen, welcher sich während der Adoleszenz in Faserknorpel umwandelt [77]. In den meisten Gelenken fand Salter [69] einen unterschiedlich ausgeprägten Discus articularis, am häufigsten in einer unvollständig ausgeprägten meniscoiden Form. Des Weiteren beschrieb er vollständige Disci, vereinzelte fibrocartilaginäre Strukturen oder einen nicht vorhandenen Discus. DePalma [19] untersuchte die Entwicklung des AC-Gelenks und fand vor dem zweiten Lebensjahr eine vollständige fibrocartilaginäre Überbrückung zwischen Klavikula und Akromion ohne echte Gelenkhöhle, an welcher sich schon frühzeitig degenerative Veränderungen nachweisen lassen. Ab dem dritten Lebensjahr bildet sich eine Gelenkhöhle mit vollständigem Discus, welcher sich im Laufe der Jahrzehnte über die meniscoide Form immer weiter zurückbildet, bis er im höheren Alter ganz verschwindet. Parallel dazu treten dann degenerative Veränderungen an den artikulierenden Knochenenden auf. Alasaarela [1] maß für den Gelenkspalt dieser planen Diarthrose im Schnitt 2,6-5 mm, welcher nach Petersson [57] bei Männern nicht größer als 7 mm, bei Frauen kleiner als 6 mm und bei Menschen über 60 Jahren auch nur 0,5 mm betragen kann. Laut Bosworth [11] misst die Gelenkfläche durchschnittlich 9 x 19 mm. Untersuchungen von DePalma [20] ergaben, dass die Ausrichtung der Gelenkflächen in der Frontalebene in den meisten Fällen zwischen einem annähernd vertikalen Verlauf und einem Verlauf von kraniolateral nach kaudomedial bis max 50 zur Vertikalen variiert, wobei die Gelenkfläche der Klavikula die des Akromions überragt. Moseley [53] beschrieb zudem einen entgegengesetzten Verlauf, den sogenannten "underriding type", bei dem das Akromion die Klavikula überragt. 3

11 1. Einleitung Das Gelenk wird durch seine Kapsel, sowie durch Bänder und Muskulatur stabilisiert. Das Lig. acromioclaviculare verstärkt den kranialen Anteil der Gelenkkapsel [70]. Ebenso ist die Gelenkkapsel im kaudalen Bereich verstärkt, u.a. durch Fasern des Lig. coracoacromiale [69]. Das Lig. coracoclaviculare spannt sich zwischen Proc. coracoideus und Klavikula auf. Es besteht aus einem ventralen lateralen Teil, dem Lig. trapezoideum, und einem medialen hinteren Teil, dem Lig. conoideum. Das Lig. trapezoideum entspringt am medialen Rand des horizontalen Anteils des Proc. coracoideus, verläuft schräg nach oben außen und inseriert an der Linea trapezoidea auf der Unterseite der Klavikula. Das Lig. conoideum entspringt an der Basis des Proc. coracoideus, ist annähernd frontal gestellt und inseriert am Tuberculum conoideum an der dorsalen Seite der Klavikula. Zusammen bilden sie einen nach ventral und medial offenen Winkel [40]. Regelmäßig findet sich zwischen beiden Bändern eine Bursa [69]. Laut Bosworth [11] beträgt der korakoklavikuläre Abstand 1,3 cm. Bearden [10] gab eine physiologische Breite von 1,1-1,3 cm an. Zusätzlich wird das Gelenk kranial von Fasern des M. deltoideus und des M. trapezius überspannt, deren gemeinsame Aponeurose in das Lig. acromioclaviculare einstrahlt. Lig. acromioclaviculare und Lig. coracoclaviculare sowie Gelenkkapsel und Muskulatur beschränken den Bewegungsumfang des Gelenks auf sehr geringe Ausmaße. Die hierzu häufig verwendete Zusammenfassung, wonach die horizontale Gelenkstabilität durch das Lig. acromioclaviculare mit der Gelenkkapsel und die vertikale Stabilität durch das Lig. coracoclaviculare gewährleistet werden, erklärt die Komplexität der Bändermechanik nicht vollständig. So wird die horizontale Stabilität durch die Gelenkkapsel mit dem Lig. acromioclaviculare und durch die in die Gelenkkapsel einstrahlenden Fasern der Deltoideus- und Trapeziusaponeurose gesichert. Auch das Lig. conoideum schränkt die Bewegungsausmaße in der Horizontalebene ein. Fukuda [28] zeigte, dass die Bänder, je nach Höhe der auf das Gelenk einwirkenden Kraft, unterschiedliche Anteile an der Gelenksicherung übernehmen. Debski [18] bewies zudem eine wichtige Rolle des Lig. trapezoideum für die horizontale Stabilität. Verrenkungen in kranialer Richtung werden ebenfalls vom Lig. acromioclaviculare und vom Lig. conoideum beschränkt. Der jeweilige Anteil der 4

12 1. Einleitung Bänder zur Gelenksicherung ist hier ebenfalls abhängig von der Höhe der einwirkenden Kraft [18] [28]. Das Lig. trapezoideum verhindert hauptsächlich axiale Bewegungen der Klavikula in Richtung Akromion entsprechend einer Kompression des AC-Gelenks, wohingegen Distraktionen durch das Lig. acromioclaviculare unterbunden werden. Außerdem begrenzen Lig. acromioclaviculare und Lig. conoideum Rotationen der Klavikula um deren Längsachse [28] [65]. Mehrere Autoren untersuchten die maximale Belastbarkeit der Bänder des AC- Gelenks. Für vertikale Belastungen des Lig. coracoclaviculare ergaben sich bei Harris [34] Werte um 500 ± 134 N, bei Costic [16] um 560 ± 206 N und bei Motamedi [54] um 725 ± 231 N. Für horizontale Belastungen ergaben sich bei Eisenhut [22] am Lig. coracoclaviculare Werte bis 1023 ± 303 N und am Lig. acromioclaviculare bis 922 ± 301 N. Funktionell verhält sich das Akromioklavikulargelenk wie ein Kugelgelenk mit eingeschränkter Drehbewegung [70]. Der maximale Bewegungsumfang beträgt bei Bewegungen des Armes in allen Richtungen nur ca. 5-8 [65]. Bei temporären oder dauerhaften Arthrodesen des Akromioklavikulargelenks kommt es daher zu keiner wesentlichen Bewegungseinschränkung im Schultergürtel. 5

13 1. Einleitung 1.2 Epidemiologie Sport- und Verkehrsunfälle sind die wichtigsten Ursachen von AC- Gelenksverletzungen. Besonders häufig sind Hockey-, Fußball-, Handball- und Rugbyspieler betroffen. Zudem treten sie öfter bei Fahrrad- und Motorradunfällen auf. Football, Baseball, Tennis, Skifahren, Judo, Ringen und Voltigieren sind weitere Sportarten, welche im Zusammenhang mit AC- Gelenksverletzungen genannt werden [60, 84]. Männer sind im Verhältnis von 5:1-10:1 häufiger betroffen und die Verletzungen treten oftmals zwischen dem 10. und 30. Lebensjahr auf. Darunter überwiegen Verletzungen vom Typ I, II und III, wohingegen die Verletzungstypen IV, V und VI seltener vertreten sind [65]. 6

