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Zielsetzung und Fragestellung: Verschiedene Modelle zur Untersuchung der thorakalen Biomechanik im Zusammenhang mit Thoraxtrauma und Rippenosteosynthese sind beschrieben. Allerdings wurden die sternale Exkursion und der intrathorakale Unterduck, welche in Atmungsphysiologie und Pathophysiologie von Thoraxwandverletzungen zentrale Rollen spielen, bislang nicht gemeinsam in einem Modell berücksichtigt. Ziel der hier vorgestellten Studie war die Etablierung eines humanen ex vivo biomechanischen Thoraxmodells unter Simulation negativen intrathorakalen Drucks. Wir hypothetisierten, dass intrathorakaler Unterdruck einen Einfluss auf gemessene paradoxe Bewegungen an Frakturstellen, sowie auf die Volumenänderungen des Hemithorax unter simulierter Atmung hat.

Material und Methoden: In einem humanen Thoraxpräparat (Ethikkommission Westfalen-Lippe 2023-647-f-S) (MedCure, Portland, Oregon, USA) wurde der intrathorakale Unterdruck mittels Fadenzügeln simuliert und die sternale Exkursion mittels Materialprüfmaschine gesteuert (Model 8874, Instron, Darmstadt). Ein 3D-Kamerasystem (ARAMIS Adjustable, Carl Zeiss AG, Oberkochen) wurde zur kontinuierlichen dreidimensionalen Messung verwendet. Diese 3D-Koordinaten wurden mit GOM Correlate Pro Software (Carl Zeiss AG, Oberkochen) exportiert und in MATLAB (MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) weiterverarbeitet. Mittels Delaunay-Triangulation wurde über die Koordinaten eine konvexe Hülle erzeugt und das Volumen bestimmt. Außerdem wurde die paradoxe Bewegung an den Frakturstellen quantifiziert. Das Projekt wurde durch die AOTD Nachwuchsförderung gefördert.

Ergebnisse: Simulierter Unterdruck zeigte einen signifikanten Effekt auf die paradoxe Bewegung an Frakturstellen im 6-Etagen Flail Chest Zustand (p < 0.001) und keinen signifikanten Effekt im nativen Zustand und nach Rippenosteosynthese (SSRF), jeweils bei simulierter tiefer Sternumexkursion (Abbildung 1a [Abb. 1]). Bei simulierter flacher, normaler und tiefer Atmung (korrespondierende Sternumexkursion und Unterdruck) zeigte sich jeweils eine Zunahme der paradoxen Bewegung in Flail Chest Zustand, welche durch SSRF kompensiert werden konnte (jeweils p < 0.001). Des Weiteren zeigte der Thoraxzustand einen deutlichen Effekt auf die per optoelektronischer Plethysmographie bestimmten Exkursions-Volumen Kurve. Die Kurven der Thoraxzustände divergierten deutlich und der inspiratorische und expiratorische Schenkel divergierten im Flail Chest Zutand von einander (Abbildung 1c [Abb. 1]). Dieses Auseinanderweichen war bei simuliertem Unterdruck höher als ohne (Abbildung 1d [Abb. 1]).

Diskussion und Schlussfolgerung: Der simulierte negative intrathorakale Druck zeigte einen signifikanten Einfluss auf die paradoxe Bewegung an den Frakturstellen und auf Volumenänderungen im Hemithorax während simulierter Atmung. Dies deutet darauf hin, dass der intrathorakale Unterdruck in biomechanischen Thoraxmodellen zur Untersuchung eines Thoraxtraumas und einer Rippenosteosynthese berücksichtigt werden sollte. Das vorgestellte Modell könnte für derartige Fragestellungen geeignet sein.