Methodenartikel

Biomechanische Effekte der partiellen Dekortikation auf Naht- und konventionelle Nahtanker in unterschiedlichen Knochendichten

DOI:

10.3791/68355

⸱

13. Juni 2025

 ,  ,  ,  , 
1Sports Medicine Service, Beijing Jishuitan Hospital, Capital Medical University, 2Beijing Research Institute of Traumatology and Orthopaedics, 3State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics (LNM), Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dieser Arbeit beschreiben wir ein Protokoll zur Bewertung der biomechanischen Auswirkungen der partiellen Dekortikation auf All-Nahtanker (ASAs) und konventionelle Nahtanker (CAs) in Sägeknochen unterschiedlicher Dichte.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Während biomechanische Tests eine Korrelation zwischen Entrasterung und Ankerversagenslast gezeigt haben, sind die Auswirkungen der partiellen Entrindung auf die biomechanischen Eigenschaften von Nahtankern unklar. Unser Ziel war es, die biomechanischen Auswirkungen der partiellen Dekortikation auf Nahtanker und konventionelle Nahtanker in Sägeknochen unterschiedlicher Dichte zu untersuchen. Nahtanker wurden in nicht geschälten, teilweise geschälten und vollständig geschälten Sägeknochen getestet. Es wurden zwei Arten von Nahtankern und eine Art von konventionellen Ankern bewertet. Zwei Arten von biphasischem Polyurethanschaum wurden verwendet, um normalen Knochen nachzuahmen: 0,32 g/cm3 Dichte (20 Pfund pro Kubikfuß, pcf 20) und osteoporotischer Knochen: 0,16 g/cm3 Dichte (10 Pfund pro Kubikfuß, pcf 10). Es wurden zyklische Lasten aufgebracht und die Spitzenverschiebung aufgezeichnet. Nach zyklischen Belastungstests wurden die überlebenden Anker einem Zug-bis-Versagen-Test unterzogen. Die Anzahl der Zyklen, die Spitzenverschiebung, die endgültigen Versagenslasten und die Fehlermodi wurden bestimmt.

Zunächst wurde die Peakverschiebung signifikant von der Knochendichte und dem Ankertyp beeinflusst: Normale Knochenmodelle wiesen eine geringere Peak-Verschiebung auf als osteoporotische Modelle, und konventionelle Schraubenanker zeigten im Vergleich zu reinen Nahtankern durchweg eine reduzierte Peak-Verschiebung. Im Gegensatz dazu zeigte das Ausmaß der Knochenschänderung - ob nicht geschält, teilweise oder vollständig geschält - keinen signifikanten Einfluss auf die Peak-Verschiebung. Zweitens wurde in osteoporotischen Knochenmodellen (10 Pfund pro Kubikfuß) kein signifikanter Unterschied in der Versagensbelastung zwischen der teilweise und der nicht geschälten Gruppe beobachtet, aber beide wiesen signifikant höhere Werte auf als die vollständig geschälte Gruppe.

Einleitung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Risse der Rotatorenmanschette sind die häufigste Ursache für Schulterschmerzen, und die arthroskopische Reparatur der Rotatorenmanschette ist aufgrund ihrer zufriedenstellenden klinischen Ergebnisse die primäre Behandlungsoption. Nahtanker spielen bei diesem Eingriff eine entscheidende Rolle. Fortschritte bei Nahtankern haben zu einer verbesserten Verankerungsstabilität und verbesserten Heilungsraten beigetragen 1,2,3. Nahtanker (ASAs) sind eine neuere Art von Ankern, die im Wesentlichen aus zwei Komponenten bestehen: dem Nahtmaterial und der Schleuse 4,5. Beim Einsetzen in den Knochen werden Anker eingesetzt, indem das Nahtmaterial der ASAs gespannt wird, um die Schleuse in verschiedene Formen zu bringen, wobei die Hülse gegen den kortikalen Knochen gedrückt wird 3,6. Im Vergleich zu herkömmlichen Nahtankern (CAs) ermöglichen ASAs kleinere Knochentunnel, was zu mehr Fixationspunkten und weniger Knochenaufbrüchen führt 7,8. Daher werden diese Anker in der chirurgischen Praxis immer häufiger bevorzugt.