14 1. Einleitung 1.3 Verletzungsmechanismen Die direkte Krafteinwirkung bei einem Sturz auf die Schulter mit adduziertem Arm drückt das Akromion nach medial und kaudal unter die Klavikula. Dies wird durch die meist schräge, unter die Klavikula ragende Gelenkfläche des Akromions begünstigt. Dadurch werden zuerst die Gelenkkapsel und das Lig. acromioclaviculare gezerrt. Zerreißen diese, wirkt die Kraft auf die korakoklavikulären Bänder und führt schließlich auch zu deren Ruptur und zu einer Ablösung der Deltotrapezoidfaszie. Sind alle Bänder durchtrennt, sinkt die obere Extremität nach kaudal ab. Die Klavikula wird durch das Sternoklavikulargelenk mit dem Lig. sternoclaviculare und durch den M. trapezius in ursprünglicher oder durch den Muskelzug in leicht angehobener Position gehalten. Auf den Betrachter wirkt die veränderte Anatomie wie ein Hochstand der Klavikula. Es soll aber betont werden, dass es sich vor allem um ein Herabsinken des Arms handelt, der durch das gesprengte AC-Gelenk jegliche gelenkige Verbindung zum Rumpf verloren hat. Trotzdem hat sich der Begriff Klavikulahochstand als Leitsymptom etabliert. Im Rahmen dieses Verletzungsmechanismus sei erwähnt, dass es gleichzeitig auch zu Verrenkungen im Sternoklavikulargelenk und zu Klavikulafrakturen kommen kann, woran diagnostisch gedacht werden muss. Stürze auf den abduzierten ausgestreckten Arm führen über eine Weiterleitung der auftretenden Kräfte durch den Arm zu einem indirekten Trauma des AC- Gelenks. Hierbei werden Verletzungen allein in der Gelenkkapsel und dem Lig. acromioclaviculare verursacht. Die bei diesem Mechanismus auftretende Annäherung von Schulterblatt und Schlüsselbein und die damit einhergehende Verringerung des korakoklavikulären Abstandes verhindert eine Affektion des Lig. coracoclaviculare. Selten beobachtet werden schließlich einerseits Dislokationen der Klavikula nach AC-Gelenksprengung unter den Proc. coracoideus, verursacht durch starke direkte Krafteinwirkung von oben auf die Klavikula bei gleichzeitig 7

15 1. Einleitung abduziertem Arm. Andererseits wird von einer Sprengung des Gelenks während dem Tragen einer schweren Last berichtet [65]. 8

16 1. Einleitung 1.4 Einteilung der AC-Gelenksverletzung Cadenat unterteilte 1917 die Verletzungen des Schultereckgelenks in zwei Typen. Er definierte den inkompletten Typ mit Zerrung der Kapsel und des Lig. acromioclaviculare und den kompletten Typ mit rupturierten Ligg. acromioclaviculare et coracoclaviculare [15]. Tossy formulierte 1963 drei Typen, ebenfalls abhängig vom Zustand der Bänder. Typ I- Verletzungen sind charakterisiert durch die gezerrte, aber intakte Gelenkkapsel mit Lig. acromioclaviculare, Typ II-Verletzungen beschreiben die zerissene Kapsel mit zerissenem Lig. acromioclaviculare bei gezerrtem Lig. coracoclaviculare und Typ III-Verletzungen subsummieren alle komplett gesprengten AC-Gelenke. Um die verschiedenen Ausprägungsgrade bei kompletten Sprengungen noch weiter zu klassifizieren, verbunden mit der Absicht, Therapieregime und Prognose davon abzuleiten, erweitern sowohl Bannister [9] als auch Rockwood [83] die Einteilung um drei weitere Typen. Rockwood unterscheidet die kompletten Gelenksprengungen nach deren Dislokationsausmaß und -richtung. Somit finden sich in seiner Klassifikation insgesamt sechs Typen, unter denen die Typen III und V nach ihrem vertikalen Dislokationsausmaß unterschieden werden, während die Typen IV und VI die sehr seltenen dorsalen bzw. ventro-kaudalen Dislokationen beschreiben. Im Folgenden sollen nochmals alle sechs Typen der erweiterten Tossy- Einteilung nach Rockwood erläutert werden [65]. Typ I - Distorsion des Lig. acromioclaviculare - Intaktes AC-Gelenk - Intaktes Lig. coracoclaviculare - Intakte Mm. deltoideus et trapezius 9

17 1. Einleitung Typ II - Gesprengtes AC-Gelenk - Verbreiterter Gelenkspalt; evtl. geringe vertikale Dislokation im Vergleich zur Gegenseite - Distorsion des Lig. coracoclaviculare - Intakte Mm. deltoideus et trapezius Typ III - Rupturiertes Lig. acromioclaviculare - Rupturiertes Lig. coracoclaviculare - Disloziertes AC-Gelenk mit herabgesunkener oberer Extremität - Korakoklavikulärer Abstand % größer als bei intaktem AC- Gelenk - Mm. deltoideus et trapezius normalerweise von Klavikula abgelöst Typ IV - Rupturiertes Lig. acromioclaviculare - Rupturiertes Lig. coracoclaviculare - Nach dorsal in oder durch den M. trapezius dislozierte Klavikula - Korakoklavikulärer Abstand kann normal erscheinen - Von der Klavikula abgelöste Mm. deltoideus et trapezius Typ V - Rupturiertes Lig. acromioclaviculare - Rupturiertes Lig. coracoclaviculare - Stark disloziertes AC-Gelenk mit coracoclaviculärem Abstand % größer als bei intaktem AC-Gelenk - Von der Klavikula abgelöste Mm. deltoideus et trapezius Typ VI - Rupturiertes Lig. acromioclaviculare - Dislozierte Klavikula entweder unter das Akromion oder unter den Proc. coracoideus - Intaktes Lig. coracoclaviculare beim subakromialen Typ, rupturiertes Lig. coracoclaviculare beim subkorakoidalen Typ - Von der Klavikula abgelöste Mm. deltoideus et trapezius 10

18 1. Einleitung 1.5 Diagnostik Klinisch präsentiert sich die komplette AC-Gelenksprengung mit einer herabhängenden oberen Extremität und einer scheinbar hochstehenden Klavikula. Im Seitenvergleich fällt allerdings auf, dass vor allem die Schulterkontur schlaff herabhängt, wohingegen das Schlüsselbein durch den nun widerstandslosen kranialen Muskelzug allenfalls leicht eleviert, vielmehr seitengleich gehalten wird. Vom Patienten wird der Arm meist adduziert und unterstützend gehalten, um den Zug im Schulterbereich zu reduzieren. Schmerzen sind in Ruhe meist vorhanden und verstärken sich bei jeglicher Bewegung des Arms. Druckschmerz lässt sich über dem AC-Gelenk, im korakoklavikulären Spalt und über dem distalen Ende der Klavikula auslösen. Dabei sollte die gesamte Klavikula abgetastet werden, um eine begleitende Fraktur erfassen zu können. Unter Fixierung der Scapula kann die horizontale und vertikale Instabilität der Klavikula provoziert werden, worunter die kraniokaudale Beweglichkeit als Klaviertastenphänomen bezeichnet wird. Diese klassische Klinik findet sich vor allem bei den Verletzungstypen III und V. Der Typ II ist vorrangig charakterisiert durch eine isolierte horizontale Instabilität bei eventuell vorhandener leichter Stufe zwischen Akromion und Klavikula. Dies erklärt sich durch die intakten korakoklavikulären Bänder, die eine vollständige Luxation verhindern. Bei Typ I-Verletzungen sind ausschließlich Schmerzen und eine Schwellung über dem stabilen Gelenk anzutreffen. Bei Gelenksprengungen vom Typ IV ist hauptsächlich die nach dorsal dislozierte Klavikula auffällig, Typ VI-Verletzungen stellen sich dagegen andersartig dar. Ausgehend vom Akromion findet sich nach medial eine Einsenkung, die bei einer subkorakoidalen Dislokation bis auf den Proc. coracoideus reicht. Hinweisend auf das massive Trauma, dass diesem Verletzungstyp zu Grunde liegt, müssen weitere Verletzungen wie Klavikulafraktur, Rippenfraktur sowie ein affektierter Plexus brachialis ausgeschlossen werden [65]. 11

