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Hintergrund: Osteoporose-assoziierte Fragilitätsfrakturen (FFP) des Beckenringes unterscheiden sich grundlegend von Beckenfrakturen junger Patienten und die operative Versorgung stellt eine Herausforderung dar. Noch immer ist wenig über die biomechanische Stabilität verschiedener Osteosyntheseverfahren von Fragilitätsfrakturen bekannt und Versorgungsstrategien belaufen sich vornehmlich auf retrospektive Studien. Ziel der vorliegenden biomechanischen Untersuchungen ist die Evaluation der Stabilität verschiedener Osteosynthese-Möglichkeiten bei osteoporose-assoziierten Frakturen des vorderen und hinteren Beckenrings in der zyklischen Belastung, gemessen an der Steifigkeit, plastischen Verformung und zuletzt maximalen Belastbarkeit bis zum Eintritt des Osteosyntheseversagens. Methode: Es wurden 18 formalinfixierte Becken aus Körperspenden (mittleres Alter 84,41 Jahre (SD: 6,29), davon acht weiblich und zehn männlich) präpariert, nach t-Score und Steifigkeit randomisiert und je Versuchsgruppe unter zyklischer Belastung im Einbeinstand biomechanisch getestet. Die Studie unterteilt sich in drei Teilschritte, in denen verschiedene Frakturmodelle und Osteosyntheseverfahren an insgesamt sieben Versuchsgruppen getestet wurden. Teil 1 umfasste Versuchsgruppe 1 (n=18, native Becken), Versuchsgruppe 2 (n=18, Becken mit isolierter Sakrumfraktur in der linken ventralen Massa lateralis, FFP Typ IIa Fraktur nach Rommens), Versuchsgruppe 3 (n=9, Becken mit Sakrumfraktur und zementierter ISG-Schraube) und Versuchsgruppe 4 (n=9, Becken mit Sakrumfraktur und ipsilateraler vorderer Beckenringfraktur). Für Teil 2 des Versuchs wurde der vordere Beckenring von 18 Becken mit FFP Typ IIB Fraktur nach Rommens (Sakrumfraktur, zementierter ISG-Schraube und ipsilateraler vorderen Beckenringfraktur der Rami superior und inferior des Os pubis (Gruppe 5)) zur Hälfte mit dem Fixateur externe (Versuchsgruppe 6 (n=9)) und zur Hälfte mit dem Fixateur interne (Versuchsgruppe 7 (n=9) versorgt. Alle Versuchsgruppen von Teil 1 und 2 wurden mit 20 Zyklen bis 100 N (Vorlast 10 N) belastet. Zuletzt erfolgte in Teil 3 der Versagenstest von Versuchsgruppe 6 (Fixateur externe) und 7 (Fixateur interne), beginnend bei 150 N mit Steigerung der zyklischen Belastung alle 10 Zyklen um 50 N bis zum Eintreten des Osteosyntheseversagen (Vorlast jeweils 100 N). Ergebnisse: Teil 1: Die Steifigkeit der nativen Becken verringerte sich nach dem Hinzufügen der isolierten Sakrumfraktur signifikant (p=0,05) von durchschnittlich 35,05 N/mm (SD: 16,84) auf 27,95 N/mm (SD: 7,36). Die daraufhin eingebrachte zementaugmentierte ISG-Schraube steigerte die Steifigkeit signifikant (p=0,01) auf 35,38 N/mm (SD: 10,95). Durch die Erzeugung der ipsilateralen vorderen Beckenringfraktur verminderte sich die Steifigkeit erneut auf 32,46 N/mm (SD: 11,02), jedoch nicht signifikant (p=0,09). Teil 2: Sowohl die mittlere Steifigkeit als auch die plastische Verformung waren beim Fixateur interne (Versuchsgruppe 7) signifikant besser als beim Fixateur externe (Versuchsgruppe 6) [mittlere Steifigkeit: 43,69 N/mm (SD: 18,39) versus 26,52 N/mm (SD: 9,76), p = 0,029); mittlere plastische Verformung: 0,37 mm (SD: 0,23) versus 0,71 mm (SD: 0,26), (p = 0,011)]. Teil 3: Im Versagenstest zeigte sich zwischen Fixateur interne und externe kein signifikanter Unterschied [durchschnittliche Belastung: 506,25 N (SD: 129,39) versus 461,11 N (SD: 147,43), p = 0,515) jedoch ein Trend zugunsten des Fixateurs interne. Schlussfolgerung: Die zementaugmentierte iliosakrale Schraubenosteosynthese hat sich bei einer isolierten einseitigen Sakrumfraktur bewährt und steigert die Stabilität signifikant. Außerdem scheint die Stabilisierung mit der ISG-Schraube bei osteoporose-assoziierten Beckenringfrakturen FFP Typ IIb mit kombinierter vorderer und hinterer Beteiligung ausreichend zu sein. Die Erfassung von Stabilität bei osteoporotischen FFP-Typ-IIB-Frakturen des Beckenrings, gemessen an der Steifigkeit und plastischen Verformung, zeigt signifikant bessere Ergebnisse beim Fixateur interne als beim Fixateur externe (beide in Kombination mit der sacroiliacalen Schrauben-Osteosynthese) und stellt aufgrund von Vorteilen in der klinischen Anwendung (höherer Patientenkomfort, keine Pin-Infektionen und sehr gut geeignet bei adipösen Patienten) eine interessante Alternative dar. Ohne signifikanten Unterschied sind jedoch beide Osteosynthese-Verfahren bei der maximalen Belastbarkeit, die mutmaßlich in der wenig flexiblen osteoporotischen Knochenqualität begründet liegt, die durch die höhere Steifigkeit des Fixateurs interne teilweise zu einer Vervollständigung der Sakrumfraktur durch die dorsale Kortikalis führte. Zur Behandlung der Fragilitätsfrakturen des Beckenringes werden weitere biomechanische und prospektive Studien benötigt.