Die Dekortikation des Fußabdrucks der Rotatorenmanschette, eine weit verbreitete Technik bei der Reparatur der Rotatorenmanschette, erleichtert die Heilung von Sehnenknochen durch die Freisetzung von endogenem Knochenmarkmaterial9. Die Dekortikation wird häufig durchgeführt, um die Heilungsreaktion an der Reparaturstelle des Sehnen-Knochen-Nahtankers zu verbessern. Bei dieser Technik, die 1944 von McLaughlin et al.10 eingeführt wurde, wird eine Rinne aus blutendem Knochen geschaffen, um die Heilung während der Reparatur der Rotatorenmanschette zu fördern, indem die Infiltration von mesenchymalen Stammzellen induziert wird, die zur Mikrovaskularisation des Knochens an der Sehnengrenzfläche beitragen9. Bei der partiellen Dekortikation wird der kortikale Knochen, der den Nahtanker umgibt, erhalten, wobei die Breite des Erhaltungsbereichs dem Durchmesser des Ankers entspricht. Der verbleibende kortikale Knochen wird entfernt, um den Entkortikationsvorgang abzuschließen. Diese Methode zielt darauf ab, ausreichend kortikalen Knochen für die Stabilität des Ankers zu erhalten und gleichzeitig die Vorteile der Dekortikation zu erleichtern.

Bemerkenswert ist, dass ASAs im Gegensatz zu CAs bei der Fixierung in hohem Maße auf kortikalen Knochen angewiesensind 3,6. Diese Abhängigkeit stellt eine Herausforderung dar, da die Entkortikation die Auszugskraft von ASAs verringern kann11,12. Dies erfordert, dass die Auswirkungen der Dekortikation während der Reparatur der Rotatorenmanschette ausgeglichen werden, was möglicherweise durch eine partielle Dekortikation behoben wird. ASAs sind mit kraftschlüssigen Verankerungsmechanismen ausgestattet, die eine sichere Platzierung unter einer intakten kortikalen Oberfläche erfordern, und es gab schon immer Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen der Dekortikation auf die biomechanischen Eigenschaften von ASAs 11,12,13,14. Ruder et al.11 untersuchten die Auswirkungen auf die Verschiebung nach zyklischer Belastung und auf die Versagenslast von ASAs und fanden heraus, dass die Dekortikation die Versagenslast signifikant verringerte, ohne die mittlere Verschiebung signifikant zu beeinflussen. In ähnlicher Weise wurde in einer kürzlich durchgeführten biomechanischen Studie von Natlos et al.12 die kortikale Dicke mittels Mikro-Computertomographie in einem menschlichen Leichenschultermodell quantitativ gemessen. Ihre Ergebnisse zeigten eine starke Korrelation zwischen der Auszugsstärke von ASAs und der angrenzenden kortikalen Dicke (P < 0,05).

Biomechanische Tests haben eine Korrelation zwischen Entrasterung und Ankerversagenslast gezeigt, aber die Auswirkungen einer partiellen Schälung auf die biomechanischen Eigenschaften von ASAs bleiben aufgrund der begrenzten Literatur unklar11,12. Daher zielte diese Studie darauf ab, die Auswirkungen der partiellen Dekortikation auf die biomechanischen Eigenschaften sowohl von ASAs als auch von CAs zu bewerten und die mechanischen Eigenschaften von ASAs und CAs zu vergleichen.

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Protokoll

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In dieser Studie wurden synthetische Knochenmodelle verwendet. Es waren keine menschlichen oder tierischen Probanden beteiligt, und eine ethische Genehmigung war nicht erforderlich.

1. Vorbereitung des Nahtankers

HINWEIS: Lagern Sie Anker bis zur Verwendung bei trockener Raumtemperatur. Handelskennungen sind in der Materialtabelle angegeben.