19 1. Einleitung An erster Stelle der Bildgebung steht die native Röntgenaufnahme in zwei Ebenen. Um das AC-Gelenk klar abzubilden, sind um 50% geringere Strahlendosen als bei einer Schulteraufnahme nötig [65]. Bei der klassischen a.-p.-aufnahme wird der Patient im Stehen oder Sitzen mit nicht unterstützten, herabhängenden Armen geröntgt. Dabei sollten möglichst beide AC-Gelenke in einer Aufnahme zum Seitenvergleich dargestellt werden. Um Frakturen, vor allem aber auch Dislokationen der Klavikula in der horizontalen Ebene sicher zu erfassen, ist eine Aufnahme in einer zweiten Ebene nötig, welche beispielsweise transaxillär erfolgen kann. Patienten, bei denen der Verdacht auf eine komplette AC-Gelenksprengung besteht, die aber weder klinisch noch in der oben besprochenen Bildgebung nachgewiesen werden kann, sind einer a.-p.-aufnahme mit Belastung zu unterziehen. Dazu werden Gewichte um die Handgelenke der herabhängenden Arme gelegt. Um dabei jeglichen Muskelzug zu vermeiden, sollen diese vom Patienten nicht aktiv gehalten werden. Dadurch wird die Dislokation der Klavikula gegenüber dem Akromion provoziert [65]. Eine horizontale Instabilität kann in einer Aufnahmetechnik nach Alexander [2] zusätzlich nachgewiesen werden, sie hat aber für die Klassifikation keine weitere Konsequenz. Da in der horizontalen a.-p.-aufnahme oft der kaudale Anteil des AC-Gelenks und die Spina scapulae übereinander projiziert werden, empfahl Zanca [86] eine modifizierte nach kranial geneigte a.-p.-aufnahme, wodurch das AC-Gelenk überlagerungsfrei einsehbar wird. Diese Aufnahme ist speziell zum Ausschluss von gelenknahen Frakturen und Absplitterungen geeignet. Zur Interpretation der Aufnahmen sei erwähnt, dass sich die Schultereckgelenke gesunder Individuen stark voneinander unterscheiden können, so dass die erkrankte Seite immer mit der gesunden Seite verglichen werden muss, um pathologische Zustände sicher zu diagnostizieren. Die physiologische Weite des Gelenkspaltes bewegt sich zwischen 0,5-7 mm beim Mann bzw. zwischen 0,5-6 mm bei der Frau [57]. Der korakoklavikuläre Abstand misst laut Bosworth [11] 1,3 cm. Bearden [10] definierte den physiologischen Abstand von 1,1 bis 1,3 cm. Die Rockwood-Einteilung definiert eine komplette AC-Gelenksprengung ab einem im Vergleich zur Gegenseite um mindestens 25 % vergrößerten korakoklavikulären Abstand [65]. 12

20 1. Einleitung Im Folgenden sind die radiologischen Befunde entsprechend den einzelnen Verletzungstypen aufgeführt: Typ I - Leichte Schwellung der Weichteile, ansonsten unauffällige Aufnahme Typ II - Erweiterter Gelenkspalt - Eventuell leichte kraniale Dislokation der Klavikula - Belastungsaufnahmen zeigen einen normalen korakoklavikulären Abstand Typ III - Pathologisch erweiterter korakoklavikulären Spalt >25 % im Vergleich zur Gegenseite - Unklare Fälle werden unter Belastung erneut geröntgt, um die gesprengte korakoklavikuläre Verbindung zu erfassen Typ IV - Hauptbefund ist die nach dorsal dislozierte Klavikula in der transaxillären Aufnahme Typ V - Pathologisch erweiterter korakoklavikulärer Abstand >100 % im Vergleich zur Gegenseite Typ VI - Nach kaudal dislozierte Klavikula entweder unter das Akromion oder unter den Proc. coracoideus Sonographisch lassen sich die knöchernen Strukturen (laterales Klavikulaende, Akromion, Proc. coracoideus), die Gelenkkapsel sowie die Mm. deltoideus et trapezius und die zugehörigen Faszien mit deren Insertionsstellen darstellen. Lig. acromioclaviculare, Lig. coracoclaviculare und der Discus articularis können dagegen nur unzureichend erfasst werden. So lassen sich sonographisch die Weite des AC-Gelenks und der korakoklavikuläre Abstand bestimmen. Ein Gelenkerguss wird problemlos sichtbar und die Integrität des Delta- und Trapezmuskels ist beurteilbar, wobei auch Einblutungen in die Muskulatur 13

21 1. Einleitung dargestellt werden können. Eine horizontale Instabilität ohne Dislokation kann unter manueller Provokation gesichert werden. Um vor allem die Weichteilschäden diagnotisch mit zu erfassen, empfiehlt sich eine Kombination von röntgenologischer und sonographischer Diagnostik [36]. Computertomographische Aufnahmen sind bei Verdacht auf multiple knöcherne Verletzungen indiziert, wie sie zum Beispiel bei Rockwood VI-Verletzungen zu erwarten wären. Die Kernspintomographie kann Fragen zu degenerativen Prozessen am AC-Gelenk klären. Beide Verfahren sind jedoch für die Diagnostik im Rahmen einer traumatischen isolierten Schultereckgelenksverletzung zweitrangig. 14

22 1. Einleitung 1.6 Therapie Die Therapie der Schultereckgelenksverletzung lässt sich weitgehend von der Klassifikation ableiten. Typ I Typ I-Verletzungen werden konservativ mit Schonung, Kälteapplikation und Analgesie nach Bedarf behandelt. Eine sofortige Beübung der Schulter erscheint zum Erhalt der Beweglichkeit sinnvoll. Stärkere Belastungen und sportliche Aktivitäten sollten der Schulter erst bei Schmerzfreiheit und uneingeschränkter Beweglichkeit zugemutet werden, womit in der Regel nach ca. 2 Wochen gerechnet werden kann [6, 12, 65]. Typ II Bei Typ II-Verletzungen empfehlen die meisten Autoren ebenfalls eine konservative Therapie [6, 12, 32, 40, 62, 65, 75]. Wird eine Heilung ohne Stufe zwischen Schlüsselbein und Schulterblatt angestrebt, ist eine Immobilisation und Redressierung der Klavikula auf Höhe des Akromions bis zu 6 Wochen nötig, um eine entsprechende Heilung der Bänder zu gewährleisten. Diese Therapie ist für den Patienten anstrengend und kann zudem keine Garantie für eine Heilung ohne Gelenkstufe geben. Daher wurde diese Therapievariante weitgehend verlassen. Stattdessen wird mit einer Ruhigstellung der Schulter über 1-2 Wochen und leichter Beübung zum Erhalt der Beweglichkeit initial behandelt. Anschließend wird der Arm für Aktivitäten des täglichen Lebens freigegeben und parallel physiotherapeutisch angegangen. Hierbei kann eine verbleibende Subluxation im AC-Gelenk allerdings nicht verhindert werden. Höhere Belastungen und Sport sollten frühestens nach 6 Wochen wieder aufgenommen werden [65]. Andere Autoren [43, 49, 50] sehen bei Typ II-Verletzungen, aufgrund der Subluxation, die Gefahr zur Entwicklung einer posttraumatischen Arthrose und raten besonders hier zur operativen Versorgung. 15