Background: Osteoporosis-associated fragility fractures of the pelvic ring (FFP) are fundamentally different from pelvic fractures of young patients and their surgical management presents a challenge. Little is known about the biomechanical stability of various osteosynthesis procedures for fragility fractures and care strategies are mostly based on retrospective studies. The aim of the present biomechanical study is to evaluate the stability of various osteosynthesis options in osteoporosis-associated fractures of the anterior and posterior pelvic ring under cyclic loading, measured by the stiffness, plastic deformation and maximum load capacity until the onset of osteosynthesis failure. Method: Eighteen embalmed osteoporotic cadaver pelvis specimens (median age 84.41 years (SD: 6.29), eight female and ten male) were prepared and randomized based on the t-score (-4.66, SD: 1.57) and stiffness. Then they were biomechanically tested per experimental group under axial cyclic loading simulating a one-leg stand. The study is divided into three sub-steps in which various fracture models and osteosynthesis methods were tested on a total of seven experimental groups. Part 1 included experimental group 1 (n=18, native pelvis), group 2 (n=18, pelvis with isolated sacrum fracture in the left ventral massa lateralis, FFP type IIa fracture according to Rommens), group 3 (n=9, pelvis with sacrum fracture and cement-augmented sacroiliac screw) and group 4 (n=9, pelvis with sacrum fracture and ipsilateral anterior pelvic fracture). For part 2, the anterior pelvic ring of one half 18 pelvises from experimental group 5 (pelvis with sacrum fracture and cement-augmented sacroiliac screw + ipsilateral anterior pelvic fracture of the superior and inferior of the pubic bone, FFP type IIB fracture according to Rommens) was stabilized with external fixator (group 6, n=9) and the other half with internal fixator (group 7, n=9). All test groups of part 1 and 2 were loaded cyclically 20 times with a load increase of 10 to 100 Newtons. Finally, in Part 3, the failure test of experimental Group 6 (External Fixator) and 7 (Internal Fixator), beginning at 100 N, increased cyclic loading by 50 N every 10 cycles until osteosynthesis failure occurred. Results: Part 1: The stiffness of the native pelvis significantly decreased (p = 0.05) from 35.05 N/mm (SD: 16.84) to 27.95 N/mm (SD: 7.36) after the addition of the isolated sacrum fracture. By cement-augmented sacroiliac screw osteosynthesis, stiffness could be increased significantly (p=0.01) to 35.38 N/mm (SD: 10.95). Stiffness decreased again to 32.46 N/mm (SD: 11.02), but not significantly (p=0.09) due to generation of the ipsilateral anterior pelvic ring fracture. Part 2: Mean stiffness and plastic deformation both were significantly better in the internal fixation (group 7) than in the external fixation (group 6) [mean stiffness: 43.69 N/mm (SD: 18.39) against 26,52 N/mm (SD: 9.76), p=0.029); mean plastic deformation: 0.37 mm (SD: 0.23) vs. 0.71 mm (SD: 0.26), (p = 0.011)]. Part 3: In the failure test there was no significant difference between internal and external fixator [average load: 506.25 N (SD: 129.39) vs 461.11 N (SD: 147.43), p = 0.515), however, a trend in favor of the internal fixator could be observed. Conclusion: Cement augmented iliosacral screw osteosynthesis has been proven in an isolated unilateral sacrum fracture and significantly increases stability. In addition, stabilization with the iliosacral screw seems to be sufficient in osteoporoseassociated FFP type IIb fractures with combined anterior and posterior involvement. The assessment of stability, as measured by stiffness and plastic deformation, in pelvic osteoporotic FFP-type IIB fractures shows significantly better results for the internal fixator (a submuscular minimally invasive novel screw-and-rod system) than for the external fixator (both in combination with the sacroiliac screw osteosynthesis) and offers an interesting alternative with advantages in clinical use (higher patient comfort, no pin infections and suitable in obese patients). However, both osteosynthesis methods are without significant difference concerning maximum load capacity, presumably because, due to the less flexible osteoporotic bone quality, the higher stiffness of the internal fixator caused completion of the sacral fracture through the posterior cortex in some specimens. For the treatment of fragility fractures of the pelvic ring, further biomechanical and prospective studies are needed. |