  1. Bereiten Sie drei Ankertypen vor.
    1. Wählen Sie den Nahtanker 1 (ASA1 = UHT) aus. Um dieses Protokoll zu befolgen, stellen Sie sicher, dass ASA1 aus einem flachen, geflochtenen Schlauch aus ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) besteht, der mit dem UHMWPE-Nahtmaterial versehen ist, mit einem Prädilatationsbohrerdurchmesser von 2,8 mm, der sich auf 4,5 mm ausdehnt.
      HINWEIS: Sein strukturelles Merkmal ist ein zusammenklappbares zylindrisches Konstrukt, das beim Spannen eine subkortikale Kugel bildet.
  2. Wählen Sie den Nahtanker 2 (ASA2 = Y-Knoten). Um dieses Protokoll zu befolgen, stellen Sie sicher, dass ASA2 aus einem flachen, geflochtenen Schlauch aus ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) besteht, der mit dem UHMWPE-Nahtmaterial verhandelt ist und einen Prädilatationsbohrerdurchmesser von 2,8 mm hat, der sich auf 5,0 mm ausdehnt.
    HINWEIS: Sein strukturelles Merkmal ist ein zusammenklappbares zylindrisches Konstrukt, das beim Spannen eine subkortikale Kugel bildet.
  3. Wählen Sie den konventionellen Schraubanker (CA = Biocorkscrew). Um dieses Protokoll zu befolgen, stellen Sie sicher, dass CA aus Polyetheretherketon (PEEK) mit einer Schraube mit einem Außendurchmesser von 4,5 mm besteht.
    HINWEIS: Sein strukturelles Merkmal ist die Ausführung mit Vollgewinde.

2. Vorbereitung des Knochenmodells

  1. Auswahl des Knochenmodells
    1. Verwenden Sie synthetischen Knochen, da seine biomechanischen Eigenschaften mit denen von Leichenknochen vergleichbar sind.
  2. Materialzusammensetzung
    1. Verwenden Sie zwei Arten von biphasischem Polyurethanschaum: normaler Knochen: 0,32 g/cm3 Dichte (20 Pfund pro Kubikfuß, pcf 20) und osteoporotischer Knochen: 0,16 g/cm3 Dichte (10 Pfund pro Kubikfuß, pcf 10)15,16.
      HINWEIS: Im Herstellungsprozess wird die 3 mm dicke, kurzfasergefüllte Epoxidbeschichtung als integraler Bestandteil des kommerziell hergestellten Materials nur auf eine Oberfläche der Polyurethanschaumblöcke voraufgetragen. Die beschichtete Seite simuliert den kortikalen Knochen, während der unbeschichtete poröse Polyurethanschaum den spongiösen Knochen 8,16,17 simuliert.
  3. Zufällige Gruppenzuweisung
    HINWEIS: Siehe Schritt 2.4 für das Entkortikationsverfahren.
    1. Randomisieren Sie Knochenblöcke in drei Entrindungsgruppen mit einer computergenerierten Sequenz:
      1. Führen Sie für die Gruppe ND (No Decortication) keine Entrindung durch.
      2. Führen Sie für die PD-Gruppe (partielle Dekortikation) die Entkortikation in einem Abstand von 2,5 mm vom Einführungspunkt des Nahtankers durch.
      3. Führen Sie für die CD-Gruppe (Complete Decortication) eine vollständige Dekortikation des Knochenmodells durch.
        HINWEIS: Der Versatz von 2,5 mm entspricht dem Radius des Nahtankers und gewährleistet so eine Entkortikation außerhalb der Expansionszone ohne Beeinträchtigung der Entfaltung.
  4. Verfahren zur Entrindung (Abbildung 1):
    1. Montieren Sie einen 5,5 mm Rundgrat auf ein computergestütztes Schleifwerkzeug (siehe Werkstofftabelle).
    2. Öffnen Sie die Software zur Steuerung des dreiachsigen Schleifwerkzeugs (siehe Werkstofftabelle)
    3. Drücken Sie die Not-Reset-Taste, bis die Kontrollleuchte aufhört zu blinken.
    4. Klicken Sie auf G-Code laden und wählen Sie die vorkonfigurierte Bearbeitungsdatei aus.
    5. Drücken Sie die TAB-Taste , um den manuellen Steuerungsmodus zu aktivieren.
    6. Verwenden Sie die Pfeiltasten, um den Werkzeugkopf in die Ausgangsposition zu bewegen.
    7. Drücken Sie erneut die TAB-Taste , um den manuellen Modus zu verlassen.
    8. Klicken Sie auf die Schaltfläche Null , um alle Achsen (X, Y, Z, A) auf 0,000 mm zurückzusetzen.
    9. Klicken Sie auf Zyklus starten , um die Knochenoberflächenpolitur zu starten.
      HINWEIS: Die Verwendung des computergestützten Schleifwerkzeugs erfordert eine sorgfältige Handhabung, um Verletzungen zu vermeiden. Eine angemessene Schutzausrüstung, einschließlich Schutzbrille und Handschuhe, sollte jederzeit getragen werden. Stellen Sie sicher, dass der Not-Aus-Knopf während des Betriebs zugänglich bleibt.