23 1. Einleitung Typ III Über die Behandlung von kompletten AC-Gelenksprengungen herrscht bis heute Uneinigkeit. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass es an aussagekräftigen prospektiven Studien mangelt. Etliche Artikel über operative und konservative Behandlungsverfahren sind veröffentlicht. Darunter scheinen beide Therapieoptionen vergleichbare Ergebnisse zu erbringen. Im letzten Jahrhundert wechselten sich Empfehlungen zur operativen und konservativen Therapie ab. Anfang der 90er Jahre stellte Cox [17] fest, dass in Nordamerika zu dieser Zeit die Mehrzahl der Behandler Typ III-Verletzungen konservativ therapierten, wohingegen in Deutschland nach einer Umfrage im Jahr 2001 in den meisten Fällen eine operative Versorgung angestrebt wurde [6]. Bäthis [5] erstellte zu diesem Thema im Jahr 2000 eine Literaturarbeit, wobei er auf die verfügbaren Studien die Kriterien der Evidence-Based Medicine anwandte. Der Fokus lag dabei auf Verletzungen vom Typ III. Die Voraussetzungen für Evidenzklasse A (hohe Evidenz) erfüllten dabei nur 3 Studien [8, 38, 46]. Die funktionellen Ergebnisse nach konservativer und operativer Therapie waren in diesen Studien vergleichbar. Kürzere Rehabilitationszeiten und weniger Komplikationen stützen den konservativen Ansatz. Kosmetische Probleme ergeben sich einerseits durch einen persistierenden Klavikulahochstand nach konservativer, aber auch aufgrund der Narbe nach operativer Behandlung und müssen individuell zur Therapieentscheidung beitragen. Auch in allen anderen von Bäthis ausgewerteten Studien in der Evidenzklasse B (ausreichende Evidenz) konnte kein entscheidender Unterschied zwischen operierten und funktionell behandelten Patienten gefunden werden. Im selben Jahr veröffentlichte Fremery [26] ebenfalls eine Literaturauswertung zum Vergleich der beiden Therapieansätze. Auch er kam zu dem Fazit, dass bei Typ III-Verletzungen die konservative Therapie hinsichtlich posttraumatischer Schmerzen, Schulterfunktion und Kraft zu gleichwertigen Ergebnissen wie die Operation führt. Da die operative Therapie mit einer höheren Komplikationsrate, längerer Rehabilitationszeit und höheren Kosten einhergeht, wird zum konservativen Vorgehen geraten. Hier wurde ebenfalls auf die kosmetischen Probleme aufgrund des Klavikulahochstandes und der 16

24 1. Einleitung Operationsnarbe hingewiesen, wobei auch nach Operationen sekundäre Dislokationen beobachtet wurden bestätigte er die oben aufgeführten Argumente durch eigene Ergebnisse [27]. Auch Broos [14] sprach 2001 die Empfehlung zur konservativen Therapie aus und verwies darauf, dass eine anatomische Reposition keineswegs zwangsläufig mit besseren klinischen Ergebnissen einhergeht. Vielmehr zeigten sich hier vermehrt Komplikationen wie erhöhte postoperative Schmerzen, eingeschränkte Beweglichkeit und später vermehrt Verkalkungen. Weitere Autoren [12, 21, 33, 47, 59, 63, 75] empfehlen die konservative Therapie. Press [60], Tibone [76] und Wojtys [85] untersuchten Kraft und Ausdauer nach konservativer und operativer Therapie und fanden keine signifikanten Unterschiede bzw. Schwächen im Vergleich zur gesunden Gegenseite. Die zwei am häufigsten angewandten konservativen Vorgehensweisen sind einerseits die initiale Reposition der Klavikula auf die Höhe des Akromions und deren anschließende Retention mit einem Geschirr über 6 Wochen, mit dem Ziel einer stufenlosen Heilung. Dies erfordert eine hohe Compliance des Patienten, eine anatomische Heilung kann nicht sicher erreicht werden [85], Schädigungen an der Haut [60, 65] werden beobachtet und schließlich ergeben sich Probleme durch die lange Ruhigstellung der Schulter. Alternativ wird der Arm über 1-2 Wochen in einer Schlinge geschont. Schon innerhalb der ersten Tage wird mit leichter Beübung der Schulter zum Erhalt der Beweglichkeit begonnen, gefolgt von einer intensiven funktionellen Weiterbehandlung. Unter dieser Therapie muss allerdings die dauerhafte Luxationsstellung im AC-Gelenk in Kauf genommen werden [65]. Die verbleibende Dislokation hat aber keinen negativen Einfluss auf das Ergebnis, wenn sie nicht zu groß ist [64]. Laut Bannister [8] sollte der Versatz zwischen Akromion und Klavikula nicht mehr als 2 cm betragen. Ist die Dislokation größer, profitieren die Patienten von einer Operation. Diese Subgruppe bei Bannister [8, 9] entspricht annähernd dem Typ V und stimmt dadurch auch mit den Empfehlungen anderer Autoren [12, 26, 41] überein, wonach Rockwood IV, V und VI-Verletzungen operativ behandelt werden sollten. 17

25 1. Einleitung Auch von weniger zufriedenstellenden Ergebnissen nach konservativer Therapie wird berichtet [35, 38, 85]. Hedtmann [35] fand eine Häufung schlechter Ergebnisse bei Patienten mit Verletzungen der Deltotrapezoidfaszie und sieht dies als Indikation zur operativen Intervention. Bei jungen Patienten, Sportlern, körperlich schwer arbeitenden und auch körperlich aktiven älteren Patienten mit frischer Verletzung vom Typ III sieht Rockwood [65] die Indikation zur operativen Intervention. Durch eine operative Rekonstruktion kann bei dieser Patientengruppe eine auf Dauer stabilere Konsolidierung mit größerer Widerstandsfähigkeit der Schulter erzielt werden. Auch Haas [32] rät zu einer individuellen Therapieentscheidung je nach Anforderungen an die Schulter. Im 20. Jahrhundert werden eine Vielzahl von Methoden zur operativen Therapie beschrieben. Diese lassen sich größtenteils vier Hauptgruppen zuordnen [65]: (1) Intraartikuläre akromioklavikuläre Rekonstruktionen mit Pins, Drähten und Schrauben, die von lateral durch das Akromion transartikulär in die Klavikula eingebracht werden können. Ebenso werden Platten in einer offenen Operation zur Retention des AC-Gelenks eingebracht [24, 25, 30, 72, 73, 80]. Zusätzlich erfolgt bei einigen Verfahren die Naht des Lig. acromioclaviculare. (2) Korakoklavikuläre Rekonstruktionen mit Schrauben, Cerclagen, Fäden und autologem Bandersatz. Diese stellen die durchtrennte Verbindung zwischen Proc. coracoideus und Klavikula wieder her [11, 31, 32, 44, 52, 66-68, 74, 79, 81, 82]. Teilweise erfolgt die Naht des Lig. coracoclaviculare. Auch Kombinationen von (1) und (2) finden Anwendung [4, 30, 33, 37, 43, 49, 51, 61, 62]. (3) Exzision des lateralen Klavikulaendes mit oder ohne Rekonstruktion des Lig. coracoclaviculare [40], mittlerweile auch arthroskopisch durchführbar [40, 56]. 18

26 1. Einleitung (4) Dynamischer Muskeltransfer des M. coracobrachialis und des Caput breve des M. biceps brachii zur Klavikula mit oder ohne Exzision des lateralen Klavikulaendes. Kiefer [42] berichtete 1986 nach biomechanischen Untersuchungen zu Methoden unter (1) von einer Drahtzuggurtung als stabilstes Rekonstruktionsverfahren. Dies konnte durch Untersuchungen von Lancaster [45] gestützt werden. Jerosch [41] suchte unter den Methoden zu (2) die stabilste Rekonstruktion. Dabei fand sich generell eine gute vertikale Stabilität, jedoch nur bei zwei Methoden, einer Bosworth-Schraube und einer Fadenanker-Methode, auch eine befriedigende horizontale Stabilität. Er favorisierte abschließend die Fadenanker-Methode, kombiniert mit einem medialen Loch durch die Klavikula zur Fadenführung. Baker [7] untersuchte die Gelenkstabilität nach einer Rekonstruktion durch eine korakoklavikuläre Schlinge. Wenn dabei der Faden durch einen ventralen transklavikulären Bohrkanal geführt wurde, konnte eine gute horizontale Stabilität erreicht werden. Die Resektion des distalen Klavikulaendes sollte nur bei alten, symptomatischen AC-Gelenksverletzungen zur Anwendung kommen [55, 65]. Der dynamische Muskeltransfer hat sich deutlich weniger durchgesetzt. Einige Autoren [40, 48, 72, 78] weisen auf die Wichtigkeit der Versorgung der Deltotrapezoidfaszie für die Stabilität des AC-Gelenks hin. Typ IV, V, VI Aufgrund der massiven Dislokation werden die Typen IV - VI überwiegend operativ behandelt [6, 8, 9, 12, 26, 41, 47, 55, 65]. Beim Typ IV ist zu bedenken, dass das laterale Klavikulaende im M. trapezius feststecken kann und reponiert werden muss. Alle publizierten Typ VI-Verletzungen wurden nach missglückten Repositionsversuchen operativ behandelt [65]. Die Operationstechnik ist identisch mit den beschriebenen Methoden bei Typ III-Verletzungen. 19

