Die Entwicklung einer minimalinvasiven Arthrodesemethode der Symphyse : eine biomechanische Studie am Humanpräparat

Abstract

Chronische Schmerzen und Instabilitäten im Bereich der menschlichen Symphyse können verschiedene Ursachen haben und führen oft zu einer starken Einschränkung im Alltag des Patienten. Im Rahmen von Beckenringverletzungen vom Typ B nach der Arbeitsgemeinschaft Osteosynthese (AO) mit einer Symphysensprengung kann es sowohl bei konservativer als auch nach operativer Therapie zu anhaltenden Beschwerden kommen. Diese beruhen häufig auf einem mangelhaften Zusammenwachsen der rupturierten Symphyse. Auch operationsbedingte Nervenschädigungen und Narbenbildungen können Beschwerden verursachen, wie zum Beispiel das Pfannenstiel-Syndrom. Des Weiteren kann es auch im Rahmen einer postpartalen Symphysendehiszenz, einer Osteitis pubis oder durch chronische Überlastung bei Leistungssportlern zu dauerhaften Beschwerden im Bereich der Symphyse kommen. Aufgrund des demographischen Wandels nehmen Verletzungen des Beckens besonders beim alten Menschen zu. Zeigen konservative Maßnahmen keinen zufriedenstellenden Rückgang der Symptome oder entsteht eine chronische Instabilität der Symphyse trotz Stabilisierung, ist eine operative Versorgung der Patienten zu erwägen. Hierfür wird in der Regel eine Symphysiodese durchgeführt, bei der durch die Entfernung der Knorpelstrukturen und des Discus nach dem Einbringen von autologem Knochenmaterial, sowie durch die Fixierung mittels Plattenosteosynthese, ein Zusammenwachsen der beiden Schambeine erzielt werden soll, um wieder Stabilität und Schmerzfreiheit im Beckenring herzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Verfahren für die Symphysiodese entwickelt und biomechanisch am osteoporotischen und osteopenen Humanbecken untersucht. Durch die Verwendung eines autologen zylindrischen press-fit Knochenspans für die Symphysiodese soll mehr Stabilität und durch die press-fit Form ein besseres Zusammenwachsen der Schambeine erreicht werden. Zusätzlich kommt die Verwendung eines Fixateur interne im Vergleich zu einer Plattenosteosynthese zum Einsatz, um eine optimale Kompressionskraft auf die Symphyse und ein minimalinvasives Vorgehen zur Vermeidung von Wundheilungsstörungen und lokalen Schmerzsyndromen zu ermöglichen. Für die Studie wurden unbehandelte, frisch gefrorene, osteoporotische und osteopene Humanbecken verwendet, denen eine Verletzung vom Typ B1 zugefügt wurde. Die Symphysiodese wurde mittels zylindrischem press-fit Span aus synthetischem Knochen durchgeführt. Zur Fixierung wurde in der ersten Versuchsgruppe ein Fixateur interne und in der Vergleichsgruppe eine Standard Plattenosteosynthese mittels Symphyseal Locking and Dynamic Compression Plate (SLDCP) verwendet. In jeder Gruppe wurden die Ergebnisse von 5 Humanbecken ausgewertet und verglichen. Für die biomechanische Testung wurden die Becken in eine Materialprüfmaschine eingespannt und einer axialen Druckbelastung über die Lendenwirbelsäule ausgesetzt. Dabei wurden mittels Drucksensorfolie zwischen Symphyse und Span die Kompressionskraft und die Kontaktfläche in der Symphyse gemessen. Außerdem wurden mit Hilfe eines 3D-Kamerasystem Bewegungen im Bereich der Symphyse und des Iliosakralgelenkes unter verschiedenen Belastungen aufgezeichnet. Sowohl für den Parameter der Kompressionskraft, als auch für die Kontaktfläche konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Stabilisierungstechniken gefunden werden. Jedoch zeigte sich beim Vergleich der Werte der Kompressionskraft innerhalb einer Gruppe im Vergleich zum jeweils ersten Messwert eine signifikant höhere Veränderung zwischen den verschiedenen Messzeitpunkten in der SLDCP Gruppe als in der Fixateur interne Gruppe, was für einen geringeren Verlust von Kompressionskraft nach Fixateur interne Stabilisierung und somit für eine höhere Stabilität dieses Verfahrens spricht. Bei der Analyse der Verteilung der Kontaktfläche auf den kranialen, zentralen und kaudalen Teil der Symphyse konnte sich ebenfalls eine signifikant höhere Unterscheidung zwischen den verschiedenen Messzeitpunkten in der SLDCP Gruppe finden, was ebenso für einen Vorteil des Fixateur interne spricht. Der direkte Vergleich der beiden Gruppen zeigt hier jedoch keinen signifikanten Unterschied der Kontaktflächen. Die Auswertung der 3D-Kameraanalyse zeigte nur minimale Bewegungen in den aufgezeichneten Bereichen und konnte nur im kranialen Bereich der Symphyse und im Iliosakralgelenk bei jeweils einem Messzeitpunkt einen signifikanten Unterschied zum ersten Messzeitpunkt innerhalb der SLDCP Gruppe aufweisen, während es innerhalb der Fixateur interne Gruppe keine signifikanten Unterschiede gab, was somit ebenso für mehr Stabilität durch den Fixateur interne spricht. Der direkte Vergleich der beiden Gruppen im weiteren Belastungsverlauf zeigte auch hier keine weiteren signifikanten Unterschiede. Insgesamt handelte es sich jedoch in beiden Gruppen um klinisch nicht relevante Bewegungsausmaße. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Symphysiodese mittels zylindrischem press-fit Knochenspan eine hohe Stabilität im Beckenring unter Erhaltung der Bandstrukturen durch das Ausfräsen der Symphyse erreichbar ist. Während in vorherigen Studien der Fixateur interne deutliche Vorteile im Vergleich zur Plattenosteosynthese gezeigt hat, konnten sich im Modell der Symphysiodese nur noch kleine Abweichungen zugunsten des Fixateur interne zeigen, was beweisend ist für eine ebenbürtige adäquate Versorgung mittels Fixateur interne im Vergleich zum Standard der Plattenstabilisierung im Rahmen der Symphysiodese. Durch den Fixateur interne ist es möglich eine höhere Kompressionskraft im Bereich der Symphyse mit einer homogeneren Verteilung von Kraft und Kontaktfläche zu erzielen und zusätzlich eine minimalinvasive gewebeschonende Operation umsetzbar.