3. Einsetzen des Implantats

  1. Setzen Sie alle Anker gemäß den Herstellerangaben ein: Setzen Sie die ASAs senkrecht zur Knochenblockoberfläche und die CAs in einem Winkel von 45° ein.
  2. Erstellen Sie Pilotbohrungen mit einer Bohrschablone.
  3. Positionieren Sie ASA-Anker senkrecht zur Knochenoberfläche (Einzelheiten zu den im Protokoll verwendeten Nahtankern finden Sie in der Materialtabelle ).
  4. Setzen Sie CA-Anker in einem Winkel von 45° relativ zur Knochenoberfläche ein (Einzelheiten zu den im Protokoll verwendeten Nahtankern finden Sie in der Materialtabelle ).
    HINWEIS: Setzen Sie ASA-Anker so lange ein, bis ein plötzlicher Abfall des Widerstands zu spüren ist (was auf den Abschluss der Ankerexpansion hinweist), der durch eine visuelle Ausrichtung des Lasermarkierers auf dem Inserter mit der kortikalen Oberfläche bestätigt wird. Verwerfen Sie Modelle mit sichtbaren Einfügeanomalien.

4. Prüfbedingungen

  1. Biomechanischer Testaufbau
    1. Führen Sie biomechanische Prüfungen mit einer mechanischen Prüfmaschine durch (Materialtabelle).
      1. Sichern Sie synthetische Knochenblöcke in einer speziell angefertigten Vorrichtung, um die Ankernähte mit dem Aktuatorarm auszurichten (Abbildung 2).
      2. Richten Sie die Längsachse des Knochenblocks in einem Winkel von 135° zum Lastaktuator aus.
        HINWEIS: Die 135°-Ausrichtung simuliert physiologische Spannungsbedingungen der Supraspinatussehne in Post-Repair-Szenarien, wie in früheren biomechanischen Studien festgestellt 7,13.
  2. Nahtbefestigung
    1. Befestigen Sie die Nahtstränge manuell um einen Rundhaken, der an der Prüfmaschine befestigt ist.
    2. Binden Sie den Knoten eines Chirurgen und verstärken Sie ihn mit vier abwechselnden Halbanhängern.
    3. Halten Sie einen Abstand von 100 mm zwischen dem Nahtanker und dem Haken ein.
      HINWEIS: In Abbildung 2 finden Sie ein Schema des Testaufbaus.
  3. Preload-Anwendung
    1. Rampe auf 10 N bei 1 N/s11.
    2. Halten Sie die Taste 5 s lang gedrückt, um die Basislinie für die Verschiebung von Null festzulegen.
  4. Zyklische Belastung
    1. Starten Sie die Software für die mechanische Prüfkonsole (siehe Materialtabelle).
    2. Navigieren Sie zur Registerkarte Test Setup auf der Hauptoberfläche.
    3. Klicken Sie in der oberen Symbolleiste auf Neues Projekt , um eine Testsequenz zu initialisieren.
    4. Suchen Sie in der Testmethodenbibliothek die vorkonfigurierte Methode für zyklische Tests , und wählen Sie sie aus.
    5. Definieren Sie die Position der Nullverschiebung während der Vorspannungsanwendung.
    6. Programmieren Sie den mechanischen Prüfer so, dass er eine Last von 10-60 N bei einer Frequenz von 1 Hz anlegt.
    7. Klicken Sie auf die Schaltfläche Start (grünes Symbol) in der oberen rechten Ecke, um das zyklische Ladeprotokoll zu starten.
    8. Führen Sie 200 aufeinanderfolgende Zyklen aus.
    9. Überwachen Sie zyklische Last-Verschiebungs-Kurven in Echtzeit im grafischen Ausgabebereich auf der linken Seite.
    10. Exportieren Sie die Verschiebungszeitdaten in die angeschlossene Erfassungssoftware (Format .xls).
  5. Pull-to-Failure-Tests
    1. Starten Sie die Software für die mechanische Prüfkonsole (siehe Materialtabelle).
    2. Navigieren Sie zur Registerkarte Test Setup auf der Hauptoberfläche.
    3. Klicken Sie in der oberen Symbolleiste auf Neues Projekt , um eine Testsequenz zu initialisieren.
    4. Suchen Sie in der Testmethodenbibliothek die vorkonfigurierte Anchorage-Fehlertestmethode, und wählen Sie sie aus.
    5. Stellen Sie die Verschiebungsrate auf 33 mm/s ein.
    6. Klicken Sie auf die Schaltfläche Start (grünes Symbol in der oberen rechten Ecke), um das Fehlerprotokoll zu starten.
    7. Die Fehlerlastdaten werden automatisch in der Tabelle aufgezeichnet und können direkt eingesehen werden. Exportieren Sie Daten zur Ladezeit von Fehlern in die angeschlossene Erfassungssoftware (Format .xls).
    8. Klassifizieren Sie Fehlermodi als:
      1. Typ I: Ankerauszug: Verschiebung des Ankers aus dem Knochen aufgrund unzureichender Fixierkraft oder beeinträchtigter Knochendichte, typischerweise bei osteoporotischen Erkrankungen.
      2. Typ II: Nahtausschnitt: Strukturelles Versagen, bei dem die Naht die Öse des Ankers oder die Ösenfrakturen durchtrennt, was zu einer Nahtverschiebung oder Gewebedurchdringung führt.
      3. Typ III: Bruch des Nahtstrangs: Riss des Nahtmaterials durch zu hohe Spannung 8,18.