27 1. Einleitung 1.7 Komplikationen Verkalkungen im korakoklavikulären Spalt treten regelmäßig nach AC- Gelenksverletzungen auf, sowohl nach konservativer wie auch nach operativer Therapie. Ein Einfluss auf das funktionelle Ergebnis konnte bisher nicht nachgewiesen werden [65]. Osteolysen des distalen Endes der Klavikula sind beschrieben und treten bei akuten Verletzungen sowie nach rezidivierenden Traumata auf. Ebenfalls wird von Pseudarthrosen nach assoziierten Klavikulafrakturen berichtet [65]. Weichteileinklemmungen ins AC-Gelenk, Einsteifungen im Schulterbereich aufgrund Immobilisation, Hautulzerationen durch Geschirre zur Retention, eine persistierende Gelenkstufe und eine posttraumatische Arthrose mit chronischen Schmerzen sind weitere mögliche Komplikationen nach konservativer Therapie [65]. Chronischen Schmerzen kann konservativ mit antiinflammatorischen Medikamenten, Wärmeapplikation und intraartikulären Steroidinjektionen begegnet werden. Versagen die konservativen Ansätze, bleibt die Resektion des distalen Klavikulaendes [65]. Fremerey [27] sieht einen Zusammenhang zwischen dauerhafter Subluxation und dem Auftreten einer posttraumatischen Arthrose. Gelegentlich treten bei akuten AC-Gelenksverletzungen zusätzliche Frakturen von Klavikula, Akromion oder des Proc. coracoideus auf. Verletzungen des Plexus brachialis sowie Zerreißungen des skapulothorakalen Gelenks sind selten [65]. Wund- und Gelenkinfektionen, Osteomyelitis, Substanzverluste am Knochen durch Implantate und Fäden, Frakturen durch Implantatlöcher, Migration von Drähten, Implantatversagen und sekundäre Dislokation des AC-Gelenks durch Versagen der Weichteilrekonstruktion sind Komplikationen, die nach einem operativem Vorgehen auftreten können. Desweiteren muss an die teilweise nötige Metallentfernung gedacht werden [65]. 20

28 1. Einleitung 1.8 Prognose Nach Typ I-Verletzungen genesen fast alle Patienten vollständig ohne weitere Beschwerden. Auch Typ II-Verletzungen heilen meist komplett aus, jedoch sehen einige Autoren [43, 49, 50] die verbleibende Subluxationsstellung als Risikofaktor für die Entstehung einer posttraumatischen Arthrose mit chronischen Schmerzen an. Nach vollständigen AC-Gelenksprengungen vom Typ III - VI werden ebenfalls gute Ergebnisse mit operativen und konservativen Methoden erreicht. Hierbei treten Bewegungseinschränkungen, Kraftminderungen und persistierende Schmerzen nach einer kompletten Gelenksprengungen häufiger auf als nach einer inkompletten. Kosmetische Probleme ergeben sich durch das prominente Schlüsselbeinende, welches nach konservativer als auch nach operativer Therapie persistieren bzw. wiederauftreten kann und aus den operationsbedingenten Narben [65]. Haas [32], Press [60] und Rockwood [65] empfehlen deshalb eine individuelle Therapieplanung, je nach Arbeitsbedingungen, Lebensgewohnheiten und persönlichen Ansprüchen des Patienten. 21

29 2. Methodik 2. Methodik Ziel dieser Untersuchung ist, ob mit dem Arthrex Corkscrew Suture Anchor 5.0, kombiniert mit einem Arthrex FiberWire 5/7.0 bzw. mit einer Ethicon PDS 0,7 Kordel, ein komplett gesprengtes AC-Gelenk stabil rekonstruiert werden kann. Dazu werden Knochen-Bänder-Präparate nach einer simulierten Gelenksprengung mit den oben genannten Implantaten versorgt und anschließend auf ihre Belastbarkeit geprüft. Die formalinfixierten menschlichen Präparate bestehen aus Schlüsselbein und Schulterblatt mit intaktem AC-Gelenk. Nach Durchtrennung der Gelenkkapsel, des Lig. acromioclaviculare und des Lig. coracoclaviculare ist das AC-Gelenk einer kompletten traumatischen Sprengung entsprechend präpariert. Nun wird ein Fadenanker in den Proc. coracoideus eingebracht. Durch den somit fixierten Faden kann die korakoklavikuläre Verbindung wiederhergestellt werden. Nach entsprechender Vorbereitung werden die Präparate mit einer Materialtestmaschine der Firma Instron getestet. Alle Daten werden mit einem an die Testmaschine gekoppelten PC aufgezeichnet und durch manuelle Messungen sowie eigene Beobachtungen erhoben. Die dafür ausgearbeiteten und im Folgenden dargestellten Experimente werden im biomechanischen Labor des Anatomischen Instituts der Universität zu Köln durchgeführt. 22

30 2. Methodik 2.1 Materialien Fadenanker In dieser Studie wird der Corkscrew Suture Anchor der Firma Arthrex (im Folgenden nur Corkscrew genannt) verwendet. Der Fadenanker besteht aus einer Titanlegierung und hat einen Durchmesser von 5,0 mm bei einer Länge von 15,5 mm. Fadenanker werden zur Fixation von Fäden am Knochen verwendet, beispielsweise zur Naht der Rotatorenmanschette. Abb. 2.1 Arthrex Corkscrew Suture Anchor 5,0 mm Fäden Der FiberWire 5/7.0 metric der Firma Arthrex (im Folgenden nur FiberWire genannt) ist ein nichtresorbierbarer geflochtener Faden mit einem Durchmesser von 0,7 mm, gefertigt aus Polyethylen- und Polyesterfäden. Die Knotenreißfestigkeit wird von Arthrex mit 301,2 N angegeben. 23

31 2. Methodik Die PDS 0,7 Kordel der Firma Ethicon (im Folgenden nur PDS-Kordel genannt) ist ein resorbierbarer geflochtener Faden mit einem Durchmesser von 0,7 mm, gefertigt aus Poly-(p-dioxanon)-Filamenten. Die Ausgangsreißfestigkeit wird von Ethicon mit 220 N angegeben. Präparate Für die Versuche werden formalinfixierte Knochen-Bänder-Präparate von männlichen und weiblichen menschlichen Leichen zwischen Jahren mit einem Durchschnittsalter von 81 Jahren verwendet. Die Präparate enthalten Scapula und Klavikula mit intaktem AC-Gelenk und werden vom Anatomischen Institut der Universität Köln zur Verfügung gestellt. 24

32 2. Methodik 2.2 Vorbereitung der Präparate Das Lig. coracoclaviculare wird vollständig und die Gelenkkapsel bis auf ihren kranialen Anteil durchtrennt. Die Klavikula wird am restlichen Kapselanteil hängend nach lateral geklappt. Um die Form des Proc. coracoideus überschaubar darzustellen, sind noch anhaftende Bänder- und Gewebereste zu entfernen. Dann wird eine Corkscrew, bestückt mit einem FiberWire oder einer PDS-Kordel, von oben senkrecht in die Basis des Proc. coracoideus eingebracht. Die Stelle ist so gewählt, dass sich der Fadenanker vollständig und sicher im Knochen platzieren lässt. Abb. 2.2 Durch Fadenanker fixierte PDS-Kordel im Proc. coracoideus Ist das Schlüsselbein in seine ursprüngliche Position zurückgeklappt, wird oberhalb des Fadenankers ein horizontaler transklavikulärer Bohrkanal angelegt. Um ein Durchschneiden oder Brechen des Kanals während der Versuche feststellen zu können, werden alle Bindegewebsreste in unmittelbarer Nähe entfernt. Ein Ende des fixierten Fadens wird von dorsal durch den Bohrkanal gezogen. 25

