Z Orthop Ihre Grenzgeb 2006; 144(6): 626-631
DOI: 10.1055/s-2006-942236
Grundlagenforschung

© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Biomechanische Untersuchungen zur Fixationsfestigkeit von Fadenankern aus boviner Kompakta (CB-Anker) in porciner Tibiakopfspongiosa im Ausreißversuch

Biomechanical Evaluation of Biointegrable Suture Anchors Composed of Bovine Compact Bone in a Pull-to-Failure Test in Porcine Tibial Head SpecimensJ. A. Jöckel1 , R. Strehl1 , L. Gotzen1
  • 1Klinik für Unfall-, Wiederherstellungs- und Handchirurgie, Universitätsklinikum Gießen und Marburg, Standort Marburg
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Publication Date:
22 December 2006 (online)

Zusammenfassung

Studienziel: Fadenanker gewinnen zur Refixation von Weichteilstrukturen an Knochenflächen immer mehr an Bedeutung. Heute gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Ankertypen. Bei den biointegrablen CB-Ankern aus boviner Kompakta, die es mit einem Durchmesser von 3 mm (CB3-Anker), 4 mm (CB4-Anker) und 5 mm (CB5-Anker) gibt, handelt es sich bezüglich der Implantationstechnik um Push-in-Anker und bezüglich der biomechanischen Wirkungsweise um eine Kombination aus Press-fit- und Angulations-Ankern. Ziel war die Feststellung der Ausreißfestigkeit der CB-Anker in einer biomechanischen Studie. Methode: Im zweifachen Worst-Case-Szenario, d. h. Ankerimplantation über offener Spongiosafläche und Zugbelastung in der Ankerlängsachse wurden die mit Stahldraht armierten CB-Anker bei einer Zuggeschwindigkeit von 10 und 500 mm/min auf ihre Fixationsfestigkeit hin getestet. Ergebnisse: An der Testposition mit der dichteren und festeren Spongiosa wurde für alle drei Ankergrößen eine deutlich höheren Fixationsfestigkeit nachgewiesen. Die CB4- und CB5-Anker erbrachten eine höhere Fixationsfestigkeit als die CB3-Anker. Bei allen drei Ankergrößen war die Fixationsfestigkeit bei der schnellen Zuggeschwindigkeit höher als bei der langsamen Zuggeschwindigkeit, am stärksten ausgeprägt für die CB4- und CB5-Anker an der Testposition 1, wahrscheinlich zurückzuführen auf den abrupteren Zug dezentral an den Ankern und einer dadurch hervorgerufenen Verkippung und Verkeilung in der Spongiosa. Weiterhin zeigte sich eine deutliche Abhängigkeit der Fixationsfestigkeit der CB-Anker von der computertomographisch gemessenen trabekulären Knochenmineralisationsdichte am Implantationsort. Bei etwa gleichen mittleren Dichtewerten erbrachten die CB4- und CB5-Anker auch etwa die gleich hohe mittlere Fixationsfestigkeit. Für die CB4-Anker wurde zwischen Knochenmineralisationsdichte und Fixationsfestigkeit ein Korrelationskoeffizient von 0,869 berechnet und für die CB5-Anker ein Koeffizient von 0,716, für die CB3-Anker hingegen nur ein Koeffizient von 0,413. Schlussfolgerung: Aus den experimentellen Untersuchungen lässt sich ersehen, dass die CB-Anker zur Erlangung einer sicheren Press-fit-Fixation im knöchernen Lager auf feste und dichte Spongiosa angewiesen sind. In der nachgewiesenen Zunahme der Fixationsfestigkeit unter der höheren Ausreissgeschwindigkeit von 500 mm/min zeigt sich, dass die biomechanische Wirkungsweise der CB-Anker nicht nur auf einer Press-fit-Fixation, sondern auch auf einer Angulations-Fixation beruhen dürfte, indem durch den schnellen exzentrischen Zug eine stärkere zur Verkeilung in der Spongiosa führende Verkippung der Anker induziert wird. Daraus leitet sich ab, in der Praxis die CB-Anker nach der Implantation in weicher und rarefizierter Spongiosa mit schnellem und kurzem axialen Zug an den Fäden auf festen Sitz im Knochen zu überprüfen, um die Angulation zu fördern.

Abstract

Aim: Suture anchors of various designs have gained wide acceptance for securing soft tissues to bone. The biointegrable Tutofix CB anchors derived from bovine compact bone are available with diameters of 3 mm (CB3 anchor), 4 mm (CB4 anchor) and 5 mm (CB5 anchor). The CB anchors are push-in anchors and, from the biomechanical standpoint, they are a combination of press-fit and angulation anchors. The purpose of this study was to evaluate the CB anchors for singular pull load-to-failure strength using porcine tibial head specimens as a test model. Methods: In all specimens, the joint surface was removed by performing a subchondral osteotomy. Axial PQ-CT scans of 12 specimens were obtained to determine the trabecular BMD. The anchors were implanted posteromedially and centrolaterally in the porcine tibial head specimens. After threading the anchors with a steel suture and predrilling of the anchor holes perpendicular to the osteotomy surface they were inserted 4 mm below the osteotomy surface. A universal testing machine applied tensile loads parallel to the axis of insertion at rates of 10 mm/min and 500 mm/min until pull-out failure or anchor breakage and mean anchor fixation strengths were calculated. Results: The fixation strength of the CB anchors was found to be much higher at the dorsomedial implantation site than at the centrolateral implantation site. The CB4 anchors and CB5 anchors provided nearly the same fixation strength at a level much higher than that of the CB3 anchors. Bone mineral density had a strong influence on axial pull-out force of the anchors, especially the CB4 anchors and CB5 anchors. The overall correlation coefficient for bone mineral density with ultimate load-to-failure was 0.869 for the CB4 anchors and 0.716 for the CB5 anchors. Differences in failure strengths were also seen between the low and high extraction rates. With the high extraction rate much higher failure strengths were obtained than with the low extraction rate. The sudden pull eccentrically on the anchors caused a better fixation due to angulation of the anchor within the drill holes. Conclusion: In spite of the double worst-case scenario in the testing conditions, the CB anchors provided a high fixation strength in the trabecular bone of porcine tibial head specimens with the CB4 anchors and CB5 anchors being nearly equal and both being superior to the CB3 anchors. Bone mineral density had a strong influence on the axial pull-out force. Our results show that the CB anchors seem to be a reasonable alternative to metal and bioabsorbable suture anchors.

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Dr. R. Strehl

Klinik für Unfall-, Wiederherstellungs- und Handchirurgie

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