There are different causes for chronical pain and instability of the pubic symphysis in human pelvises, which can all become a massive burden and lead to many restrictions in the daily life of the patient. After a type B1 injury of the pelvic ring with a rupture of the pubic symphysis both conservative and surgical treatment with a standard plate fixation can cause permanent discomfort. This is usually due to incorrect healing of the rupture or the formation of insufficient scarring tissue. Also, complications during surgical treatment can lead to permanent problems, such as nerve damage, scars or the Pfannenstiel-syndrome. Other reasons for chronical pain and instability of the pubic symphysis are the postpartum symphyseal dehiscence, the osteitis pubis or chronical stress of the symphysis due to competitive sport. Because of demographic change more and more old patients suffer from pelvic injuries. If conservative treatment can not help to improve the patients symptoms or chronic instability of the symphysis occurs despite a prior stabilization, a surgical symphysiodesis is an option to regain stability of the pelvis and to reduce pain. For symphysiodesis the symphyseal cartilage and disc is removed and replaced by autologous bone material from the pelvic crest with plate fixation of the symphysis to achieve a fusion of the two pubic bones. The aim of this experimental study was to investigate a new technique for the symhysiodesis of the human pelvis and to biomechanically analyse this new technique. The technique combines the use of an autologous cylindrical bone graft for the symphysiodesis to achieve a better fusion of the two pubic bones in addition to an internal fixator. The latter would provide better stability of the human pelvis with the advantage of an application by minimal invasive approach to prevent wound healing disorders and local pain syndromes. For the experiments fresh frozen, osteoporotic and osteopenic human cadaveric pelvises were used which were not embalmed. A type B1 injury was induced on the pelvises and then the symphysis was burred and a synthetic cylindrical press-fit bone graft was implanted. For the fixation an internal fixator was used for one group and for the control group a standard plate fixation with a symphyseal locking and dynamic compression plate (SLDCP). Each group consisted of 5 pelvises. For biomechanical testing, the pelvises were set in a material testing machine with load bearing through the lumbar spine. Sensor films were placed into the pubic symphysis with the bone graft to measure the compression force and the contact area, as well as their distribution over the symphyseal area. Also, a 3D-camera system was installed to record movements of different parts of the pelvis under loading conditions. Regarding the symphyseal compression force and the contact area no significant differences could be found between the two groups. But when comparing the compression forces over time, we found significant differences at different time points with dropping compression forces after plate fixation, in contrast to more constant forces with the internal fixator. This proves that, when the internal fixator is used for symphysiodesis, less compression force is lost throughout the loading of the pelvis compared to the plate fixation technique, meaning a better endurance after loading. Analysis of the distribution of the contact area in the cranial, central and caudal part of the symphysis also showed significant differences between the measurements under different loads per group. But there was no statistical difference when comparing the two groups regarding the distribution of contact area. The 3D-camera system could only detect very small movements in the symphyseal area and the sacroiliac joint. Nevertheless, a small difference in favor of the internal fixator could be found when comparing the distance changes at different times in this group, however their magnitude is of no clinical relevance. The results of this experimental study prove that using a press-fit cylindrical bone graft in addition to an internal fixator for symphysiodesis of the human pubic symphysis provides a good stability and allows the preservation of surrounding ligaments. While previous studies could show a net benefit of the internal fixator compared to plate fixation of the symphysis, there is only a very little difference between the two fixation methods when combining them in a symphysiodesis model using a cylindrical press-fit bone graft. Furthermore, the use of the internal fixator allows an important compression force and also provides a more uniform distribution of both compression force and contact area in the pubic symphysis. It also enables the surgeon to operate with a minimally-invasive technique thereby preventing wound healing disorders and local pain syndromes.