33 2. Methodik Abb. 2.3 Transklavikulärer Bohrkanal mit hindurchgezogener PDS-Kordel Anschließend werden beide Fadenenden ventral der Klavikula mit drei überkreuzten Knoten fest verbunden und der Faden wird unmittelbar nach dem Knoten farbig markiert, um ein Durchrutschen des Knotens während den Versuchen sichtbar zu machen. Abb. 2.4 Ventral des Schlüsselbeins verknotete Fadenenden 26

34 2. Methodik Um Veränderungen des korakoklavikulären Abstandes durch die Belastungen messbar zu machen, wird direkt oberhalb des Proc. coracoideus ein Kirschnerdraht in horizontaler Stellung in die Klavikula eingebracht. Dadurch ist es möglich, den Abstand zwischen der Unterkante des Kirschnerdrahts und der Oberkante des Proc. coracoideus jeweils vor und nach den Versuchen zu messen. Somit kann beurteilt werden, ob sich dieser Abstand durch die Belastungen vergrößert. Abb. 2.5 Kirschnerdraht im Schlüsselbein oberhalb des Proc. coracoideus Anschließend wird die Scapula unterhalb der Cavitas glenoidalis horizontal durchtrennt und der kaudale Anteil verworfen. Dadurch kann das Präparat am Glenoid in einem Schraubstock fixiert werden, welcher anschließend in der Testmaschine positioniert wird. 27

35 2. Methodik Röntgenaufnahmen des rekonstruierten AC-Gelenks mit einem Fadenanker im Proc. coracoideus und der transklavikulären Fadenschlinge in zwei Ebenen. Abb. 2.6 Strahlengang a.-p. durch die Scapula 28

36 2. Methodik Abb. 2.7 Seitlicher Strahlengang durch die Scapula 29

37 2. Methodik 2.3 Instron Maschine Bei der Materialtestmaschine handelt es sich um ein Produkt der Firma INSTRON Limited Coronation Road High Wycombe, UK Model: 5565 Seriennummer: H1703 Der daran gekoppelte PC ist mit der Software MERLIN, Version: V2018, Seriennummer 9921 ausgestattet. Die Maschine steht im biomechanischen Labor des Anatomischen Instituts der Universität zu Köln. Am Boden der Maschine fixierte Materialien können durch die steuerbare Traverse auf Zug belastet werden. Zur Kräftemessung befindet sich in der Traversenmitte eine sogenannte Load Cell, die mit dem zu testenden Präparat verbunden werden muss. Mit dem PC wird sowohl die Maschine gesteuert, als auch die gemessenen Daten verarbeitet. Zusätzlich befindet sich an der rechten Seite der Maschine ein Bedienpult zur manuellen Steuerung. 30

38 2. Methodik Abb. 2.8 Materialtestmaschine der Firma Instron 31

39 2. Methodik 2.4 Versuchsaufbau Die Präparate werden nun am Glenoid in einer möglichst anatomischen Position in einen Schraubstock eingespannt. Dieser wird mit Hilfe zweier Schraubzwingen an einem Metallgestänge auf dem Boden der Testmaschine befestigt. Dabei ist die räumliche Anordnung derart zu arrangieren, dass die Traversenmitte mit der zur Kräftemessung nötigen Load Cell genau über dem AC-Gelenk positioniert werden kann. Durch einen kräftigen Metallschäkel und zwei S-Haken aus Edelstahl wird die Klavikula mit der Load Cell verbunden. Dabei umgreift jeweils ein S-Haken das Schlüsselbein medial und lateral von der eingebrachten korakoklavikulären Verbindung. Durch Aufwärtsfahren der Traverse kann nun die Rekonstruktion unter Zug gesetzt werden. Abb. 2.9 In die Instron Maschine eingespanntes Präparat Die Testmaschine ist an einen PC gekoppelt, worüber der Versuchsablauf konfiguriert und die gemessenen Daten automatisch aufgezeichnet werden. 32

40 2. Methodik In einigen Versuchsreihen wird jeweils vor und nach der Belastung der korakoklavikuläre Abstand bestimmt. Zur Markierung des Messpunktes am Schlüsselbein wird ein Kirschnerdraht direkt oberhalb des Proc. coracoideus von ventral in die Klavikula eingebracht. Es wird dann der Abstand zwischen der Unterseite des Kirschnerdrahtes am Eintritt ins Schlüsselbein und des im Lot darunter liegenden Punktes am Proc. coracoideus mittels einer Schieblehre gemessen. Dies erfolgt jeweils unter einer Zugbelastung der Präparate mit 10 N. Dadurch sollen eventuelle, durch die Belastung ausgelöste Veränderung am Präparat, die zu einer Vergrößerung des korakoklavikulären Abstandes führen, erfasst werden. Denkbar wären beispielsweise eine Dehnung des Fadens oder ein Wandern des Fadenankers im Knochen. Diese Abstandsmessung wird alternativ zum radiologisch bestimmten korakoklavikulären Abstand gewählt, da die Positionierung einer Röntgenquelle um den Versuchsaufbau nicht möglich ist. 33

41 2. Methodik 2.5 Versuchsreihen Um die Stabilität der wiederhergestellten korakoklavikulären Verbindung mittels einer Corkscrew, kombiniert mit einem FiberWire oder einer PDS-Kordel, ausreichend beurteilen zu können, werden drei Versuchsreihen mit unterschiedlichen Belastungen erstellt. Die dazu durch die Instron-Maschine applizierten Kräfte wirken durch den kranial gerichteten Zug ausschließlich in der Vertikalen auf die Präparate. Die Versuchsreihen variieren dabei in den Dimensionen Kraft und Zeit. Alle zur Verfügung stehenden Präparate werden in einem Bottich mit Fixationslösung aufbewart. Vor jedem Versuch wird ein Präparat ohne vorherige Begutachtung aus dem Bottich gezogen, womit eine zufällige Auswahl gewährleistet wird. In der ersten Versuchsreihe werden die Präparate auf ihre maximale Belastbarkeit in der Dimension Kraft geprüft. Ausgehend von diesen Daten werden die weiteren Versuche mit definierten Kräften innerhalb der erreichten Werte über unterschiedliche Zeiträume durchgeführt. Die einzelnen Versuchsreihen und deren Parameter sind im Folgenden erläutert. 1. Maximale Belastbarkeit (load to failure) Es wird die maximale Belastbarkeit der rekonstruierten korakoklavikulären Verbindung in der Dimension Kraft ermittelt. Dazu werden die Präparate, wie im Kapitel 2.4 beschrieben, in der Instron-Maschine fixiert und mit der Traverse verbunden. Die Traverse fährt mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/min aufwärts. Dadurch übt sie eine vertikale, vom Präparat aus gesehen kranial gerichtete Kraft auf die Klavikula und somit auch auf die von den Implantaten wiederhergestellte Verbindung zwischen Schlüsselbein und Schulterblatt aus. Die applizierte Kraft wird kontinuierlich bis zum Präparatversagen gesteigert. Die ansteigende Kraft und deren zeitlicher Verlauf werden durch die an der Traverse befindliche Load Cell gemessen und im PC numerisch und graphisch 34