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Ergebnisse

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Zyklische Prüfung
In der CD-Gruppe scheiterten ein UHT-Anker und drei Y-Knoten-Anker beim Herausziehen aus den Prüfblöcken pcf 10. In der TE-Gruppe versagte ein Y-Knoten-Anker beim Herausziehen aus den Prüfblöcken pcf 20. In der ND-Gruppe haben alle Anker die zyklischen Tests überstanden.

Die Spitzenverschiebungen während der zyklischen Prüfung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Bemerkenswert ist, dass keine signifikanten Unterschiede in der Peak-Verschiebung zw...

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Diskussion

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In dieser Studie wurden die Auswirkungen der Dekortikation auf die biomechanische Leistung von Nahtankern analysiert, indem zwei Arten von ASAs und eine Art von CA in Knochenblöcken unterschiedlicher Dichte untersucht wurden. Die maximale Verschiebung wurde durch die Knochendichte (geringer in normalen Knochenmodellen) und den Ankertyp (niedriger in herkömmlichen Schraubankern) beeinflusst, während das Ausmaß der Dekortikation keinen signifikanten Einfluss zeigte. In osteoporotischen Mod...

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Offenlegungen

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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.

Danksagungen

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Diese Forschung wurde durch das Beijing Jishuitan Research Funding (QN202509) unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
BiocorkscrewArthrex, Naples, USAAR-1927bcf-45Konventioneller Schrauben-Nahtanker (CA)
Bluehill UniversalNorwood, MA, USAE10KNBL5086Mechanische Prüfkonsolensoftware
Computer Numerical Control 2030 GraviermaschineJPX Technology Co., Shenzhen, ChinaJD2030F400WComputergestütztes Schleifwerkzeug
Instron, E10k,Norwood, MA, USAE10KNBL5086Mechanische Prüfmaschine 
Mach3MillArtSoft Corporation, Sarasota, FL, USAMach3 R3.043.0663-Achsen-CNC-Steuerungssoftware
Pcf 10 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-319Osteoporotisches Knochenmodell
Pcf 20 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-315Normales Knochenmodell
UHTStar, Peking, ChinaF19000001Naht Anker 2 (ASA 1)
Y-Knoten RCConMed, New York, USAYPRC02Nahtanker 1 (ASA 2)

Referenzen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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Partial DecorticationSuture AnchorsBone DensityBiomechanical TestingAll Suture AnchorsConventional AnchorsPeak DisplacementFailure LoadCyclic LoadingOsteoporotic Bone
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