¹Universitätsmedizin Göttingen, Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Plastische Chirurgie, Göttingen, Deutschland

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Zielsetzung und Fragestellung: Ein optimal für den Pedikel gewählter Schraubendurchmesser erhöht den kortikalen Halt der Pedikelschraube. Osteoporose führt zur Abnahme von Auszugskraft und Ermüdungsbelastung der Schrauben. Inwiefern jedoch im osteoporotischen Wirbel im Vergleich zum knochengesunden Wirbel die Festigkeit über den Pedikel oder zusätzlich über den in den Wirbelkörper ragenden Teil der Schraube bestimmt wird, ist unklar. Ziel der Studie war eine biomechanische Untersuchung mit der Frage, ob sich der die Festigkeit von Pedikelschrauben bestimmende Bereich eines Wirbels zwischen osteoporotischen und knochengesunden Präparaten unterscheidet.

Material und Methoden: Jeweils acht osteoporotische und knochengesunde humane Wirbelpräparate des thorakolumbalen Übergangs (T11-L4) wurden hinsichtlich der Knochendichte und des Geschlechts in zwei Gruppen stratifiziert (knochengesund, osteoporotisch). Jeder Wirbelkörper wurde beidseitig mit an den Pedikeldurchmesser optimal angepassten (den Pedikel maximal ausnutzenden) Pedikelschrauben instrumentiert. Randomisiert wurde auf einer Seite eine lange Schraube eingesetzt, die den gesamten Wirbelkörper ausnutzte, während die andere Seite stets mit einer 35 mm langen Pedikelschraube versehen wurde. Mit einem etablierten Ermüdungstests wurde eine zyklische Belastung (kraniokaudal sinusoidal bei 1,0 Hz) mit zunehmender Spitzenkraft (100 N + 0,1 N/Zyklus) erzeugt, bis eine Schraubenkopfverschiebung von 5,4 mm erreicht wurde.

Ergebnisse: Die durchschnittliche Ermüdungsbelastung betrug 303,6 ± 161,6 N für die kurzen und 310,9 ± 96,6 N für die langen Pedikelschrauben im knochengesunden Wirbel sowie 186,2 ± 65,7 N für die kurzen und 220,0 ± 57,9 N für die langen Pedikelschrauben im osteoporotischen Wirbel. Weder im knochengesunden noch im osteoporotischen Wirbel zeigten sich signifikante Unterschiede hinsichtlich der Stabilität zwischen kurzen und langen Pedikelschrauben. Die langen Pedikelschrauben im gesunden Wirbel zeigten im Vergleich zu den langen Schrauben im osteoporotischen Wirbel eine signifikant höhere Ermüdungsgrenze (p = 0,050), wohingegen sich im Vergleich der kurzen Pedikelschrauben kein signifikanter Unterschied fand.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse bestätigen biomechanisch den wesentlichen Halt von Pedikelschrauben im Pedikel selbst sowohl im knochengesunden als auch im osteoporotischen Wirbel. Im Gegensatz zum osteoporotischen Knochen erhöht der gesunde Knochen jedoch die Stabilität langer Schrauben. Vor dem Hintergrund möglicher Verletzungen ventraler Strukturen sowie der in der Regel erfolgenden Zementaugmentation von Pedikelschrauben bei Osteoporose kann somit von einer maximalen Ausnutzung der Schraubenlänge bei osteoporotischen Wirbeln abgesehen werden.