42 2. Methodik aufgezeichnet. Es werden 10 Präparate mit einer Corkscrew/FiberWire- Kombination getestet. 2. Belastung über 100 Zyklen Durch die folgenden Versuche soll eine frühmobilisierende Nachbehandlung simuliert werden. Dazu werden die Präparate über 100 Zyklen mit Kräften zwischen N bei einer Traversengeschwindigkeit von 7 mm/min belastet. Der gewählte Kraftbereich entspricht dabei annähernd dem Gewicht eines Arms und den während einer funktionellen Nachbehandlung auftretenden Belastungen [13, 16]. Jeweils vor und nach der Testung wird der korakoklavikuläre Abstand gemessen. Dadurch sollen durch die Belastung verursachte Veränderungen an den Knochen oder Implantaten wie eine Dehnung des Fadens oder ein Wandern des Fadenankers im Knochen erfasst werden. Der Abstand wird jeweils unter einer Belastung mit 10 N gemessen. Als Messpunkte dienen einerseits die Unterseite des Kirschnerdrahtes am Eintritt ins Schlüsselbein und andererseits der im Lot darunter liegende Punkt am Proc. coracoideus. Der Kraftverlauf wird durch die Load Cell gemessen und im PC numerisch und graphisch aufgezeichnet. Es werden 10 Präparate mit einer Corkscrew/FiberWire-Kombination getestet. 3. Belastung über 36 h Um die Widerstandsfähigkeit über einen längeren Zeitraum als in der vorangegangenen Versuchsreihe zu prüfen, werden die folgenden Präparate über 36 h belastet. Dadurch soll ebenso wie in der vorherigen Versuchsreihe die während einer frühmobilisierenden Nachbehandlung auftretende Beanspruchung simuliert werden. Da alle Präparate aus Versuchsreihe 2 der Belastung problemlos standgehalten haben, werden nun auch höhere Kräfte appliziert. Diese werden erneut zyklisch zwischen einem oberen und einem unteren Kraftniveau übertragen. Jeweils 2 Präparate werden in den Bereichen N, N und N bei einer Traversengeschwindigkeit von 7 mm/min getestet. Hat ein Präparat der Belastung über 36 h standgehalten, wird der Versuch beendet. Auch in dieser Versuchsreihe wird jeweils vor und nach der 35

43 2. Methodik Durchführung der korakoklavikuläre Abstand unter einer Belastung mit 10 N gemessen, um Veränderungen an den Präparaten oder Implantaten festzuhalten. Der Kraftverlauf wird durch die Load Cell gemessen und im PC numerisch und graphisch aufgezeichnet. Es werden 6 Präparate mit einer Corkscrew/FiberWire-Kombination getestet. Zu Beginn der Versuche stehen ausschließlich die Corkscrew-Fadenanker sowie der FiberWire zur Verfügung. Davon ausgehend werden die oben genannten Versuchsreihen mit den entsprechenden Stichproben geplant und durchgeführt. Erst danach wird zur Gegenüberstellung eine begrenzte Anzahl (n=12) an PDS-Kordeln bereitgestellt, welche nur eine kleinere Stichprobe je Versuchsreihe zulässt. Somit werden in Versuchsreihe 1 und 3 jeweils 6 Präparate mit einer Corkscrew/PDS-Kombination getestet. Da in Versuchsreihe 2 aufgrund der Ergebnisse der FiberWire-Gruppe auch mit einer PDS-Kombination keine Probleme zu erwarten sind, wird diese Versuchsreihe zu Gunsten einer größer Stichprobe in den übrigen Versuchsreihen nicht mit PDS getestet. Da die Präparate in der FiberWire-Gruppe in Versuchsreihe 3 im Kraftbereich zwischen N bereits im ersten Zyklus versagen, wird in der PDS-Gruppe nur in den Kraftbereichen N und N mit jeweils 3 Präparaten getestet. 36

44 2. Methodik 2.6 Zusatzversuche Drei weitere Fadenanker in Kombination mit zwei weiteren Fäden, allesamt Produkte der Firma DePuy Mitek, können ergänzend zur oben beschriebenen Methode in kleiner Stückzahl unter identischer Vorgehensweise wie in Versuchsreihe 1 auf ihre maximale Belastbarkeit bei der Verwendung zur korakoklavikulären Rekonstruktion getestet werden. Je Anker-Faden- Kombination werden 2 Präparate, also insgesamt 10 Präparate untersucht. 1. Mitek Fastin RC Anchor (aus Titan, Durchmesser 5,0 mm) kombiniert mit zwei Panacryl 2/5 metric (langzeitresorbierbarer geflochtener Faden, Durchmesser 0,5 mm) oder alternativ mit zwei Orthocord 2/5 metric (geflochtene Kombination aus nichtresorbierbarem Polyethylen und resorbierbarem PDS, Durchmesser 0,5 mm). Der Mitek Fastin RC Anchor 5,0 mm ist ein ähnlich großer Fadenanker wie die Corkscrew. Allerdings lässt er sich nur mit Fäden bis zu einer Stärke 2/5 metric bestücken. Der Fadenanker ist bisher zur Versorgung der Rotatorenmanschettenruptur zugelassen. Abb Mitek Fastin RC Anchor 5,0 mm 37

45 2. Methodik 2. Mitek Spiralok (aus resorbierbarem Polylactid, Durchmesser 5,0 mm) kombiniert mit zwei Panacryl 2/5 metric oder alternativ mit zwei Orthocord 2/5 metric. Der Mitek Spiralok ist ein ähnlich großer Fadenanker wie die Corkscrew. Allerdings lässt er sich nur mit Fäden bis zu einer Stärke 2/5 metric bestücken. Der Fadenanker ist bisher zur Versorgung der Rotatorenmanschettenruptur zugelassen. Abb Mitek Spiralok 5,0 mm 3. Mitek Panalok RC Quickanchor (aus resorbierbarem Polylactid) kombiniert mit zwei Panacryl 2/5 metric. Der Fadenanker ist bisher zur Versorgung der Rotatorenmanschettenruptur zugelassen. 38

46 2. Methodik Abb Mitek Panalok RC Quickanchor 39

47 3. Ergebnisse 3. Ergebnisse 3.1 Maximale Belastbarkeit (load to failure) Arthrex Corkscrew 5.0mm mit FiberWire 5/7.0 metric Kraft [N] Ereignis Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat 8 93 Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Mittelwert 226 SD 80 Tab maximale Belastbarkeit Corkscrew mit FiberWire Die getesteten Präparate (n=10) halten durchschnittlich einer Belastung von 226 ± 80 N stand. In allen Fällen (100 %) führt ein Ausriss der Corkscrew aus dem Proc. coracoideus zum Versagen der Rekonstruktion. Der Bohrkanal im Schlüsselbein, der FiberWire und dessen Knoten weisen keine Beschädigungen auf. Bei vier Testungen werden leichte Bewegungen des Fadenankers in Zugrichtung während der Belastung beobachtet und aufgezeichnet. 40

48 3. Ergebnisse Maximale Maximale Belastbarkeit FiberWire 1 FW Präparat 1: Fadenankerausriss bei 200 N. Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 2: Fadenankerausriss bei 360 N. 41

49 3. Ergebnisse Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 3: Fadenankerausriss bei 283 N. Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 4: Fadenankerausriss bei 275 N. 42

50 3. Ergebnisse Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 5: Vollständiger Fadenankerausriss bei 227 N. Zuvor bei 126 N leichte Bewegung des Fadenankers im Knochen. Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 6: Vollständiger Fadenankerausriss bei 201 N. Zuvor bei 124 N leichte Bewegung des Fadenankers im Knochen. 43

51 3. Ergebnisse Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 7: Vollständiger Fadenankerausriss bei 127 N. Zuvor bei 93 N leichte Bewegung des Fadenankers im Knochen. Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 8: Endgültiger Fadenankerausriss bei 93 N. Zuvor bei 71 N und 85 N leichte Bewegungen des Fadenankers im Knochen. 44

52 3. Ergebnisse Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 9: Fadenankerausriss bei 296 N. Maximale Belastbarkeit FiberWire Präparat 10: Fadenankerausriss bei 200 N. 45

53 3. Ergebnisse Arthrex Corkscrew 5.0mm mit PDS 0,7 Kordel Kraft [N] Ereignis Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Präparat 3 78 Fadenankerausriss Präparat Fadenriss Präparat Fadenankerausriss Präparat Fadenankerausriss Mittelwert 129 SD 39 Tab maximale Belastbarkeit Corkscrew mit PDS-Kordel Die getesteten Präparate (n=6) halten durchschnittlich einer Belastung von 129 ± 39 N stand. In fünf Fällen (83,3 %) führt ein Ausriss der Corkscrew aus dem Proc. coracoideus zum Versagen der Rekonstruktion. In einem Fall (16,7 %) reißt die PDS-Kordel. Bei 2 Fällen (33,3 %) bricht der Bohrkanal im Schlüsselbein am Rand teilweise ein. Er bleibt aber weitgehend stabil und die Präparate versagen letztlich durch den Ausriss des Fadenankers. Bei einer Testung werden leichte Bewegungen des Fadenankers in Zugrichtung während der Belastung beobachtet und aufgezeichnet. 46

54 3. Ergebnisse Maximale Belastbarkeit PDS Präparat 1: Fadenankerausriss bei 156 N. Maximale Belastbarkeit PDS Präparat 2: Fadenankerausriss bei 187 N. Zuvor partielle Einbrüche des transklavikulären Bohrkanals. 47

55 3. Ergebnisse Maximale Belastbarkeit PDS Präparat 3: Fadenankerausriss bei 78 N. Zuvor partielle Einbrüche des transklavikulären Bohrkanals. Maximale Belastbarkeit PDS Präparat 4: Fadenriss bei 129 N. 48

56 3. Ergebnisse Maximale Belastbarkeit PDS Präparat 5: Fadenankerausriss bei 100 N Maximale Belastbarkeit PDS Präparat 6: Fadenankerausriss bei 123 N. Zuvor mehrere Bewegungen des Fadenankers im Knochen. Fehlende Markierung des maximal erreichten Wertes. 49

57 3. Ergebnisse 3.2 Belastung über 100 Zyklen Arthrex Corkscrew 5.0mm mit FiberWire 5/7.0 metric Kraft [N] Zyklen Ereignis cc [mm] Präparat standgehalten 0 Präparat standgehalten 0 Präparat standgehalten 0 Präparat standgehalten 0 Präparat standgehalten 2 Präparat standgehalten 0 Präparat standgehalten 0 Präparat standgehalten 0 Präparat standgehalten 1 Präparat standgehalten 0 Tab Zyklen Corkscrew mit FiberWire Alle getesteten Präparate (n=10) halten Belastungen zwischen N über 100 Zyklen stand. Bei 2 Präparaten (20 %) hat sich der korakoklavikuläre Abstand ( cc) nach dem Versuchsdurchlauf um 1 bzw. 2 mm vergrößert. Bei den restlichen Präparaten (80 %) bleibt er unverändert. Da die Anzahl an PDS-Kordeln limitiert ist, wird in dieser Versuchsreihe die Gegenüberstellung ausgesetzt. 50

58 3. Ergebnisse 100 Zyklen FiberWire Präparat 1: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 100 Zyklen FiberWire Präparat 2: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 51

59 3. Ergebnisse 100 Zyklen FiberWire Präparat 3: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 100 Zyklen FiberWire Präparat 4: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 52

60 3. Ergebnisse 100 Zyklen FiberWire Präparat 5: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 2 mm vergrößert. 100 Zyklen FiberWire Präparat 6: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 53

61 3. Ergebnisse 100 Zyklen FiberWire Präparat 7: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 100 Zyklen FiberWire Präparat 8: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 54

62 3. Ergebnisse 100 Zyklen FiberWire Präparat 9: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 1 mm vergrößert. 100 Zyklen FiberWire Präparat 10: Die Rekonstruktion hält den Belastungen von N über 100 Zyklen stand. Der korakoklavikuläre Abstand bleibt unverändert. 55

63 3. Ergebnisse 3.3 Belastung über 36h Arthrex Corkscrew 5.0mm mit FiberWire 5/7.0 metric Kraft [N] Dauer [h] Ereignis cc [mm] Präparat standgehalten 4 Präparat standgehalten 1 Präparat standgehalten 2 Präparat standgehalten 8 Präparat Fadenankerausriss - Präparat Fadenankerausriss - Tab h Corkscrew mit FiberWire Im Belastungsbereich N halten beide Präparate der Testung über 36h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ( cc) hat sich danach um 4 bzw. 1 mm vergrößert. Im Belastungsbereich N halten ebenfalls beide Präparate der Testung über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ( cc) hat sich danach um 2 mm bzw. nach partiellen Einbrüchen des transklavikulären Bohrkanaks um 8 mm vergrößert. Im Belastungsbereich N versagen beide Präparate innerhalb des ersten Zyklus durch Ausriss des Fadenankers. 56

64 3. Ergebnisse Belastung über 36 h FiberWire Präparat 1: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 4 mm vergrößert. Belastung über 36 h FiberWire Präparat 2: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 1 mm vergrößert. 57

65 3. Ergebnisse Belastung über 36 h FiberWire Präparat 3: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 2 mm vergrößert. Belastung über 36 h FiberWire Präparat 4: Hält über 36 h stand. Der transklavikuläre Bohrkanal bricht teilweise ein und der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 8 mm vergrößert. 58

66 3. Ergebnisse Belastung über 36 h FiberWire Präparat 5: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N nicht stand. Während des ersten Zyklus reißt der Fadenanker aus. Belastung über 36 h FiberWire Präparat 6: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N nicht stand. Während des ersten Zyklus reißt der Fadenanker aus. 59

67 3. Ergebnisse Arthrex Corkscrew 5.0mm mit PDS 5/7 metric Kraft [N] Dauer [h] Ereignis cc [mm] Präparat ,05 Fadenankerausriss - Präparat standgehalten 4 Präparat standgehalten 4 Präparat standgehalten 2 Präparat standgehalten 5 Präparat Fadenankerausriss - Tab h Corkscrew mit PDS-Kordel Da die Präparate der vorangegangenen FiberWire-Gruppe dem Kraftbereich N bereits im ersten Zyklus nicht standhalten, werden in dieser PDS- Gruppe nur die Kraftbereiche N und N mit jeweils 3 Präparaten getestet. Im Belastungsbereich N halten 2 Präparate (66 %) den Belastungen über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ( cc) ist danach um jeweils 4 mm vergrößert wobei der transklavikuläre Bohrkanal bei einem Präparat teilweise eingebrochen ist. Bei einem Präparat (33 %) reißt der Fadenanker nach 5 Zyklen aus und hält somit der Belastung nicht stand. Im Belastungsbereich N halten 2 Präparate (66 %) den Belastungen über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ( cc) vergrößert sich dabei um 2 bzw. 5 mm. Bei einem Präparat (33 %) reißt der Fadenanker während des ersten Zyklus aus und hält somit der Belastung nicht stand. 60

68 3. Ergebnisse Belastung über 36 h PDS Präparat 1: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N über 36 h nicht stand. Nach 5 Zyklen reißt der Fadenanker aus. Belastung über 36 h PDS Präparat 2: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 4 mm vergrößert. 61

69 3. Ergebnisse Belastung über 36 h PDS Präparat 3: Hält über 36 h stand. Der Bohrkanal ist danach teilweise eingebrochen und der korakoklavikuläre Abstand um 4 mm vergrößert. Belastung über 36 h PDS Präparat 4: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N über 36 h stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 2 mm vergrößert. 62

70 3. Ergebnisse Belastung über 36 h PDS Präparat 5: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N stand. Der korakoklavikuläre Abstand ist danach um 5 mm vergrößert. Belastung über 36 h PDS Präparat 6: Die Rekonstruktion hält den zyklischen Belastungen von N nicht stand. Während des ersten Zyklus reißt der Fadenanker aus. 63